第一章 化学反应工程 绪论

LanzhouPetrochemicalVocationCollegeofTechnology化学反应工程化学工程及工艺教研室魏刚第一章绪论石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang1绪论1.1化学反应工程学的任务和范畴1.2化学反应工程学的内容和分类1.3化学反应工程学的研究方法化学反应工程是研究化学反应过程在工业实施过程中需解决的问题。即生产多少产品，需要多少时间？需要多大空间（即反应器体积）？如何使反应过程实现优质、高产、低消耗。石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang1.1化学反应工程学的任务和范畴1.1.1化学反应工程是化工生产的核心原料预处理化学反应产品分离与提纯核心目的产物产生高纯度产物脱出杂质石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang1.1.2化学反应工程学是研究工业规模的化学反应过程化学反应工程学化学动力学化学工程化学过程物理过程催化剂反应机理温度浓度流体流动传质传热指导工业反应过程开发反应器的结构型式操作方式工艺条件石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang1.1.3化学反应工程学的任务1、改进和强化现有反应技术和设备，使之优质、高产、低消耗；2、开发新的反应技术和设备；3、解决反应工程中的开发放大问题；4、实现反应过程最优化；5、不断发展化学反应工程学的理论和方法。石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang化学反应工程流体流动传质与传热传递工程化学工艺工艺路线流程、设备最佳化催化剂反应条件物理化学化学动力学化学热力学工程控制测量与控制动态特性1.1.4化学反应工程与相邻学科的关系科学技术发展到一定阶段的必然产物。是一些基础学科诸如物理化学、传递工程、化学工艺等相互渗透与交叉而演变成的边缘科学。1.1.5化学反应工程学的发展1、远古时的金属冶炼、酿造、制陶、火药、造纸等技艺，为化学反应工程学提供了实践基础。石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang2、十九世纪中叶，化工生产中的单元操作理论的长足发展；尤其是石油化工的发展，生产装置的规模不断增大，新产品、新工艺的不断涌现以及实验科学的发展；急需一门新学科出现来引领科学对生产的指导。1957年化学反应工程学诞生，汇总了许多早期的研究成果。3、近代，由于原料路线、技术和设备方面多有了巨大的变化和进步，尤其在生产规模日益大型化的趋势下，对反应技术和反应器设计提出了更高的要求。加之实验手段日臻完善，电子计算机的广泛应用，促进了化学反应工程学从以经验为主到系统理论为主的质的飞跃。均相非均相低分子体系高分子体系反应动力学反应器中的传递现象定常态非定常态实验室研究计算机模拟化学反应工程学的发展历程：Back石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang1.2化学反应工程学的内容和分类1.2.1化学反应工程学内容1、化学反应动力学特性的研究2、流体流动、传递过程对反应的影响流体流动传质传热影响反应器内浓度和温度在时间和空间上的分布影响反应结果反应工程学的主要任务之一研究反应机理动力学特性动力学方程反应器设计、分析的基础。石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang3、反应器设计计算、过程分析和最佳化数学建模动力学特性流体流动传递特征结合计算机模拟数据优化设计优化控制反应器修改模型石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang1.2.2化学反应工程学分类、按反应体系涉及的相态分类按操作方式分类按反应器型式分类按传热条件分类按流体流动状态分类均相反应器非均相反应器间歇操作反应器连续操作反应器半连续式操作反应器管式反应器釜式反应器塔式反应器等温反应器绝热反应器非等稳、非绝热反应器理想流动反应器非理想流动反应器反应器石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang1.3化学反应工程学的研究方法1.3.1逐级经验放大法开发工业反应器解决合理选型优化操作工程放大程序：小试反应器型式小试工艺条件逐级中试考察几何尺寸的影响逐级放大法的特点：效果差，效率低，对放大中出现的问题束手无策，只好认定是放大效应。因为这种方法着眼于外部联系，不研究反应器内部规律；着眼于综合研究，不进行过程分解，分不清影响因素的主次；受经济条件限制，认识决定了决策程序；放大过程是外推的，这在方法论上是不科学的；石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang1.3.2解析法尽管逐级放大法有上述种种不足，但由于其立足于经验，不需要理解过程的本质、机理和内在规律，对于一些复杂的反应，在难于用其它方法时，逐级放大法不失为一可用的开发方法。深刻理解过程整理出各参数之间的关系方程定量求解获得结果解析法是解决反应工程问题最科学的方法，但由于实际过程极为复杂，难以用定量关系予以描述，迄今还没有一个化学反应过程是用解析法求得结果的。但就其科学性而言，无疑是化学反应工程学发展的方向。石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang1.3.3模型法模型法是人们对某一复杂的，难以用数学全面正确描述的客观实体，人为地作某些假设，设想出一个近似的数学模型，并用此模型定量地描述客观实体的近似描述过程。客观实体理想结果目前无法求解模型求解结果近似一、模型方法的程序建立物理模型合理简化建立数学模型（建立描述物理模型的数学方程及初始和边界条件）用模型方程的解讨论客观实体的特性规律石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang二、模型法开发化学反应过程的步骤1、小试研究化学反应规律；2、根据化学反应规律合理选择反应器类型；3、大型冷模试验研究传递过程规律；4、利用计算机或其他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；5、热模试验检验模型的合理性。石油化学工程系化学工程与工艺教研室weigang—ENDTHECHAPTERThankyou.