化學(xué)反應(yīng)工程第一章全解課件

1、化學(xué)反應(yīng)工程第一章 緒論1.1 化學(xué)工程發(fā)展史及化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科的 形成1.2 反應(yīng)工程的用途及研究方法1.3 化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率1.4 化學(xué)反應(yīng)器分類1.5 反應(yīng)器設(shè)計的基本方程1.6 工業(yè)反應(yīng)器的放大1.7 反應(yīng)工程的新進展1.1 化學(xué)工程發(fā)展史及化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科的形成1.1.1化學(xué)工業(yè)發(fā)展簡史1.1.2 化學(xué)工程學(xué)發(fā)展簡述1.1.3化學(xué)反應(yīng)工程的學(xué)科形成1.1化學(xué)工業(yè)發(fā)展簡史古代：幾千年前 標(biāo)志：陶瓷、玻璃、金屬冶煉和釀酒近代：十八世紀(jì)中期 標(biāo)志：三酸兩堿現(xiàn)代：二十世紀(jì)四十年代起 標(biāo)志：石油開發(fā)、三大合成材料1.1.2 化學(xué)工程學(xué)發(fā)展簡述（大約有100年的歷史）化學(xué)工業(yè)：幾千年歷史化

2、學(xué)工程學(xué)：一百多年 化學(xué)反應(yīng)工程：約六十年（1950年學(xué)科確立）1.1.3 反應(yīng)工程學(xué)的歷史及發(fā)展20世紀(jì)30年代 -丹克萊爾(Damhhler) -梯爾(Thiele)和史爾多維奇20世紀(jì)40年代末 -霍根(Hougen)和華生(Waston) 法蘭克-卡明斯基1.1.3 反應(yīng)工程學(xué)的歷史及發(fā)展 1957年 - 首次使用“化學(xué)反應(yīng)工程”術(shù)語 Amsterdam，ESCRE 60年代 - 快速發(fā)展期 石油化工的大發(fā)展 計算機的發(fā)展與應(yīng)用 80年代 - 形成新的分支： 生化反應(yīng)工程 聚合反應(yīng)工程 電化學(xué)反應(yīng)工程1.1.3 反應(yīng)工程學(xué)的歷史及發(fā)展International Symposia on

3、Chemical Reaction Engineering (ISCRE) NamePlaceCountryYearCo-Sponsoring OrganizationsESCRE 1AmsterdamNetherlands1957EFChEESCRE 2AmsterdamNetherlands1960EFChEESCRE 3AmsterdamNetherlands1964EFChEESCRE 4BrusselsBelgium1968EFChEISCRE 1WashingtonUSA1970ACS/AIChEISCRE 2AmsterdamNetherlands1972EFChEISCRE 3

4、EvanstonUSA1974ACS/AIChEISCRE 4HeidelbergGermany1976EFChEISCRE 5HoustonUSA1978ACS/AIChEISCRE 6NiceFrance1980EFChEISCRE 7BostonUSA1982ACS/AIChEISCRE 8EdinburghGreat Britain1984EFChEISCRE 9PhiladelphiaUSA1986ACS/AIChEISCRE 10BaselSwitzerland1988EFChEISCRE 11TorontoCanada1990ACS/AIChE/CSCEISCRE 12Torin

5、oItaly1992EFChEISCRE 13BaltimoreUSA1994ACS/AIChEISCRE 14BruggeBelgium1996EFChEISCRE 15NewportUSA1998ACS/AIChEISCRE 16CracowPoland2000EFChEISCRE 17 Hong Kong China 2002 Asia Pacific CRE 反應(yīng)條件：溫度：120常壓，3h,得率80%反應(yīng)條件：溫度：120常壓，3h,得率80%？化學(xué)反應(yīng)工程定義定義一：研究工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器反應(yīng)傳遞規(guī)律。定義二：研究伴有流動、傳熱、傳質(zhì)影響時的化學(xué)反應(yīng)特征。1.2.1 反應(yīng)工程的用途

6、反應(yīng)動力學(xué) 反應(yīng)模式 速率方程 活化能 反應(yīng)器的設(shè)計與分析 各因素（T, P, c）的變化規(guī)律 最佳工況化學(xué)反應(yīng)速率：r=f(T,P,C)1.2.2 反應(yīng)工程的研究方法 科學(xué)研究的兩種主要方法：1.經(jīng)驗歸納法2.數(shù)學(xué)模型法(演繹法) 林語堂在“論東西思想法之不同”:總而言之，中國重實踐，西方重推理。中國重近情，西人重邏輯。中國哲學(xué)重立身安命，西人重客觀的了解與剖析。西人重分析，中國重直感。西洋人重求知，求客觀的真理。中國人重求道，求可行之道。這些都是基于思想法之不同。3 化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率3.1 反應(yīng)進度 如：工況1：t=0時： 1mol 2mol 0mol t=t時刻： 0.5 1.5

