反應(yīng)工程課件第一章課件

1、反應(yīng)工程課件第一章1 溫度是影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素，對于不同溫度是影響化學(xué)反應(yīng)速率的主要因素，對于不同 類型的反應(yīng)，其影響程度是不相同的。類型的反應(yīng)，其影響程度是不相同的。 1.4.1 1.4.1 溫度對單反應(yīng)速率的影響及最佳溫度溫度對單反應(yīng)速率的影響及最佳溫度 1 1）溫度對不同類型單反應(yīng)速率的影響溫度對不同類型單反應(yīng)速率的影響 2 2）可逆放熱反應(yīng)的最佳溫度曲線）可逆放熱反應(yīng)的最佳溫度曲線 3 3）最佳溫度的實(shí)現(xiàn)）最佳溫度的實(shí)現(xiàn) 1.5.2 1.5.2 溫度對多重反應(yīng)速率的影響溫度對多重反應(yīng)速率的影響 1 1）平行反應(yīng)）平行反應(yīng) 2 2）連串反應(yīng)）連串反應(yīng) 1.4 溫度對反應(yīng)速率的影響

2、及最佳反應(yīng)溫度溫度對反應(yīng)速率的影響及最佳反應(yīng)溫度 反應(yīng)工程課件第一章2 1.4.1 溫度對單反應(yīng)速率的影響及最佳溫度溫度對單反應(yīng)速率的影響及最佳溫度 1）溫度對不同類型單反應(yīng)速率的影響及最）溫度對不同類型單反應(yīng)速率的影響及最 佳溫度佳溫度 不可逆吸熱反應(yīng)不可逆吸熱反應(yīng) 不可逆放熱反應(yīng)不可逆放熱反應(yīng) 可逆吸熱反應(yīng)可逆吸熱反應(yīng) 可逆放熱反應(yīng)可逆放熱反應(yīng) 溫度溫度 反應(yīng)速率常數(shù)反應(yīng)速率常數(shù) 平衡常數(shù)平衡常數(shù) 反應(yīng)工程課件第一章3 （1) 1) 不可逆吸熱反應(yīng)不可逆吸熱反應(yīng) 對于單反應(yīng)對于單反應(yīng) 0 C g E kk exp R T （） 溫度對化學(xué)反應(yīng)的影響包括平衡常數(shù)和反應(yīng)速率常數(shù)兩溫度對化學(xué)反應(yīng)

3、的影響包括平衡常數(shù)和反應(yīng)速率常數(shù)兩 個(gè)方面，不可擬反應(yīng)不受個(gè)方面，不可擬反應(yīng)不受平衡常數(shù)的限制，因此只考慮溫度平衡常數(shù)的限制，因此只考慮溫度 對反應(yīng)速率常數(shù)的影響。對不可擬吸熱反應(yīng)當(dāng)溫度升高時(shí)，對反應(yīng)速率常數(shù)的影響。對不可擬吸熱反應(yīng)當(dāng)溫度升高時(shí)， k k會增大，反應(yīng)速率也相應(yīng)增大。會增大，反應(yīng)速率也相應(yīng)增大。 （2 2) ) 不可逆放熱反應(yīng)不可逆放熱反應(yīng) 當(dāng)溫度升高時(shí)，當(dāng)溫度升高時(shí)，k k會增大，會增大，反應(yīng)速率也相應(yīng)增大。反應(yīng)速率也相應(yīng)增大。 由于反應(yīng)速率常數(shù)隨溫度的升高而升高，因此，無論是放熱反由于反應(yīng)速率常數(shù)隨溫度的升高而升高，因此，無論是放熱反 應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，都應(yīng)該在盡可能高的溫度下

4、進(jìn)行，以獲得應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，都應(yīng)該在盡可能高的溫度下進(jìn)行，以獲得 較大的反應(yīng)速率，但在實(shí)際生產(chǎn)中，要考慮以下問題：較大的反應(yīng)速率，但在實(shí)際生產(chǎn)中，要考慮以下問題： a a）溫度過高，催化劑活性下降或失活；）溫度過高，催化劑活性下降或失活； b b）設(shè)備材質(zhì)的選?。┰O(shè)備材質(zhì)的選取 c c）熱能的供應(yīng)）熱能的供應(yīng) d d）伴有副反應(yīng)時(shí)，會影響反應(yīng)的選擇性）伴有副反應(yīng)時(shí)，會影響反應(yīng)的選擇性 反應(yīng)工程課件第一章4 例例1 1 硫鐵礦的焙燒反應(yīng)：硫鐵礦的焙燒反應(yīng)： 4FeS4FeS2 2 +11O +11O2 2 = 2Fe = 2Fe2 2O O3 3+8SO+8SO2 2 是一個(gè)不可逆的放熱反應(yīng)，實(shí)

