化學(xué)反應(yīng)工程緒論課件

1、原料的預(yù)處理2、進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)3、反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純第一、三兩步屬于單元操作，是化工原理內(nèi)容，處于從屬地位。

第二步為整個(gè)加工過程的核心，是化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科的研究對(duì)象。第一章緒論用化學(xué)方法將原料加工成產(chǎn)品,不僅是化學(xué)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(wú)論哪一個(gè)部門。還是哪一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，采用化學(xué)方法加工時(shí)，都包括：化學(xué)反應(yīng)工程是將影響反應(yīng)器性能的傳遞現(xiàn)象與動(dòng)力學(xué)之間的相互作用以及操作條件和進(jìn)料變量進(jìn)行量化的一門學(xué)科?；瘜W(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程學(xué)科的一個(gè)分支，通常稱作反應(yīng)工程，其包括2個(gè)方面的內(nèi)容：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析一、化學(xué)反應(yīng)工程的研究對(duì)象（1）反應(yīng)動(dòng)力學(xué)主要研究化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的機(jī)理和速率，以獲得進(jìn)行工業(yè)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和操作所必需的動(dòng)力學(xué)知識(shí)，如反應(yīng)模式、速率方程及反應(yīng)活化能等等。對(duì)于一定的反應(yīng)物系，反應(yīng)速率只取決于反應(yīng)溫度、濃度和壓力。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)所要解決的正是它們之間的定量關(guān)系。即r=f(T、C、P)⑵反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析研究反應(yīng)器內(nèi)各因素的變化規(guī)律，找出最優(yōu)工況和反應(yīng)器的最好型式，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。1)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)部分（反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)）——研究化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的機(jī)理和速率二、化學(xué)反應(yīng)工程的任務(wù)1、改進(jìn)和強(qiáng)化現(xiàn)有的反應(yīng)技術(shù)和設(shè)備，挖掘潛力。2、開發(fā)新的技術(shù)和設(shè)備。3、指導(dǎo)和解決反應(yīng)過程開發(fā)中的放大問題。4、實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的最優(yōu)化。5、不斷發(fā)展反應(yīng)工程學(xué)的理論和方法?；瘜W(xué)反應(yīng)工程學(xué)是一門研究涉及化學(xué)反應(yīng)的工程問題的學(xué)科。

對(duì)于已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，如何將其在工業(yè)規(guī)模實(shí)現(xiàn)是化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的主要任務(wù)。具體講有下面5方面的任務(wù)：三、化學(xué)反應(yīng)工程的影響因素和研究方法工業(yè)規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模相比復(fù)雜很多，在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上影響不大的質(zhì)量和熱量傳遞，在工業(yè)規(guī)模可能起著主導(dǎo)作用。在工業(yè)反應(yīng)器中既有化學(xué)反應(yīng)過程又有物理過程。物理過程與化學(xué)過程相互影響，相互滲透，有可能導(dǎo)致工業(yè)反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模大相徑庭。反應(yīng)物的濃度與反應(yīng)溫度是影響化學(xué)反應(yīng)速率的兩大主要因素，也是直接因素，對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)來(lái)說，如果沒有其他因素，只需控制反應(yīng)溫度與反應(yīng)濃度，這樣反應(yīng)工程問題非常簡(jiǎn)單，而在工業(yè)生產(chǎn)的大反應(yīng)器中，除溫度與濃度影響外，還受到物質(zhì)的擴(kuò)散和混合等影響。工業(yè)反應(yīng)器中對(duì)反應(yīng)結(jié)果產(chǎn)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(shí)間不同引起的傳質(zhì)過程；2）由化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)產(chǎn)生的傳熱過程；3）多相催化反應(yīng)中催化劑微孔內(nèi)的擴(kuò)散與傳熱過程。這些物理過程與化學(xué)過程同時(shí)發(fā)生。宏觀反應(yīng)速度化學(xué)反應(yīng)速度只與溫度、濃度有關(guān)顆粒間傳遞速度顆粒內(nèi)傳遞速度物理過程因此設(shè)計(jì)工業(yè)反應(yīng)器要考慮的因素包括三方面：化學(xué)因素、工程因素、經(jīng)濟(jì)因素?；瘜W(xué)因素：包括化學(xué)平衡、反應(yīng)速率、催化劑。工程因素：結(jié)構(gòu)尺寸、傳質(zhì)、傳熱及流體的流動(dòng)。經(jīng)濟(jì)因素：投資、操作、利潤(rùn)等?；瘜W(xué)反應(yīng)工程的研究方法對(duì)于復(fù)雜的反應(yīng)過程，以前的研究方法是借助相似論和量綱分析，通過實(shí)驗(yàn)建立相似特征數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式解決問題，但對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)參與的化工過程用這種方法很難設(shè)計(jì)和放大反應(yīng)器。因?yàn)樵诨ら_發(fā)過程中存在放大效應(yīng)問題。放大效應(yīng)化工過程開發(fā)也就意味著裝置規(guī)模的擴(kuò)大，因此常被形象化地稱為“放大(scaleup)”。伴隨著“放大”，往往會(huì)產(chǎn)生所謂的“放大效應(yīng)”，即小裝置中的某些技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在大裝置中不能重現(xiàn)，甚至大裝置根本不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。反應(yīng)器放大的方法經(jīng)歷的過程有：相似放大法物理過程的放大幾何相似放大準(zhǔn)數(shù)相似放大逐級(jí)放大法反應(yīng)器的放大數(shù)學(xué)模擬放大法小型試驗(yàn)（小試）中間試驗(yàn)（中試）半工業(yè)化試驗(yàn)階段工業(yè)化生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)工程的基本研究方法是數(shù)學(xué)模型法。數(shù)學(xué)模型法是對(duì)復(fù)雜的難以用數(shù)學(xué)全面描述的客觀實(shí)體人為地做某些假定，設(shè)想出一個(gè)簡(jiǎn)化模型，并通過對(duì)簡(jiǎn)化模型的數(shù)學(xué)求解，達(dá)到利用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)方程描述復(fù)雜物理過程的目的。數(shù)學(xué)模型：用數(shù)學(xué)方法描述工業(yè)反應(yīng)器中個(gè)參數(shù)的關(guān)系化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型流動(dòng)模型傳遞模型宏觀動(dòng)力學(xué)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(shí)際情況的復(fù)雜性用模型簡(jiǎn)化這個(gè)過程要求：不失真、滿足應(yīng)用要求、適應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件、適應(yīng)計(jì)算機(jī)能力。在數(shù)學(xué)模型的建立過程中需要的方程有：化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程------計(jì)算反應(yīng)速率物料衡算方程------計(jì)算反應(yīng)體積熱量衡算方程------計(jì)算溫度變化動(dòng)量衡算方程------計(jì)算壓力變化在模型中用到的化學(xué)動(dòng)力學(xué)方程，主要是面對(duì)生產(chǎn)實(shí)際，與生產(chǎn)條件相適應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程，一般通過在實(shí)驗(yàn)室的宏觀動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得，并結(jié)合生產(chǎn)條件加以修正。涉及的傳遞參數(shù)要通過大型冷漠實(shí)驗(yàn)獲得。衡算基準(zhǔn)要取性質(zhì)相同的部分或微元容積。在衡算單元內(nèi)：輸入量=輸出量+消耗量+累積量化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科一般是按反應(yīng)物系的相態(tài)來(lái)分類。

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

反應(yīng)所需的物料一次裝入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)一定時(shí)間，達(dá)到要求的反應(yīng)程度后便卸出全部物料，清洗反應(yīng)器，再裝料、反應(yīng)、卸料。特點(diǎn)：（1