化工热点问题(讨论课)2011

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1、化学工程中的热点问题HotspotsinChemicalEngineering浙江大学化学工程系李希观点讨论1教师简介——李希（教授，博士生导师）研究方向：多相体系化学反应工程化工过程数学模拟化工流体力学办公地址：玉泉校区教十5024电话：87952210，13588012101Email：lixi@zju.edu.cn教学ppt下载地址FTP：10.13.34.100用户名：CE密码：CE1.化学工程——是干什么的？2.环境问题——CO2往哪里去？3.能源问题——远水还是近渴？4.资源问题——煤

2、制燃料还是煤制材料？以下将要阐述的问题——1.化学工程——它是干什么的？定义、方法论、学科领域以下将要阐述的问题——什么是化学工程？1化学工程——什么是化学工程？ChemicalEngineering化工与化学区别在哪里？化工与物理有什么联系？化工的研究对象是什么？化工解决什么问题？化工有什么特有的方法？1化学工程——Chemicalengineeringisthebranchofengineeringthatdealswiththeapplicationofphysicalscience(e.g

3、.chemistryandphysics),withmathematics,totheprocessofconvertingrawmaterialsorchemicalsintomoreusefulorvaluableforms……Chemicalengineeringareforthemosteconomicalprocess.——Wikipedia什么是化学工程？1化学工程——ChemicalEngineering定义研究工业规模的物质转化规律及技术手段研究对象质量传递动量传递能量传递化学反应

4、过程解决的问题装置放大过程设计什么是化学工程？什么是化学工程？1化学工程——进一步的问题化工与化学区别在哪里？为什么要研究“三传”和“一反”？放大(ScaleUp)是怎么一回事？放大是怎么回事？放大是自然界的普遍现象尺寸效应的理解示例——买西瓜为什么要挑大的？小锅菜为什么比大锅菜好吃？运动员比赛为什么要按体重分级？什么是化学工程？尺寸效应的理解示例——南方人为什么瘦小、北方人为什么高大？冷地方的动物为什么更胖？大飞机省油还是小飞机省油？什么是化学工程？思考题伽利略400多年前在比萨斜塔上的落球实验

5、是近代实验科学的标志，如果将铅球改成塑料泡沫球结果会一样吗？大球先落地还是小球先落地？为什么？什么是化学工程？为什么实验室装置与工业装置的结果会有不同？时间尺度随空间尺寸增加而增大大装置混合变慢线速度随尺度增加而增大发酵中的搅拌问题小试结果放大后空速增加换热比表面积随尺度增加线性减小化工装置爆炸事故的原因之一Reynolds数变化导致流型改变什么是化学工程？放大到底是咋回事？放大是一种随尺度变化而产生的物理效应，与化学反应无关。这种效应将显著影响工业装置中的化学反应或其它形式的物质转化。因此，化学

6、工程才要研究“三传”及其对“一反”的影响。什么是化学工程？化学工程的方法论——解耦热模研究：考察化学反应规律冷模研究：考察流动与传递规律数学模型：反应器行为模拟中间实验：三种模型的结合工业设计典型技术——放大、强化、集成什么是化学工程？——方法论思考题化学工程主要研究三传一反，但三传我们不如物理学家，一反不如化学家，化学工程师的地位何在？什么是化学工程？典型案例——放大技术合成氨反应器的放大WTO反应器的放大F-T合成反应器的放大PTA反应器的放大化学工程的方法论——放大技术典型案例——合成氨反应

7、器N2+3H2==2NH3+Q催化剂：氧化铁颗粒条件：气固催化反应150Atm，450℃反应器类型——固定床放大瓶颈：反应热的移出（传热比表面随尺度增大降低）；热点的产生；颗粒与反应器热稳定性问题。化学工程的方法论——放大技术放大措施：增加管数，限制管径；径向床。相关研究热点问题固定床数学模拟放大颗粒与反应器稳定性理论固定床多尺度优化设计化学工程的方法论——放大技术典型案例——固定床仿生反应器设计（本课题组）固定床反应器的固有问题压降大，颗粒粗，阻力与内扩散的矛盾关键问题：onewayin,one

8、wayout解决方案——仿生型反应器设计分布式动脉进料系统分布式静脉出料系统组织细胞（催化剂）系统化学工程的方法论——优化设计技术FractalstructureinlifeTwo-dimensionalfractalstructureinleafFractalstructureinlifeThree-dimensionalfractalstructureinliverBionicconfigurationformicroreactorBiometricdesignofmicror