化學(xué)反應(yīng)工程 第0章 緒　論

化學(xué)反應(yīng)工程(ChemicalReactionEngineering)《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)大綱學(xué)時(shí)：56學(xué)分：3.5一改進(jìn)和加強(qiáng)現(xiàn)有的反應(yīng)技術(shù)和設(shè)備；二開發(fā)新的反應(yīng)技術(shù)和新的反應(yīng)設(shè)備；三用理論指導(dǎo)和解決反應(yīng)過程開發(fā)中的放大問題；四實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的最優(yōu)化；五不斷發(fā)展反應(yīng)工程學(xué)的理論和方法。化學(xué)反應(yīng)的工程化，研究化學(xué)反應(yīng)的工程問題，工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器字典：生產(chǎn)、制造部門用比較大而復(fù)雜的設(shè)備來進(jìn)行的工作。中國大百科：應(yīng)用科學(xué)知識(shí)使自然資源轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)、機(jī)械、產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程以造福人類的專門技術(shù)。傳統(tǒng)學(xué)科：土木、機(jī)械、電氣、化學(xué)工程大美百科：工程學(xué)是指透過研究、經(jīng)驗(yàn)及實(shí)務(wù)而獲得在數(shù)學(xué)及自然科學(xué)方面的專業(yè)學(xué)識(shí)，并可配合判斷力發(fā)展出一套方法，來經(jīng)濟(jì)有效地利用自然資源，為人類造福。航空工程學(xué)、農(nóng)業(yè)工程學(xué)、生物工程學(xué)、陶瓷工程學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、土木工程學(xué)、電機(jī)工程學(xué)、工業(yè)工程學(xué)、材料工程學(xué)、冶金工程學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、其他（石油、海洋、軍事、核能、系統(tǒng)工程學(xué)）《中華人民共和國學(xué)科分類與代碼國家標(biāo)準(zhǔn)》GB/T13745-2009共設(shè)：5個(gè)門類、62個(gè)一級(jí)學(xué)科、748個(gè)二級(jí)學(xué)科、近6000個(gè)三級(jí)學(xué)科。Classificationandcodeofdisciplines自然科學(xué)

110數(shù)學(xué)120信息科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)130力學(xué)140物理學(xué)150化學(xué)160天文學(xué)170地球科學(xué)180生物學(xué)190心理學(xué)

農(nóng)業(yè)科學(xué)

210農(nóng)學(xué)220林學(xué)230畜牧、獸醫(yī)科學(xué)240水產(chǎn)學(xué)醫(yī)藥科學(xué)

310基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)320臨床醫(yī)學(xué)330預(yù)防醫(yī)學(xué)與衛(wèi)生學(xué)340軍事醫(yī)學(xué)與特種醫(yī)學(xué)350藥學(xué)360中醫(yī)學(xué)與中藥學(xué)

工程與技術(shù)科學(xué)

410工程與技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科413信息與系統(tǒng)科學(xué)相關(guān)工程與技術(shù)416

自然科學(xué)相關(guān)工程與技術(shù)420測(cè)繪科學(xué)技術(shù)430材料科學(xué)440礦山工程技術(shù)450冶金工程技術(shù)460工程機(jī)械470動(dòng)力與電氣工程480能源科學(xué)490核科學(xué)技術(shù)510電子、通信與自動(dòng)控制技術(shù)520計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)530化學(xué)工程

535

產(chǎn)品應(yīng)用相關(guān)工程與技術(shù)540紡織科學(xué)技術(shù)550食品科學(xué)技術(shù)560土木建筑工程

570水利工程580交通運(yùn)輸工程

590航空、航天科學(xué)技術(shù)610環(huán)境科學(xué)技術(shù)

620安全科學(xué)技術(shù)630管理學(xué)人文與社會(huì)科學(xué)710馬克思主義720哲學(xué)730宗教學(xué)740語言學(xué)750文學(xué)760藝術(shù)學(xué)770歷史學(xué)780考古學(xué)790經(jīng)濟(jì)學(xué)810政治學(xué)820法學(xué)830軍事學(xué)840社會(huì)學(xué)850民族學(xué)860新聞與傳播學(xué)870圖書館、情報(bào)與文獻(xiàn)學(xué)880教育學(xué)890體育學(xué)910統(tǒng)計(jì)學(xué)自然科學(xué)

