呼吸窘迫综合征

呼吸窘迫综合征第1页，共52页，2023年，2月20日，星期四教材：李绍芬主编普通高等教育“九五”国家级重点教材参考教材：陈甘棠.化学反应工程.（第二版）.化学工业出版社朱炳辰.化学反应工程.（第三版）.化学工业出版社（教材出版中心）第2页，共52页，2023年，2月20日，星期四课程性质：专业选修课主讲：袁红联系方式：yhyxw_co@163.com教学要求：课堂笔记，认真完成作业成绩评定（暂定）：平时占40%（作业25+考勤15），期末考试占60%课程的难易：中偏上第3页，共52页，2023年，2月20日，星期四凡是采用化学方法将原料加工成产品的过程，例如化学工业、冶金、石油炼制和能源加工等工业过程。生产过程包括如下三个组成部分图1.1典型的化学加工过程①和③两部分属于单元操作，②部分是反应工程的研究对象，是生产过程的核心。第4页，共52页，2023年，2月20日，星期四矿石金属金属化合物一定性能的金属材料火冶金湿冶金电冶金原油轻质油重质油渣油轻质油烃类气体蒸馏热裂化催化裂化加氢裂化冶金石油炼制降低分子量、粘度、密度第5页，共52页，2023年，2月20日，星期四制取半水煤气物理吸收、化学吸收脱除CO脱除硫化物原料气制备与净化氨的净化：冷凝法、水吸法例:核心第6页，共52页，2023年，2月20日，星期四化学反应过程的主体，研究什么内容，研究目标是什么，研究方法？第7页，共52页，2023年，2月20日，星期四第一章绪论第8页，共52页，2023年，2月20日，星期四本章内容第一节反应工程第二节反应进度、转化率、收率和选择性第三节化学反应器的类型及操作方式第四节反应器设计的基本方程第五节工业反应器的放大第9页，共52页，2023年，2月20日，星期四教学要求1．了解本课程的任务和内容；2．掌握反应进度，转化率，收率与选择性的定义及计算；3．了解各类化学反应器的特征及操作方式。第10页，共52页，2023年，2月20日，星期四数学模型方法进行反应器的放大现有反应操作条件进行优化反应速率反应器一、反应工程的任务任务内容经验放大知其然而不知其所以然相似放大对物理过程有效数学模拟放大目前比较科学的方法化学反应工程学是使化学反应实现工业化的一门技术科学第一节反应工程第11页，共52页，2023年，2月20日，星期四二、反应工程的研究内容反应机理反应速率方程反应动力学：研究化学反应进行的机理与速率例:反应动力学、反应器设计与分析反应速率动力学实验第12页，共52页，2023年，2月20日，星期四反应速率：*反应动力学研究它们之间的定量关系：反应系统中某一组分的反应速率：浓度矢量：系统总压：系统温度第13页，共52页，2023年，2月20日，星期四反应器设计与分析反应器设计分析主要内容：选择合适反应器

*确定反应器的尺寸确定操作方式和优化操作条件反应器内反应物的流动状态、混合状态、浓度与温度分布、质量和能量传递性能等影响反应速率反应器的最佳型式、大小、操作方式、操作条件等最大经济效益动力学反应器设计与分析由点及面反应本身的规律反应器内部状况第14页，共52页，2023年，2月20日，星期四三、反应工程与其它学科关系第15页，共52页，2023年，2月20日，星期四与主要相关学科的联系：化学热力学：确定物系的各种物性常数，反应的可行性及可能达到的程度。反应动力学：反应器的选型、设计及操作方式选择都依赖于对反应动力学特性的认识。传递工程：流动与混合直接影响温度与浓度分布，最终影响离开装置物料的组成。装置中的“三传”（传热、传质、动量传递）是极其复杂的，装置放大时的“三传”也随之发生变化，即出现“放大效应”，因此要解决好装置的放大效应，就必须对反应器内流体的三传有一个十分清晰的认识。系统工程：反应装置最优化不一定整个系统是最优化，这时反应装置也就只能服从系统最优化目标。第16页，共52页，2023年，2月20日，星期四

四反应工程的研究方法化学反应工程研究方法：数学模型：用数学语言来表达过程中各种变量之间的关系。

化学反应工程中的数学模型：◆动力学方程式◆物料衡算式◆热量衡算式◆动量衡算式◆参数计算式联立求解物料衡算式热量衡算式动量衡算式动力学方程反应装置浓度分布温度分布r=f(C,T,P…)第17页，共52页，2023年，2月20日，星期四五、反应工程的发展简述第18页，共52页，2023年，2月20日，星期四反应动力学反应器的设计计算（确定反应器的尺寸）；确定操作方式和优化操作条件本课程我们学习了什么？第19页，共52页，2023年，2月20日，星期四第二节转化率、收率和选择性一、规范的化学计量方程例:1计量方程中反应物计量系数为负值，产物为正值2计量方程仅表示由于反应引起参与反应的物质之间量的变化关系，与反应实际历程无关3计量方程的计量系数间不含有除1以外的公因子注意:反应机理第20页，共52页，2023年，2月20日，星期四反应混合物中，某一组分起始物质的量为ni0,反应后该组分的物质的量为ni,定义反应进度为ξ：1