5、際上是一個(gè)不可逆的放熱反應(yīng)，實(shí)際上FeSFeS2 2高于高于400400就開始分就開始分 解，溫度越高反應(yīng)速率越快，工業(yè)上一般在解，溫度越高反應(yīng)速率越快，工業(yè)上一般在850-950 850-950 之間之間 操作，反應(yīng)器爐內(nèi)襯耐火磚，但溫度再高會使燒渣熔化，物操作，反應(yīng)器爐內(nèi)襯耐火磚，但溫度再高會使燒渣熔化，物 料熔結(jié)會影響正常操作。料熔結(jié)會影響正常操作。FeFe2 2O O3 3的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)1560 1560 ， FeOFeO的熔點(diǎn)的熔點(diǎn) 1377 1377 。 例例2 2 煅燒石灰石制取煅燒石灰石制取COCO2 2及及CaOCaO的反應(yīng)：的反應(yīng)：CaCOCaCO3 3 = CaO + CO

6、 = CaO + CO2 2 是一個(gè)不可擬的吸熱反應(yīng)，通?？咳紵固亢蜔o煙煤供給熱是一個(gè)不可擬的吸熱反應(yīng)，通常靠燃燒焦炭和無煙煤供給熱 量，理論上常壓下量，理論上常壓下800800開始分解，溫度越高反應(yīng)速率越快，開始分解，溫度越高反應(yīng)速率越快， 可以縮短煅燒時(shí)間，工業(yè)上控制在可以縮短煅燒時(shí)間，工業(yè)上控制在1100-1200 范圍之內(nèi)，范圍之內(nèi)， 溫度再過高，可能會出現(xiàn)熔融狀態(tài)，發(fā)生掛壁或結(jié)瘤。而且溫度再過高，可能會出現(xiàn)熔融狀態(tài)，發(fā)生掛壁或結(jié)瘤。而且 還會使石灰石變成堅(jiān)硬不易消化的還會使石灰石變成堅(jiān)硬不易消化的“過燒石灰過燒石灰”。 反應(yīng)工程課件第一章5 （3）可逆吸熱反應(yīng)）可逆吸熱反應(yīng) )(

7、)( 1)( )( )( 1)()()( 1 2 11 11 22 112211 yfK yf yfk yfk yfk yfkyfkyfkr y A 隨溫度的升高，k1升高， 升高， 升高， 也升高 總的結(jié)果，隨溫度的升高，總的反應(yīng)速率提高。因此，對于 可逆吸熱反應(yīng)，也應(yīng)盡可能在較高溫度下進(jìn)行，這樣既有利 于提高平衡轉(zhuǎn)化率，又可提高反應(yīng)速率。同時(shí)，也應(yīng)考慮一 些因素的限制。 y K y K )( )( 1 1 2 yfK yf y 例如，天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng) 是可逆吸熱反應(yīng)，提高溫度有利于提高反應(yīng)速率并提高甲烷的平 衡轉(zhuǎn)化率，但考慮到設(shè)備材質(zhì)等條件限制，一般轉(zhuǎn)化爐內(nèi)溫度小 于800-850。

8、224 HCOOHCH 反應(yīng)工程課件第一章6 （4）可逆放熱反應(yīng)）可逆放熱反應(yīng) )( )( 1)( )( )( 1)()()( 1 2 11 11 22 112211 yfK yf yfk yfk yfk yfkyfkyfkr y A 隨溫度的升高，隨溫度的升高，k k1 1升高，升高， 降低，降低， 降低，降低， 也降低也降低 總的結(jié)果，反應(yīng)速率受兩種相互矛盾的因素影響。總的結(jié)果，反應(yīng)速率受兩種相互矛盾的因素影響。 y K y K )( )( 1 1 2 yfK yf y 溫度較低時(shí)，由于溫度較低時(shí)，由于 數(shù)值較大，數(shù)值較大， 1，此時(shí)，溫度，此時(shí)，溫度 對反應(yīng)速率常數(shù)的影響要大于對對反應(yīng)速

9、率常數(shù)的影響要大于對 的影響，總的結(jié)果，溫度升高，的影響，總的結(jié)果，溫度升高， 反應(yīng)速率提高。反應(yīng)速率提高。 隨著溫度的升高，隨著溫度的升高， 的影響越來越顯著，也就是說，隨著溫度的升高，反應(yīng)速率的影響越來越顯著，也就是說，隨著溫度的升高，反應(yīng)速率 隨溫度的增加量越來越小，當(dāng)溫度增加到一定程度后，溫度對反應(yīng)速率常數(shù)和平衡隨溫度的增加量越來越小，當(dāng)溫度增加到一定程度后，溫度對反應(yīng)速率常數(shù)和平衡 常數(shù)的影響相互抵消，反應(yīng)速率隨溫度的增加量變?yōu)榱恪３?shù)的影響相互抵消，反應(yīng)速率隨溫度的增加量變?yōu)榱恪?隨著溫度的增加，由于溫度對平衡常數(shù)的影響發(fā)展成為矛盾的主要方面，因此，反隨著溫度的增加，由于溫度對平衡

