反应工程课件-第六章
化工基础第六章工业反应器
第6章工业化学反应过程及反应器6.1 概述1．工业化学反应过程的特征在化工生产中，大部分都包含化学反应，而化学反应有关的工序的设计问题，都是属于化学反应工程学的问题。
化学反应工程的概念是在1957年第一次欧洲化学反应工程会议上首先提出的。
六十多年来，化学反应工程得到了迅速的发展，逐步形成了一门独立的学科，成为化学工程的一个分支。
化学反应工程学，它是以工业反应器为主要对象，研究工业规模的化学反应过程和设备的共性规律的一门学科。
大家知道，化工产品的生产都涉及到化学反应工程，然而化学反应过程，特别是在工业规模下进行的化学反应过程，其影响因素是错综复杂的，它不仅受化学热力学和化学动力学的制约，还与化学反应器的类型、结构和尺寸有很大的关系。
实践证明，同一化学反应在实验室或小规模进行时可以达到相对比较高的转化率或产率，但放大到工业反应器中进行时，维持相同反应条件，所得转化率却往往低于实验室结果，其原因有以下几方面：①大规模生产条件下，反应物系的混合不可能像实验室那么均匀。
②生产规模下，反应条件不能像实验室中那么容易控制，体系内温度和浓度并非均匀。
③生产条件下，反应体系多维持在连续流动状态，反应器的构型以及器内流动状况、流动条件对反应过程有极大的影响。
工业反应器内存在一个停留时间分布。
工业反应器中实际进行的过程不但包括化学反应，还伴随有各种物理过程，如热量的传递、物质的流动、混合和传递等，这些传递过程显著地影响着反应的最终结果，这就是工业规模下的反应过程。
2．化学反应工程学的任务和研究方法化学反应工程学研究生产规模下的化学反应过程和设备内的传递规律，它应用化学热力学和动力学知识，结合流体流动、传热、传质等传递现象，进行工业反应过程的分析、反应器的选择和设计及反应技术的开发，并研究最佳的反应操作条件，以实现反应过程的优化操作和控制。
①改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力②开发新的技术和设备。
③指导和解决反应过程开发中的放大问题。
化工导论课件 第6章_化学工程与工艺的科学基础
第六章 化学工程与工艺的科学基础
第六章 化学工程与工艺的科学基础
化学工业中存在着千变万化 的各种化学加工过程，即化工过 程。化工过程中不仅包含化学变 化的过程，而且还包含分离混合 物为较纯净的不同组分以及改变 其物理状态和性质的各种过程。
在某现有装置中进 行一台结晶器的安装
大规模装置（15万吨/年）
到另一个设备，或由上一工序送往
下一工序，形成完整的生产流程。
2.2 换热
换热（加热和冷却操作的总称） 是以热量传递为主要理论基础的
一种单元操作。
2.3 蒸馏
蒸馏是利用液体混合物中各组分挥
发度的差异，从而实现液体混合物各
组分的分离的一种单元操作。
2.4 吸收
利用气体在液体中溶解度的差异
（4）提高经济效益的途径:
A.增加产出的价值； B.减少投入，降低消耗，降低成本。
<第六章 习题>
简答题 1、化工基本单元操作理论基础在于三种传递过程，说 出这三种传递过程是什么。 2、化工单元操作基本定义是什么？列举六种化学工业 中常见的单元操作。 3、化工自动控制的基本原理是什么？ 4、常见的化学反应器有哪三种形式？ 5、简答蒸馏单元操作的基本原理和目的。 6、吸收单元操作的原理是什么？ 7、化学反应有哪两种基本操作方式，说出它们的特点 和应用场合。 8、简答化工过程控制的目的。
此装置有六台结晶器，此规 模中显示出其中的两台
结晶与精 馏结合用于 分离萘及其 衍生物
第一节 化工单元操作及设备
1、单元操作的概念
任何化工过程无论规模大小，都可 以分为一系列基本操作，如流体输送、 过滤、加热、冷却、蒸馏、萃取等等。 单元操作就是按照特定要求使物料发 生物理变化的这些基本操作的总称。
聚合反应工程基础(全套课件567P)
I
1
传递过程 化学工程 （三传一反） 单元操作 化学反应工程
高分子化学 高分子物理 高分子科学与工程 聚合反应工程 聚合物加工工程
聚合反应工程
I
2
•Black box (experiential) model •Mechanism-based model
基本问题：
均相自由基均聚 均相自由基共聚 非均相自由基聚合 连续聚合 缩合聚合 Modeling？ 聚合反应速度 Computable！ 聚合物分子量及其分布 Designable！ 共聚物组成及其分布 Operable！ 聚合物粒径及粒径分布 Controllable！
均聚物：“聚（Poly）”＋单体名，如：
乙烯 聚乙烯 (Polyethylene,PE) 甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate, PMMA)
