气-固反应动力学

第四章气-固相催化反应宏观动力学

第四章 气－固相催化反应宏观动力学 在多孔催化剂进行的气－固相催化反应由下列几个步骤所组成： ① 反应物从气相主体扩散到催化剂颗粒的外表面。 ② 反应物从外表面向催化剂的孔道内部扩散。 ③ 在催化剂内部孔道所组成的那表面上进行催化反应。 ④ 产物从那表面扩散到外表面。 ⑤ 产物从外表面扩散到气流主体。 ①、⑤称为外扩散；②、④称为内扩散；③为本征动力学所描述，存在传质、传热现象（传质系数、传热系数）， 描述以上五个步骤的模型称为宏观动力学模型。 §4.1气－固相催化反应的宏观过程 一、气－固相催化反应过程中反应组分的浓度分布 以催化活性组分均匀分布的球形催化剂为例，说明催化反应过程中反应物的浓度分布。 死区：可逆反应，催化剂颗粒中反应物可能的最小浓度是颗粒温度夏的平衡浓度C *A ,如果在距中心半径R d 处反应物的浓度接近平衡浓度，此时，在半径R d 颗粒内催化反应速率接近于零，这部分区域称为“死区”。 二、 内扩散有效固子与总体速率 内扩散 内表面上的催化反应 }同时进行，使催化剂内各部分的反映速率并不一致，越接近于外表面，反 应物浓度↗，产物浓度↘，颗粒处于等温时，越接近于外表面，单位内表面上催化反应速率↗，内扩散有效因子（或内表面利用率）ζ： 等温催化剂单位时间颗粒中实际反应量与按外表面组分浓度及颗粒内表面积计算的反应量之比。 i A s S A s S C f k dS C f k i )()(0 ?= ζ K S 为按单位内表面积计算的催化反应速率常数。 S i 为单位体积催化床中催化剂的内表面积。 定态下，单位时间内催化剂颗粒外表面由扩散作用进入催化剂内部的反应组分量与单位时间内整个催化剂颗粒中实际反应的组分量相等，所以 速率 及内表面积计算的反映按反应组分外表面浓度梯度计算的扩散速率按反应组分外表面浓度= ζ 即单位时间内从气流主体扩散到催化剂外表面的反应组分量也必等于颗粒内实际反应量， C A C C C C C C A P P

第四章气-固相催化反应宏观动力学

精心整理 第四章气－固相催化反应宏观动力学 在多孔催化剂进行的气－固相催化反应由下列几个步骤所组成： ① 反应物从气相主体扩散到催化剂颗粒的外表面。 ② 反应物从外表面向催化剂的孔道内部扩散。 §一、布。 死区：可逆反应，催化剂颗粒中反应物可能的最小浓度是颗粒温度夏的平衡浓度C *A ,如果在距中心半径R d 处反应物的浓度接近平衡浓度，此时，在半径R d 颗粒内催化反应速率接近于零，这部分区域称为“死区”。 0 R P R P

二、内扩散有效固子与总体速率 内扩散内表面上的催化反应 }同时进行，使催化剂内各部分的反映速率并不一致，越接近于外表面，反 应物浓度↗，产物浓度↘，颗粒处于等温时，越接近于外表面，单位内表面上催化反应速率↗，内扩散有效因子（或内表面利用率）ζ： 等温催化剂单位时间颗粒中实际反应量与按外表面组分浓度及颗粒内表面积计 K S S i S e K G g A )(γ§一、分子扩散： 20 102-≤γλ 纽特逊扩散（Knudsen ） 1020 ≥γλ 构型扩散nm a 0.1~5.0=γ与分子大小相当，扩散系数与分子构型有关 表面扩散（重点了解分子扩散与纽特逊扩散，简要提及构型扩散与表面扩散）

二、分子扩散 Fick 定律dx dy G D dx dC D J A AB A AB A -=-= 三、纽特逊扩散 直圆孔中Knudsen 扩散系数D K 可按下式估算： V D a k γ3 2= cm 2 /s 式中V 又V R λ一、二、 有效扩散系数 θ为孔隙率，σ为曲折因子。 §4.3内扩散有效因子 内扩散过程实际为扩散与反应耦合过程，是催化反应宏观动力学的主要研究内容。早在1939年，梯尔（Thiele ）就提出球形催化剂内进行一级不可逆反应时反应一扩