10、常數(shù)的影響發(fā)展成為矛盾的主要方面，因此，反 應(yīng)速率隨溫度的增加而降低。應(yīng)速率隨溫度的增加而降低。 y K )( )( 1 1 2 yfK yf y )( )( 1 1 2 yfK yf y y K 反應(yīng)工程課件第一章7 0 y A T r Top T rA 0 y A T r 0 y A T r 最佳溫度：對于某最佳溫度：對于某一可逆放熱反應(yīng)一可逆放熱反應(yīng)，在，在一定的反應(yīng)物系組成一定的反應(yīng)物系組成下，下， 具有具有最大反應(yīng)速率最大反應(yīng)速率的溫度稱為相應(yīng)于這個(gè)組成的最佳溫度。的溫度稱為相應(yīng)于這個(gè)組成的最佳溫度。 反應(yīng)工程課件第一章8 2）可逆放熱單反應(yīng)的最佳溫）可逆放熱單反應(yīng)的最佳溫 度曲線度

11、曲線 (1) 最佳溫度曲線最佳溫度曲線 由相應(yīng)于由相應(yīng)于各轉(zhuǎn)化率各轉(zhuǎn)化率的的最佳溫最佳溫 度度所組成的曲線，稱為最佳所組成的曲線，稱為最佳 溫度曲線?？赏ㄟ^實(shí)驗(yàn)測定和溫度曲線。可通過實(shí)驗(yàn)測定和 理論計(jì)算得到。理論計(jì)算得到。 (2) 最佳溫度曲線的測定最佳溫度曲線的測定 通過實(shí)驗(yàn)測定不同轉(zhuǎn)化率時(shí)通過實(shí)驗(yàn)測定不同轉(zhuǎn)化率時(shí) rAT曲線圖。曲線圖。 如圖（如圖（13），將各轉(zhuǎn)化率），將各轉(zhuǎn)化率 的最佳溫度連接起來，即為的最佳溫度連接起來，即為 最佳溫度曲線，如圖中的虛最佳溫度曲線，如圖中的虛 線。線。 反應(yīng)工程課件第一章9 (3) 最佳溫度曲線計(jì)算最佳溫度曲線計(jì)算 對于可逆放熱反應(yīng)，如果沒有副反應(yīng)，則

12、最佳溫對于可逆放熱反應(yīng)，如果沒有副反應(yīng)，則最佳溫 度曲線可由動力學(xué)方程用一般求極值的方法求出。度曲線可由動力學(xué)方程用一般求極值的方法求出。 )exp()()exp()()()( 2 202 1 1012211 TR E kyf TR E kyfyfkyfkr gg A 1 2 12 ln1 E E EE e T g R e T OP T 反應(yīng)工程課件第一章10 12 1 122110220 1122 101202 22 121 2 ( )( )( )exp( )exp 0 exp( )exp( )0 exp A gg A op y gopgopgopgop gop EE rk f yk fyf

13、 y kfy k R TR T r TT T EEEE kf ykfy R TR TR TR T EEE ER T 對上式求導(dǎo)，使其等于零,即，并以代替 202 101 12 101202 20221 101 ( ) A ( ) ,0,: exp( )exp( ) ( ) expB ( ) eA gege ge kfy k f y Tr EE kf ykfy R TR T kfyEE R Tk f y （ ） 當(dāng)反應(yīng)處于平衡時(shí) 相應(yīng)的平衡溫度為此時(shí)則有 （ ） 令 式（A）=式（B） (a) TopTe關(guān)系關(guān)系 反應(yīng)工程課件第一章11 12121 2 12121 2 212 1 e op 22

14、 211211 : 11 T1 T T 1 1 gopge gopge gope gge e EEEEE expexp ER TR T EEEEE ln ER TR T EEE ln RTTE RR EE lnln TEEEEEE 兩邊取對數(shù) （172） 反應(yīng)工程課件第一章12 (b) 最佳溫度曲線最佳溫度曲線 由（由（TexA）關(guān)系）關(guān)系xATe曲線曲線(平衡曲線平衡曲線)計(jì)算同一計(jì)算同一 xA的的Top曲線（最佳溫度曲線）。曲線（最佳溫度曲線）。 對于縱坐標(biāo)對于縱坐標(biāo)xA和橫坐標(biāo)和橫坐標(biāo)T，若是平衡曲線，則為，若是平衡曲線，則為 Ae xT Aop xT 若是最佳溫度曲線，則為若是最佳溫度

