化学反应工程课件第一章
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反应工程(单语)课件-第一章-PPT文档资料
Willingness to make estimates and assumptions Must be constantly aware of the difference between the
idealized conditions under which the basic knowledge was obtained and the real conditions of their design and its environment Fearless, embraces new challenges
解决实际问题 追求效率最大化 追求资源利用最大化 经济评价指标
Engineering & Engineers
Solve practical problems
Scientists solve the problems they can, but Engineers try to solve the problems they have to;
Analysis of complex system Comprehensive usage of a broad range
of knowledge
Chemical Reactor: Definition
General:
An equipment or device that serves to conduct chemical reactions, i.e. convert molecules from one form to another
P. V Danckwerts
Education: Winchester College; Balliol College, Oxford University; Massachusetts Institute of Technology. BA (chemistry) Oxon, 1938; SM (Chemical Engineering Practice), MIT, 1948; MA Cantab 1948. Held a post in the small chemical company of Fullers Earth Union Ltd, Redhill, 1939-1940.
idealized conditions under which the basic knowledge was obtained and the real conditions of their design and its environment Fearless, embraces new challenges
解决实际问题 追求效率最大化 追求资源利用最大化 经济评价指标
Engineering & Engineers
Solve practical problems
Scientists solve the problems they can, but Engineers try to solve the problems they have to;
Analysis of complex system Comprehensive usage of a broad range
of knowledge
Chemical Reactor: Definition
General:
An equipment or device that serves to conduct chemical reactions, i.e. convert molecules from one form to another
P. V Danckwerts
Education: Winchester College; Balliol College, Oxford University; Massachusetts Institute of Technology. BA (chemistry) Oxon, 1938; SM (Chemical Engineering Practice), MIT, 1948; MA Cantab 1948. Held a post in the small chemical company of Fullers Earth Union Ltd, Redhill, 1939-1940.
《化学反应工程》课件
部分模化法
将反应器的一部分进行放大或缩小， 以研究其放大效应或缩小效应。
相似放大法
通过相似理论来预测大试实验结果， 需要保证相似条件得到满足。
04
流动与混合
流动模型与流型
1 2
层流模型
适用于低雷诺数的流体，流速较低，流体呈层状 流动。
湍流模型
适用于高雷诺数的流体，流速较高，流体呈湍流 状态。
3
过渡流模型
化学反应影响流动特性
化学反应释放的热量和产生的压力变化会影响流体的流动状 态。
流动与混合实验技术
实验设备
包括管式反应器、搅拌釜式反应器、喷射式反应器等。
实验方法
通过测量流体的流速、压力、温度等参数，分析流动与混合对化学反应的影响 。
