1、2019/3/16,1,精细化工过程与设备,应用化学教研室 孟小华,2019/3/16,2,本课程的教学目的,使学生在化工原理的基础上进一步了解化工过程与设备从而为精细化学品的生产和开发打下必要的工程基础。,本课程是应用化学专业的专业/限选课。,教材：杨春晖 郭亚军主编精细化工过程与设备 .哈尔滨工业大学出版社,理论课时：48学时,（考试课）,2019/3/16,3,第一章,绪 论,2019/3/16,4,1.1 精细化工生产的特点及其对反应设备的要求 1.2 反应器类型 1.3 反应器操作方式 1.4 反应器计算基本方程式 1.5 理想反应器 1.6 工业反应器放大,主要内容,2019/3/
2、16,5,用途广泛 生产量大 化学名称 分子式 规格以主要物质的含量为基础,我国：把凡能增进或赋予一种（类）产品以特定功能，或本身拥有特定功能的小批量、高纯度化学品，称为精细化学品。,用途专一 生产量小 附加值大 商品名（牌号） 规格以功能为基础,2019/3/16,6,精细化工分类,2019/3/16,7,1.1 精细化工生产的特点及其对反应设备的要求,精细化工生产的特点 多品种、化学反应复杂、反应物料相态多样化 反应介质腐蚀性强、高技术密集度 精细化工对反应设备的要求 反应器内要有良好的传质和传热条件 建立合适的浓度、温度分布体系 对于强放热或吸热反应要保证足够快的传热速率和可靠的 热稳定
3、性； 根据操作温度、压力和介质的腐蚀性能，要求设备材料、 型式和结构具有可靠的机械强度和抗腐蚀性能。,2019/3/16,8,1.2 反应器类型,按结构型式的特点：管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、反应床 （1）管式反应器 特征：长度远较管径为大，内部中空，不设置任何构件 多用于均相反应,2019/3/16,9,1.2 反应器类型,（2）釜式反应器又称反应釜或搅拌反应器 特征：其高度一般与其直径相等或稍高，釜内设有搅拌装置及挡板，并可根据不同的情况，在釜外或釜内安装传热构件以维持所需反应温度。用于均相及多相反应,2019/3/16,10,1.2 反应器类型,（3）塔式反应器 特征：高度一般为
4、直径的数倍以至十余倍，内部设有为了增加两相接触的构件如填料、筛板等。用于两种流体相反应的过程、如气液反应和液液反应。,2019/3/16,11,1.2 反应器类型,（4）反应床用于有固体颗粒参与的反应。,固体颗粒 固定不动,固体颗粒 流动状态,固体颗粒 自上而下移动,固体颗粒 固定不动,沸腾床,涓流床,2019/3/16,12,1.3 反应器操作方式,工业反应器有间歇、连续、半连续(或半间歇)三种操作方式(1)间歇操作 原料一次装入反应器内，反应，经一定时间后，达到所要求 的反应程度便卸出全部反应物料。 间歇反应过程是一个非定态过程， 反应器内物系的参数随时间而变， 这是间歇过程的基本特征。
5、间歇操作在反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，即不存在物料的流动。按恒容处理。 间歇操作主要采用釜式反应器。,2019/3/16,13,1.3 反应器操作方式,（2）连续操作 连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地从反应器流出。 连续操作多属于定态过程 反应器内物系的参数不随时间而变， 但随位置而变。 （3）半连续操作 原料与产物只要其中的一种为连续输入或输出而其余则为分批加入或卸出的操作。 半连续反应器的反应物系组成必然既随时间而改变，也随反应器内的位置而改变,2019/3/16,14,1.4 反应器计算基本方程式,反应器计算的主要任务是根据给定的生产任务，计算一定条件下反应所需
6、要的体积，以此确定反应器的主要尺寸。 反应器计算中所应用的基本方程式是物料衡算式、热量衡算式和反应动力学方程式。 1.4.1 反应动力学方程式 反应速度与影响因素间关系的式子，也称反应速度方程式。 对于均相反应，且反应混合物已经混合均匀，反应时不存在扩散阻力，这时反应过程的总速度只取决于化学反应速度。,（kmol m-3h-1）,2019/3/16,15,1.4 反应器计算基本方程式,对于连续操作,FA:组分A的流量（kmolh-1）,如反应AR为n级不可逆反应其动力学方程式可写成,气相反应,理想气体,等容过程,2019/3/16,16,1.4 反应器计算基本方程式,以微元体积dVR和微元时间
7、d作为衡算基准对反应物进行衡算,质量守恒定律,1.4.2 物料衡算,以微元体积dVR和微元时间d作为衡算基准对反应物进行衡算,能量守恒定律,1.4.3 热量衡算,2019/3/16,17,1.5 理想反应器,理想反应器：是指流体的流动混合处于理想状况的反应器。,理想置换,理想混合,理想混合：反应器内物料达到完全的混合，各点浓度、温度完全均一。搅拌良好的釜式反应器 可认为是理想混合反应器。,2019/3/16,18,1.5 理想反应器,理想置换：在与流动方向垂直的截面上，各点的流速与流向完全相同，就像活塞平推一样，也称“活塞流” 流体的浓度和温度在与流动方向垂直的截面上，处处相等，不随时间改变，沿流动方向，浓度与温度逐渐变化。 细长型的管式流动反应器可看成理想置换反应器,2019/3/16,19,1.6 工业反应器放大,化学品 实验室研究 工业规模生产,（1）逐级经验放大法,（2）数学模型法,中间试验,实验室研究,实验室研究,
