1、1 1、定义：、定义：狭义狭义：常指：常指固体与固体固体与固体间发生化学反应生成间发生化学反应生成新固体产物新固体产物的过程的过程. 广义广义：凡是有固相参与的化学反应。：凡是有固相参与的化学反应。 例：例：固体的氧化、固体的氧化、分解分解 （如碳酸钙分解）（如碳酸钙分解） 固体与固体的化学反应固体与固体的化学反应 固体与液体的化学反应固体与液体的化学反应 （如水泥水化）（如水泥水化）固相反应8.1 8.1 凝聚态体系化学反应的基本特征凝聚态体系化学反应的基本特征 固相反应在固体材料的高温过程中是一种常固相反应在固体材料的高温过程中是一种常见的物理化学现象，是金属合金材料、无机非金见的物理化学
2、现象，是金属合金材料、无机非金属材料制备过程中涉及的基本过程。属材料制备过程中涉及的基本过程。 如硅酸盐水泥熟料煅烧过程中的碳酸钙分解、如硅酸盐水泥熟料煅烧过程中的碳酸钙分解、水泥窑内固相反应带内进行的一系列固相反应，水泥窑内固相反应带内进行的一系列固相反应，以及水泥的水化等。以及水泥的水化等。L1L2S1S2扩散快扩散快 反应快反应快 均相中反应均相中反应 一般室温下反应一般室温下反应扩散慢扩散慢 反应慢反应慢 界面上反应界面上反应 高温下反应高温下反应2 2、特点：、特点： 固体质点间作用力很大，扩散受到限制，而且反应组分局固体质点间作用力很大，扩散受到限制，而且反应组分局限在固体中，使反
3、应只能在限在固体中，使反应只能在界面界面上进行，上进行，反应物浓度不很重反应物浓度不很重要，均相动力学不适用。要，均相动力学不适用。 固相反应若参于反应的各物质均处同一个相内进行化学反应则称为均相反应均相反应。均相均相反应动力学动力学：研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。（1）固态反应一般包括固态反应一般包括相界面上的化学反应相界面上的化学反应和和固相内的物质迁移固相内的物质迁移两个过程。两个过程。（2）固态反应通常需固态反应通常需在高温下进行。在高温下进行。而且由于而且由于反应发生在非均相系统因
4、而反应发生在非均相系统因而传热和传质过程都传热和传质过程都对反应速度有重要影响。对反应速度有重要影响。固相反应（1）固体间可以直接反应，）固体间可以直接反应，g或或L没有或不起重要作用没有或不起重要作用（2）固相反应）固相反应开始温度开始温度常远低于反应物的熔点或系统常远低于反应物的熔点或系统低共熔点温度；此温度与反应物内部开始呈现低共熔点温度；此温度与反应物内部开始呈现明显扩散明显扩散作用的温度作用的温度一致，称为一致，称为泰曼温度泰曼温度 或或烧结开始温度烧结开始温度 不同物质泰曼温度与其熔点不同物质泰曼温度与其熔点Tm的关系：的关系： 金属金属 0.30.4Tm 泰曼温度泰曼温度 盐类盐
5、类 0.57Tm 硅酸盐类硅酸盐类 0.80.9Tm 3、 泰曼等关于固相反应机制的研究：泰曼等关于固相反应机制的研究：（3）当反应物之一有晶型转变时，则转变温度通常是）当反应物之一有晶型转变时，则转变温度通常是反应开始明显进行的温度反应开始明显进行的温度 。（4）金斯特林格的研究：发现一些反应，固相不直接）金斯特林格的研究：发现一些反应，固相不直接接触也能强烈地进行，因此认为：反应物可以转化成接触也能强烈地进行，因此认为：反应物可以转化成气相或液相，气相或液相也可能对固相反应过程起主气相或液相，气相或液相也可能对固相反应过程起主要作用。要作用。 固相反应4、 固相反应过程：固相反应过程：比较