甲基丙烯酸
也有以假想单体为基础命名，如聚 乙烯醇(polyvinyl alcohol)
[CH2
CH] n OH
乙烯醇为假想的单体，聚乙烯醇实际上是聚醋酸乙烯(polyvinyl acetate)的水解产物。 I
甘油+ 邻苯二甲酸酐
合成橡胶：
丁二烯(Butadiene)+ 苯乙烯(Styrene) 丁二烯(Butadiene)+ 丙烯腈(Acrylonitrile) 乙烯(ethylene)+丙烯(propylene)
I
乙丙橡胶(EPR)
15
1.1.1 高分子化合物的分类和命名
2) 以高分子链的结构特征命名
4. N.A.Dotson et al., “Polymerization Process Modeling”, VCH,
化学反应工程课件
反应器设计问题。为学科的形成起了一定的作用。
1.1 化学反应工程学的学科历史
第一章 绪
论
50 年代，石油化工迅猛发展，反应器规模不断扩大。对
反应器的放大问题的研究，使人们认识到，任何一个化 学反应在工业规模反应器中进行时不可避免地伴随着 "三 传"现象，必须将化学反应与 "三传"同时结合起来加以考 虑和分析。 另外，又提出了一些重要的基本概念。如"返混"，"反应 器稳定性"，"微观混合 "，"伴有化学反应的传质 "等。推
建立化学反应过程的动力学模型和传质模型；
选择反应器型式以满足不同类型的反应特点和传
质要求；
计算反应器大小，以满足一定的产量和转化率的
要求； 确定反应器的最佳操作条件，提高反应过程的经 济效益； 研究反应器的动态特点，保证操作稳定和开、停
车的顺利。
1.3 化学反应过程的分类
第一章 绪
论
1.3.1 按操作方式分类
Chapter4 Non-Ideal Flow Chapter5 Reaction Catalyzed by Solids
Chapter6 The Packed Bed Catalytic Reactor Chapter7 Fluid-Fluid Reactors
The object of the course
70年代中期，《反应工程》向深度和广度发展，出现了关于 g-l、g-l-s反应器、生化反应工程等方面的专著。 1979 年，我国派代表参加了国际化学反应工程会议（以张 有衡为团长）。 80年代以后，反应工程的理论与方法已日臻完善与丰富。随 着高技术的发展与应用，如微电子器件的加工、光导纤维的 生产、新材料与生物技术等，向我们提出了新的研究课题。
化学反应工程第三版李绍芬
化学反应工程第三版李绍芬1. 简介《化学反应工程第三版李绍芬》是一本关于化学反应工程的经典教材，由李绍芬教授主编。
本书主要介绍了化学反应工程的基本概念、原理和应用，涵盖了从反应动力学到反应器设计的各个方面内容。
2. 内容概要本书共分为十个章节，内容涵盖广泛，包括了反应动力学、反应器理论与设计、传热与传质、固定床反应器等。
•第一章介绍了化学反应工程的基本概念和主要内容，为后续章节的学习打下基础。
•第二章详细介绍了反应动力学的理论与实践，包括反应速率方程、反应级数、反应速率常数等概念。
•第三章探讨了反应器的类型和基本原理，包括批式反应器、连续式反应器、半批式反应器等。
•第四章介绍了反应器的设计原则和方法，包括选择反应器类型、确定反应器尺寸等。
•第五章讲解了传热和传质在反应工程中的重要性，介绍了由传热与传质引起的影响和计算方法。
•第六章介绍了固体颗粒的基本性质和反应器，包括固定床反应器的设计和操作。
•…本书结合了理论和实践，并通过大量的实例和案例讲解，使读者能够更好地理解和应用化学反应工程的知识。
3. 特点与亮点《化学反应工程第三版李绍芬》的特点与亮点主要体现在以下几个方面：•综合性和系统性：本书囊括了化学反应工程的各个方面内容，从基本概念到实际应用都有所涉及，能够满足读者全面学习的需求。
•理论与实践结合：本书不仅介绍了反应工程的理论知识，还通过大量实例和案例进行讲解，帮助读者将理论应用到实际中。
•说明详细、语言简洁：本书的说明详细且语言简洁，能够让读者更容易理解和掌握知识。
•更新与全面：本书是第三版教材，对于最新的研究成果和进展进行了更新，并且涵盖了化学反应工程的全面内容。
4. 适用对象《化学反应工程第三版李绍芬》适用于化学工程、化学专业的本科生和研究生，以及从事相关工作或研究的专业人士。
无论是从事科研、工程设计还是教学的相关人士，都可以通过阅读本书来提高自己的理论水平和实践能力。
5. 总结《化学反应工程第三版李绍芬》是一本全面系统介绍化学反应工程的经典教材，其内容涵盖了化学反应工程的各个方面，可以帮助读者更好地理解和应用化学反应工程的知识。
聚合反应工程课件
连续反应器
反应物A 反应物B
连续反应器特点：
1、反应物料连续加