15、曲線，則為 對于可逆放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，對于可逆放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，xA不斷升高，不斷升高， 相應(yīng)的最佳溫度隨之降低，一直保持反應(yīng)速率最大。相應(yīng)的最佳溫度隨之降低，一直保持反應(yīng)速率最大。 溫度溫度 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 平衡曲線 最佳溫度曲線 反應(yīng)工程課件第一章13 reversible exothermic reaction 0.0 0.20 0.40 0.60 0.80 x r(x,T) 反應(yīng)工程課件第一章14 從圖中可以看出，從圖中可以看出， a）當(dāng)轉(zhuǎn)化率不變時(shí)，存在著最佳反應(yīng)溫度）當(dāng)轉(zhuǎn)化率不變時(shí)，存在著最佳反應(yīng)溫度 b）轉(zhuǎn)化率增加時(shí)，最佳溫度及最佳溫度下的反）轉(zhuǎn)化率增加時(shí)，最佳溫度

16、及最佳溫度下的反 應(yīng)速率都降低。應(yīng)速率都降低。 反應(yīng)工程課件第一章15 最佳溫度曲線最佳溫度曲線Optimal temperature profile: 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 最佳溫度最佳溫度 最佳溫度最佳溫度 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 反應(yīng)工程課件第一章16 3 3）最佳溫度的實(shí)現(xiàn)）最佳溫度的實(shí)現(xiàn) （1 1）問題的提出：由）問題的提出：由T Toe oe曲線可知： 曲線可知： X X低時(shí)，低時(shí)，T T應(yīng)高；應(yīng)高；X X高時(shí)，高時(shí)，T T應(yīng)低。應(yīng)低。 實(shí)際情況：實(shí)際情況： 開始開始T T 較低，較低， X X也較低；也較低； 后期后期T T 較高，較高， X X也較高也較高 正好相反，如何解決？正好相反，如何解決

17、？ （2 2）解決辦法）解決辦法: : a a、前期快速升溫。前期快速升溫。 b b、反應(yīng)過程中后期不斷移熱。、反應(yīng)過程中后期不斷移熱。 （3 3）實(shí)施方案：）實(shí)施方案： a a、分段反應(yīng)，段間換熱。、分段反應(yīng)，段間換熱。 b b、邊反應(yīng)，邊移熱。、邊反應(yīng)，邊移熱。 反應(yīng)工程課件第一章17 1.4.2 1.4.2 溫度對多重反應(yīng)速率的影響溫度對多重反應(yīng)速率的影響 1 1）平行反應(yīng)）平行反應(yīng) （1)1)平行反應(yīng)的基本模式平行反應(yīng)的基本模式 討論條件：恒容；等溫；討論條件：恒容；等溫；A2大量過剩；均為擬一級不大量過剩；均為擬一級不 可逆反應(yīng)；可逆反應(yīng)；C C10 10=C =C10 10, C

18、, C30 30=0, C =0, C40 40=0 =0。 分析：分析： S3=C3/(C10-C1) 思路：要求思路：要求S S3 3=?,=?,先求先求C C1 1和和C C3 3，如何求？，如何求？ （2)2)平行反應(yīng)的速率方程平行反應(yīng)的速率方程 LA S= A 生成目的產(chǎn)物 所消耗的關(guān)鍵組分 的量 轉(zhuǎn)化了的關(guān)鍵組分 的量 反應(yīng)工程課件第一章18)(exp c c ln 1 )( )( 21101 10 1 21 121 1 0 121 1 1 10 tkkcc kk t ckk dc dt ckk dc dt c c t 反應(yīng)工程課件第一章19 )(exp1 )(exp )(exp

19、21 21 101 3 0 21101 0 3 2110111 3 3 tkk kk ck c dttkkckdc tkkckck dt dc tc 反應(yīng)工程課件第一章20 （3 3）平行反應(yīng)的選擇率）平行反應(yīng)的選擇率 )(exp1 21 21 101 3 tkk kk ck c )(exp 21101 tkkcc S3=C3/(C10-C1) 反應(yīng)工程課件第一章21 反應(yīng)工程課件第一章22 （4）討論）討論 )exp(1 1 21 01 02 TR EE k k g s 反應(yīng)工程課件第一章23 2）連串反應(yīng)）連串反應(yīng) 反應(yīng)工程課件第一章24 組分組分A A3 3是第一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物，又是第二個(gè)

