化学反应工程 教学课件 作者 刘军 主编第一章 绪论.pptx

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1、化学反应工程目录均相反应动力学基础2反应器内的流体流动3均相理想流动反应器4非均相反应动力学5非均相反应动力学6绪论1化学反应工程的分类1.2化学反应工程的研究方法1.3化学反应工程的发展、任务和范畴1.1第一章绪论1.1化学反应工程的发展、任务和范畴12化学反应工程发展简述化学反应工程的范畴和任务1.1.1化学反应工程发展简述自然界存在着物理变化和化学变化两种类型，其中物理变化可以不涉及化学变化，比如液态水结成冰，而化学变化过程总是和物理变化交织在一起，并和物理因素如温度、压力等密切相连。古代的金属冶炼、酒与醋的酿造、造纸

2、等都是一些典型的化学反应过程，多少个世纪以来，仍然停留在一门技艺的水平上，而达不到工程科学的高度。1.1.1化学反应工程发展简述直到第二次世界大战后，随着生产规模的大型化、化学动力学和传递工程研究的深入，终于在1957年在荷兰的阿姆斯特丹举行的第一次反应工程会议上确立了这一学科名称。1.1.1化学反应工程发展简述在随后的发展中，由于原料路线、技术和设备方面的进步，尤其是生产规模大型化的迫切要求，反应工程必须从过去以经验为主的状态，过度到有系统理论基础的轨道上来。加上实验手段日臻完善、计算机技术的发展，为化学反应工程的发展奠定

3、了良好的基础。1.1.1化学反应工程发展简述为此人们进行了广泛的研究工作，并取得了重大进展，从均相到非均相、从低分子体系到高分子体系、从反应动力学到传递过程、从定态到非定态、以及实验室研究到计算机模拟等，并扩展到生化、环化及电化学领域。1.1.2化学反应工程的范畴和任务化学反应工程是一门和其他学科交叉的工程学科，以化学反应为研究核心，研究在工业设备的尺寸下，传递和流体流动情况对化学反应的相互影响，从而深入了解反应器的特性，帮助人们进行反应器的选型、设计、优化操作和安全生产。图1-1化学反应工程范围示意图1.1.2化学反应工程

4、的范畴和任务反应动力学是研究反应速率与各项物理因素（温度、压力及催化剂等）之间的定量关系，是反应工程的一个重要基础，是化工生产的决定性因素，指导人们选择合适的反应条件和合格的反应设备，确定反应器的规格和处理能力等。1.1.2化学反应工程的范畴和任务催化剂的问题一般认为属于化学或工艺的范畴，但实际上牵涉到许多工程上的问题。如粒内的传热、微孔中的扩散、催化剂中活性组分的有效分布、催化剂扩大制备时各阶段操作条件对催化剂活性结构的影响、催化剂的活化和再生等等。这许多问题的阐明，不仅对过程的掌握有帮助，而且对催化剂的研制和改进也起到重

5、要的指导作用。所谓催化剂的工程设计，就是指的这一方面。1.1.2化学反应工程的范畴和任务装置中流体流动与混合的情况如何，温度与浓度的分布如何都直接影响到反应的进程，而最终离开装置的物料组成，就完全由组成这一物料的诸质点在装置中的停留时间和所经历的温度及浓度变化所决定。而装置中的这种动量传递、热量传递和质量传递(简称“三传”)过程往往是极复杂的。1.1.2化学反应工程的范畴和任务工业装置上采用的反应条件，不一定与小试或中试的一致。譬如在实验室的小装置内，反应器的直径很小，床层也薄，一般又常以气体通过床层的空间速度(m3气/m3

6、催化剂·h)作为反应条件的一种标志，但在放大后，床层的高／径比往往就不一样了，如要保持相同的空间速度，线速度就要改变，而线速度的大小又影响到压降、流体的混合和传热等情况，从而导致反应的结果不能再与小试时相同。1.1.2化学反应工程的范畴和任务至于反应器的型式、乍一看来，不外乎管式、釜式、塔式、固定床或流化床等，操作方式亦不外乎分批式、连续式或半连续式几种而已。但反应不同，规模不同，合适的反应器型式和操作方式也会不同，而且结果也不相同。1.1.2化学反应工程的范畴和任务对于工艺流程更是工艺与工程密切结合、综合考虑的结果。譬如为

7、了实现某一反应，可以有多种的技术方案，包括热量传递、温度控制、物料是否循环等等，何种方案最为经济合理，流程也就据此来进行调整。1.1.2化学反应工程的范畴和任务化学反应工程的任务应包括下述几个方面：对现有设备的改进和强化，达到安全、高产、低耗；新设备、新技术的开发；解决反应器的开发和放大问题；反应过程的最优化等。1.2化学反应工程的分类12化学反应的类型反应器的型式分类3反应器操作方法的分类1.2.1化学反应的类型化学反应可以按反应的条件（温度、压力、操作方式）、反应的特性（机理、可逆性、分子数、级数、热效应）、反应物系的相

8、类特征（均相、非均相）等不同的标准分类。表1-1即为按相态进行的分类情况。1.2.1化学反应的类型表1-1化学反应的相态分类相态举例特性均相气或液燃烧，裂解，中和，酯化，水解无相界面,反应速率只与温度或浓度有关非均相气-液相氧化，氯化，加氢，化学吸收等有相界面,实际反应速度与相界面大小及相