【正文】 /9/19 45萬噸 /年乙烯裂解球罐 2022/9/19 化學(xué)工藝 反應(yīng)器中流體 流動(dòng)、混合傳 熱和傳質(zhì) 化學(xué) 催化劑 優(yōu)化 工程控制 反應(yīng)過程分析 工藝路線流程與設(shè)備 化學(xué)熱力學(xué)與反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 反應(yīng) 過程動(dòng) 態(tài)特性與 反應(yīng)系統(tǒng) 測(cè)量和 控制 傳遞工程 化學(xué)反應(yīng)工程的范疇和任務(wù) 2022/9/19 化學(xué)熱力學(xué) ——確定物系的各種物性常數(shù)，討論反應(yīng)進(jìn)行的 如：計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率 反應(yīng)動(dòng)力學(xué) ——闡明 化學(xué)反應(yīng)速率 與各種物理因素（溫度、 濃度、壓力和催化劑等）之間的關(guān)系 影響反應(yīng)速率的內(nèi)因 —— 決定能否實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵所在， . 方向和限度， 平衡問題 2022/9/19 ? 常壓、低溫合成氨 反應(yīng)速率太慢而實(shí)際不可行 加入催化劑可以使其在適當(dāng)?shù)臏囟葔毫ο? 以顯著速率進(jìn)行反應(yīng) ? 甲烷裂解制乙炔 1500℃ 乙炔極不穩(wěn)定，似乎只能得到碳、氫 在極短時(shí)間內(nèi)（ ）反應(yīng)并淬冷到低溫 就可以得到乙炔 ——?jiǎng)恿W(xué)問題 所以，實(shí)際上起決定作用的往往是動(dòng)力學(xué)因素 2022/9/19 ?反應(yīng)器中流體流動(dòng)、混合傳熱與傳質(zhì) ——影響反應(yīng)速率的外因 如：非均相反應(yīng)、氣固反應(yīng)、催化劑表面的擴(kuò)散與吸附等 ——“放大效應(yīng)“產(chǎn)生的直接原因 ?設(shè)備型式、操作方式和流程 ——如：反應(yīng)器的種類（管式、釜式、流化床、固定床等）、操作方式（連續(xù)、分批） ——考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性 2022/9/19 ?傳遞工程 ——主要指“三傳”，流體流動(dòng)與物料混合情況，溫度、濃度分步等都直接影響反應(yīng)進(jìn)程。 ? 開發(fā)新技術(shù)和設(shè)備 。 2022/9/19 ? 反應(yīng)機(jī)理 單一、多重（平行，連串，平行連串） ? 反應(yīng)可逆性 可逆、不可逆 ? 反應(yīng)分子數(shù) 單分子、雙分子、三分子 ? 反應(yīng)級(jí)數(shù) 一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、零級(jí)、分?jǐn)?shù) ? 反應(yīng)熱效應(yīng) 吸熱、放熱 二、化學(xué)反應(yīng)工程內(nèi)容的分類和編排 ?按化學(xué)反應(yīng)的特性分類 2022/9/19 ? 按反應(yīng)物相態(tài)分類 非催化反應(yīng) 催化反應(yīng) 均相反應(yīng) 大部分氣相反應(yīng) 大部分液相反應(yīng) 快速反應(yīng)（燃燒等） 膠體反應(yīng) 酶和微生物反應(yīng) 非均相反應(yīng) 煤燃燒，礦石焙燒 氣－液吸收反應(yīng) 煉鐵，濕法冶金 合成氨，硝酸，硫酸 煉油，合成材料單體 2022/9/19 按反應(yīng)過程條件分類 ? 按傳熱條件分類 ， 分為 ? 1． 等溫反應(yīng)器 ， 整個(gè)反應(yīng)器維持恒溫 ， 這對(duì)傳熱要求很高 。 設(shè)備和管道交錯(cuò)復(fù)雜 。 ? 常見的有：塔式 、 管式 、 釜式等 ? 表 11例舉了一般反應(yīng)器的型式與特性 2022/9/19 工業(yè)化學(xué)反應(yīng)器的分類 2022/9/19 特征 ：長(zhǎng)度 管徑。 管式反應(yīng)器 2022/9/19 又稱 反應(yīng)釜，攪拌反應(yīng)器 特征 : 反應(yīng)器高度與直徑相當(dāng)或稍高。 釜式反應(yīng)器 2022/9/19 釜式反應(yīng)器 2022/9/19 各種 攪拌槳的形式 釜式反應(yīng)器 2022/9/19 攪拌釜的各種換熱形式 釜式反應(yīng)器 2022/9/19 釜式反應(yīng)器 2022/9/19 特征： 反應(yīng)器高度為直徑的數(shù)倍以至十幾倍。 塔式反應(yīng)器 2022/9/19 無論哪一種塔式反應(yīng)器，兩種流體可以成逆流，也可以并流操作 塔式反應(yīng)器 2022/9/19 環(huán)流反應(yīng)器 塔式反應(yīng)器 2022/9/19 ? 特征： 反應(yīng)器內(nèi)填充有固定不動(dòng)的固體顆粒。 管內(nèi)裝填催化劑，反應(yīng)物料自上而下通過床層；管間為載熱體，與管內(nèi)物料進(jìn)行換熱，以維持所需的溫度條件。 使用前提：放熱反應(yīng)，熱量大致平衡。 反應(yīng)流體與顆粒成逆流接觸。 適用： 液固及氣液固三相反應(yīng)。 優(yōu)點(diǎn) ：設(shè)計(jì)參數(shù)安全可靠，放大成功率高。 放大的主要依據(jù)是實(shí)驗(yàn)，是每種規(guī)模的宏觀實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是經(jīng)驗(yàn)性的，難以做到高倍數(shù)放大。 第二步反應(yīng)：過氧化氫異丙苯用硫酸作催化劑在液相中分解生 成苯酚和丙酮。 結(jié)果：過氧化氫異丙苯分解速率隨反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度、催 結(jié)果 化劑濃度的提高而加快；但為保證一定的轉(zhuǎn)化率，流量不能太 大。 2022/9/19 （ 3）反應(yīng)器放大 直徑為 40mm，長(zhǎng) 1712mm，體積為 器， 轉(zhuǎn)化率為 %。 2022/9/19 （ 4）反應(yīng)器設(shè)計(jì) 生產(chǎn)要求每小時(shí)處理過氧化氫異丙苯濃度為 方案二：反應(yīng)轉(zhuǎn)化率 %，以 ，反應(yīng)器體積為 。 ? 但是 對(duì)于化學(xué)反應(yīng)器而言，反應(yīng)的化學(xué)相似和反應(yīng)器的幾何相似及時(shí)間相似不能同時(shí)滿足 ? 所以 只適合物理過程的單元設(shè)備放大，不適用反應(yīng)器的放大 2022/9/19 模型放大 ? 用數(shù)學(xué)方法來描述工業(yè)反應(yīng)器中各參數(shù)之間的關(guān)系的方法，是 60年代發(fā)展起來的一種比較理想的反應(yīng)器放大方法。 ? 化學(xué)反應(yīng)工程的主要研究?jī)?nèi)容 ? 物理模型和數(shù)學(xué)模型的建立 2022/9/19 步驟： 1)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)驗(yàn)：新產(chǎn)品的合成、新型 發(fā)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。 目的：考察物理過程對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響，工業(yè)原料的影響等等。 4)中試：不但規(guī)模增大，且在流程與設(shè)備形式上都與生產(chǎn)車間十分接近。（因?yàn)檫@些項(xiàng)目的考察往往要經(jīng)歷很長(zhǎng)的時(shí)間。如美國(guó) Goodrich公司，用丙烯二聚生產(chǎn)異戊二烯，沒有經(jīng)過中試，直接由小試結(jié)果放大而成，放大倍數(shù)高達(dá) 17000倍 。 ? 基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)模型 分析，抽象，簡(jiǎn)化 物理模型，數(shù)學(xué)模型 實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)處理 模型參數(shù) 充分認(rèn)識(shí)客觀對(duì)象的基礎(chǔ)上抽象和提取其主要特征 在物理模型的基礎(chǔ)上建立的各特征量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系 抽象簡(jiǎn)化的要求： （ 1）不失真 （ 3）適應(yīng)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件 （ 2）滿足應(yīng)用要求 （ 4）適應(yīng)現(xiàn)有的計(jì)算能力 2022/9/19 （ b）數(shù)學(xué)模型的建立 ? 建立數(shù)學(xué)模型 參數(shù)計(jì)算式 動(dòng)力學(xué)方程式 物料、熱量、動(dòng)量衡算式 ? 求解數(shù)學(xué)模型的計(jì)算方法 ? 計(jì)算機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)及計(jì)算結(jié)果 2022/9/19 ? 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程： ? 反應(yīng)器模型的核心，確定反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的參數(shù)和操作條件的基礎(chǔ)，也是分析反應(yīng)器操作性能的依據(jù)。 ? 通式： A=IOR 2022/9/19 ? 熱量衡算方程式： ? 在質(zhì)量與能量守恒基礎(chǔ)上描述反應(yīng)系統(tǒng)中熱量轉(zhuǎn)移關(guān)系的數(shù)學(xué)方程。 2022/9/19 ? 參數(shù)計(jì)算式： ? 設(shè)計(jì)反應(yīng)器需要大量的物性參數(shù)和傳遞參數(shù)，這些參數(shù)往往是溫度或物料的函數(shù)。（等溫、恒容均液相催化分解反應(yīng)、不可逆一級(jí)反應(yīng)） 2022/9/19 四、反應(yīng)工程的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ? 對(duì)本學(xué)科的深入研究 解決傳統(tǒng)研究領(lǐng)域的問題 也有助于形成一些新興的課題 推動(dòng)其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展 ? 研究方法的不斷完善 ? 近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界倡導(dǎo)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的時(shí)空多尺度效應(yīng)。 ? 宇尺度即環(huán)境、大氣、海洋、土壤。 隨著生物技術(shù)的進(jìn)展 , 出現(xiàn)了生物化學(xué)工程 , 以解決生物反應(yīng)器和生物制劑分離等問題，如超過濾技術(shù)等。后在夏洛滕堡工業(yè)大學(xué)以有機(jī)化學(xué)方面的論文取得博士學(xué)位。德國(guó)首先施放氯氣毒氣于戰(zhàn)場(chǎng)。 1918年提出借熱化學(xué)循環(huán)來求出晶體點(diǎn)陣能的方法，稱為哈伯循環(huán)。著有 《 工業(yè)電化學(xué)的理論基礎(chǔ) 》 (1898)和 《 工業(yè)氣體反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 》 (1905)。( 2)1aBPAA A BCA B CA A B C A A B CA A B BABkkKPb P bPk P k P Pr k k P r k P k P Pb p b Pk k b k k b??????? ? ? ? ? ??????其 中其 中 ，2022/9/19 Free template from 122222221221.2( 1 ) 2( 2 ) 2 22.(( 2 )kkIIH H IH I H IIIH I H Ir k C k Cr k C C?????? ???????222I基 元 反 應(yīng)反 應(yīng) 物 分 子 一 步 直 接 轉(zhuǎn) 換 成 生 成 物 分 子 的 反 應(yīng) 為 基 元 反 應(yīng) 。1)r2022/9/19 Free template from 例題 1－