反應工程課件第一章課件

1、反應工程課件第一章1 溫度是影響化學反應速率的主要因素，對于不同溫度是影響化學反應速率的主要因素，對于不同 類型的反應，其影響程度是不相同的。類型的反應，其影響程度是不相同的。 1.4.1 1.4.1 溫度對單反應速率的影響及最佳溫度溫度對單反應速率的影響及最佳溫度 1 1）溫度對不同類型單反應速率的影響溫度對不同類型單反應速率的影響 2 2）可逆放熱反應的最佳溫度曲線）可逆放熱反應的最佳溫度曲線 3 3）最佳溫度的實現(xiàn)）最佳溫度的實現(xiàn) 1.5.2 1.5.2 溫度對多重反應速率的影響溫度對多重反應速率的影響 1 1）平行反應）平行反應 2 2）連串反應）連串反應 1.4 溫度對反應速率的影響

2、及最佳反應溫度溫度對反應速率的影響及最佳反應溫度 反應工程課件第一章2 1.4.1 溫度對單反應速率的影響及最佳溫度溫度對單反應速率的影響及最佳溫度 1）溫度對不同類型單反應速率的影響及最）溫度對不同類型單反應速率的影響及最 佳溫度佳溫度 不可逆吸熱反應不可逆吸熱反應 不可逆放熱反應不可逆放熱反應 可逆吸熱反應可逆吸熱反應 可逆放熱反應可逆放熱反應 溫度溫度 反應速率常數(shù)反應速率常數(shù) 平衡常數(shù)平衡常數(shù) 反應工程課件第一章3 （1) 1) 不可逆吸熱反應不可逆吸熱反應 對于單反應對于單反應 0 C g E kk exp R T （） 溫度對化學反應的影響包括平衡常數(shù)和反應速率常數(shù)兩溫度對化學反應

3、的影響包括平衡常數(shù)和反應速率常數(shù)兩 個方面，不可擬反應不受個方面，不可擬反應不受平衡常數(shù)的限制，因此只考慮溫度平衡常數(shù)的限制，因此只考慮溫度 對反應速率常數(shù)的影響。對不可擬吸熱反應當溫度升高時，對反應速率常數(shù)的影響。對不可擬吸熱反應當溫度升高時， k k會增大，反應速率也相應增大。會增大，反應速率也相應增大。 （2 2) ) 不可逆放熱反應不可逆放熱反應 當溫度升高時，當溫度升高時，k k會增大，會增大，反應速率也相應增大。反應速率也相應增大。 由于反應速率常數(shù)隨溫度的升高而升高，因此，無論是放熱反由于反應速率常數(shù)隨溫度的升高而升高，因此，無論是放熱反 應還是吸熱反應，都應該在盡可能高的溫度下

4、進行，以獲得應還是吸熱反應，都應該在盡可能高的溫度下進行，以獲得 較大的反應速率，但在實際生產(chǎn)中，要考慮以下問題：較大的反應速率，但在實際生產(chǎn)中，要考慮以下問題： a a）溫度過高，催化劑活性下降或失活；）溫度過高，催化劑活性下降或失活； b b）設備材質(zhì)的選?。┰O備材質(zhì)的選取 c c）熱能的供應）熱能的供應 d d）伴有副反應時，會影響反應的選擇性）伴有副反應時，會影響反應的選擇性 反應工程課件第一章4 例例1 1 硫鐵礦的焙燒反應：硫鐵礦的焙燒反應： 4FeS4FeS2 2 +11O +11O2 2 = 2Fe = 2Fe2 2O O3 3+8SO+8SO2 2 是一個不可逆的放熱反應，實

