信阳师范大学：《化学反应工程基本原理》课程教学资源（PPT课件）第二章 化学反应动力学 2.4 流－固相非催化反应动力学

2.4流-固相非催化反应动力学

2.4 流－固相非催化反应动力学

这类反应的物质是：流体与固体是反应物，即流 体与固体反应生成新的物质，在这里固体不是催化 剂，而是反应物之一。如：煤的燃烧、矿石的焙 烧，酸浸取矿石等。近几年来，随着纳米材料的 发展，超细材料的化学气相淀积与液相淀积也属 流固相非催化反应范畴。 流固相反应中，颗粒本身随时间变化，颗粒 的大小不均匀，既可用固定床反应器，也可采用 流化床反应器，流体与固体之间的流动模型十分 复杂，反应器的数学模型设计难度相当大

◼ 这类反应的物质是：流体与固体是反应物，即流 体与固体反应生成新的物质.在这里固体不是催化 剂，而是反应物之一。如：煤的燃烧、矿石的焙 烧，酸浸取矿石等。近几年来，随着纳米材料的 发展，超细材料的化学气相淀积与液相淀积也属 流-固相非催化反应范畴。 流固相反应中，颗粒本身随时间变化，颗粒 的大小不均匀，既可用固定床反应器，也可采用 流化床反应器，流体与固体之间的流动模型十分 复杂，反应器的数学模型设计难度相当大

【流-固相非催化反应的复杂性】在于： ①有些流-固相反应，在反应时固体粒子的体积基 本不变，如硫铁矿的焙烧；另一些则在反应时体 积缩小，如煤的燃烧制气； ②有些流固相固体粒子孔径较大，整个粒子内各 处均匀反应，另一些则因固相粒子孔径较小，反 应从外表面起渐向中心推进； ③有些流-固相反应器内固体粒子基本上是均匀的 另一些流固相反应器颗粒大小是不均匀的；

【流-固相非催化反应的复杂性】在于： ①有些流-固相反应，在反应时固体粒子的体积基 本不变，如硫铁矿的焙烧；另一些则在反应时体 积缩小，如煤的燃烧制气； ②有些流-固相固体粒子孔径较大，整个粒子内各 处均匀反应，另一些则因固相粒子孔径较小，反 应从外表面起渐向中心推进； ③有些流-固相反应器内固体粒子基本上是均匀的， 另一些流-固相反应器颗粒大小是不均匀的；

④进行流固相反应的反应器，除固定床外，还有 流化床或气流床反应器，流体相与固相之间的流 动情况复杂，反应器的数学模拟设计的难度比固 定床大得多。 流化床与气流床反应器还有粒子不被吹出与 被吹出两种情况；当流化床与气流床反应器中粒 子被吹出时，被吹出的粒子还有不被回收与被回 收两种情况

④进行流-固相反应的反应器，除固定床外，还有 流化床或气流床反应器，流体相与固相之间的流 动情况复杂，反应器的数学模拟设计的难度比固 定床大得多。 流化床与气流床反应器还有粒子不被吹出与 被吹出两种情况；当流化床与气流床反应器中粒 子被吹出时，被吹出的粒子还有不被回收与被回 收两种情况

2.4.1流-固相非催化反应的分类及特点 流-固相非催化反应的分类 一、气-固相非催化反应（煤炭燃烧、有色金属冶 炼、纯碱制造、催化剂还原) 固→固+气（金属氧化物的制备) CaCO,→Ca0+cO, 2NaHCO,->Na,CO,+H,O+CO 固+气固（金属及低价氧化物的氧化）》 4Fc+3O2→2Fc2O3 CaC2+N2→CaCN2+c

2.4.1流－固相非催化反应的分类及特点 流－固相非催化反应的分类 一、气－固相非催化反应（煤炭燃烧、有色金属冶 炼、纯碱制造、催化剂还原） 固→固＋气 （金属氧化物的制备） 固＋气→固（金属及低价氧化物的氧化） 3 2 3 2 3 2 2 CaCO CaO+CO 2NaHCO Na CO H O+CO → → + 2 2 3 2 2 2 4Fc+3O 2Fc O CaC N CaCN C → + → +