有机还原剂与Np(Ⅵ和Pu(Ⅳ的))化学反应动力学研究进展

第35卷第1期原子能科学技术Vol.35,No.1　2001年1月Atomic Energy Science and Technology Jan.2001 文章编号:100026931(2001)0120083208 有机还原剂与Np(Ⅵ)和Pu(Ⅳ)的 化学反应动力学研究进展 张安运1,胡景火斤2,张先业2,王方定2 (11陕西师范大学化学系,陕西西安　710062; 21中国原子能科学研究院放射化学研究所,北京　102413) 摘要:概要评述了近20年来有机还原剂与Np(Ⅵ)和Pu(Ⅳ)的氧化还原反应动力学研究进展,讨 论分析了有关反应机理和动力学物化参数,以期为乏燃料后处理流程提供依据。 关键词:有机还原剂;Pu;Np;还原动力学 中图分类号:O614135+2;O643112 文献标识码:A 以有机化合物作为高效无盐还原剂,实现Purex流程的无盐化,是乏燃料后处理工艺流程改进研究的一个重要方面。为此,对可供选择的一些重要有机还原剂与Np(Ⅵ)和Pu(Ⅳ)之间的氧化还原反应动力学已进行了研究,取得了许多数据。本文就有关的有机还原剂与Np(Ⅵ)和Pu(Ⅳ)的氧化还原反应动力学研究进展情况做一简要评述。 1　醛类还原剂 K olarik[1]研究表明:甲、乙、丙、丁醛对Np(Ⅵ)均有不同程度的还原能力。受烷基诱导效应的影响,还原能力从甲醛到丁醛依次增强。其中,正丁醛可有效还原Np(Ⅵ)至Np(Ⅴ)。 为研究醛类还原剂应用于Purex流程的可能性,Uchimyama等[2]研究了正丁醛(n2C3H7CHO)和异丁醛(iso2C3H7CHO)与Np(Ⅵ)的氧化还原反应动力学。n2丁醛和iso2丁醛均可将Np(Ⅵ)还原至Np(Ⅴ)。二者构型上的差异使得后者较前者更具诱导效应,从而表现出更强的还原能力。两者还可将Np(Ⅴ)进一步还原至Np(Ⅳ),但后者较前者的还原速率慢得多。动力学速率方程分别为: -d c(Np(Ⅵ))/d t=k n c(Np(Ⅵ))c(n2C3H7CHO)c(H+); -d c(Np(Ⅵ))/d t=k iso c(Np(Ⅵ))c(iso2C3H7CHO)c(H+) 收稿日期:1999208210;修回日期:1999211209 基金项目:核工业科学基金资助项目(H7196No.123) 作者简介:张安运(1964—),男,陕西富平人,副教授,博士,无机化学专业

第六章气—固催化反应宏观动力学

第六章 气—固催化反应宏观动力学 宏观反应速率—以颗粒催化剂体积为基准的平均反应速率 ???-=-= -S A S S V 0 S S V 0 S V 0 S A A dV )r (V 1dV dV )r ()R ( 6.1—1 )R (A -—A 组分的宏观消耗速率； )r (A -—A 组分的本征消耗速率； S V —催化剂颗粒体积。 宏观动力学—表述宏观反应速率与其影响因素之间关系 在本征反应动力学基础上讨论： 1、 流体在固体催化剂中的扩散规律； 2、 催化剂内浓度、温度分布规律； 3、 宏观反应速率的关联式。 6.1催化剂颗粒内气体的扩散 a 、分子扩散或容积扩散—扩散阻力主要是分子间的碰撞（对大孔）； b 、努森(kondson)扩散—当微孔的孔径小于分子的平均自由程（约0.1m μ）时，分子与孔壁的碰撞机会会超过分子间的相互碰撞，扩散阻力主要是分子与孔壁的碰撞； C 、构型扩散—（nm 1~5.0d 0 =），d 0与分子大小是一个数 量级，分子的扩散系数与分子的构型有关。 扩散系数：

dz dy D RT p dz dC D Sdt dn A AB A A B A -=-= 6.1—2 AB D 与λ有关atm P ,cm P 10 5 ，压力-=λ?- 6.1.1分子扩散 当时一般2 10d /,d -<λλ>>，属于分子扩散。 1、 二元组分的分子扩散系数 s /cm ) V V (P ) M /1M /1(T 10 3.4D 2 2 3 /1B 3 /1A 5 .0B A 5 .13 AB ++?=- 6.1—3 P —总压，atm; T —温度，K; M A ,M B —分子量； V A ,V B —分子扩散体积m 3/mol 。 2、 混合物中组分的扩散系数 ∑-= =m 1 i Ai i A Am ) D /y () y 1(D 6.1—4 i y —i 组分的摩尔分率； Ai D —A 组分对i 组分的二元扩散系数s /cm 2 ； Am D —A 组分对混合组分的扩散系数s /cm 2。 6.1.2努森（Knudson ）扩散 当10d /0 >λ，扩散的主要阻力来自分子与孔壁的碰撞。 )s /cm (m /T d 4850D 20K = 6.1—5 T —温度K ；

