天津大学工业化学基础第三章第一节概述PPT课件
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天津大学无机化学课件0绪论52页PPT文档
(介观)
宏观
由宏观到微观，定性到定量，稳定态到亚稳定态，经验上升到理 论并用理论指导实践，进而开创新的研究。
哪些是关键性的问题呢？
化学反应的性能，化学催化，生命过程中的化学问题等。总之，
化学已成为中心科学，与21世纪科学）都有关。
8
1、化学研究的对象
原子 atom
5
1 化学的研究对象 绪论 2 化学的主要分支
3 怎样学习化学
6
什么是化学？它研究的对象是什么？如何才能学好化 学？这是开始学化学首先要解决的问题。下面就从回答这些 问题来开始我们的化学学习。
一．化学研 究的物质
物质是不依赖于人们的感觉而存在并且可以 被人们的感觉所认识的客观实在。简而言之，物 质是客观存在的东西。
化学研究的物质 一般是指实物
具体地 说物质 包括实 物和场
具有静止质量、体积、占有空间的
实物 物体。如书桌、铁、木材、水、空
气等。
场 没有静止质量、体积、不占有空间。
如电场、磁场、光、声音。
7
物质结构层次：
质子
夸克
原子核
中子 电子
原子 (离子)
纳米 材料
宇宙
(宇观)
分子
单质 化合物
星体
微观 当今化学发展的趋势大致是:
2）化学物质（chemical substance） 不包括物质的另 一基本形态---场。化学研究的是以间断形式存在的物质形 态，而场是以连续形式存在的物质形态，属物理学的研究 范畴。
3）组成（form）包括定性组成和定量组成。弄清物 质的定性组成应确证它含有哪些元素，物质的定量组成包 括各元素的质量百分比、原子个数比、化学式及分子式。
1学时 3学时
工科化学课件工科化学3章1315
——配位原子（B）相同，键角随中心原子(A)电负性增大而增大 （成键电子对间的斥力随中心原子电负性增大而增大）。例，
分子
NH3
中心原子的电负性 3.0
PH3 AsH3
2.1
2.0
SbH3 1.9
键角
2023/12/28
107°18′ 93°20′ 91°24′ 91°18′
17
价层电子 对数
价层电子对 几何分布
2023/12/28
1
C
2s
2p 基态
成键
激发 2s
2p 激发态
4个sp3-s的σ键
杂化
sp3 杂化态
（二）杂化轨道的类型与分子空间构型的关系
按形成杂化轨道的成分和能量是否相同，可分为等性和不等性杂化
1.等性杂化
●定义 n个能量相近不同类型的原子轨道杂化，形成n个成分
完全相同、能量相等的新轨道。对spn(n=1,2,3)杂化，每个spn杂化轨 道中含s成分为1/(1+n)，含p成分为n/(1+n)。有几种类型
四面体形
三角锥形
HgCl2，CO2
BF3，SO3 PbCl2，SO2 CH4，SO42-
NH3，SO32-
V形
三角双锥形 变形四面体
T形 直线形
八面体形
H2O，ClO2-
PCl5，AsF5 SF4，TeCl4 ClF3，BrF3 XeF2，I3-
SF6，[FeF6]3-
四方锥形
IF5，[SbF5]2-
CH4、CCl4、 SiH4、SiCl4
7
——其它等性杂化 除spn型杂化外，还有nd或(n-1)d轨道参与杂化的情况。如 sp3d：三角双锥。如PCl5：P的一个3s电子激发至3d，形成5个sp3d 轨道，其中3个互成120度位于一个平面，另2个垂直于该平面，成 三角双锥形
分子
NH3
中心原子的电负性 3.0
PH3 AsH3
2.1
2.0
SbH3 1.9
键角
2023/12/28
107°18′ 93°20′ 91°24′ 91°18′
17
价层电子 对数
价层电子对 几何分布
2023/12/28
1
C
2s
2p 基态
成键
激发 2s
2p 激发态
4个sp3-s的σ键
杂化
sp3 杂化态
（二）杂化轨道的类型与分子空间构型的关系
按形成杂化轨道的成分和能量是否相同，可分为等性和不等性杂化
1.等性杂化
●定义 n个能量相近不同类型的原子轨道杂化，形成n个成分
完全相同、能量相等的新轨道。对spn(n=1,2,3)杂化，每个spn杂化轨 道中含s成分为1/(1+n)，含p成分为n/(1+n)。有几种类型
四面体形
三角锥形
HgCl2，CO2