6、完整的固相反应过程，微比较完整的固相反应过程，微观上可划分为六个阶段：观上可划分为六个阶段：（1）隐蔽期）隐蔽期以氧化锌和三氧化二铁反应生成尖晶石为例：以氧化锌和三氧化二铁反应生成尖晶石为例：温度约为温度约为300。反应物混合时。反应物混合时已互相接触，随温高升高离子活已互相接触，随温高升高离子活化能力增强，使反应物接触的更化能力增强，使反应物接触的更加紧密。但晶格和物相基本上没加紧密。但晶格和物相基本上没有变化。此时，熔点较低的反应有变化。此时，熔点较低的反应物性质物性质“掩蔽掩蔽”另一反应物的性另一反应物的性质。质。（2）第一活化期）第一活化期随着温度升高，质随着温度升高，质点的可动性增大
7、，点的可动性增大，在接触表面某些有在接触表面某些有利的地方，形成附利的地方，形成附附中心，开始相互附中心，开始相互反应形成反应形成“吸附型吸附型”化合物化合物。但不具有。但不具有化学计量产物的晶化学计量产物的晶格结构，特点是缺格结构，特点是缺陷严重，活性极大。陷严重，活性极大。固相反应（3）第一脱活期）第一脱活期随着温度继续升高，由于反随着温度继续升高，由于反应物表面上质点扩散加强，应物表面上质点扩散加强，使局部进一步反应形成化学使局部进一步反应形成化学计量产物，但未形成正常的计量产物，但未形成正常的晶格结构。反应产物层不断晶格结构。反应产物层不断增厚，在一定程度上对质点增厚，在一定程度上对质
8、点的扩散起得阻碍作用，催化、的扩散起得阻碍作用，催化、吸附活性均有所降低。吸附活性均有所降低。（4）第二活化期）第二活化期温度在温度在550-620之间，离子或原子由一个点阵扩散到另之间，离子或原子由一个点阵扩散到另一个点阵，此时反应在颗粒内部进行，晶格形成并开始一个点阵，此时反应在颗粒内部进行，晶格形成并开始长大，但分散性较强，伴有颗粒活面的松散。长大，但分散性较强，伴有颗粒活面的松散。固相反应（5）晶体成长期（二次脱活期）晶体成长期（二次脱活期）温度约温度约620-800之间，晶体成之间，晶体成长为晶体颗粒，但产物的晶体长为晶体颗粒，但产物的晶体结构还不是非常完整，存在一结构还不是非常完整
9、，存在一定的缺陷。此阶段，由于晶粒定的缺陷。此阶段，由于晶粒形成，系统的总能量降低。形成，系统的总能量降低。（6）晶格核正期）晶格核正期温度高于温度高于800，由于先期形成的晶体还存在缺陷，系统具，由于先期形成的晶体还存在缺陷，系统具有使缺陷校正达到热力学稳定的趋势，因此温度继续升高将有使缺陷校正达到热力学稳定的趋势，因此温度继续升高将导致缺陷消除，形成正常的尖晶石晶体结构，晶体长大。导致缺陷消除，形成正常的尖晶石晶体结构，晶体长大。固相反应从宏观上看，固相反应分三大步骤从宏观上看，固相反应分三大步骤 (1) 反应物扩散到界面反应物扩散到界面 (2) 在界面上进行反应在界面上进行反应 (3)
10、产物层增厚产物层增厚ABABAB固相反应(2) 按反应性质分按反应性质分 加成反应加成反应 置换反应置换反应 热分解反应热分解反应 还原反应还原反应 5 5、固相反应的分类、固相反应的分类( 1) 按物质状态分按物质状态分 纯固相反应纯固相反应有液相参加的反应有液相参加的反应 有气体参加的反有气体参加的反 应应 *(3) 按反应机理按反应机理化学反应速率控制过程化学反应速率控制过程晶体长大控制过程晶体长大控制过程扩散控制过程扩散控制过程固相反应名名 称称反反 应应 式式例例 子子加成反应加成反应 A（s）B（s）AB（s） MgO（s）Al2O3（s） MgAl2O4（s）造膜造膜(氧氧化化)
