《化学反应工程》课件绪论(简明)

1、化学反应工程Chemical Reaction Engineering参考书和课件朱炳辰. 化学反应工程(第五版). 北京: 化学工业出版社, 2012.陈甘棠. 化学反应工程(第三版). 北京: 化学工业出版社, 2008.Levenspiel O. Chemical Reaction Engineering(3rd). New York: John Wiely & Sons, 1999.Fogler H S. Element of Chemical Reaction Engineering(3rd). New Jersey: Prentice Hall, 1999.课件地址：/s/1kVK

2、4g6N主要授课内容绪论应用化学动力学及反应器设计基础气-固相催化反应本征及宏观动力学釜式及均相管式反应器反应器中的混合及对反应的影响 固定床气-固相催化反应工程 气-液反应工程流-固相非催化反应流化床反应工程气-液-固三相反应工程 绪 论一、化学反应工程学的研究范畴二、化学反应工程学的发展历史三、化学反应工程与多尺度及多学科的联系四、化学反应工程学的研究方法五、化学反应工程对工程放大及优化的作用一、化学反应工程学的研究范畴过程工业从事物质的化学转化，生成新的物质产品；各个生产环节具有一定的不可分性，形成生产流程，并多数连续生产。过程工业包括两个过程：物理转化过程，如流体输送、蒸发、结晶等过程

3、单元操作(化工原理)化学转化过程化学反应化学反应工程：综合化学反应与动量、质量、热量传递交互作用的宏观过程“三传一反”二、化学反应工程学的发展历史1937年，Damkohler在“Der Chemie Ingenieur”第三卷：扩散、流动与传热对化学反应收率的影响。1947年，-发表了论述化学动力学中扩散与传热的专著。1947年，Hougen和Watson：化学过程原理第三卷。1957年，第一次欧洲化学反应工程会议，确立了“化学反应工程学”名称。三、化学反应工程与多尺度及多学科的联系物质转化过程中的多尺度(multi-scale)效应时间及空间尺度：以固定床气-固相催化反应器为例 纳尺度分子

4、化学键振动(纳秒及纳米尺度)：反应物与催化剂载体上活性组分间的分子反应微尺度两相间物质传递和流体流动中的泡、滴、粒旋涡运动：反应组分在催化剂孔道内的扩散 介尺度反应、换热、输送和分离等装置： 催化反应器宏尺度生产单元和工厂：原料气制备、压缩、循环产品分离的生产单元和整个工厂 宏尺度环境大气 ：生产过程中污染物经长时间的消除 气-固相催化反应有三个不同尺度的模型 化学动力学或本征动力学模型只考虑反应组分与催化活性组分间处于纳尺度的分子反应，并未考虑传质、传热对催化反应的影响颗粒宏观动力学模型(或简称颗粒动力学模型)在本征动力学的基础上，计入微尺度的颗粒粒内与粒外反应气流间的传质、传热过程。 床层

5、或反应器内宏观动力学模型(或简称床层动力学模型)各种类型反应器内的催化剂床层，计入反应气体与催化剂颗粒的相互流动状况，和使用过程中催化剂失活影响的诸多因素，即处于介尺度的宏观动力学。 化学反应工程与多学科间的关系 以甲醇合成为例，涉及：生产方法的选择木材干馏法、氯甲烷法水解法、碳氧化物(CO、CO2)与氢合成法化学基础及过程分析甲醇合成的热力学及催化剂反应平衡组成与气体组成、压力、温度的关系(化工热力学)催化剂：锌-铬催化剂，30 MPa，350-420；铜-锌催化剂，5 MPa，220-280 催化剂开发反应过程分析催化剂的中毒与热失活原料气制备、甲醇合成及循环甲醇合成工艺 粗原料气的制备天

6、然气蒸汽转化；高温气流床粉煤汽化粗原料气的净化 甲醇合成及循环合成反应器出口气体组成确定，甲醇冷却分离，未反应气体循环甲醇合成反应器化学反应工程反应器的选型多段绝热、管式连续换热反应器中的“三传一反”催化剂的本征反应动力学催化剂颗粒内的反应-传质-传热催化剂与气相间的传质、传热催化剂颗粒的宏观反应动力学催化剂床层的压降、颗粒粒度及形状的选择 反应器内轴向及径向传热、传质绝热反应器段数，床层直径及高度设计管式反应器管数、管径及长度设计管式反应器管外冷却剂的选择金属材料与机械制造反应器的材质选择大型反应器的机械设计化学工艺技术经济分析与系统优化合成气的压缩及循环装置全系统的流程设置 操作条件的优化

7、全系统的能量分析和技术经济分析工程控制全系统的工程控制四、化学反应工程学的研究方法实验研究数学模拟化工单元操作对过程的数学描述 经验归纳法、量纲分析法物理概念模型 根据对实验和生产实践的观察和分析，归纳出各种物质在反应装置中的流动、传质和传热与化学反应之间相互关系的概念，称为物理概念模型。数学模型 表达物理概念模型的数学式称为数学模型。数学模拟方法 用基于物理概念模型的数学模型来模拟反应过程的方法称为数学模拟方法。 数学模型的简化各种工业反应过程的实际情况复杂，用数学模型完整地、定量地反映事物的全貌目前还不可能实现。将宏观反应过程的规律，加以去粗取精的加工，根据主要的矛盾和矛盾的主要方面，在一定的条件下将过程合理地简化，称为数学模型的简化。不同条件下，简化的内容是不同的，简化模型是否失真，要通过科学实验和生产实践去检验和考核，然后进行修正，使之更加