常州工程职院化学反应过程与设备教案

化学反应过程与设备教案教师姓名授课班级授课形式课堂讲授授课日期年月日第周课时数2授课章节/实训项目名称绪论教学目标(知识/能力/素质目标)知识目标1．掌握反应器操作方式的类型及特点；2．理解化学反应器的分类；3．了解化学反应器的基本研究方法及研究内容；4．了解各类反应器的特点和工业应用。能力目标培养学生学习能力和自我发展能力1、能综合运用已学知识理解本节内容。2、在学习过程中能举一反三、拓展思路。素质拓展目标善于学习和掌握人类已经总结出来的成熟的化学反应知识；具有科学的思维方法和实事求是的工作作风；具有开拓创新的精神；具备良好的职业道德。教学重点反应器的分类和操作方式教学难点反应器的基本研究方法教学内容更新补充使用教具仪器多媒体课外作业课后体会教学设计/实验实训项目实施方案绪论0.1化学反应过程与设备概述化工生产过程一般分为三个阶段：原料预处理、化学反应、产品精制。其中化学反应过程是化工生产过程的核心一、化学反应过程与设备研究的目的主要目的：生产过程中反应过程最优化(1)设计最优化（2）操作最优化二、化学反应过程与设备研究的内容：(1)化学动力学特性研究(2)流动、传递过程对反应的影响(3)反应器计算，过程分析及最优化三、化学反应过程与设备的作用（1）反应器的合理选型（2）反应器操作的优选条件（3）反应器的工程放大四、化学反应过程与设备的基本研究方法1．因次分析法2．数学模型法：(1)建立简化物理模型(2)建立数学模型(3)用模型解讨论特性规律0．2化学反应器的分类一、按物料的聚集状态分：（1）均相（2）非均相二、据反应器结构分：（1）管式（2）釜式（3）床式（4）塔式各种反应器的特点及应用：三、根据温度条件和传热方式分类四、按操作方式分：（1）间歇式：（2）连续式（3）半连续式注：授课形式可以是讲授、讲练结合、情景教学、现场教学、实验、实训等。化学反应过程与设备教案教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期年月日第周课时数2授课章节/实训项目名称1．1均相反应动力学1.1.1单一反应的动力学方程教学目标(知识/能力/素质目标)知识目标1．掌握均相反应过程的特征；2．理解动力学基本概念、学会常见动力学方程的表示方法能力目标通过分析均相反应过程的特点和掌握常见动力学方程的表达方法，培养学生的学习能力和逻辑思维能力素质拓展目标善于学习和掌握人类已经总结出来的成熟的反应动力学知识；具有科学的思维方法和实事求是的工作作风；具有开拓创新的精神。教学重点1．1.均相反应过程的特征；2．2.均相反应动力学基本概念；3．3.均相不可逆反应动力学；教学难点均相反应过程的特征；均相不可逆反应动力学；教学内容更新补充无使用教具仪器多媒体课外作业无课后体会教学设计/实验实训项目实施方案1．均相反应器1.1均相反应动力学概述一、均相反应的定义：是指在均一的液相或气相中进行的化学反应。二、均相反应的条件：1、反应系统可以成为均相2、预混和速率＞＞反应速率三、均相反应的特点：反应过程不存在相界面，过程总速度由化学反应本身决定。四、均相反应的表达式：1iidnrVd（1）.流动系统的反应：Kmol/m3.h（2）.恒容下进行的反应：Kmol/m3.h（3）.气相反应：atm/h或Pa/h五、均相反应动力学方程：（1）均相反动力学方程表达式（2）反应分子数与反应级数a.单一反应、复杂反应b.基元反应、非基元反应c.单分子、双分子、三分子反应d.反应级数：注意以上几组概念的区别与联系。（3）反应速率常数k和活化能E1.1.1单一反应的动力学方程一、恒温恒容一级不可逆反应恒容过程：液相反应和反应前后无物质的量变化的气相反应，可视为恒容过程。一级反应的动力学方程式为：恒温下，可得注：授课形式可以是讲授、讲练结合、情景教学、现场教学、实验、实训等。