專利名稱：一種測定顆粒群形狀因子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體顆粒特征和液固化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域，具體涉及一種測定顆粒形狀因子的方法。
背景技術(shù)：
固體顆粒具有比較復(fù)雜的形狀特性，在實驗研究中，一般被視作理想化的球形處理，固體顆粒的真實的表面積和理想化的等體積當(dāng)量球的表面積之比，被定義為固體顆粒的形狀因子，對于實驗研究具有重要的意義，但通過現(xiàn)有的實驗方法很難直接測量得到。液固兩相化學(xué)反應(yīng)是一個非常復(fù)雜的過程，除了化學(xué)反應(yīng)過程外，還伴隨著反應(yīng)物的流動和 混合以及熱和質(zhì)的傳遞過程。前者屬于化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的問題；后者涉及的是物理效應(yīng)或者稱為宏觀傳遞效應(yīng)。目前研究液固兩相反應(yīng)的方法主要是通過測定參與反應(yīng)的反應(yīng)物質(zhì)量和固體反應(yīng)物表面積上的反應(yīng)速率參數(shù)來考察其反應(yīng)的特點。固體顆粒具有比較復(fù)雜的表面形狀，但在以往研究液固兩相反應(yīng)的模型中，固體顆粒往往被視為理想的等體積當(dāng)量球形，使得理論預(yù)測與真實的反應(yīng)特性有著較大差異，這種差異可視為由固體顆粒的真實的表面積和理想化的等體積當(dāng)量球的表面積之比，即形狀因子Φ引起的。但形狀因子Φ通過現(xiàn)有的實驗方法很難直接測量得到，因此實現(xiàn)對形狀因子Φ的測定對于研究液固兩相反應(yīng)和描述固體顆粒的反應(yīng)特性具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目在于提供一種測定顆粒群形狀因子的方法，即顆粒群真實的表面積和理想化等體積當(dāng)量球的表面積之比的測定，這對于完善固體顆粒群特征描述和液固兩相反應(yīng)的理論體系，實現(xiàn)宏觀實驗數(shù)據(jù)和化學(xué)反應(yīng)參數(shù)的相互關(guān)聯(lián)具有重要的意義。為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種測定顆粒群形狀因子的方法，包括如下步驟步驟I :根據(jù)固體反應(yīng)物在流體中的擴散能力和化學(xué)反應(yīng)速率，確定單顆粒的消溶率，單顆粒的消溶率是綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)k，反應(yīng)條件及顆粒初始粒徑的函數(shù)；在單顆粒消溶的基礎(chǔ)上引入顆粒群的粒徑分布模型，建立顆粒群縮合液固反應(yīng)模型，見式(I);.Y,(/) =「( I )
Jo式(I)中XT(t)是固體顆粒群的消溶率；x(D，t)是單顆粒的消溶速率；fM(D，O)是顆粒群的初始粒徑分布函數(shù)；步驟2 :測定固體顆粒群的粒徑分布，并實現(xiàn)數(shù)學(xué)表達；進行顆粒群在恒溫、恒定溶液濃度的條件下與液體溶液的反應(yīng)，稱重，測定固體顆粒群的消溶率，并通過擬合實現(xiàn)數(shù)學(xué)表達;消溶率Xt的定義在間歇式液固兩相反應(yīng)實驗中，定義某一時間段內(nèi)已參與反應(yīng)的固體顆粒的質(zhì)量^與加入顆粒的質(zhì)量M的比為消溶率，見式(2)；
權(quán)利要求
1.一種測定顆粒群形狀因子的方法，其特征在于包括如下步驟 步驟I :根據(jù)固體反應(yīng)物在流體中的擴散能力和化學(xué)反應(yīng)速率，確定單顆粒的消溶率，單顆粒的消溶率是綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)k，反應(yīng)條件及顆粒初始粒徑的函數(shù)；在單顆粒消溶的基礎(chǔ)上引入顆粒群的粒徑分布模型，建立顆粒群縮合液固反應(yīng)模型，見式(I); 1(/)0/),01(/)..0)0/) (1 ) 式(I)中XT(t)是固體顆粒群的消溶率；x(D，t)是單顆粒的消溶速率；fM(D，O)是顆粒群的初始粒徑分布函數(shù)。