05
传递过程与反应器的热力学基础
传递过程基础
传递过程定义
物质和能量的传递是自然界和工程领域中普遍存在的现象，传递 过程是研究物质和能量传递规律的科学。
通过调节进料浓度来控制反应物浓度，保证反应的稳定性和效率。
催化剂选择与优化
选择合适的催化剂并优化其用量，提高反应效率和选择性。
反应器放大与缩小
经验放大法
根据小试实验数据和经验公式，通过 比例放大来预测大试实验结果。
数学模拟放大法
通过建立数学模型来模拟反应过程， 并利用计算机技术进行放大和缩小实 验。
管式反应器
适用于连续操作和大量生产，传热效果好， 适用于高粘度液体和悬浮液。
流化床反应器
适用于固体颗粒的反应，传热效果好，适用 于大规模生产。
反应器设计基础
反应动力学
研究反应速率和反应机理，为反应器设计提 供基础数据。
热力学
研究反应过程中的能量变化和物质平衡，为 反应器设计提供热力学依据。
化学反应工程 第一章课件
Fogler
化学反应工程研究方法 （1）简化：忽略和简化事物的次要方面，简化处理 后仍能反应事物的本质。 （2）建模：用数学，物理，化学等基础学科，将化 学和物理现象综合起来研究，了解它们之间的相 互关系，掌握各种现象的规律，以及对反应的作 用，找出数学关联式。 （3）优化：实际反应场所（物理传递现象；化学反 应动力学因素）；具体参数：浓度，温度的空间 和时间分布特点 —选择适宜的反应器结构型式，操作方式和工艺条 件 —最优化的技术指标 学习要重点掌握典型的反应，有利的强化措施。
转化率、选择性和收率 转化率：针对反应物，反应物中价值最高的组 分为关键组转化 量 X 该反应物（关键组分）的起始量
设A起始摩尔数NA0，反应后摩尔数NA，转 化量NA0 – NA，则 XA=(NA0 - NA)/ NA0
选择性：
生成目标产物所消耗的 关键组分量 S 已转化的关键组分量
•
化学反应工程的研究内容
化学反应工程 化学反应工程是化学工程学科的一个重 要分支，主要包括两个方面的内容，即反应 动力学与反应器分析与设计。 反应动力学：研究化学反应进行的机理 和速率，以获得工业反应器设计与操作所需 的动力学知识和信息，如反应模式、速率方 程及反应活化能等。其中速率方程可表示为： r=f（T、C、P） （对于一定的反应物系）而言，随时间、空 间变化。其中，r为反应系统中某一组分的反 应速率，C代表浓度，P为系统的总压。
恒容间歇反应 器设计方程
例题2：计算基准：进口原料量100mol。关键组分： C2H4. 化学计量表如下：
C2H4+ 1/2O2 x 0.5x C 2H 4+ 3O2 y 3y ∑ x+y 0.5x+3y
CH2CH2O 变化量 x -0.5x 2CO2+ 2H2O 2y 2y 0 总变化量 -0.5x
化学反应工程研究方法 （1）简化：忽略和简化事物的次要方面，简化处理 后仍能反应事物的本质。 （2）建模：用数学，物理，化学等基础学科，将化 学和物理现象综合起来研究，了解它们之间的相 互关系，掌握各种现象的规律，以及对反应的作 用，找出数学关联式。 （3）优化：实际反应场所（物理传递现象；化学反 应动力学因素）；具体参数：浓度，温度的空间 和时间分布特点 —选择适宜的反应器结构型式，操作方式和工艺条 件 —最优化的技术指标 学习要重点掌握典型的反应，有利的强化措施。
转化率、选择性和收率 转化率：针对反应物，反应物中价值最高的组 分为关键组转化 量 X 该反应物（关键组分）的起始量
设A起始摩尔数NA0，反应后摩尔数NA，转 化量NA0 – NA，则 XA=(NA0 - NA)/ NA0
选择性：
生成目标产物所消耗的 关键组分量 S 已转化的关键组分量
•
化学反应工程的研究内容
化学反应工程 化学反应工程是化学工程学科的一个重 要分支，主要包括两个方面的内容，即反应 动力学与反应器分析与设计。 反应动力学：研究化学反应进行的机理 和速率，以获得工业反应器设计与操作所需 的动力学知识和信息，如反应模式、速率方 程及反应活化能等。其中速率方程可表示为： r=f（T、C、P） （对于一定的反应物系）而言，随时间、空 间变化。其中，r为反应系统中某一组分的反 应速率，C代表浓度，P为系统的总压。
恒容间歇反应 器设计方程
例题2：计算基准：进口原料量100mol。关键组分： C2H4. 化学计量表如下：
C2H4+ 1/2O2 x 0.5x C 2H 4+ 3O2 y 3y ∑ x+y 0.5x+3y
CH2CH2O 变化量 x -0.5x 2CO2+ 2H2O 2y 2y 0 总变化量 -0.5x
化学反应工程课件1
• CH3COOH+C4H9OH=CH3COOC4H9+H2O
• 醋酸和丁醇的初始浓度分别为0.2332和 1.16kmolm-3。测得不同时间下醋酸转化 量如表所示。
t/hr 醋酸转化量 ×102/kmol.m-3
01 0 1.636
2 2.732
3 3.662
4 4.525
5 5.405
6 6.086
• E：活化能，[J·mol-1]，从化学反应工程 的角度看，活化能反映了反应速率对温 度变化的敏感程度。
17
反应级数
• m，n：A，B组分的反应级数，m+n为此 反应的总级数。
