Способ определения удельной скорости реагирования пористого кускового материала с газообразным реагентом

 

Изобретение относится к изучению свойств пористого кускового материала и может найти применение в технологии коксохимического и металлургического производства для выбора оптимального восстановителя , а также в практике научно-исследовательских работ Для определения величины эффективной глубины проникновения окислителя в образец используются результаты кинетических экспериментов. В одном эксперименте на мелкораздробленном материале определяют константу скорости химической реакции , в другом на кусковом материале определяют удельную скорость реагирования. Для определения глубины проникновения реакции в образец решают уравнение, в которое входят экспериментально определяемые величины: константа скорости химической реакции удельная скорость реагирования кускового материала и средний размер кусков. Знание константы скорости химической реакции и глубины проникновения реакции в образец дает возможность рассчитать удельную скорость реагирования кускового материала любого размера 1 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

>?1 j0>

l 0ÑÓÄÀÐÑÒBÅHHÛÉ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4806621/25 (22) 08.01.90 (46) 23.07.92. Бюл. ¹ 27 (71) Кузнецкий филиал Восточного научноисследовательского углехимического института (72) С.П, Родькин и B,Ï, Зоткин (56) Кокс каменноугольный. Метод определения реакционной способности. ГОСТ

10089 †.

Канторович Б.В. Введение в теорию горения и газификации твердого топлива, M.: Металлургиздат. 1960, с. 106, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ

СКОРОСТИ РЕАГИРОВАНИЯ ПОРИСТОГО

КУСКОВОГО МАТЕРИАЛА С ГАЗООБРАЗ. НЫМ РЕАГЕНТОМ (57) Изобретение относится к изучению свойств пористого кускового материала и может найти применение в технологии коксохимического и металлургического произИзобретение относится к изучению свойств пористого кускового материала, например кокса, и может быть использовано в технологии коксохимического и металлургического производств для выбора оптимальных восстановителей, а также в практике научно-исследовательских работ.

Известен способ определения реакционной способности кокса по отношению к диоксиду углерода, заключающийся в его газификации в реакторе при заданной температуре втечение определенного времени, определении степени превращения газообразного окислителя и последующем расчете константы скорости реакции., Ы,„, 1749780 А1 водства для выбора оптимального восстановителя, а также в практике научно-исследовательских работ. Для определения величины эффективной глубины проникновения окислителя в образец используются результаты кинетических экспериментов, В одном эксперименте на мелкораздробленном материале определяют константу скорости химической реакции, в другом на кусковом материале определяют удельную скорость реагирования. Для определения глубины проникновения реакции в образец решают уравнение. в которое входят экспериментально определяемые величины: константа скорости химической реакции. удельная скорость реагирования кускового материала и средний размер кусков. Знание константы скорости химической реакции и глубины проникновения реакции в образец дает воэможность рассчитать удельную скорость реагирования кускового материала любого размера. 1 табл.

Однако данный способ предназначен для измельченных образцов и не дает информации о скорости реагирования кускового материала.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения удельной скорости реагирования пористого кускового материала с газообразным реагентом. заключающийся в расчетном определении удельной скорости реагирования на основании экспериментально определенных значений константы скорости химической реакции и эффективной глубины проникно вен ия.

1749780 — — (О - (О- 2 :)).

Умножив величину реагирующего объема на константу скорости химической реакз ции К и разделив на весь обьем образца 0 можно рассчитать удельную скорость реагирования

0- -(О-2г)

3 2

VYYA A= К

03 (2) Однако для вычисления эффективной глубины проникновения по известному способу требуется предварительное определение эффективного коэффициента диффузии либо изучение пористой структуры твердого материала, что требует применения сложного оборуДования Дополнительно к аппаратуре для кинетических исследований.

Целью изобретения является упрощение и повышение достоверности определения.

Способ заключается в том, что в результате лабораторных исследований нэ одной установке определяются оба необходимых показателя, константа скорости химической реакции и эффективная глубина проникновения газообразного реэгента в кусок, Таким образом, определение эффективного коэффициента диффузии становится ненужным. Из исСледуемого кускового пористого материала готовят две пробы узких классов крупности. Размер образцов мелкого класса должен обеспечивать протекание реакции в кинетической области. т. е, участие в реакции всей внутренней поверхности пор.

Размер образцов круйного клаесса"должен обеспечивать внутреннедиффузионный режим Pe,òèðoâàíèÿ, при котором в реакции учэствуе только приповерхностный слой.

Приготовленные образцы поочередно помещают в реактор, осуществляют их взаимодействие с газообразным реагентом, контрОлируют скорость реагирования и рассчитывают константу скорости реакции для маленьких образцов и удельную скорость для больших.

