化学反应工程绪论

反应工程蔡旺锋办公室：20-518电话：27890041Email：wfcai@1第一章绪论1.1、化学反应工程研究内容与发展历史1.2、化学反应的转化率和收率1.3、化学反应器的类型1.4、化学反应器的操作方式1.5、反应器设计的基本方程1.6、工业反应器的放大2《反应工程》反应动力学反应器设计与分析本征动力学宏观动力学理想条件下研究化学反应进行的机理与反应物系组成、温度、压力等参数对反应速率的影响。主要决定于化学反应本身描述反应器内浓度、温度和压力变化的设计方程研究化学反应进行的机理与速率反应器选型、反应器体积计算、反应器操作参数确定等流体流动过程描述反应过程与质量、热量和动量传递的相互作用一、《反应工程》课程研究内容及相互关系3AP本征动力学与宏观动力学反应产物P的外扩散

7反应产物P的内扩散

6反应产物P的脱附

5表面反应

4本征动力学反应物A的吸附

3反应物A的内扩散

2反应物A的外扩散

1宏观动力学

4二、《反应工程》的历史与发展20世纪30年代：丹克莱尔、梯尔和史尔多维奇40年代末：霍根、华生和法兰克-卡明涅斯基《反应工程》的发展历史《反应工程》的发展趋势

80年代--形成新的分支1957年--首次使用“化学反应工程”术语

60年代--快速发展期化学反应与传递现象及流体流动的相互关系51.3反应器的类型管式反应器（*）釜式反应器（*）塔式反应器固定床反应器（*）流化床反应器移动床反应器滴流床反应器61.4、化学反应器的操作方式间歇操作连续操作半间歇操作操作方式描述特点反应原料一次装入反应器，反应过程中无进料和出料反应过程中反应原料和产物分别连续加入和输出反应器间歇与连续操作之外物系组成随时间而变多数情况下可视为恒容操作灵活，适于小规模生产物系组成不随时间但随位置而变适于大规模、机械自动化操作产品质量好，劳动强度小兼具间歇和连续操作的某些特点71.5、反应器设计的基本方程

反应器设计的基本内容建立反应参数如转化率、收率、选择性和生产能力等与反应器尺寸、操作方式、反应时间等之间的关系。反应器型式选择反应器最佳操作条件确定反应体积（尺寸）计算反应器设计方程建立的步骤选择反应变量确定控制体积建立质量、热量和动量恒算方程8质量衡算：（关键组分i的输入速率）＝（i的输出速率）+（i的转化速率）＋（i的累积速率）

VrMdVr质量、热量和动量恒算方程热量衡算：（输入的热量）＝（输出的热量）+（反应热）＋（累积的热量）动量恒算：（输入的动量）＝（输出的动量）+（消耗的动量）＋（累积的热量）91.6工业反应器的放大10一、经验归纳法对化学反应过程适应性不强：反应与传质传热、流体流动状况、反应速率与温度的非线形性。

将实验数据用因次分析和相似方法整理获得经验关联式；主要用于研究物理变化的单元操作，如管道内流体流动的压力降、气液两相传热传质等；11二、数学模型法

反应工程主要研究方法，在反应器放大过程中作用显著；包括本征（化学）动力学模型、传质传热模型——宏观动力学模型；讨论整个反应器时，宏观动力学模型包括流体流动模型在内；反应器的复杂性使得即使采用数学模型研究方法，反应器设计、优化和放大具有很大的困难性。如流动反应器内流体和固体运动状况；多孔催化剂及固相反应物内的宏观反应过程。121、数学模型方法的作用

进行方案比较、操作参数的优化；扩大实验结果的范围，预测实验以外的操作区间；在实验范围内进行预测；工程放大时较能抓住事物本质，获得更大的放大倍数。132、数学模型方法的局限性物理模型不能全面反映事物的本质，可能带来失真；实际过程太复杂，模型建立需要简化；物理模型获得数学模型求解复杂性；数学模型方法需要与实验相结合。143、数学模型的简化原则

简化模型是否失真，需要通过实验进行检验和修正。

不失真，与应用相适应；能适应当前的实验条件，以便进行模型鉴别和参数估值；能适应现有计算机的能力；154、数学模型放大方法的一般步骤实验室规模的试验小型试验大型冷膜试验中间试验计算机试验数学模型工业规模反应器161.2、化学反应的转化率、收率和选择性1、反应进度存在多个反应时172.转化率（X）单程转化率与全程转化率定义：某一反应物转化的百分率或分率。表示一个反应进行的程度。Reactor1218例题1.1合成聚氯乙烯所用的单体氯乙烯，多由乙炔和氯化氢以氯化汞为催化剂合成得到，反应式如下通常反应原料中氯化氢过量10%。若反应器出口中氯乙烯摩尔分数为90%，试分别计算乙炔和氯化氢的转化率。193.收率(Y)与选择性(S)摩尔收率与质量收率单程收率与全程收率1220SX21例题1.2在银催化剂上进行乙烯氧化生产环氧乙烷，进入催化剂中各种气体的摩尔数分别为C2H415%，O27%，CO210%，Ar12%，其余为N2。反应器出口气体含C2H4和O2分别为13.1和4.8%。试计算乙烯的转化率、环氧乙烷收率和反应选择性。22化学与催化反应工程李绍芬编著化