《化學(xué)反應(yīng)工程》課件緒論(簡(jiǎn)明)

1、化學(xué)反應(yīng)工程Chemical Reaction Engineering參考書和課件朱炳辰. 化學(xué)反應(yīng)工程(第五版). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2012.陳甘棠. 化學(xué)反應(yīng)工程(第三版). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.Levenspiel O. Chemical Reaction Engineering(3rd). New York: John Wiely & Sons, 1999.Fogler H S. Element of Chemical Reaction Engineering(3rd). New Jersey: Prentice Hall, 1999.課件地址：/s/1kVK

2、4g6N主要授課內(nèi)容緒論應(yīng)用化學(xué)動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)氣-固相催化反應(yīng)本征及宏觀動(dòng)力學(xué)釜式及均相管式反應(yīng)器反應(yīng)器中的混合及對(duì)反應(yīng)的影響 固定床氣-固相催化反應(yīng)工程 氣-液反應(yīng)工程流-固相非催化反應(yīng)流化床反應(yīng)工程氣-液-固三相反應(yīng)工程 緒 論一、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的研究范疇二、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的發(fā)展歷史三、化學(xué)反應(yīng)工程與多尺度及多學(xué)科的聯(lián)系四、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的研究方法五、化學(xué)反應(yīng)工程對(duì)工程放大及優(yōu)化的作用一、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的研究范疇過(guò)程工業(yè)從事物質(zhì)的化學(xué)轉(zhuǎn)化，生成新的物質(zhì)產(chǎn)品；各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有一定的不可分性，形成生產(chǎn)流程，并多數(shù)連續(xù)生產(chǎn)。過(guò)程工業(yè)包括兩個(gè)過(guò)程：物理轉(zhuǎn)化過(guò)程，如流體輸送、蒸發(fā)、結(jié)晶等過(guò)程

3、單元操作(化工原理)化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)工程：綜合化學(xué)反應(yīng)與動(dòng)量、質(zhì)量、熱量傳遞交互作用的宏觀過(guò)程“三傳一反”二、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的發(fā)展歷史1937年，Damkohler在“Der Chemie Ingenieur”第三卷：擴(kuò)散、流動(dòng)與傳熱對(duì)化學(xué)反應(yīng)收率的影響。1947年，-發(fā)表了論述化學(xué)動(dòng)力學(xué)中擴(kuò)散與傳熱的專著。1947年，Hougen和Watson：化學(xué)過(guò)程原理第三卷。1957年，第一次歐洲化學(xué)反應(yīng)工程會(huì)議，確立了“化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)”名稱。三、化學(xué)反應(yīng)工程與多尺度及多學(xué)科的聯(lián)系物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的多尺度(multi-scale)效應(yīng)時(shí)間及空間尺度：以固定床氣-固相催化反應(yīng)器為例 納尺度分子

4、化學(xué)鍵振動(dòng)(納秒及納米尺度)：反應(yīng)物與催化劑載體上活性組分間的分子反應(yīng)微尺度兩相間物質(zhì)傳遞和流體流動(dòng)中的泡、滴、粒旋渦運(yùn)動(dòng)：反應(yīng)組分在催化劑孔道內(nèi)的擴(kuò)散 介尺度反應(yīng)、換熱、輸送和分離等裝置： 催化反應(yīng)器宏尺度生產(chǎn)單元和工廠：原料氣制備、壓縮、循環(huán)產(chǎn)品分離的生產(chǎn)單元和整個(gè)工廠 宏尺度環(huán)境大氣 ：生產(chǎn)過(guò)程中污染物經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的消除 氣-固相催化反應(yīng)有三個(gè)不同尺度的模型 化學(xué)動(dòng)力學(xué)或本征動(dòng)力學(xué)模型只考慮反應(yīng)組分與催化活性組分間處于納尺度的分子反應(yīng)，并未考慮傳質(zhì)、傳熱對(duì)催化反應(yīng)的影響顆粒宏觀動(dòng)力學(xué)模型(或簡(jiǎn)稱顆粒動(dòng)力學(xué)模型)在本征動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，計(jì)入微尺度的顆粒粒內(nèi)與粒外反應(yīng)氣流間的傳質(zhì)、傳熱過(guò)程。 床層