iiRdFrdViidcrdiidPrd12iiABrkcc()AAAdcrkcd1ln1Akx化学反应过程与设备教案教师姓名授课班级授课形式讲练结合授课日期年月日第周课时数2授课章节/实训项目名称1.1.1单一反应的动力学方程教学目标(知识/能力/素质目标)知识目标掌握均相零级、一级、二级不可逆反应时间的计算；能力目标通过反应时间，培养学生的数学计算能力、分析问题、解决问题的能力素质拓展目标善于学习和掌握人类已经总结出来的成熟的化学反应动力学知识；具有科学的思维方法；具具有开拓创新的精神。教学重点均相零级、一级、二级不可逆反应时间的计算；教学难点均相零级、一级、二级不可逆反应时间的计算；教学内容更新补充使用教具仪器多媒体课外作业课后体会1.1.1单一反应的动力学方程二、恒温恒容二级不可逆反应2)(AAAkcddcr积分结果为：kccAA011或kcccAAA001若用转化率Ax表示为：kcxxAAA01对于其它级数的不可逆反应，只要知道其反应动力学方程，代入下式，积分即可求得结果。AAccAArdc0)(三、关于不同反应级数化学反应的反应时间的讨论从整级数动力学方程的积分结果得到的定性结论：1、当反应初始条件和反应结果不变时，反应速率常数k以任何倍数增加，将导致反应时间以同样倍数下降。2、一级反应所需时间τ仅与转化率xA有关，而与初始浓度无关。3、二级反应所需反应时间与初始浓度有关。初始浓度提高，达到同样转化率xA所需反应时间减小。4、对n级反应：当n＞1时，达到同样转化率，初始浓度0Ac提高，反应时间减少；当n＜1时，初始浓度0Ac提高时要达到同样转化率，反应时间增加。对n＜1的反应，反应时间达到某个值时，反应转化率可达100%。而n≥1的反应，反应转化率达100%，所需反应时间为无限长。表明反应级数n≥l的反应，大部分反应时间是用于反应的末期。高转化率或低残余浓度的要求会使反应所需时间大幅度地增加四．计算例题注：授课形式可以是讲授、讲练结合、情景教学、现场教学、实验、实训等。化学反应过程与设备教案教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期年月日第周课时数2授课章节/实训项目名称1.1.2复杂反应的动力学方程教学目标(知识/能力/素质目标)知识目标理解复杂反应的动力学方程的表达能力目标通过对复杂反应动力学特征分析和动力学方程的学习，培养学生分析问题、解决问题的能力素质拓展目标善于学习人类已经总结出来的成熟的化学反应动力学知识；具有科学的思维方法；具有开拓创新的精神。教学重点复杂反应的动力学方程的表示教学难点复杂反应的动力学方程的表示教学内容更新补充无使用教具仪器多媒体课外作业2课后体会教学设计/实验实训项目实施方案1.1.2复杂反应的动力学方程一、复杂反应的类型1、可逆反应2、平行反应3、连串反应4、复合复杂反应二、复杂反应的动力学方程1、将复杂反应分解为若干个单一反应，并按单一反应过程求得各自的动力学方程；2、在复杂反应系统中，某一组分对化学反应的贡献通常用该组分的生成速率来表示。某组分可能同时参与若干个单一反应时，该组分的生成速率应该是它在各个单一反应中的生成速率之和，即：MjjIIjIrr1式中jIr为组分I第j反应的反应生成速率；Ij为组分I在第j个反应中的化学计量系数，若反应物取负值，若为产物则取正值。例1-3讲解注：授课形式可以是讲授、讲练结合、情景教学、现场教学、实验、实训等。化学反应过程与设备教案教师姓名授课班级授课形式讲授授课日期年月日第周课时数2授课章节/实训项目名称1.2理想流动1.3非理想流动1.4理想流动反应器的分类和应用教学目标(知识/能力/素质目标)知识目标1．掌握两种理想流动模型的定义、特征、应用；2.了解非理想流动与理想流动之间的偏差。3.掌握返混的定义，理解返混对反应过程的影响及降低返混的措施能力目标通过对于理想流动模型、返混及其影响等内容的学习，培养学生运用知识解决实际问题的能力素质拓展目标善于学习科学知识；具有科学的思维方法；具有开拓创新的精神。教学重点1.两种理想流动模型、返混。