【正文】 型方法 數(shù)學(xué)模型方法是化學(xué)反應(yīng)工程的基本研究方法，是通過對復(fù)雜過程的分析，進(jìn)行合理的簡化，并用一定的數(shù)學(xué)方法予以描述，使其符合實(shí)際過程的規(guī)律性，然后加以求解。數(shù)學(xué)模型方法的基本特點(diǎn)：（1）簡化：把一個復(fù)雜的實(shí)際問題簡化為物理圖像簡單的物理模型。（2）等效性：所得的簡化模型必須基本上等效于考察對象。（3）模型簡化的程度體現(xiàn)在模型參數(shù)的個數(shù)。一般來說，保證等效的前提下，越少越好。二、軸向混合模型在活塞流的基礎(chǔ)上迭加一個軸向擴(kuò)散的校正。5’15’15’講授內(nèi)容綱要、要求及時間分配（附頁）理論上軸向混合模型可描述返混量介于零和無窮大之間的任何非理想流動，但實(shí)際上該模型主要用于描述與平推流偏離不大的非理想流動，如固定床反應(yīng)器和管式反應(yīng)器中的流動狀況。三、多級串聯(lián)全混流模型將一個實(shí)際反應(yīng)器的返混情況等效于若干級等體積的全混釜的返混。求解過程及結(jié)果：可知,N越大,σ2越小。 當(dāng)N→∞時,σ2=0,為活塞流。當(dāng)N=1, σ2=1為全混流.第四節(jié)　混合程度及對反應(yīng)結(jié)果的影響一、停留時間分布對固相加工反應(yīng)結(jié)果的影響對于固相加工反應(yīng)過程，顆粒停留時間分布對反應(yīng)結(jié)果的影響依賴于反應(yīng)過程的特征，即反應(yīng)結(jié)果與停留時間的關(guān)系。就反應(yīng)轉(zhuǎn)化程度而言，停留時間分布對它是有害的，這也就是為什么返混對反應(yīng)速率來說總是不利因素的原因。二、固相加工反應(yīng)過程的計(jì)算（自學(xué)）三、微觀混合及對反應(yīng)結(jié)果的影響滴際混合和徽團(tuán)間混合狀態(tài)只有在返混存在的情況下，才會對化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果產(chǎn)生影響。對于一級反應(yīng)而言，滴際混合的程度對反應(yīng)速率毫無影響。級數(shù)大于一級，滴際混合對反應(yīng)速率不利；反之，級數(shù)小于一級則有利。而且級數(shù)偏離一級越遠(yuǎn)，其影響越大。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率越高，它的影響程度也越大?！　　　　　〉谖骞?jié)　非理想流動反應(yīng)器的計(jì)算反應(yīng)器計(jì)算的內(nèi)容：根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和要求達(dá)到的轉(zhuǎn)化率確定反應(yīng)體積；根據(jù)反應(yīng)體積和規(guī)定的生產(chǎn)條件計(jì)算平均轉(zhuǎn)化率。一、軸向混合模型反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率1. 物料衡算方程 穩(wěn)定等容過程，對dVR作A的物料衡算： [A進(jìn)入量]－[A離開量]－[A反應(yīng)量]＝015’10’10’5’10’ 講授內(nèi)容綱要、要求及時間分配（附頁）列物料衡算式，并求解得轉(zhuǎn)化率：dlV0uuV0l=0l=Luc　　二、多級串聯(lián)全混流模型反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率例題4－4，P134小結(jié)10’5’教 案姓名 汪海 2010 ～ 2011 學(xué)年第 二 學(xué)期 時間 節(jié)次 