化學(xué)反應(yīng)工程第一章-PPT課件

1、 化學(xué)反應(yīng)工程7/22/2022第一章 緒論 1 反應(yīng)工程在化學(xué)工程學(xué)科中的地位 2 反應(yīng)工程的范疇和任務(wù) 3 反應(yīng)工程的研究方法 4 化學(xué)反應(yīng)過程分類 5發(fā)展趨勢7/22/2022一、反應(yīng)工程在化學(xué)工程學(xué)科中的地位1、化學(xué)工程的主要研究內(nèi)容化學(xué)方法加工原料的預(yù)處理進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物的分離與提純反應(yīng)工程單元操作（三傳）單元操作（三傳）進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)7/22/20222、反應(yīng)工程概念的提出20世紀(jì)30年代，丹克萊爾(Damhohler)論述了擴(kuò)散、流體流動和傳熱對反應(yīng)器產(chǎn)率的影響奠定了基礎(chǔ)梯爾(Thiele)和史爾多維奇對擴(kuò)散反應(yīng)問題作了開拓性的工作40年代末，霍根(Hougen)和華生(Was

2、ton)著作化學(xué)過程原理法蘭克-卡明聶斯基著作化學(xué)動力學(xué)中的擴(kuò)散與傳熱問世1957年，荷蘭阿姆斯特丹第一次歐洲反應(yīng)工程會議確立了化學(xué)反應(yīng)工程的名稱7/22/2022二、化學(xué)反應(yīng)工程的范疇和任務(wù)化學(xué)工藝反應(yīng)器中流體流動、混合傳熱和傳質(zhì)化學(xué)催化劑經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化工程控制反應(yīng)過程分析設(shè)備結(jié)構(gòu)及參數(shù)控制化學(xué)熱力學(xué)與反應(yīng)動力學(xué) 反應(yīng) 過程動 態(tài)特性與 反應(yīng)系統(tǒng) 測量和 控制7/22/2022化學(xué)熱力學(xué)討論反應(yīng)進(jìn)行的方向和限度，平衡問題 如：計(jì)算反應(yīng)的平衡常數(shù)和平衡轉(zhuǎn)化率反應(yīng)動力學(xué)闡明化學(xué)反應(yīng)速率與各種物理因素（溫度、 濃度、壓力和催化劑等）之間的關(guān)系 影響反應(yīng)速率的內(nèi)因 決定能否實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵所在7/22/2

3、022反應(yīng)器中流體流動、混合傳熱與傳質(zhì)影響反應(yīng)速率的外因如：非均相反應(yīng)、氣固反應(yīng)、催化劑表面的擴(kuò)散與吸附等“放大效應(yīng)“產(chǎn)生的直接原因設(shè)備結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)如：反應(yīng)器的種類（管式、釜式、流化床、固定床等）、操作方式（連續(xù)、分批）考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性7/22/2022反應(yīng)過程動態(tài)特性與反應(yīng)系統(tǒng)測量和控制工業(yè)生產(chǎn)的必須條件，人為不能達(dá)到例如：對于一放熱反應(yīng)進(jìn)料溫度高反應(yīng)速率快放熱不及時溫度升高反應(yīng)加快溫度過高爆炸自動控溫裝置7/22/20222、反應(yīng)工程的任務(wù) 創(chuàng)新與選擇最適反應(yīng)器型式新工藝、新產(chǎn)品開發(fā)確定最優(yōu)工藝條件傳統(tǒng)技術(shù)改造估算反應(yīng)器尺寸大小優(yōu)化操作目標(biāo)： 單位設(shè)備容積凈度大 目的產(chǎn)物單一性大 安全

4、,穩(wěn)定核心 復(fù)雜系統(tǒng)的工程放大7/22/20223、工業(yè)反應(yīng)的特點(diǎn)物性龐雜多相（氣,液,固,超臨界,等離子,納米膠體）溫度,壓力,粘度,重度,表面張力 變化幅度大非線性耦合物理,化學(xué),生物學(xué)之間預(yù)測精度高生產(chǎn)規(guī)模大250萬T/年1000萬T/年 催化裂化（ 10m, H=70m)30萬T/年100萬T/年 乙烯裂解30萬T/年 合成氨52萬T/年 尿素100m3 300m3 聚合釜, 120m長 循環(huán)管聚丙稀7/22/2022高低并列的提升管FCC裝置7/22/2022南充煉廠FCC裝置7/22/2022Grassroots FCC unit under construction in Mex

5、icoCold flow model of Kellogg dense phase catalyst cooler7/22/20227/22/20227/22/202280萬噸/年加氫裂化裝置7/22/20227/22/20227/22/20227/22/202245萬噸/年乙烯裂解球罐7/22/2022釜式反應(yīng)器7/22/2022環(huán)管反應(yīng)器7/22/20227/22/2022三、反應(yīng)工程的研究方法1、模型化方法建立數(shù)學(xué)模型參數(shù)計(jì)算式動力學(xué)方程式物料、熱量、動量衡算式求解數(shù)學(xué)模型的計(jì)算方法計(jì)算機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)及計(jì)算結(jié)果7/22/20222、試驗(yàn)的方法設(shè)備傳遞過程模型的測定 如：大型冷模測定無法計(jì)算

6、的參數(shù)的測定 如：熱力學(xué)、動力學(xué)、催化劑等的參數(shù)數(shù)學(xué)模擬的檢驗(yàn)測定 即：數(shù)學(xué)模擬結(jié)果用實(shí)驗(yàn)測定可否應(yīng)用7/22/2022基礎(chǔ)試驗(yàn)測定擬定過程模型用計(jì)算機(jī)做方案研究制定模型測試方法及參數(shù)范圍小試中試比較測試結(jié)果與模型計(jì)算結(jié)果模型的放大 試驗(yàn)修正基礎(chǔ)模型用計(jì)算機(jī)做多方案及優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算過程的基本設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模擬放大示意圖7/22/2022四、化學(xué)反應(yīng)過程分類按操作方式分類間歇操作連續(xù)操作半連續(xù)操作按反應(yīng)器除熱方式分類絕熱式7/22/2022自熱式冷激式T 相變式T 間壁換熱式7/22/2022按反應(yīng)物相態(tài)分類非催化反應(yīng)催化反應(yīng)均相反應(yīng)大部分氣相反應(yīng)大部分液相反應(yīng)快速反應(yīng)（燃燒等）膠體反應(yīng)酶和微生物反應(yīng)非均相反應(yīng)煤燃燒，礦石焙燒氣液吸收反應(yīng)煉鐵，濕法冶金合成氨，硝酸，硫酸煉油，合成材料單體7/22/2022五、反應(yīng)工程的發(fā)展趨勢反應(yīng)工程用于產(chǎn)品分離a ：,分離60-1000c 1000c 陽離子樹脂(MTBE) (叔丁醇)7/22/2022b ：高純硅生產(chǎn)7/22/2022反應(yīng)用于凈化原料（微量）加氫氧化銀催化劑用于能源過程400c 1400c 氯化鈣甲醇絡(luò)合物7/22/2022生態(tài)工業(yè)組合磷肥生產(chǎn)磷石膏分解硫酸生產(chǎn)CaO7/22/2022低能耗制H2 H270