1、1,化学反应工程,烟 台 大 学,2,第一章 绪论,化学反应工程学：一门研究涉及化学反应的 工程问题的科学。 对于已经在实验室中实现的化学反应，如何将其在工业规模实现是化学反应工程学的主要任务。 化学反应工程：一门综合的学科，是把基础科学的成果应用到工业实践的科学。,3,一、化学反应工程 是化学过程的重要组成部分,无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成为有用的产品。生产过程包括如下三个组成部分： 典型的化学加工过程 第和两部分属于单元操作的研究范围；而部分是化学反应工程的研究对象，是生产过程的核心。,4,二、化学反应工程的研究内容及任务,化学反应工程学
2、不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系，即化学反应动力学，而且，着重研究传递过程对化学反应速率的影响；研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。,研究内容,5,各类 化学反应,化学反 应规律,传递 规律,各类 反应器,反应过程解析 反应技术开发 反应器分析 反应器设计,反应结果,化 学 热 力 学,数 学 与 计 算 技 术,综合,化学反应工程学,由此可见，“三传一反”是化学反应工程的基础。,综合反应规律与传递规律，预测反应结果，是化学反应工程独有的研究内容。,二、化学反应工程的研究内容及任务,6,任 务,改进和强化现有反应技术和设备 开发新的反应技术和设备 解决反应器放大问题
3、实现反应过程的最优化 完善反应工程学的理论与方法,7,三、 化学反应工程的建立过程,化学反应工程是建立在数学、物理及化学等基础学科上而又有自己特点的应用学科分支，与以下课程有密切的联系： 化工热力学、化工工艺学、化学反应动力学、 传递过程（动量、热量、质量传递）等。 化学反应工程是一门综合的学科，是把基础科学的成果应用到工业实践的科学。 从学科建立至今已经半个世纪。,8,对于化学产品和加工过程的开发、反应器的设计放大起着重要的作用。运用化学反应工程知识可以：1.提高反应器的放大倍数，减少试验和 开发周期 2.对现有反应装置操作工况进行优化，提高生产效率 3.开发环境友好的绿色生产路线和工艺,四
4、、化学反应工程作用,9,Axe,开拓性,Model,实践性,Bridge,综合性,10,五、化学反应和反应器的分类,化学反应和反应器的分类方法很多，常按下列四种方法进行分类。,11,1.按反应系统涉及的相态分类：均相反应，包括气相均相反应和液相均相反应。 非均相反应，包括气固相，气液相，气液固相反应等。,12,2.按操作方式分类： 间歇操作：是指一批物料投入反应器后，经过一定时间的反应再取出的操作方法。 连续操作：指反应物料连续地通过反应器的操作方式。 半连续操作：指反应器中的物料，有一些是分批地加入或取出，而另一些则是连续流动通过反应器。,13,3.按反应器型式来分类： 管式反应器：一般长径
5、比大于30 槽式反应器：一般高径比为13 塔式反应器：一般高径比在330之间,14,4.按传热条件分类： 等温反应器：整个反应器维持恒温，这对传热要求很高。 绝热反应器：反应器与外界没有热量交换，全部反应热效应使物料升温或降温。 非等温、非绝热反应器：与外界有热量交换，但不等温。,15,上图为厂区的图片,16,重油的催化裂化流化床反应器,17,搅拌釜式反应器,18,邻二甲苯氧化制苯酐多管式固定床反应器,19,乙苯加氢气液塔式反应器,20,轻油裂解制乙烯管式非催化反应器,21,六、化学反应工程的研究方法,在造船、筑坝等很多领域上相似理论和因次分析为基准的相似放大法是非常有效的，但相似放大法在化学
6、反应器放大方面则无能为力，主要原因是无法同时保持物理和化学相似。 目前使用的化学反应器放大法有： 1.逐级经验放大法 2.数学模型法 3.解析放大法,22,采用逐级放大法：费时费力，但采用数学模型放大法时，往往由于缺乏对过程的深刻认识而告失败。 数学模型法：对复杂的难以用数学全面描述的客观实体，人为地做某些假定，设想出一个简化模型，并通过对简化模型的数学求解，达到利用简单数学方程描述复杂物理过程的目的。 解析放大法：目前实际的反应器放大介于两者之间，既有数学模型放大法的理论分析又加入经验处理方法。可以预测，随着人们对反应过程基本规律的认识不断加深，数学模型放大法将逐步取代现有的经验和半经验方法
7、，成为反应器放大法的主流。,23,数学模型法,1建立简化物理模型 对复杂客观实体，在深入了解基础上，进行合理简化，设想一个物理过程(模型)代替实际过程。简化必须合理，即简化模型必须反映客观实体，便于数学描述和适用。,24,2建立数学模型 依照物理模型和相关的已知原理，写出描述物理模型的数学方程及其初始和边界条件。 3用模型方程的解讨论客体的特性规律,25,利用数学模型解决化学反应工程问题,基本步骤为： 1小试研究化学反应规律； 2大型冷模实验研究传递过程规律； 3利用计算机或其它手段综合反应规律和传递规律，预测大型反应器性能，寻找优化条件； 4热模实验检验数学模型的等效性。,26,反应过程的开
8、发方法,反 应 过 程,反应热力学计算,小型热模,大型冷模,催 化 剂,操作条件,本征动力学,宏观动力学,反 应 器 型 式,数学模型,中 试,工业示范装置,工程参数,27,如何学好化学反应工程,抓住问题实质（从动力学分析入手，探索传递过程规律）； 掌握研究方法（建立衡算的概念、速率的概念）； 搞清基本概念（牢记定性分析的原理）； 三做好：课前做好预习，课堂做好笔记，课后做好复习。,28,反应器分析与设计 G.F.Froment 化工出版社（中译本） 化学反应工程 陈甘棠 化工出版社 化学反应工程简明教程 姜信真 西北大学出版社,参考书,化学与催化反应工程李绍芬 化工出版社 化学反应工程（第三版）朱丙辰 化工出版社 基本有机化工反应工程 邹仁鋆 化工出版社 Chemical Reaction Engineering 3th Edition By O.Levenspiel,
