学习情境一反应器认知与反应技术开发(精选文档)

1、学习情境一反应器认知与反应技术开发（精选文档）（文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用 ，可编辑欢迎下载）学习情境一 反应器认知与反应技术开发学习情境1反应器认知与反应技术开发总学时数4学时学习目标1. 掌握化学反应器的作用、分类；2. 理解理想流动反应器的特点；3. 了解化学反应工程的发展、过程开发与反应技术、反应工程与放 大方法；4. 理解常用的反应装置与反应方法。教学内容【知识点】1、化学反应器的分类；2、理想流动反应器的特点；3、化学反应反应技术开发过程 与放大方法；4、常用的反应装置与反应方法。【技能点】1. 化学反应器认知；2. 理想流动反应器型式认知；3. 化学反应反应技术开

2、发过程与 放大分析；教学方法讲述法、模拟教学法、认知实训教学法教学条件化工素材库、四位一体反应釜、高压多功能反应釜、多釜串联反应 装置、流化床反应器、化工仿真软件等考核评价操作情况现场评价，课后作业，闭卷考试学生的知识和能力要求知识要求：1.化学反应知识；2. 化工设备知识；3. 化工原理知识；能力要求：1.化工制图能力；2. 化工单元操作能力；3. 数据处理能力。教师的知识和能力要求教师资格证；1. 熟练掌握前导课程；2. 计算机应用能力；3. 仿真软件使用技术；4. 化工设备操作经验。任务一、 反应装置与反应方法的认识任何化学品的生产，都离不开三个阶段：原料预处理、化学反应、产品精制。化工

3、生 产过程包括物理变化和化学变化两个过程， 化学反应过程是化工生产过程的核心， 反应过程 的情况直接影响反应前后的工艺流程与设备的投入，完成反应过程的设备称为反应器， 化 学反应过程与技术就是研究和学习反应器原理、操作、简单维修等的学科。过程工业中包含有进行物理转化和化学转化两类过程。进行物理转化的过程，如流体 输送、液体搅拌、固体的破碎、过滤、结晶、换热、蒸发、干燥、吸收、精馏、萃取、吸附， 增湿、 减湿及膜分离等单元操作。 进行化学转化的过程， 如按参与反应物质的相的类别来区 分，可分为均相和多相 （又称为非均相 ）反应，均相反应含气相反应和液相反应，而多相反应 含液一液相反应、气一液相反

4、应、液一固相反应、 气一固相反应、 固一固相反应和气一液一 固三相反应。进行化学转化的过程， 即化学反应过程。是生产的关键过程。 在进行化学反应 过程的装置或化学反应器中进行反应时， 必然伴有放热或吸热的热效应。 对于多相反应， 必 然存在处于不同相的物质间的质量传递。 在反应装置中必然存在着流体流动或固体颗粒的流 动，不同结构的反应器中，又存在着不同的流动形式。例如，进行气一固相的反应，有多种 形式的反应器，可以使用固定床反应器、移动床反应器、流化床反应器等实现综合上述，化学反应过程是一个综合化学反应与动量、质量、热量传递交互作用的宏 观反应过程，这也就是 20 世纪初期国际化工学术界确立的

5、“三传一反”的概念。一、化学反应技术发展历程： 古代的陶瓷制作、酒与醋的酿造、金属的冶炼以及炼丹、造纸等等，都是化学反应过 程。然而人类并没有从那么多五花八门、看起来风牛马不相及而又变化多端的反应过程中， 认清它们的共同规律。因此，只能依靠经验，成为一门手艺，而达不到工程科学的水平。四 十年代开始，原子能工业的发展 （二次世界大战后）提出高倍率放大反应器的问题，推动了 对工业化学反应器特性规律的研究。 五十年代后， 石油化工的迅猛发展 （石油、天然气为主 要原料），反应器规模不断增大。反应器的放大问题，促进了化学反应特性与传递特性的统 一研究。在对流体的流动与混合， 流体元在反应器内的停留时间

6、分布函数和宏观动力学研究， 奠定了化学反应工程学的基础。 遂于 1957 年第一届欧洲化学反应工程会议上， 正式使用“化 学反应工程学”的概念。六十年代以后，数学模型法在反应工程的研究中日益深入。 1970 年前后，相继出现全面系统地论述“化学反应工程学”的教科书和专著，标志着化学反应工 程学的成熟。七十年代中期，化学反应工程学向深广两方面发展，出现了“气液反应器” 、 “气液固三相反应器设计” 、“生物化学反应工程” 等著作。 生物化学反应工程的发展 （基因、 克隆技术），标志着化学反应工程学发展的新阶段。二、化学工程学发展趋势 ：（一）发展高效、低耗、洁净的关键技术。以开发能够推动社会经济

