【正文】 化學(xué)反應(yīng)工程 孫萍 675457 Chemical Reaction Engineering 2022/9/19 要求： ? 必修課 ? 平時(shí)成績(jī) 30% 作業(yè) 出勤 實(shí)驗(yàn) ? 期末成績(jī) 70% ? BB: 化學(xué)反應(yīng)工程 ? 注冊(cè)碼： 051052 學(xué)時(shí)： 56+16 2022619 2022年 3月 3日，全國(guó)政協(xié)十一屆四次會(huì)議，再次提出了我國(guó) 科技成果轉(zhuǎn)化率 不到 20%，而發(fā)達(dá)國(guó)家高達(dá) 70、 80%。 化學(xué)反應(yīng) 工程 2022/9/19 ? 工業(yè)規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)較之實(shí)驗(yàn)室規(guī)模要復(fù)雜得多 ， 在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上影響不大的質(zhì)量和熱量傳遞因素 ， 在工業(yè)規(guī)?？赡芷鹬鲗?dǎo)作用 。 在工業(yè)反應(yīng)器中既有化學(xué)反應(yīng)過(guò)程 ， 又有物理過(guò)程 。 物理過(guò)程與化學(xué)過(guò)程相互影響 ， 相互滲透 ， 有可能導(dǎo)致工業(yè)反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模大相徑庭 。 與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模反應(yīng)不同： 2022/9/19 ? 工業(yè)反應(yīng)器中對(duì)反應(yīng)結(jié)果產(chǎn)生影響的主要物理過(guò)程是： ? (1)由物料的不均勻混合和停留時(shí)間不同引起的傳質(zhì)過(guò)程； ? (2)由化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)產(chǎn)生的傳熱過(guò)程； ? (3)多相催化反應(yīng)中在催化劑微孔內(nèi)的擴(kuò)散與傳熱過(guò)程 。 ? 這些物理過(guò)程與化學(xué)反應(yīng)過(guò)程同時(shí)發(fā)生 。 2022/9/19 ? 從本質(zhì)上說(shuō) ， 物理過(guò)程不會(huì)改變化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)規(guī)律 ， 即反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律不因?yàn)槲锢磉^(guò)程的存在而發(fā)生變化 。但是流體流動(dòng) 、 傳質(zhì) 、 傳熱過(guò)程會(huì)影響實(shí)際反應(yīng)場(chǎng)所的溫度和參與反應(yīng)的各組分濃度在空間上的分布 ， 最終影響到反應(yīng)的結(jié)果 。 2022/9/19 化學(xué)反應(yīng)工程 化學(xué)反應(yīng)的工程化，研究化學(xué)反應(yīng)的工程問(wèn)題 Recycle Products Raw materials Physical Treatment steps Physical Treatment steps Chemical Treatment steps 典型化工過(guò)程 (Typical chemical pocess) 預(yù)處理 后處理 核心 2022/9/19 2022/9/19 ? 選用教材： 《 化學(xué)反應(yīng)工程 》 ，陳甘棠主編，化學(xué)工業(yè)出版社 ? 主要參考書(shū)： 《 化學(xué)反應(yīng)工程 》 ，朱炳辰主編，化學(xué)工業(yè)出版社 Chemical Reaction Engineering, by Levenspiel O. Elements of Chemical Reaction Engineering by Scott Fogler 動(dòng)力學(xué)方程 反 應(yīng) 器 類(lèi) 型 熱量橫算方程 動(dòng)量橫算方程 反 應(yīng) 器 體 積 操 作 條 件 化學(xué)反應(yīng)工程 均相反應(yīng) 非均相反應(yīng) 動(dòng)力學(xué)方程 物料衡算 熱量衡算 動(dòng)量橫算 2022/9/19 2022/9/19 化學(xué)反應(yīng)速率 +反應(yīng)器 其核心內(nèi)容是： ?著重研究傳遞過(guò)程對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 。 ?化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)條件之間的關(guān)系 ，即化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)； ?