2.非理想流动与理想流动之间的偏差。教学难点1.返混对反应过程的影响及降低返混的措施教学内容更新补充无使用教具仪器多媒体课外作业无课后体会教学设计/实验实训项目实施方案1.2、理想流动反应器中流体的流动模型是针对连续过程而言的。一、、理想置换流动模型1．含义：任一截面的物料如同汽缸活塞一样在反应器中移动，垂直于流体流动方向的任一横截面上所有的物料质点的年龄相同，是一种返混量为零的极限流动模型。2．特点：在定态情况下，沿物料流动方向，物料的浓度、温度、压力、流速等参数会发生变化，而垂直于流体流动方向任一截面上物料的所有参数都相同。所有物料质点在反应器中都具有相同的停留时间。二、理想混合流动模型1．含义：反应物料以稳定的流量进入反应器，刚进入反应器的新鲜物料与存留在其中的物料瞬间达到完全混合。2．特点：所有空间位置物料的各种参数完全均匀一致，而且出口处物料性质与反应器内完全相同。1.3非理想流动一、非理想流动的模型1．理想流动模型是二种极端状况下的流体流动，而实际的工业反应器中的反应物料流动模型往往介于两者之间。对于所有偏离理想置换和理想混合的流动模式统称为非理想流动。2．实际反应器中流动状况偏离理想流动状况的原因三、返混及其对反应过程的影响1、返混：专指不同时刻进入反应器的物料之间的混合，是逆向的混合，或者说是不同年龄质点之间的混合。2、返混对反应过程的影响：（1）返混带来的最大影响是反应器进口处反应物高浓度区的消失或减低。（2）返混改变了反应器内的浓度分布，使器内反应物的浓度下降，反应产物的浓度上升。但是，这种浓度分布的改变对反应的利弊取决于反应过程的浓度效应。四、降低返混程度的措施降低返混程度的主要措施是分割，通常有横向分割和纵向分割两种，其中重要的是横向分割1.4理想反应器的分类和应用1．分类2．应用注：授课形式可以是讲授、讲练结合、情景教学、现场教学、实验、实训等。化学反应过程与设备教案教师姓名授课班级授课形式现场教学授课日期年月日第周课时数2授课章节/实训项目名称2.1釜式反应器的结构2.1.1釜式反应器的釜体教学目标(知识/能力/素质目标)知识目标1．掌握釜式反应器的总体结构；2．了解外压容器的稳定性能力目标通过对釜式反应器总体结构和外压容器知识的学习，培养学生技术应用能力素质拓展目标善于学习和掌握人类已经总结出来的成熟的化工设备知识；具有科学的思维方法；具有开拓创新的精神。教学重点釜式反应器的总体结构教学难点外压容器的稳定性教学内容更新补充使用教具仪器多媒体课外作业课后体会教学设计/实验实训项目实施方案2.1釜式反应器的结构釜式反应器的结构,主要由壳体、搅拌装置、轴封和换热装置四大部分组成。2.1.1釜式反应器的壳体釜式反应器的壳体结构包括：筒体、底、盖（或称封头）、手孔或人孔、视镜及各种工艺接管口等。一、釜式反应器的筒体作用：主要用来提供容积，是完成介质的物理、化学反应的容器。筒体一般按外压容器考虑。原因（1）、搅拌釜通常适用于低压或常压反应（2）、筒体外夹套内通常通水蒸气作为热源1、外压容器的稳定性（1）、外压容器（圆筒）的失稳：在外压作用下，圆筒体失去原来形状而被压瘪的现象。（2）、失效形式有两种：①一种是因强度不够而破裂；②另一种是因刚度不够而失稳。（3）、影响临界压力pcr的因素：①与圆筒的几何尺寸有关L/Do一定时，δe/Do大者pcr高；δe/Do一定时，L/Do小者pcr高；δe/Do和L/Do相同时，有加强圈者pcr高；②与材料的性能有关材料的弹性模量E大者，pcr高；③筒体不圆度大及材料的不均匀，都会使pcr降低。（4）、提高稳定性的方法：增加厚度或缩短圆筒计算长度。（5）、外压容器的压力试验：①外压容器和真空容器以内压进行压力试验。②外压容器和真空容器的试验压力：液压试验：pT=1.25p式中：pT—试验压力，MPa；气压试验：pT=1.15pp—设计压力，MPa。③外压容器压力试验的试验介质、温度和试验方法等其它要求与内压容器的压力试验相同。注：授课形式可以是讲授