5、際上是一個不可逆的放熱反應，實際上FeSFeS2 2高于高于400400就開始分就開始分 解，溫度越高反應速率越快，工業(yè)上一般在解，溫度越高反應速率越快，工業(yè)上一般在850-950 850-950 之間之間 操作，反應器爐內(nèi)襯耐火磚，但溫度再高會使燒渣熔化，物操作，反應器爐內(nèi)襯耐火磚，但溫度再高會使燒渣熔化，物 料熔結(jié)會影響正常操作。料熔結(jié)會影響正常操作。FeFe2 2O O3 3的熔點的熔點1560 1560 ， FeOFeO的熔點的熔點 1377 1377 。 例例2 2 煅燒石灰石制取煅燒石灰石制取COCO2 2及及CaOCaO的反應：的反應：CaCOCaCO3 3 = CaO + CO

6、 = CaO + CO2 2 是一個不可擬的吸熱反應，通?？咳紵固亢蜔o煙煤供給熱是一個不可擬的吸熱反應，通常靠燃燒焦炭和無煙煤供給熱 量，理論上常壓下量，理論上常壓下800800開始分解，溫度越高反應速率越快，開始分解，溫度越高反應速率越快， 可以縮短煅燒時間，工業(yè)上控制在可以縮短煅燒時間，工業(yè)上控制在1100-1200 范圍之內(nèi)，范圍之內(nèi)， 溫度再過高，可能會出現(xiàn)熔融狀態(tài)，發(fā)生掛壁或結(jié)瘤。而且溫度再過高，可能會出現(xiàn)熔融狀態(tài)，發(fā)生掛壁或結(jié)瘤。而且 還會使石灰石變成堅硬不易消化的還會使石灰石變成堅硬不易消化的“過燒石灰過燒石灰”。 反應工程課件第一章5 （3）可逆吸熱反應）可逆吸熱反應 )(

7、)( 1)( )( )( 1)()()( 1 2 11 11 22 112211 yfK yf yfk yfk yfk yfkyfkyfkr y A 隨溫度的升高，k1升高， 升高， 升高， 也升高 總的結(jié)果，隨溫度的升高，總的反應速率提高。因此，對于 可逆吸熱反應，也應盡可能在較高溫度下進行，這樣既有利 于提高平衡轉(zhuǎn)化率，又可提高反應速率。同時，也應考慮一 些因素的限制。 y K y K )( )( 1 1 2 yfK yf y 例如，天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化反應 是可逆吸熱反應，提高溫度有利于提高反應速率并提高甲烷的平 衡轉(zhuǎn)化率，但考慮到設備材質(zhì)等條件限制，一般轉(zhuǎn)化爐內(nèi)溫度小 于800-850。

8、224 HCOOHCH 反應工程課件第一章6 （4）可逆放熱反應）可逆放熱反應 )( )( 1)( )( )( 1)()()( 1 2 11 11 22 112211 yfK yf yfk yfk yfk yfkyfkyfkr y A 隨溫度的升高，隨溫度的升高，k k1 1升高，升高， 降低，降低， 降低，降低， 也降低也降低 總的結(jié)果，反應速率受兩種相互矛盾的因素影響?？偟慕Y(jié)果，反應速率受兩種相互矛盾的因素影響。 y K y K )( )( 1 1 2 yfK yf y 溫度較低時，由于溫度較低時，由于 數(shù)值較大，數(shù)值較大， 1，此時，溫度，此時，溫度 對反應速率常數(shù)的影響要大于對對反應速

9、率常數(shù)的影響要大于對 的影響，總的結(jié)果，溫度升高，的影響，總的結(jié)果，溫度升高， 反應速率提高。反應速率提高。 隨著溫度的升高，隨著溫度的升高， 的影響越來越顯著，也就是說，隨著溫度的升高，反應速率的影響越來越顯著，也就是說，隨著溫度的升高，反應速率 隨溫度的增加量越來越小，當溫度增加到一定程度后，溫度對反應速率常數(shù)和平衡隨溫度的增加量越來越小，當溫度增加到一定程度后，溫度對反應速率常數(shù)和平衡 常數(shù)的影響相互抵消，反應速率隨溫度的增加量變?yōu)榱?。常?shù)的影響相互抵消，反應速率隨溫度的增加量變?yōu)榱恪?隨著溫度的增加，由于溫度對平衡常數(shù)的影響發(fā)展成為矛盾的主要方面，因此，反隨著溫度的增加，由于溫度對平衡

