化学反应工程（陈甘棠） 第一章.ppt

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