步驟2 :測定固體顆粒群的粒徑分布，并實現(xiàn)數(shù)學(xué)表達；進行顆粒群在恒溫、恒定溶液濃度的條件下與液體溶液的反應(yīng)，稱重，測定固體顆粒群的消溶率，并通過擬合實現(xiàn)數(shù)學(xué)表達； 消溶率Xt的定義在間歇式液固兩相反應(yīng)實驗中，定義某一時間段內(nèi)已參與反應(yīng)的固體顆粒的質(zhì)量IT與加入顆粒的質(zhì)量M的比為消溶率，見式(2)； (2) 步驟3 :在步驟I建立的顆粒群縮合液固反應(yīng)模型的基礎(chǔ)上，見式(I )，運用步驟2測量擬合的數(shù)據(jù)，計算得到液固兩相化學(xué)反應(yīng)的綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)k及其變化規(guī)律；實驗計算的綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)k與理論上綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)1 存在差異，實驗計算的綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)k包含了顆粒群形狀因子Φ和理論上綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)1 ，見式(3)； k= Φ (D0, t) *k0(3) 式(3)中k是實驗計算的液固兩相化學(xué)反應(yīng)的綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)；Φ (D0, t)是顆粒的形狀因子，它為顆粒初始粒徑Dtl和反應(yīng)時間t的函數(shù)Aci是液固兩相化學(xué)反應(yīng)理論綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)。
步驟4 :理論分析知，若固體顆粒為理想球形，顆粒群在恒溫、恒定溶液濃度的條件下與液體溶液反應(yīng)時，液固兩相化學(xué)反應(yīng)的理論上的綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)1 是一個恒定的值，所以，在長時間反應(yīng)后的最終階段，即顆粒群形狀因子Φ約為I時，實驗計算的液固兩相化學(xué)反應(yīng)的綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)k值，即為理論上的綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)kQ ； 步驟5 :運用下式計算實驗計算的液固兩相化學(xué)反應(yīng)的綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)k與理論綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)1 的比值，即得液固兩相反應(yīng)中顆粒形狀因子Φ的值，見式(4)。
Φ (D0, t) =k/k0(4)
全文摘要
一種測定顆粒群形狀因子的方法，步驟為1)建立顆粒群縮合液固反應(yīng)模型；2)測定固體顆粒群的粒徑分布，實現(xiàn)數(shù)學(xué)表達；進行顆粒群在恒溫、恒定溶液濃度的條件下與液體溶液的反應(yīng)，稱重，測定固體顆粒群的消溶率，并通過擬合實現(xiàn)數(shù)學(xué)表達；3)在顆粒群縮合液固反應(yīng)模型的基礎(chǔ)上，運用測量擬合的數(shù)據(jù)，計算得到液固兩相化學(xué)反應(yīng)的綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)k及其變化規(guī)律。4)顆粒群形狀因子φ約為1時，實驗計算得到液固兩相化學(xué)反應(yīng)的綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)k值即為k0值；5)計算試驗計算得到的k值與理論綜合化學(xué)反應(yīng)系數(shù)k0的比值，即得顆粒群形狀因子φ的值；本發(fā)明測定方法對于完善固體特征和液固兩相反應(yīng)的理論體系，實現(xiàn)宏觀實驗數(shù)據(jù)和化學(xué)反應(yīng)參數(shù)的相互關(guān)聯(lián)具有重要的意義。
文檔編號G01N15/00GK102967539SQ20121052534
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者周屈蘭, 李娜, 付加鵬, 羅睿, 李輝, 黃思嘉 申請人:西安交通大學(xué)