化学反应工程第一章-PPT课件

1、 化学反应工程7/22/2022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7/22/2022一、反应工程在化学工程学科中的地位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7/22/20222、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(Was

2、ton)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7/22/2022二、化学反应工程的范畴和任务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7/22/2022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7/22/2

3、022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7/22/2022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7/22/20222、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

4、,稳定核心 复杂系统的工程放大7/22/20223、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（ 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7/22/2022高低并列的提升管FCC装置7/22/2022南充炼厂FCC装置7/22/2022Grassroots FCC unit under construction in Mex

5、icoCold flow model of Kellogg dense phase catalyst cooler7/22/20227/22/20227/22/202280万吨/年加氢裂化装置7/22/20227/22/20227/22/20227/22/202245万吨/年乙烯裂解球罐7/22/2022釜式反应器7/22/2022环管反应器7/22/20227/22/2022三、反应工程的研究方法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7/22/20222、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

6、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7/22/2022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7/22/2022四、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7/22/2022自热式冷激式T 相变式T 间壁换热式7/22/2022按反应物相态分类非催化反应催化反应均相反应大部分气相反应大部分液相反应快速反应（燃烧等）胶体反应酶和微生物反应非均相反应煤燃烧，矿石焙烧气液吸收反应炼铁，湿法冶金合成氨，硝酸，硫酸炼油，合成材料单体7/22/2022五、反应工程的发展趋势反应工程用于产品分离a ：,分离60-1000c 1000c 阳离子树脂(MTBE) (叔丁醇)7/22/2022b ：高纯硅生产7/22/2022反应用于净化原料（微量）加氢氧化银催化剂用于能源过程400c 1400c 氯化钙甲醇络合物7/22/2022生态工业组合磷肥生产磷石膏分解硫酸生产CaO7/22/2022低能耗制H2 H270