单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化学反响工程,Chemical Reaction Engineering,主要参考书：,1、姜信真?化学反响工程学概要?西北大学出版社,1985,2、朱炳辰?化学反响工程?第二版，化学工业出版社，,1998年,3、朱炳辰?化学反响工程?第三版，化学工业出版社，,2001年,4、李绍芬?化学与催化反响工程?化学工业出版社,1988,5、丁百全等?化学反响工程例题与习题?化学工业出版社,2001年,6、Octave Levenspiel Chemical Reaction Engineering 2002,化学工业出版社第一版,第一章 绪 论,Chapter 1 Preface and Overview of Chemical Reaction Engineering,典型的化工过程 Typical Chemical Process,物理处理,过程,物理处理,过程,化学反响,过程,原料,产品,循环物流,图1.1 典型的化工过程,Figure 1.1,Typical chemical process,单元,操作,单元,操作,过程之,核心,1.1 化学反响工程学的范畴与任务,1、化学反响工程开展概述,最初主要依靠经验(Experiences)，形成技艺(Technics)；然后去解决化学反响工程放大(Scale up to larger units)问题；,化学工程学科的开展促进反响工程学科开展；先有单元操作(Unit operations)，后有反响工程学科分支；,系统工程学科的开展要求反响技术及反响器设计方面能适应系统实现最优化目标；,非线性的复杂因素关联导致出现反响工程的分支,2、化学反响工程的范畴与任务,化学反响工程：研究化学反响工程问题的学科。,化学反响工程研究对象：化学反响及反响器的工程问题，将化学反响特性(characteristics of chemical reaction)与反响器装置特性两者结合起来形成的学科体系。,化学反响工程研究内容包括范围：,化学与工艺：化学热力学(thermodynamics)、化学反响动力学(chemical kinetics)，催化剂(catalysts)制备工艺及反响条件；确定反响工艺路线、流程与设备。,传递工程：反响器中流体流动(fluid mechanics)、混合(mix)、传热(heat transfer)、传质(mass transfer)；,系统工程：反响过程的动态特性与反响系统的控制及相关的最优化问题；,化学反响工程与相关学科的联系：,化学热力学：确定物系的各种物性常数，反响的可行性及可能到达的程度。,反响动力学：反响器的选型、设计及操作方式选择都依赖于对反响动力学特性(characteristics of reaction kinetics)的认识。,例如：裂解制乙烯；乙烯氧化制环氧乙烷；合成氨催化剂的开发等。,传递工程：流动与混合直接影响温度与浓度分布，最终影响离开装置物料的组成。装置中的“三传是极其复杂的，规模放大时的“三传也随之发生变化，即出现“放大效应，因此要解决好装置的放大效应，就必须对反响器内流体的三传传热、传质、动量传递有一个十分清晰的认识。,系统工程：对反响装置是最优化的条件不一定就是整个系统的最优化，这时反响装置也就只能服从系统最优化目标，为此必须了解反响过程的动态特征及相关的最优化问题。,化学反响工程学的任务：,研究工业化学反响器的根本原理和对反响器中所进行反响过程进行分析。结合具体的反响装置，运用物理学、化学及工程学和经济学的根本原理与定律，综合研究反响器中的反响过程与传递过程，从而能够正确选定反响器的的最适宜的型式和最经济的化学工艺路线及操作条件。对反响器进行最正确设计和最正确控制，为过程开发和反响器的放大提供依据。概括的说，化学反响工程学就是使化学反响实现工业化的一门技术科学。,1.2 化学反响工程学的根本方法,化学反响工程研究方法：模型方法Modelling Method)。,模型方法：是用数学模型来分析和研究化学反响工程问题。,数学模型Mathematical Model)：用数学语言来表达过程中各种变量之间的关系。数学模型的建立应从应用的角度着眼，使之适用和能用，而不是力图将过程中的一切关系不分主次地罗列出来。,数学模型的分类：,机理模型(Experience Model)-从过程机理出发推导得到的；,经验模型(Mechanism Model)-从实验数据归纳得到的。,化学反响工程中的数学模型：,动力学方程式(Chemical Reaction Kinetics Equation),物料衡算式(Material Equilibrium Equation),热量衡算式(Energy Equilibrium Equation),动量衡算式(Momentum Equilibrium Equation),参数计算式(Parameter Equation),模型的检验：,必要性，工业反响器规模变化时，不仅产生量的变化，而且产生质的变化，这样一定规模的实验得到的模型可能不适用，必须修正；,检验模型过程，需要做不同规模的反响器试验，反复将模型进行检验，不断修正。可以用以下图表示：,Lab.Experiment,Small Scale,Experiment,Medium Scale,Experiment,Chemical Model,Physical Model,Design for,industrial reactor,预测,实验,预测,比照,动力学模型数据：描述过程反响速率快慢的数学模型。一般均在实验室的小装置中进行，提供最根底的资料。,传递过程模型数据：依靠实验求取，特别是大型冷模装置，当然有生产装置的数据可用就更好了。,写出并整理数学模型：包括物料衡算式、热量衡算式、动量衡算式。,一般原那么：,累积量(Accumulation)=输入量(Input)输出量(Output),将物料衡算式、热量衡算式、化学反响动力学方程式,结合相关的参数计算式联立求解,结果就给出了反响装置的浓度分布与温度分布,从而答复了反响器设计中的最根本问题,1.3 化学反响工程学的学科系统和编排,按操作方法分类：,分批或间歇式操作Batch reactor operation)：,物料浓度及反响速率都在不断改变，是一种非定常态过程。工程放大问题比较简单相似放大，生产弹性大，操作灵活。,连续式操作(Constant flow reactor operation)：,适用于产量较大、生产品种单一的情况。,半分批或半连续式操作：,按反响装置的结构分类：,大致可分为：管式、塔式、釜式、固定床、流化床等类型。要结合反响特性及装置特性进行选型。,按反响相态分类：,均相(Homogeneous systems)：气相、液相；,非均相(Heterogeneous systems)：气液、液液、气固、液固、固固、气液固。,综上所述：,化学反响工程研究的主体仍然是化学反响本身，而反响器只不过是提供实现化学反响的客观环境，化学反响本身是第一性的，是内因，而反响器是客体，是外因。,动力学是代表过程的本质性的因素，而装置的结构、型式和尺寸那么在物料的流动、混合、传热和传质等方面发挥作用。,物料从进入反响器到离开为止是具有一定动力学特性的反响物系在具有一定传递特性的装置中进行演变的过程。,归根到底，化学反响工程研究的内容无非就是在说明化学反响动力学的根底上，结合不同传递特性的反响器来解决反响工程中各式各样问题的。,