熱重分析反應(yīng)動力學研究(編輯修改稿)
2025-09-11 22:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 逆氣固多相反應(yīng) ， 由于煤組成結(jié)構(gòu)的不均勻性 ， 煤焦氣化反應(yīng)非常復(fù)雜 ， 不同的煤氣化過程的動力學參數(shù)也不一樣 。 很多學者對煤氣化動力學模型進行了大量的研究 ，提出了多種常用的模型 : (1)均相模型 假設(shè)反應(yīng)發(fā)生在整個顆粒內(nèi) ， 固體顆粒的尺寸不變 ， 煤焦密度“ 均勻 ” 地變化 。 反應(yīng)速率的表達式為 : 式中 :K稱為反應(yīng)速率常數(shù)， min1。 X為碳轉(zhuǎn)化率。 )1( xKdtdX ??(2)修正體積模型 考慮了轉(zhuǎn)化率隨時間的變化，反應(yīng)的表面積、活性點等對轉(zhuǎn)化率的影響，其表達式為 : )1( xKdtdX i ??)ex p (1 batX ???將兩式聯(lián)立，可得： bbbi xbaK /)1()/1( ))1ln (( ????)1()1( ??? ba b txKdtdX式中 :Ki為即時反應(yīng)速率常數(shù)， min1 ； a和 b為經(jīng)驗常數(shù)，由實驗數(shù)據(jù)擬合而得，并無實際意義。 (3)收縮未反應(yīng)芯模型 假設(shè)煤焦顆粒為球形，隨反應(yīng)的進行，煤焦顆粒半徑逐漸減小。假設(shè)了氣化劑的擴散問題，氣化劑由固體顆粒外表面滲透氣膜和灰渣層，到達反應(yīng)界面與未反應(yīng)的固體反應(yīng)，未反應(yīng)芯逐漸減小，反應(yīng)界面也不斷向內(nèi)移動。收縮未反應(yīng)芯模型考慮了反應(yīng)速率和煤焦顆粒大小有關(guān)，反應(yīng)表達式為 : 3/2)1(3 xKdtdX ?? (4)半經(jīng)驗?zāi)Ｐ? 考慮了反應(yīng)速率與溫度符合 Arrhenius方程等部分參數(shù)的物理意義和理論聯(lián)系，反應(yīng)表達式為 : mxKdtdX )1( ?? 式中 :K和 m的值由實驗數(shù)據(jù)模擬所得，（ 1x）的指數(shù) m值具有經(jīng)驗的意義，為表觀反應(yīng)級數(shù)，主要受煤結(jié)構(gòu)的影響，不同的煤種有不同的m值。 (5)隨機孔模型 該模型考慮了煤焦表面積與孔結(jié)構(gòu)對氣化的影響，其氣化反應(yīng)速率表達式為 : )1ln(1)1(100 XxSCKdtdX ns ????? ?? 式中 :KS為表面反應(yīng)速率常數(shù)， min1； C為氣體濃度； n為氣體反應(yīng)級數(shù)；S0為初始比表面積， m2/g； ε0為初始孔隙率 。 Ψ為孔結(jié)構(gòu)參數(shù)，與初始孔隙率和孔的長度有關(guān)。 dEEfdtekWW RT E )()ex p (10 0 00? ?? ? ?????? ?0 1)( dEEf (6)分布活化能模型 DEAM模型既可以描述煤的熱解過程，也可以解釋煤的氣化過程。該模型的具體表達式為 : 式中 :w為任一時刻 t時的失重量， w0為總失重量 f(E)為活化能分布函數(shù)， k0為對應(yīng)于活化能 E的幕前因子?；罨芊植己瘮?shù)滿足下式 : 式中 : m0—— 樣本起始質(zhì)量， g； mt—— 反應(yīng)中任一時刻 t時樣品的質(zhì)量， g； mfinal—— 為煤焦氣化反應(yīng)失重結(jié)束后的質(zhì)量， g。 finaltmm mmx ???00設(shè)定反應(yīng)模型為 f（ x），其中 x為反應(yīng)轉(zhuǎn)化率： tTT ??? 0式中 :λ—— 升溫速率，常數(shù)， KS1。 對非等溫氣化過程中，若采取程序升溫，溫度 T與時間 t有線性關(guān)系 : 氣固反應(yīng)的動力學方程的求解 )(akfdtda ? f (a)是體現(xiàn)固體反應(yīng)動力學的函數(shù)，不同的反應(yīng)動力學機理， f (a)
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