[发明专利]一种测定粉体物料悬浮态反应动力学的方法

说明书

一种测定粉体物料悬浮态反应动力学的方法，根据粉体物料反应的特点，选择能够表征反应进度的可测量参数作为目标参数，用于计算反应转化率；调节操作参数使悬浮态反应系统处于稳定运行状态，进行一系列的等温悬浮态实验并采集样品；对采集的样品进行定量分析，得到不同“温度‑时间”组合参数下的目标参数进行转化率计算，以平行样的转化率的平均值作为该组合参数下的转化率，将实验结果表示为每个温度下的“时间‑转化率”数据形式进行动力学计算；采用等温动力学方法计算悬浮态反应动力学，得到悬浮态反应的活化能、机理函数、指前因子和动力学方程。本发明提供了一种用于悬浮态动力学实验的方法，可用于测定粉体物料悬浮态反应动力学参数。

技术领域

本发明属于测试分析技术领域，涉及一种反应动力学的测试方法，特别涉及一种测定粉体物料悬浮态反应动力学的方法。

背景技术

悬浮态反应技术是指将粉体物料置于高温气流中在悬浮状态下进行快速反应的一类技术。在悬浮态反应器内，粉体物料被充分分散，颗粒与气体充分接触，因此传热和传质速率快，反应效率高。与传统的堆积态反应技术相比，悬浮态技术的反应效率提高至成千上万倍。目前，悬浮态技术的优势已经得到广泛的认可，因此该技术在涉及粉体物料的热处理的诸多工业领域都有应用。

在悬浮态反应器内，通常涉及复杂的流动、传递和反应问题，速度场、温度场和浓度场瞬息万变，同时还存在高温、高浓度粉尘等极端条件，因此对悬浮态反应过程的实验测定是十分困难的。在进行悬浮态技术开发、工艺及装备设计、生产控制，以及工艺优化等工作中，迫切需要掌握工艺参数和操作参数对悬浮态反应过程及核心指标的影响关系，这就涉及悬浮态反应动力学问题。然而，目前尚未有效的悬浮态反应动力学方法，这对悬浮态技术的研发和应用形成了制约。

反应动力学是研究反应条件对反应效率影响规律的一门学科。通过反应动力学研究，能够确定反应遵循的机理和反应动力学方程，从而能够揭示反应条件对反应进程、效率和机理的影响规律。传统的动力学研究采用是热分析动力学方法，即采用热分析，将样品放入热分析仪的坩埚中进行反应，记录其质量、热量和逸出气体等变化数据，再通过动力学算法推算动力学参数的一类方法。然而，传统动力学方法并不能直接用于研究悬浮态反应，主要原因如下：其一，在热分析仪内，粉体物料样品只能以堆积态进行实验，实验条件与悬浮态反应相差甚远，因此得到的动力学参数并不能真正体现悬浮态反应的特征；其二，动力学算法要求实验的条件只能是等温法或者线性升温速率法(即按照恒定的升温速率进行加热)，在悬浮态反应器内，这两种状态都难以实现。实际上，传统热分析方法得到的参数对于悬浮态反应的参考意义十分有限，因此发明一种悬浮态反应动力学方法十分必要。

发明内容

为了克服上述现有技术在处理悬浮态反应动力学方面存在的缺点，本发明的目的在于提供一种测定粉体物料悬浮态反应动力学的方法，基于等温动力学方法的要求，构建能够恒温的悬浮态反应系统，可用于测定粉体物料悬浮态反应动力学参数。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种测定粉体物料悬浮态反应动力学的方法，包括以下步骤：

步骤一，根据粉体物料反应的特点，选择能够表征反应进度的可测量参数作为目标参数，用于计算反应转化率；

步骤二，温度、给料量、风量、停留时间等操作参数，使悬浮态反应系统处于稳定运行状态，进行一系列的等温悬浮态实验并采集样品，用于进行相关定量分析并获得目标参数；

步骤三，对采集的样品进行定量分析，得到不同温度和不同时间组合参数下的目标参数，并进行转化率计算，以平行样的转化率的平均值作为该“温度-时间”组合参数下的转化率，完成全部实验后，将实验结果表示为每个温度下的“时间-转化率”数据形式，用于动力学计算；

步骤四，采用等温动力学方法，根据每个温度下的“时间-转化率”数据计算悬浮态反应动力学，得到悬浮态反应的活化能、机理函数、指前因子和动力学方程。