7、0.5 工況2：t=0時： 2mol 4mol 0mol t=t時刻： 1 3 1 造成計算上的不方便，因此可定義一強度性質(zhì)，如單位體積（質(zhì)量）的反應(yīng)進度，就與反應(yīng)量無關(guān)了。3.2 轉(zhuǎn)化率 X注意： 按關(guān)鍵組分計 反應(yīng)物的起始態(tài)3 化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率課本例題1-1合成聚氯乙烯所用的單體氯乙烯，多是由乙炔和氯化氫以氯化汞為催化劑合成得到，反應(yīng)式為 C2H2+HClCH2=CHCl 由于乙炔價格高于氯化氫，通常使用的原料混合氣中氯化氫是過量的，設(shè)其過量10%。若反應(yīng)器出口氣體中氯乙烯含量為90%(摩爾分?jǐn)?shù))，試分別計算乙炔的轉(zhuǎn)化率和氯化氫的轉(zhuǎn)化率。3 化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率進入SO2氧化器的氣

8、體組成（摩爾分?jǐn)?shù)）為： SO2: 3.07%; SO3: 4.6%; O2: 8.44%; N2: 83.89%離開反應(yīng)器的氣體中SO2的含量為1.5%，試計算SO2的轉(zhuǎn)化率。例13 化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率3.3 收率 Y與選擇性S3 化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率丁二烯是制造合成橡膠的重要原料。制取丁二烯的工業(yè)方法之一是將正丁烯和空氣及水蒸氣的混合氣體在磷鉬鉍催化劑上進行氧化脫氫。除生成丁二烯的主反應(yīng)外，還有許多副反應(yīng)，如生成酮、醛及有機酸的反應(yīng)。反應(yīng)在溫度350、壓力0.2026MPa下進行。得到反應(yīng)前后的物料組成如下。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計算正丁烯的轉(zhuǎn)化率、丁二烯的收率和反應(yīng)的選擇性。例2組分反應(yīng)前%

9、反應(yīng)后%組分反應(yīng)前%反應(yīng)后%正丁烷0.630.61氧氣7.170.64正丁烯7.051.70氮氣27.026.10丁二烯0.064.45水蒸氣57.4462.07異丁烷0.500.48-1.20異丁烯0.130CO2-1.80正戊烷0.020.02有機酸-0.20醛、酮-0.10反應(yīng)前后物料組成課本例題例1.21.4 化學(xué)反應(yīng)器分類1.按反應(yīng)器結(jié)構(gòu)分:管式反應(yīng)器,釜式反應(yīng)器,塔式,固定床,流化床,移動床,滴流床2.按反應(yīng)的相態(tài)分:均相反應(yīng)器和非均相反應(yīng)器3.按操作方式分:間歇反應(yīng)器、連續(xù)反應(yīng)器 、半間歇（半連續(xù)）反應(yīng)器4 反應(yīng)器的類型釜式反應(yīng)器管式反應(yīng)器固定床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器Agitatin

10、g tank reactor氣液相反應(yīng)器Plug flow reactorPacked bed reactorPacked bed reactorPacked bed reactorFluidized bed reactorFluidized bed reactorFluidized bed reactorMoving bed reactor種類特點應(yīng)用范圍管式反應(yīng)器長度遠(yuǎn)大于管徑,內(nèi)部沒有任何構(gòu)件多用于均相反應(yīng)過程釜式反應(yīng)器高度與直徑比約為2-3內(nèi)設(shè)攪拌裝置和檔板均相、多相反應(yīng)過程均可塔式 (填料塔板式塔)高度遠(yuǎn)大于直徑，內(nèi)部設(shè)有填料、塔板等以提高相互接觸面積用于多相反應(yīng)過程固定床底層內(nèi)部裝

11、有不動的固體顆粒，固體顆?？梢允谴呋瘎┗蚴欠磻?yīng)物用于多相反應(yīng)系統(tǒng)流化床反應(yīng)過程中反應(yīng)器內(nèi)部有固體顆粒的懸浮和循環(huán)運動，提高反應(yīng)器內(nèi)液體的混合性能多相反應(yīng)體系，可以提高傳熱速率移動床固體顆粒自上而下作定向移動與反應(yīng)流體逆向接觸用于多相體系，催化劑可以連續(xù)再生滴流床是固定反應(yīng)器的一種，但反應(yīng)物還包括氣液兩種屬于固定床的一種，用于使用固體催化劑的氣液反應(yīng)過程5 反應(yīng)器的操作方式間歇操作(batch reactor, BR)連續(xù)操作(continuous stirred tank reactor, CSTR) 連續(xù)操作(F reactor)Batch reactorSemibatch reactorMixed flow reactor質(zhì)量衡算：