流固相非催化反應(yīng)

流固相非催化反應(yīng)第1頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)流固相非催化反應(yīng)的分類及特點

8-1分類：氣固相非催化反應(yīng)（按物相分五類）；液固相非催反應(yīng)（按物相分五類）.8-2特點：①反應(yīng)類型的多樣性：類型不同，工藝流程不同，工程操作參數(shù)不同，反應(yīng)器不同。②固相物料的多樣性：固相物料物性不同，對輸送、供料、在反應(yīng)器中流動狀況不同，并影響反應(yīng)體系的宏觀動力學行為。③反應(yīng)器型式的多樣性：④固體顆粒的轉(zhuǎn)化率高：不應(yīng)使用固相返混嚴重的反應(yīng)器，須采用逆流接觸設(shè)備→須兼?zhèn)鋫鳠嵝矢摺⒐腆w轉(zhuǎn)化率良好的反應(yīng)器。對可逆放熱氣固相非催化反應(yīng)，存在最佳溫度問題。⑤氣－固相非催化反應(yīng)溫度高；第2頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-3流固相非催化反應(yīng)的研究方法

器內(nèi)過程：化學反應(yīng)過程（反應(yīng)動力學問題）；傳遞過程（物理效應(yīng)或宏觀傳遞效應(yīng)）研究步驟：①反應(yīng)模型（主要模型：收縮未反應(yīng)芯模型；整體反應(yīng)模型；有限厚度反應(yīng)區(qū)模型；微粒模型；單孔模型；破裂芯模型）。②用模擬方法——冷模試驗研究兩相流動行為，測驗有關(guān)數(shù)據(jù)，建立經(jīng)驗或半徑驗數(shù)學方程（模型過于簡化，常與實際不一致）。用逐級效大法。③熱模試驗研究反應(yīng)參數(shù)對反應(yīng)性能的影響，獲取設(shè)計參數(shù)，檢驗反應(yīng)動力學和冷模試驗結(jié)果。第3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)流固相非催化反應(yīng)模型8-4收縮未反應(yīng)芯模型：（縮芯模型）1、要點：反應(yīng)只在固體顆粒內(nèi)部產(chǎn)物與未反應(yīng)固體的界面上進行；反應(yīng)表面由表及里不斷向固體顆粒中心收縮，未反應(yīng)芯逐漸縮小。第4頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-4收縮未反應(yīng)芯模型：（縮芯模型）2、兩種情況：①顆粒大小不變（反應(yīng)過程中有固相惰性物殘留或有新的固相產(chǎn)物生成），反應(yīng)界面不斷內(nèi)移。――固體反應(yīng)物無孔時或反應(yīng)速率很快、流體擴散非常慢時。）②顆粒不斷縮小――不生成固體產(chǎn)物，無惰性物殘留；產(chǎn)物僅為流體。第5頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-4收縮未反應(yīng)芯模型：（縮芯模型）對情況①：與氣固相催化反應(yīng)過程類似，整個反應(yīng)過程由5個步驟組成：a反應(yīng)物外擴散過程b反應(yīng)物內(nèi)擴散過程c表面化學反應(yīng)過程d產(chǎn)物內(nèi)擴散過程e產(chǎn)物外擴散過程。（無流體產(chǎn)物，僅有固相應(yīng)物時：僅有a、b、c）對情況②：僅有a、b、c三步。第6頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)粒徑不變時縮芯模型的總體速率8-8宏觀反應(yīng)速率對流固相非催化反應(yīng)：A(f)+bB(s)→fF(f)+sS(s)假設(shè)：等溫球形顆粒；擬定態(tài)過程（反應(yīng)界面不動的定態(tài)過程；界面移動速度＜＜流體反應(yīng)物擴散速率）；對A為一級不可逆反應(yīng)。一、外擴散速率、內(nèi)擴散速率、表面化學反應(yīng)速率：第7頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-8宏觀反應(yīng)速率二、總體速率的一般計算式：式(8-2)中可由Ａ的擴散過程的物料衡算導(dǎo)得：

（8-7）據(jù)加和法則：式（8-9）

第8頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-8宏觀反應(yīng)速率三、未反應(yīng)芯半徑Rc與反應(yīng)時間t的關(guān)系：據(jù)(8-11)

和

＊導(dǎo)得：(8-12)聯(lián)立（8-9）、（8-11）并積分：第9頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-8宏觀反應(yīng)速率四、固相反應(yīng)物B的轉(zhuǎn)化率XB與Rc的關(guān)系：據(jù)XB定義：

(8-13)五、的關(guān)系：將(8-13)帶入(8-16):

可見，當顆粒完全反應(yīng)時，故第10頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-9流體滯流膜擴散控制

Ａ的濃度分布：對不可逆反應(yīng)，

注：由（8-21）知：若強化總體速率措施：。第11頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-10固體產(chǎn)物層（或惰性殘留物層）內(nèi)擴散控制

＊Ａ的濃度分布：對不可逆反應(yīng)，

Note：由（8-25）知：若強化總體速率措施：。第12頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-11化學反應(yīng)控制

Ａ的濃度分布：對不可逆反應(yīng)，＊＊＊Note：由（8-29）知：若強化總體速率措施：。第13頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)顆粒縮小時綜芯模型的總體速率A(f)+bB(s)→fF(f)兩個步驟：氣膜擴散；外表面化學反應(yīng)由8-9得，球形顆粒：第14頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-12流體滯流膜擴散控制

特點：①擴散面積隨顆?？s小而縮??；②外擴散傳質(zhì)系數(shù)因顆?？s小也隨之改變。＊＊（8-36）

第15頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-13化學反應(yīng)控制：與顆粒大小不變時相同（8-28）適用8-14宏觀反應(yīng)過程與控制階段的判別：*總體速率：顆粒不變（8-9）；顆?？s?。?-38）

第16頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-14宏觀反應(yīng)過程與控制階段的判別

反應(yīng)控制步驟的判別：由實驗觀察溫度、反應(yīng)時間、顆粒大小對過程的影響。①考察溫度對不同控制步驟及總體速率的影響：溫度對化學反應(yīng)速率影響最明顯。第17頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-14宏觀反應(yīng)過程與控制階段的判別②考察氣速對總體速率的影響：總影響顯高，則為外擴散控制。③考察關(guān)系：否則，內(nèi)擴散控制第18頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-14宏觀反應(yīng)過程與控制階段的判別④觀察關(guān)系：第19頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)超細顆粒的化學氣相合成與液相合成8-18超細顆?；瘜W氣相合成：化學氣相淀積法（CVD）:用固體原料，在氣相中通過化學反應(yīng)合成物質(zhì)的基本粒子，再經(jīng)過成核和生長兩階段合成粒子，薄膜、晶須和晶體等固體材料的工藝過程。一、CVD的基本類型：一般式五種類型：①熱解②還原③氧化④置換⑤歧化

第20頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-18超細顆?；瘜W氣相合成：二、CVD的主要技術(shù)：據(jù)化學反應(yīng)的激活能形式不同，分四種:①常壓化學氣相沉淀技術(shù)（熱能激活）②減壓化學氣沉淀技術(shù)（熱能激活）③等離子增強化學氣相沉淀（低溫等離子體中的載能電子激活)④金屬有機化合物化學氣相沉淀第21頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月8-19