恒为正值2仅与反应有关，与所用组分无关,已知ξ即可知各反应组分的反应量例:定义：注意:注意:二、反应进度（针对复合反应）第21页，共52页，2023年，2月20日，星期四3

复合反应，各反应有自己的反应进度，设为

任意组分i的反应量等于各反应所作贡献的代数和

.........例:第22页，共52页，2023年，2月20日，星期四t=0ni0t=tni三、转化率（针对反应物）定义：间歇反应：连续反应：Z=0Fi0Z=ZFi第23页，共52页，2023年，2月20日，星期四循环反应——有物料循环反应的过程单程转化率---新鲜原料通过反应器一次所达到的转化率单程转化率全程转化率---新鲜原料进入反应系统起到离开系统达到的转化率全程转化率单程转化率全程转化率全程转化率单程转化率？第24页，共52页，2023年，2月20日，星期四1、不同的反应物，X

值不同（原料配比若符合化学计量关系，则X的数值相同）

注意：2、关键组分(着眼组分）为不过量、贵重的组分，关键组分的转化率最大可达100%。3、反应物起始量的选择连续反应器---进口原料状态间歇反应器---反应开始状态多个反应器串联---进入第一个反应器例1.1第25页，共52页，2023年，2月20日，星期四收率---针对产物四、收率与选择性对于单一反应Y=X(关键组分)(无论用哪种产物计算结果均是如此)对于复杂反应Y≠X收率也有单程和全程之分（循环物料系统）

注意：正值

R:产物A:关键组分第26页，共52页，2023年，2月20日，星期四选择性——针对复合反应转化率X只能说明总的结果，Y说明转化了的反应物变成产物的比例，选择性S说明转化了的反应物变成目的产物的比例；---X关键组分，Y、S是同一产物无论是收率、选择性、转化率还是反应进度,数值结果不一样，但说明同样的问题

。

例1.2小结第27页，共52页，2023年，2月20日，星期四第三节化学反应器的操作方式及结构类型●操作方式：★分批（或间歇）式操作：一次性投料卸料，反应物系浓度或组成等随时间变化。用于实验室、产量小、一个反应器生产多个产品，具有生产弹性大，操作灵活的特点。★连续式操作：原料不断加入，反应器内物系参数均不随时间变化，随物料所处位置变化。用于产品品种单一而产量大的情况。★半分批（或半连续）式操作：兼有以上两种过程特点，较复杂第28页，共52页，2023年，2月20日，星期四●按反应装置的结构分类：分为：管式、塔式、釜式、固定床、流化床等类型反应器的种类反应类型设备的结构形式反应特性均相气相液相燃烧、裂解中和、硫化、水解管式釜式无相界面，反应速率只与温度或浓度有关非均相气-液相液-液相气-固相液-固相固-固相气-液-固相氧化、氯化、加氢磺化、硝化、烷基化燃烧、还原、固相催化还原、离子交换水泥制造加氢裂解、加氢硫化釜式、塔式釜式、塔式固定床、流化床釜式、塔式回转筒式固定床、流化床在相界面，实际反应速率与相界面大小及相间扩散速率有关●按反应相态分类：★均相：气相、液相；★非均相：气液、液液、气固、液固、固固、气液固第29页，共52页，2023年，2月20日，星期四(a)管式反应器(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)涓流床反应器(h)规整填料塔反应器(i)喷雾塔式反应器(j)板式塔反应器(k)鼓泡塔反应器(l)气液搅拌釜式反应器第30页，共52页，2023年，2月20日，星期四管式反应器

管式反应器是工业生产中常用反应器类型之一，大多采用长径比很大的圆形空管构成，常用于均相（气相、液相）反应。第31页，共52页，2023年，2月20日，星期四移动床反应器：在反应器顶部连续加入固体反应物或催化剂，随着反应的进行，固体物料逐渐下移，自底部连续卸出，流体自下而上（或自上而下）通过固体床层。与固定床反应器及流化床反应器相比，其主要优点是固体和流体的停留时间可以在较大范围内改变。第32页，共52页，2023年，2月20日，星期四浆态床反应器：三相鼓泡塔，气体以鼓泡形式通过悬浮有固体细粒的浆液层，浆态床反应器结构比列管式固定床反应器更简单，易于安装，放大更容易。第33页，共52页，2023年，2月20日，星期四釜式搅拌反应器