• 如果反应级数与反应组份的化学计量系
数相同，即m=a并且n=b，此反应可能是
基元反应。基元反应的总级数一般为1或
2，极个别有3，没有大于3级的基元反应。
指流体微元从反应器入口到出口经历的
时间。
38
• (3)空间时间τ 其定义为反应器有效容积 VR与流体特征体积流率V0之比值。即 VR
V0
• 空间时间是一个人为规定的参量，它表示 处理在进口条件下一个反应器体积的流体 所需要的时间。
• 空间时间不是停留时间
39
• (4)空间速度SV
• 有空速和标准空速之分。空速的一般定
义为在单位时间内投入单位有效反应器
容积内的物料体积。即：
SV
V0 VR
h 1
• 标准空速定义为：
SV
VNO VR
h 1
40
理想反应器
• 在工业上化学反应必然要在某种设备内 进行，这种设备就是反应器。根据各种 化学反应的不同特性，反应器的形式和 操作方式有很大差异。
• 从本质上讲，反应器的形式并不会影响 化学反应动力学特性。但是物料在不同 类型的反应器中流动情况是不同的。
《化学反应工程》全册配套完整教学课件
床层或反应器内宏观动力学模型(或简称床层动力学模型) 各种类型反应器内的催化剂床层，计入反应气体与催化剂颗粒的相 互流动状况，和使用过程中催化剂失活影响的诸多因素，即处于介 尺度的宏观动力学。
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
物质在反应装置中的流动、传质和传热与化学反应之间相互关系的 概念，称为物理概念模型。 数学模型 表达物理概念模型的数学式称为数学模型。 数学模拟方法 用基于物理概念模型的数学模型来模拟反应过程的 方法称为数学模拟方法。
Copyright 2011 by Southeast University
固体颗粒细小，气流流动情况 复杂。
催化剂带出少，要求气液分布 均匀，温度调节较难。
固相在液相中悬浮，气相连续 流入及流出反应器。
固相在液相中悬浮，液相和气 相连续进入及流出反应器。
粒子返混小，相接触面小，传 热效能低。
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
一、化学反应工程学的研究范畴
过程工业
从事物质的化学转化，生成新的物质产品； 各个生产环节具有一定的不可分性，形成生产流程，并多数连续生
产。
过程工业包括两个过程：
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
气流床 滴流床 鼓泡淤浆床 三相流化床 回转筒式 螺旋挤压机式
气-固相 气-液-固三相 气-液-固(催化及非催化) 气-液-固(催化及非催化) 气-固相，固-固相 高黏度液相
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
物质在反应装置中的流动、传质和传热与化学反应之间相互关系的 概念，称为物理概念模型。 数学模型 表达物理概念模型的数学式称为数学模型。 数学模拟方法 用基于物理概念模型的数学模型来模拟反应过程的 方法称为数学模拟方法。
Copyright 2011 by Southeast University
固体颗粒细小，气流流动情况 复杂。
催化剂带出少，要求气液分布 均匀，温度调节较难。
固相在液相中悬浮，气相连续 流入及流出反应器。
固相在液相中悬浮，液相和气 相连续进入及流出反应器。
粒子返混小，相接触面小，传 热效能低。
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
一、化学反应工程学的研究范畴
过程工业
从事物质的化学转化，生成新的物质产品； 各个生产环节具有一定的不可分性，形成生产流程，并多数连续生
产。
过程工业包括两个过程：
Copyright 2011 by Southeast University
Chemical Reaction Engineering
气流床 滴流床 鼓泡淤浆床 三相流化床 回转筒式 螺旋挤压机式
气-固相 气-液-固三相 气-液-固(催化及非催化) 气-液-固(催化及非催化) 气-固相，固-固相 高黏度液相
化学反应工程课件1
本科课程讲义
sfsong
化学反应工程
即：(nA-nA0):(nB-nB0):(nR-nR0)=
vA : vB : vR
反应进度ξ：
n A n A 0 nB nB 0 nR nR 0 vA vB vR
对任何反应组分： 多个反应：
ni ni 0 vi
ni ni 0 vij j
本科课程讲义
sfsong
化学反应工程
§1.3化学反应器
1.反应器类型 (1)管式反应器
特征： L/D>50 ，内部中空，没有其它构 件，反应物料返混较少，多用于均相反应， 如石脑油裂解制乙烯的裂解炉。
Q0，Ci0
管式反应器
Q，Ci
管式反应器
(2)釜式反应器
特征：高径比1～3，釜内设有搅拌桨、挡 板、蛇管或外设夹套。多数应用于液相均 相反应，也可以用于气液或液液非均相反 应。如酯化反应、硝化反应、磺化反应以 及氯化反应等。 分类：BR、CSTR、n-CSTR 。 间歇釜式反应器
