绪论（课件）-《化学反应工程》同步教学（化学工业出版社）

1 《化学反应工程》 北京化工大学 2 绪论 化学反应工程学是一门研究涉及化学反应的工程问题的学科。 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。 3 为了这一目标，化学反应工程学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。 4 工业规模的化学反应较之实验室规模要复杂得多，在实验室规模上影响不大的质量和热量传递因素，在工业规模可能起着主导作用。在工业反应器中既有化学反应过程，又有物理过程。物理过程与化学过程相互影响，相互渗透，有可能导致工业反应器内的反应结果与实验室规模大相径庭。 5 工业反应器中对反应结果产生影响的主要物理过程是：(1)由物料的不均匀混合和停留时间不同引起的传质过程；(2)由化学反应的热效应产生的传热过程；(3)多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散与传热过程。这些物理过程与化学反应过程同时发生。 6 从本质上说，物理过程不会改变化学反应过程的动力学规律，即反应动力学规律不因为物理过程的存在而发生变化。但是流体流动、传质、传热过程会影响实际反应场所的温度和参与反应的各组分浓度在空间上的分布，最终影响到反应的结果。 7 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。 一、按反应系统涉及的相态分类，分为 1． 均相反应，包括气相均相反应和液相均相反应。 2． 非均相反应，包括气—固相，气—液相，气—液—固相反应等。 8 二、按操作方式分类，分为 1 ．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。 2 ．连续操作，指反应物料连续地通过反应器的操作方式。 3 ．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。 9 三、按反应器型式来分类，分为 1． 管式反应器，一般长径比大于30 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之间 10 四、按传热条件分类，分为 1． 等温反应器，整个反应器维持恒温，这对传热要求很高。 2． 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。 3． 非等温、非绝热反应器，与外界有热量交换，但不等温。 11 重油的催化裂化流化床反应器 12 搅拌釜式反应器 13 邻二甲苯氧化制苯酐多管式固定床反应器 14 乙苯加氢气液塔式反应器 15 轻油裂解制乙烯管式非催化反应器 16 化学反应工程的基本研究方法 化学反应工程的基本研究方法是数学模型法。数学模型法是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。 17 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。 18 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 19 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。 谢谢观看 $$