化学反应工程_第1章.pptVIP

第一章 绪　论 1.1 化学反应工程学的范畴和任务 1.2 化学反应工程的基本方法 1.3 化工过程放大 1.4 最优化 1.5 反应器类型 1.6 主要内容 1.7 学习目的及要求 1.1 化学反应工程学的范畴和任务 化学反应过程是物理与化学两类因素综合体，是化学反应生产的关键。 远溯古代，陶瓷制作、酿酒等工艺，但直到本世纪五十年代一直还未形成一门专门研究的独立学科，到1957年举行的第一次欧洲反应工程会议上确立了这一学科的名称。 化学反应工程学：是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以化学反应作为研究对象，又以工程问题为研究对象，把二者结合起来的学科体系。 化学反应工程学是一门研究涉及化学反应的工程问题的学科。 对于已经在实验室中实现的化学反应，如何将其在工业规模实现是化学反应工程学的主要任务。 为了这一目标，化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系，即化学反应动力学，而且，着重研究传递过程对化学反应速率的影响；研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。 工业规模的化学反应较之实验室规模要复杂得多，在实验室规模上影响不大的质量和热量传递因素，在工业规模可能起着主导作用。在工业反应器中既有化学反应过程，又有物理过程。物理过程与化学过程相互影响，相互渗透，有可能导致工业反应器内的反应结果与实验室规模大相径庭。 工业反应器中对反应结果产生影响的主要物理过程是： (1)由物料的不均匀混合和停留时间不同引起的传质过程； (2)由化学反应的热效应产生的传热过程； (3)多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散与传热过程。这些物理过程与化学反应过程同时发生。 1.1.1 化学反应工程的研究对象 能否选择恰当的化学加工方式、采用合适的反应器型式，往往是一个化工生产过程的关键。 通过化学反应工程的学习，可解决： 如何分析化学加工过程及反应器状况，制定最优化条件。 如何选择和设计反应器，以完成所需的化学加工过程。 ⑵.反应器设计与分析 良好的反应器能提供一种良好的三传环境，保证化学反应的顺利进行。 2.化学反应工程学的任务 ⑴.反应工程分析 ⑵.反应技术开发 ⑶.反应器设计 2.数学模型法的建立步骤 1．建立简化物理模型 对复杂客观实体，在深入了解基础上，进行合理简化，设想一个物理过程(模型)代替实际过程。简化必须合理，即简化模型必须反映客观实体，便于数学描述和适用。不失真、满足应用要求、适应现有的实验条件和适应现有的计算能力。 2．建立数学模型 依照物理模型和相关的已知原理，写出描述物理模型的数学方程及其初始和边界条件。 3．用模型方程的解讨论客体的特性规律 利用数学模型解决化学反应工程问题 基本步骤为： 1．小试研究化学反应规律； 2．大型冷模实验研究传递过程规律； 3．利用计算机或其它手段综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； 4．热模实验检验数学模型的等效性。 反应器的型式与特性表 1.5.2 反应器型式的选定 依据：相态及其数目；反应特性；传热和传质对反应的影响。 均相：气相反应常用管式反应器和火焰反应器；液相反应一般采用搅拌槽。 非均相：气固催化反应常用固定床反应器和流化床反应器；气固非催化反应常用移动床反应器和流化床反应器；气液反应常用搅拌槽、鼓泡塔、填料塔、板式塔等；液液和液固反应常用搅拌槽；固固反应常用转窑；气液固反应常用浆态床反应器和滴流床反应器。 1.6 主要内容 反应动力学基础 釜式反应器 管式反应器 停留时间分布与反应器的流动模型 多相系统中的化学反应与传递现象 多相催化反应器的设计与分析 1.7 学习目的与要求 设置本课程，为了使学生能够牢固掌握反应工程的基本概念、基本原理和计算方法，能够运用所学理论知识合理确定反应器型式和进行反应器的设计计算；根据具体情况对反应器的操作进行优化；对反应过程中的某些现象进行简单分析，从而指导设计与生产。 通过本课程的学习，要求考生正确理解反应工程有关基本概念、基本原理，掌握化学反应学科的学习方法及理论联系实际方法，提高分析问题和解决问题的能力。 * * 化学反应工程 (Chemical Reaction Engineering) 1.1 化学反应工程学的范畴和任务 第一章 绪　论 原材料 半成品或成品 公用工程 副产品及三废 化学反应、分离 以及 物料、能量的 输送和转换 可见，化工生产过程往往由许多步骤组成，并力求最经济地生产产品，减少废弃物量。其中的化学加工步骤就是化学反应工程的研