研究不同類(lèi)型反應(yīng)器的特點(diǎn)及其與化學(xué)反應(yīng)結(jié)果之間的關(guān)系 。 ?對(duì)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行工程分析； ?制定合理的技術(shù)方案和操作條件； ?進(jìn)行反應(yīng)器或反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化 。 2022/9/19 課程目的： 一 用理論指導(dǎo)和解決反應(yīng)過(guò)程開(kāi)發(fā)中的放大問(wèn)題； 二 實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程的最優(yōu)化； 四 開(kāi)發(fā)新的反應(yīng)技術(shù)和新的反應(yīng)設(shè)備； 三 改進(jìn)和加強(qiáng)現(xiàn)有的反應(yīng)技術(shù)和設(shè)備； 五 不斷發(fā)展反應(yīng)工程學(xué)的理論和方法。 2022/9/19 第一章 緒論 1 化學(xué)反應(yīng)工程的范疇和任務(wù) 2 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程分類(lèi) 3 化學(xué)反應(yīng)工程的研究方法 4 發(fā)展趨勢(shì) 2022/9/19 第一階段：古代的化學(xué)生產(chǎn) （ 17世紀(jì)以前 ） 這一時(shí)期經(jīng)歷了實(shí)用化學(xué) 、 煉丹和煉金 、 醫(yī)藥化學(xué)和冶金化學(xué)等時(shí)期 。 早期化學(xué)知識(shí)來(lái)源于人類(lèi)的生產(chǎn)和生活實(shí)踐 。同時(shí)在人類(lèi)對(duì)自然界萬(wàn)物的本原構(gòu)成的探索中 ， 誕生了古代樸素的元素觀 。 古代化學(xué)具有實(shí)用和經(jīng)驗(yàn)的特點(diǎn) ， 尚未形成理論體系 、 是化學(xué)的萌芽時(shí)期；另一方面 ， 尚未形成有規(guī)模的化學(xué)加工實(shí)踐 。 一、化學(xué)反應(yīng)工程的范疇和任務(wù) 化學(xué)工程發(fā)展史及化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科的形成 2022/9/19 ? 生產(chǎn)硫酸 2022/9/19 ? 第二階段：近代化學(xué)工業(yè)從十八世紀(jì)末開(kāi)始 ， 以硫酸 ， 硝酸 ， 純堿的工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)過(guò)程為開(kāi)端 ， 至 20世紀(jì)初 ， 出現(xiàn)了載入化工發(fā)展史冊(cè)的合成氨的工業(yè)生產(chǎn) 。 化學(xué)工程發(fā)展史及化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科的形成 Fritz Haber (1868 1934) 生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大要求人們對(duì)生產(chǎn) 過(guò)程的規(guī)律有更為透徹的了解，需要既懂工程又熟悉化學(xué)知識(shí)。促使工程與化學(xué)相結(jié)合 2022/9/19 ? 20世紀(jì)初 ， 英國(guó)的 Davis,美 Walker,Lewis等提出了 “ 化學(xué)工程 ” 的概念 ， 發(fā)展成為以“ 單元操作 ” （ unit operations） 為基本研究?jī)?nèi)容的化學(xué)工程學(xué) 。 第一次綜合 。 第三階段：現(xiàn)代化學(xué)工業(yè) (二戰(zhàn)前后 )，原料路線、技術(shù)和設(shè)備方面都有巨大的變化和進(jìn)步，在以石油和天然氣為主要原料的化學(xué)工業(yè)中，各種催化反應(yīng)被廣泛應(yīng)用，這就要求在反應(yīng)技術(shù)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)方面作出重大努力。尤其是在生產(chǎn)規(guī)模日益大型化的趨勢(shì)下，其影響就更大了，促使化學(xué)工程學(xué)科形成了第二次理論綜合：即， 從動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞 的角度深入研究化工生產(chǎn)的物理變化過(guò)程，以及從“化學(xué)反應(yīng)工程”的角度來(lái)研究化工生產(chǎn)的化學(xué)過(guò)程。