11、反应反应 A（s）B（g）AB（s） Zn（s）O2（g）ZnO（s）还原反应还原反应 A（s）B（g）AB（s） Cr2O3（s）3H2（g）2Cr（s）H2O 置换反应置换反应 A（s）BC（s）AC（s）B（s） Cu（s）AgCl（s）CuCl（s）Ag（s） AB（s）CD（s）AD（s）BC（s） AgCl（s）NaI（s）AgI（s）NaCl（s）转变反应转变反应 A（s）A (s) 石英（石英（s）石英石英 (s)分解反应分解反应 AB（s）A（s）B（g） MgCO3（s）MgO（s）CO2（g）一、一、 一般动力学关系一般动力学关系 固相反应特点：固相反应特点：反应通常由几
12、个简单的物理化反应通常由几个简单的物理化学过程组成。学过程组成。 如：如： 化学反应、扩散、结晶、熔融、升华等，化学反应、扩散、结晶、熔融、升华等，只有每个步骤都完成反应才结束，因而只有每个步骤都完成反应才结束，因而速度最慢速度最慢的对整体反应速度有决定性作用。的对整体反应速度有决定性作用。 8.8.3 3 固相反应动力学固相反应动力学固相反应MMOCC0O2 前提前提： 稳定扩散稳定扩散过程过程： 1、 MO界面反应生成界面反应生成MO； 2、O2通过产物层通过产物层(MO)扩散到新界面；扩散到新界面； 3、 继续反应，继续反应，MO层增厚层增厚根据化学动力学一般原理和扩散第一定律，金属氧化
13、速度根据化学动力学一般原理和扩散第一定律，金属氧化速度VR和氧气扩散速度和氧气扩散速度VD为为 VRKC C)D(C)dxdCD(0 xDV例例：以金属氧化为例，建立：以金属氧化为例，建立整体反应速度与各阶段整体反应速度与各阶段 反应速度间反应速度间的定量关系的定量关系固相反应当平衡时：当平衡时： VVRVD ， C)D(C0KCDK1C0 C /DC1KC11DK1KC000VKCV说明说明： 整体反应速率由各个反应的速率决定。整体反应速率由各个反应的速率决定。 反应总阻力各分阻力之和反应总阻力各分阻力之和。固相反应讨论讨论：(1) 扩散速率扩散速率 化学反应速率化学反应速率(DC0/ KC
14、0),反应阻力主反应阻力主要来源于要来源于 化学反应属化学反应动力学范围化学反应属化学反应动力学范围 (2)化学反应速率化学反应速率 扩散速率扩散速率(KC0DC0/ )，反应阻力主反应阻力主要来源于要来源于 扩散属扩散动力学范围扩散属扩散动力学范围(3) VRVD,属过渡范围，反应阻力同时考虑两方面属过渡范围，反应阻力同时考虑两方面推广结晶VVVRD111V1.固相反应二、二、 化学反应动力学范围化学反应动力学范围 特点：特点： VD VR 1、 均相二元系统反应均相二元系统反应 反应式反应式 ：mAnBpG )/exp(KK .K.C0ARTGCVRnBmR 其其中中设只有一个浓度改变，设
15、只有一个浓度改变， VRKnCn 经任意时间经任意时间t，有，有 x部分反应物被消耗部分反应物被消耗,即剩下反应物量即剩下反应物量为为 (Cx)固相反应令经过任意时间令经过任意时间t，有，有X部分反应物消耗于反应，而部分反应物消耗于反应，而剩下的反应物量为（剩下的反应物量为（cX）。上式可写成：）。上式可写成： 积分并考虑到初始条件：积分并考虑到初始条件：t=0，x=0 得：得： nnXcKdtXcd)()(dtKXcdXxtnn00)(tKcXcnXccnnnnn1111)(1()(或或这里，这里，n是反应级数。故给出除一级以外的任意级数是反应级数。故给出除一级以外的任意级数的这类反应的动力
