冶金原理气固反应动力学.ppt

1．动力学方程的推导： 设单一致密固体颗粒，表面各处化学活性相同，反应速率： 　　　　　　　　　　　　　　　　 （式13-7） 假设为球体：　　　　　　　　　　　　　　　　 （式13-8） 微分可得： 　　　　　　　　 （式13-9） 将式13-8、式13-9代入式13-7，并整理得： 设Ｃ为常数，Ｃ=Ｃ0积分，整理得： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 （式13-10) * 13.1 气（液）/固多相反应过程的机理（收缩核模型） 13.2 化学反应控制 13.3 内扩散控制 13.4 外扩散控制 13.5 混合控制 13.6 影响气（液）/固反应速率的因素 13.7 气（液）/固反应的强化 第十三章 冶金过程的气（液）/固相反应动力学 13.1 气（液）/固多相反应过程的机理（收缩核模型） 步骤1：B(g,l)向E(s)表面扩散，外扩散； 步骤2：B(g,l)通过E(s)向反应界面的扩散，内扩散； 步骤3：B在反应界面上与A发生化学反应； 步骤4：生成物D通过E(s)向边界层扩散； 步骤5：生成物D通过边界层向外扩散，外扩散。 控制步骤：外扩散控制 内扩散控制 化学反应控制 任务：找出控制性步骤，有针对地性强化 方法：查明诸控制过程的规律性，与实际对照。 E A B D 13.2 化学反应控制 通过几何运算求出r，r0与反应分数Ｒ的关系： （式13-10） 代入（式13-10）得： 合并常数 （式13-11） （式13-12a） （式13-12b） 三维尺寸不等时Fp 的取值介于 2和3之间 2．问题分析 （1）方程式 的适用范围 任何真理都有其一定的适用范围 从推导过程的“假设”知其适用范围为: 反应固相为单一、致密球体，其各方向上的化学性质一致; 反应剂浓度C0保持不变。 对非球体： (2)化学反应控制的主要特征为： 　　对单一致密球体在C0为常数的条件下，化学反应控制时，1-(1-R)1/3与 t 成直线关系，直线通过原点。 反应的表观活化能E较大，为30~85kJ·mol-1 实例：白钨矿的苏打分解： CaWO4(s)+Na2CO3(aq) = CaCO3(s) + Na2WO4(aq) ０ 1-(1-R)1/3 t 1-(1-R)1/3 t （3）应用 a. 指明提高反应率的途径 式中 项↑则(1- R)1/3↓ R↑ 故 时间t↑、C0↑、r0↓、提高温度使k↑，都有利于提高R b. 利用不同温度下k值求反应的表观活化能 根据Arrhenius公式: 1/T×103/K-1 lnk E= 69.9kJ·mol-1 实例： Na2CO3(aq) + CaWO4(s) = Na2WO4(aq) + CaCO3(s) 1．模型 Cs C0 r0 r1 r · Co：反应剂的整体浓度 Cs：矿粒表面反应剂浓度 C’s：反应区反应剂浓度 内扩散控制时 · 2．方程式的推导 　　（1）简化条件：a. 致密单一、球形颗粒；b. 反应剂浓度C0不变；c. 反应过程中未反应核减小、产物层增大、但颗粒大小不变。 13.3 内扩散控制 A E 2．方程式的推导 　（1）简化条件：a. 致密单一、球形颗粒；b. 反应剂浓度C0不变；c. 反应过程中未反应核减小、产物层增大、但颗粒大小不变。 　（2）推导过程思路： 　　对反应 而言，由于内扩散控制　 故：单位时间A的反应量　　　　　单位时间B的扩散量 根据菲克第一定律求出在Cs = C0时 两式相等，解方程得 （式13-18） 根据（式13-11) r = r0(1-R)1/3 将r1，r0转化为反应分数R，得 简化 *