第四章气-固相催化反应宏观动力学

第四章气－固相催化反应宏观动力学 在多孔催化剂进行的气－固相催化反应由下列几个步 骤所组成： ①反应物从气相主体扩散到催化剂颗粒的外表面。 ②反应物从外表面向催化剂的孔道内部扩散。 ③在催化剂内部孔道所组成的那表面上进行催化反 应。 ④产物从那表面扩散到外表面。 ⑤产物从外表面扩散到气流主体。 ①、⑤称为外扩散；②、④称为内扩散；③为本征动力学所描述，存在传质、传热现象（传质系数、传热系数）， 描述以上五个步骤的模型称为宏观动力学模型。 §4.1气－固相催化反应的宏观过程 一、气－固相催化反应过程中反应组分的浓度分布 以催化活性组分均匀分布的球形催化剂为例，说明催化反应过程中反应物的浓度分布。 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF

AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF 死区：可逆反应，催化剂颗粒中反应物可能的最小浓度是颗粒温度夏的平衡浓度C * A ,如果在距中心半径R d 处反应物的浓度接近平衡浓度，此时，在半径R d 颗粒内催化反应速率接近于零，这部分区域称为“死区”。 二、 内扩散有效固子与总体速率 内扩散 内表面上的催化反应 }同时进行，使催化剂内各部分的反映速率并不一 致，越接近于外表面，反应物浓度↗，产物浓度↘，颗粒处于等温时，越接近于外表面，单位内表面上催化反应速率↗，内扩散有效因子（或内表面利用率）ζ： 等温催化剂单位时间颗粒中实际反应量与按外表面组分浓度及颗粒内表面积计算的反应量之比。 i A s S A s S C f k dS C f k i )()(0 ?= ζ K S 为按单位内表面积计算的催化反应速率常数。 S i 为单位体积催化床中催化剂的内表面积。 C A C C C 0 C C C A R P R P

气固相催化反应实验-预习

化工专业实验预习报告 实验名称 气固相催化反应实验 班级 姓名 学号 成绩 实验时间 同组成员 一、实验预习 1.实验目的 （1）掌握乙醇脱水实验的反应过程和反应机理、特点。 （2）学习气固管式催化反应器的构造、原理和使用方法。 （3）学习如何对实验体系进行物料衡算，确定收率和转化率。 （4）学习气体在线分析的方法和定性、定量分析，学习手动进样分析液体成分。 （5）学习微量泵的使用，学会使用湿式流量计测量气体流量。 2.实验原理 1）乙醇脱水反应历程 实验表明，乙醇脱水可生成乙烯和乙醚两种化合物，但在浓硫酸或三氧化二铝催化下，控制温度可使反应生成其中一种化合物为主，反应如下： 可见，乙醇的脱水方式随反应温度而异，在较高温度时主要发生分子内脱水生成乙烯，在较低温度下则发生分子间脱水生成乙醚。对于乙醇脱水反应，由于对机理及动力学的研究结论很难达成一致， 主要存在两方面的争论：○1乙醇脱水机理是连串反应机理、平行反应机理还是平行-连串反应机理；○ 2反应机理是吸附于催化剂上的两个临近乙醇分子间进行的L-H 模型，还是一个气相乙醇分子和一个催 化剂上处于吸附态的乙醇分子之间进行的R-E 模型。乙醇脱水反应的催化剂主要由 γ-Al 2O 3和酸性ZSM-5分子筛两大类。Blaszkowski 和Van Santen 指出：氧化铝型催化剂的催化机理和分子筛不同，γ-Al 2O 3的催化活性与其表面脱氢过程中形成的Lewis 酸-Lewis 碱对有关，富电子的阴离子氧表现出碱的特性，缺电子的阳离子铝表现出酸的特性。相反，酸性分子筛的催化活性与Bronst 酸-Lewis 碱对有关，Bronst 酸发生氢转移，而它邻近的Lewis 碱能接受质子。在此基础上，Cory B.Phillips 等以ZSM-5分子筛为催化剂，提出乙醇脱水反应属于平行反应，会生成乙氧基这一中间产物，并且他们认为生成乙醚的过程与甲醇脱水生成二甲醚的过程非常相似。Junko N.Kondo 等利用原位红外检测也证实在反应过程中乙氧基这一中间产物的存在。Chang 等提出只要催化剂上存在足够多的酸性位，乙醇可以直接反应生成乙烯。R. Le Van Mao 等在ZSM-5分子筛基础上提出在523~598 K 范围内乙醇直接生成乙烯，448~498 K 范围内乙醇生成乙醚，而498~523K 范围内生成乙烯和乙醚，反应是在Bronst 酸中心上进行的。河北工业大学及上海石油化工研究院等对乙醇脱水反应进行了研究，同样

