第四节 颗粒缩小时缩芯模型

1、第四节第四节 颗粒缩小时缩芯模型的总体速率颗粒缩小时缩芯模型的总体速率设有反应 在反应过程中没有产物层外壳生成，颗粒不断收缩，最后消失，反应过程如图7-8所示。由于未反应芯表面暴露在流体相中，因此反应步骤包括滞留膜外扩散和表面化学反应两个步骤。 ffFSbBfA gCOgOsC22一、流体滞流膜扩散控制固体颗粒缩小时，流体滞流膜扩散控制的情况与颗粒的大小不变时有所不同。第一，扩散面积随颗粒缩小而缩小；第二，外扩散传质系数也因颗粒缩小也随之而变，流体滞流膜的传质系数 与颗粒大小，流体流速有关，一般用以下经验式计算Gk213126.022ffSffiSGuRDDyRkAgGCBckRdtdnb2A

2、41dtdn在滞流区 icGyRDk 设颗粒初始半径为 ，反应时间为t时，缩小 到 ，则SRCR2212SCAgBSiBRRcbDMRyt当 时，完全反应时间 为0CRftAgBSiBfcbDMRyt22转化率 与反应时间t的关系为Bx322111BSCfxRRtt二、化学反应控制 当为化学反应控制时，反应过程和颗粒大小不变时的情况完全相同，故式（7-28）、式（7-29）和式（7-30）可直接应用。SCAgBSBRRkcbMRt1AgBSBfkcbMRt31111BSCfxRRtt三、宏观反应过程与控制阶段的判别 宏观反应过程由外扩散、内扩散和表面化学反应阶段组成。阻力最大的为总体速率的控制

3、阶段。 控制阶段可以是一个、两个甚至三个。 随反应的进行，各个阶段对反应速率的影响会发生变化，如固体产物层的阻力会越来越大。 颗粒大小不变时，流体的流速不变，则外扩散阻力不变，但化学反应速率却随未反应芯表面的减小而减小。考虑各种阻力的作用，颗粒大小不变时，总体速率为1222141kRRDRRRRkcRdtdnbdtdnCSeffCCSSGAgSBA颗粒缩小时，总体速率为121141kkcRdtdnbdtdnGAgCBA各种形状的颗粒相应的计算式见表7-1控制阶段的判别1.用温度对总体速率的影响进行判别；2.用气速对总体速率的影响进行判别；3.用反应时间分率 与转化率 的关系及与未反应芯半径Rc

4、的关系判别；4.用颗粒大小与反应时间的关系来判别。fttBx1、用温度对总体速率的影响进行判别温度对流温度对流- -固相非催化反应的化学反应速率的影响远固相非催化反应的化学反应速率的影响远大于对扩散速率的影响。如下图所示。大于对扩散速率的影响。如下图所示。由图可见，当温度变化时，化学反应速率的变化最明由图可见，当温度变化时，化学反应速率的变化最明显。显。2、用气速对总体速率的影响进行判别用气速对总体速率的影响进行判别。用气速对总体速率的影响进行判别。提高气速则总体速率改变显著提高气速则总体速率改变显著 外扩散控制。外扩散控制。因为流速对传质系数因为流速对传质系数 的影响远大于对扩散系数的影响远大于对扩散系数 的影响。的影响。GkeffD3、用反应时间分率 与转化率 的关系及与未反应芯半径 的关系判别fttBxCR4、用颗粒大小与反应时间的关系来判别设达到某转化率 所需的反应时间为t，则t与颗粒的大小有关。Bx流体滞流膜外扩散控制流体滞流膜外扩散