化學反應工程緒論課件

1、原料的預處理2、進行化學反應3、反應產物的分離與提純第一、三兩步屬于單元操作，是化工原理內容，處于從屬地位。

第二步為整個加工過程的核心，是化學反應工程學科的研究對象。第一章緒論用化學方法將原料加工成產品,不僅是化學工業(yè)而且是其他過程工業(yè)如冶金、石油煉制、能源及輕工等所采用的手段。無論哪一個部門。還是哪一個產品的生產，采用化學方法加工時，都包括：化學反應工程是將影響反應器性能的傳遞現(xiàn)象與動力學之間的相互作用以及操作條件和進料變量進行量化的一門學科。化學反應工程是化學工程學科的一個分支，通常稱作反應工程，其包括2個方面的內容：反應動力學及反應器設計與分析一、化學反應工程的研究對象（1）反應動力學主要研究化學反應進行的機理和速率，以獲得進行工業(yè)反應器的設計和操作所必需的動力學知識，如反應模式、速率方程及反應活化能等等。對于一定的反應物系，反應速率只取決于反應溫度、濃度和壓力。反應動力學所要解決的正是它們之間的定量關系。即r=f(T、C、P)⑵反應器設計與分析研究反應器內各因素的變化規(guī)律，找出最優(yōu)工況和反應器的最好型式，以獲得最大的經濟效益。1)反應動力學部分（反應器設計計算的基礎）——研究化學反應進行的機理和速率二、化學反應工程的任務1、改進和強化現(xiàn)有的反應技術和設備，挖掘潛力。2、開發(fā)新的技術和設備。3、指導和解決反應過程開發(fā)中的放大問題。4、實現(xiàn)反應過程的最優(yōu)化。5、不斷發(fā)展反應工程學的理論和方法?；瘜W反應工程學是一門研究涉及化學反應的工程問題的學科。

對于已經在實驗室中實現(xiàn)的化學反應，如何將其在工業(yè)規(guī)模實現(xiàn)是化學反應工程學的主要任務。具體講有下面5方面的任務：三、化學反應工程的影響因素和研究方法工業(yè)規(guī)模的化學反應與實驗室規(guī)模相比復雜很多，在實驗室規(guī)模上影響不大的質量和熱量傳遞，在工業(yè)規(guī)?？赡芷鹬鲗ё饔?。在工業(yè)反應器中既有化學反應過程又有物理過程。物理過程與化學過程相互影響，相互滲透，有可能導致工業(yè)反應器內的反應結果與實驗室規(guī)模大相徑庭。反應物的濃度與反應溫度是影響化學反應速率的兩大主要因素，也是直接因素，對于一個化學反應來說，如果沒有其他因素，只需控制反應溫度與反應濃度，這樣反應工程問題非常簡單，而在工業(yè)生產的大反應器中，除溫度與濃度影響外，還受到物質的擴散和混合等影響。工業(yè)反應器中對反應結果產生影響的主要物理過程是：1）由物料的不均勻混合和停留時間不同引起的傳質過程；2）由化學反應的熱效應產生的傳熱過程；3）多相催化反應中催化劑微孔內的擴散與傳熱過程。這些物理過程與化學過程同時發(fā)生。宏觀反應速度化學反應速度只與溫度、濃度有關顆粒間傳遞速度顆粒內傳遞速度物理過程因此設計工業(yè)反應器要考慮的因素包括三方面：化學因素、工程因素、經濟因素。化學因素：包括化學平衡、反應速率、催化劑。工程因素：結構尺寸、傳質、傳熱及流體的流動。經濟因素：投資、操作、利潤等?；瘜W反應工程的研究方法對于復雜的反應過程，以前的研究方法是借助相似論和量綱分析，通過實驗建立相似特征數(shù)的經驗關聯(lián)式解決問題，但對于有化學反應參與的化工過程用這種方法很難設計和放大反應器。因為在化工開發(fā)過程中存在放大效應問題。放大效應化工過程開發(fā)也就意味著裝置規(guī)模的擴大，因此常被形象化地稱為“放大(scaleup)”。伴隨著“放大”，往往會產生所謂的“放大效應”，即小裝置中的某些技術經濟指標在大裝置中不能重現(xiàn)，甚至大裝置根本不能正常運轉。反應器放大的方法經歷的過程有：相似放大法物理過程的放大幾何相似放大準數(shù)相似放大逐級放大法反應器的放大數(shù)學模擬放大法小型試驗（小試）中間試驗（中試）半工業(yè)化試驗階段工業(yè)化生產化學反應工程的基本研究方法是數(shù)學模型法。數(shù)學模型法是對復雜的難以用數(shù)學全面描述的客觀實體人為地做某些假定，設想出一個簡化模型，并通過對簡化模型的數(shù)學求解，達到利用簡單數(shù)學方程描述復雜物理過程的目的。數(shù)學模型：用數(shù)學方法描述工業(yè)反應器中個參數(shù)的關系化學動力學模型流動模型傳遞模型宏觀動力學模型聯(lián)立求解代數(shù)方程常微分方程偏微分方程積分方程實際情況的復雜性用模型簡化這個過程要求：不失真、滿足應用要求、適應實驗條件、適應計算機能力。在數(shù)學模型的建立過程中需要的方程有：化學動力學方程------計算反應速率物料衡算方程------計算反應體積熱量衡算方程------計算溫度變化動量衡算方程------計算壓力變化在模型中用到的化學動力學方程，主要是面對生產實際，與生產條件相適應的宏觀動力學方程，一般通過在實驗室的宏觀動力學實驗獲得，并結合生產條件加以修正。涉及的傳遞參數(shù)要通過大型冷漠實驗獲得。衡算基準要取性質相同的部分或微元容積。在衡算單元內：輸入量=輸出量+消耗量+累積量化學反應工程學科一般是按反應物系的相態(tài)來分類。

工業(yè)反應器是化學反應工程的主要研究對象。一）、按結構特點可分為如下幾種類型。（二）、反應器的類型1、管式反應器特征：長徑比大，內部中空，不設置任何構件，多用于均相反應。一般長徑比大于30.3、塔式反應器高度一般為直徑的數(shù)倍至10多倍。氣液反應，液液反應填料塔板式塔鼓泡塔――氣液反應，液體為連續(xù)相；氣體為分散相。噴霧塔――氣液反應，液體為分散相；氣體為連續(xù)相。4、固定床反應器特征：反應器內裝有固定不動的固體顆粒。固體催化劑：氣固反應固體反應物料：氣固液固非催化反應5、流化床反應器特征：固體顆粒處于運動狀態(tài)。分為兩類。7、滴流床反應器也屬于固定床反應器。用于使用固體催化劑的氣液反應二）按反應器的操作方式分1、間歇操作

反應所需的物料一次裝入反應器內，反應一定時間，達到要求的反應程度后便卸出全部物料，清洗反應器，再裝料、反應、卸料。特點：（1