实验四还原动力学

金属氧化物还原动力学 一实验目的和要求 用气体还原剂还原金属氧化物，属于气—固多相反应体系。是一个复杂的物理化学变化过程。还原热力学公研究反应过程达到平衡时的热力学条件。而动力学则研究还原反应过程进行的快慢。即研究影响反应速度大小有关的条件。其目的在于：查明在冶炼条件下反应速度最慢的步骤（即限制性环节）是什么？以便针对该环李的影响因素，改变冶炼条件，加快反应速度，从而提高生产率。 具体要求如下： 1通过实验说明还原反应的有关机理。加深课堂讲授内容的理解、巩固和提高。 2研究还原温度，气体性质及流量，矿石的物理化学性质对还原速度的影响。 3验证用气体还原剂还原金属氧化物的纯化学反应控制模型和纯扩散控制模型。 4学习实验数据处理方法及实验操作技术。 分析金属氧化物还原动力学的一般规律。 二实验原理 用气体还原原氧化物是多相反应机理最完整的，如及H2气还原金属氧化物（MeO）的反应式如下： MeO+H2=Me+H2O 其反应模型如图9—1所示，在反应物（MeO）外层，生成一层产物层（Me），Me 外表存在一边界层，（又称为气膜），最外面为包括反应气体（H2）和生成物气体（H2O）的气流。 反应机理包括以下环节： （1）H2的外扩散； （2）H2的内扩散； （3）结晶化学反应； （4）H2O穿过Me层的内扩散； （5）气体H2O穿过界层的外扩散。 还原反应是由上述各环节完成的。然而各环节的速度是不相等的，总的速度取决于最慢的一个环节。即限制环节。而影响限制性环节的主要因素是：还原温度、矿石孔隙度、矿石粒度、还原气体的性质及流量等。 如果氧化矿结构很致密，还原反应将是自外向内逐渐深入的，存在开头规整的连续反应相界面，对于球形或立方体颗粒而言，这样的反应界面通常是平行于外表面，同时随时间的延续，反应界面将不断向固体内部推进，金属（MeO）内核逐渐缩小。如图所示的体系通常叫收缩核模型。 如图可知，反应物之间有界面存在多相反应的特征，过程动力学的机制和界面 的性质有关。还原反应遵循结晶化学反应和阻力相似的收缩核模型。因为H2气需通过生成物层扩散。以及在MeO、Me界面上的结晶化学反应。所以，还原反应的限制性环节可以是受扩散阶段控制，也可以是受结晶化学阶段控制。为上述扩散和结晶化学反应速度相差不大时，我们称它为综合控制。如果反应产物层是疏松的，气体还原进入界面将不受阻力。反应速度不受产物的影响，反应为结晶化学阶段控制，如果产物层致密， 还原剂必须扩散，通过此层方能达到反应界面，反应则为内扩散阶段控制。 实验研究表明，在火法冶金中，气流速度很快，常常高于形成边界层的临速度。 因而外扩散通常不是限制性环节。在火法冶金的高温和常压条件下，吸附速度也很快，通常也不是限制性环节。因此，限制性环节主要是内扩散和结晶化学两个阶段，或

