[發(fā)明專(zhuān)利]一種測(cè)定粉體物料懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910814693.0
• 申請(qǐng)日: 2019-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110531026B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 酒少武;陳延信;成思萌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N31/16
• 分類(lèi)號(hào): G01N31/16;G01N15/00;G01N25/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種測(cè)定粉體物料懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的方法，根據(jù)粉體物料反應(yīng)的特點(diǎn)，選擇能夠表征反應(yīng)進(jìn)度的可測(cè)量參數(shù)作為目標(biāo)參數(shù)，用于計(jì)算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；調(diào)節(jié)操作參數(shù)使懸浮態(tài)反應(yīng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行一系列的等溫懸浮態(tài)實(shí)驗(yàn)并采集樣品；對(duì)采集的樣品進(jìn)行定量分析，得到不同“溫度?時(shí)間”組合參數(shù)下的目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化率計(jì)算，以平行樣的轉(zhuǎn)化率的平均值作為該組合參數(shù)下的轉(zhuǎn)化率，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為每個(gè)溫度下的“時(shí)間?轉(zhuǎn)化率”數(shù)據(jù)形式進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算；采用等溫動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，得到懸浮態(tài)反應(yīng)的活化能、機(jī)理函數(shù)、指前因子和動(dòng)力學(xué)方程。本發(fā)明提供了一種用于懸浮態(tài)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，可用于測(cè)定粉體物料懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測(cè)試分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的測(cè)試方法，特別涉及一種測(cè)定粉體物料懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的方法。

背景技術(shù)

懸浮態(tài)反應(yīng)技術(shù)是指將粉體物料置于高溫氣流中在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行快速反應(yīng)的一類(lèi)技術(shù)。在懸浮態(tài)反應(yīng)器內(nèi)，粉體物料被充分分散，顆粒與氣體充分接觸，因此傳熱和傳質(zhì)速率快，反應(yīng)效率高。與傳統(tǒng)的堆積態(tài)反應(yīng)技術(shù)相比，懸浮態(tài)技術(shù)的反應(yīng)效率提高至成千上萬(wàn)倍。目前，懸浮態(tài)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可，因此該技術(shù)在涉及粉體物料的熱處理的諸多工業(yè)領(lǐng)域都有應(yīng)用。

在懸浮態(tài)反應(yīng)器內(nèi)，通常涉及復(fù)雜的流動(dòng)、傳遞和反應(yīng)問(wèn)題，速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)瞬息萬(wàn)變，同時(shí)還存在高溫、高濃度粉塵等極端條件，因此對(duì)懸浮態(tài)反應(yīng)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)測(cè)定是十分困難的。在進(jìn)行懸浮態(tài)技術(shù)開(kāi)發(fā)、工藝及裝備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)控制，以及工藝優(yōu)化等工作中，迫切需要掌握工藝參數(shù)和操作參數(shù)對(duì)懸浮態(tài)反應(yīng)過(guò)程及核心指標(biāo)的影響關(guān)系，這就涉及懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。然而，目前尚未有效的懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方法，這對(duì)懸浮態(tài)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用形成了制約。

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)效率影響規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。通過(guò)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，能夠確定反應(yīng)遵循的機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，從而能夠揭示反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)進(jìn)程、效率和機(jī)理的影響規(guī)律。傳統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)研究采用是熱分析動(dòng)力學(xué)方法，即采用熱分析，將樣品放入熱分析儀的坩堝中進(jìn)行反應(yīng)，記錄其質(zhì)量、熱量和逸出氣體等變化數(shù)據(jù)，再通過(guò)動(dòng)力學(xué)算法推算動(dòng)力學(xué)參數(shù)的一類(lèi)方法。然而，傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法并不能直接用于研究懸浮態(tài)反應(yīng)，主要原因如下：其一，在熱分析儀內(nèi)，粉體物料樣品只能以堆積態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件與懸浮態(tài)反應(yīng)相差甚遠(yuǎn)，因此得到的動(dòng)力學(xué)參數(shù)并不能真正體現(xiàn)懸浮態(tài)反應(yīng)的特征；其二，動(dòng)力學(xué)算法要求實(shí)驗(yàn)的條件只能是等溫法或者線性升溫速率法(即按照恒定的升溫速率進(jìn)行加熱)，在懸浮態(tài)反應(yīng)器內(nèi)，這兩種狀態(tài)都難以實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，傳統(tǒng)熱分析方法得到的參數(shù)對(duì)于懸浮態(tài)反應(yīng)的參考意義十分有限，因此發(fā)明一種懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方法十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)在處理懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)定粉體物料懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的方法，基于等溫動(dòng)力學(xué)方法的要求，構(gòu)建能夠恒溫的懸浮態(tài)反應(yīng)系統(tǒng)，可用于測(cè)定粉體物料懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種測(cè)定粉體物料懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的方法，包括以下步驟：

步驟一，根據(jù)粉體物料反應(yīng)的特點(diǎn)，選擇能夠表征反應(yīng)進(jìn)度的可測(cè)量參數(shù)作為目標(biāo)參數(shù)，用于計(jì)算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；

步驟二，溫度、給料量、風(fēng)量、停留時(shí)間等操作參數(shù)，使懸浮態(tài)反應(yīng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行一系列的等溫懸浮態(tài)實(shí)驗(yàn)并采集樣品，用于進(jìn)行相關(guān)定量分析并獲得目標(biāo)參數(shù)；

步驟三，對(duì)采集的樣品進(jìn)行定量分析，得到不同溫度和不同時(shí)間組合參數(shù)下的目標(biāo)參數(shù)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)化率計(jì)算，以平行樣的轉(zhuǎn)化率的平均值作為該“溫度-時(shí)間”組合參數(shù)下的轉(zhuǎn)化率，完成全部實(shí)驗(yàn)后，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為每個(gè)溫度下的“時(shí)間-轉(zhuǎn)化率”數(shù)據(jù)形式，用于動(dòng)力學(xué)計(jì)算；

步驟四，采用等溫動(dòng)力學(xué)方法，根據(jù)每個(gè)溫度下的“時(shí)間-轉(zhuǎn)化率”數(shù)據(jù)計(jì)算懸浮態(tài)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，得到懸浮態(tài)反應(yīng)的活化能、機(jī)理函數(shù)、指前因子和動(dòng)力學(xué)方程。