氣固相體系ppt課件(已修改)
2025-05-11 03:34 本頁面
【正文】 第五章 氣固相體系的物相轉(zhuǎn)化與化學(xué)加工 四川大學(xué)化工學(xué)院 氣固相體系的物相轉(zhuǎn)化與化學(xué)加工 氣－固相體系進行的化學(xué)反應(yīng)情況 : 一 : 固體物質(zhì)要參與反應(yīng)且被消耗。如燃燒過程； 二：是固體物質(zhì)參與化學(xué)反應(yīng)但是本身并不消耗。氣－固相催化反應(yīng)體系。 氣固相間化工過程的一般特點 在反應(yīng)和分離中，氣固兩相間的接觸方式同所選取的固體尺寸有關(guān)。采用固定床的形式進行反應(yīng)，采用較大的破碎粒度，固體塊狀體被填充在反應(yīng)器中，氣體穿過床層，并滲透到固相中進行反應(yīng)。若固體物質(zhì)在氣流懸浮狀態(tài)下進行反應(yīng)，可采用較小的粒度。 原料整型 氣固反應(yīng) 氣固分離 氣相分離 媒介再生 氣固反應(yīng) 氣相分離 氣態(tài)原料 固態(tài)原料 后續(xù)過程 氣態(tài)原料 后續(xù)過程 （ A） （ B） 圖 511 氣固非催化過程與催化過程兩類原則流程 氣固非催化過程 以反應(yīng)中留有固體產(chǎn)物的情形為例，其特點假定氣相物種 A和固體物種 B發(fā)生反應(yīng)生成固體物種 C和氣體物種 D的情況，可以表示如下 (舉例說氣固反應(yīng)） A（ g） + B（ s） → C（ s） + D（ g） 氣相物質(zhì) A要和固相物種 B進行化學(xué)反應(yīng)，必須克服兩個擴散阻力，一是克服圍繞固相物種 B顆粒外表面的氣膜層的擴散阻力，二是克服固相物種 B顆粒內(nèi)部的產(chǎn)物 C層的擴散阻力；然后到達未反應(yīng)的縮核表面進行反應(yīng)。該過程可以簡示如圖 512。 圖 512 氣－固相反應(yīng)體系的等粒徑縮芯模型示意圖 氣固反應(yīng)縮芯模型 1：主體擴散到固體表面 2：向內(nèi)的固體膜擴散 3：表面反應(yīng) 4：向外的固體膜擴散 5：固體表面到 氣流主體的氣膜擴散。 分為氣膜擴散控制、固體層擴散控制、界面反應(yīng)控制 ? ? ? ? sAAcrcsrAreAsAgexg rCSkrCSDCCSk ????????????? ? 其中， kg為氣膜層的擴散傳質(zhì)系數(shù)； De為物種 A在產(chǎn)品層的有效擴散系數(shù)； Sek、 Sr、 Src 分 別代表氣膜層傳質(zhì)面積、產(chǎn)品層擴散傳質(zhì)面積、未反應(yīng)核的表面積； ks 代表在推進的反應(yīng)界面處進行界面反應(yīng)的速度常數(shù)；（ rA）為基于單位面積上的物種 A的化學(xué)反應(yīng)速度； α為物種 A參與化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)級數(shù)。 氣－固相體系縮芯模型濃度分布 氣固相間的催化反應(yīng) 對于氣－固相催化反應(yīng)，需要經(jīng)歷如下 7個過程： 1. 氣體物質(zhì)由氣相主體經(jīng)過氣膜向催化劑表面的外擴散過程； 2. 到達催化劑外表面的原料物種由催化劑外表面向內(nèi)表面的內(nèi)擴散過程； 3. 到達催化劑內(nèi)表面的原料物種在催化劑內(nèi)表面吸附； 4. 吸附的反應(yīng)物被活化、并在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)； 5. 產(chǎn)物從催化劑表面脫附； 6. 在固相中由內(nèi)表面向外表面擴散的內(nèi)擴散過程 7. 到達催化劑外表面的產(chǎn)物經(jīng)過氣膜層向氣相主體的外擴散過程 注意：在多孔固體催化劑催化的氣相反應(yīng)過程，氣相反應(yīng)物要到達催化劑的內(nèi)表面進行反應(yīng)，必須克服外擴散阻力、內(nèi)擴散阻力。根據(jù)多孔催化劑的孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)、以及氣相流動狀況，宏觀的氣－固催化反應(yīng)可以是外擴散控制、內(nèi)擴散控制、以及表面化學(xué)反應(yīng)控制。 固相催化的步聚 本征化學(xué)反應(yīng)速度（－ rA） 對于實際反應(yīng)，反應(yīng)會受到傳質(zhì)、傳熱等諸多因素的影響。消除了傳質(zhì)阻力，傳熱阻力，化學(xué)反應(yīng)的速度就決定于在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)化學(xué)反應(yīng)本身進行的快慢，此時 宏觀化學(xué)反應(yīng)速度 就等于 本征化學(xué)反應(yīng)速度 。 物質(zhì)進行化學(xué)反應(yīng)的本征反應(yīng)速度（ － rA），是參與化學(xué)反應(yīng)的各種物質(zhì)濃度、以及進行化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域的溫度的函數(shù)，即： ? ? ? ? ? ?jjA CfTfMjCTfr ????? . . . . . . .3,2,1,)(將上式右端兩個因式直接表述為： ????????? ???? MjjA jCRTEE x pAr10)(? 其中， A0為指前因子， E為化學(xué)反應(yīng)的活化能， R為普適氣體常數(shù)， T為化學(xué)反應(yīng)溫度 0K， Cj代表在化學(xué)反應(yīng)區(qū)物種 j的濃度， αj代表化學(xué)反應(yīng)相對于物種 j的化學(xué)反應(yīng)級數(shù)，化學(xué)反應(yīng)級數(shù) n和各物種的化學(xué)反應(yīng)級數(shù) αj有如下關(guān)系： ??? Mjjn1? 化學(xué)反應(yīng)的活化能，反映了溫度對化學(xué)反應(yīng)的影響；化學(xué)反應(yīng)級數(shù) αj反映了物種 j的濃度對化學(xué)反應(yīng)的影響。 氣固懸浮體系中的流動形態(tài) 氣固懸浮體系是一種效率很高的反應(yīng)與分離的工業(yè)化系統(tǒng)。在固定床中，氣體經(jīng)固體顆粒間的空隙而顆粒并不浮動起來。一旦流體的
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