BF3，SO3 PbCl2，SO2 CH4，SO42-
NH3，SO32-
V形
三角双锥形 变形四面体
T形 直线形
八面体形
H2O，ClO2-
PCl5，AsF5 SF4，TeCl4 ClF3，BrF3 XeF2，I3-
SF6，[FeF6]3-
四方锥形
IF5，[SbF5]2-
CH4、CCl4、 SiH4、SiCl4
7
——其它等性杂化 除spn型杂化外，还有nd或(n-1)d轨道参与杂化的情况。如 sp3d：三角双锥。如PCl5：P的一个3s电子激发至3d，形成5个sp3d 轨道，其中3个互成120度位于一个平面，另2个垂直于该平面，成 三角双锥形
化学工程基础ppt课件
41
例1-1 每小时有10 吨 5％ 的乙醇水溶液进入精馏塔， 塔顶馏出的产品中含乙醇 95％，塔底排出的废水中含 乙醇 0.1％。求每小时可得产品多少吨？若废水全部排 放，每年（按操作 7200小时计）损失的乙醇多少吨？
解：
乙醇产品 含乙醇95％
原料液
精 馏
含乙醇5％ 塔
10吨/时
废水
含乙醇0.1％
苯的生产： 原料油（甲苯、二甲苯）、H2→输送→加热→反应器→减压 蒸馏塔→精馏→苯（99.992~99.999%）
可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。
2023/11/8
18
化学反应过程 化工生产的核心
化工生产过程
物理处理过程 （单元操作）
原料的预处理 产品的加工
2023/11/8
19
有目的的使原料经过一系列的化学或物理变化，以获得 产品的工业过程，也称为化工生产，或化工生产过程。
原料
（1）
预处理
（2）
反应
（3）
后处理
产品
基本化工生产过程
2023/11/8
17
例如:
甲醇的生产：
合成气（CO，H2，CO2）→输送→管式反应器→粗甲醇→ 冷却→精馏→精甲醇（99.85~99.95%）
单元操作：
化工生产中除化学反应单元以外的所有物理性操作。
• 固体和流体物料输送 • 物料的加热和冷却 • 非均相混合物料的分离 • 液体混合物料的蒸发、蒸馏和萃取 • 气体物料的吸收 • 物料的干燥和冷却
单元操作的结果只改变物料的物理性质
化工生产过程就是由若干单元操作和反应过程按一定顺 序组合而成
2023/11/8
15
1-4 化学工业的分类
例1-1 每小时有10 吨 5％ 的乙醇水溶液进入精馏塔， 塔顶馏出的产品中含乙醇 95％，塔底排出的废水中含 乙醇 0.1％。求每小时可得产品多少吨？若废水全部排 放，每年（按操作 7200小时计）损失的乙醇多少吨？
解：
乙醇产品 含乙醇95％
原料液
精 馏
含乙醇5％ 塔
10吨/时
废水
含乙醇0.1％
苯的生产： 原料油（甲苯、二甲苯）、H2→输送→加热→反应器→减压 蒸馏塔→精馏→苯（99.992~99.999%）
可见，一个化工过程往往包含几个或几十个加工过程。
2023/11/8
18
化学反应过程 化工生产的核心
化工生产过程
物理处理过程 （单元操作）
原料的预处理 产品的加工
2023/11/8
19
有目的的使原料经过一系列的化学或物理变化，以获得 产品的工业过程，也称为化工生产，或化工生产过程。
原料
（1）
预处理
（2）
反应
（3）
后处理
产品
基本化工生产过程
2023/11/8
17
例如:
甲醇的生产：
合成气（CO，H2，CO2）→输送→管式反应器→粗甲醇→ 冷却→精馏→精甲醇（99.85~99.95%）
单元操作：
化工生产中除化学反应单元以外的所有物理性操作。
• 固体和流体物料输送 • 物料的加热和冷却 • 非均相混合物料的分离 • 液体混合物料的蒸发、蒸馏和萃取 • 气体物料的吸收 • 物料的干燥和冷却
单元操作的结果只改变物料的物理性质
化工生产过程就是由若干单元操作和反应过程按一定顺 序组合而成
2023/11/8
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1-4 化学工业的分类
《化工基础绪论》PPT课件
摄氏温度
单位名称 赫兹 牛顿 焦耳
帕斯卡 瓦特
摄氏度
单位符号 Hz N J
Pa W ℃
表示式例 S-1
kg•m/s2 N•m
N/m2 J/s
〔二〕单位换算
同一物理量若用不同单位度量时,其数 值需相应的改变.这种换算称为单位换 算.
