化学反应工程第一章全解课件

1、化学反应工程第一章 绪论1.1 化学工程发展史及化学反应工程学科的 形成1.2 反应工程的用途及研究方法1.3 化学反应的转化率和收率1.4 化学反应器分类1.5 反应器设计的基本方程1.6 工业反应器的放大1.7 反应工程的新进展1.1 化学工程发展史及化学反应工程学科的形成1.1.1化学工业发展简史1.1.2 化学工程学发展简述1.1.3化学反应工程的学科形成1.1化学工业发展简史古代：几千年前 标志：陶瓷、玻璃、金属冶炼和酿酒近代：十八世纪中期 标志：三酸两碱现代：二十世纪四十年代起 标志：石油开发、三大合成材料1.1.2 化学工程学发展简述（大约有100年的历史）化学工业：几千年历史化

2、学工程学：一百多年 化学反应工程：约六十年（1950年学科确立）1.1.3 反应工程学的历史及发展20世纪30年代 -丹克莱尔(Damhhler) -梯尔(Thiele)和史尔多维奇20世纪40年代末 -霍根(Hougen)和华生(Waston) 法兰克-卡明斯基1.1.3 反应工程学的历史及发展 1957年 - 首次使用“化学反应工程”术语 Amsterdam，ESCRE 60年代 - 快速发展期 石油化工的大发展 计算机的发展与应用 80年代 - 形成新的分支： 生化反应工程 聚合反应工程 电化学反应工程1.1.3 反应工程学的历史及发展International Symposia on

3、Chemical Reaction Engineering (ISCRE) NamePlaceCountryYearCo-Sponsoring OrganizationsESCRE 1AmsterdamNetherlands1957EFChEESCRE 2AmsterdamNetherlands1960EFChEESCRE 3AmsterdamNetherlands1964EFChEESCRE 4BrusselsBelgium1968EFChEISCRE 1WashingtonUSA1970ACS/AIChEISCRE 2AmsterdamNetherlands1972EFChEISCRE 3

4、EvanstonUSA1974ACS/AIChEISCRE 4HeidelbergGermany1976EFChEISCRE 5HoustonUSA1978ACS/AIChEISCRE 6NiceFrance1980EFChEISCRE 7BostonUSA1982ACS/AIChEISCRE 8EdinburghGreat Britain1984EFChEISCRE 9PhiladelphiaUSA1986ACS/AIChEISCRE 10BaselSwitzerland1988EFChEISCRE 11TorontoCanada1990ACS/AIChE/CSCEISCRE 12Torin

5、oItaly1992EFChEISCRE 13BaltimoreUSA1994ACS/AIChEISCRE 14BruggeBelgium1996EFChEISCRE 15NewportUSA1998ACS/AIChEISCRE 16CracowPoland2000EFChEISCRE 17 Hong Kong China 2002 Asia Pacific CRE 反应条件：温度：120常压，3h,得率80%反应条件：温度：120常压，3h,得率80%？化学反应工程定义定义一：研究工业规模的反应器反应传递规律。定义二：研究伴有流动、传热、传质影响时的化学反应特征。1.2.1 反应工程的用途

6、反应动力学 反应模式 速率方程 活化能 反应器的设计与分析 各因素（T, P, c）的变化规律 最佳工况化学反应速率：r=f(T,P,C)1.2.2 反应工程的研究方法 科学研究的两种主要方法：1.经验归纳法2.数学模型法(演绎法) 林语堂在“论东西思想法之不同”:总而言之，中国重实践，西方重推理。中国重近情，西人重逻辑。中国哲学重立身安命，西人重客观的了解与剖析。西人重分析，中国重直感。西洋人重求知，求客观的真理。中国人重求道，求可行之道。这些都是基于思想法之不同。3 化学反应的转化率和收率3.1 反应进度 如：工况1：t=0时： 1mol 2mol 0mol t=t时刻： 0.5 1.5

7、0.5 工况2：t=0时： 2mol 4mol 0mol t=t时刻： 1 3 1 造成计算上的不方便，因此可定义一强度性质，如单位体积（质量）的反应进度，就与反应量无关了。3.2 转化率 X注意： 按关键组分计 反应物的起始态3 化学反应的转化率和收率课本例题1-1合成聚氯乙烯所用的单体氯乙烯，多是由乙炔和氯化氢以氯化汞为催化剂合成得到，反应式为 C2H2+HClCH2=CHCl 由于乙炔价格高于氯化氢，通常使用的原料混合气中氯化氢是过量的，设其过量10%。若反应器出口气体中氯乙烯含量为90%(摩尔分数)，试分别计算乙炔的转化率和氯化氢的转化率。3 化学反应的转化率和收率进入SO2氧化器的气

8、体组成（摩尔分数）为： SO2: 3.07%; SO3: 4.6%; O2: 8.44%; N2: 83.89%离开反应器的气体中SO2的含量为1.5%，试计算SO2的转化率。例13 化学反应的转化率和收率3.3 收率 Y与选择性S3 化学反应的转化率和收率丁二烯是制造合成橡胶的重要原料。制取丁二烯的工业方法之一是将正丁烯和空气及水蒸气的混合气体在磷钼铋催化剂上进行氧化脱氢。除生成丁二烯的主反应外，还有许多副反应，如生成酮、醛及有机酸的反应。反应在温度350、压力0.2026MPa下进行。得到反应前后的物料组成如下。根据表中的数据计算正丁烯的转化率、丁二烯的收率和反应的选择性。例2组分反应前%

9、反应后%组分反应前%反应后%正丁烷0.630.61氧气7.170.64正丁烯7.051.70氮气27.026.10丁二烯0.064.45水蒸气57.4462.07异丁烷0.500.48-1.20异丁烯0.130CO2-1.80正戊烷0.020.02有机酸-0.20醛、酮-0.10反应前后物料组成课本例题例1.21.4 化学反应器分类1.按反应器结构分:管式反应器,釜式反应器,塔式,固定床,流化床,移动床,滴流床2.按反应的相态分:均相反应器和非均相反应器3.按操作方式分:间歇反应器、连续反应器 、半间歇（半连续）反应器4 反应器的类型釜式反应器管式反应器固定床反应器流化床反应器Agitatin

10、g tank reactor气液相反应器Plug flow reactorPacked bed reactorPacked bed reactorPacked bed reactorFluidized bed reactorFluidized bed reactorFluidized bed reactorMoving bed reactor种类特点应用范围管式反应器长度远大于管径,内部没有任何构件多用于均相反应过程釜式反应器高度与直径比约为2-3内设搅拌装置和档板均相、多相反应过程均可塔式 (填料塔板式塔)高度远大于直径，内部设有填料、塔板等以提高相互接触面积用于多相反应过程固定床底层内部装

11、有不动的固体颗粒，固体颗粒可以是催化剂或是反应物用于多相反应系统流化床反应过程中反应器内部有固体颗粒的悬浮和循环运动，提高反应器内液体的混合性能多相反应体系，可以提高传热速率移动床固体颗粒自上而下作定向移动与反应流体逆向接触用于多相体系，催化剂可以连续再生滴流床是固定反应器的一种，但反应物还包括气液两种属于固定床的一种，用于使用固体催化剂的气液反应过程5 反应器的操作方式间歇操作(batch reactor, BR)连续操作(continuous stirred tank reactor, CSTR) 连续操作(F reactor)Batch reactorSemibatch reactorMixed flow reactor质量衡算：