第八章 流－固相非催化反应
固相颗粒内部条件随时间变化－－非定态
复杂性：
（1）颗粒体积的变化情况
（2）反应区域的变化情况
（3）粒子大小的均匀情况
（4）流－固相之间的流动情况
第一节 流－固相非催化反应的分类及特点
8－1流－固相非催化反应的分类
一、气－固相非催化反应
固→固＋气
固＋气→固
8－1流－固相非催化反应的分类
一、气－固相非催化反应
固＋气→气
固＋气→固＋气
气＋气→固＋气
第一节 流－固相非催化反应的分类及特点
8－1流－固相非催化反应的分类
一、气－固相非催化反应
固→固＋气
固＋气→固
固＋气→气
固＋气→固＋气
气＋气→固＋气
第一节 流－固相非催化反应的分类及特点
8－1流－固相非催化反应的分类
二、液－固相非催化反应
固＋液→固＋气
固＋液→固＋液+ 气
8－1流－固相非催化反应的分类
二、液－固相非催化反应
固＋液→液
固＋液→固
固＋液→固＋液
第二节 流固相非催化反应模型
8－4收缩未反应芯模型
shrinking core model
两种情况（1）有新固产物（2）无固体产物
8－4收缩未反应芯模型
（1）外扩散
（2）内扩散
（3）表面化学反应
（4）内扩散（流体产物）
（5）外扩散（流体产物）
无固体产物：无（2）（4）步
无流体产物：无（4）（5）步
气相主体
气膜
固体产物层
反应界面
收缩未反应芯
CAS
CAg
CAC
8－5 整体反应模型
两个阶段：
第一阶段：未形成固体产物层，反应区为整个颗粒
第二阶段：形成固体产物层，且不断扩展；与此同时，反应区则不断缩小
8－6 有限厚度模型
8－7 其他模型
微粒模型
单孔模型
破裂芯模型
单孔模型
单孔模型
单孔模型
单孔模型
单孔模型
“闭口”现象和“开口”现象
“闭口”现象和“开口”现象
第三节 粒径不变时的缩芯模型的总体速率
8－8宏观反应速率
单位时间内每个颗粒上流体反应物A物质量的减少
（单位时间内每个颗粒上固体反应物B物质量的减少）
拟定态过程：
A通过流体膜的外扩散速率，等于通过产物层的内扩散速率，等于反应界面上的表面反应速率，并等于总体反应速率
8－8宏观反应速率
一、外扩散速率、内扩散速率与表面反应速率
CAS
CAg
CAC
一、外扩散速率、内扩散速率
与表面反应速率
CAS
CAg
CAC
二、总体速率的一般计算式
首先建立产物层内反应物A的浓度分布
二、总体速率的一般计算式
代入内扩散速率方程
二、总体速率的一般计算式
然后三式联立消元
总体反应速率（宏观动力学）
非均相反应
（1）气固相催化反应
（2）气液反应
（3）气固相、液固相非催化反应
（4）气液固三相反应
三个层次：反应器、颗料、分子
总体反应速率（宏观动力学）
反应的流程（步骤）
（1）气固相催化反应：
外扩散→内扩散、反应
（2）气液反应：
外扩散→液相扩散、反应
（3）流固相非催化反应（缩芯模型）：
外扩散→内扩散→表面反应
总体反应速率（宏观动力学）
（1）气固相催化反应反应的流程（步骤）：
外扩散→内扩散、反应
总体反应速率（宏观动力学）
（2）气液反应的流程（步骤）
外扩散→内扩散、反应
总体反应速率（宏观动力学）
（3）流固相非催化反应（缩芯模型）步骤：
外扩散→内扩散→表面反应
三、未反应芯半径与反应时间的关系
四、固相反应的B的转化率xB与RC的关系
五、 xB与反应时间的关系
分离变量，并积分下式
五、 xB与反应时间的关系
分离变量，并积分上式
五、 xB与反应时间的关系
8－9 流体滞流膜控制
转化率与反应时间成正比
达到某转化率所需时间与RS成正比
“匀速反应”
8－9 固体产物层内扩散控制
达到某转化率所需时间与RS2成正比
8－9 表面化学反应控制
反应时间与（RS-RC)(即产物层厚度）成正比
达到某转化率所需时间与RS成正比
“匀速推进”
8－14 宏观反应过程与控制阶段的判别
（1）用温度对总体速率的影响进行判别。
提高温度则总体速率改变显著→反应控制
（2）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→外扩散控制
（3）用反应时间分率t/tf与转化率xB的关系及与未反应芯半径Rc的关系判别
如果上述关系呈直线→外扩散、反应控制
（4）用颗粒大小与反应时间的关系来判别。
8－14 宏观反应过程与控制阶段的判别
（1）用温度对总体速率的影响进行判别。
提高温度则总体速率改变显著→反应控制
8－14 宏观反应过程与控制阶段的判别
（2）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→外扩散控制
8－14 宏观反应过程与控制阶段的判别
（3）用反应时间分率t/tf与转化率xB的关系及与未反应芯半径Rc的关系判别
如果上述关系呈直线→外扩散、反应控制
（4）用颗粒大小与反应时间的关系来判别。
设达到某转化率xB所需的反应时间为t，则t与颗粒的大小有关。