单位换算时,需要换算因数.化工中常用 的换算因数见课本附录二.〔p341〕
流体的基本性质 流体流动的基本规律 流体压力和流量的测量 管内流体流动的阻力 流体输送设备
研究流体的流动与输送要解决以下问题
流体输送所需管径尺寸的选择 输送流体所需能量和设备的确定 流体性能参数的测量和控制 研究流体的流动形态 了解流体输送设备的工作原理和操作性能
3.1 流体的基本性质
国际单位制的基本单位
量的 单位 单位 量的 单位 名称 名称 符号 名称 名称
单位 符号
长度 米
m
质量 千克 kg
时间 秒
S
电流 安培 A
热力学 开尔文 K 温度
物质的 摩尔 mol 量
发光强 坎德拉 cd 度
国际单位制中具有专门名称的导出单位
量的名称 频率
力，重力
能量，功， 热
压强，应力 功率
4.流量和流速
〔1〕流量：单位时间内流体经过管道任一 截面的流体的量.若用流体的体积量来表示, 称为体积流量. 〔2〕流速：单位时间内,流体在管道内沿流 动方向所流过的距离 .用u表示
u =qv/S
S：与流体流动方向相垂直的管道截面积
5.粘度：衡量流体粘性大小的物理量. 牛顿粘性定律
1.密度:单位体积流体所具有的质量称为流 体的密度.
2.比体积: 单位质量流体所具有的体积
单位名称 赫兹 牛顿 焦耳
帕斯卡 瓦特
摄氏度
单位符号 Hz N J
Pa W ℃
表示式例 S-1
kg•m/s2 N•m
N/m2 J/s
〔二〕单位换算
同一物理量若用不同单位度量时,其数 值需相应的改变.这种换算称为单位换 算.
单位换算时,需要换算因数.化工中常用 的换算因数见课本附录二.〔p341〕
流体的基本性质 流体流动的基本规律 流体压力和流量的测量 管内流体流动的阻力 流体输送设备
研究流体的流动与输送要解决以下问题
流体输送所需管径尺寸的选择 输送流体所需能量和设备的确定 流体性能参数的测量和控制 研究流体的流动形态 了解流体输送设备的工作原理和操作性能
3.1 流体的基本性质
国际单位制的基本单位
量的 单位 单位 量的 单位 名称 名称 符号 名称 名称
单位 符号
长度 米
m
质量 千克 kg
时间 秒
S
电流 安培 A
热力学 开尔文 K 温度
物质的 摩尔 mol 量
发光强 坎德拉 cd 度
国际单位制中具有专门名称的导出单位
量的名称 频率
力，重力
能量，功， 热
压强，应力 功率
4.流量和流速
〔1〕流量：单位时间内流体经过管道任一 截面的流体的量.若用流体的体积量来表示, 称为体积流量. 〔2〕流速：单位时间内,流体在管道内沿流 动方向所流过的距离 .用u表示
u =qv/S
S：与流体流动方向相垂直的管道截面积
5.粘度：衡量流体粘性大小的物理量. 牛顿粘性定律
1.密度:单位体积流体所具有的质量称为流 体的密度.
