模型含义

以还原反应为例说明缩核模型。还原反应是典型的气一固相反应，且由外向内逐步推进。被还原的矿石内部存在一个由未反应物组成的，不断缩小的核心，直至反应结束。还原的固态产物层附着在固态反应物上，且形状和体积与原矿相差不多，变化可忽略不计。矿石较致密，还原后则较疏松。气体在产物中的扩散与在原矿中相比要容易得多。人们把以上的特点理想化，构造出一个反应模型，称为缩小的未反应核模型，简称缩核模型。

根据缩核模型理论，其反应速度由两个方面决定：一是原料与产物接触面的化学反应速度（反应控制），二是气相在产物层的扩散速度（扩散控制）。图是两种控制方式在相对时刻 （T是一个颗粒完全反应完毕的时间）时对反应进程影响程度的曲线图，从中可看出，两种控制方式，其反应进程与相对反应时间变化趋势不完全相同，反应控制相对变化较快一些。2

缩核模式的传统理论认为，晶粒转变是通过伪晶转变实现的，通常有两种晶粒转变机理：

伪晶转变机理。在整个反应过程中，反应面由颗粒表面深入核心产物保留与原始颗粒相似的形貌，典型的情况下，在产物上有一些孔洞。

化学气相迁移(CVT)机理。原始颗粒随着形成一种中间气体迁移相而分解，这种迁移相在产物晶核上沉积，这样形成的产物形貌完全与以前不同，产物的粒度分布由气相沉积的条件决定。

示例计算如图所示，我们以下列反应对缩核模型加以说明。

为了表达方便，取矿石形状为标准球体。这样，化学反应面的推进和扩散都可简化为一维问题，面积的表示也简单得多。实际反应物与理想形状存在或大或小的差别，但可在此基础上进行修正。3

球状反应物的初始组成全部是FeO，半径为r1。随着还原反应的进行逐步形成一个Fe产物层，未反应的FeO核心半径缩小至r。在固态反应物的周围存在着一个由层流边界层组成的气膜。这时，总的反应过程可分解为以下几个步骤：

CO通过气膜向固态产物（Fe）表面的扩散。这个过程称为外扩散。气膜外的CO浓度CO与气相中心相等，固态产物表面处（气膜内）的CO浓度为c1。

CO通过产物层向反应界面（Fe与FeO界面）的扩散。这个过程称为内扩散。反应界面半径为r，界面处CO浓度为c。

在界面上进行反应FeO+CO=Fe+CO2。这个过程称为表面化学反应。

反应生成的CO2通过产物层向外扩散至气－固界面。

CO2通过气膜向气流中心扩散。

上面是缩小的未反应核模型的内容。根据这个模型可建立起铁矿石(特别是球团矿)还原反应的动力学微分方程式。

发展简史1991年Jones首先将缩核模型应用于SCFE过程，此后，后藤元信（Goto M）等致力于在SCFE中应用缩核模型的研究，在1996年曾发表两篇论文，一篇是专门有关缩核模型的研究。他们指出，从固体物料中萃取或浸取溶质是个涉及在固体基质中的传质过程。当溶质含量与其在溶剂相中的溶解度相比要大得多时，则该过程与不可逆脱附（irreversible desorption）相似。将缩核模型用在SCFE过程中，对包含轴向弥散的模型作了数值解，并对不含轴向弥散的拟稳态（quasi－steady－state，Qss）解作了研究，讨论了此种情况下模型的准确度；另一篇论文是用SC－CO2，萃取冷冻干燥的姜，得到姜油的实验研究，再用缩核模型对所得的实验结果进行分析，认为该模型对大颗粒姜的萃取实验结果模拟是成功的。1

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