化学工程与工艺·专业英语 unite

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1、Unit17ChemicalReactionEngineering每一种工业化的化工过程的目的都是通过一系列的处理步骤从各种原料经济性地生成所需的产品。图3－5表示一种典型的过程。为了使原料处于能发生化学反应的形式，原料要经过（undergo）许多物理处理步骤，然后，通过反应器。为了得到最终的所需的产品，反应的产物必须经过进一步的物理处理，如分离、纯化等。用于物理处理步骤的设备的设计在单元操作中研究，这里我们关心的是过程的化学处理步骤。经济上，化学处理步骤是不重要的装置，如一简单的混合槽。然而，化学处理步骤通常是整个过程的核

2、心，在经济方面可使过程发生或停止的因素。反应器的设计不是例行公事（routine），对于某一过程可以提出许多其它的设计。为了寻求最佳的设计，必须减少的费用不仅仅是反应器费用。一种设计可以是反应器费用低，但离开该装置的物料可以是该情况：物料的处理费用比其它设计费用高得多。所以全过程的经济性必须要考虑。反应器的设计要运用各种领域（热力学、化学动力学、流体力学、传质、传热以及经济学）的信息、知识和经验。化学反应工程是这些所有的因素的综合（synthesis），其目的是精确地设计化学反应器。化学反应器的设计可能是化学工程师的独特（u

3、nique）的一种活动，这可能较其它方面更能证明化学工程作为工程学科的独特的分支的存在。在化学反应器设计时，必须要回答两个问题：（1）我们期望发生什么变化？（2）变化发生有多快？。第一个问题关于热力学，而第二个问题是关于各种速率过程——化学动力学、传热，等等。把这些过程综合起来以及要确定这些过程是如何关联的，是相当难的问题（事情）。因此我们必须从简单的情况开始，利用考虑其它的因素来增长（帮助）我们的分析，直到我们能处理更困难的问题。1.Thermodynamics热力学给出了设计所需的两条重要的信息：反应释放（或吸收）的热量

4、以及反应的最大的可能程度。化学反应总是伴随着热量的释放或吸收，对于一合适的设计，热量的大小必须要知道，如反应：在反应前后，对体系在同一温度、压力下进行测量，当a摩尔的A消失生成r摩尔的R和s摩尔的S时，在T温度下的反应热为环境传给该反应体系的热量。若知道反应热或是通热化学数据对反应热进行估计，那么可以计算反应过程的热效应。热力学中，也可以从反应物料的标准自由能来计算平衡常数K。如果知道了平衡常数，那么可以估计反应物的最大的可得的收率。2.ChemicalKinetics在合适的条件下，进料可以转变为新的不同的物质，这些物质可

5、构成不同的化学种类。如果该过程只是通过组成的原子的重排和重新分配的发生来形成新的分子，那么我们说发生了化学反应。化学是与这些反应的研究有关，研究反应的形式和机理，研究所涉及到的物理和能量变化以及产品的生成速率。最后提起的感兴趣的领域是化学动力学，化学动力学是我们首先所关注的。化学动力学研究的是影响反应速率的因素，测定反应速率以及对得到的数值的提出解释。对于化学工程师来说，如果他要满意地设计影响工业规模的反应的设备，那么他必须知道一个反应的动力学。当然，如果该反应如此快以致该体系基本上处于平衡，那么可大大简化设备的设计。不需要

6、动力学信息，热力学信息就足够了。3.HomogeneousandHeterogeneousReactions均相反应是这样的反应：在该反应中，反应物、产物和所用的催化剂形成一个连续相：气相或液相。均相的气相反应器总是连续操作，而均匀的液相反应器可以间歇操作或连续操作。管式反应器通常用于均相的气相反应，例如，在石油组分热裂解以生成乙烯过程中，以及二氯甲烷热分解生成氯乙烯中。管式和搅拌釜式反应器均可用于均相的液相反应。I在多相反应中，存在两相或多相，反应器的设计的主要问题是提高相间的质量传递。可能的相的组合有（1）液－液两相聚合

7、反应。不互溶的液相；反应有用混合酸对甲苯或苯的硝化反应、乳状液的Liquid-solid:withone,ormore,liquidphasesincontactwithasolid.Thesolidmaybeareactantorcatalyst.2）液－固两相一种或多种液相对一种固体相接触，该固体或是反应物或是催化剂。此时，固体通常为催化剂，如在氨的氢解反应中，用固在活性（3）液－固－气三相炭上的浆状铂（Pt）作为催化剂(4)气－固两相在这种情况下，固体可以参与反应或用作催化剂，例如：吹气炉中铁矿的还原反应以及固体燃料的

8、燃烧，在这些例子中固体为反应物。（5）气－液相在这种情况下，液体参与反应或用作催化剂。4.Reactorgeometry(type)用于那些已经成熟的过程的反应器的设计通常较为复杂，这些设计经过长时间的开发（或发展）以满足该过程的要求，而且该反应器的设计独特。然而，可方便地将反应器的设计分