2.比体积: 单位质量流体所具有的体积
化工基础知识ppt演示课件.ppt
物理变化：只改变物质的外部状态和形状，而没有改变物质的 组成，更没有新物质产生，这种变化称作物理变化。如物质的 顔色、形态等的变化。
化学变化：由一种物质生产新物质的变化称作化学变化，如铁 氧化后生成铁锈；炭燃烧后生成二氧化碳等。
精心整理
前处理→核心处理→后处理
核心部分：化学反应过程及其设备（反应器）是 整个化工生产过程的核心。
位 升
精心整理
(') (°) r/min t
u
L,(l)
1'=60"(π/108000)rad 1°=60'(π/180)rad 1r/min=(1/60)s-1 1t=103kg
1u≈1.6605655×10-27kg
1L=10-3m3
第三章 管路相关知识
管路：由管子、管件、法兰、垫片、紧固件 、阀门以及管道特殊件等管道组成件及管道支吊 架（管道支承件）等组成，是管子、管件、法兰 、螺栓连接、垫片、阀门、其他组成件或受压部 件和支承件的装配总成。所谓管道特殊件，是指 非普通标准组成件。是按工程设计条件特殊制造 的管道组成件，包括膨胀节、特殊阀门、爆破片 、阻火器、过滤器、挠性接头及软管等。
精心整理
3.1 压力管道 3.2 阀门 3.3 精心整理 法兰
定义 分类 管道规格 钢号
8.1 压 力 管 道
精心整理
定义
从广义上理解，所谓压力管道，应当是指所有承 受内压或外压的管道，无论其管内介质如何。但从 我国颁发《压力管道安全管理与监察规定》以后， “压力管道”便成为受监察管道的专用名词。在 《压力管道安全管理与监察规定》第二条中将压力 管道定义为：“在生产、生活中使用的可能引起燃 爆或中毒等危险性较大的特种设备”。
化学变化：由一种物质生产新物质的变化称作化学变化，如铁 氧化后生成铁锈；炭燃烧后生成二氧化碳等。
精心整理
前处理→核心处理→后处理
核心部分：化学反应过程及其设备（反应器）是 整个化工生产过程的核心。
位 升
精心整理
(') (°) r/min t
u
L,(l)
1'=60"(π/108000)rad 1°=60'(π/180)rad 1r/min=(1/60)s-1 1t=103kg
1u≈1.6605655×10-27kg
1L=10-3m3
第三章 管路相关知识
管路：由管子、管件、法兰、垫片、紧固件 、阀门以及管道特殊件等管道组成件及管道支吊 架（管道支承件）等组成，是管子、管件、法兰 、螺栓连接、垫片、阀门、其他组成件或受压部 件和支承件的装配总成。所谓管道特殊件，是指 非普通标准组成件。是按工程设计条件特殊制造 的管道组成件，包括膨胀节、特殊阀门、爆破片 、阻火器、过滤器、挠性接头及软管等。
精心整理
3.1 压力管道 3.2 阀门 3.3 精心整理 法兰
定义 分类 管道规格 钢号
8.1 压 力 管 道
精心整理
定义
从广义上理解，所谓压力管道，应当是指所有承 受内压或外压的管道，无论其管内介质如何。但从 我国颁发《压力管道安全管理与监察规定》以后， “压力管道”便成为受监察管道的专用名词。在 《压力管道安全管理与监察规定》第二条中将压力 管道定义为：“在生产、生活中使用的可能引起燃 爆或中毒等危险性较大的特种设备”。
化工原理课件(天大版)
反应热与反应焓
反应方向与平衡常数
反应速率与活化能
反应熵与反应吉布斯能
05
化工动力学基础
反应速率方程
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
反应速率方程：描述反应速率与反应物浓度及其他因素关系的数学表达式
反应速率定义：单位时间内反应物浓度的减少量或生积成正比的比例系数
催化剂：使用催化剂可以降低反应活化能，提高反应速率
反应物浓度：反应物浓度增大，反应速率加快
06
分离过程原理及应用
分离过程分类与特点
分离过程的分类：根据不同的原理和操作方式，分离过程可以分为多种类型，如蒸馏、萃取、结晶、过滤等。
R
分离过程的特点：不同的分离过程具有不同的特点和应用范围，需要根据具体需求进行选择。
A
分离过程的原理：每种分离过程都有其特定的原理和操作方式，需要掌握其基本原理和操作方法。
C
分离过程的应用：分离过程在化工、医药、食品等领域有着广泛的应用，需要根据具体需求进行选择和应用。
I
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文字是您思想的提炼
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07
化学反应器原理及应用
化学反应器分类与特点
塔式反应器的特点：适用于气液相反应，具有较大的接触面积和适宜的停留时间
固定床反应器的特点：催化剂固定在反应器内，适用于气固相或液固相反应