7、可持续发展的高、 新过程技术为目标和推动力。 促进传统学科 的交叉、渗透与整合，开拓新的学科领域。1. 在全球经济一体化的大趋势下， 只有依靠先进的化学工程技术， 提高传统产业的产品 质量和附加值，降低消耗，才能保证化学加工工业的产品能够在市场上占据应有的地位。2. 大力发展绿色过程技术， 逐步实现化学加工技术的更新换代， 从根本上减少环境污染， 才能促进经济与社会的持续发展。（二）产品结构的变化。1. 由重视普通化学品，均质、廉价、低性能材料和材料的合成，转变到重视生产特殊与 功能化学品，重视生产复合、结构化、高性能与昂贵材料和材料的配方。2. 由重视大规模、连续过程转变到小规模、分批与灵活

8、过程。3. 由价格竞争转变为质量竞争。4. 由国家型、生产型转变为全球型和服务型。（三）利用计算机辅助的过程和过程控制得到迅速发展。（四）.新反应工程技术1.超临界反应工程（纵横结合，以洁净油、洁净煤的重要反应为研究对象和模型体系）2.反应蒸馏（纵横结合，以烷基化等重要反应作为研究对象和模型体系）；3. 非定态催化反应技术的科学基础；4. 反应 /反应耦合技术的科学基础；5. 微波、等离子体与光化学反应工程；6. 反应 -结晶过程（催化剂制备、精细化学品、纳米材料制备等）固相产物尺寸、形态 控制；7. 生物反应和生物反应器工程。 由于化工产品品种日新月异，化工能源重点不断转移，人们对新产品、新

9、能源和新过 程的开发日益注意， 遂之出现反应过程开发方法的研究， 进一步丰富了化学反应工程的研究 内容。三、反应过程与技术的研究目的研究目的：使化学工业生产中的反应过程最优化。（一）设计最优化：由给定的生产任务，确定反应器的型式和适宜的尺寸及其相应的 操作条件（二）操作最优化：在反应器投产运行之后，还必须根据各种因素和条件的变化作相 应的修正，以使它仍能处于最优的条件下操作。反用上程与其它学科的关系工程檯制比工热力学计童化学反应动力学化学工龙稳览性涛体力举四、反应过程与技术的研究内容在工业反应器中实际进行的过程不但包括有化学反应，还伴随有各种物理过程，如热量的传递、物质的流动、混和和传递等，所

10、有这些传递过程使得反应器内产生温度分布和浓 度分布，从而影响反应的最终结果，从实验室开发到工业生产存在放大效应。化学动力学特性的研究：在实验室的小反应器内进行，完全排除流动、传递过程对反应的影响。处理整个反应工程的问题需要具备三个方面的知识（三传一反）：（1 ）化学反应的规律（反应动力学）；（2）传递过程的规律（质量、热量和动量的传递）；（3）上述两者的结合。五、化学反应过程与技术的研究作用反应器的合理选型；反应器操作的优选条件；反应器的工程放大 六、化学反应器的分类:（一）按物料的聚集状态分1均相：（1）气相：如石油烃管式裂解炉（2）液相：如乙酸丁酯的生产2非均相：气-液相：如苯的烷基化气-

11、固相：如合成氨液-液相：如已内酰胺缩合液-固相：如离子交换气-液-固相：如焦油加氢精制实质是按宏观动力学特性分类，相同聚集状态反应有相同的动力学规律。均相反应，反应速率主要考虑温度、 浓度等因素，传质不是主要矛盾；非均相反应过程, 反应速率除考虑温度、浓度等因素外还与相间传质速率有关。（二）根据反应器结构分类:种类特点应用范围管式反应器长度远大于管径，内部没有任何构件多用于均相反应过程釜式反应器高度与直径比约为2-3内设搅拌装置和档板均相、多相反应过程均可塔式（填塔板式塔）高度远大于直径，内部设有填料、塔板等 以提高相互接触面积用于多相反应过程固定床底层内部装有不动的固体颗粒，固体颗粒 可以是

12、催化剂或是反应物用于多相反应系统流化床反应过程中反应器内部有固体颗粒的悬浮 和循环运动，提高反应器内液体的混合性能多相反应体系，可以提高传 热速率移动床固体颗粒自上而下作定向移动与反应流体逆向接 触用于多相体系，催化剂可以 连续再生滴流床是固定反应器的一种，但反应物还包括气液两种属于固定床的一种，用于使 用固体催化剂的气液反应 过程实质是按传递过程的特征分类，相同结构反应器内物料具有相同流动、混和、传质、传热等特征。(a)官式反应器(b)移动床反应器(c)机械搅拌浆态床反应器(d)循环式浆态反应器(e)半连续浆态床反应器(f)固定床鼓泡床反应器(g)滴流床反应器(h)规整填料塔反应器(i)喷雾