10、常數(shù)的影響發(fā)展成為矛盾的主要方面，因此，反 應速率隨溫度的增加而降低。應速率隨溫度的增加而降低。 y K )( )( 1 1 2 yfK yf y )( )( 1 1 2 yfK yf y y K 反應工程課件第一章7 0 y A T r Top T rA 0 y A T r 0 y A T r 最佳溫度：對于某最佳溫度：對于某一可逆放熱反應一可逆放熱反應，在，在一定的反應物系組成一定的反應物系組成下，下， 具有具有最大反應速率最大反應速率的溫度稱為相應于這個組成的最佳溫度。的溫度稱為相應于這個組成的最佳溫度。 反應工程課件第一章8 2）可逆放熱單反應的最佳溫）可逆放熱單反應的最佳溫 度曲線度

11、曲線 (1) 最佳溫度曲線最佳溫度曲線 由相應于由相應于各轉(zhuǎn)化率各轉(zhuǎn)化率的的最佳溫最佳溫 度度所組成的曲線，稱為最佳所組成的曲線，稱為最佳 溫度曲線?？赏ㄟ^實驗測定和溫度曲線?？赏ㄟ^實驗測定和 理論計算得到。理論計算得到。 (2) 最佳溫度曲線的測定最佳溫度曲線的測定 通過實驗測定不同轉(zhuǎn)化率時通過實驗測定不同轉(zhuǎn)化率時 rAT曲線圖。曲線圖。 如圖（如圖（13），將各轉(zhuǎn)化率），將各轉(zhuǎn)化率 的最佳溫度連接起來，即為的最佳溫度連接起來，即為 最佳溫度曲線，如圖中的虛最佳溫度曲線，如圖中的虛 線。線。 反應工程課件第一章9 (3) 最佳溫度曲線計算最佳溫度曲線計算 對于可逆放熱反應，如果沒有副反應，則

12、最佳溫對于可逆放熱反應，如果沒有副反應，則最佳溫 度曲線可由動力學方程用一般求極值的方法求出。度曲線可由動力學方程用一般求極值的方法求出。 )exp()()exp()()()( 2 202 1 1012211 TR E kyf TR E kyfyfkyfkr gg A 1 2 12 ln1 E E EE e T g R e T OP T 反應工程課件第一章10 12 1 122110220 1122 101202 22 121 2 ( )( )( )exp( )exp 0 exp( )exp( )0 exp A gg A op y gopgopgopgop gop EE rk f yk fyf

13、 y kfy k R TR T r TT T EEEE kf ykfy R TR TR TR T EEE ER T 對上式求導，使其等于零,即，并以代替 202 101 12 101202 20221 101 ( ) A ( ) ,0,: exp( )exp( ) ( ) expB ( ) eA gege ge kfy k f y Tr EE kf ykfy R TR T kfyEE R Tk f y （ ） 當反應處于平衡時 相應的平衡溫度為此時則有 （ ） 令 式（A）=式（B） (a) TopTe關系關系 反應工程課件第一章11 12121 2 12121 2 212 1 e op 22

14、 211211 : 11 T1 T T 1 1 gopge gopge gope gge e EEEEE expexp ER TR T EEEEE ln ER TR T EEE ln RTTE RR EE lnln TEEEEEE 兩邊取對數(shù) （172） 反應工程課件第一章12 (b) 最佳溫度曲線最佳溫度曲線 由（由（TexA）關系）關系xATe曲線曲線(平衡曲線平衡曲線)計算同一計算同一 xA的的Top曲線（最佳溫度曲線）。曲線（最佳溫度曲線）。 對于縱坐標對于縱坐標xA和橫坐標和橫坐標T，若是平衡曲線，則為，若是平衡曲線，則為 Ae xT Aop xT 若是最佳溫度曲線，則為若是最佳溫度