Для определения величины эффективной глубины проникновения решают алгебраическое уравнение третьей степени, выведенное следующим образом, Считая, что в куске пористого материала в реакции участвует только приповерхностный слой толщиной F. и пренебрегая реакцией на внешней поверхности образца, можно рассчитать реагирующий объем. Еслйв качестве модельного тела принять шар диаметром

D, то объем составляет величину

Таким образом, из полученного уравнения следует. что. определив экспериментально в одном опыте константу скорости реакции и в другом опыте удельную скоро5 сть реагирования кускового пористого материала с известным размером кусков, можно определить значение эффективной глубины проникновения реакции в образец и рассчитать удельную скорость реагирования для

10 образцов любого размера.

Пример, Пробы кокса, измельченные до размеров: 1-2; 2-3; 3 — 5; 5-7: 7--10; 10-13:

13-16, 16-20; 20-25 и 25 — 40 мм, помещают в реактор и окисляют диоксидом углерода

15 при 950 С. Контроль скорости реакции осуществляют весовым методом. Для частиц с размерами 1 — 2; 2-3 и 3-5 мм крупность не влияет на удельную скорость реагирования (данные сведены в таблицу). Это свидетель20 ствует о том, что при таких условиях в реакции участвует весь внутренний обьем образца и данное значение удельной скоро. сти реагирования является константой скорости химической реакции, Для более

25 крупных образцов наблюдают систематическое снижение удельной скорости реагиро- вания при увеличении их размеров.

Путем решения уравнения (2) с полученными в экспериментах значениями констан30 ты скорости химической реакции, удельной скорости реагирования для кусков размером 16-20 мм, соответствующего среднего диаметра и случайных значений эффектив. ной глубины проникновения, получают зна35 чение е, которое составят 1.8 мм.

Затем по формуле (2) рассчитывают теоретические значения удельной скорости реагирования для кусков других классов крупности, Результаты экспериментальных

40 определений и расчетов приведены в таблице.

При расчете данных таблицы используют экспериментальные данные для классов

2-3 мм (константа скорости) и 16-20 мм

45 (удельная скорость реакции), поэтому для этих классов не приведены расчетные скорости. Для класса 1-2 мм формула (2) неприменима, так как в этом случае диаметр кусочка меньше двойной эффективной глу50 бины проникновения.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ определения согласуется с экспериментальными данными. Относительное расхождение не превь1шает б, что меньше

55 ошибки экспериментального определения, оцениваемой в 10 отн, .

Таким образом, предлагаемый способ находится в соответствии с экспериментальными данными и позво lяет определять величину эффективной глубины проник:о174978О

v<() О1 — яз — 2 e)

of полученные значения К и (. используют для определения удельной скорости реагирования образцов материалов с произвольными размерами по формуле

0 — (0 — 2 г:)

Чуд =- К

0 где 0 — средний диаметр образца.

Составитель С.Зуев

Техред M.Mîðãåíòàë

Корректор С.черни

Редактор И.Дербак

Заказ 2591 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород. у».гагарина, 101 вения реакции в пористый кусковыи материал и удельную скорость реагирования образцов любого размера без определения величины эффективного коэффициента диффузии или изучения пористой структуры 5 твер,цого материала. Способ может быть применен не только к коксу, но и к любому другому пористому твердому материалу, реагирующему с газообразным реагентом, если условия реакции и характер пористости 10 материала позволяют пренебречь реакцией на внешней поверхности куска по сравнению с реакцией на внутренней поверхности пор, Технико-экономические преимущества 15 предлагаемого способа заключаются в при. менении одной экспериментальной установки для опрецеления двух необходимых показателей, характеризующих удельную скорость реагирования пористого кускового 20 материала.

Формула изобретения

Способ определения удельной скорости реагирования пористого кускового ма- 25 териала с газообразным реагентом, включающий проведение реакции в реакторе при заданной температуре, определение убыли массы твердого или степени конверсии газообразного реагента и по ним апре- 30 деление константы скорости химической реакции. определение глубины проникновения реагента в материал и расчет удельной скорости реакции, отличающийся тем, что. с целью упрощения и повышения досто верности определения, отбирают образцы материала со средними диаметрами D > и D; из условия обеспечения протекания реакции соответственно в кинетической и внутренне-диффузионной области реагирования, константу К скорости химической реакции определяют по образцу со средним диаметром 0>, удельную скорость реакции

Чуд определяют для образца со средним

12) диаметром Ог и рассчитывают глубину проникновения реагента в материал из уравнения