34課程名稱化學(xué)反應(yīng)工程授課專業(yè)及層次2008級化學(xué)工程與工藝本科授課內(nèi)容51固定床氣固相催化反應(yīng)器的類型5－2固定床流體力學(xué)學(xué)時數(shù)2教學(xué)目的了解固定床氣固相催化反應(yīng)器的基本類型；學(xué)習(xí)固定床流體力學(xué)相關(guān)知識重　　點(diǎn)固定床流體力學(xué)相關(guān)知識難　　點(diǎn)固定床流體力學(xué)相關(guān)知識自學(xué)內(nèi)容催化劑、固定床催化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型使用教具多媒體相關(guān)學(xué)科知識物理化學(xué) 、流體力學(xué)教 學(xué) 法講授、討論、閱讀講授內(nèi)容綱要、要求及時間分配復(fù)習(xí)：非理想流動模型非理想流動反應(yīng)器的計(jì)算新課：　　　　　　第五章　固定床氣固相催化反應(yīng)工程5－1 固定床氣－固相催化反應(yīng)器的基本類型一、固定床反應(yīng)器：流體以一定的流速流過靜止的催化劑顆粒構(gòu)成的床層進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的裝置，稱為 “固定床反應(yīng)器”。固定床反應(yīng)器應(yīng)用于：化學(xué)工業(yè)生物化工 固定化酶催化反應(yīng) 固定化細(xì)胞的反應(yīng)過程 固定化微生物水處理過程 固態(tài)發(fā)酵固定床的優(yōu)點(diǎn)： （1）床層內(nèi)流體的流動接近于平推流，反應(yīng)過程中推動力大，反應(yīng)速度快，完成同樣的生產(chǎn)任務(wù)所需的催化劑體積??； （2）流體的停留時間易于控制，溫度分布可以調(diào)節(jié)，有利于反應(yīng)速率和選擇性的提高； （3）固定床中催化劑不易磨損，催化劑壽命長，可以在高溫高壓下進(jìn)行操作。固定床的缺點(diǎn)：傳熱性能較差，對于反應(yīng)熱效應(yīng)大的過程，傳熱和控溫就是重要的過程。二、固定床氣－固相催化反應(yīng)器的基本類型絕熱床：（1）單層絕熱床（2）多段絕熱床：多段間接換熱式、多段直接換熱式5’15’10’講授內(nèi)容綱要、要求及時間分配（附頁）連續(xù)換熱式固定床反應(yīng)器外熱式、 自熱式 三、固定床催化反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型（自學(xué)）第二節(jié) 固定床流體力學(xué)一、固定床的物理特性非中空固體顆粒的當(dāng)量直徑 ：體積相當(dāng)直徑：與顆粒體積相同的圓球（Spheric pellet）直徑，表面積當(dāng)量直徑：比表面積當(dāng)時直徑：形狀系數(shù)：表征顆粒形狀與圓球的差異程度?。?）定義：　　　　?。?）形狀系數(shù)測定方法： c. 規(guī)則顆?？捎?jì)算得固定床當(dāng)量直徑固定床的空隙率及徑向流速分布： （1）床層空隙率定義：（2）影響床層孔隙率的因素：顆粒形狀、顆粒的粒度分布、填料方式、顆粒直徑與容器直徑之比等。10’10’10’5’ 講授內(nèi)容綱要、要求及時間分配（附頁）二、單向流體在固定床中的流動及壓力降流動特性：受孔道復(fù)雜性的影響，流動狀態(tài)的改變是逐漸過渡的過程單相流體流過固定床的壓力降 （1）壓力降產(chǎn)生的原因：216。 流體與顆粒表面積的摩擦力；216。 流體流動過程中孔道截面積突然擴(kuò)大或收縮而引起的流體對顆粒的碰撞和再分布。（2）壓力降的計(jì)算 影響壓力降的因素： (1)流體的物理性質(zhì)：粘度（Viscosity）,density 。 moss flowrate(2)床層的物理性質(zhì)：流通截面積，顆粒的size , shape , roughness三、固定床中流體的徑向及軸向混合 徑向和軸向擴(kuò)散系數(shù) 固定床反應(yīng)器中的流體混合　a．