rrhenius公式[33]:
(4.4)
可得：
d /dt Aexp( E/RT)f ()
(4.5)
式中：A—频率因子;
E—活化能；
R—气体常数；
T—绝对温度；t—反应时间；
—样品转化率
在恒定的程序升温速率下，升温速率dT/dt
d /dT (A/ )exp( E/RT)f()
64.17
63.93
A(min-1)
8.0XO12
2.9X010
1.1X09
6.5X08
由不同干燥速率下的表观活化能可知，当污泥干燥的表观活化能和指前因子 在污泥干燥升温速率较小时，受干燥速率影响较大；而在污泥干燥速率较大时, 受污泥干燥速率影响不大。这就要求在设计干燥流程时，不能只考虑效率，还应 该考虑到能源消耗
呼号
称
机刃
駅分璐式值时
筱廿形式用1)
7
牝学彌
(!-«)5
2(1 fR
相边罷应应・园林聒想
B
鄰R.,統谨帮d-t曲
特F1*—
2
1・Q■住H
2(1-品
9
圧应圾敛
ir-2
l-(l-tf)?
)0
反丽纲計
旷3
1-(1-a)J
Mampcl Power注
1
11
01曲霰法腹〕
■ rr =—
3
1ai
Munpel Power4
污泥干燥研究过程以升温速率为3C/min为例来说明。经过拟合筛选，表4.1
所示的七个动力学机理函数较接近污泥干燥的动力学函数
表4.1污泥干燥的机理函数
机理函数
12
G1()131
G3()11
G4( )11
G5( )11
G6( )11
1
7G7( )(1)1
不同机理函数拟合曲线如图4.6所示:
茨4,2同拥廿解气征反应常电动力学机理凿数
Tibk 4.2M炉;吐血Function of pj^dysiskinetics
歯处fc杆
机理
积分形式6（«）
麓什羽式貞（o
1
扼物統法则
「维扩Ift』IDE
a5
2
Muupel Power法划（耳瓯按祛剜）
城速形CW曲线 相边界反应｛
憔皿A-1
i
~a
2
I
3
知自阿1亡单厅袪吋
一级
陡机咸樓和珈蔚生
只肓一个枝匕・Alr
AMimi-EiwIccv方桎
ji= 4
i(l-a)[-ln(l-ff)r
4
—峨
比宁反应.Fv减理予a#曲蝇
(i-aH
1
2
18
lender方科
三嫌扩fflL球理对林，3D.
D$・臓瞪ar曲线*rt=2
:
SJ
-(l-ff)T
19
及Jander舟稈
二權扩敷・3D
[(1+亦-1
:
—(]+a)>
2
0+cr)i_lj
ln(17T)
图4.6污泥干燥的动力学参数在不同机理拟合函数时的曲线图
由表4.2可知，G7()=(1)11,在拟合污泥干燥的线性相关系数最
高。如图4.7所示。
综合其它升温速率时的曲线，这仍然是拟合最好的函数，所以选取G7()。
把升温速率分别为5C/min,10C/min,15C/min的数据代入拟合机理函数G7()
20
“L-T力理
三蜒扩锻，3D
0-CT)_J-I
1
7*
尹-呻
(]-€7)4 -I
拟合结果如表4.2所示：
表4.2污泥干燥在不同机理函数时的拟合曲线
机理函数
拟合曲线y=a+bx
相关系数r
G1(
)
Y1=0.949-6212.36485x
-0.81373
G2(
)
Y2=26.63139-14534.44393x
4.2.1差热分析的基本原理
差热分析仪的基本原理为：处在加热炉和均热块内的试样和参比物在相同的 条件下加热，炉温的程序控制由控温热电偶监控。 试样和参比物之间的温差通常 用对接的两支热电偶进行测定。热电偶的两个接点分别与盛装试样和参比物坩埚 底部接触。由于热电偶的电动势与试样和参比物之间的温差成正比，温差电动势
4.1.2污泥干燥动力学分析
若把污泥干燥视为湿污泥的热分解，分解产物为干燥污泥和水分，反应式为:
A B（固）C（气）
（4.1）
失重率或干燥率，其物理意义为污泥在任一时刻已失水分质量与总失水质
量的百分比，其表达式为：
Wo WW
W0WW
（4.2）
Wo—初始质量；
W—T°c（t）时的质量;
W—最终质量；
—T°C（t）时的失重量；
E(KJ mol-1)
A(min-1)
114.20
1.2X016
89.49
1.2X012