入，反应产物连续 引出。
生成物R
2、稳态操作，反应 器内任一点的组成
不随时间改变。 C 0 t
半连续反应器
B
半连续反应器特点：
1、某些反应物料一次 加入，其余物料连续加 入，或者将某种产物连 续取出。
C 2、非稳态操作。 t 0
n
rA kCA
k CA0 n1
xA
0
(1 A xA )n1 dxA n (1 xA )
例：在700℃及3kg/cm2恒压下发生下列反应 C4H10 2C2H4 + H2
放热反应、吸 热反应
（2）
按反应物料的相态分类
催化反应 非催化反应 催化反应
均相反应
气相反应、液相反应
液-液相、气-液相、液 -固相、气、固相 气-固相、固相、气-液 -固相
非均相反应 非催化反应
（3）
按反应过程进行的条件分类
操作方式 温度条件
间歇反应、半连续反应、连续反应 等温反应、绝热反应、非绝热变温 反应
有利于A P
k1 = k0e- E1/RT
若 E1>E2 T
若 E1<E2
T
有利于P
A
(3)、k的单位随n而变化
0级 1级 2级
mol/l.s s-1 1/mol.s
2、等温、恒容、单一反应动力学方程式
单一反应是指用一个化学反应式和一个动力学方 程式便能代表的反应。
为简化起见，只研究、等 温、恒容、单一反应动力 学 不可逆反应
1 rB = V 1 rM= V
dnB dt dnM dt
(推荐)《化学反应工程》PPT课件
反应器类型 取样和分析
微分
P-F
固定床
G
搅拌间歇
F
SCSR
G
CSTR
F
提升管
F-G
循环
F-G
脉冲
G
G：优 F：中等 P 差
表 5-4 各种类型反应器的比较
等温性能
液固接触
催化剂失活
F-G
F
P
P-F
F
P
G
G
P
G
F-G
P
G
F-G
F-G
P-F
F-G
G
G
G
F-G
F-G
P
F-G
加工难度 G G G F-G P-F F-G P-F G
13
ratedatabatchreactordatadifferentialmethodintegralmethodinitialrateshalflifedifferentialreactorsleastsquareanalysisexperimentalplanninglabreactors积分法零级反应一级反应二级反应积分反应器固定床反应器积分反应器的一个优点是易于构造另一方面当反应物穿过催化剂层时对数据分析产生的不良影响虽然较微分反应器少但仍然是一个需要解决的问题
Chapter 5 Collection and analysis of rate data
Batch reactor data (Differential method and integral method) Method of initial rates Method of half life Differential reactors Least square analysis Experimental planning Evaluation of lab reactors
化学反应工程课后习题答案 吴元欣
第二节 气-液反应历程
3. 准数M的判据
准数M表示了液膜中反应速率与传递速率之比值。由M数值的大 小，可以决定反应相对于传递速率的类别，这一情况列于下表。
准数M的判别条件
条件 M << l M >> l
反应类别 缓慢反应过程 快速反应过程
反应进行情况 反应在液流主体中进行
反应在膜中进行完毕
第二节 气-液反应历程
DD的斜率大于 DE 的斜率(以绝对值而言)，这表明液膜 中进行的化学反应将使吸收速率较纯物理吸收大为 增加，若以 表 示吸收速率增强因子，则
DD的斜率 DE的斜率
1
第二节 气-液反应历程
如果化学反应进行得很快，则被吸收组分浓度 在液膜中的变化曲线将变得更向下弯曲一些，此时 增强因子将会提高；反之，化学反应进行得慢，浓 度曲线将更直一些，增强因子将会降低。
溶解热高达数万焦耳每摩尔，因此，温度改变对化学吸收平 衡的影响较物理吸收时更为强烈。
第二节 气-液反应历程
一、气—液相间物质传递
描述气-液相间物质传递有各种不同的传质模型 ，例如双膜论、Higbie渗透论、Danckwerts表面更 新论和湍流传质论等，其中以双膜论最为简便。
双膜论是假定在气-液相界面两侧各存在一个静
第二节 气-液反应历程
相界面上各种参数不随时 间而改变。
pAi = cAi / H
传质只发生在 气、液膜内。
膜内的传质方 式仅为分子扩
散。
ZG
ZL
第二节 气-液反应历程
若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围 为直线，则：
cA HpA*
根据双膜理论，界面无阻力，即界面上气液两相平 衡，则：
cAi HpAi