本科课程讲义
sfsong
化学反应工程
(3)塔式反应器
特征：高度一般为直径的数倍至数十倍，内部设有为了增加两相接 触的构件如填料、筛板等（填料塔d与板式塔c）塔式反应器主要用 于两种液体相反应的过程，如气液反应与液液反应，如鼓泡塔 e、 喷雾塔f也用于气液反应。 本科课程讲义 sfsong
化学反应工程
转化率、收率与选择性存在以下关系：Y=SX
本科课程讲义 sfsong
化学反应工程
例1.2 在银催化剂上进行乙烯氧化反应生产环氧乙烷，进入反应器的气 体中各组分的摩尔分数分别为 C2H4 ： 15%， O2 ： 7%， CO2 ： 10%， Ar ： 12% ，其余 为 N2 。反应器出口气体 中含 C2H4 和 O2 的摩尔分数分别 为 13.1%，4.8%。试计算乙烯的转化率，环氧乙烷的收率和反应选择性。
《化学反应工程》PPT课件
种各样的化学反应，通常为了便于研究和应用， 将化学反应进行分类。下表中给出了常见的化学 反应分类、方法和种类，一些可能同时属于两个 或者更多的反应种类。
•
• 例如：
为一气固催化反应
a
7
• 三、反应过程的举例
• 一般来说反应过程包括: 物理现象--传递现象(热量
•
、动量和质量传递过程)
化学现象--化学反应
化学反应工程
教 师：朱 岩 武汉理工大学化工学院
a
1
第一章 绪 论
a
2
• 无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源 加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成 为有用的产品。生产过程包括如下三个组成部分：
•
• 第①和③两部分属于单元操作的研究范围； 而②部分是化学反应工程的研究对象，是生产过 程的核心。
a
10
时间 20世纪30年代 （萌芽阶段） 20世纪40年代 （系统化） 20世纪50年代 （学科确立）
20世纪60年代 (学科发展状大)
20世纪80年代到 90年代中期 (学科交叉和新技术运用)
标志性成果
对扩散、流体流动和传热对反应过程影响的 深刻认识
《化学过程原理》和《化学动力学中的扩散 与传热》出现，对学科形成奠定了基础
(c) 机械搅拌浆态床反应器 (f) 固定床鼓泡床反应器 (i) 喷雾塔式反应器 (l) 气液搅拌釜式反应器14
第三节 反应器的操作方式
间歇操作:一次性投料，卸料。反应物系参数(浓度 或组成等)随时间变化。 连续操作:原料不断加入,产物不断引出,反应器内 物系参数均不随时间变化。 半连续(或半间歇)兼有以上两种过程的特点，情况 比较复杂。
r=f（T、 、P）（对于一定的反应物系而言--
•
• 例如：
为一气固催化反应
a
7
• 三、反应过程的举例
• 一般来说反应过程包括: 物理现象--传递现象(热量
•
、动量和质量传递过程)
化学现象--化学反应
化学反应工程
教 师：朱 岩 武汉理工大学化工学院
a
1
第一章 绪 论
a
2
• 无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源 加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成 为有用的产品。生产过程包括如下三个组成部分：
•
• 第①和③两部分属于单元操作的研究范围； 而②部分是化学反应工程的研究对象，是生产过 程的核心。
a
10
时间 20世纪30年代 （萌芽阶段） 20世纪40年代 （系统化） 20世纪50年代 （学科确立）
20世纪60年代 (学科发展状大)
20世纪80年代到 90年代中期 (学科交叉和新技术运用)
标志性成果
对扩散、流体流动和传热对反应过程影响的 深刻认识
《化学过程原理》和《化学动力学中的扩散 与传热》出现，对学科形成奠定了基础
(c) 机械搅拌浆态床反应器 (f) 固定床鼓泡床反应器 (i) 喷雾塔式反应器 (l) 气液搅拌釜式反应器14
第三节 反应器的操作方式
间歇操作:一次性投料，卸料。反应物系参数(浓度 或组成等)随时间变化。 连续操作:原料不断加入,产物不断引出,反应器内 物系参数均不随时间变化。 半连续(或半间歇)兼有以上两种过程的特点，情况 比较复杂。
r=f（T、 、P）（对于一定的反应物系而言--
化学反应工程课件1绪论
搅拌釜式反应器
10
邻二甲苯气 液 塔 式 反 应 器
12
轻油裂解制乙烯管式非催化反应器
13
化学反应工程的基本研究方法
• 化学反应工程的基本研究方法是数学模 型法。数学模型法是对复杂的难以用数 学全面描述的客观实体，人为地做某些 假定，设想出一个简化模型，并通过对 简化模型的数学求解，达到利用简单数 学方程描述复杂物理过程的目的。
14
数学模型法
• 1．建立简化物理模型 • 对复杂客观实体，在深入了解基础上，
进行合理简化，设想一个物理过程(模型) 代替实际过程。简化必须合理，即简化 模型必须反映客观实体，便于数学描述 和适用。
15
• 2．建立数学模型 • 依照物理模型和相关的已知原理，写出
描述物理模型的数学方程及其初始和边 界条件。 • 3．用模型方程的解讨论客体的特性规律
间
7