13、塔式反应器(j)板式塔反应器(k)鼓泡塔反应器(1)气液搅拌釜式反应器(三) 根据温度条件和传热方式分类：根据温度条件分：等温、非等温式反应器。根据传热方式分绝热式： 不与外界进行热交换；外热式：由热载体供给或移走热量,又有间壁传热式、直接传热式、外循环传热式之分。蒸发传热式：靠挥发性反应物、产物、 溶剂的蒸发移除热量。(四) 按操作方式分：分批(或称间歇)式操作：一次性加入反应物料，在一定条件下，经过一定的反应时间， 达到所要求的转化率时，取出全部物料的生产过程。属非定态过程，反应器内参数随时间而 变。适用：小批量、多品种的生产过程。半分批(或称半连续)式操作：原料与产物只要其中的一种为连续

14、输入或输出而其余则为 分批加入或卸出的操作。 属于非定态过程，反应器内参数随时间而变， 也随反应器内位置而 变。属定态过程，反应器内参数不连续式操作：连续加入反应物料和取出产物的生产过程。随时间而改变，适于大规模生产。七、反应过程特点及化学反应器基本方程（一）化学反应过程的特点1化学反应遵守物质守恒，能量守恒定律。即反应前后物料平衡，热量平衡2反应严格按着反应方程式所示的摩尔比例进行3化学反应中除发生化学变化外，还发生相应物理变化4反应在一定条件下进行，T、P、催化剂（二）化学反应的基本方程动力学方程式：aA bB IL mM Q定义：单位时间内单位反应体积中某一反应物或生成物摩尔数的变化量。

15、对反应物其反应速度为厂 dt刊Jt=fX闻1E "RT.1 dnMdCMn对生成物M,其反应速度为：ImV dtdt0任务二、反应器的开发过程一、过程开发步骤（一）实验室的试验研究一般在小型装置中进行，故称小试。有时在实验室内用金属装置做规模稍稍放大一点的试验，称模试。实验室试验的主要任务是 A.提出和验证选定的方法和基本的工艺条件（原料的选择，反应的方法，催化剂的活性、选择性和寿命，原料或产物的分离精制，各种因素变化时的影响、最佳试验条件以及物料衡算等内容。）；B.测定必要的物理数据、 热力学数据 和动力学数据（动力学试验为小试的重要任务）；C.测定传递过程的影响（在技术开发中特别

16、重要。所谓“放大效应”都是由此产生的。）。（二）预设计及评价根据实验室试验的结果可以预期今后工业化的前景。结合已有的各种资料和经验，较粗地预设计出全过程的流程和设备，粗算出投资、成本和各项技术指标，然后加以评价。（三）中间厂试验中间工厂阶段是在建成大厂之前耗费最大的一个阶段，也是过渡到工业化的关键阶段，因此它的建设和运用要力求经济和高效。中间厂的任务是：A.检验和确定系统的连续运转条件 它的可靠性；B.提供更全面和准确的必要数据，供放大用；C.考察设备和材料的性能；D.考察杂质等微量组分的影响；E.提供足够的产品和副产品；F.研究解决“三废”的处理问题。（举例）（四）工业装置的设计及评价根据中

17、试结果进行工业化装置的设计，并再一次对整个装置作一次技术和经济评价。（五）工业化生产与大型化从工业化装置中可以最确切地确定出整个系统及个别装置的各种技术性能以及原料和公用工程的各项消耗定额，为设计相同的工厂提供更可靠的资料。另外，根据实际运转过程，进一步比较出与其它同类过程的优劣，作为研究和改进的方向二、化学反应过程与技术的基本研究方法（一）以相似论和因次论为基础的经验法基本程序：确定影响因素；用因次分析法确定准数； 实验数据回归，得出准数关联式； 根据相似论，用准数关联式进行放大。（二）相似模拟法倍加法可以认为是一种相似放大法。如从催化反应的单管试验放大成为具有几千根同 样的单管所组成的列管

18、式反应器，以及象石脑油裂解，从只有一组炉管的“原型炉”放大成 为具有多组相同炉管的大型炉。这种方法是常见的有效方法。另一类就是通常所说的相似模拟放大法。它的步骤是：1根据对过程的了解，确定出影响因素（如温度、压力、反应物浓度、流速等）；2用因次分析法得出相似准数；或者先列出描述过程的方程式，再经过相似转换而得出 的相似准数，这些准数是无因次的。3通过实验，定出准数之间的关系式和各系数。4应用准数方程进行放大的设计计算。上述这种相似模拟法被广泛应用于各种物理过程中，但是对于有化学反应的过程，情况如何就大不相同了。 因为要同时保持几何相似，流体力学相似，传热相似和反应相似往往是行不同的。如果大小两

