化学反应工程-1

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1、§4.化学反应工程的基本原理§4.1.概述一.化学反应工程概述原料的预处理单元操作（三传）化学方法加工进行化学反应反应工程反应产物的分离与提纯单元操作（三传）1.化学反应工程研究的内容化学反应工程是一门研究在生产装置中进行化学反应的工程学科，它把反应的化学特性和装置的传递特性有机地结合起来，形成了化学工程学的一个重要分支。它以工业反应过程为主要研究对象，以反应技术的开发、反应过程的优化和反应器设计为主要研究内容。2.工业反应器¾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

2、度大¾生产规模大250万T/年－1000万T/年催化裂化（ф10m,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长循环管聚丙稀高低并列的提升管FCC装置80万吨/年加氢裂化装置釜式反应器环管反应器(1)反应器的传递特性工业反应器中存在着物料的混合与流动、传质与传热等一系列带有共性的工程技术问题。这些传递特性将伴随着化学反应过程而同时发生，影响着反应器内反应物、产物的浓度分布及温度分布，进而影响到反应器内某一组分的反应速率。所以对化学反应而言，

3、传递过程往往被称为宏观动力学因素。因此在化学反应工程里所研究的动力学包括两个层次的动力学：①本征动力学，又称微观动力学。它是指没有传递等工程因素影响时，化学反应固有的速率。该速率除反应本身的特性外，只与各反应组分的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有关。②宏观动力学,它是将本征动力学与反应器的传递等工程因素综合考虑的总反应速率。（2）反应器的类型•按相态分：均相、非均相，着重于表现传质特征•按操作方式分：连续操作、间歇操作、半连续操作•按几何形式分：管式反应器、釜式反应器、塔式反应器等•按传热条件分：等温反应器、绝热反应器、

4、非等温非绝热反应器•按传热形式来分，反应器可分成间壁传热式、直接传热式、蒸发传热式、外循环传热式和绝热式反应器几种。•按流体流动状态分：理想流动反应器、非理想流动反应器按几何形式分类：P166表4-1按几何形式分类的反应器型图结构特点适用场合及应用举例式号立4-1a标准型，带椭圆底适用于在液体介质内进行的各种反应式或折边球形底搅拌4-1b带锥形底适用结晶型产物或需静止分层的产物反应器4-1c半球形底压热反应，如氨化、水解等加压下的反应带固体沉淀物的反应，如β-氯蒽醌的氨4-2a卧式圆筒内设搅拌卧化式反应4-2b圆筒形，

5、内设钢球需要不断粉碎结块固体的场合，用于固器或磁球，筒体旋转相缩合反应等气相或均液相反应，如裂解、氨化及水解4-3a水平管式等反应管式气液相反应，带悬浮固体的液固或气液固垂直排管反4-3b反应，如液相催化加氢应4-3c环形管内设搅拌器非均液相反应，如芳烃的硝化反应器水平管带螺杆搅拌粘稠物料与半固态物料的反应，如固相缩4-3d器合圆柱形塔体内设档气液相反应，气液固三相反应，如芳烃液相4-4a板及鼓泡器氧化及烃化反应、硝基化合物加氢还原塔4-4b塔内部有填充物气体的化学吸收，苯的沸腾氯化制氯苯式塔体内部有塔板结反气液相逆流

6、操作的反应，要求伴随蒸馏的化4-4c构应学反应，如酯化反应，异丙苯氧化反应器气液、液液、液固等非均相反应及要求伴随塔体内部有搅拌装4-4d萃取的化学反应，如烃类液相氧化、硝化废置或脉冲振动装置酸的萃取单筒体内装催化气固、液固、气液固相催化反应，如硝基4-5a固定床剂化合物气相加氢还原及液相加氢还原反应器列管式，管内装反应热较大的快速气固相催化反应，如芳4-5b催化剂烃的气相催化氧化圆筒体，催化剂放热量较大的气固相或气液固相催化反流化床4-6靠气速或液应，如芳烃的氧化、硝基化合物的催化加反应器速呈流化状态氢还原图型式结构

7、特点适用场合及应用举例号与固定床反应器相似，但催化剂移动床气固相反应，如二甲苯异构、矿4-7自反应器顶部连续加入，整个床反应器石焙烧层逐渐向下移动，由底部排出气液、液液相快速反应，如某些喷射型4-8类似喷射器结构中和及酯化反应、反应器气体的化学吸收液相、气液相等快速反应，如烷泵式4-9类似水环泵式透平泵结构基苯的磺化反应、反应器酸性硝基化合物中和3.化学反应工程学的研究方法逐步放大，安全可靠，费时成本高。数学模型放大，用数学语言表达化学反应过程中，各变量间的关系二、化学反应工程中的基本概念1.关于体积反应器体积V指反应

8、设备中的全部空间所占有的体积，m3；R反应体积V指反应器中实际进行化学反应的区域所占有的体积（反应器的有效体积），m3；V不一定与V相同。R2.关于时间①反应时间t在间歇反应器中，反应物料从开始反应至达到要求r的转化率所持续的时间。②停留时间t在连续流动反应器中，物料质点从反应器入口到出口所经历的时间。平均停留时间：物料流中各质点