16、学积分式。的这类反应的动力学积分式。tKcXcnnnn111)(111讨论：讨论：零级反应：零级反应：n=0， X = K0t 二级反应：二级反应：n=2， 或或 tKcXc211tKXccX2）（一级反应：一级反应：n=1,可求得：可求得：tkcxcdtkdxxcxcdtkxcxcdtx10101ln)()( 2 2、 非均相固相反应系统非均相固相反应系统 反应基本条件：反应物间的机械接触，即在界反应基本条件：反应物间的机械接触，即在界面上进行反应与接触面面上进行反应与接触面F有关。有关。 转化率转化率(G)： 参与反应的反应物，在反应过程参与反应的反应物，在反应过程中被反应了的中被反应了的
17、体积分数体积分数。固相反应非均相二元系统化学反应速度表达式非均相二元系统化学反应速度表达式 对于均相二元系统，计算过程中未考虑接触面积的对于均相二元系统，计算过程中未考虑接触面积的影响，实际上，固相反应层非均相反应，接触面积在反影响，实际上，固相反应层非均相反应，接触面积在反应过程是影响固相反应速度的一个重要参数。接触面积应过程是影响固相反应速度的一个重要参数。接触面积用用F表示。表示。 非均相二元系统反应的一般速度方程：非均相二元系统反应的一般速度方程：nBmAncFcKdtdxv当反应过程中只有一个反应物浓度可变时：当反应过程中只有一个反应物浓度可变时：下面，引入下面，引入转化率转化率G的
18、概念的概念转化率转化率G=转化的反应物量（或消耗掉的反应物量）转化的反应物量（或消耗掉的反应物量）/ 原始反原始反应物量应物量取单位重量系统，消耗掉的反应物量取单位重量系统，消耗掉的反应物量x即等于即等于G反应物浓度反应物浓度C=1-G那么，二元系统非均相化学反应一般速度方程即可写成：那么，二元系统非均相化学反应一般速度方程即可写成： dG /dt=k nF（1-G）nnnFcKdtdxv (1) 设反应物颗粒呈设反应物颗粒呈球状球状，半径，半径R0，则时间则时间t 后，颗后，颗粒外层有粒外层有x厚度已被反应厚度已被反应R0 x3100303030)G1(Rx)(RRRxRG 则固相反应动力学
19、一般方程为则固相反应动力学一般方程为nG)KF(1dtdG固相反应F 为反应截面面积，为反应截面面积，FF/. N F/=4 (R0-x)24 R02(1G)2./3 取单位重量系统，其密度为取单位重量系统，其密度为 ，则单位重量系统内总颗粒数，则单位重量系统内总颗粒数32103030)G1 (3FN.43.341RFRRN固相反应当当n0时，时，3200000)1()1(GRAKFKGFKdtdG tKGGF0310)1 (1)( 积积分分得得当当 n=1 时，时，35011)1()1(GRAKGFKdtdG tGGF1321K1)1 ()(积积分分得得 固相反应 (2) 假设颗粒为假设颗粒
20、为平板状平板状，则固相反应与，则固相反应与F无关，相当于均相系统无关，相当于均相系统nnGKdtdG)1( tKGGFK000)(dtdG 0 ：级级tKGLnGFGK111)1()()1(dtdG 1 ：级级固相反应 (3) 假设颗粒为假设颗粒为圆柱状圆柱状2100202020)1()(GRxRRxRRG 2100)1(2)(2GlRlxRF 21020)1(2.1GRNFFlRN R0 xl固相反应nnGFKdtdG)1( tKGntKGGFn121102101)1(G)F 1)1(1)(0 时，时，时，时，(4) 、 设颗粒为设颗粒为立方体立方体时，时，a31333)1()(Gaxaax
