反应工程概论 教材 南京工业大学专用(1-2)

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1、78硅酸盐反应工程南京工业大学7878第一章绪论第一节硅酸盐反应工程学的范畴和任务一、反应工程学的研究对象及特点（1）反应工程学的形成及发展简况众所周知，硅酸盐产品的种类繁多，原料多样，故生产工艺各不相同，但是，从工程角度来看，硅酸盐、冶金和化工生产过程具有共同特点。他们都属于化工类型的生产过程，其中都包含处理物理变化和化学变化的操作。例如，破碎、除尘、干燥、过滤、分离、筛分、流动、和传热等与物理变化过程有关的操作，称为“单元操作”，而将氧化、还原、燃烧、分解、烧结等与化学变化过程有关的操作，成为“单元反应”或“单元过程

2、”。在工业生产中，人们把由若干个“单元操作”和“单元反应”组成的生产流程称为生产过程。早先，人们分别孤立地研究化工生产过程中的“单元操作”和“单元反应”的规律，二者各自向前发展。后来在工业生产实践中发现，同一个化学反映，即使在完全相同的温度、压力和反应时间的条件下，由于反应器的类型或规模不同，可以产生很不相同的反应结果，这是因为在工业规模的反应器中，化学反应不仅受到化学动力学和化学热力学因素的制约，而且受到流体流动、传热和传质等各种物理过程的影响，各种影响因素错综复杂。因此，在确定工业反应过程的操作条件。设计反应设备或控

3、制反应过程时就需要综合考察化学反应和物理传递过程的规律。由此观点出发，从被世纪三十年代开始的将近二十年内，逐渐形成了化学反应工程学的概念。三十年代，人们在生产时间中开始认识到“单元操作”和“单元反应”之间并非毫无联系的孤立现象，而是存在着密切的相互作用的关系。1937年G·Damkohle首先在Derchmieingenleur第三卷中提出扩散、流动和传热对于化学反应影响的论述，成为化学动力学发到到“工程技术”阶段的标志。此后，对于反应器内化学因素和物理因素相互作用的研究日益发展。四十年代，随着生产技术及设备的更新和生产

4、规模的大型化，对于反应过程开发和反应器设计提出了迫切的要求。同时，化学动力学、单元操作，特别是流动、传热和传质方面的理论研究和实验技术也取得了较大进展，促使流化床催化裂化反应、丁苯橡胶的聚合反应和曼哈顿计划等三个重要的过程开发研究工作获得了巨大成功，引起了人们很大震动，纷纷注意研究单元操作理论，并以越来越复杂的数学表达式来定量描述单元设备的操作性能。此外，还普遍开展了化学应用数学的研究，发表了不少专门著作。O.A.Hougen和K.M.Watson出版的关于反应动力学的著作成为第一本可供教学的书籍。所有都对化学反应工程学

5、的形成起了推动作用。五十年代，人们送长期的实践中进一步认识到，大多数的“单元操作”的基本规律都属于广义的“速率过程”，可以归纳为动量传递、质量传递和热量传递，即所谓“三传”。任何一个工业规律的化学反应过程都与“三传”有关，必须把化学反应与“三传”结合起来分析。所谓“三传一反”就构成为反应工程的技术。另外，这期间又提出了诸如“返混”、“反应器稳定性”和“微观混合”等重要的新概念，指明了进一步研究的方向，在对化学反应动力学和传递过程两方面的研究都取得了重要进展，积累了一定的实践经验和理论研究成果的基础上，加上计算机技术的迅速

6、发展，为把工业反应装置中的化学反应与传递过程规律结合起来进行解析和处理提供了可能。因此，在五十年代末，根据不同化学反应的特性，结合不同类型反应装置的性能进行解析和处理，加以系统整理归纳，就形成了一门年轻的新工程学科——化学反应工程学。在1957年召开的第一次欧洲化学反应工程会议上正式确定了这个名称。从1960年出版以后，每四年举行一次欧洲化学反应工程会议，而自1970年举行的第一次国际化学反应工程讨论会后，每两年举行一次，有力地推动了这门学科的迅速发展。综上所述，化学反应工程学是一门设计化学热力学、化学动力学、化学工艺学

7、、传递工程、工程控制、应用数学和计算机等多学科知识的全新的工程学科，具有高度的综合性和广泛的基础性。他和其他学科及技术的关系入图（1—1—1）所示。化学反应工程学问世以来取得了令人注目的发展，它为工业生产中的许多问题提供了结实、方法和理论，这些理论和方法在实践中又得到了进一步的发展和完善，成为指导生产事件的有力工具。因此，反应工程学迅速渗透到不同的工业生产领域，出现了诸如“催化反应工程”、“聚合反应工程”、“无机化工反应工程”、“冶金反应工程”7878等。国外也有把冶金、硅酸盐工业等设计高温的工程问题纳入“高温反应工程”

8、一起加以研究的。将化学反应工程学的理论、方法和概念应用到硅酸盐工程中，旨在研究高温化学反应过程及其反应装置的工程规律，为技术开发、工程放大和最优化等提供理论指导，这就形成了一门新的专业基础课——硅酸盐反应工程学。(2)硅酸盐反应工程学的研究对象及特点如前所述,硅酸盐生产具有化工过程的特点,例如,各种硅酸盐制品的成品或