宏观反应动力学及其解析方法PDF电子书下载

1 理论基础 1

1.1 化学反应速率 1

1.1.1 化学反应与化学计量关系 1

1.1.2 反应速率及其表达式 2

1.2 流体-固体反应的主要步骤和主要动力学参数 3

1.2.1 流体-固体反应的主要步骤 3

1.2.2 表面活化能 3

1.2.3 表面反应级数 4

1.3 反应速率理论简介 5

1.3.1 简单碰撞理论 5

1.3.2 过渡状态理论 7

1.4 宏观反应动力学 9

符号及其意义 11

参考文献 12

2 固体表面与流体间的传质与传热 13

2.1 固体表面与流体间的传递现象和基本规律 13

2.1.1 固体表面与流体间的传质速率 14

2.2.2 固体表面与流体间的传热速率 14

2.2 传热系数与传质系数 15

2.2.1 单一球形颗粒表面与流体间的传热、传质系数 15

2.2.2 气体主要物理性质估算方法 16

2.2.3 其它形状固体表面与流体间的传热、传质系数 20

2.3 辐射传热 21

2.3.1 黑体辐射定律 21

2.3.2 实际物体的辐射规律 22

符号及其意义 23

参考文献 23

3 多孔固态介质中的传递现象 25

3.1 多孔固态介质结构与气体在其中扩散机理 25

3.1.1 均相内扩散 25

3.1.2 通过多孔固态介质扩散 26

3.2 扩散系数及其估算方法 29

3.2.1 气体有效扩散系数 29

3.2.2 固体和流体中的扩散系数 30

3.3 多孔固态介质中的导热现象与有效导热系数 33

3.3.1 导热规律 33

3.3.2 有效导热系数 34

符号及其意义 35

参考文献 36

4 吸附现象、晶核形成与长大规律 38

4.1 吸附现象及其基本规律 38

4.1.1 吸附等温方程式 39

4.1.2 吸附、脱附速率方程式 41

4.2 多相催化反应动力方程的建立方法 42

4.2.1 表面化学反应为速率限制步骤的情况 43

4.2.2 吸附或脱附为速率限制步骤的情况 44

4.2.3 吸附、化学反应和脱附共同控制的情况 45

4.3 晶核形成与长大规律 46

4.3.1 阿乌拉米(Avrami)方程 46

4.3.2 普劳特-汤姆金(Prout-Tompkins)方程 48

4.3.3 说明与评述 49

符号及其意义 50

参考文献 50

5 界面反应模型 51

5.1 无固态产物层时的界面反应模型 52

5.1.1 准稳态假定 52

5.1.2 动力学方程的一般形式 53

5.1.3 外传质步骤控制时的动力学方程 55

5.1.4 界面化学反应控制时的动力学方程 56

5.2 有固态产物层生成时的界面反应模型 57

5.2.1 动力学方程的一般形成 58

5.2.2 几种极端情况下的简化动力学方程 59

5.2.3 反应时间加合定律与缩核反应模数 60

5.2.4 动力学参数的确定方法 62

5.2.5 速率限制性环节与阻力分数 64

5.3 多界面反应模型 65

5.3.1 二界面反应模型 65

5.3.2 三界面反应模型 69

5.4 对基本动力学模型的几点扩充 73

5.4.1 非线性反应动力学 73

5.4.2 固态试样体积变化时的动力学方程 74

符号及其意义 75

参考文献 76

6 区域反应模型 77

6.1 二区域反应模型 78

6.1.1 第一阶段动力学方程 78

6.1.2 第二阶段动力学方程 82

6.1.3 分析讨论 85

6.2 三区域反应模型 86

6.2.1 基本动力学方程 86

6.2.2 气态反应物浓度分布 90

6.2.3 动力学模型适用条件及其判断依据 91

6.2.4 动力学参数的确定方法 92

符号及其意义 92

参考文献 93

7 微粒模型 94

7.1 基本动力学方程 95

7.1.1 由球形微业组成的球团参与的多相反应体系 95

7.1.2 动力学微分方程的一般形式 97

7.2 动力学微分方程的求解 99

7.2.1 极端情况 99

7.2.2 Fg=1时动力学方程解析表达式 99

7.2.3 一般情况下微分方程的数值解 102

7.3 动力学方程的近似表达式 104

7.3.1 忽略外传质阻力时的动力学方程近似表达式 104

7.3.2 气体通过边界层的传质阻力的影响 105

7.3.3 微粒的固态产物层对气-固反应动力学的影响 105

符号及其意义 106

参考文献 107

8 孔隙模型 108

8.1 单孔模型 109

8.1.1 动力学方程的建立 109

8.1.2 主要参数确定方法 113

8.1.3 最大转化率 115

8.2 随机孔隙模型 115

8.2.1 随机孔隙模型的建立 115

8.2.2 分析讨论 118

8.3 孔穴阻塞模型和裂孔模型 120

8.3.1 孔穴阻塞模型 120

8.3.2 裂孔模型 120

符号及其意义 124

参考文献 124

9. 非稳态宏观反应动力学 126

9.1 非等温动力学模型 127

9.1.1 非等温动力学模型的建立 127

9.1.2 固态试样内部温度分布及其随时间变化情况 129

9.1.3 固态试样内部蓄积热能对热平衡的影响 131

9.2 压差现象与压差模型 132

9.2.1 压差模型的建立 132

9.2.2 主要参数的确定方法 134

9.2.3 压差对反应速率的影响 135

9.2.4 压差对气-固反应动力学规律的影响 136

9.2.5 数值分析与主要结论 138

9.3 多相非催化反应中的不稳定性问题 142

9.3.1 几何不稳定性 142

9.3.2 介稳态温度引起的热不稳定性 143

9.3.3 速率限制性环节突然变化引起的热不稳定性 144

符号及其意义 145

参考文献 146

10 数值计算方法简介 148

10.1 差分方程的建立 148

10.1.1 泰勒(Taylor)级数法 148

10.1.2 控制体积法 149

10.2 建立差分方程时应遵守的四条原则 150

10.3 边界条件和源项的处理 151

10.3.1 边界条件的处理 151

10.3.2 源项的线性化 153

10.4 控制体积交界处的传递系数值 153

10.5 显式迭代和隐式迭代 154

10.5.1 全显示迭代 155

10.5.2 半显半隐式迭代 155

10.5.3 全隐式迭代 156

参考文献 156