冶金原理(9.3)--金属氧化物还原动力学

金属氧化物还原动力学 一、实验目的和要求 用气体还原剂还原金属氧化物，属于气—固多相反应体系。是一个复杂的物理化学变化过程。还原热力学公研究反应过程达到平衡时的热力学条件。而动力学则研究还原反应过程进行的快慢。即研究影响反应速度大小有关的条件。其目的在于：查明在冶炼条件下反应速度最慢的步骤（即限制性环节）是什么？以便针对该环李的影响因素，改变冶炼条件，加快反应速度，从而提高生产率。 具体要求如下： 1．通过实验说明还原反应的有关机理。加深课堂讲授内容的理解、巩固和提高。 2．研究还原温度，气体性质及流量，矿石的物理化学性质对还原速度的影响。 3．验证用气体还原剂还原金属氧化物的纯化学反应控制模型和纯扩散控制模型。 4．学习实验数据处理方法及实验操作技术。 分析金属氧化物还原动力学的一般规律。 二、实验原理 用气体还原原氧化物是多相反应机理最完整的，如及H2气还原金属氧化物（MeO）的反应式如下： MeO+H2=Me+H2O 其反应模型如图9—1所示，在反应物（MeO）外层，生成一层产物层（Me），Me外表存在一边界层，（又称为气膜），最外面为包括反应气体（H2）和生成物气体（H2O）的气流。 反应机理包括以下环节： （1）H2的外扩散； （2）H2的内扩散； （3）结晶化学反应； （4）H2O穿过Me层的内扩散； （5）气体H2O穿过界层的外扩散。 还原反应是由上述各环节完成的。然而各环节的速度是不相等的，总的速度取决于最慢的一个环节。即限制环节。而影响限制性环节的主要因素是：还原温度、矿石孔隙度、矿石粒度、还原气体的性质及流量等。 如果氧化矿结构很致密，还原反应将是自外向内逐渐深入的，存在开头规整的连续反应相界面，对于球形或立方体颗粒而言，这样的反应界面通常是平行于外表面，同时随时间的延续，反应界面将不断向固体内部推进，金属（MeO）内核逐渐缩小。还原反应遵循结晶化学反应和阻力相似的收缩核模型。因为H2气需通过生成物层扩散。以及在MeO、Me 界面上的结晶化学反应。所以，还原反应的限制性环节可以是受扩散阶段控制，也可以是受结晶化学阶段控制。为上述扩散和结晶化学反应速度相差不大时，我们称它为综合控制。如果反应产物层是疏松的，气体还原进入界面将不受阻力。反应速度不受产物的影响，反应为结晶化学阶段控制，如果产物层致密，还原剂必须扩散，通过此层方能达到反应界面，反应则为内扩散阶段控制。实验研究表明，在火法冶金中，气流速度很快，常常高于形成边界层的临速度。因而外扩散通常不是限制性环节。在火法冶金的高温和常压条件下，吸附速度也很快，通常也不是限制性环节。因此，限制性环节主要是内扩散和结晶化学两个阶段，或

造球、焙烧、还原反应动力学综合实验报告

造球、焙烧、还原反应动力学综合实验 摘要：本实验主要分为造球、生球焙烧、还原反应三个部分，全面的演示了炼铁的全过程。其中造球包括生球形成，生球抗压强度测定，生球落下强度测定。 关键词：铁矿粉造球生球焙烧球团还原反应 The experiment of pelletizing，Pellet roasting and reduction reaction Abstract：This experiment mainly have three parts,pelletizing, Pellet roasting and reduction reaction. It shows all the Process of Iron-making. the pelletizing contains Determination of compressive strength of green-ball, Determination of Falling strength of green-ball。 Key word: pelletizing Pellet roasting reduction reaction 正文： 一、造球实验 造球是细磨物料在造球设备中被水湿润，借助机械力的作用而滚动成球的过程。在工业生产中，湿料连续加到造球机中，母球在造球机中不断的滚动而被压密，引起毛细管形状和尺寸的改变，从而使过剩的毛细管被迁移到母球表面，潮湿的母球在滚动中很容易粘上一层润湿程度较低的湿料。再压密，表面再粘上一层湿料，如此反复多次，母球不断长大，一直到母球中的摩擦力比滚动时的机械压密

作用力大为止，如果要使母球继续长大，必须人为地使母球的表面过分湿润，即向母球表面喷水，母球长大应满足以下3个条件： （1）机械外力的作用，使滚动粘附料层和压密； （2）有润湿程度较低的物料，能粘附在过湿的母球表面； （3）母球表面必须有过湿层，必要时可通过喷水实现。 实验设备：造球机，重量计 生球要求：合适的生球抗压强度和生球落下强度 配料：95%以上的精矿粉，添加剂为膨润土及一些矿质元素等 实验生球直径：10～12mm 生球测试数据 二、生球焙烧实验 生球烧结的目的： 铁矿粉在一定的高温作用下，部分颗粒表面发生软化和熔化，产生一定量的液相，并与其他未熔矿石颗粒作用，冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块，达到人造富矿的目的。 生球烧结的目的： （1）为高炉提供冶金性能好的优质烧结矿； （2）除去矿石中的有害杂质； （3）可以扩大炼铁原料的来源。 实验设备：三段式电阻炉模拟焙烧机 球团矿的焙烧阶段： 干燥、焙烧、均热、冷却五个阶段