19、种装置要完全相似，则反应器的长度和直径都要增加n倍；流速要减为1/n倍；而反应速度则需减少 1/n2 （即温度要大为降低），而反应器的体积（= D 2 H）4则需增大n3倍之多。显然这是完全不合理的方案。如果要保持相同的反应速度和合理的反应器容积， 则只能放弃几何相似和流体力学相似的条件， 而流动状态的改变又影响到传热和 混合等情况，从而近一步影响到反应速度，因此用相似理论的方法 难以解决化学反应的问 题的，只在某些特殊的情况下才有可能应用。（三）部分解析法本法实际上是半理论半经验的方法。即：1. 根据化学反应工程的知识，对反应系统的某些部分进行分析，确定各影响因素之间的 关系，并以数学形式做

20、出部分描述。2. 在小装置中进行实验验证，以检验这些关系式，探明其偏离程度。3. 找出修正因子，或结合经验判断。定出设计方法或所需的结果。总之， 对于许多目前还难于全面进行理论解析的过程，应用这种部分解析的方法， 结合相应实验， 简化问题，突出矛盾，通过部分计算， 部分经验决定的方法来进行反应技术的开 发与放大仍是切合实际的办法，因而得到了广泛的应用。（四）数学模型法反映和描述工业反应器中各参数之间的关系， 称为物理概念模型， 表达物理概念模型的数学式称为数学模型， 用数学方法来模拟反应过程的模拟方法称为数学模拟方法。 用数学模 拟方法来研究化学反应工程， 进行反应器的放大、 优化， 比传统的

21、经验方法能更好地反映其本质。 数学模型按处理问题的性质可分为化学动力学模型、流动模型、传递模型、 宏观反应动力学模型。 工业反应器中宏观反应动力学模型是化学动力学模型、流动模型及传递模型的综合。数学模型方法的一般过程： 基本特征是过程的分解和过程的简化，将化学反应器内进行的过程分解为化学反应过程和物理传递过程，然后分别研究化学反应规律和传递过程规律。 经过合理简化， 这些子过程都能建立数学方程表述， 化学反应过程的性质、 行为和结果通过 方程的联立求解获得。 合理地简化来源于对过程有深刻的、 本质的理解。 建模要求： 不失真；能满足应用的要求； 能适应当前实验条件， 以便进行模型鉴别和参数估值

22、； 能适应现有计算 机的能力。三、工程放大与优化由于新技术的开发， 往往是技术问题比较集中和比较复杂的工作， 而放大技术又是整个 开发工作的重要环节， 所以化学反应工程在这方面的应用是一个重要领域。 以往将实验室和 小规模生产的研究成果推广' 到大型一业生产装置， 要综合各方面的有关因素提出优化设计 和操作方案，即“工程放大和优化” ，难度比换热等物理过程大得多，需要经历一系列的中中间试问试验。通过中间试验来考核不同规模的牛产装置能否达到小型试验所预期的效果。验不仅耗费大量的人力、物力和财力，并日试验的周期相当长，一般要三、五年或更长一些，这就会延误大型装置的建设， 如果没有掌握反应过

23、程的规律，未能从分析反应器结构和各种参数对反应过程的影响中找到关键所在、即使小规模试验成功，而较大规模的生产试验往往会失败。因此，要求尽可能地掌握反应过程的基本规律。尽可能地减少中试的层次和增大放大的倍数。人们在实践中提出了各种化工生产的工程放大方法，主要有相似放大法、经验放大法和数学模拟放大法，并不断地改进工程放大和优化的方法。依靠经验进行放大， 只能知其然而不知其所以然；相似放大的方法，则只对物理过程有效， 对于同时兼有物理作用和化学作用的反应过程来说，要既保持物理相似，又保持化学相似一般是做不到的。半经验、半理论的部分解析法主要是人们的认识还有不足，还不能那么理想地做出过程的模型。在这种

24、情况下，只能搞一些局部的或较粗的模型，并辅之以比较适当的经验成份来解决问题。它虽然不及完全的数学模拟那样引人入胜，但比起一般的经验方法来终究好得多，因此，也是现实地解决许多问题的有效方法。数学模拟放大的方法是目前认为最科学的方法，它可以免除许多由于认识上的盲目性而造成的差错和浪费，能够节约人力、物力和时间，并把生产技术建立在较高的技术水平之上。验测试拟订过K赛段扰化设计 ffi电于计9机-TfJ-一Jr1-lw-计 柞置过邓的基車 徴 计数学模拟放大方法四、理想流动与非理想流动关于物料质点停留时间的描述：年龄:指反应物料质点从进入反应器时算起已经停留的时间。寿命：指反应物料质点从进入反应器到离