21、aaG 3222)1(6)(6GaxaF 323)1(6.1GaNFFaN nnGFKdtdG)1( tKGntKGGFn132103101)1(G)F 1)1(1)(0 时，时，时，时，固相反应三、三、 扩散动力学范围扩散动力学范围 特点特点：VR VD 1、 杨德尔方程杨德尔方程 设经设经dt通过通过AB层单位截面的层单位截面的A质量为质量为dm由由Fick第一定律得第一定律得xdxdCDdtdm | ).(ABABx dxCA=C00固相反应 设以设以平板模式平板模式接触反应和扩散接触反应和扩散ABABx dxCA=C00设反应产物设反应产物AB密度为密度为 ，分子量为，分子量为 dxd
22、m 且为稳定扩散且为稳定扩散xC| )(0 xdxdC KttDCx 022_抛物线速度方程抛物线速度方程xDCdtdx 0 固相反应(1) 反应物是半径为反应物是半径为R0的的等径球粒等径球粒；(2) 反应物反应物A是扩散相，是扩散相，A成分包围成分包围B颗粒表面，且颗粒表面，且A、B和产物完全接触，和产物完全接触，反应自表面向中心进行；反应自表面向中心进行；(3) A在产物层浓度梯度呈线性，而在产物层浓度梯度呈线性，而且且扩散截面扩散截面一定。一定。R0 xBA固相反应工程上有很多反应物为粉体颗粒物料，可作为球形颗粒，工程上有很多反应物为粉体颗粒物料，可作为球形颗粒，假设：假设：R0 xB
23、A310303030)G1(1Rx)(RR RxGktGRKt 2312022)1(1xx 得得代入方程代入方程tKGGFJJ 231)1 (1 )(2002RDCKJ 其中其中3132)1(1)1(dtdG GGKJ 微分式微分式固相反应讨论讨论： (1) FJ(G)t 呈直线关系，通过斜率可求呈直线关系，通过斜率可求KJ，又由又由)RTGCexp(-R JK可求反应活化能。可求反应活化能。(2) KJ与与D、R02有关有关2002RDCKJ (3) 杨德尔方程的局限性杨德尔方程的局限性 假定的假定的扩散截面不变扩散截面不变 x/R0 很小，因而仅适用于反很小，因而仅适用于反应应初期初期，如
24、果继续反应会出现大偏差。，如果继续反应会出现大偏差。G MoO3 颗粒尺寸颗粒尺寸 反应由反应由扩散扩散控制控制； 若若MoO3 颗粒尺寸颗粒尺寸 CaCO3颗粒尺寸颗粒尺寸,且且CaCO3过量，过量， 则反应由则反应由MoO3的的升华控制。升华控制。 固相反应三、反应温度和压力与气氛的影响三、反应温度和压力与气氛的影响 1、 T的影响的影响)RTGAexp(-R K)RTexp(-0QDD DK ,，则则T但常因为但常因为Q GR,则温度变化对则温度变化对化学反应化学反应影响较大。影响较大。固相反应2、P的影响的影响 对纯固相对纯固相：P可显著可显著改变改变粉料颗粒间的粉料颗粒间的接触状态接
25、触状态，如缩，如缩短颗粒间距离，增大接触面积，提高固相反应速率；短颗粒间距离，增大接触面积，提高固相反应速率； 对有液、气相参与的固相反应对有液、气相参与的固相反应：反应不是通过固相粒子：反应不是通过固相粒子直接接触进行的，直接接触进行的，P增大影响不明显，有时相反。增大影响不明显，有时相反。固相反应 3 3、气氛的影响、气氛的影响 对于一系列能形成非化学计量氧化物的物质，气氛可直接影对于一系列能形成非化学计量氧化物的物质，气氛可直接影响响晶体表面缺陷的浓度和扩散机构与速度晶体表面缺陷的浓度和扩散机构与速度。3、降低体系共熔点，改善液相性质等。、降低体系共熔点，改善液相性质等。四、四、 矿化剂