• 四、按传热条件分类，分为 • 1． 等温反应器，整个反应器维持恒温，
这对传热要求很高。 • 2． 绝热反应器，反应器与外界没有热量
交换，全部反应热效应使物料升温或降 温。 • 3． 非等温、非绝热反应器，与外界有热 量交换，但不等温。
8
重 油 的 催 化 裂 化 流 化 床 反 应 器
9
后，经过一定时间的反应再取出的操作 方法。 • 2 ．连续操作，指反应物料连续地通过反 应器的操作方式。 • 3 ．半连续操作，指反应器中的物料，有 一些是分批地加入或取出，而另一些则 是连续流动通过反应器。
6
• 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之
4
化学反应工程课件
The object of the course
▪ 课程目标：反应器分析与设计并重，结 合实际、结合工艺。
▪ 授课方法：讲课与讨论相结合。 ▪ 考试方式：考试与/或作业结合平时成绩
化学反应工程 (Chemical Reaction Engineering)
▪ 主要参考书 ▪ 《化学反应工程》，陈甘棠 主编，化学工业出版社 ▪ 《化学反应工程》，朱炳辰 主编，化学工业出版社
化学与化工是自然科学技术发展的基 础学科之一
化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律和变化过程中能 量关系的学科
化工是运用化学原理和机械原理，将物质的组成、结构、性质变成目 标产品的过程工程学科
▪ 化学 (Chemistry)
▪ 无机化学 ▪ 分析化学
▪ 物理化学 ▪ 高分子化学与物理
▪ 化学工程与工艺 (Chemical Engineering and Technology)
特征：反应器高度为直径的数倍以至十几倍。 内部常设置能增加两相接触的构件，如填料，筛板等。 适用于两种流体相反应的过程。如气液反应、液液反应。
1.4 工业反应器的分类
第一章 绪 论
1.4.4 固定床反应器
▪ 特征：反应器内填充有固定不动的固体颗粒。 可以是催化剂，也可以是固体反应物。 适用于气固催化反应，固相加工反应，应用非常广泛。
第一章 绪 论
1.1 化学反应工程学的学科历史
第一章 绪 论
30年代，石油化学工业刚刚兴起。提出了“单
元操作”和“单元过程”等概念。
单元操作——流体输送，蒸馏，干燥等专管物
理工序。
单元过程——磺化，水解，加氢等专管化学反
应工序。
1937年，丹克莱尔较系统的阐述了“扩散，流
化学反应工程陈甘棠第一章-PPT课件
法兰克-卡明聂斯基著作《化学动力学中的扩散与传热》问世 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
2019/2/15
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
化 学
化学热力 学与反应 动力学
反应 过程 分析
反应 过程动 态特性与 反应系统 测量和 控制 优化
釜式反应器
2019/2/15
环管反应器
2019/2/15
2019/2/15
三、反应工程的研究方法
1、模型化方法
参数计算式
建立数学模型
动力学方程式 物料、热量、动量衡算式
求解数学模型的计算方法 计算机软件的实现及计算结果
2019/2/15
2、试验的方法
设备传递过程模型的测定 如：大型冷模测定
2019/2/15
Grassroots FCC unit under construction in Mexico
2019/2/15
2019/2/15
80万吨/年加氢裂化装置
2019/2/15
2019/2/15
2019/2/15
2019/2/15
45万吨/年乙烯裂解球罐
2019/2/15
•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
2019/2/15
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
2019/2/15
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
化 学
化学热力 学与反应 动力学
反应 过程 分析
反应 过程动 态特性与 反应系统 测量和 控制 优化
釜式反应器
2019/2/15
环管反应器
2019/2/15
2019/2/15
三、反应工程的研究方法
1、模型化方法
参数计算式
建立数学模型
动力学方程式 物料、热量、动量衡算式
求解数学模型的计算方法 计算机软件的实现及计算结果
2019/2/15
2、试验的方法
设备传递过程模型的测定 如：大型冷模测定
2019/2/15
Grassroots FCC unit under construction in Mexico
2019/2/15
2019/2/15
80万吨/年加氢裂化装置
2019/2/15
2019/2/15
2019/2/15
2019/2/15
45万吨/年乙烯裂解球罐
2019/2/15
•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