5、或反應(yīng)器內(nèi)宏觀動(dòng)力學(xué)模型(或簡(jiǎn)稱床層動(dòng)力學(xué)模型)各種類型反應(yīng)器內(nèi)的催化劑床層，計(jì)入反應(yīng)氣體與催化劑顆粒的相互流動(dòng)狀況，和使用過(guò)程中催化劑失活影響的諸多因素，即處于介尺度的宏觀動(dòng)力學(xué)。 化學(xué)反應(yīng)工程與多學(xué)科間的關(guān)系 以甲醇合成為例，涉及：生產(chǎn)方法的選擇木材干餾法、氯甲烷法水解法、碳氧化物(CO、CO2)與氫合成法化學(xué)基礎(chǔ)及過(guò)程分析甲醇合成的熱力學(xué)及催化劑反應(yīng)平衡組成與氣體組成、壓力、溫度的關(guān)系(化工熱力學(xué))催化劑：鋅-鉻催化劑，30 MPa，350-420；銅-鋅催化劑，5 MPa，220-280 催化劑開(kāi)發(fā)反應(yīng)過(guò)程分析催化劑的中毒與熱失活原料氣制備、甲醇合成及循環(huán)甲醇合成工藝 粗原料氣的制備天

6、然氣蒸汽轉(zhuǎn)化；高溫氣流床粉煤汽化粗原料氣的凈化 甲醇合成及循環(huán)合成反應(yīng)器出口氣體組成確定，甲醇冷卻分離，未反應(yīng)氣體循環(huán)甲醇合成反應(yīng)器化學(xué)反應(yīng)工程反應(yīng)器的選型多段絕熱、管式連續(xù)換熱反應(yīng)器中的“三傳一反”催化劑的本征反應(yīng)動(dòng)力學(xué)催化劑顆粒內(nèi)的反應(yīng)-傳質(zhì)-傳熱催化劑與氣相間的傳質(zhì)、傳熱催化劑顆粒的宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)催化劑床層的壓降、顆粒粒度及形狀的選擇 反應(yīng)器內(nèi)軸向及徑向傳熱、傳質(zhì)絕熱反應(yīng)器段數(shù)，床層直徑及高度設(shè)計(jì)管式反應(yīng)器管數(shù)、管徑及長(zhǎng)度設(shè)計(jì)管式反應(yīng)器管外冷卻劑的選擇金屬材料與機(jī)械制造反應(yīng)器的材質(zhì)選擇大型反應(yīng)器的機(jī)械設(shè)計(jì)化學(xué)工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與系統(tǒng)優(yōu)化合成氣的壓縮及循環(huán)裝置全系統(tǒng)的流程設(shè)置 操作條件的優(yōu)化

7、全系統(tǒng)的能量分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析工程控制全系統(tǒng)的工程控制四、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的研究方法實(shí)驗(yàn)研究數(shù)學(xué)模擬化工單元操作對(duì)過(guò)程的數(shù)學(xué)描述 經(jīng)驗(yàn)歸納法、量綱分析法物理概念模型 根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐的觀察和分析，歸納出各種物質(zhì)在反應(yīng)裝置中的流動(dòng)、傳質(zhì)和傳熱與化學(xué)反應(yīng)之間相互關(guān)系的概念，稱為物理概念模型。數(shù)學(xué)模型 表達(dá)物理概念模型的數(shù)學(xué)式稱為數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模擬方法 用基于物理概念模型的數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬反應(yīng)過(guò)程的方法稱為數(shù)學(xué)模擬方法。 數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化各種工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的實(shí)際情況復(fù)雜，用數(shù)學(xué)模型完整地、定量地反映事物的全貌目前還不可能實(shí)現(xiàn)。將宏觀反應(yīng)過(guò)程的規(guī)律，加以去粗取精的加工，根據(jù)主要的矛盾和矛盾的主要方面，在一定的條件下將過(guò)程合理地簡(jiǎn)化，稱為數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化。不同條件下，簡(jiǎn)化的內(nèi)容是不同的，簡(jiǎn)化模型是否失真，要通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐去檢驗(yàn)和考核，然后進(jìn)行修正，使之更加