CaCO3分解动力学的热重研究

第30卷第8期华中科技大学学报自然科学版)Vol, 30 No 82002年8月J. Huazhong Univ. of Sci. Tech Nature Science EditionAug.2002CaCO3分解动力学的热重研究郑瑛陈小华周英彪郑楚光华中科技大学煤燃烧国家重点实验室)摘要:在升温逑率为5~30K/min的范围内利用热天平对平均粒径为13.4m的(aO进行了分解过程的实验研究.应用等转化率法在不假定机理函数的情况下得到了CaO3分解的活化能E=105.24k/mol.该值与前人对于平均粒径D=13m的CaO3分解以控制化学反应的多步随机成核机理机理函数为((a)=[-1(1-a)]所得到的活化能E=105.01k/mo非常一致关键词:石灰石;反应动力学;热重分析;等转化率法;分解机理中图分类号:TK16文献标识码:A文章编号:1671-451x2002)8007102石灰石的分解过程是一个相当复杂的过程尽管许多研究人员对CaCO3的煅烧分解过程已d≈合s(是),(3)经进行了很多研究1-31但是,煅烧过程的复杂式中为升温速率;o为初始温度性以及对所采用的实验装置的依赖性导致所报道前人关于CaO3分解动力学过程的研究都的反应级数n表观活化能E以及指前因子A是先假定控制CaCO分解的机理函数f(a)减或在一个较宽的范围内变化并且存在许多不一致(Xa)然后利用热重分析数据求出CaCO3分解的地方.的活化能E和指前因子A1-31本文采用德国 Netzsch公司Sta409热天平所假定的机理函数的形式将直接影响所得到对平均粒径为13.4m的CaO进行了分解过的动力学参数求解动力学参数的等转化率法即程的实验研究在不假定机理函数的情况下得到 Flynn-Wall-Ozawa法4],避开了反应机理函数的了(aCO3分解的活化能E.实验条件为样品质选择而通过不同升温速率下的热重分析曲线直接量为5.8mg升温速率/Kmin-1分别为5,7,10,求出分解反应的活化能E值避免了因反应机理122030吹扫气为N2流量为100ml/min函数的假设不同而可能带来的误差描述反应 CaCO(s)CaOs)+OO(g)的令u=ERT)由T=EARu)知有动力学方程有微分和积分两种不同的形式dT=-[E Ru huda/dt= kf( a);(1)于是方程3换成方程((a)0f(a)(2)((a)=ART式中a为CaO3转化为CaO的份额;t为时间AEf(a內为描述控制化学反应的机理函数決为化学Pu)(4)反应速度常数,般以 Arrhenius形式表示成k=(a)的分部积分表达式为Aex-E/RT)]A为指前因子;E为活化能;R为通用气体常数;T为温度Pu)对于非定温的情形,T=To+t那么1)和式(2)可以变换为dalaT=(alB)f(a lexp-E/RT)]中国煤化工对对数展开项取一级((a)=AEdyhCNMHGlgP(u)=-2.315-0.4567EART).(5)收稿日期:200203-12作者简介:郑瑛1967-)男博士武汉华中科技大学煤燃烧国家重点实验室(430074)基金项目:国家重点基础研究专项经费资助项目(G1902205)家自然科学基金资助项目500002华中科技大学学报自然科学版)第30卷联立方程4和5)得|r|=0.99850)最大,此时活化能E=105.24IgiB x min-1= lg ae(RG( a ) )kJ/mol可以认为CaO3分解的活化能为105.242.315-0.4567E/RT)(6)kJ/mo.在文献3对于平均粒径D=13m由于在不同β下选择相同的a则(a是的CaCO分解以控制化学反应的多步随机成核个恒定值这样lg{βkm-1~1/T就成线性关机理机理函数为(xa)=[-l(1-a)3所计系从斜率可求岀某一转化率α下CaO3分解的算的活化能E=105.01k/mol.该值与根据本方活化能E值.令法所得到得活化能非常一致lg;y=1/T(i=1,2…,l);表1不同转化率下的活化能Ea=-0.4567E/RE/k于mol1b=lAE/R((a))]-2.315,0.15-6180.2112.510.99664由式6线性方程组0.25-5926.1107.880.99825l).(7)0.35-5781.0105.240.99850分别针对不同转化率a解方程组7)求出a队从0.45-5687.1103.530.998250.55-5598.7101.920.99830而得到CaO3分解时不同转化率a活化能E的0.65-5534.0100.740.99835值图1所示为转化率a=0.35时的求解动力学0.75-5460.60.99805参数图0.85-5362.80.99755本文在升温速率为5~30K/min的范围内利用热天平对平均粒径为13.4m的CaO3进行了分解过程的实验研究.应用等转化率法在不假定机理函数的情况下得到了CaCO3分解的活化能E=105.24kJ/molR=-09983lgf=-578l(7)+9239参考文献[1]倪晓奋刘前鑫.石灰石脱硫的热重分析研究.工程热物理学报,9951((2):253-25图1当转化率α=0.35时求解动力学参数图2 ]Rao TR. Kinetics of calcium carbonate decomposition表1为利用以上方法所求得的不同转化率Chem. Eng. Technol., 1996, 19: 373-377下CaOO分解的活化能E的值.表中r为相关[3]范浩杰章明川吴国新等碳酸钙热分解的机理研系数.从表中发现活化能E值的范围在97.63究动力工程199885):40~43112.51kJ/nol.并且当α=0.35时,相关系数[4]胡荣祖,史启祯热分析动力学.北京科学出版社2001The thermogravimetric study on kinetics ofdecomposition of calcium carbonateZheng ying Chen Xiaohua Zhou yingbiao Zheng chuguangAbstract: Kinetics of calcium carbonate decomposition was studied by means of a thermogravimetric analyz-er. The heating rate was 5-30 K/min, and the mean particle size of the sample measured by malvernLaser Mastersize Analyser was 13. 4 um. The method of equal conversion rate when the decompositionmechanism needn t be proposed was used to determinate the decomposition active energy of CacO3. Thederived value10524k/mol, which can be used to verv山中国煤化工 echanism of caco3dcompositionCNMHGKey words: CaCO, i kinetics thermogravimetric analyzer equal conversion rate method decompositionZheng Ying Dr i State Key Lab of Coal Combustion Tech. Huazhong Univ. of Sci.& Tech., Wuhan430074 China