15、曲線，則為 對于可逆放熱反應，隨著反應的進行，對于可逆放熱反應，隨著反應的進行，xA不斷升高，不斷升高， 相應的最佳溫度隨之降低，一直保持反應速率最大。相應的最佳溫度隨之降低，一直保持反應速率最大。 溫度溫度 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 平衡曲線 最佳溫度曲線 反應工程課件第一章13 reversible exothermic reaction 0.0 0.20 0.40 0.60 0.80 x r(x,T) 反應工程課件第一章14 從圖中可以看出，從圖中可以看出， a）當轉(zhuǎn)化率不變時，存在著最佳反應溫度）當轉(zhuǎn)化率不變時，存在著最佳反應溫度 b）轉(zhuǎn)化率增加時，最佳溫度及最佳溫度下的反）轉(zhuǎn)化率增加時，最佳溫度

16、及最佳溫度下的反 應速率都降低。應速率都降低。 反應工程課件第一章15 最佳溫度曲線最佳溫度曲線Optimal temperature profile: 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 最佳溫度最佳溫度 最佳溫度最佳溫度 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 反應工程課件第一章16 3 3）最佳溫度的實現(xiàn)）最佳溫度的實現(xiàn) （1 1）問題的提出：由）問題的提出：由T Toe oe曲線可知： 曲線可知： X X低時，低時，T T應高；應高；X X高時，高時，T T應低。應低。 實際情況：實際情況： 開始開始T T 較低，較低， X X也較低；也較低； 后期后期T T 較高，較高， X X也較高也較高 正好相反，如何解決？正好相反，如何解決

17、？ （2 2）解決辦法）解決辦法: : a a、前期快速升溫。前期快速升溫。 b b、反應過程中后期不斷移熱。、反應過程中后期不斷移熱。 （3 3）實施方案：）實施方案： a a、分段反應，段間換熱。、分段反應，段間換熱。 b b、邊反應，邊移熱。、邊反應，邊移熱。 反應工程課件第一章17 1.4.2 1.4.2 溫度對多重反應速率的影響溫度對多重反應速率的影響 1 1）平行反應）平行反應 （1)1)平行反應的基本模式平行反應的基本模式 討論條件：恒容；等溫；討論條件：恒容；等溫；A2大量過剩；均為擬一級不大量過剩；均為擬一級不 可逆反應；可逆反應；C C10 10=C =C10 10, C

18、, C30 30=0, C =0, C40 40=0 =0。 分析：分析： S3=C3/(C10-C1) 思路：要求思路：要求S S3 3=?,=?,先求先求C C1 1和和C C3 3，如何求？，如何求？ （2)2)平行反應的速率方程平行反應的速率方程 LA S= A 生成目的產(chǎn)物 所消耗的關鍵組分 的量 轉(zhuǎn)化了的關鍵組分 的量 反應工程課件第一章18)(exp c c ln 1 )( )( 21101 10 1 21 121 1 0 121 1 1 10 tkkcc kk t ckk dc dt ckk dc dt c c t 反應工程課件第一章19 )(exp1 )(exp )(exp

19、21 21 101 3 0 21101 0 3 2110111 3 3 tkk kk ck c dttkkckdc tkkckck dt dc tc 反應工程課件第一章20 （3 3）平行反應的選擇率）平行反應的選擇率 )(exp1 21 21 101 3 tkk kk ck c )(exp 21101 tkkcc S3=C3/(C10-C1) 反應工程課件第一章21 反應工程課件第一章22 （4）討論）討論 )exp(1 1 21 01 02 TR EE k k g s 反應工程課件第一章23 2）連串反應）連串反應 反應工程課件第一章24 組分組分A A3 3是第一個反應的產(chǎn)物，又是第二個