一、气-固相非催化反应 固+气→气（煤的燃烧和气化、金属化合物的卤化） C+O,->CO C+H,O->CO+H, 固+气→固+气（最普遍，治金工业、催化剂的还 原等)》 4FeS,+110,>2Fe,O,+8SO, ZnO+H2S→ZnS+HO 气+气固+气（制备超细粉未） TiCl +O->TiO,+2Cl

一、气－固相非催化反应 固＋气→气（煤的燃烧和气化、金属化合物的卤化） 固＋气→固＋气（最普遍，冶金工业、催化剂的还 原等） 气＋气→固＋气（制备超细粉末） 2 2 2 2 C+O CO C+H O CO+H → → 2 2 2 3 2 2 2 4FeS +11O 2Fe O +8SO ZnO H S ZnS H O → + → + TiCl O TiO Cl 4 2 2 2 + → + 2

流-固相非催化反应的分类 二、液-固相非催化反应（磷肥、无机盐、治金、 核能原料的制备) 固+液→固+气 2CasF(PO)+7H,SO+3H,O->3Ca(H,PO)HO+7CasO+2HF 固+液→固+液+气 2CagF(PO);+5H2SO,+10H2O>5CaSO,2H2O+3HPO,+HF

流－固相非催化反应的分类 二、液－固相非催化反应（磷肥、无机盐、冶金、 核能原料的制备） 固＋液→固＋气 固＋液→固＋液+ 气 5 4 3 2 4 2 4 2 3 4 2 ( ) 5 10 5 2 3 Ca F PO H SO H O CaSO H O H PO HF + + → + + 5 4 3 2 4 2 2 4 2 2 4 2 ( ) 7 3 3 ( ) 7 2 Ca F PO H SO H O Ca H PO H O CaSO HF + + → + +

二、液-固相非催化反应 固+液→液 UO+H,SO>UOSO+H.O 固+液→固 FeTiO,+2H,SO>TiOSO+FeSO2H,O 固+液→固+液 ZnS+2FeCly->ZnCl,+2FeCl,+S 2MgO.B,O,+4NaBO,+2Mg(OH)

二、液－固相非催化反应 固＋液→液 固＋液→固 固＋液→固＋液 UO H SO UO SO H O 3 2 4 2 4 2 + → + 3 2 4 4 4 2 FeTiO H SO TiOSO FeSO H O + → + 2 2 3 2 2 2 3 2 2 2 2 2 4 2 ( ) ZnS FeCl ZnCl FeCl S MgO B O NaBO Mg OH + → + + + +

■三、流固相非催化反应的特点 ■(1)反应类型多样化：工艺流程、工艺操作条件 多样化； ■(2)固相物料的多样性； ■(3)反应器形式的多样性； ■(4)固体颗粒的转化率高： ■(5)气固相非催化反应的反应温度高

◼ 三、流固相非催化反应的特点 ◼ （1）反应类型多样化：工艺流程、工艺操作条件 多样化； ◼ （2）固相物料的多样性； ◼ （3）反应器形式的多样性； ◼ （4）固体颗粒的转化率高； ◼ （5）气固相非催化反应的反应温度高

四、流固相非催化反应的研究方法 流固相反应器内进行的过程十分复杂， 包括：流体与固体颗粒之间的颗粒级宏观 反应过程；反应器中物料流动和混合以及 热量和质量传递的反应器级宏观反应过程。 首先要确定反应模型

流固相反应器内进行的过程十分复杂， 包括：流体与固体颗粒之间的颗粒级宏观 反应过程；反应器中物料流动和混合以及 热量和质量传递的反应器级宏观反应过程。 首先要确定反应模型。 四、流固相非催化反应的研究方法