25、开反应器的时间，即质点在反应器中总共停留的时间。寿命可看作时反应器出口物料质点的年龄。返混：又称逆向混合，是指不同年龄质点之间的混合，即“逆向”为时间上得逆向，而 非一般的搅拌混合。 如间歇反应器， 虽然物料被搅拌均匀，但并不存在返混，而只是统一时 间进入反应器的物料之间的混合。流动模型是连续流动反应器中流体流经反应器的流动和返混的模型， 对各种流动模型进 行的数学描述即流动的数学模型。 连续流动反应器中流体流动模型从返混情况可以分为理想 流动模型和非理想流动模型。理想流动模型又有两种极限情况 :即完全没有返混的平推流反 应器和返混为极大值的全混流反应器。 非理想流动模型是实际工业反应器中流体

26、流动状况对 理想流动偏离的描述。 对于实际工业反应器。 在测定停留时间分布基础上， 可以确定非理想 流动模型参数，表达对理想流动的偏离程度。（一）平推流模型亦称活塞流模型或理想置换模型， 是一种返混量为零的理想流动模型。 它假设反应物料以稳定流量流入反应器， 在反应器中平行地像气缸活塞一样向前移动口它的 特点是，沿着物料的流动方向， 物料的温度、 浓度不断变化， 而垂直于物料流动方向的任一 截面 （.又称径向平面 ）物料的所有参数，如浓度、温度、压力、流速都相同，因此，所有物料 质点在反应器中具有相同的停留时间， 反应器中不存在返混。 长径比很人， 流速较高的管式 反应器中的流体流动可视为平推

27、流。（二） 全混流模型亦称理想混合模型或连续搅拌槽式反应器模型，是一种返混程度为无穷大的理想流动模型。 它假定反应物料以稳定流量流人反应器， 在反应器中， 刚进入反应器 的新鲜物料与存留在反应器中的物料瞬间达到完全混合。 反应器中所有空间位置的物料参数 都是均匀的， 而且等于反应器出口处的物料性质， 即反应器内物料浓度和温度均匀。 与出口 处物料浓度和温度相等。物料质点在反应器中的停留时间参差不齐，有的很短，有的很长， 形成停留时间分布。搅拌强烈的连续搅拌釜（槽 ）式反应器中的流体流动可视为全混流。特点：在反应器中所有空间位置的物料参数（C、T、P）都是均匀的，而且等于物料在反应器出口处的性质

28、。关于实际反应器的返混介于平推流和全混流反应器之间。（三）关于各种反应器的推动力：CA等温下： CA 、CAf 、 C A *间歇反应器 CA 随时间变化平推流反应器 CA 随时间变化全混流反应器 CA 随时间变化Ca*CAfCAf轴向长度轴向长度常见的重要氧化剂、还原剂氧化剂还原剂活泼非金属单质：X2、02、S活泼金属单质：Na、Mg、Al、Zn、Fe 某些非金属单质：C、H2、S高价金属离子：F3+、Sn4+ 不活泼金属离子：Cu2+、Ag+其它：:Ag(NH 3)2 +、新制 Cu(OH) 2低价金属离子：Fe2*、Sn2+非金属的阴离子及其化合物：S2-、H2S、I -、HI、NH3、

29、Cl-、HCI、Br-、HBr含氧化合物：NO2、N2O5、MnO2、Na2O2、H2O2、HCIO、HNO3、浓 H2SO4、NaCIO、Ca（CIO） 2、KCIO 3、KMnO 4、王水低价含氧化合物：CO、SO2、H2SO3、Na2SO3、Na2S2O3、NaN02、H2C2O4、含-CHO的有机物：醛、甲酸、甲酸盐、甲酸某酯、葡萄糖、麦芽糖等既作氧化剂又作还原剂的有：S、SQ-、HSO、HSQ SO NQ、Fe+及含-CH0的有机物S+6HN0 3（浓）=H 2SO4+6NO 2 T +2H 2O3S+4 HN0 3（稀）=3SO2+4NO T +2H2O反应条件对氧化-还原反应的影

30、响.1浓度：可能导致反应能否进行或产物不同8HN0 3(稀)+ 3Cu=2NOf + 2Cu(NOa)2+ 4H0I 4HN0 3(浓)+ Cu=2N0 2 件 Cu(NO 3)2 + 2H2O2 温度：可能导致反应能否进行或产物不同冷、稀4Cb+2NaOH=NaCI+NaCIO+H 2O3Cl2+6NaOH=高温=5NaCI+NaCI0 3+3H2Or Cu+h: 礴）不反应丨 C口十 2SO4 （浓- CuSOq 十 soE f 十 up3.溶液酸碱性.2S2- + SO32-+ 6H+ = 3S J+ 3H2O5CI-+ CIO3- + 6H + = 3CI2T+ 3H2OS2-、SO3