2019/2/15
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
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观反应动力学。这是化学反应工程的研究核心问题。
3、化学反应工程的研究对象
如前所述，其对象：一个是化学反应本身，一个是反应
的设备特性。或者可以说是工业规模进行的化学反应过程 ，即工业反应器。
第一章 绪论
YANGTZE NORMAL UNIVERSITY
化学化工学院
化学反应过程 工业反应器 物理过程 1、返混和不均匀流动
第一章 绪论
YANGTZE NORMAL UNIVERSITY
反应器类型 管式反应器 釜式反应器，单釜或多釜串联 板式塔 填料塔 鼓泡塔 喷雾塔 固定床反应器 适用的反应 气相、液相 液相，液液相，液固相 气液相 液相，气液相 气液相，气液固相（催化剂） 气液相快速反应 气固（催化或非催化）相 反应特点
间和反应过程所有的各参数之间的关系，这种数学表达式
即为数学模型法。该法能较好反映其本质。
第一章 绪论
YANGTZE NORMAL UNIVERSITY
实验室小试 小型试验 大型冷模试验
化学化工学院
冷模试验
反应动力学模型
小型反应器模型
反应器的流动模型
扩大试验 生产设计
工业过程开发的数学模型
第一章 绪论
小试
如日本在20世纪50年代以前在尼龙的研究开发。先后用了12年的时间。
第一章 绪论
YANGTZE NORMAL UNIVERSITY
化学化工学院
相似放大方法：也叫量纲分析。 其基本原理是描述某种物理或者化学现象的各变量之 间的数学表达式必须是量纲一致的，即该数学表达式中的 各项必定有相同的量纲。
化学化工学院
应用举例 石脑油裂解，甲基丁炔醇合成 甲苯硝化，氯乙烯聚合 苯连续磺化，异丙苯氧化 化学吸收，丙烯连续聚合 苯的烷基化，二甲苯的氧化 氯乙醇制丙烯睛，高级醇的连 续磺化 乙苯脱氢制苯乙烯，乙炔法制 氯乙烯 萘氧化制苯酐，石油催化裂化 石油催化裂化，矿物的焙烧或 冶炼 返混小，反应体积小，比传热 面积大，慢速反应管长阻力大 适应性强，连续操作时温度、 浓度易控制。转化率高体积大。 逆流接触，气液返混小，流速 有限，可在板间加传热面。 结构简单，返混小，压强降小， 有温差，装卸麻烦。 气相返混小，但液相返混大， 温度易控制，气体压降大 结构简单，液体面积大，停留 时间受塔高限制，气速有限 返混小，高转化率催化剂用量 小，催不易磨损，传热控温不 易，催化剂装卸麻烦 传热好，温度均匀，易控制， 返混大，磨耗大 固体返混小，固气比可变性大， 床内温差大
第一章 绪论
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第二节
反应过程和反应器的分类
一、反应过程分类：由于化学反应种类多，形式多样，根 据反应的不同特性进行分类： 见下表：
二、反应器的分类
由于反应种类繁多、形态各异，那么反应器的种类也是 多种多样的。 见下表：
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流化床反应器 移动床反应器
气固（催化或非催化）相 气固（催化或非催化）相
滴流床反应器
气液固气固（催化或非催化） 相
催化剂带出少，分离易，气液 分布均匀，温度难控
丁炔二醇加氢
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第三节操作方式
根据反应组分的进、出料的方式，将反应器操作分为 间歇操作、连续操作和半连续操作三种方式。
第一章 绪论 第二章 化学动力学基础 第三章 均相反应过程 第四章 非等温过程与热量传递 第五章 非理想流动 第六章 气固催化反应过程 *第七章 其它非均相反应器
自学内容 课堂学习
*第八章 生化反应工程基础
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（二）化学反应工程的研究方法
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建立数学模型的步骤：
实际过程
物理模型
数学模型
实际模型
结果
深入分析 得到本质
取微元体加以研究 具有代表性，反映 反应器中可能发生 的所有过程与现象。
合理简化
建立能反映 事物本质的 物理模型
用微分方 程等描述 各参数之 间的关系 数学模型
反 复 修 正
5、反应床特征 6、控制步骤
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管式 G G L L G L 釜式
L
G
G L 板式塔
G L 填料塔
L G 鼓泡塔 G L 喷雾塔
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G G
S
G
L
G
G 列管式 固定床
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规律。
4、化学反应器的设备特性和设计、放大的方法，以及反
