化學(xué)反應(yīng)工程陳甘棠第一章課件

化學(xué)反應(yīng)工程2/6/2023第一章緒論1反應(yīng)工程在化學(xué)工程學(xué)科中的地位2反應(yīng)工程的范疇和任務(wù)3反應(yīng)工程的研究方法4化學(xué)反應(yīng)過(guò)程分類5發(fā)展趨勢(shì)2/6/2023一、反應(yīng)工程在化學(xué)工程學(xué)科中的地位1、化學(xué)工程的主要研究?jī)?nèi)容化學(xué)方法加工原料的預(yù)處理進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純反應(yīng)工程單元操作（三傳）單元操作（三傳）進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)2/6/2023二、化學(xué)反應(yīng)工程的范疇和任務(wù)化學(xué)工藝反應(yīng)器中流體流動(dòng)、混合傳熱和傳質(zhì)化學(xué)催化劑經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化工程控制反應(yīng)過(guò)程分析設(shè)備結(jié)構(gòu)及參數(shù)控制化學(xué)熱力學(xué)與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)過(guò)程動(dòng)態(tài)特性與反應(yīng)系統(tǒng)測(cè)量和控制2/6/2023化學(xué)熱力學(xué)——討論反應(yīng)進(jìn)行的方向和限度，平衡問(wèn)題

如：計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率反應(yīng)動(dòng)力學(xué)——闡明化學(xué)反應(yīng)速率與各種物理因素（溫度、濃度、壓力和催化劑等）之間的關(guān)系

影響反應(yīng)速率的內(nèi)因——決定能否實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵所在2/6/2023反應(yīng)器中流體流動(dòng)、混合傳熱與傳質(zhì)——影響反應(yīng)速率的外因如：非均相反應(yīng)、氣固反應(yīng)、催化劑表面的擴(kuò)散與吸附等——“放大效應(yīng)“產(chǎn)生的直接原因設(shè)備結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)如：反應(yīng)器的種類（管式、釜式、流化床、固定床等）、操作方式（連續(xù)、分批）——考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性2/6/20232、反應(yīng)工程的任務(wù)

創(chuàng)新與選擇最適反應(yīng)器型式

新工藝、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)確定最優(yōu)工藝條件傳統(tǒng)技術(shù)改造估算反應(yīng)器尺寸大小優(yōu)化操作目標(biāo)：?jiǎn)挝辉O(shè)備容積凈度大目的產(chǎn)物單一性大安全,穩(wěn)定核心——復(fù)雜系統(tǒng)的工程放大2/6/20233、工業(yè)反應(yīng)的特點(diǎn)物性龐雜

多相（氣,液,固,超臨界,等離子,納米膠體） 溫度,壓力,粘度,重度,表面張力…變化幅度大非線性耦合

物理,化學(xué),生物學(xué)之間預(yù)測(cè)精度高生產(chǎn)規(guī)模大

250萬(wàn)T/年－1000萬(wàn)T/年催化裂化（ф10m,H=70m) 30萬(wàn)T/年－100萬(wàn)T/年乙烯裂解 30萬(wàn)T/年合成氨－52萬(wàn)T/年尿素 100m3－300m3

聚合釜,120m長(zhǎng)循環(huán)管聚丙稀2/6/2023高低并列的提升管FCC裝置2/6/2023GrassrootsFCCunitunderconstructioninMexicoColdflowmodelofKelloggdensephasecatalystcooler2/6/20232/6/20232/6/20232/6/20232/6/20232/6/2023釜式反應(yīng)器2/6/2023環(huán)管反應(yīng)器2/6/20232/6/20232、試驗(yàn)的方法設(shè)備傳遞過(guò)程模型的測(cè)定如：大型冷模測(cè)定無(wú)法計(jì)算的參數(shù)的測(cè)定如：熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、催化劑等的參數(shù)數(shù)學(xué)模擬的檢驗(yàn)測(cè)定即：數(shù)學(xué)模擬結(jié)果用實(shí)驗(yàn)測(cè)定可否應(yīng)用2/6/2023基礎(chǔ)試驗(yàn)測(cè)定擬定過(guò)程模型用計(jì)算機(jī)做方案研究制定模型測(cè)試方法及參數(shù)范圍小試中試比較測(cè)試結(jié)果與模型計(jì)算結(jié)果模型的放大試驗(yàn)修正基礎(chǔ)模型用計(jì)算機(jī)做多方案及優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程的基本設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模擬放大示意圖2/6/2023按反應(yīng)物相態(tài)分類非催化反應(yīng)催化反應(yīng)均相反應(yīng)大部分氣相反應(yīng)大部分液相反應(yīng)快速反應(yīng)（燃燒等）膠體反應(yīng)酶和微生物反應(yīng)非均相反應(yīng)煤燃燒，礦石焙燒氣－液吸收反應(yīng)煉鐵，濕法冶金合成氨，硝酸，硫酸煉油，合成材料單體2/6/2023五、反應(yīng)工程的發(fā)展趨勢(shì)反應(yīng)工程用于產(chǎn)品分離a：,,,分離60-1000c

1000c

陽(yáng)離子樹(shù)脂(MTBE)

(叔丁醇)2/6/2023b：高純硅生產(chǎn)2/6/2023反應(yīng)用于凈化原料（微量）加氫氧化銀催化劑用于能源過(guò)程400c

1400c

氯化鈣·甲醇絡(luò)合物2/6/2023生態(tài)工業(yè)組合磷肥生產(chǎn)磷石膏分解硫酸生產(chǎn)CaO2/6/2023低能耗制H2

H2700-7500c500-6000c550-6500c1234200-3000c