31、2-, CI-、CIO3-在酸性条件下均反应而在碱性条件下共存F尹与NO3-共存,但当酸化后即可反应.3FW+ + NO3-+ 4H + = 3Fe3+ + NOT +出0一般含氧酸盐作氧化剂，在酸性条件下，氧化性比在中性及碱性环境中强故酸性KMnO4溶液氧化性较强.C02适量4、Ca（OH） 2+ CO2 = CaCO3 J+ H2O ;点燃5、C+ 02 = CO2（O2 充足）；4 条件不同，生成物则不同1、2P+ 3CI2= 2PCI3（CI2不足）;2P+ 5CI2=2 PCl5（Cl2 充足）点燃点燃2、2H2S+ 302= 2H2O + 2SO2（O2 充足）;2H2S+ 02=

32、2H2O+ 2S（O2不充足）缓慢氧化点燃3、4Na + 02 2Na2O2Na + 02= Na2O2Ca（OH） 2+ 2CO2（过量）=Ca（HCO 3）2点燃2 C + 02 = 2C0 （02 不充足）eo zlcxl+z8cxluu (呱划)zoe+z8£cxl0£ + -oroz +J z To Hz To f HOWN + -of 6ZICXI+e8丄寸Hu(哽 w) zoe+z8 丄 9 ,9Lf HOWN +OSH3OBN + HOSHS-01 + f ZO+-OL/ 0H-Qo寸 LSHZO OSHZO A SHZO OH+HOSHZOQE0£

33、; 丈 N Ho£ To <0£ +H0SH3 &L、 6SZ 工蜂、 ONH 寸十 JONCXI+e(eoNode HHHHH (縫)e 0NH8 +OH-0*«eLL.、 - 6SZ工蜂、-0ZHCXI+JON + e(eoNozl HHHHH-B5ZT 寸十丄 二 LKon-OZHcxl±ZONcxl+z(eoNozl HHHHH (蜂，<)eoNH 寸十丄*菇LLo£o+ozo + ooz¥h- HHHHH (蜂，<)"0NH9 十 zl ,0LKon-(芒遐匸(蜂冬00|工十LL OZHe

34、+tONe+ONo*"蜂，<"0NH9 十 zl ,6 T 二 Ho)<十OBNUUOZH + -01 +z 0<eN "O<+OZHCXI+OPNU"呱划)OH 寸十 N 0<eN00 OZHCXI+Z 0<eNU"呱划)HOWN 寸十 eo< -oeNe+l(HO)<UUHOeNe+eo<r< OZHCXI+z("ON)no丈 z ONCXIsno 十(蜂)“ ONH 寸 ONH 寸十ON)nocxl±ONcxluunoe+(縫)"0NH8 ,9制备邻

35、苯二甲酸酐的反应器设计任务书在管式反应器中进行的邻二甲苯催化氧化制邻苯二甲酸酐是强放 热反应过程，催化剂为V205,以有催化作用的硅胶为载体。活性温度范围：610700K粒径： dp=3mm堆积密度：p B=1300kg.m-3催化剂有效因子：n =0.67反应器管长： L=3m管内径： dt =25mm管数： n=2500根由邻苯二甲酸酐产量推算，原料气体混合物单管入口质量流 速：G=9200kg.m-2h-1。烃在进入反应器之前蒸发，并与空气混合。为保持在爆 炸极限以外，控制邻二甲苯的摩尔分数低于1%。操作压力接近常压：p=1267kPa。原料气中邻二甲苯的初摩尔分数：yA0=0.9空气的

36、初摩尔分数： yB0=99.1混合气平均相对分子质量：M1混合气平均热容：cP-1 K-1混合气入口温度：640-650K化学反应式：CeH 4 CH 32302H 4 C2O33H2OPS反应速率方程:rAkpA pBkmol kg 1h 1（p 是什么单位？）exp 19.83713636T（k的单位是什么？）设计要求按一维拟均相理想流模型分别测算在绝热式反应器和换热式反 应器中的转化率分布、温度分布，并绘制L-xa-T分布曲线。在换热条件下，反应器管间用熔盐循环冷却，并将热量传递给外部锅炉。 管间热载体熔盐温度范围630650&床层对流给热系数 hW=561kJ.m-2 h-1

37、K-1颗粒的有效导热系数入e-1 h-1 K-1解:以A表示邻二甲苯，对邻二甲苯作物料衡算得：dFA (a) BAdl式中rA为邻二甲苯的反应速率，因邻二甲苯含量很小，系统总摩尔数可看作成恒 定不变,Ft是常数且等于Fto,故有：FMa (a) BAdl因 yA Pa / Pt，则有：Ft0 dpAPtAdlB ( rA)而型AdPAdl已知数据：M 30.14Pt( %)(1)1300kg/m329200kg/(m*h)(：)KPa Pb因邻二甲苯含量很小pB 0.991 0.21G哼 0.67 T氧气的含量很多，1.276 105Pa 2.665exp(19.837(a)0.67 Pa2.