110數(shù)學(xué)120信息科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)130力學(xué)140物理學(xué)150化學(xué)160天文學(xué)170地球科學(xué)180生物學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)

210農(nóng)學(xué)220林學(xué)230畜牧、獸醫(yī)科學(xué)240水產(chǎn)學(xué)醫(yī)藥科學(xué)

310基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)320臨床醫(yī)學(xué)330預(yù)防醫(yī)學(xué)與衛(wèi)生學(xué)340軍事醫(yī)學(xué)與特種醫(yī)學(xué)350藥學(xué)360中醫(yī)學(xué)與中藥學(xué)

工程與技術(shù)科學(xué)

410工程與技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科420測(cè)繪科學(xué)技術(shù)430材料科學(xué)440礦山工程技術(shù)450冶金工程技術(shù)460工程機(jī)械470動(dòng)力與電氣工程480能源科學(xué)490核科學(xué)技術(shù)510電子、通信與自動(dòng)控制技術(shù)520計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)530化學(xué)工程

540紡織科學(xué)技術(shù)550食品科學(xué)技術(shù)560土木建筑工程

570水利工程580交通運(yùn)輸工程

590航空、航天科學(xué)技術(shù)綜合學(xué)科

610環(huán)境科學(xué)技術(shù)

620安全科學(xué)技術(shù)630管理學(xué)

人文與社會(huì)科學(xué)710馬克思主義720哲學(xué)730宗教學(xué)740語言學(xué)750文學(xué)760藝術(shù)學(xué)770歷史學(xué)780考古學(xué)790經(jīng)濟(jì)學(xué)810政治學(xué)820法學(xué)830軍事學(xué)840社會(huì)學(xué)850民族學(xué)860新聞與傳播學(xué)870圖書館、情報(bào)與文獻(xiàn)學(xué)880教育學(xué)890體育學(xué)910統(tǒng)計(jì)學(xué)國家標(biāo)準(zhǔn)《學(xué)科分類與代碼》：58個(gè)一級(jí)學(xué)科530.11化學(xué)工程基礎(chǔ)學(xué)科530.14化工測(cè)量技術(shù)與儀器儀表530.17化工傳遞過程530.21化學(xué)分離工程530.24化學(xué)反應(yīng)工程530.27化工系統(tǒng)工程53.031化工機(jī)械與設(shè)備530.34無機(jī)化學(xué)工程530.37有機(jī)化學(xué)工程530.41電化學(xué)工程530.44高聚物工程530.47煤化學(xué)工程530.51石油化學(xué)工程530.54精細(xì)化學(xué)工程530.57造紙技術(shù)530.61毛皮與制革工程530.64制藥工程530.67生物化學(xué)工程530.99化學(xué)工程其他學(xué)科化學(xué)工程19個(gè)二級(jí)學(xué)科530.2410催化反應(yīng)工程530.2420催化劑工程530.2430固定床反應(yīng)工程530.2440多相流反應(yīng)工程530.2450生化反應(yīng)工程530.2460聚合化學(xué)反應(yīng)工程530.2470電化學(xué)反應(yīng)工程530.2499化學(xué)反應(yīng)工程其他學(xué)科化學(xué)反應(yīng)工程8個(gè)三級(jí)學(xué)科化學(xué)反應(yīng)工程

(ChemicalReactionEngineering)

選用教材：

《化學(xué)反應(yīng)工程》，朱炳辰主編，化學(xué)工業(yè)出版社主要參考書：《反應(yīng)工程》，李紹芬主編，化學(xué)工業(yè)出版社；《化學(xué)反應(yīng)工程》，陳甘棠主編，化學(xué)工業(yè)出版社：ChemicalReactionEngineeringbyOctaveLevenspielElementsofChemicalReactionEngineering

byScottFogler

ChemicalReactorAnalysisandDesign-反應(yīng)器分析與設(shè)計(jì)byGilbertF.Froment

列文斯比爾(OctaveLevenspiel)

