1、2019年6月12日星期三,化学反应工程,2019年6月12日星期三,第一章 绪论1 反应工程在化学工程学科中的地位2 反应工程的范畴和任务3 反应工程的研究方法4 化学反应过程分类5发展趋势,2019年6月12日星期三,一、反应工程在化学工程学科中的地位,1、化学工程的主要研究内容,化学方法加工,原料的预处理,进行化学反应,反应产物的分离与提纯,进行化学反应,2019年6月12日星期三,2、反应工程概念的提出,20世纪30年代，丹克莱尔(Damhohler)论述了扩散、流体流动和传热对反应器产率的影响奠定了基础,梯尔(Thiele)和史尔多维奇对扩散反应问题作了开拓性的工作,40年代末，霍根
2、(Hougen)和华生(Waston)著作化学过程原理 法兰克-卡明聂斯基著作化学动力学中的扩散与传热问世,1957年，荷兰阿姆斯特丹第一次欧洲反应工程会议确立了化学反应工程的名称,2019年6月12日星期三,二、化学反应工程的范畴和任务,化学工艺,反应器中流体 流动、混合传 热和传质,化学,催化剂,经济学,优化,工程控制,反应过程分析,设备结构及参数控制,化学热力学与反应动力学,反应过程动态特性与反应系统测量和控制,2019年6月12日星期三,化学热力学讨论反应进行的方向和限度，平衡问题 如：计算反应的平衡常数和平衡转化率 反应动力学阐明化学反应速率与各种物理因素（温度、浓度、压力和催化剂等
3、）之间的关系影响反应速率的内因 决定能否实际应用的关键所在,2019年6月12日星期三,反应器中流体流动、混合传热与传质 影响反应速率的外因 如：非均相反应、气固反应、催化剂表面的扩散与吸附等 “放大效应“产生的直接原因 设备结构及参数设计 如：反应器的种类（管式、釜式、流化床、固定床等）、操作方式（连续、分批） 考虑经济上的合理性,2019年6月12日星期三,反应过程动态特性与反应系统测量和控制 工业生产的必须条件，人为不能达到 例如：对于一放热反应,进料温度高,反应速率快,温度升高,反应加快,温度过高,爆炸,自动控温装置,2019年6月12日星期三,2、反应工程的任务,创新与选择最适反应器
4、型式,新工艺、新产品开发,确定最优工艺条件,传统技术改造,估算反应器尺寸大小,优化操作,目标： 单位设备容积净度大目的产物单一性大安全,稳定 核心 复杂系统的工程放大,2019年6月12日星期三,3、工业反应的特点,物性庞杂多相（气,液,固,超临界,等离子,纳米胶体）温度,压力,粘度,重度,表面张力 变化幅度大 非线性耦合物理,化学,生物学之间 预测精度高 生产规模大250万T/年1000万T/年 催化裂化（ 10m, H=70m)30万T/年100万T/年 乙烯裂解30万T/年 合成氨52万T/年 尿素100m3 300m3 聚合釜, 120m长 循环管聚丙稀,2019年6月12日星期三,高
5、低并列的提升管FCC装置,2019年6月12日星期三,南充炼厂FCC装置,2019年6月12日星期三,Grassroots FCC unit under construction in Mexico,Cold flow model of Kellogg dense phase catalyst cooler,2019年6月12日星期三,2019年6月12日星期三,2019年6月12日星期三,80万吨/年加氢裂化装置,2019年6月12日星期三,2019年6月12日星期三,2019年6月12日星期三,2019年6月12日星期三,45万吨/年乙烯裂解球罐,2019年6月12日星期三,釜式反应器,2
6、019年6月12日星期三,环管反应器,2019年6月12日星期三,2019年6月12日星期三,三、反应工程的研究方法,1、模型化方法,建立数学模型,参数计算式,动力学方程式,物料、热量、动量衡算式,求解数学模型的计算方法,计算机软件的实现及计算结果,2019年6月12日星期三,2、试验的方法,设备传递过程模型的测定如：大型冷模测定,无法计算的参数的测定如：热力学、动力学、催化剂等的参数,数学模拟的检验测定即：数学模拟结果用实验测定可否应用,2019年6月12日星期三,基础试验测定,拟定过程模型,用计算机做方案研究,制定模型测试方法及参数范围,小试,中试,比较测试结果与模型计算结果,模型的放大试
7、验,修正基础模型,用计算机做多方案及优化设计计算,过程的基本设计,数学模拟放大示意图,2019年6月12日星期三,四、化学反应过程分类,按操作方式分类 间歇操作 连续操作 半连续操作 按反应器除热方式分类 绝热式,2019年6月12日星期三,自热式,冷激式,T,相变式,T,间壁换热式,2019年6月12日星期三,按反应物相态分类,2019年6月12日星期三,五、反应工程的发展趋势,反应工程用于产品分离,分离,(叔丁醇),2019年6月12日星期三,b ：,高纯硅生产,2019年6月12日星期三,反应用于净化原料,（微量）,加氢,氧化,银催化剂,用于能源过程,400c,1400c,氯化钙甲醇络合物,2019年6月12日星期三,生态工业组合,磷肥生产,磷石膏分解,硫酸生产,CaO,2019年6月12日星期三,低能耗制H2,H2,700-7500c,500-6000c,550-6500c,1,2,3,4,200-3000c,+,2019年6月12日星期三,六、反应工程的前沿领域,新材料合成能源化工环境化工新反应器操作方式作业：反应工程的前沿之一对的综述,