1气固催化反应的七个步骤

1气固催化反应的七个步骤 1）气体反应物通过滞留膜向催化剂颗粒表面的传质(外扩散) 2） 气体沿微孔向颗粒内的传质(内扩散) 3）气体反应物在微孔表面的吸附 4）吸附反应物在催化剂表面的反应 5）吸附产物的脱附 6）气体产物沿微孔向外扩散(内扩散) 7）气体产物穿过滞流膜扩散到气流主体(外扩散) 1,7为外扩散过程 2,6为内扩散过程 3,4,5为化学动力学过程 (本征动力学） 2颗粒反应速率 外扩散很慢 c A0>>c As ≈c A ≈0 r ≈N A =k G c A0 外扩散（external transfer)的速率： N A = k G a(c Ag -c As ) N A = k g a(p Ag -p As ) 传质 传热(T s -T 0)max =(k G /h) (-?H) (c A0-c Ae ) 内扩散很慢 c A0 ≈ c As > c A r=ηr s (c As ) ≈ ηr s (c A0) 3分子内扩散 气体在催化剂内的扩散属孔内扩散，根据孔的大小分为两类：孔径较大时，为一般意义上的分子扩散；孔径较小时，属克努森（Knudson ）扩散 费克（Fick ）扩散定律 ※当微孔孔径远大于分子平均自由程时，扩散过程与孔径无关，属分子扩散。 ※努森扩散 、 D K,j 为克努森扩散系数； T 为温度， K r 为微孔半径，cm M j 为组分j 的相对分子质量 ※综合扩散 有效扩散系数：Dej = ( 12A A A A s cm :d d d d --=扩散系数D z c S D t n ∑≠-=N j k jk k j jm D y y D 111()123,0s cm /107.910-?=>j j K M T r D d 时λ()j K jm j D D D a N N y N N N N a D ay D D ,B A A B A A B AB A kj 1 110A B A ,1/1/11+==-=+=-+=，等分子扩散，率组分在气相中的摩尔分：组分的扩散通量，：

红土镍矿脱水机理及还原过程动力学

第23卷第3期中国有色金属学报 2013年3月 V ol.23 No.3 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Mar. 2013 文章编号：1004-0609(2013)03-0843-09 红土镍矿脱水机理及还原过程动力学 张建良 1 ，毛 瑞 1 ，黄冬华 1, 2 ，邵久刚 1 ，李峰光 1 (1. 北京科技大学 钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083； 2. 北京科技大学 期刊中心，北京 100083) 摘 要：研究红土镍矿的脱水机理及还原过程动力学。结果表明，红土镍矿在升温过程中主要进行自由水的脱除、 针铁矿的分解、高岭石及蛇纹石的脱羟基反应和蛇纹石类矿物的第二段脱羟基反应；红土镍矿还原过程可分为 3 个阶段，第一阶段的控速环节是化学反应，预焙烧和未焙烧红土镍矿的活化能分别为90.21和63.12 kJ/mol；第二 阶段和第三阶段控速环节是扩散，红土镍矿的活化能逐渐增大。 关键词：红土镍矿；动力学；热分析；直接还原 中图分类号：TF815 文献标志码：A Dehydration mechanism and reduction process dynamics of laterite nickel ore ZHANG Jian-liang 1 , MAO Rui 1 , HUANG Dong-hua 1,2 , SHAO Jiu-gang 1 , LI Feng-guang 1 (1. State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China? 2. Journals Publishing Centre, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China) Abstract: The dehydration mechanism and reduction process dynamics of laterite nickel ore were studied. The results indicate that the dehydration of free water, the decomposition of goethite and the dehydroxylation reaction of kaolinite and serpentine as well as the second period reaction of dehydroxylation for serpentine mineral all take place in the process of heating. The reduction of laterite nickel ore consists of three stages. Chemical reaction is the controlling unit in the first stage, the activation energies of the precalcined and unroasted laterite nickel ores are 90.21 and 63.12 kJ/mol, respectively. Diffusion is the dominant link in the following two stages, in which the activation energy of laterite nickel ore gradually increases. Key words:laterite nickel ore? dynamics? thermal analysis? direct reduction 镍具有抗氧化、抗腐蚀、耐高温、延展性好、强 度高等优点，被广泛用于生产不锈钢、高温合金钢、 燃料电池等关键材料，是一种重要的战略性金属 [1] 。 世界上可供开采的镍资源中有30%~40%(质量分数)是 硫化镍矿，60%~70%(质量分数)是红土镍矿。目前， 约有 56%(质量分数)的镍是从硫化镍矿中提取的，但 是硫化镍矿资源正面临着逐渐枯竭的局面，而红土镍 矿资源丰富，且采矿成本低，因此，红土镍矿将是未 来镍的主要来源，加快红土镍矿的选冶研究，已成为 目前国际上的重大冶金课题 [2?3] 。 目前，煤基直接还原工艺处理红土镍矿是红土镍 矿冶炼的一个非常重要的方法，而红土镍矿的含水量 很高，一般含有25%~30%(质量分数)的游离水和结晶 水，使高温还原熔炼过程能耗过高，而且将导致生产 过程无法顺利进行，在冶炼过程中需要对其进行干燥 处理，因此，研究红土镍矿加热还原过程的反应机理 对于红土镍矿冶炼工艺的改进和创新尤为重要。 目前， 已有很多学者在等温和非等温条件下对红土镍矿脱水 基金项目：国家科技支撑计划资助项目(2011BAC01B02) 收稿日期：2012-06-22；修订日期：2012-10-08 通信作者：毛 瑞，博士；电话：010-62332550；E-mail: maorui0138@https://www.360docs.net/doc/b33328253.html,

