微波作用磷矿分解反应非等温动力学研究.pdf

第20卷第2期 化学反应工程与工艺 Vol20，No2 Reaction and 2004 2004年6月 Chemical EngineeringTechnoIogy Jun， 文章编号：1001—7631(2004)02一0110—07 微波作用磷矿分解反应非等温动力学研究 汤建伟1许秀成1张宝林1 钟本和2 张允湘2 (1．郑州大学化工学院，河南郑州450002；2．四川大学化工学院， 四川 成都610065) 摘要： 实验研究了微波场对硫酸分解磷矿过程的影响。结果表明随着微波功率的增加，磷矿转化率、反应体 系温度和升温速率都在增高。提出的微波非等温磷矿分解反应动力学模型与实验结果很好地相符。通过与相 同温度下无微波作用的实验结果比较，验证了“微波非热效应”的存在，并初步分析了微波场对硫酸分解磷矿 过程的作用机理。 关键词：微波；磷矿；分解反应；动力学 文献标识码：A 中图分类号：TQll0．3 通过在恒定微波功率场和在模拟微波升温速率的程序升温条件下，对硫酸分解磷矿反应体系的 反应动力学进行研究对比，从而探讨恒定微波功率作用下促进磷矿分解反应的机理[1’2]。 酸矿分解反应体系中各种物质的此消彼长导致反应体系的总介电性质不断发生变化，其吸收微 波的能力也处于变化之中，施加微波的化学反应过程是一个互相影响的过程[3“]。在恒定微波功率下， 反应体系吸收微波后，由于“微波热效应”和“反应热效应”，导致反应体系的温度始终处于不断升高的 趋势，不同微波功率的温升程度也不同，因此非等温反应是微波化学反应体系的显著特征[5]。通过模 拟微波反应体系的温度变化规律，探讨加热条件下的程序升温过程的反应规律，可以验证“微波非热 效应”的存在并了解微波反应和加热反应的异同之处，从而揭示微波非稳态化学反应过程的规律。 1 实验部分 1．1原料 硫酸(分析纯，98％)；磷矿采用贵州开阳磷矿，其组成如表1所示。 表l开阳磷矿组成 Table1 of Rock CompositionKaiyangPhosphate 1．2实验仪器和装置 实验仪器：高稳定功率1kW程控微波源(具有稳定连续功率输出和控温功能)；微波反应器；计算 机控制系统；程序升温控制装置；恒温水浴槽；2000r／min高速离心机；721分光光度计。 实验装置，它是将容积500mL的三口平底烧瓶反应器直接放人微波腔中，通过计算机设定微波辐射 收稿日期：2003一lo一16；修订日期：2004一02—13 作者简介：汤建伟(1964一)，男，博士，副教授。E—mail：tangjw@zzu．edu．cn 基金项目：河南省自然科学基金项目(编号：011031400) 万方数据 第2期 汤建伟等． 微波作用磷矿分解反应非等温动力学研究 111 功率和时间，以控制微波反应器中的反应液始终处于恒定功率条件下，图1(b)是程序升温动力学实 验装置，由程序升(控)温仪和夹套式电炉组成。 图1(a) 微波场非等温实验装置 图1(b)程序升温实验装置 1(a) of Fig ExperimentalEquipment 2(b) of Fig Expe“mentalEquipment MicrowaveField heatin空System