釜式搅拌反应器是一类应用广泛的反应器。其形状特征是长径远小于管式反应器，成“釜”状或“锅”状。釜式反应器内一定型式的搅拌桨叶可使釜内的物料混合均匀。多用于液相反应。第34页，共52页，2023年，2月20日，星期四固定床反应器

固定床反应器多用于气固催化反应的设备。反应器中，催化剂颗料保持静止状态，称为固定床反应器。

第35页，共52页，2023年，2月20日，星期四塔式反应器

塔式反应器主要用于两相流体反应体系第36页，共52页，2023年，2月20日，星期四第四节反应器设计的基本方程反应器设计的基本方程物料衡算方程式以质量守恒定律为基础，计算反应器体积的基本方程热量衡算方程式以能量守恒与转化定律为基础，通过热量衡算可以计算反应器中温度的变化动量衡算方程式以动量守恒为基础，可以计算反应器中压力的变化动力学方程式反应速率与物质浓度、反应体系温度、压力的关系衡算方程形式：*输入量＝输出量+因反应而改变的量+累积量第37页，共52页，2023年，2月20日，星期四第五节工业反应器的放大化学反应器放大的方法逐级经验放大法费时费钱，难做到高倍数放大数学模型法基础是化学反应工程，手段是计算，如果缺乏对过程的深刻认识会导致失败第38页，共52页，2023年，2月20日，星期四反应过程的开发方法反应过程反应热力学计算小型热模大型冷模催化剂

操作条件

本征动力学宏观动力学反应器型式数学模型中试工业示范装置工程参数第39页，共52页，2023年，2月20日，星期四本章重点化学反应转化率、选择性和收率的概念和应用作业：1.1

补充题第40页，共52页，2023年，2月20日，星期四例题1.1

合成聚氯乙烯所用的单体氯乙烯,多是由乙炔和氯化氢以氯化汞为催化剂合成得到,反应式如下

由于乙炔价格高于氯化氢,使用的原料混合气中氯化氢是过量的,设其过量10%。若反应器出口气体中氯乙烯摩尔分数为90%，试分别计算乙炔的转化率和氯化氢的转化率。

解：计算基准:设进入反应器的乙炔为1mol。乙炔的转化量为X，由题目知氯化氢与乙炔的化学计量系数比为1，由于氯化氢过量10%,因此原料气中氯化氢为1.1mol第41页，共52页，2023年，2月20日，星期四题给反应器出口气体中氯乙烯摩尔分数为90%,故

解之得：

第42页，共52页，2023年，2月20日，星期四可见按不同反应物计算的转化率数值上是不相同的，若氯化氢不过量则两者相同例题1.2在银催化剂上进行乙烯氧化反应以生产环氧乙烷，进入催化反应器的气体中各组分的摩尔分数分别为C2H415%,

O27%,

CO210%,Ar12%,其余为N2。反应器出口气体中含C2H4和O2的摩尔分数分别为13.1%,4.8%。试计算乙烯的转化率、环氧乙烷收率和反应选择性。

氯化氢的反应量与乙炔相同,故氯化氢的转化率

第43页，共52页，2023年，2月20日，星期四解：以100mol进料为计算基准，并设x和y分别表示环氧乙烷和水的生成量,根据题给的进料组成和该反应系统的化学计量式〈1.9〉和式〈1.10〉,可列出下表

第44页，共52页，2023年，2月20日，星期四由于反应器出口气体中乙烯和氧的摩尔分数已知,所以可列出下面两个方程:

解之得：x=1.504moly=0.989mol乙烯的转化量为1.504+0.989/2=1.999mol所以,乙烯的转化率等于X=1.999/15=0.1333或13.33%环氧乙烷的收率Y=

1.504/15=0.1003或10.03%第45页，共52页，2023年，2月20日，星期四将乙烯转化率及环氧乙烧收率代入式〈1.12〉,得反应选择性为

S=0.1003/0.1333=0.7524或75.24%第46页，共52页，2023年，2月20日，星期四习题：1.1在银催化剂上进行CH3OH氧化为HCHO的反应其中，CH3OH：空气：H2O(g)=2：4：1.3(mol)，反应后CH3OH的转化率达72%，HCHO的收率为69.2%，试计算（1）反应的选择性（2）反应器出口气体的组成解：（1）由收率、选择性、转化率关系得：第47页，共52页，2023年，2月20日，星期四进口出口CH3OH27.427.4（1-XA）空气O2N211.5143.2811.51-1/（2*21.4*Yp）-3/2（1/（27.4*（XA-Yp））H2O（g）17.8143.28CO2027.4*（XA-Yp）HCHO027.4*Yp由题目知XA=0.72，Yp=0.692…….（2）设计算基准为100mol进料，设CH3OH的转化率为XA，甲醛的收率为Y