宏观动力学方程

气液相反应宏观动力学 三、气液相反应宏观动力学方程 1、气液相反应过程 设有二级不可逆气液相反应： A（气相）＋bB（液相）→C（产物） 气相组分A与液相组分B之间的反应过程，需要经历以下步骤： ?气相组分A从气相主体传递到气液相界面，在界面上假定达到气液相平衡； ?气相组分A从气液相界面扩散入液相，并且在液相内进行化学反应； ?液相内的反应产物向浓度梯度下降的方向扩散，气相产物则向界面扩散； ?气相产物向气相主体扩散。 由于反应过程经历了以上步骤，实际表现出来的反应速率是包括这些传递过程在内的综合反应速率，即宏观动力学。当传递速率远大于化学反应速率时，实际的反应速率就完全取决于后者，这就叫动力学控制；反之，如果化学反应速率很快，而某一步的传递速率很慢，则称为扩散控制。当化学反应速率和传递速率具有相同的数量级时，则二者均对过程速率有显著的影响。 2、气液相反应的基础方程式 对于典型的二级不可逆气液相反应： A（气相）＋bB（液相）→C（产物） 在液相内离相界面为Z处，取一厚度为dZ，与传质方向垂直的面积为S的微元体积，进行物料平衡，如下图所示。 图液膜内微元体积物料平衡 当过程达到定态时，对微元体积作A的料物料衡算，有： 扩散入微元体的A的量－扩散出微元体的A的量＝微元体内A的反应量＋微元 体内A的累积量

设D AL为常数，化简上式则有： 同理，对微元体积作组分B的物料衡算可得： 上述二式是二级不可逆气液相反应的基础方程式。各种不同类型的气液相反应有不同的边界条件，因而可得到不同的解。 参考网址：https://www.360docs.net/doc/b33328253.html,/jpkc/hx/WLKC/content/ch2/2_3_2_3.htm

化学反应动力学

化学反应动力学 既是异想天开，又实事求是，这是科学工作者特有的风格，让我们在 无穷的宇宙长河中探索无穷的真理吧。 郭沫若 经典化学热力学从静态的角度（相对静止）去研究化学反应，解决了化学反应进行中能量转换、过程方向、限度、以及各种平衡性质的计算问题。由于经典热力学只研究过程的起始状态与终结状态，不研究过程的各瞬间状态，故对于一个化学反应，其实际产量是多少？需要多少时间？反应中经历了怎样的过程等问题，经典热力学无法解决，这些问题均有待于化学反应动力学来解决。 “静止是相对的，而运动则是绝对的”，化学动力学是从动态的角度（绝对运动） 去研究化学反应即化学运动全过程的学科，它的任务较热力学更为复杂和艰巨。化学动力学的主要任务是研究反应速率和探求反应机理，具体可包括三方面内容：1.研究化学反应过程的各种因素（如分子结构、温度、压力、浓度、介质、催化剂等）对化学反应速率的影响；2.揭示化学反应宏观与微观的机理（反应物按何种途径、经何步骤才转化为最终产物）；3.定量地研究总包反应与各种基元反应。 如果一个化学反应在热力学上判断是可能发生的，要使这种可能性变为现实，则该 反应必须要以一定的速率进行，可以说“速度就是效率，速度就是效益”。化学反应的体系内的许多性质及外部条件都会影响平衡和反应速率，平衡问题和速率问题是相互关连的，由于目前仍未有处理它们相关的定量方法，故还需要分别去研究平衡问题和化学反应速率问题。化学动力学作为一门独立的学科，近百年来发展相对较为迅速，但目前动力学理论与热力学相比，尚有较大差距。本章着重介绍了化学动力学的唯象规律、有关反应机理及反应速率理论的基本内容。 1、反应速率 反应物分子经碰撞后才可能发生反应，在一定温度下，化学反应的速率正比于反应分子的碰撞次数，而在单位体积中，单位时间内的碰撞次数又与反应物的浓度成正比，可见反应速率与反应物浓度直接相关，反应速率就是参加反应的某一物质的浓度随时间的变化率。 对于等容体系中进行的反应：aA+bB →dD+eE ，可以分别用体系中各物质的浓度变化 写出速率表示式，如反应物消耗速率 （负号表示反应期间反应物浓度是减少，以保证速率为正值），产物生成速率： dt dC r dt dC r B B A A -=-=，