20、反應的反應物，是第一個反應的產(chǎn)物，又是第二個反應的反應物， 故其凈生成速率應等于第一反應生成速率與第二反應消耗速故其凈生成速率應等于第一反應生成速率與第二反應消耗速 率之差，由于化學計量系數(shù)相等，因而也等于組分率之差，由于化學計量系數(shù)相等，因而也等于組分A A1 1的消耗的消耗 速率與組分速率與組分A A4 4的生成速率之差，即的生成速率之差，即 如果目的產(chǎn)物是如果目的產(chǎn)物是A A4 4，即，即A A4 4的生成量應盡可能大，的生成量應盡可能大，A A3 3的生成的生成 量應盡量減少。這種情況比較簡單，只要提高反應溫度即可量應盡量減少。這種情況比較簡單，只要提高反應溫度即可 達到目的。因為升高

21、反應溫度，達到目的。因為升高反應溫度，k k1 1和和k k2 2都增大。都增大。 反應工程課件第一章25 如果目的產(chǎn)物為如果目的產(chǎn)物為A3，情況就復雜得多。若反應在等容，情況就復雜得多。若反應在等容 下進行，反應速率可以下進行，反應速率可以dc/dt表示，經(jīng)過推導，可得出組分表示，經(jīng)過推導，可得出組分 A3的收率的收率Y3與組分與組分A1的轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率x1及反應速率常數(shù)之比值及反應速率常數(shù)之比值 k2/k1的函數(shù)，如圖的函數(shù)，如圖1-4所示。所示。 當當A2過量時，過量時，t=0時，時，c1=c10，c3=0. )1()1( 1 1 1 )( 11 1 2 1 2 10 1 10 1 10

22、 3 3 1 2 1 2 xx k k k k c c c c c c Y k k k k 反應工程課件第一章26 其中每一曲線相應于一定的其中每一曲線相應于一定的 k k2 2/k/k1 1值。由圖可見，轉(zhuǎn)化值。由圖可見，轉(zhuǎn)化 率一定時，率一定時，A A3 3的收率的收率Y Y3 3總是隨總是隨k k2 2/k/k1 1值的增加而減少。圖中的值的增加而減少。圖中的 虛線為極大點的軌跡。虛線為極大點的軌跡。 反應工程課件第一章27 由于比值由于比值k k2 2/k/k1 1僅為溫度的函數(shù)（如為催化反應，則對一僅為溫度的函數(shù)（如為催化反應，則對一 定的催化劑而言），可以通過改變溫度即改變定的催化

23、劑而言），可以通過改變溫度即改變k k2 2/k/k1 1來考察收來考察收 率與溫度間的關系，由于率與溫度間的關系，由于 若若E El lEE2 2 ，則溫度越高，則溫度越高， k k2 2/k/k1 1比值越小，比值越小， A A3 3的收率的收率Y Y3 3大，大， A A4 4的收率的收率Y Y4 4越小。如果目的產(chǎn)物為越小。如果目的產(chǎn)物為A A3 3，可見采用高溫有利。，可見采用高溫有利。 若若E E1 1EE2 2 ，情況相反，在低溫下操作可獲得較高的，情況相反，在低溫下操作可獲得較高的A A3 3的收率，的收率， A A4 4的收率則較低。但應注意，溫度低必然使反應速率變慢，的收率

24、則較低。但應注意，溫度低必然使反應速率變慢， 致使反應器的生產(chǎn)能力下降。致使反應器的生產(chǎn)能力下降。 以上所述，系針對一級不可逆反應，對于非一級不可逆反應，以上所述，系針對一級不可逆反應，對于非一級不可逆反應， 也可作類似的分析，但數(shù)學處理較難。也可作類似的分析，但數(shù)學處理較難。 反應工程課件第一章28 思考題思考題1 下列平行反應，在其它條件不變的情況下，如可選下列平行反應，在其它條件不變的情況下，如可選 擇反應溫度？擇反應溫度？ ) 40000 exp( ) 80000 exp( )主反應( 202 101 2 1 TR kk TR kk MA LA g g k k 反應工程課件第一章29

