Способ определения удельной скорости реагирования пористого кускового материала с газообразным реагентом

К едназначен не дает инО ия к(ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Кузнецкий филиал Восточного научноисследовательского углехимического института(56) Кокс каменноугольный. Метод определения реакционной способности. ГОСТ10089 в .Канторович Б.В. Введение в теорию горения и газификации твердого топлива,М.: Металлургиздат. 1960, с, 106,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙСКОРОСТИ РЕАГИРОВАНИЯ ПОРИСТОГОКУСКОВОГО МАТЕРИАЛА С ГАЗООБРАЗ. НЫМ РЕАГЕНТОМ(57) Изобретение относится к изучениюсвойств пористого кускового материала иможет 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 окисли 1 еля и последующем расчете константы скорости реакции. 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 З константы скорости химической реакции и глубины проникновения реакции в образец . дает воэможность рассчитать удельную ско- (,.рость реагирования кускового материала любого размера, 1 табл. Однако данный способ для измельченных образцо формации о скорости реаги вого 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 вения-- (о - (о 2 к,6 Умножив величину реагирующего объема на константу скорости химической реакзции К и разделив на весь обьем образца О можно рассчитать удельную скорость реаги- рования О -(Ог) 3 2 Оз(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 пористогоматериала 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 класа"должен обеспечивать внутреннедиффузионный режим реагирования, при котором в реакции участвуе 1 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 г и пренебрегая реакцией на внешней поверхности образца, можно рассчитать реагирующий объем, Еслйв качестве модельного тела принять шар диаметром О, то объем составляет величину Таким образом, из полученного уравнения следует. что, определив экспериментально в одном опыте константу скоростиреакции и в другом опыте удельную скоро 5 сть реагирования кускового пористого материала с известным размером кусков, можноопределить значение эффективной глубиныпроникновения реакции в образец и рассчитать удельную скорость реагирования для10 образцов любого размера.П р и м е р, Пробы кокса, измельченныедо размеров: 1-2; 2-3; 3 - 5; 5-7: 710; 10-13:13-16, 16-20; 20-25 и 25 - 40 мм, помещаютв реактор и окисляют диоксидом углерода15 при 950 С. Контроль скорости реакции осуществляют весовым методом. Для частиц сразмерами 1 - 2; 2-3 и 3-5 мм крупность невлияет на удельную скорость реагирования(данные сведены в таблицу). Это свидетель 20 ствует о том, что при таких условиях в реакции участвует весь внутренний обьемобразца и данное значение удельной скоро. сти реагирования является константой скорости химической реакции, Для более25 крупных образцов наблюдают систематическое снижение удельной скорости реагиро- вания при увеличении их размеров.Путем решения уравнения (2) с полученными в экспериментах значениями констан 30 ты скорости химической реакции, удельнойскорости реагирования для кусков размером 16-20 мм, соответствующего среднегодиаметра и случайных значений эффектив. ной глубины проникновения, получают зна 35 чение е, которое составят 1.8 мм,Затем по формуле (2) рассчитывают теоретические значения удельной скоростиреагирования для кусков других классовкрупности, Результаты экспериментальных40 определений и расчетов приведены в таблице.При расчете данных таблицы используют экспериментальные данные для классов2-3 мм (константа скорости) и 16-20 мм45 (удельная скорость реакции), поэтому дляэтих классов не приведены расчетные скорости. Для класса 1-2 мм формула (2) неприменима, так как в этом случае диаметркусочка меньше двойной эффективной глу 50 бины проникновения.Из таблицы видно, что предлагаемыйспособ определения согласуется с экспериментальными данными, Относительное расхождение не превь 1 шэет 6 , что меньше55 ошибки экспериментального определения,оцениваемой в 10 отн,0 ,Таким образом, предлагаемый способнаходится в соответствии с экспериментальными данными и позволяет определятьвеличину эффективной глубины проник:о1749780 ыд ) О 1 - я 2 - 2 еО 3 О - О - 2 е)ЧудКО где О - средний диаметр образца. Составитель С.Зуев Техред М,Моргента ектор С,Черни дактор И,Дерба Заказ 2591 ВНИИПИ Го Тираж Подписственного комитета по изобретениям и отк 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4(5риГКНТСССР венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.гагарина, 101 ои вения реакции в пористый кусковыи мате-. риал и удельную скорость реагирования образцов любого размера без определения величины эффективного коэффициента диффузии или изучения пористой структуры 5 твердого 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 уста новки для определения двух необходимых показателей, характеризующих удельную скорость реагирования пористого кускового 20 материала. Формула изобретенияСпособ определения удельной скорости реагирования пористого кускового ма 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 деление константы скорости химической реакции, определение глубины проникнове. ния реагента в материал и расчет удельной скорости реакции, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения и повышения досто верности определения, отбирают образцы материала со средними диаметрами О 1 и О; иэ условия обеспечения протекания реакции соответственно в кинетической и внутренне-диффузионной области реагирования, константу К скорости химической реакции определяют по образцу со средним диаметром О 1, удельную скорость реакции Чуд .определяют для образца со средним2)диаметром 02 и рассчитывают глубину проникновения реагента в материал из уравнения полученные значения К и ; используют для определения удельной скорости реагирования образцов материалов с произвольными размерами по формуле