化学动力学发展史及相关定理的理解

化学动力学发展史及相关定理的理解

化学动力学发展史及相关定理的理解 摘要：文章对化学动力学的发展史以及相关理论和定律进行了详细的分析和阐述，并且对相关公式进行了分析。 关键词：化学;动力学;发展史;反应速度； 引言 化学动力学作为物理化学的三大分支学科之一已有一百多年的历史。通过对浙江大学出版的高等燃烧学第一章的化学动力学的认真的阅读和相关文章及文献资料的查询，对化学动力学的发展史和相关定律和定理有了较为详细的认识。 1、化学动力学发展历程 1.1 宏观反应动力学阶段 化学动力学作为一门独立的学科,它的发展历史始于质量作用定律的建立[ 3 ]。宏观反应动力学阶段是研究发展的初始阶段,大体上是从19世纪后半叶到20世纪初,主要特点是改变宏观条件,如温度、压力、浓度等来研究对总反应速率的影响,其间有3次诺贝尔化学奖颁给了与此相关的化学家。这一阶段的主要标志是质量作用定律的确立和阿伦尼乌斯公式的提出。 1850年,Wilhelmy通过研究蔗糖的水解反应得出了一级反应的速率方程。1867 年,Guldberg和Waage在总结了大量实验的基础上提出了质量作用定律。19世纪80年代, van’t Hoff及Arrhenius在对质量作用定律所进行的研究中,进一步提出了有效碰撞、活化分子及活化能的概念。但后来证明,质量作用定律只是描述基元反应动力学行为的定理,在总包反应层次上并不正确。van’t Hoff对化学反应中反应物浓度与反应速率之间的关系进行了明确的阐述, 并提出了化学反应具有可逆性的概念。他还从热力学角度提出了化学反应中大量分子与温度之间的近似规律。van’t Hoff由于对化学动力学和溶液渗透压的首创性研究[ 4 ]而荣获了1901年的首届诺贝尔化学奖。 1889年,Arrhenius提出了关于化学反应速度的Arrhenius公式,即著名的化学反应速度指数 式。 （1）式中K—反应温度T（K）时的反应速度常数 K o—频率因子 E a—活化能 这个公式所揭示的物理意义使化学动力学理论迈过了一道具有决定意义的门槛[ 5 ]。 1.2 基元反应动力学阶段

作品说明书题目：气固催化反应的控制步骤及其对反应速率影响的消除

作品说明书 题目：气固催化反应的控制步骤及其对反应速率影响的消除 小组成员：张嘉兴、拥鑫、刘煜、刘彦聪 中国石油大学（北京）化工学院 指导老师：蓝兴英 1 综述 作为一名化工专业的学生，一名未来的化学工程师，化学反应工程是一门必须熟练掌握的课程。就整个化工过程而言，化学反应在其中占据最重要的位置，是一切生产过程的最基本出发点。所以学好化学反应工程这门课非常重要。 但化学反应工程也是一门比较抽象，比较难于理解的学科。在学习的过程中，我们很多时候是利用前人做实验得出的结论及总结成的公式进行学习。然而，通过讲解和理论推导很难想象出具体的过程，这使得学生在学习理解的过程中遇到很多困难。 能否用一种更加形象具体的方法来描述这个过程呢？基于此目的，我们组通过制作一个介绍视频，向大家展示气固催化反应的进行过程（从扩散到反应再到扩散），以及内外扩散控制产生的原因及消除其对反应速率的影响的方法。 2 气体反应分子的扩散过程及受到的阻力 对于气固催化反应，气体反应物分子要经过扩散过程，首先通过固体催化剂表面的滞留层，然后穿过催化剂的内部孔道，再吸附到催化剂内部孔道表面的活性中心上进行反应。 气体分子在穿过催化剂表面的滞留层，扩散到催化剂外表面的过程中，会受到滞留层阻力的影响，因此催化剂内部的气体反应物浓度低于气相反应物主体的浓度，此阻力称为外扩散阻力；同样地，反应物分子在从催化剂表面扩散到催化剂内部活性中心的过程中会受到另一种阻力的影响，因此催化剂内部气体反应物浓度也会低于气体主体浓度，此阻力我们称为内扩散阻力；另外，气体分子在活性中心上反应的过程也会因为温度等原因，有不同的反应速率。 若总反应过程由一系列快慢悬殊的连续步骤组成，总反应速率就取决于其中