25、思考題思考題2 下列連串反應，在其它條件不變的情況下，試討論下列連串反應，在其它條件不變的情況下，試討論 L和和M分別為主產(chǎn)物時，如可選擇反應溫度？分別為主產(chǎn)物時，如可選擇反應溫度？ ) 90000 exp( ) 50000 exp( 202 101 21 TR kk TR kk MLA g g kk 反應工程課件第一章30 （1 1）根據(jù)反應過程的化學基礎和生產(chǎn)工藝的基本要求，）根據(jù)反應過程的化學基礎和生產(chǎn)工藝的基本要求， 進行反應器的選型設計。進行反應器的選型設計。 （2 2）根據(jù)化學反應與有關流體力學、熱量、質(zhì)量傳遞過）根據(jù)化學反應與有關流體力學、熱量、質(zhì)量傳遞過 程綜合的宏觀反應動力學

26、，計算反應器的結(jié)構尺寸，主程綜合的宏觀反應動力學，計算反應器的結(jié)構尺寸，主 要是影響催化床內(nèi)溫度分布和流體流動狀態(tài)的結(jié)構尺寸。要是影響催化床內(nèi)溫度分布和流體流動狀態(tài)的結(jié)構尺寸。 （3 3）反應器的機械設計）反應器的機械設計 反應工程課件第一章31 （4 4）在機械設計可行的前提下）在機械設計可行的前提下. .進行改變結(jié)構尺寸和操作溫進行改變結(jié)構尺寸和操作溫 度、流體流動條件對反應器的穩(wěn)定操作和適應一定幅度的催度、流體流動條件對反應器的穩(wěn)定操作和適應一定幅度的催 化劑失活和產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量和選擇率、收率等方面的工藝要化劑失活和產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量和選擇率、收率等方面的工藝要 求的工程分析，然后確定反應器

27、的設計。求的工程分析，然后確定反應器的設計。 （5 5）反應器投產(chǎn)后，還要綜合生產(chǎn)實踐反饋來的效果改進）反應器投產(chǎn)后，還要綜合生產(chǎn)實踐反饋來的效果改進 今后同一類型化學反應器的設討。今后同一類型化學反應器的設討。 （6 6）開發(fā)新型反應器。）開發(fā)新型反應器。 化學反應器是為了進行指定產(chǎn)品生產(chǎn)及其原料制備過化學反應器是為了進行指定產(chǎn)品生產(chǎn)及其原料制備過 程的反應設備，必須對所面向的產(chǎn)品的化學特征和現(xiàn)有生程的反應設備，必須對所面向的產(chǎn)品的化學特征和現(xiàn)有生 產(chǎn)方法、流程及操作條件等工藝內(nèi)容有足夠的認識。產(chǎn)方法、流程及操作條件等工藝內(nèi)容有足夠的認識。 反應工程課件第一章32 1 1）化學基礎）化學基礎

28、 （1 1）應掌握化學及催化劑研究工作者所獲有關反應網(wǎng)絡，）應掌握化學及催化劑研究工作者所獲有關反應網(wǎng)絡， 催化劑對主、副反應的促進及抑制能力，對反應溫度、原料催化劑對主、副反應的促進及抑制能力，對反應溫度、原料 組成、壓力、空速的要求和在一定條件下能獲得的轉(zhuǎn)化率、組成、壓力、空速的要求和在一定條件下能獲得的轉(zhuǎn)化率、 選擇率和收率的研究成果。選擇率和收率的研究成果。 （2 2）應掌握反應過程的熱力學數(shù)據(jù)和黏度、導熱系數(shù)及擴）應掌握反應過程的熱力學數(shù)據(jù)和黏度、導熱系數(shù)及擴 散系數(shù)等物性數(shù)據(jù)。散系數(shù)等物性數(shù)據(jù)。 （3 3）研究工作者所進行的反應動力學研究大都是在等溫條）研究工作者所進行的反應動力學

