化学反应工程绪论.ppt

第一章 绪论,1 绪论,反应工程,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。,1.1 化学反应工程学的任务和范畴,反应工程,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,反应工程,1.1.2 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,指导,工业反应过程开发,反应工程,1.1.3 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。,反应工程,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。,反应工程,2、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,1.2 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,反应工程,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,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,动力学方程,反应器设计、分析的基础。,反应工程,3、反应器设计计算、过程分析和最佳化,数学建模,结合,计算机模拟,数据,反应器,修改模型,1.2.2 化学反应工程学分类、,反应工程,反 应 器,1.3 化学反应工程学的研究方法,反应工程,1.3.1 逐级经验放大法,开发工业 反应器,解决,程序：,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；,反应工程,1.3.2 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。,反应工程,1.3.3 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,反应工程,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