化学反应工程绪论PPT课件

.,1,反应工程,蔡旺锋办公室：20-518电话：27890041Email：wfcai,.,2,第一章绪论,1.1、化学反应工程研究内容与发展历史1.2、化学反应的转化率和收率1.3、化学反应器的类型1.4、化学反应器的操作方式1.5、反应器设计的基本方程1.6、工业反应器的放大,.,3,反应动力学,反应器设计与分析,本征动力学,宏观动力学,描述反应器内浓度、温度和压力变化的设计方程,研究化学反应进行的机理与速率,反应器选型、反应器体积计算、反应器操作参数确定等,流体流动过程描述,反应过程与质量、热量和动量传递的相互作用,一、反应工程课程研究内容及相互关系,.,4,本征动力学与宏观动力学,.,5,二、反应工程的历史与发展,20世纪30年代：丹克莱尔、梯尔和史尔多维奇40年代末：霍根、华生和法兰克-卡明涅斯基,反应工程的发展历史,反应工程的发展趋势,80年代-形成新的分支,1957年-首次使用“化学反应工程”术语,60年代-快速发展期,化学反应与传递现象及流体流动的相互关系,.,6,1.3反应器的类型,管式反应器（*）釜式反应器（*）塔式反应器固定床反应器（*）流化床反应器移动床反应器滴流床反应器,.,7,1.4、化学反应器的操作方式,间歇操作,连续操作,半间歇操作,操作方式,反应原料一次装入反应器，反应过程中无进料和出料,反应过程中反应原料和产物分别连续加入和输出反应器,间歇与连续操作之外,物系组成随时间而变多数情况下可视为恒容操作灵活，适于小规模生产,物系组成不随时间但随位置而变适于大规模、机械自动化操作产品质量好，劳动强度小,兼具间歇和连续操作的某些特点,.,8,1.5、反应器设计的基本方程,反应器设计的基本内容,建立反应参数如转化率、收率、选择性和生产能力等与反应器尺寸、操作方式、反应时间等之间的关系。,反应器型式选择反应器最佳操作条件确定反应体积（尺寸）计算,反应器设计方程建立的步骤,选择反应变量,确定控制体积,建立质量、热量和动量恒算方程,.,9,质量衡算：（关键组分i的输入速率）（i的输出速率）+（i的转化速率）（i的累积速率）,质量、热量和动量恒算方程,热量衡算：（输入的热量）（输出的热量）+（反应热）（累积的热量）,动量恒算：（输入的动量）（输出的动量）+（消耗的动量）（累积的热量）,.,10,1.6工业反应器的放大,.,11,一、经验归纳法,对化学反应过程适应性不强：反应与传质传热、流体流动状况、反应速率与温度的非线形性。,将实验数据用因次分析和相似方法整理获得经验关联式；,主要用于研究物理变化的单元操作，如管道内流体流动的压力降、气液两相传热传质等；,.,12,二、数学模型法,反应工程主要研究方法，在反应器放大过程中作用显著；,包括本征（化学）动力学模型、传质传热模型宏观动力学模型；讨论整个反应器时，宏观动力学模型包括流体流动模型在内；,反应器的复杂性使得即使采用数学模型研究方法，反应器设计、优化和放大具有很大的困难性。如流动反应器内流体和固体运动状况；多孔催化剂及固相反应物内的宏观反应过程。,.,13,1、数学模型方法的作用,进行方案比较、操作参数的优化；,扩大实验结果的范围，预测实验以外的操作区间；,在实验范围内进行预测；,工程放大时较能抓住事物本质，获得更大的放大倍数。,.,14,2、数学模型方法的局限性,物理模型不能全面反映事物的本质，可能带来失真；,实际过程太复杂，模型建立需要简化；,物理模型获得数学模型求解复杂性；,数学模型方法需要与实验相结合。,.,15,3、数学模型的简化原则,简化模型是否失真，需要通过实验进行检验和修正。,不失真，与应用相适应；,能适应当前的实验条件，以便进行模型鉴别和参数估值；,能适应现有计算机的能力；,.,16,4、数学模型放大方法的一般步骤,实验室规模的试验小型试验大型冷膜试验中间试验,计算机试验数学模型,工业规模反应器,.,17,1.2、化学反应的转化率、收率和选择性,1、反应进度,存在多个反应时,.,18,2.转化率（X）,单程转化率与全程转化率,定义：某一反应物转化的百分率或分率。表示一个反应进行的程度。,.,19,例题1.1合成聚氯乙烯所用的单体氯乙烯，多由乙炔和氯化氢以氯化汞为催化剂合成得到，反应式如下,通常反应原料中氯化氢过量10%。若反应器出口中氯乙烯摩尔分数为90%，试分别计算乙炔和氯化氢的转化率。,.,20,3.收率(Y)与选择性(S),摩尔收率与质量收率单程收率与全程收率,.,21,S,X,.,22,例题1.2在银催化剂上进行乙烯氧化生产环氧乙烷，进入催化剂中各种气体的摩尔数分别为C2H415%，O27%，CO210%，Ar12%，其余为N2。反应器出口气体含C2H4和O2分别为13.1和4.8%。试计算乙烯的转化率、环氧乙烷收率和反应选择性。,.,23,化