29、研究大都是在等溫條 件下，通過改變反應物系進口組成、空速和溫度等參數(shù)的實件下，通過改變反應物系進口組成、空速和溫度等參數(shù)的實 驗數(shù)據(jù)，再經(jīng)整理而得的本征動力學，缺少反應器設計需要驗數(shù)據(jù)，再經(jīng)整理而得的本征動力學，缺少反應器設計需要 的內(nèi)、外擴散過程及還原、失活等過程影響的工業(yè)顆粒催化的內(nèi)、外擴散過程及還原、失活等過程影響的工業(yè)顆粒催化 劑宏觀動力學數(shù)據(jù)。在這種情況下，反應器設計工作者往往劑宏觀動力學數(shù)據(jù)。在這種情況下，反應器設計工作者往往 只能按本征動力學計算，再加以校正，或者在工業(yè)反應的壓只能按本征動力學計算，再加以校正，或者在工業(yè)反應的壓 力和相應的組成及溫度范圍內(nèi)測試工業(yè)顆粒催化劑包含內(nèi)

30、擴力和相應的組成及溫度范圍內(nèi)測試工業(yè)顆粒催化劑包含內(nèi)擴 散過程在內(nèi)的宏觀反應動力學，再加以校正。散過程在內(nèi)的宏觀反應動力學，再加以校正。 反應工程課件第一章33 （4 4）許多與流體、固體顆粒流動狀況密切相關的反應器，）許多與流體、固體顆粒流動狀況密切相關的反應器， 如流化床反應器，按工業(yè)反應器考慮的反應動力學，又稱為如流化床反應器，按工業(yè)反應器考慮的反應動力學，又稱為 反應器級或床層級宏觀反應動力學，必須在顆粒級宏觀反應反應器級或床層級宏觀反應動力學，必須在顆粒級宏觀反應 動力學的基礎上考慮流動狀況的影響，這些問題往往是當今動力學的基礎上考慮流動狀況的影響，這些問題往往是當今 反應工程研究工

31、作者的重點研究內(nèi)容。反應工程研究工作者的重點研究內(nèi)容。 （5 5）盡管催化劑開發(fā)的研究工作者對催化劑的失活與毒物）盡管催化劑開發(fā)的研究工作者對催化劑的失活與毒物 的品種及含量，起始活性溫度的品種及含量，起始活性溫度 和耐熱溫度等問題進行過必和耐熱溫度等問題進行過必 要的實驗研究，但最好多了解工業(yè)反應器中催化劑的實際操要的實驗研究，但最好多了解工業(yè)反應器中催化劑的實際操 作運行情況，如工業(yè)催化劑的失活與毒物含量使用時間的關作運行情況，如工業(yè)催化劑的失活與毒物含量使用時間的關 系系. .催化反應操作失控而導致飛溫，由于氣催化反應操作失控而導致飛溫，由于氣- -液、氣液、氣- -固等反固等反 應器各

32、種部件設計不妥導致流體分布不均，從而達不到設計應器各種部件設計不妥導致流體分布不均，從而達不到設計 工藝指標等方面的實際案例，以便對反應器的設計、操作和工藝指標等方面的實際案例，以便對反應器的設計、操作和 原料氣制備方面提出必要的改進建議。原料氣制備方面提出必要的改進建議。 反應工程課件第一章34 2 2）生產(chǎn)工藝及反應器的設計參數(shù)）生產(chǎn)工藝及反應器的設計參數(shù) 化學反應器雖是過程工業(yè)眾多裝置中的主要裝置，但設化學反應器雖是過程工業(yè)眾多裝置中的主要裝置，但設 計和操作要從屬于多尺度、多層次的整個工業(yè)過程大系統(tǒng)的計和操作要從屬于多尺度、多層次的整個工業(yè)過程大系統(tǒng)的 要求。要求。 一般說來，較大規(guī)模