38、655 104exp(19.837将已知数据代入(1)式得：dpA 30.14 1300“5 A1.276 100.67dl920099.70 10 pAexp(19.837Pt 1.276 105PapB可以认为等于为Q的初始分压104Pa13636)TpA 2.665 104exp(19.83713636)T哼 Pa/mT(2)式(2)便是物料衡算方程，式中FA的单位是Pa. 绝热条件下的热量衡算方程：B( rA)(Hr)(3)c dTGcpdl已知数据:C pt=1.071kJ/kg式有：dTdl Hr=1285kJ/mol=1.285 x 106kJ/kmol，代入1300 1.285

39、 1069200 1.07193.027 10 pA exp(19.8370.67pA 2.665 104 exp(19.837哼 K/mT式Pa中的单位是Pa.由式,(4)常微分方程组，可得:-3.204 dT初值条件为：51=0 ; T=640K; P A=yAoPt=O.OO9 X 1.276 X 10=1148.4Pa.催化剂的最高温度是700K, Pa最小为956.16Pa。Xa=16.74%,转化率太小不能满 足生产的要求，应该采用换热器及时的移出反应热，防止温度过高使催化剂失 活。换热条件下的热量衡算：dTGCp -p dl( Pa)( dlGcp总传热系数的计算：B(A)( H

40、r)Hr)4-U(T T°) dt4GCTU(T T0)Gcpdt(5)4 eLGcpdt24 2.80 39200 1.071 0.02525.456 bhy/(dt/2)e561/(0.025/2) 16028.62.80h)dp老师为什么b这么大?)y已知数据：Cp=1.071kJ/kg K H=1285kJ/mol=1.285 XU=69.8w/m K=2.513X 102kJ/m2 h K.(文献得)代入(5)式有:dTdl1300 1.285 1069200 1.0710.674pA 2.665 10 exp(19.83713636)T106kJ/kmol ,4 251.

41、3 T T09200 1.071 0.0253.027 109 pA exp(19.83713636)T4.081T 640K /m(6)式pa中的单位是Pa,式(2), (6)是一常微分方程组,可采用数值解法,初值条 件为:l=0 ； T=640K; P A=yA0Pt=0.009 X 1.276 X 105=1148.4Pa.由此可以做出T-l-x的图：-dpA=114.8Pa 假设 T=655K dT=15邻二甲苯分压Pa(Pa)床层温度(K)床层咼度l(m)邻二甲苯转化率Xa(%)1148.4640001033.6102030氧化还原反应（第1课时）一、教材的地位和作用“氧化还原反应”

42、是人教版高一化学新教材第二章第三节的内容。氧化氧化还原反应， 在中学阶段的基本概念、基础理论知识中，氧化还原反应占有极其重要的地位，贯穿于中学化学教材的始终， 是中学化学教学的重点和难点之一。本节内容既复习了初中的基本类型反应及氧化反应、还原反应的重要知识并以此为铺垫展开对氧化还原反应的较深层次的学 习，还将是今后联系元素化合物知识的重要纽带。二、教学目标1、知识技能目标：（1）初步掌握根据化合价的变化和电子转移的观点分析氧化还原反应的方法。（2） 会用化合价的变化和电子转移的观点判断氧化还原反应，理解氧化还原反应的实质。2、过程与方法：1、通过氧化还原反应概念的教学，培养学生准确描述概念、深

43、刻理解概念、比较辨析概 念的能力；2、 通过对氧化还原反应概念认识的过程，体会科学探究的基本方法， 提高科学探究能力。3、情感态度目标：通过氧化和还原这一对典型矛盾，它们既相反又相互依存的关系的认识，深刻体会对立统一规律在自然现象中的体现，树立用正确的观点和方法学习化学知识。三、教学重难点重点：用化合价升降和电子转移的观点理解氧化还原反应难点：用化合价升降和电子转移的观点理解氧化还原反应四、学情分析已经具备电子得失、化合价以及从得氧失氧角度分析氧化反应、还原反应等的知识，但 并不系统，具备了一定的提出问题、 分析问题、解决问题的能力， 缺乏相应的原子结构和化 学键的知识，往往很难建立起氧化还原

