第八章流固相非催化反应

据(8-11)

n B

V B
(4R3)
B M C M3 C
B
B
和 dAn1dBn4 BR2dC R

dt bdt bMC dt B

＊导得：dRC dt
R2
C
bMBCA(g8-1B2)
(RR)R 1
S
C
C
kR2 R D k
GS
S
eff
联立（8-9）、（8-11）并积分：
ddA nt4Rc2[1C Ag 1]
kk G
(83)8
8-12 流体滞流膜扩散控制
特点：
①扩散面积随颗粒缩小而缩小；
②外扩散传质系数因颗粒缩小也随之改变。
＊ ＊

t
yR2
Bi S
[1(R C)2]
(83)5
2bDC M R
B Ag
S
yR2
t f
2bB Di（M C S8-36）
＊
bkC M R
B Ag
S

＊ t
R
BS
f bkC M
B Ag
(82)8 (82)9
t
1(1x)13
(83)0
t
B
Nofte：由（8-29）知：若k ,C ,R ,则 t .
Ag
S
f
强化总体速率措施：k 。
第四节 颗粒缩小时综芯模型的总体速率
A(f)+bB(s) →fF(f) 两个步骤：气膜扩散；外表面化学反应 由8-9得，球形颗粒：
据XB定义：
x

1
(
R C
)3
B (8-1R3)
五、xB与的t关系：将(8-13)带S 入(8-16):
t b M B B C A g { 3 R k S G x B 6 R D S e 2 f f[ 1 3 ( 1 x B ) 2 3 2 ( 1 x B ) ] R k S [ 1 ( 1 ( 1 x B ) 1 3 ] } ( 82k (C
SG
Ag
C )(81) As
C ,CA:未知
AS
C
ddntA
4R 2D
C
eff
dC
( A)
d
RRC
R
(82)未反应芯半径随时 化间
dn

A
dt
4R 2kC
C
AC
(83)
8-8 宏观反应速率
二、总体速率的一般计算式：
式(8-2)中 dC 可由Ａ的扩散过程的物料衡算导得：

( A)
d
R RC
R
dC
CC
( A) （A8S-7）AC
d RRC R(1R R)
R
C
C
S
据加和法则：式（8-9）

ddA nt4RS2[1RS(RS CAgRC)RS2 ]
k D R k2k
G
eff
C
C
8-8 宏观反应速率
三、未反应芯半径Rc与反应时间t的关系：
t B { R S[ 1 (R C ) 3 ] R S 2[ 1 3 (R C ) 2 (R C ) 3 ] R S [ 1 R C ] } b M B C A g3 k G R S 6 D e ff R S R S k R S
8-8 宏观反应速率
四、固相反应物B的转化率XB与Rc的关系：
B Ag
t1(1x)23
t
B
f
(82)3
8-13 化学反应控制：
第二节 流固相非催化反应模型
8-4 收缩未反应芯模型：（缩芯模型）
1、要点：反应只在固体颗粒内部产物与未反应固体的界 面上进行；反应表面由表及里不断向固体颗粒中心收缩，未 反应芯逐渐缩小。
8-4 收缩未反应芯模型：（缩芯模型）
2、两种情况： ①颗粒大小不变（反应过程中 有固相惰性物残留或有新的固相 产物生成），反应界面不断内移。 ――固体反应物无孔时或反应速 率很快、流体扩散非常慢时。） ②颗粒不断缩小――不生成固 体产物，无惰性物残留；产物仅 为流体。
第八章流固相非催化反应
第一节 流固相非催化反应的分类及特点
8-1 分类：
气固相非催化反应（按物相分五类）； 液固相非催反应（按物相分五类）.
8-2 特点：
①反应类型的多样性：类型不同，工艺流程不同，工程操作 参数不同，反应器不同。 ②固相物料的多样性：固相物料物性不同，对输送、供料、在反 应器中流动状况不同，并影响反应体系的宏观动力学行为。 ③反应器型式的多样性： ④固体颗粒的转化率高：不应使用固相返混严重的反应器，须采 用逆流接触设备→须兼备传热效率高、固体转化率良好的反应器。 对可逆放热气固相非催化反应，存在最佳温度问题。 ⑤气－固相非催化反应温度高；
8-3 流固相非催化反应的研究方法
器内过程：化学反应过程（反应动力学问题）； 传递过程（物理效应或宏观传递效应） 研究步骤： ①反应模型（主要模型：收缩未反应芯模型；整体反应 模型；有限厚度反应区模型；微粒模型；单孔模型；破裂芯 模型）。 ②用模拟方法——冷模试验研究两相流动行为，测验有 关数据，建立经验或半径验数学方程（模型过于简化，常与 实际不一致）。用逐级效大法。 ③热模试验研究反应参数对反应性能的影响，获取设计 参数，检验反应动力学和冷模试验结果。
第三节 粒径不变时缩芯模型的总体速率
8-8 宏观反应速率
对流固相非催化反应：A(f)+bB(s) →fF(f)+sS(s) 假设：等温球形颗粒；拟定态过程（反应界面不动的定 态过程；界面移动速度＜＜流体反应物扩散速率）；对A 为 一级不可逆反应。 一、外扩散速率、内扩散速率、表面化学反应速率：
8-4 收缩未反应芯模型：（缩芯模型）
对情况①：与气固相催化反应过程类似， 整个反应过程由5个步骤组成： a反应物外扩散过程 b反应物内扩散过程 c表面化学反应过程 d产物内扩散过程 e产物外扩散过程。（无流体产 物，仅有固相应物时：仅有a、b、c） 对情况②：仅有a、b、c三步。
可见，当颗粒完全反应时，RC0,x故B 1,
t B (R S R 2 S R S)
f bC M 3 k 6 Dk
B Ag G
ef f
(8 1)8
8-11 化学反应控制
Ａ的浓度分布：CCC;
Ag
AS
AC
对不可逆反应， C 0
AC
＊ tBR S [1(R C)]