20、反應(yīng)的反應(yīng)物，是第一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物，又是第二個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物， 故其凈生成速率應(yīng)等于第一反應(yīng)生成速率與第二反應(yīng)消耗速故其凈生成速率應(yīng)等于第一反應(yīng)生成速率與第二反應(yīng)消耗速 率之差，由于化學(xué)計(jì)量系數(shù)相等，因而也等于組分率之差，由于化學(xué)計(jì)量系數(shù)相等，因而也等于組分A A1 1的消耗的消耗 速率與組分速率與組分A A4 4的生成速率之差，即的生成速率之差，即 如果目的產(chǎn)物是如果目的產(chǎn)物是A A4 4，即，即A A4 4的生成量應(yīng)盡可能大，的生成量應(yīng)盡可能大，A A3 3的生成的生成 量應(yīng)盡量減少。這種情況比較簡單，只要提高反應(yīng)溫度即可量應(yīng)盡量減少。這種情況比較簡單，只要提高反應(yīng)溫度即可 達(dá)到目的。因?yàn)樯?/p>

21、反應(yīng)溫度，達(dá)到目的。因?yàn)樯叻磻?yīng)溫度，k k1 1和和k k2 2都增大。都增大。 反應(yīng)工程課件第一章25 如果目的產(chǎn)物為如果目的產(chǎn)物為A3，情況就復(fù)雜得多。若反應(yīng)在等容，情況就復(fù)雜得多。若反應(yīng)在等容 下進(jìn)行，反應(yīng)速率可以下進(jìn)行，反應(yīng)速率可以dc/dt表示，經(jīng)過推導(dǎo)，可得出組分表示，經(jīng)過推導(dǎo)，可得出組分 A3的收率的收率Y3與組分與組分A1的轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率x1及反應(yīng)速率常數(shù)之比值及反應(yīng)速率常數(shù)之比值 k2/k1的函數(shù)，如圖的函數(shù)，如圖1-4所示。所示。 當(dāng)當(dāng)A2過量時(shí)，過量時(shí)，t=0時(shí)，時(shí)，c1=c10，c3=0. )1()1( 1 1 1 )( 11 1 2 1 2 10 1 10 1 10

22、 3 3 1 2 1 2 xx k k k k c c c c c c Y k k k k 反應(yīng)工程課件第一章26 其中每一曲線相應(yīng)于一定的其中每一曲線相應(yīng)于一定的 k k2 2/k/k1 1值。由圖可見，轉(zhuǎn)化值。由圖可見，轉(zhuǎn)化 率一定時(shí)，率一定時(shí)，A A3 3的收率的收率Y Y3 3總是隨總是隨k k2 2/k/k1 1值的增加而減少。圖中的值的增加而減少。圖中的 虛線為極大點(diǎn)的軌跡。虛線為極大點(diǎn)的軌跡。 反應(yīng)工程課件第一章27 由于比值由于比值k k2 2/k/k1 1僅為溫度的函數(shù)（如為催化反應(yīng)，則對一僅為溫度的函數(shù)（如為催化反應(yīng)，則對一 定的催化劑而言），可以通過改變溫度即改變定的催化

23、劑而言），可以通過改變溫度即改變k k2 2/k/k1 1來考察收來考察收 率與溫度間的關(guān)系，由于率與溫度間的關(guān)系，由于 若若E El lEE2 2 ，則溫度越高，則溫度越高， k k2 2/k/k1 1比值越小，比值越小， A A3 3的收率的收率Y Y3 3大，大， A A4 4的收率的收率Y Y4 4越小。如果目的產(chǎn)物為越小。如果目的產(chǎn)物為A A3 3，可見采用高溫有利。，可見采用高溫有利。 若若E E1 1EE2 2 ，情況相反，在低溫下操作可獲得較高的，情況相反，在低溫下操作可獲得較高的A A3 3的收率，的收率， A A4 4的收率則較低。但應(yīng)注意，溫度低必然使反應(yīng)速率變慢，的收率

24、則較低。但應(yīng)注意，溫度低必然使反應(yīng)速率變慢， 致使反應(yīng)器的生產(chǎn)能力下降。致使反應(yīng)器的生產(chǎn)能力下降。 以上所述，系針對一級不可逆反應(yīng)，對于非一級不可逆反應(yīng)，以上所述，系針對一級不可逆反應(yīng)，對于非一級不可逆反應(yīng)， 也可作類似的分析，但數(shù)學(xué)處理較難。也可作類似的分析，但數(shù)學(xué)處理較難。 反應(yīng)工程課件第一章28 思考題思考題1 下列平行反應(yīng)，在其它條件不變的情況下，如可選下列平行反應(yīng)，在其它條件不變的情況下，如可選 擇反應(yīng)溫度？擇反應(yīng)溫度？ ) 40000 exp( ) 80000 exp( )主反應(yīng)( 202 101 2 1 TR kk TR kk MA LA g g k k 反應(yīng)工程課件第一章29

