《化學反應工程》課件1 -緒論

1緒論化學反應工程學是一門研究涉及化學反應的工程問題的學科。對于已經在實驗室中實現(xiàn)的化學反應，如何將其在工業(yè)規(guī)模實現(xiàn)是化學反應工程學的主要任務。2為了這一目標，化學反應工程學不僅研究化學反應速率與反應條件之間的關系，即化學反應動力學，而且，著重研究傳遞過程對化學反應速率的影響；研究不同類型反應器的特點及其與化學反應結果之間的關系。3工業(yè)規(guī)模的化學反應較之實驗室規(guī)模要復雜得多，在實驗室規(guī)模上影響不大的質量和熱量傳遞因素，在工業(yè)規(guī)?？赡芷鹬鲗ё饔?。在工業(yè)反應器中既有化學反應過程，又有物理過程。物理過程與化學過程相互影響，相互滲透，有可能導致工業(yè)反應器內的反應結果與實驗室規(guī)模大相徑庭。4工業(yè)反應器中對反應結果產生影響的主要物理過程是：(1)由物料的不均勻混合和停留時間不同引起的傳質過程；(2)由化學反應的熱效應產生的傳熱過程；(3)多相催化反應中在催化劑微孔內的擴散與傳熱過程。這些物理過程與化學反應過程同時發(fā)生。5從本質上說，物理過程不會改變化學反應過程的動力學規(guī)律，即反應動力學規(guī)律不因為物理過程的存在而發(fā)生變化。但是流體流動、傳質、傳熱過程會影響實際反應場所的溫度和參與反應的各組分濃度在空間上的分布，最終影響到反應的結果。6化學反應和反應器的分類化學反應和反應器的分類方法很多，常按下列四種方法進行分類。一、按反應系統(tǒng)涉及的相態(tài)分類，分為1．均相反應，包括氣相均相反應和液相均相反應。2．非均相反應，包括氣—固相，氣—液相，氣—液—固相反應等。7二、按操作方式分類，分為1．間歇操作，是指一批物料投入反應器后，經過一定時間的反應再取出的操作方法。2．連續(xù)操作，指反應物料連續(xù)地通過反應器的操作方式。3．半連續(xù)操作，指反應器中的物料，有一些是分批地加入或取出，而另一些則是連續(xù)流動通過反應器。8三、按反應器型式來分類，分為1．管式反應器，一般長徑比大于302．槽式反應器，一般高徑比為1—33．塔式反應器，一般高徑比在3—30之間9四、按傳熱條件分類，分為1．等溫反應器，整個反應器維持恒溫，這對傳熱要求很高。2．絕熱反應器，反應器與外界沒有熱量交換，全部反應熱效應使物料升溫或降溫。3．非等溫、非絕熱反應器，與外界有熱量交換，但不等溫。10重油的催化裂化流化床反應器11攪拌釜式反應器12鄰二甲苯氧化制苯酐多管式固定床反應器13乙苯加氫氣液塔式反應器14輕油裂解制乙烯管式非催化反應器15化學反應工程的基本研究方法化學反應工程的基本研究方法是數(shù)學模型法。數(shù)學模型法是對復雜的難以用數(shù)學全面描述的客觀實體，人為地做某些假定，設想出一個簡化模型，并通過對簡化模型的數(shù)學求解，達到利用簡單數(shù)學方程描述復雜物理過程的目的。16數(shù)學模型法1．建立簡化物理模型對復雜客觀實體，在深入了解基礎上，進行合理簡化，設想一個物理過程(模型)代替實際過程。簡化必須合理，即簡化模型必須反映客觀實體，便于數(shù)學描述和適用。172．建立數(shù)學模型依照物理模型和相關的已知原理，寫出描述物理模型的數(shù)學方程及其初始和邊界條件。3．用模型方程的解討論客體的特性規(guī)律18利用數(shù)學模型解決化學反應工程問題基本步驟為：1．小試研究化學反應規(guī)律；2．大型冷模