《化學(xué)反應(yīng)工程》課件1 -緒論

1緒論化學(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。對于已經(jīng)在實驗室中實現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，如何將其在工業(yè)規(guī)模實現(xiàn)是化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的主要任務(wù)。2為了這一目標(biāo)，化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)不僅研究化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)條件之間的關(guān)系，即化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，而且，著重研究傳遞過程對化學(xué)反應(yīng)速率的影響；研究不同類型反應(yīng)器的特點及其與化學(xué)反應(yīng)結(jié)果之間的關(guān)系。3工業(yè)規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)較之實驗室規(guī)模要復(fù)雜得多，在實驗室規(guī)模上影響不大的質(zhì)量和熱量傳遞因素，在工業(yè)規(guī)?？赡芷鹬鲗?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)果與實驗室規(guī)模大相徑庭。4工業(yè)反應(yīng)器中對反應(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)中在催化劑微孔內(nèi)的擴散與傳熱過程。這些物理過程與化學(xué)反應(yīng)過程同時發(fā)生。5從本質(zhì)上說，物理過程不會改變化學(xué)反應(yīng)過程的動力學(xué)規(guī)律，即反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律不因為物理過程的存在而發(fā)生變化。但是流體流動、傳質(zhì)、傳熱過程會影響實際反應(yīng)場所的溫度和參與反應(yīng)的各組分濃度在空間上的分布，最終影響到反應(yīng)的結(jié)果。6化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器的分類化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)器的分類方法很多，常按下列四種方法進行分類。一、按反應(yīng)系統(tǒng)涉及的相態(tài)分類，分為1．均相反應(yīng)，包括氣相均相反應(yīng)和液相均相反應(yīng)。2．非均相反應(yīng)，包括氣—固相，氣—液相，氣—液—固相反應(yīng)等。7二、按操作方式分類，分為1．間歇操作，是指一批物料投入反應(yīng)器后，經(jīng)過一定時間的反應(yīng)再取出的操作方法。2．連續(xù)操作，指反應(yīng)物料連續(xù)地通過反應(yīng)器的操作方式。3．半連續(xù)操作，指反應(yīng)器中的物料，有一些是分批地加入或取出，而另一些則是連續(xù)流動通過反應(yīng)器。8三、按反應(yīng)器型式來分類，分為1．管式反應(yīng)器，一般長徑比大于302．槽式反應(yīng)器，一般高徑比為1—33．塔式反應(yīng)器，一般高徑比在3—30之間9四、按傳熱條件分類，分為1．等溫反應(yīng)器，整個反應(yīng)器維持恒溫，這對傳熱要求很高。2．絕熱反應(yīng)器，反應(yīng)器與外界沒有熱量交換，全部反應(yīng)熱效應(yīng)使物料升溫或降溫。3．非等溫、非絕熱反應(yīng)器，與外界有熱量交換，但不等溫。10重油的催化裂化流化床反應(yīng)器11攪拌釜式反應(yīng)器12鄰二甲苯氧化制苯酐多管式固定床反應(yīng)器13乙苯加氫氣液塔式反應(yīng)器14輕油裂解制乙烯管式非催化反應(yīng)器15化學(xué)反應(yīng)工程的基本研究方法化學(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)模型法是對復(fù)雜的難以用數(shù)學(xué)全面描述的客觀實體，人為地做某些假定，設(shè)想出一個簡化模型，并通過對簡化模型的數(shù)學(xué)求解，達到利用簡單數(shù)學(xué)方程描述復(fù)雜物理過程的目的。16數(shù)學(xué)模型法1．建立簡化物理模型對復(fù)雜客觀實體，在深入了解基礎(chǔ)上，進行合理簡化，設(shè)想一個物理過程(模型)代替實際過程。簡化必須合理，即簡化模型必須反映客觀實體，便于數(shù)學(xué)描述和適用。172．建立數(shù)學(xué)模型依照物理模型和相關(guān)的已知原理，寫出描述物理模型的數(shù)學(xué)方程及其初始和邊界條件。3．用模型方程的解討論客體的特性規(guī)律18利用數(shù)學(xué)模型解決化學(xué)反應(yīng)工程問題基本步驟為：1．小試研究化學(xué)反應(yīng)規(guī)律；2．大型冷模