25、思考題思考題2 下列連串反應(yīng)，在其它條件不變的情況下，試討論下列連串反應(yīng)，在其它條件不變的情況下，試討論 L和和M分別為主產(chǎn)物時(shí)，如可選擇反應(yīng)溫度？分別為主產(chǎn)物時(shí)，如可選擇反應(yīng)溫度？ ) 90000 exp( ) 50000 exp( 202 101 21 TR kk TR kk MLA g g kk 反應(yīng)工程課件第一章30 （1 1）根據(jù)反應(yīng)過程的化學(xué)基礎(chǔ)和生產(chǎn)工藝的基本要求，）根據(jù)反應(yīng)過程的化學(xué)基礎(chǔ)和生產(chǎn)工藝的基本要求， 進(jìn)行反應(yīng)器的選型設(shè)計(jì)。進(jìn)行反應(yīng)器的選型設(shè)計(jì)。 （2 2）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)與有關(guān)流體力學(xué)、熱量、質(zhì)量傳遞過）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)與有關(guān)流體力學(xué)、熱量、質(zhì)量傳遞過 程綜合的宏觀反應(yīng)動力學(xué)

26、，計(jì)算反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸，主程綜合的宏觀反應(yīng)動力學(xué)，計(jì)算反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸，主 要是影響催化床內(nèi)溫度分布和流體流動狀態(tài)的結(jié)構(gòu)尺寸。要是影響催化床內(nèi)溫度分布和流體流動狀態(tài)的結(jié)構(gòu)尺寸。 （3 3）反應(yīng)器的機(jī)械設(shè)計(jì)）反應(yīng)器的機(jī)械設(shè)計(jì) 反應(yīng)工程課件第一章31 （4 4）在機(jī)械設(shè)計(jì)可行的前提下）在機(jī)械設(shè)計(jì)可行的前提下. .進(jìn)行改變結(jié)構(gòu)尺寸和操作溫進(jìn)行改變結(jié)構(gòu)尺寸和操作溫 度、流體流動條件對反應(yīng)器的穩(wěn)定操作和適應(yīng)一定幅度的催度、流體流動條件對反應(yīng)器的穩(wěn)定操作和適應(yīng)一定幅度的催 化劑失活和產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量和選擇率、收率等方面的工藝要化劑失活和產(chǎn)量、產(chǎn)品質(zhì)量和選擇率、收率等方面的工藝要 求的工程分析，然后確定反應(yīng)器

27、的設(shè)計(jì)。求的工程分析，然后確定反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。 （5 5）反應(yīng)器投產(chǎn)后，還要綜合生產(chǎn)實(shí)踐反饋來的效果改進(jìn)）反應(yīng)器投產(chǎn)后，還要綜合生產(chǎn)實(shí)踐反饋來的效果改進(jìn) 今后同一類型化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)討。今后同一類型化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)討。 （6 6）開發(fā)新型反應(yīng)器。）開發(fā)新型反應(yīng)器。 化學(xué)反應(yīng)器是為了進(jìn)行指定產(chǎn)品生產(chǎn)及其原料制備過化學(xué)反應(yīng)器是為了進(jìn)行指定產(chǎn)品生產(chǎn)及其原料制備過 程的反應(yīng)設(shè)備，必須對所面向的產(chǎn)品的化學(xué)特征和現(xiàn)有生程的反應(yīng)設(shè)備，必須對所面向的產(chǎn)品的化學(xué)特征和現(xiàn)有生 產(chǎn)方法、流程及操作條件等工藝內(nèi)容有足夠的認(rèn)識。產(chǎn)方法、流程及操作條件等工藝內(nèi)容有足夠的認(rèn)識。 反應(yīng)工程課件第一章32 1 1）化學(xué)基礎(chǔ)）化學(xué)基礎(chǔ)

28、 （1 1）應(yīng)掌握化學(xué)及催化劑研究工作者所獲有關(guān)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，）應(yīng)掌握化學(xué)及催化劑研究工作者所獲有關(guān)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)， 催化劑對主、副反應(yīng)的促進(jìn)及抑制能力，對反應(yīng)溫度、原料催化劑對主、副反應(yīng)的促進(jìn)及抑制能力，對反應(yīng)溫度、原料 組成、壓力、空速的要求和在一定條件下能獲得的轉(zhuǎn)化率、組成、壓力、空速的要求和在一定條件下能獲得的轉(zhuǎn)化率、 選擇率和收率的研究成果。選擇率和收率的研究成果。 （2 2）應(yīng)掌握反應(yīng)過程的熱力學(xué)數(shù)據(jù)和黏度、導(dǎo)熱系數(shù)及擴(kuò)）應(yīng)掌握反應(yīng)過程的熱力學(xué)數(shù)據(jù)和黏度、導(dǎo)熱系數(shù)及擴(kuò) 散系數(shù)等物性數(shù)據(jù)。散系數(shù)等物性數(shù)據(jù)。 （3 3）研究工作者所進(jìn)行的反應(yīng)動力學(xué)研究大都是在等溫條）研究工作者所進(jìn)行的反應(yīng)動力學(xué)