徑向：根據(jù)理論分析和實(shí)測結(jié)果， b. 軸向：軸向混合擴(kuò)散系數(shù)小，一般取固定床反應(yīng)器消除軸向返混的條件：　　小結(jié)15’15’5’教 案姓名 汪海 2010 ～ 2011 學(xué)年第 二 學(xué)期 時間 節(jié)次 34課程名稱化學(xué)反應(yīng)工程授課專業(yè)及層次2008級化學(xué)工程與工藝本科授課內(nèi)容53固定床熱量與質(zhì)量傳遞過程54絕熱式固定床催化反應(yīng)器學(xué)時數(shù)2教學(xué)目的學(xué)習(xí)固定床熱量與質(zhì)量傳遞規(guī)律，了解常見的固定床反應(yīng)器重　　點(diǎn)固定床熱量與質(zhì)量傳遞規(guī)律難　　點(diǎn)固定床熱量與質(zhì)量傳遞規(guī)律自學(xué)內(nèi)容典型絕熱催化床反應(yīng)器使用教具多媒體相關(guān)學(xué)科知識物理化學(xué) 教 學(xué) 法講授、討論、閱讀講授內(nèi)容綱要、要求及時間分配復(fù)習(xí)：固定床氣固相催化反應(yīng)器的類型固定床流體力學(xué)：當(dāng)量直徑、形狀系數(shù)、床層壓力降新課： 第三節(jié) 固定床熱量與質(zhì)量傳遞過程一、固定床的徑向傳熱分析 ：固定床傳熱過程（以放熱反應(yīng)為例）包括：（1）空隙內(nèi)流體的傳熱，與流體的導(dǎo)熱系數(shù) 有關(guān)； （2）顆粒間通過接觸面?zhèn)鳠幔c顆粒給熱系數(shù)有關(guān)；（3）顆粒表面流體之間的傳熱與 有關(guān)；（4）顆粒表面之間的輻射傳熱，給熱系數(shù)為；（5）通過固體顆粒的傳熱，與固體導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)；（6）空隙內(nèi)部流體的輻射傳熱，給熱系數(shù)為。（7）流體通過固定床時，由于流體混合而引起的徑向?qū)α鱾鳠?，?dǎo)熱系數(shù) 。研究固定床傳熱問題的兩種不同處理方法(1)分別測定床層的徑向有效導(dǎo)熱系數(shù)和壁給熱系數(shù)。(2)將和合并一起，測定整個固定床層對壁的給熱系數(shù)5’20’講授內(nèi)容綱要、要求及時間分配（附頁）二、傳熱過程分析固定床的有效導(dǎo)熱系數(shù) 　　床層反應(yīng)器壁的總給熱系數(shù) (1)對于玻璃或低導(dǎo)熱系數(shù)的瓷質(zhì)球狀顆粒： (2）對于銅，鐵等高導(dǎo)熱系數(shù)的球狀顆粒： 三、固定床徑向及軸向傳熱的偏微分方程假定：(1)由于軸向有效導(dǎo)熱系數(shù)值遠(yuǎn)低于徑向有效導(dǎo)熱系數(shù)，軸向熱傳導(dǎo)可略去不計(jì)，即只考慮軸向隨流體帶入及帶出的顯熱。(2)假定床層內(nèi)各點(diǎn)的固體溫度與流體溫度相同，即不考慮固體與流體間的溫度差。(3)略去溫度對熱容的影響。熱量衡算：取圖520所示的微元體做衡算范圍10’15’20’ 講授內(nèi)容綱要、要求及時間分配（附頁）將上式化簡推導(dǎo)得：固定床內(nèi)徑向與軸向傳熱的偏微分方程。 第四節(jié) 絕熱式固定床催化反應(yīng)器 一、工業(yè)生產(chǎn)中，絕熱固定床反應(yīng)器應(yīng)用廣泛，其突出特點(diǎn)：（1）與外界沒有熱交換，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；（2） 很大，可以不考慮壁效應(yīng)，流速分布均勻；（3） ，可以不考慮軸相返混，流體成平推流流動；（4）其他的影響因素可以一并并入催化劑活性校正系數(shù)。二、絕熱溫升及絕熱溫降 絕熱溫升：溫度變化與轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系三、典型絕熱催化床反應(yīng)器自學(xué)　　小結(jié)10’15’5’