26、及其它影响因素矿化剂及其它影响因素 矿化剂：在反应过程中不与反应物或反应产物起化学反应矿化剂：在反应过程中不与反应物或反应产物起化学反应, 但可以不同的方式和程度影响反应的某些环节。但可以不同的方式和程度影响反应的某些环节。 作用：作用：1、影响晶核的生成速度；、影响晶核的生成速度； 2、影响结晶速度及晶格结构；、影响结晶速度及晶格结构；固相反应 例：例：(1) Na2CO3+Fe2O3中，加入中，加入NaCl，反应转化率，反应转化率 约约0.50.6倍，且颗粒尺寸越大，矿化剂效果越明显；倍，且颗粒尺寸越大，矿化剂效果越明显； (2) 硅砖生产中硅砖生产中13的的Fe2O3和和Ca(OH)2，
27、可得更，可得更多多 -鳞石英。鳞石英。8.4 8.4 实例实例 碳酸盐分解碳酸盐分解1 1、分解反应、分解反应gJCOCaOCaCOgJCOMgOMgCO/1645/1214_1047289032590300 反应特点：反应特点：（1 1）它们是可逆反应，受系统温度和周围介质）它们是可逆反应，受系统温度和周围介质COCO2 2的分压影响的分压影响较大。为了使反应顺利进行，必须保持较高的反应温度，同时较大。为了使反应顺利进行，必须保持较高的反应温度，同时降低周围介质中的降低周围介质中的COCO2 2分压。分压。（2 2）碳酸钙约在）碳酸钙约在600600左右开始分解，到左右开始分解，到894 8
28、94 时分解出的时分解出的COCO2 2分压达分压达1 1大气压，分解速度加快，到大气压，分解速度加快，到11001200 11001200 时，分时，分解速度极为迅速。解速度极为迅速。（3）吸热反应，消耗大量热量；占熟料形成热的）吸热反应，消耗大量热量；占熟料形成热的50%以上。以上。固相反应2 2、单颗粒碳酸钙分解的物理化学过程、单颗粒碳酸钙分解的物理化学过程CaCO3CaO热量Q表面a反应面bCO2（1 1）气流向颗粒表面的传热过程；）气流向颗粒表面的传热过程；（2 2）热量由表面以传导方式向分解）热量由表面以传导方式向分解面传递的过程；面传递的过程；（3 3）CaCOCaCO3 3在一
29、定温度下，吸收热在一定温度下，吸收热量进行分解并放出量进行分解并放出COCO2 2的化学过程；的化学过程；（4 4）分解放出的）分解放出的COCO2 2穿过穿过CaOCaO层向表层向表面扩散的传质过程；面扩散的传质过程；（5 5）表面的向周围介质气流扩散的）表面的向周围介质气流扩散的过程。过程。分解反应可分为五个过程：分解反应可分为五个过程：分析讨论：分析讨论：（1 1）这五个过程，实际上是四个）这五个过程，实际上是四个物理过程，一个化学过程。物理过程，一个化学过程。 四个物理过程又分为两个传热四个物理过程又分为两个传热过程和两个传质过程。过程和两个传质过程。 化学过程即为碳酸钙分解。化学过程
30、即为碳酸钙分解。 在这几个过程中，各过程的阻在这几个过程中，各过程的阻力不同，碳酸钙分解的速度受控于力不同，碳酸钙分解的速度受控于最慢的一步。最慢的一步。（2 2）研究表明：）研究表明：1 1）当）当CaCOCaCO3 3颗粒小于颗粒小于3030微米时，传热、传质阻力小，分解速度微米时，传热、传质阻力小，分解速度取决于化学反应速度。取决于化学反应速度。2 2）当）当CaCOCaCO3 3颗粒大约为颗粒大约为0.2cm0.2cm时，传热、传质与化学反应速度相时，传热、传质与化学反应速度相当，同等重要。当，同等重要。3 3）当）当CaCOCaCO3 3颗粒大约为颗粒大约为1cm1cm时，传热、传质