29、研究大都是在等溫條 件下，通過改變反應(yīng)物系進(jìn)口組成、空速和溫度等參數(shù)的實(shí)件下，通過改變反應(yīng)物系進(jìn)口組成、空速和溫度等參數(shù)的實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)，再經(jīng)整理而得的本征動力學(xué)，缺少反應(yīng)器設(shè)計(jì)需要驗(yàn)數(shù)據(jù)，再經(jīng)整理而得的本征動力學(xué)，缺少反應(yīng)器設(shè)計(jì)需要 的內(nèi)、外擴(kuò)散過程及還原、失活等過程影響的工業(yè)顆粒催化的內(nèi)、外擴(kuò)散過程及還原、失活等過程影響的工業(yè)顆粒催化 劑宏觀動力學(xué)數(shù)據(jù)。在這種情況下，反應(yīng)器設(shè)計(jì)工作者往往劑宏觀動力學(xué)數(shù)據(jù)。在這種情況下，反應(yīng)器設(shè)計(jì)工作者往往 只能按本征動力學(xué)計(jì)算，再加以校正，或者在工業(yè)反應(yīng)的壓只能按本征動力學(xué)計(jì)算，再加以校正，或者在工業(yè)反應(yīng)的壓 力和相應(yīng)的組成及溫度范圍內(nèi)測試工業(yè)顆粒催化劑包含內(nèi)

30、擴(kuò)力和相應(yīng)的組成及溫度范圍內(nèi)測試工業(yè)顆粒催化劑包含內(nèi)擴(kuò) 散過程在內(nèi)的宏觀反應(yīng)動力學(xué)，再加以校正。散過程在內(nèi)的宏觀反應(yīng)動力學(xué)，再加以校正。 反應(yīng)工程課件第一章33 （4 4）許多與流體、固體顆粒流動狀況密切相關(guān)的反應(yīng)器，）許多與流體、固體顆粒流動狀況密切相關(guān)的反應(yīng)器， 如流化床反應(yīng)器，按工業(yè)反應(yīng)器考慮的反應(yīng)動力學(xué)，又稱為如流化床反應(yīng)器，按工業(yè)反應(yīng)器考慮的反應(yīng)動力學(xué)，又稱為 反應(yīng)器級或床層級宏觀反應(yīng)動力學(xué)，必須在顆粒級宏觀反應(yīng)反應(yīng)器級或床層級宏觀反應(yīng)動力學(xué)，必須在顆粒級宏觀反應(yīng) 動力學(xué)的基礎(chǔ)上考慮流動狀況的影響，這些問題往往是當(dāng)今動力學(xué)的基礎(chǔ)上考慮流動狀況的影響，這些問題往往是當(dāng)今 反應(yīng)工程研究工

31、作者的重點(diǎn)研究內(nèi)容。反應(yīng)工程研究工作者的重點(diǎn)研究內(nèi)容。 （5 5）盡管催化劑開發(fā)的研究工作者對催化劑的失活與毒物）盡管催化劑開發(fā)的研究工作者對催化劑的失活與毒物 的品種及含量，起始活性溫度的品種及含量，起始活性溫度 和耐熱溫度等問題進(jìn)行過必和耐熱溫度等問題進(jìn)行過必 要的實(shí)驗(yàn)研究，但最好多了解工業(yè)反應(yīng)器中催化劑的實(shí)際操要的實(shí)驗(yàn)研究，但最好多了解工業(yè)反應(yīng)器中催化劑的實(shí)際操 作運(yùn)行情況，如工業(yè)催化劑的失活與毒物含量使用時(shí)間的關(guān)作運(yùn)行情況，如工業(yè)催化劑的失活與毒物含量使用時(shí)間的關(guān) 系系. .催化反應(yīng)操作失控而導(dǎo)致飛溫，由于氣催化反應(yīng)操作失控而導(dǎo)致飛溫，由于氣- -液、氣液、氣- -固等反固等反 應(yīng)器各

32、種部件設(shè)計(jì)不妥導(dǎo)致流體分布不均，從而達(dá)不到設(shè)計(jì)應(yīng)器各種部件設(shè)計(jì)不妥導(dǎo)致流體分布不均，從而達(dá)不到設(shè)計(jì) 工藝指標(biāo)等方面的實(shí)際案例，以便對反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、操作和工藝指標(biāo)等方面的實(shí)際案例，以便對反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、操作和 原料氣制備方面提出必要的改進(jìn)建議。原料氣制備方面提出必要的改進(jìn)建議。 反應(yīng)工程課件第一章34 2 2）生產(chǎn)工藝及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)）生產(chǎn)工藝及反應(yīng)器的設(shè)計(jì)參數(shù) 化學(xué)反應(yīng)器雖是過程工業(yè)眾多裝置中的主要裝置，但設(shè)化學(xué)反應(yīng)器雖是過程工業(yè)眾多裝置中的主要裝置，但設(shè) 計(jì)和操作要從屬于多尺度、多層次的整個(gè)工業(yè)過程大系統(tǒng)的計(jì)和操作要從屬于多尺度、多層次的整個(gè)工業(yè)過程大系統(tǒng)的 要求。要求。 一般說來，較大規(guī)模

