化学反应工程绪论介绍

1、1化学反应工程化工学院王捷2化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 化学反应工程（CRE）是以工业规模的化学反应过程为研究对象，研究过程速率及其变化规律，宏观动力学因素对化学反应过程的影响，以实现工业反应过程开发、设计、放大和操作的优化的一门学科。3教学目的 学习本门课程，学生应牢固地掌握化学反应工程中最基本的原理和计算方法，运用科学思维方法，增强提出问题、分析问题和解决问题的能力。课程教学将突出阐述反应工程理论思维方法，重点讨论气固相催化反应本征动力学、宏观动力学及反应器中的混合及对反应的影响，并以开发实例进行分析，培养学生应用反应工程方法论解决实际问题的

2、能力。4学时安排（学时安排（40学时学时+16学时实验）学时实验） 绪论绪论 2 2学学时时 第一章第一章 应用化学反应动力学及反应器设计基础应用化学反应动力学及反应器设计基础 1010学学时时 第二章第二章 气气- -固相催化反应本征及宏观动力学固相催化反应本征及宏观动力学 6 6学学时时 第三章第三章 釜式及均相管式反应器釜式及均相管式反应器 1010学学时时 第四章第四章 反应器中的混合及对反应的影响反应器中的混合及对反应的影响 8 8学学时时 第五章第五章 固定床气固定床气- -固相催化反应工程固相催化反应工程 2 2学学时时 复习考试复习考试 2 2学学时时5教材及参考书 选用教材：

3、化学反应工程（第四版），朱炳辰，化学工业出版社 主要参考书：化学反应工程，陈甘棠，化学工业出版社；化学反应工程（第二版），朱炳辰，化学工业出版社67网络资源 合肥工业大学精品课程 8/organ/cre/ 华东理工大学精品课程 7/files/hxfygc/CRE_index.htm 河北科技大学精品课程 http:/ 齐齐哈尔大学网络课程 09/jpk07/fygc/index.htm 南京工业大学精品课程 http:/ 沈阳工业大学精品课程 http:/ 一、化学反应工程的学科历史一、化

4、学反应工程的学科历史 二、化学反应工程的研究对象及内容二、化学反应工程的研究对象及内容 三、化学反应工程的研究方法三、化学反应工程的研究方法 四、化学反应工程的学习目的四、化学反应工程的学习目的 五、化学反应工程与其他学科的关系五、化学反应工程与其他学科的关系9第一阶段：古代的化学生产（第一阶段：古代的化学生产（17世纪以前）世纪以前） 这一时期经历了实用化学、炼丹和炼金、医药化学和冶金化学等时期。早期化学知识来源于人类的生产和生活实践。同时在人类对自然界万物的本原构成的探索中，诞生了古代朴素的元素观。古代化学具有实用和经验的特点，尚未形成理论体系、是化学的萌芽时期；另一方面，尚未形成有规模的

5、化学加工实践。一、化学反应工程的学科历史一、化学反应工程的学科历史10古代生产硫酸方法古代生产硫酸方法11第二阶段：近代化学工业（第二阶段：近代化学工业（18世纪末至世纪末至20世纪初）世纪初） 以硫酸，硝酸，纯碱的工业规模的生产过程为开端，至20世纪初，出现了载入化工发展史册的合成氨的工业生产。 Fritz Haber (1868 - 1934) 规模的扩大要求人们对生产过程的规律有更为透彻的了解，需要既懂工程又熟悉化学知识，促使工程与化学相结合。12 第三阶段：现代化学工业（二战前后）第三阶段：现代化学工业（二战前后） 在以石油和天然气为主要原料的化学工业中，各种催化反应被广泛应用，这就要

6、求在反应技术和反应器设计方面作出重大努力。尤其是在生产规模日益大型化趋势的影响下，促使化学工程学科形成了一次理论综合：即从动量传递、热量传递、质量传递的角度深入研究化工生产的物理变化过程，以及从“化学反应工程”的角度来研究化工生产的化学变化过程。从而使化学工程学科上升为一门具有完整理论体系的全面学科。131957年，在荷兰的阿姆斯特丹，召开了第一届欧洲化学反应工程会议，Van Krevelen作首篇综合性报告：Micro- and Macro-Kinetics，提出“化学反应工程”的概念，意在系统深入地研究伴有物理过程即传递现象的化学反应过程。标志着该学科的初步形成。1981年，化学反应工程正

7、式进入我国化工高等教育。14二、化学反应工程二、化学反应工程的的研究对象及内容研究对象及内容 研究对象：工业规模的化学反应过程。 中心内容：是深入认识有关工业反应器的操作和设计所必需的理论知识。了解其中其中的物理和化学变化的复杂过程，即“三传一反”。 三传：动量传递 热量传递 质量传递 一反：化学反应 宏观动力学与本征动力学 化学反应器 15动量传递过程流动因素 ABA0tAACC e0ACACB16热量传递过程传热因素 ABA0ACAC0ERTkk eAArkCB17质量传递过程传质因素18质量传递过程传质因素R边缘反应物浓度高中央反应物浓度低此处反应较快19宏观动力学与本征动力学 在工业规

8、模的化学反应器中，化学反应过程与质量、热量及动量传递过程同时进行，这种化学反应与物理变化的综合，称为宏观反应过程宏观反应过程。 研究宏观反应过程的动力学称为宏观动力学宏观动力学。 本征（微观）动力学本征（微观）动力学，即化学动力学，是在理想条件下研究化学反应进行的机理和反应物系组成、温度、压力等参数，不包括传递过程及反应器结构等参数对反应速率的影响。 区别：在于是否考虑反应器结构和操作条件。20高低并列的提升管FCC装置21南充炼厂FCC装置22Grassroots FCC unit under construction in MexicoCold flow model of Kellogg

9、dense phase catalyst cooler23242580万吨/年加氢裂化装置2627282945万吨/年乙烯裂解球罐30釜式反应器31环管反应器323334三、化学反应工程的研究方法三、化学反应工程的研究方法1）经验归纳法）经验归纳法 实验数据用因次分析和相似方法处理而实验数据用因次分析和相似方法处理而得到经验关联式。得到经验关联式。局限性：局限性：不能应付物性参数复杂，边界条件复杂的工程化学反应系统。在面对化学反应工程涉及的多种影响参数和参数之间的复杂关系时，传统的因次分析和相似方法已不能反映化学反应工程的基本规律。应用：应用：管道压力降、对流传热、气液两相传质35 2 2）数

10、学模拟法）数学模拟法 用数学方式来模拟工业反应过程各参数之间的关系。用数学方式来模拟工业反应过程各参数之间的关系。 基础：数学模型基础：数学模型 分析，抽象，简化物理模型 数学模型 抽象简化的要求： （1）不失真 （2）满足应用要求 （3）适应现有的实验条件 （4）适应现有的计算能力 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、宏观动力学模型。其中宏观动力学模型是综合，也是本书所要讨论的核心内容。36经验归纳法和数学模拟法的应用反应过程开发放大方法： 相似放大法 经验放大法 数学模拟放大法3738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数学模拟放大示意图39四、化学反应工程的学习目的四、化学反应工程的学习目的 1. 改进和强化现有的反应技术和设备； 2. 开发新技术、新设备； 3. 指导和解决反应器的放大问题； 4. 指导实现反应过程的最优化操作。40五、化学反应工程与其他学科的关系五、化学反应工程与其他学科的关系 化学反应工程广泛的综合应用化学动力学、化工热力学、流体力学、传热、传质及化工工艺等基础理论和专业知识，设计和优化工业反应器。化学反应工程和其他学科的