31、很慢，化学过程很快。时，传热、传质很慢，化学过程很快。 在生产过程中，由生料磨得很细，传热、传质阻力小，因在生产过程中，由生料磨得很细，传热、传质阻力小，因此，在这五个过程中分解反应最重要。此，在这五个过程中分解反应最重要。固相反应3、悬浮、沸腾状态下，单颗粒、悬浮、沸腾状态下，单颗粒CaCO3动力学方程动力学方程 如前图所示。设如前图所示。设CaCO3颗粒为球形颗粒，其粒径为颗粒为球形颗粒，其粒径为d，经过时间，经过时间t后，设分解层厚度为后，设分解层厚度为y，分解率为，分解率为 ，则则未分解颗粒的体积为：未分解颗粒的体积为：162633dydCaCO3CaO热量Q表面a反应面bCO2固相反
32、应由此得：由此得： 11123 dy 如前所述，生料悬浮、沸腾状态下，如前所述，生料悬浮、沸腾状态下，30微米微米左右颗粒的碳酸钙分解主了取决于化学反应过程。左右颗粒的碳酸钙分解主了取决于化学反应过程。 设设CaCO3的平衡分压为的平衡分压为P0，气流中，气流中CO2的分压的分压为为P，则分解速度，则分解速度dy/dt与压力差与压力差P0 -P成正比，而成正比，而与气流中与气流中CO2分压成反比，即：分压成反比，即：固相反应 20 PPPkdtdy式中：式中：k与物料性质有关的常数。与物料性质有关的常数。 当温度一定时，当温度一定时， P0 、P、k均为常数，将上式均为常数，将上式积分得：积分
33、得：CtPPkPy0011固相反应当当t=0，y=0时，得时，得C=0，即得：，即得： 31100 tPPkPy式中：式中：t分解时间。分解时间。将式（将式（3）代入式（）代入式（1），整理得：），整理得：固相反应 4111130 PPKdt式中：式中：K碳酸钙分解速度常数，碳酸钙分解速度常数，K=2kP0。 这就是在悬浮状态下，适用一单颗粒碳酸这就是在悬浮状态下，适用一单颗粒碳酸钙分解的动力学方程。钙分解的动力学方程。 方程适用的条件是：方程适用的条件是：物料处于分散、悬浮、物料处于分散、悬浮、沸腾状态；分解过程受碳酸钙分解反应控制；沸腾状态；分解过程受碳酸钙分解反应控制；适用于单颗粒。适用
34、于单颗粒。固相反应5、影响、影响CaCO3分解速度的因素分析分解速度的因素分析301111PPKdt（2）窑系统的）窑系统的CO2分压：分压：通风良好，通风良好， CO2分压较低，即分压较低，即P较低，较低，1/P增大，那增大，那么（么（1/P-1/P0）增大，）增大，t减少，有利于减少，有利于CaCO3分解。分解。（1）温度）温度：随着温度升高，分解：随着温度升高，分解速度常数速度常数K和压力倒数（和压力倒数（1/P-1/P0）都相应增加，分解时间缩短，分解都相应增加，分解时间缩短，分解速度增加。但温度过高，将增加废速度增加。但温度过高，将增加废气温度和热耗，预热器和分解炉结气温度和热耗，预
35、热器和分解炉结皮、堵塞的可能性增大。皮、堵塞的可能性增大。（3）生料细度：）生料细度：生料细度细、颗粒均生料细度细、颗粒均匀、粗粒少，分解速度快。匀、粗粒少，分解速度快。（4）生料悬浮分散程度：）生料悬浮分散程度：生料悬浮分生料悬浮分散差，即相对地增大了颗粒尺寸，减少散差，即相对地增大了颗粒尺寸，减少了传热面积，降低了碳酸钙分解速度。了传热面积，降低了碳酸钙分解速度。（5）石灰石的种类与物理性质：）石灰石的种类与物理性质：结结构致密、结晶粗大的分解慢。构致密、结晶粗大的分解慢。（6）生料中粘土组分的性质：）生料中粘土组分的性质：高岭高岭土类活性大，蒙脱石、伊利石次之，土类活性大，蒙脱石、伊利石次之，石英砂差。粘土活性大也可以加速石英砂差。粘土活性大也可以加速碳酸钙分解。碳酸钙分解。固相反应精品课件精品课件！精品课件精品课件！本章结束本章结束希望同学们加强课后复习希望同学们加强课后复习
