化学反应工程讲解.ppt

* * 各种搅拌桨的形式 * (2)连续操作的搅拌釜 用于均相或非均相的液相系统，如聚合反应等。多釜连续操作、多釜串联操作。 (3)管式反应器 多用于大规模的气相或液相反应，如石油气裂解用的裂解炉 工业反应器型式 (4)固定床反应器 在管子中充填有固体颗粒催化剂，气相反应物通过催化剂床层而进行气相催化反应，如气相醋酸和乙烯通过含有钯的催化剂床层生成气相的醋酸乙烯。 (5)流化床反应器（沸腾床） 固体催化剂颗粒小，当反应气体通过床层时，使催化剂颗粒处于不断的运动中，俗称——石油工业中的催化裂化反应器。 * * * 6. 塔式反应器 特征：反应器高度为直径的数倍以至十几倍。?内部常设置能增加两相接触的构件，如填料，筛板等。?适用于两种流体相反应的过程。如气液反应、液液反应。 * （7)鼓泡床反应器。用于气液非均相反应过程的反应器。如乙醛与氧气通过含有醋酸锰的醋酸溶液生成醋酸的反应。 工业反应器型式 浆态反应器 滴流床反应器 移动床反应器 其他型式 * 高低并列的提升管FCC装置 * * * 釜式反应器 * 环管反应器 * * 1） 间歇操作 ? 特点： 反应物料一次加入反应器，经过一定反应 时间后一次取出反应产物。 ? 特征：非定态过程，在反应期间，反应物和产物的浓度均随时间而变化。 ? 适用范围： 生产小批量、多品种的产品。 反应器的操作方式及其特征 * 2） 连续操作 ? 特点：反应物不断地加入到反应器内，反应不断进行，反应产物不断取出。 ? 特征： 定态操作，达到定态时，反应器内任一位置的物系参数（浓度、温度等）均不随时间变化。 ? 优缺点： 适用于工业大规模生产，产品质量稳定、劳动生产率高、便于实现机械化和自动化 但是，要改变产品品种、大幅度改变产品产量比较困难 * 3）半间歇（半连续）操作 ? 特点：原料与产物中的一种为连续输入或输出而其余的分批加入或卸出。 ? 特征： 非定态，反应器内反应物系的组成既随时间而改变，也随反应器内的位置而改变。 1.3 化学反应工程学的研究方法 1.3.1 逐级经验放大法 开发工业 反应器 解决 合理选型 优化操作 工程放大 程序： 小试 反应器型式 小试 工艺条件 逐级中试考察几何尺寸的影响 * * 逐级放大法的特点： 效果差，效率低，对放大中出现的问题束手无策，只好认定是放大效应。因为这种方法 着眼于外部联系，不研究反应器内部规律； 着眼于综合研究，不进行过程分解，分不清影响因素的主次； 受经济条件限制，认识决定了决策程序； 放大过程是外推的，这在方法论上是不科学的； * 尽管逐级放大法有上述种种不足，但由于其立足于经验，不需要理解过程的本质、机理和内在规律，对于一些复杂的反应，在难于用其它方法时，逐级放大法不失为一可用的开发方法。 * 1.3.2 解析法 深刻理 解过程 整理出各参数 之间的关系方程 定量求解 获得结果 解析法是解决反应工程问题最科学的方法，但由于实际过程极为复杂，难以用定量关系予以描述，迄今还没有一个化学反应过程是用解析法求得结果的。但就其科学性而言，无疑是化学反应工程学发展的方向。 1.3.3 模型法 模型法是人们对某一复杂的，难以用数学全面正确描述的客观实体，人为地作某些假设，设想出一个近似的数学模型，并用此模型定量地描述客观实体的近似描述过程。 客观实体 理想结果 目前无法求解 模型 求解 结 果 近 似 * 一、模型方法的程序 建立物理模型 合理简化 建立数学模型 （建立描述物理模型 的数学方程及初始 和边界条件） 用模型方程的解讨论 客观实体的特性规律 * 二、模型法开发化学反应过程的步骤 1、小试研究化学反应规律； 2、根据化学反应规律合理选择反应器类型； 3、大型冷模试验研究传递过程规律； 4、利用计算机或其他手段结合反应规律和传递规律，预测大型反应器性能，寻找优化条件； 5、热模试验检验模型的合理性。 * 数学模型分类： （1）化学动力学模型 （2）流动模型 （3）传递模型 （4）宏观反应动力学模型 工业反应器中的宏观反应动力学模型是化学动力学模型、流动模型、传递模型的综合，是本门课程的核心内容。 * * 反应过程的开发方法 反 应 过 程 反应热力学计算 小型热模 大型冷模 催 化 剂 操作条件 本征动力学 宏观动力学 反 应 器 型 式 数学模型 中 试 工业示范装置 工程 参数 * 小型热模与大型冷模相结合 反应因素与传递因素相结合 数学模型与试验数据相结合 过程简化与过程优化相结合 * 学习方法 1．抓反应类型、挖掘物