应过程的最优化。
二、化学反应工程的研究目的和方法
（一）化学反应工程的研究目的 通过上述四个方面内容的研究，要达到什么样的目的？ 总的目标：实现工业反应过程的优化。 要实现过程的优化，要解决以下几个问题：
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质量传递过程－传质因素
边缘反应物浓度高 此处反应较快 中央反应物浓度低
R
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1、微观反应动力学
在实验室的理想条件下，研究化学反应的机理和反应速
度，即研究以分子为单位而参与的物质变化过程的规律。
这也是物理化学范畴的化学动力学，它是化学反应本身规
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过程
优化：
（1）工业反应器的正确选型，合理设计（结构、尺寸 适宜） （2）工业反应器的有效放大； （3）工业反应器的最佳化控制；
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学习内容
化 学 反 应 工 程 学
确定边 界条件 积分求解
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建立数学模型应包括以下内容： （1）化学动力学模型 （2）传递模型：质量传递模型—物料衡算方程 热量传递模型—热量衡算方程 动量传递模型—动量衡算方程 参数计算式、热力学计算式 （3）流动模型：描述物料返混、逗留时间分布、不均匀 流动等的流动表达式。 （4）宏观动力学模型：上述三个方面的综合。
为了实现工业过程的优化，解决好正确选型、合理设计
、有效放大、最优化控制等问题，其研究方法有二： 1、经验归纳法： 实验数据→因次分析（得到一系列的准数方程） →相似模拟→经验关联式 这是研究传递过程化工单元操作的传统的方法，但该 法对伴有物理过程的化学反应过程不理想。
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律的表达，它不受传递过程的影响——称为微观反应动力 学。（也叫本征反应动力学） 2、宏观反应动力学 在工业规模客观条件下，化学反应过程受传递过程的影
响是不可避免的。将化学反应过程与物理过程综合起来，
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形成的受传递过程影响的化学反应动力学规律——称为宏
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第一节化学反应工程学简介 一、化学反应工程研究的对象与内容 （一）化学反应工程学的形成 远在古代，如陶瓷器的制作，酒与醋的酿造，金属的冶 炼以及炼丹、造纸等就都是一些众所周知的化学反应过程 。
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化学反应可以分为简单反应和复杂反应两类： 简单反应（单一）：是由一个反应方程式所描述的反应； 反应只有一个过程。 复杂反应（复合）：是由二个及以上反应方程式描述的反 应；又可以分为平行反应、连串反应和并列反应等。
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量纲分析的目的就是要在量纲一致的基础上，使本来 用较多个物理量表示的函数关系转变为由较少个无量纲变 量来表示。
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2、数学模型法（数学模拟法）
1)定义：就是用数学方式定量地表示反应器的空间、时
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化学反应工程
主讲：周邦智
Email-zxzlx_1@
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第一章绪论
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第一章
绪论
教学目的：通过本章的学习，掌握反应工程的研究内容和 研究方法、化学反应的转化率和收率、反应器的基本类型 和操作方式以及描述反应过程的变化量。 教学重点：化学反应的转化率和收率、反应器的基本类型 和操作方式以及描述反应过程的变化量。 教学难点：化学反应的转化率和收率。
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在工业反应器中进行化学反应过程，必然 会受到各种物理过程的影响，最终影响反应 结果。
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质量传递过程－传质因素
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（三）化学反应工程的研究内容
根据前面的讨论，因此它研究的主要内容：