74.27
2.2X09
对热分析来说，活化能的物理意义是使反应物中不能反应的非活化能分子激 发为能反应的活化分子这一过程所需要吸收的能量。由于研究的是脱水污泥干燥
的参数，而脱水污泥中的自由水分可视为已经除去， 因此污泥干燥热分析计算出 的污泥表观活化能可视为污泥在一定温度下除去所含水分所需要吸收的能量。由 试验分析结果可知，计算出的活化能数值差别较大，这可能是因为试样用量，试 验仪器等差别造成，但实验结果可以反映出一个趋势，那就是污泥的表观活化能 值随升温速率的提高呈降低趋势，这是因为污泥在较高升温速率干燥时，平均干 燥温度较高，而污泥在较高温度干燥时，水分转变成水蒸汽逸出只需吸收较小的
-0.9843
G3(
)
Y3=-8.07922-1587.54233x
-0.82311
G4(
)
Y5=9.10442-8536.44844x
-0.89345
G5(
)
Y5=-7.64961-1792.48501x
-0.86291
G6(
)
Y6=10.82284-9356.21917x
-0.91557
G7(
)
-0.99355
其曲线拟合如图4.8、
4.9、4.10所示。由此可见，
G7()在拟合不同升温
速率时的干燥曲线的效果都最好
求污泥在不同升温速率下的表观活化能E,如表4.4所示
表4.4不同升温速率的活化能值
升温速率
3C/min
5C/min
10C/min
15C/min
E(KJ mol-1)
89.75
73.76
为慎重起见，又在北京热天平上做实验验证这一结论
采用的污泥是大连开发区污水处理二厂的污泥，经过拟合结果分析，发现采
用G2()13 1 2来拟合干燥过程时，In gj〜丄拟合关系接近于线性，
T2T
其中升温速率分别取2.5°C/min、5°C/min和10°C/min，其中5°C/min和10°C/min
能量，这也说明了温度提高对干燥的重要作用
4.2脱水污泥的差热动力学分析
分析用的污泥采用的是大连开发区给排水厂的污泥。污泥的不同升温速率下
干燥的DTA曲线如图4.2, 4.3,4.4,4.5所示。在DTA曲线中，升温速率对DTA曲线影响较大。当升温速率增大时，单位时间产生的热效应增大，峰值温度通常 向高温方向移动，峰的面积也会增加。
(4.6)
定义
g（）g f（）
（4.7）
Coats和Redfern根据式（4.6）和式（4.7）可推导出下式
A
G()—exp( E/RT)dT
0
(4.8)
则
,G( ), AR2RTE
In2In (1)
T2EERT
(4.9)
由于空I 0，所以当ln%〜丄拟合关系接近于线性时，斜率即为
ET2T
形式，找出最适合的表达式（.劣〜1拟合为线性关系），将这一G（）函 数式用于分析污泥干燥，从而研究污泥干燥的表观动力学。
-ln(l-a)
\-ct
4
FltS形Q-f曲或*Ji= 1*m=l优畔反燧
(l-a)1-1
(l-a)J
5
VA]asi方稈
一雑扩it同杆形对 称’迥®减通电
a + (1 - a)ln(l—a)
[-呗
6
吐轴阮柱休
〔面和1
比学艮趾F-輔速
彩》曲毎级
(iy
(10
礬，耳也人审 丿rni3W
Iibk 4 JI continue1Meeh ism fiinction of pyrolysis ind ^asiftcaiion kinetks
-0.98907
5C/min
Y2=16.96045-10763.74528x
-0.99377
10C/min
Y3=10.09164-8933.15921x
-0.9953
表4.6是根据表4.5得出的干燥拟合曲线求出的活化能
表4.6脱水污泥不同升温速率的活化能
升温速率
2.5C/min
5C/min
10C/min
H KS
(4.11)
设ToT的DTA曲线总面积为S,ToT的DTA曲线面积为S。由于干
燥进行程度可直接用热效应来量度，则变化率为:
HtS
武S
(4.12)
1
(4.13)
(4.14)
d T
dT "S
(4.15)
而动力学方程式:
12
(幕曲監法蛆I
1n=—
4
i
G
1
4a匚
13
Under方程
二埔扩敵,2D. n-i