流化床反应器的特点：催化剂悬浮在反应器内，适用于气固相或液固相反应
反应器分类：釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等
化学反应器的设备：介绍反应器的主要设备，如搅拌器、换热器、塔器等。
工科基础化学第三章-112页PPT精品文档
解离度(a)
α 已 初 解 始 离 1 浓 0 % 的 0 度 c0c 0 浓 ceq 1度 0 % 0
α 醋酸的 1 .3 解 1 3 0 1 离 % 0 0 1 .度 3 % 0 .10
α与 KΘa的关系： HA(aq)
H+(aq) + A－(aq)
初始浓度/mol·L-1 c
第三章 水溶液中的离子平衡
第一节 可溶弱电解质的单相离子平衡
§ 3.1.1 酸碱理论概述 § 3.1.2 水的解离平衡和溶液的pH § 3.1.3 弱酸、弱碱的解离平衡 § 3.1.4 缓冲溶液
§ 3.1.1 酸碱理论概述
3.1.1.1 阿累尼乌斯电离理论和酸 碱质子理论
3.1.1.2 酸和碱的相对强弱
水对强酸起不到区分作用，水能够同等程 度地将HClO4，HCl，HNO3等强酸的质子全部 夺取过来。
选取比水的碱性弱的碱，如冰醋酸为溶剂 对水中的强酸可体现出区分效应。例如上述强 酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：
HI＞HClO4＞HCl＞H2SO4＞HNO3
α 已 初 解 始 离 1 浓 0 % 的 0 度 c0c 0 浓 ceq 1度 0 % 0
一、 水的解离平衡
二、 溶液的pH
一、 水的解离平衡
H2O (l) + H2O(l) H3O+ (aq) + OH－(aq)
或
H2O (l)
H+ (aq) + OH－(aq)
KwΘ c(H3O ) c(OH )
c
c
KwΘ — 水的离子积常数，简称水的离子积。
25℃纯水：c(H+)= c(OH－)=1.0×10-7mol·L-1
α 已 初 解 始 离 1 浓 0 % 的 0 度 c0c 0 浓 ceq 1度 0 % 0
α 醋酸的 1 .3 解 1 3 0 1 离 % 0 0 1 .度 3 % 0 .10
α与 KΘa的关系： HA(aq)
H+(aq) + A－(aq)
初始浓度/mol·L-1 c
第三章 水溶液中的离子平衡
第一节 可溶弱电解质的单相离子平衡
§ 3.1.1 酸碱理论概述 § 3.1.2 水的解离平衡和溶液的pH § 3.1.3 弱酸、弱碱的解离平衡 § 3.1.4 缓冲溶液
§ 3.1.1 酸碱理论概述
3.1.1.1 阿累尼乌斯电离理论和酸 碱质子理论
3.1.1.2 酸和碱的相对强弱
水对强酸起不到区分作用，水能够同等程 度地将HClO4，HCl，HNO3等强酸的质子全部 夺取过来。
选取比水的碱性弱的碱，如冰醋酸为溶剂 对水中的强酸可体现出区分效应。例如上述强 酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：
HI＞HClO4＞HCl＞H2SO4＞HNO3
α 已 初 解 始 离 1 浓 0 % 的 0 度 c0c 0 浓 ceq 1度 0 % 0
一、 水的解离平衡
二、 溶液的pH
一、 水的解离平衡
H2O (l) + H2O(l) H3O+ (aq) + OH－(aq)
或
H2O (l)
H+ (aq) + OH－(aq)
KwΘ c(H3O ) c(OH )
c
c
KwΘ — 水的离子积常数，简称水的离子积。
25℃纯水：c(H+)= c(OH－)=1.0×10-7mol·L-1
化学工程基础 ppt课件
烷
直接氧化法: C2 H 4 0.5O2 EO
2020/2/17
11
➢ 生物工程
生物化学
生物学 生化
工程
化学
工程学
生物技术
化学工程
e.g. 将淀粉酶基因克隆到酵母菌中发酵生产乙醇， 时间缩短了十分之九，能量消耗减少了60％。
2020/2/17
12
1-3 化学工业的特点
与人类的生存和发展息息相关
华大学出版社 ➢ 化学工程基础学习指导. 杨国泰等编. 化学工业出
版社
2020/2/17
2
主讲章节
第一章 化学工业与化学工程 第二章 流体流动与输送 第三章 传热过程 第四章 传质分离基础 第五章 吸收 第六章 精馏
2020/2/17
3
第一章 化学工业与化学工程
§1.1 化学工业概述 §1.2 化学工程学 §1.3 物料衡算与能量衡算
§1.1 化学工业概述
1-1 化学工业的重要性
化学工业是国民经济重要的基础工业，是工业经济 中最具活力，有待开发且竞争力极强的一个部门。
2020/2/17
5
触及现代生活的各个角落：
