聚合反应器的基本原理

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1、第七章化学反应工程学----反应器基本原理第一节概述一、化学反应工程学的发展20世纪30年代德国科学家丹克莱尔在当时实验数据十分贫乏的情况下,较系统地论述了扩散、流体流动和传热对反应器产率的影响，为化学反应工程奠定了基础，40年代末期，霍根和华生的著作《化学过程原理》及前苏联学者弗兰克—卡明涅斯基的著作《化学动力学中的扩散与传热》相继问世，总结了化学反应与传递现象的相互关系，探讨了反应器设计的问题，对化学反应工程学的发展起到了巨大的推动作用。1957年荷兰阿姆斯特丹举行的欧洲第一届化学反应工程会议上，正式确定了“化学反应工程学”这一学科的名称。6

2、0年代石油化工的大发展，生产日趋大型化以及原料深加工向化学反应工程领域提出了一系列的课题，加速了这一学科的发展。特别是后来计算机的应用，解决了不少复杂的反应器设计与控制问题。80年代后，随着高新技术的发展和应用（如微电子器件、光导纤维、新材料及生物技术的应用等），扩大了化学工程的研究领域，形成了一些新的学科分支，如生化反应工程、聚合物反应工程、电化学反应工程等，将化学反应工程的研究推到了一个崭新的阶段。二、化学反应工程学研究的内容和方法研究的内容：（1）通过深入地研究，掌握传递过程的动力学和化学动力学共同作用的基本规律，从而改进和深化现有的反应技

3、术和设备，降低能耗，提高效率。（2）开发新的技术和设备。（3）指导和解决反应过程开发中的放大问题。（4）实现反应过程的最优化。研究的方法：数学模型在化学工程中，数学模型主要包括以下内容：（1）、动力学方程式对于均相反应，可采用本征速率方程式；对于非均相反应，一般采用宏观速率方程式。（2）、物料衡算式流入量=流出量+反应消耗量+累积量（3）、热量衡算式物料带入热=物料带出热+反应热+与外界换热+累积热（4）、动量衡算式输入动量=输出动量+动量损失（5）、参数计算式主要是指物性参数、传递参数及热力学等计算公式。三、化学反应工程学与相关学科的关系传递工

4、程化学反应工程反应器的设计化学动力学化学热力学反应器中流体流动与传热反应工艺流程与设备化学工艺工程控制化学催化剂与反应条件最佳化反应系统中测量与控制四、化学反应过程和化学反应器的分类（一）、化学反应过程分类分类特征反应过程反应特征简单反应、复杂反应（平行的、连串的等）热力学特征可逆的，不可逆的相态均相（气、液），非均相（气-液，气固、液固、气-液-固）时间特征定态，非定态控制步骤化学反应控制，外部扩散控制，内部扩散控制，吸附或脱附控制判断反应结果的好坏主要两个因素：反应速率、反应的选择性1、反应速率反应速率是指单位时间、单位体积反应物系中反应物或

5、生成物的变化量。如果在反应过程中体积是恒定的，也就是恒容过程。则上式可写成：正号----表示产物的生成速率负号----表示反应物的消失速率各组分的反应速率为：各组分反应速率之间的关系：根据实验研究发现：均相反应的速度取决于物料的浓度和温度，这种关系可以用幂函数的形式表示，就是动力学方程式：k----反应速率表常数，可以根据阿伦尼乌斯（Arrhenius）方程求得：2、转化率对于间歇系统对于连续流动系统，转化率则以下式表示：对于等温、恒容反应，可以用浓度表示：3、反应的选择性aApP（目的产物）qQ（副产物）反应的选择性是指生成的目的产物量与已转化

6、的反应物量之比。收率：生成目的产物的量比加入反应物的量收率、转化率与选择性之间的关系为：有时也用质量收率表示：（二）、反应器的分类1、按反应物料的相态分类：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2

7、、按反应器的结构型式分类结构型式适用的相态应用举例反应釜液相，气-液相液-液相，液固相药物的合成、染料、中间体合成、树脂合成管式气相，液相轻质油裂解，高压聚乙烯鼓泡塔气-液相，气-液-固相变换气的碳化，苯的烷基化，二甲苯的氧化固定床气-固相SO2氧化，乙苯脱氢半水煤气的产生流化床气-固相硫铁矿焙烧，萘氧化制苯酐回转筒式气-固相，固-固相水泥生产喷嘴式气相，高速反应的液相氯化氢的合成，天然气裂解制乙炔3、按操作方式分类1）、间歇操作2）、连续操作3）、半连续半间歇操作五、理想均相反应器1、理想间歇反应器反应器理想化的条件：反应物粘度小、搅拌均匀、压

8、强、温度均一（任一时刻物料的组成，温度均一），这就是理想间歇反应器（batchreactor简称BR）特点：操作具有较大的灵活性，操作弹