44、反应的本质是电子转移的认识，只是能够从化合价的角度认识氧化还原反应。五、教学策略教学方法：采用“问题解决法”，讲授法六、教学实施过程（一）氧化还原反应的表观认识 得氧失氧【问1】回顾初中，什么是氧化反应，什么是还原反应? 学生：得到氧的是氧化反应，失去氧的是还原反应。 投影：得氧，被氧化，氧*反应1H, + CuO = ILO + Cu|失氧,被还原，还原反应【问2】在氢气还原氧化铜中，对于氢气而言，得氧，被氧化，发生氧化反应；对于氧化铜 而言，失氧，被还原，发生还原反应；而这两者又集中在同一个方程式中，你能从中 得出什么结论？学生：氧有得必有失，氧化反应和还原反应一定是同时发生的。教师：因此

45、，从表观上我们可以给氧化还原反应下个定义：有氧得失的反应就是氧化还原反应。（二）氧化还原反应的特征认识一一化合价升降【问3】除了有氧得失，氧化还原反应还有何特点？学生：在课本35页思考与交流三个方程式分别标出各个元素的化合价。 投影：教师：强调标化合价与写离子符号电荷的不同。分析每一个化学方程式化合价发生变化的元素。如第一个方程式，氢元素化合价由0价变化到+1价，化合价升高，铜元素由 +2价变化到0价，化合价降低。这三个氧化还原反应，从化合价变化的角度看，有什么 共同特点？学生：氧化还原反应都伴随着化合价的升降。教师：因此，我们可以从特征上给氧化还原反应下个定义：有化合价升降的反应是氧化还原反

46、应。教师：从得失氧到化合价升降是对氧化还原反应一个概念的推广，初中我们认识氧化还原反应只是从表关上去认识，现在作为一名高中生，应该学会从表象到特征到本质层层深 化认知的深度。【问4】化合价升降与氧化还原反应有什么关系？教师：前面我们已经从得失氧的角度分析过这个反应，H2得到氧，被氧化，发生氧化反应而实际上反应的特征是化合价升高；CuO失去氧，被还原，发生还原反应，实际上反应的特征是化合价降低。所以我们可以发现，化合价升降与氧化还原反应存在这样一个关系：化合价升高，发生氧化反应化合价降低，发生还原反应练习：判断下列反应是否氧化还原反应？投影：1 x Fe+CuSO4= FeSO4+Cu2. 2N

47、a + Cl2= 2NaCI3. CaCO3 CaQ+CO4学生：将方程式抄在课本 35页，标出化合价，做出判断， 1是，2是，3否。【问 5】 氧化还原反应是否一定要有氧的参与？学生：不是，只要有化合价的升降。教师：方程式 1 和 2 都没有氧的得失，但有化合价的升降，是氧化还原反应，而方程式 3 没有化合价的升降， 不是氧化还原反应， 因此， 判断一个反应是否为氧化还原反应的 依据是：化合价的升降。（三）氧化还原反应的本质认识电子的转移【问 6】 氧化还原反应中，元素化合价升降的原因是什么？教师 :观察钠和镁的原子结构示意图，钠最外层有一个电子，主要化合价为+1，镁最外层两个电子，主要化合

48、价为 +2，为什么呢？学生：因为钠失去 1个电子， 可以达到 8电子稳定结构， 镁失去 2个电子也可以达到 8电子 稳定结构，失去电子都显示正价。教师:没错，原子反应都想达到一个最稳状态，当最外层电子达到 8 个电子时候，物质就稳 定了。像钠，镁这些金属元素，最外层电子数小于4 的，容易抛弃最外层电子来使自己达到 8 电子稳定结构。像氧、氯这些非金属原子，最外层电子一般大于4，容易夺得别人的电子来补充自己的最外层达到 8 电子稳定结构。 像氖这类稀有气体元素原子， 最外层已经达到 8 电子稳定结构了，所以不易得失电子，显示 0 价。需要特别注意的 是氢原子，它只有一个电子层，最稳状态不是 8

49、电子结构，而是 2 电子结构，所以它 有得 1 个电子变成 2 电子稳定结构的愿望，可是，愿望是美好的，实现是困难的，因 为氢原子核内正电荷少，吸引电子能力弱，因此常常是失去电子，显示 +1 价。投影：氯化钠的形成过程。教师：从动画中我们可以看到，钠最外层只有1 个电子，因此钠有失去最外层电子的愿望，而氯最外层有 7个电子，它有得到 1个电子形成 8 电子稳定结构的愿望， 两者相见恨 晚，钠把电子抛给了氯，变成钠离子，显示 +1 价，氯得到 1 个电子，变成氯离子， 阴阳离子相吸，形成氯化钠。教师：从氯化钠的形成我们可以得到，化合价升降的本质是因为发生了电子的得失。 教师：对于氢原子，最外层只有 1 个电子，它有想得到 1 个电子