➢ 为农业提供化肥、农药等农用生产资料； ➢ 为轻纺、建材、冶金、国防、军工及其他行
业提供各种配套原材料； ➢ 为微电子、信息、生物工程等高科技产业提
e.g. a. 搅拌 b. 放大效应 D →10 D V（容积）? S（传热器壁面积）? c. 加料
化学实验与化工生产过程比较
2020/2/17
23
项目
原料 工艺
设备 产品
化学实验
化工生产
数量少、纯度高、配比严格、 量大，因来源不同、价格不一、纯
直接氧化法: C2 H 4 0.5O2 EO
2020/2/17
11
➢ 生物工程
生物化学
生物学 生化
工程
化学
工程学
生物技术
化学工程
e.g. 将淀粉酶基因克隆到酵母菌中发酵生产乙醇， 时间缩短了十分之九，能量消耗减少了60％。
2020/2/17
12
1-3 化学工业的特点
与人类的生存和发展息息相关
华大学出版社 ➢ 化学工程基础学习指导. 杨国泰等编. 化学工业出
版社
2020/2/17
2
主讲章节
第一章 化学工业与化学工程 第二章 流体流动与输送 第三章 传热过程 第四章 传质分离基础 第五章 吸收 第六章 精馏
2020/2/17
3
第一章 化学工业与化学工程
§1.1 化学工业概述 §1.2 化学工程学 §1.3 物料衡算与能量衡算
§1.1 化学工业概述
1-1 化学工业的重要性
化学工业是国民经济重要的基础工业，是工业经济 中最具活力，有待开发且竞争力极强的一个部门。
2020/2/17
5
触及现代生活的各个角落：
➢ 为农业提供化肥、农药等农用生产资料； ➢ 为轻纺、建材、冶金、国防、军工及其他行
业提供各种配套原材料； ➢ 为微电子、信息、生物工程等高科技产业提
e.g. a. 搅拌 b. 放大效应 D →10 D V（容积）? S（传热器壁面积）? c. 加料
化学实验与化工生产过程比较
2020/2/17
23
项目
原料 工艺
设备 产品
化学实验
化工生产
数量少、纯度高、配比严格、 量大，因来源不同、价格不一、纯
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28.11.2020
28.11.2020
28.11.2020
目标： 单位设备容积的反应器处理能力大 目的产物单一性大 安全,稳定
核心 ——复杂系统的工程放大
28.11.2020
1)改进和强化现有反应技术和设备,使之优 质、高产、低能耗；
(2)开发新的反应技术和设备； (3)利用实验室数据解决反应过程中放大问
题； (4)实现反应过程的最优化； (5)不断发展化学反应工程学的理论和方法 （6）化学反应器的正确选型与合理设计
28.11.2020
2、反应工程概念的提出
20世纪30年代，丹克莱尔(Damhohler)论述了扩散、流体流动 和传热对反应器产率的影响——奠定了基础 梯尔(Thiele)和史尔多维奇对扩散反应问题作了开拓性的工作 40年代末，霍根(Hougen)和华生(Waston)著作《化学过程原理》 法兰克-卡明聂斯基著作《化学动力学中的扩散与传热》问世
大规律，具有十分重要的意义
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在现代化大规模连续操作的化工厂中，化 学反应器约占生产设备总投资的15％－20 ％，分离设备的投资占生产设备总投资的 大部分。但是反应器设计的优劣、反应结 果的好坏，常常是决定整个生产过程效益 的关键所在。在现代生产体系中，社会分 工较细，一个工厂的产品常常又是另一个 工厂的原料，所以构成化工产品成本的诸 因素中，原料所占的比重常常是决定性的。 如何在一个化学反应过程中，最大限度地 利用原料生产出最多的目标产品，就成为 至关重要的因素，而这一问题正是化学反 应工程所要研究解决的。
化学反应工程 及反应器
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第一节 概述
1 反应工程在化学工程学科中的地位 2 反应工程的范畴和任务 3 反应工程的研究方法 4 化学反应过程分类
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一、反应工程在化学工程学科中的地位
1、化学工程的主要研究内容
原料的预处理 化学方法加工 进行化学反应
单元操作（三传） 反应工程
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化学热力学——讨论反应进行的方向和限度，平衡问题 如：计算反应的平衡常数和平衡转化率
反应动力学——阐明化学反应速率与各种物理因素（温度、 浓度、压力和催化剂等）之间的关系 影响反应速率的内因 —— 决定能否实际应用的关键所在