33、工業(yè)過程有關(guān)規(guī)模、選址、采用的一般說來，較大規(guī)模工業(yè)過程有關(guān)規(guī)模、選址、采用的 原料和主要生產(chǎn)工藝須首先經(jīng)項(xiàng)目論證，由政府主管部門根原料和主要生產(chǎn)工藝須首先經(jīng)項(xiàng)目論證，由政府主管部門根 據(jù)國家建設(shè)和科學(xué)發(fā)展觀的經(jīng)濟(jì)需要來批準(zhǔn)，其次，要根據(jù)據(jù)國家建設(shè)和科學(xué)發(fā)展觀的經(jīng)濟(jì)需要來批準(zhǔn)，其次，要根據(jù) 投資、原料消耗、能量消耗和回收等方面的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保投資、原料消耗、能量消耗和回收等方面的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保 安全方面的要求來考慮，確定整個(gè)生產(chǎn)工藝中各有關(guān)工序的安全方面的要求來考慮，確定整個(gè)生產(chǎn)工藝中各有關(guān)工序的 流程、裝備和主要操作條件，大型工業(yè)過程含有多個(gè)生產(chǎn)工流程、裝備和主要操作條件，大型工業(yè)過程含有多

34、個(gè)生產(chǎn)工 序，往往其中許多工序都有化學(xué)反應(yīng)器，它們的設(shè)計(jì)參數(shù)相序，往往其中許多工序都有化學(xué)反應(yīng)器，它們的設(shè)計(jì)參數(shù)相 互有機(jī)地聯(lián)系?；ビ袡C(jī)地聯(lián)系。 反應(yīng)工程課件第一章35 3 3）安全生產(chǎn)技術(shù)）安全生產(chǎn)技術(shù) 有一項(xiàng)十分重要的技術(shù)，即安全生產(chǎn)技術(shù)，主要是防爆、有一項(xiàng)十分重要的技術(shù)，即安全生產(chǎn)技術(shù)，主要是防爆、 防泄漏、防污染，除壓力設(shè)備防泄漏、防污染，除壓力設(shè)備 系統(tǒng)因超壓導(dǎo)致爆炸，以及系統(tǒng)因超壓導(dǎo)致爆炸，以及 加工不良導(dǎo)致可燃、有毒氣體逸出。加工不良導(dǎo)致可燃、有毒氣體逸出。 反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面。一方面是在確定的生反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面。一方面是在確定的生 產(chǎn)任務(wù)條件下，即已知原料

35、量、原料組成和對產(chǎn)品要求，通產(chǎn)任務(wù)條件下，即已知原料量、原料組成和對產(chǎn)品要求，通 過設(shè)計(jì)計(jì)算，確定反應(yīng)器的工藝尺寸，即反應(yīng)器的直徑、高過設(shè)計(jì)計(jì)算，確定反應(yīng)器的工藝尺寸，即反應(yīng)器的直徑、高 度等。另一方面是反應(yīng)器的校核計(jì)算，即已有一給定的反應(yīng)度等。另一方面是反應(yīng)器的校核計(jì)算，即已有一給定的反應(yīng) 器（已知反應(yīng)器大?。┐_定產(chǎn)品達(dá)到一定質(zhì)量要求的前提下，器（已知反應(yīng)器大?。┐_定產(chǎn)品達(dá)到一定質(zhì)量要求的前提下， 能否完成產(chǎn)量；或保持一定產(chǎn)量時(shí)，質(zhì)量是否合格。能否完成產(chǎn)量；或保持一定產(chǎn)量時(shí)，質(zhì)量是否合格。 反應(yīng)工程課件第一章36 反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 (1)(1)選擇合適的反應(yīng)器型式選擇合適的反應(yīng)器型式 (2)(2)確定最佳的工藝條件確定最佳的工藝條件 (3)(3)計(jì)算所需反應(yīng)器體積計(jì)算所需反應(yīng)器體積 反應(yīng)系統(tǒng)的動力學(xué)特性反應(yīng)系統(tǒng)的動力學(xué)特性 反應(yīng)器的流動特征和傳遞特性反應(yīng)器的流動特征和傳遞特性 最大反應(yīng)效果最大反應(yīng)效果 反應(yīng)器的反應(yīng)器的操作操作穩(wěn)定性穩(wěn)定性 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和尺寸的優(yōu)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和尺寸