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反应工程课程设计

反应工程课程设计

一.对课题的概述

一氧化碳和氢气都是会燃烧的气体，工业上把这样的混合气叫“水煤气”。CO

和H因为水(HO)的分子里有一个氧(O)原子和两个氢(H)原子，水一遇上火热的

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煤（C），氧原子立刻被煤（C）夺走了，结果生成一氧化碳(CO)和氢气(H)。

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水煤气一种低热值煤气。由蒸汽与灼热的无烟煤或焦炭作用而得。主要成分

为氢气和一氧化碳，也含有少量二氧化碳、氮气和甲烷等组分；各组分的含量取

决于所用原料及气化条件。主要用作台成氨、合成液体燃料等的原料，或作为工

业燃料气的补充来源。

工业上，水煤气的生产一般采用间歇周期式固定床生产技术。炉子结构采用UGI

气化炉的型式。在气化炉中，碳与蒸汽主要发生如下的水煤气反应：

C+HO→CO+H

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C+2HO→CO+2H

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以上反应均为吸热反应，因此必须向气化炉内供热。通常，先送空气入炉，烧掉

部分燃料，将热量蓄存在燃料层和蓄热室里，然后将蒸汽通入灼热的燃料层进行

反应。由于反应吸热，燃料层及蓄热室温度下降至一定温度时，又重新送空气入

炉升温，如此循环。当目的是生产燃料气时，为了提高煤气热值，有时提高出炉

煤气温度，借以向热煤气中喷入油类，使油类裂解，即得所谓增热水煤气。

近年来，正在开发高温气冷堆的技术，用氦为热载体将核反应热转送至气化炉作

为热源，以生产水煤气。

在工业生产中绝大多数的化学反应过程是在变温条件下进行。这一方面由于

化学反应过程都伴随着热效应，有些热效应还相当大，即使采用各种换热方式移

走热量（放热反应）或者输入热量（吸热反应），对于工业反应器都难以维持等温。

特别是气固相固定床催化反应器，要想达到等温更为困难。另一方面许多反应过

程等温操作的效果并不好，而要求有一最佳温度分布。如工业上进行合成氨，合

成甲醇之类的可逆放热反应，便属于这种情况。再者，对于一些复杂反应、其主、

副反应的活化能大小不同，温度的高低对主、副反应速率的影响也不同。所以，

可通过改变温度的方法来改变产物的分布，使目的产物的收率最大。

当化学反应的热效应很大时，无论是放热的还是吸热的，采用绝热操作将会

使反应器进出口的反应物料的温差很大。对于放热反应，反应温度沿轴向而升高，

这对于不可逆反应来说，问题不大，但由于其他原因反应温度一定要控制在一定

范围内时，绝热反应器的应用就会受到限制；如果反应是可逆的，温度升高而平

衡转化率减低，应用绝热反应器就不可能得到较高的转化率。在绝热反应器中进

行吸热反应时，无论是可逆还是不可逆，反应温度总是沿轴向而降低，使反应速

率越来越慢，若反应是可逆的，还使平衡转化率下降，从而不可能获得高的转化

率。上面所说的这些情况，在化学反应进行的同时必须与环境进行热交换，若为

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反应工程课程设计

放热反应需要将反应器冷却，吸热反应则要加热，使反应的温度控制在要求的范

围内，以获得较好的转化率和安全地操作，特别是那些温度过高会发生爆炸，或

者会损坏催化剂或设备的反应更为重要。

二.课程设计的目的和要求及意义

课程设计是教学中综合性和实践性较活的环节，是理论联系实际的桥梁，同

时也是对化工基础知识的初次尝试。通过课程设计，要求学生理解工程设计的基

本内容。掌握设计的程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。除

此之外，还可培养学生的实事求是，严谨认真的学习态度。

通过课程设计可以训练学生如下几方面的能力：

1、熟悉查阅文献资料，搜集有关数据正确选用公式。

2、培养整体分析能力，比如确定化工工艺流程，进行设备的选型。

3、用精练的语言，简洁的文字，清晰的图文表达自己的设计思想。

4、运用所学的计算机知识实践于课程设计中。

三.课程设计的内容

1、设