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•反应器中流体流动、混合传热与传质 ——影响反应速率的外因 如：非均相反应、气固反应、催化剂表面的扩散与吸附等 ——“放大效应“产生的直接原因 •设备结构及参数设计 如：反应器的种类（管式、釜式、流化床、固定床等）、 操作方式（连续、分批） ——考虑经济上的合理性
1957年，荷兰阿姆斯特丹第一次欧洲反应工程会议——确立 了化学反应工程的名称
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二、化学反应工程的范畴和任务
化学工艺
反应器中流体
流动、混合传
热和传质
反应
化 化学热力 学 学与反应
动力学
反应 过程 分析
过程动 态特性与 反应系统
测量和
工 程 控 制
控制
催化剂
设备结构及 参数控制
优化
反应产物的分离与提纯
单元操作（三传）
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化学反应工程 ：把化学反应和工程中的问题统
一起来研究，研究反应器的设计放大和过程最优 化，便形成了化学反应工程学，是化学工程学科 的一个重要组成部分，是关于如何在工业规模上 实现化学反应过程，以期最有效地把原料转化为 尽可能多的目标产品，争取实现经济效益，满足 国民经济需要的一门学科。凡是涉及物质分子结 构变化的过程都属化学反应的范畴，故而广义的 化学反应工程涉及面十分广阔，诸如无机化工、 有机化工、精细化工、高分子化工、冶金工程、 环保工程、生物化工等等。在许多发达国家，化 学工业及与之相关的工业已成为国民经济中占主 要地位的产业部门。所以研究化学反应过程的放
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经济学
1 化学反应工程研究范畴
工业规模的化学反应过程是比较复杂的，既有化学反应过 程、又有物理过程。物理过程与化学过程相互影响、相互 渗透，必然影响化学反应效果。工业反应器中主要的物理 过程有：①流体的返混和不均匀流动；②传质过程；③传 热过程。这些物理过程与化学反应过程同时发生。从本质 上说，物理过程不改变反应过程的动力学规律，即反应动 力学规律不因为物理过程的存在而发生变化。但是流体流 动、传质、传热过程会影响实际反应场所的温度和浓度在 时间、空间上的分布，从而影响反应的最终结果。从学科 角度讲，化学反应规律属化学动力学领域，物理过程规律 属化学工程领域。化学反应工程学实际上是这两个学科的 汇合，即物理过程和化学过程两者结合，产生新的、有趣 的现象，从这些现象中引伸出重要的反应工程理论。正是 这些理论指导工业反应过程的开发，即选择适宜的反应器 结构、型式、操作方式和工艺条件等。
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3、工业反应的特点➢ 物性源自杂多相（气,液,固,超临界,等离子,纳米胶体） 温度,压力,粘度,重度,表面张力… 变化幅度大
➢ 非线性耦合
物理,化学,生物学之间 ➢ 预测精度高 ➢ 生产规模大
250万T/年－1000万T/年 催化裂化（ф 10m, H=70m) 30万T/年－100万T/年 乙烯裂解 30万T/年 合成氨－52万T/年 尿素 100m3 －300m3 聚合釜, 120m长 循环管聚丙稀
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高 低 并 列 的 提 升 管
装 置
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FCC
FCC
南 充 炼 厂 装 置
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Cold flow model of Kellogg dense phase catalyst cooler
Grassroots FCC unit under construction in Mexico
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反应过程动态特性与反应系统测量和控制
——工业生产的必须条件，人为不能达到
例如：对于一放热反应
进料温度高
反应速率快 放热不及时 温度升高
爆炸
温度过高
——自动控温装置
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反应加快
2、反应工程的任务
创新与选择最适宜反应器型 式 确定最优工艺条件
估算反应器尺寸大小
新工艺、新产品开发 传统技术改造 优化操作