化学反应工程(陈甘棠) 第一章.ppt

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化学反应工程(陈甘棠) 第一章

一、反应工程在化学工程学科中的地位 二、化学反应工程的范畴和任务 三、反应工程的研究方法 五、反应工程的发展趋势 反应工程用于产品分离 六、反应工程的前沿领域 * 化学反应工程 第一章 绪论 1 反应工程在化学工程学科中的地位 2 反应工程的范畴和任务 3 反应工程的研究方法 4 化学反应过程分类 5发展趋势 1、化学工程的主要研究内容 化学方法加工 原料的预处理 进行化学反应 反应产物的分离与提纯 反应工程 单元操作(三传) 单元操作(三传) 进行化学反应 2、反应工程概念的提出 20世纪30年代,丹克莱尔(Damhohler)论述了扩散、流体流动和传热对反应器产率的影响——奠定了基础 梯尔(Thiele)和史尔多维奇对扩散反应问题作了开拓性的工作 40年代末,霍根(Hougen)和华生(Waston)著作《化学过程原理》 法兰克-卡明聂斯基著作《化学动力学中的扩散与传热》问世 1957年,荷兰阿姆斯特丹第一次欧洲反应工程会议——确立了化学反应工程的名称 化学工艺 反应器中流体 流动、混合传 热和传质 化学 催化剂 经济学 优化 工程控制 反应过程分析 设备结构及参数控制 化学热力学与反应动力学 反应 过程动 态特性与 反应系统 测量和 控制 化学热力学——讨论反应进行的方向和限度,平衡问题 如:计算反应的平衡常数和平衡转化率 反应动力学——阐明化学反应速率与各种物理因素(温度、 浓度、压力和催化剂等)之间的关系 影响反应速率的内因 —— 决定能否实际应用的关键所在 反应器中流体流动、混合传热与传质 ——影响反应速率的外因 如:非均相反应、气固反应、催化剂表面的扩散与吸附等 ——“放大效应“产生的直接原因 设备结构及参数设计 如:反应器的种类(管式、釜式、流化床、固定床等)、操作方式(连续、分批) ——考虑经济上的合理性 反应过程动态特性与反应系统测量和控制 ——工业生产的必须条件,人为不能达到 例如:对于一放热反应 进料温度高 反应速率快 放热不及时 温度升高 反应加快 温度过高 爆炸 ——自动控温装置 2、反应工程的任务 创新与选择最适反应器型式 新工艺、新产品开发 确定最优工艺条件 传统技术改造 估算反应器尺寸大小 优化操作 目标: 单位设备容积净度大 目的产物单一性大 安全,稳定 核心 ——复杂系统的工程放大 3、工业反应的特点 物性庞杂 多相(气,液,固,超临界,等离子,纳米胶体) 温度,压力,粘度,重度,表面张力… 变化幅度大 非线性耦合 物理,化学,生物学之间 预测精度高 生产规模大 250万T/年-1000万T/年 催化裂化(ф 10m, H=70m) 30万T/年-100万T/年 乙烯裂解 30万T/年 合成氨-52万T/年 尿素 100m3 -300m3 聚合釜, 120m长 循环管聚丙稀 高低并列的提升管FCC装置 南充炼厂FCC装置 Grassroots FCC unit under construction in Mexico Cold flow model of Kellogg dense phase catalyst cooler 80万吨/年加氢裂化装置 45万吨/年乙烯裂解球罐 釜式反应器 环管反应器 1、模型化方法 建立数学模型 参数计算式 动力学方程式 物料、热量、动量衡算式 求解数学模型的计算方法 计算机软件的实现及计算结果 2、试验的方法 设备传递过程模型的测定 如:大型冷模测定 无法计算的参数的测定 如:热力学、动力学、催化剂等的参数 数学模拟的检验测定 即:数学模拟结果用实验测定可否应用 基础试验测定 拟定过程模型 用计算机做方案研究 制定模型测试方法及参数范围 小试 中试 比较测试结果与模型计算结果 模型的放大 试验 修正基础模型 用计算机做多方案及优化设计计算 过程的基本设计 数学模拟放大示意图 四、化学反应过程分类 按操作方式分类 间歇操作 连续操作 半连续操作 按反应器除热方式分类 绝热式 自热式 冷激式 T℃ 相变式 T℃ 间壁换热式 按反应物相态分类 合成氨,硝酸,硫酸 炼油,合成材料单体 煤燃烧,矿石焙烧 气-液吸收反应 炼铁,湿法冶金 非

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