從而使化學(xué)工程學(xué)科上升為一門(mén)具有完整理論體系的全面學(xué)科。三傳一反。 化學(xué)工程發(fā)展史及化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科的形成 2022/9/19 ? 美國(guó) Bird等編寫(xiě)了 《 傳遞現(xiàn)象 》 這部歷史性的著作 Transport Phenomena 化學(xué)工程發(fā)展史及化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科的形成 2022/9/19 反應(yīng)工程概念的提 出 2022/9/19 反應(yīng)工程概念的提 出 萌芽階段： 1937年，丹克萊爾在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)十分貧乏的情況下，較系統(tǒng)地論述了 擴(kuò)散、流體流動(dòng)和傳熱對(duì)反應(yīng)器產(chǎn)率的影響 ，為化學(xué)反應(yīng)工程的創(chuàng)立奠定了基礎(chǔ)。（被認(rèn)為是化學(xué)動(dòng)力學(xué)發(fā)展到 “ 工程技術(shù) ” 階段的標(biāo)志。）奠定基礎(chǔ)。 30年代，石油化學(xué)工業(yè)剛剛興起。提出了單元操作和單元過(guò)程等概念。 單元操作 —— 單元過(guò)程 —— 一、化學(xué)反應(yīng)工程的范疇和任務(wù) 流體輸送，蒸餾，干燥等專(zhuān)管物理工序。 磺化，水解，加氫等專(zhuān)管化學(xué)反應(yīng)工序。 2022/9/19 初步形成： 1947年 ， 出版了兩本書(shū) : . Watson所著的 Chemical Process Principles 《 化學(xué)過(guò)程原理 》 的第三卷 ， 專(zhuān)門(mén)講述 動(dòng)力學(xué)與催化過(guò)程 ,以及法蘭克 卡明涅斯基 《 化學(xué)動(dòng)力學(xué)中的擴(kuò)散與傳熱 》 ； 40年代 ， 第二次世界大戰(zhàn) ， 三個(gè)重要的過(guò)程開(kāi)發(fā)研究工作： 流化床催化裂化 汽油 丁苯橡膠乳液聚合 （汽車(chē)）輪胎 曼哈頓計(jì)劃 原子彈（氣體擴(kuò)散提煉濃縮鈾 U238） ?總結(jié)了化學(xué)反應(yīng)與傳遞現(xiàn)象之間的相互關(guān)系。 探討了反應(yīng)器設(shè)計(jì)問(wèn)題 。為學(xué)科的形成起了一定的作用。 2022/9/19 五十年代 ， 石油化工迅猛發(fā)展 ， 反應(yīng)器規(guī)模不斷擴(kuò)大 。 對(duì)反應(yīng)器的放大問(wèn)題的研究 ， 使人們認(rèn)識(shí)到 ， 任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器中進(jìn)行時(shí)不可避免地伴隨著 三傳 現(xiàn)象 ， 必須 將化學(xué)反應(yīng)與 三傳 同時(shí)結(jié)合起來(lái)加以考慮和分析 。 另外 ， 又提出了一些重要的基本概念 。 如 返混 ， 反應(yīng)器穩(wěn)定性 ， 微觀混合 ， 伴有化學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì) 等 。 推動(dòng)了學(xué)科的發(fā)展 。 1957年 ， 在荷蘭首都 （ 阿姆斯特丹 ） 舉行了第一次歐洲化學(xué)反應(yīng)工程會(huì)議 。 荷蘭 van Krevelen作首篇綜合性報(bào)告： Microand MacroKiics， 提出化學(xué)反應(yīng)工程的概念 ， 意在系統(tǒng)深入地研究 伴有物理過(guò)程即傳遞現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程 。 正式提出了 化學(xué)反應(yīng)工程學(xué) 的概念 。 2022/9/19 成熟階段： 60年代石油化工的大發(fā)展 ， 生產(chǎn)的日趨大型化和單機(jī)化 ， 及原料加工的不斷發(fā)展使其進(jìn)入黃金時(shí)代并日趨成熟 。 1960年 ， 召開(kāi)了第二次歐洲化學(xué)反應(yīng)工程會(huì)議 。 從那以后 ， 每四年舉行一次 。 1970年 ， 在美國(guó)首都 (華盛頓 )召開(kāi)了第一次國(guó)際化學(xué)反應(yīng)工程討論會(huì) ， 以后每?jī)赡昱e行一次 。 70年代中期 ， 《 反應(yīng)工程 》 向深度和廣度發(fā)展 ， 出現(xiàn)了關(guān)于 gl、 gls反應(yīng)器 、 生化反應(yīng)工程 等方面的專(zhuān)著 。 1979年 ， 我國(guó)派代表參加了國(guó)際化學(xué)反應(yīng)工程會(huì)議 （ 以張