专利名称：一种测定颗粒群形状因子的方法
技术领域：
本发明属于固体颗粒特征和液固化学反应领域，具体涉及一种测定颗粒形状因子的方法。
背景技术：
固体颗粒具有比较复杂的形状特性，在实验研究中，一般被视作理想化的球形处理，固体颗粒的真实的表面积和理想化的等体积当量球的表面积之比，被定义为固体颗粒的形状因子，对于实验研究具有重要的意义，但通过现有的实验方法很难直接测量得到。液固两相化学反应是一个非常复杂的过程，除了化学反应过程外，还伴随着反应物的流动和 混合以及热和质的传递过程。前者属于化学反应动力学的问题；后者涉及的是物理效应或者称为宏观传递效应。目前研究液固两相反应的方法主要是通过测定参与反应的反应物质量和固体反应物表面积上的反应速率参数来考察其反应的特点。固体颗粒具有比较复杂的表面形状，但在以往研究液固两相反应的模型中，固体颗粒往往被视为理想的等体积当量球形，使得理论预测与真实的反应特性有着较大差异，这种差异可视为由固体颗粒的真实的表面积和理想化的等体积当量球的表面积之比，即形状因子Φ引起的。但形状因子Φ通过现有的实验方法很难直接测量得到，因此实现对形状因子Φ的测定对于研究液固两相反应和描述固体颗粒的反应特性具有非常重要的意义。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目在于提供一种测定颗粒群形状因子的方法，即颗粒群真实的表面积和理想化等体积当量球的表面积之比的测定，这对于完善固体颗粒群特征描述和液固两相反应的理论体系，实现宏观实验数据和化学反应参数的相互关联具有重要的意义。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是一种测定颗粒群形状因子的方法，包括如下步骤步骤I :根据固体反应物在流体中的扩散能力和化学反应速率，确定单颗粒的消溶率，单颗粒的消溶率是综合化学反应系数k，反应条件及颗粒初始粒径的函数；在单颗粒消溶的基础上引入颗粒群的粒径分布模型，建立颗粒群缩合液固反应模型，见式(I);.Y,(/) =「( I )
Jo式(I)中XT(t)是固体颗粒群的消溶率；x(D，t)是单颗粒的消溶速率；fM(D，O)是颗粒群的初始粒径分布函数；步骤2 :测定固体颗粒群的粒径分布，并实现数学表达；进行颗粒群在恒温、恒定溶液浓度的条件下与液体溶液的反应，称重，测定固体颗粒群的消溶率，并通过拟合实现数学表达;消溶率Xt的定义在间歇式液固两相反应实验中，定义某一时间段内已参与反应的固体颗粒的质量^与加入颗粒的质量M的比为消溶率，见式(2)；
权利要求
1.一种测定颗粒群形状因子的方法，其特征在于包括如下步骤 步骤I :根据固体反应物在流体中的扩散能力和化学反应速率，确定单颗粒的消溶率，单颗粒的消溶率是综合化学反应系数k，反应条件及颗粒初始粒径的函数；在单颗粒消溶的基础上引入颗粒群的粒径分布模型，建立颗粒群缩合液固反应模型，见式(I); 1(/)0/),01(/)..0)0/) (1 ) 式(I)中XT(t)是固体颗粒群的消溶率；x(D，t)是单颗粒的消溶速率；fM(D，O)是颗粒群的初始粒径分布函数。
步骤2 :测定固体颗粒群的粒径分布，并实现数学表达；进行颗粒群在恒温、恒定溶液浓度的条件下与液体溶液的反应，称重，测定固体颗粒群的消溶率，并通过拟合实现数学表达； 消溶率Xt的定义在间歇式液固两相反应实验中，定义某一时间段内已参与反应的固体颗粒的质量IT与加入颗粒的质量M的比为消溶率，见式(2)； (2) 步骤3 :在步骤I建立的颗粒群缩合液固反应模型的基础上，见式(I )，运用步骤2测量拟合的数据，计算得到液固两相化学反应的综合化学反应系数k及其变化规律；实验计算的综合化学反应系数k与理论上综合化学反应系数1 存在差异，实验计算的综合化学反应系数k包含了颗粒群形状因子Φ和理论上综合化学反应系数1 ，见式(3)； k= Φ (D0, t) *k0(3) 式(3)中k是实验计算的液固两相化学反应的综合化学反应系数；Φ (D0, t)是颗粒的形状因子，它为颗粒初始粒径Dtl和反应时间t的函数Aci是液固两相化学反应理论综合化学反应系数。
步骤4 :理论分析知，若固体颗粒为理想球形，颗粒群在恒温、恒定溶液浓度的条件下与液体溶液反应时，液固两相化学反应的理论上的综合化学反应系数1 是一个恒定的值，所以，在长时间反应后的最终阶段，即颗粒群形状因子Φ约为I时，实验计算的液固两相化学反应的综合化学反应系数k值，即为理论上的综合化学反应系数kQ ； 步骤5 :运用下式计算实验计算的液固两相化学反应的综合化学反应系数k与理论综合化学反应系数1 的比值，即得液固两相反应中颗粒形状因子Φ的值，见式(4)。
Φ (D0, t) =k/k0(4)
全文摘要
一种测定颗粒群形状因子的方法，步骤为1)建立颗粒群缩合液固反应模型；2)测定固体颗粒群的粒径分布，实现数学表达；进行颗粒群在恒温、恒定溶液浓度的条件下与液体溶液的反应，称重，测定固体颗粒群的消溶率，并通过拟合实现数学表达；3)在颗粒群缩合液固反应模型的基础上，运用测量拟合的数据，计算得到液固两相化学反应的综合化学反应系数k及其变化规律。4)颗粒群形状因子φ约为1时，实验计算得到液固两相化学反应的综合化学反应系数k值即为k0值；5)计算试验计算得到的k值与理论综合化学反应系数k0的比值，即得颗粒群形状因子φ的值；本发明测定方法对于完善固体特征和液固两相反应的理论体系，实现宏观实验数据和化学反应参数的相互关联具有重要的意义。
文档编号G01N15/00GK102967539SQ20121052534
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月10日 优先权日2012年12月10日
发明者周屈兰, 李娜, 付加鹏, 罗睿, 李辉, 黄思嘉 申请人:西安交通大学