33、工業(yè)過程有關規(guī)模、選址、采用的一般說來，較大規(guī)模工業(yè)過程有關規(guī)模、選址、采用的 原料和主要生產(chǎn)工藝須首先經(jīng)項目論證，由政府主管部門根原料和主要生產(chǎn)工藝須首先經(jīng)項目論證，由政府主管部門根 據(jù)國家建設和科學發(fā)展觀的經(jīng)濟需要來批準，其次，要根據(jù)據(jù)國家建設和科學發(fā)展觀的經(jīng)濟需要來批準，其次，要根據(jù) 投資、原料消耗、能量消耗和回收等方面的經(jīng)濟效益和環(huán)保投資、原料消耗、能量消耗和回收等方面的經(jīng)濟效益和環(huán)保 安全方面的要求來考慮，確定整個生產(chǎn)工藝中各有關工序的安全方面的要求來考慮，確定整個生產(chǎn)工藝中各有關工序的 流程、裝備和主要操作條件，大型工業(yè)過程含有多個生產(chǎn)工流程、裝備和主要操作條件，大型工業(yè)過程含有多

34、個生產(chǎn)工 序，往往其中許多工序都有化學反應器，它們的設計參數(shù)相序，往往其中許多工序都有化學反應器，它們的設計參數(shù)相 互有機地聯(lián)系?；ビ袡C地聯(lián)系。 反應工程課件第一章35 3 3）安全生產(chǎn)技術）安全生產(chǎn)技術 有一項十分重要的技術，即安全生產(chǎn)技術，主要是防爆、有一項十分重要的技術，即安全生產(chǎn)技術，主要是防爆、 防泄漏、防污染，除壓力設備防泄漏、防污染，除壓力設備 系統(tǒng)因超壓導致爆炸，以及系統(tǒng)因超壓導致爆炸，以及 加工不良導致可燃、有毒氣體逸出。加工不良導致可燃、有毒氣體逸出。 反應器的工藝設計包括兩個方面。一方面是在確定的生反應器的工藝設計包括兩個方面。一方面是在確定的生 產(chǎn)任務條件下，即已知原料

35、量、原料組成和對產(chǎn)品要求，通產(chǎn)任務條件下，即已知原料量、原料組成和對產(chǎn)品要求，通 過設計計算，確定反應器的工藝尺寸，即反應器的直徑、高過設計計算，確定反應器的工藝尺寸，即反應器的直徑、高 度等。另一方面是反應器的校核計算，即已有一給定的反應度等。另一方面是反應器的校核計算，即已有一給定的反應 器（已知反應器大?。┐_定產(chǎn)品達到一定質(zhì)量要求的前提下，器（已知反應器大?。┐_定產(chǎn)品達到一定質(zhì)量要求的前提下， 能否完成產(chǎn)量；或保持一定產(chǎn)量時，質(zhì)量是否合格。能否完成產(chǎn)量；或保持一定產(chǎn)量時，質(zhì)量是否合格。 反應工程課件第一章36 反應器設計的基本內(nèi)容反應器設計的基本內(nèi)容 (1)(1)選擇合適的反應器型式選擇合適的反應器型式 (2)(2)確定最佳的工藝條件確定最佳的工藝條件 (3)(3)計算所需反應器體積計算所需反應器體積 反應系統(tǒng)的動力學特性反應系統(tǒng)的動力學特性 反應器的流動特征和傳遞特性反應器的流動特征和傳遞特性 最大反應效果最大反應效果 反應器的反應器的操作操作穩(wěn)定性穩(wěn)定性 反應器結(jié)構和尺寸的優(yōu)化反應器結(jié)構和尺寸