男，1926年出生于上海，波蘭裔美籍人，美國工程院院士，美國俄勒岡州立大學(xué)教授，華東理工大學(xué)名譽(yù)教授。畢業(yè)于華東理工大學(xué)前身之一的震旦大學(xué)化工系，后于美國俄勒岡州立大學(xué)獲碩士學(xué)位，1952年獲博士學(xué)位，留校任教25年，于1991年退休。

曾發(fā)表100余篇學(xué)術(shù)論文和會(huì)議報(bào)告，其中兩篇已被列為“引文經(jīng)典之作”。他曾被授予美國化學(xué)工程師學(xué)會(huì)1977年W.K.Lewis獎(jiǎng)、1979年R.H.Wilhelm獎(jiǎng)、2003年創(chuàng)始人和社會(huì)賦予的最高榮譽(yù)金獎(jiǎng)。2000年被聘為美國工程院院士。

長期從事化學(xué)反應(yīng)工程領(lǐng)域的研究，是世界著名化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科領(lǐng)域的專家學(xué)者，國際著名的化學(xué)反應(yīng)工程鼻祖，有化學(xué)反應(yīng)器之父的著稱。他著述的《化學(xué)反應(yīng)工程》一書，被世界上十幾個(gè)國家翻譯出版，并作為本國大學(xué)化工類教材。/~cre/緒論一、物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程工業(yè)中的化學(xué)加工二、化學(xué)反應(yīng)工程與多尺度及多學(xué)科的聯(lián)系三、數(shù)學(xué)模擬方法四、工程放大與優(yōu)化一、物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程工業(yè)中的化學(xué)加工所有工業(yè)行業(yè)分為兩類：一類是以物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程為核心的產(chǎn)業(yè)，這類產(chǎn)業(yè)從事物質(zhì)的化學(xué)和物理轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)新的物質(zhì)產(chǎn)品，或者進(jìn)行物質(zhì)的傳遞，其產(chǎn)品計(jì)量不計(jì)件，連續(xù)操作，生產(chǎn)環(huán)節(jié)具有一定的不可分性，可統(tǒng)稱為過程工業(yè)。另一類是以物件的加工和組裝為核心的產(chǎn)業(yè)，這類產(chǎn)業(yè)不改變物質(zhì)的內(nèi)在形態(tài)，只是根據(jù)機(jī)械電子原理，加工零件并裝配成產(chǎn)品，其產(chǎn)品計(jì)件不計(jì)量，多屬非連續(xù)操作，這類工業(yè)可統(tǒng)稱為裝備與產(chǎn)品制造業(yè)。過程工業(yè)不僅占工業(yè)總產(chǎn)值比重很大，而且為裝備制造業(yè)提供原材料，其發(fā)展水平標(biāo)志著一個(gè)國家工業(yè)化的水平。過程工程過程工程（processengineering)的概念是對(duì)“化學(xué)工程”概念的拓展?；瘜W(xué)工程學(xué)在發(fā)展過程中不斷向科技新領(lǐng)域滲透拓展，應(yīng)用對(duì)象已經(jīng)涵蓋了所有與物質(zhì)的物理、化學(xué)加工過程相聯(lián)系的工業(yè)部門，這個(gè)部門稱為“過程工業(yè)”（processindustry），包括石油煉制、化學(xué)工業(yè)、能源工業(yè)、航空、軍事、冶金、環(huán)保工業(yè)、建材、印染、生物技術(shù)、醫(yī)藥、食品、造紙等工業(yè)部門。過程工程屬于研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中各種因素及其相互之間關(guān)系的科學(xué)，其任務(wù)是創(chuàng)建高效清潔的物質(zhì)轉(zhuǎn)化工藝、流程和設(shè)備，主要解決從工藝創(chuàng)新、過程放大或縮小、工程量化設(shè)計(jì)直至產(chǎn)業(yè)化鏈條上的其他關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，也涵蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能化制備的內(nèi)容。一、物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程工業(yè)中的化學(xué)加工過程工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)是通過一定的工藝過程實(shí)現(xiàn)的，工藝過程是指從原料到制得產(chǎn)品的全過程。圖1是以天然氣或石腦油為原料生產(chǎn)合成氨的工藝過程。每個(gè)化工產(chǎn)品的工藝過程是不同的，但有共同的特點(diǎn)：工藝過程是由設(shè)備、管道、閥門和控制儀表組成的；化工設(shè)備分為兩大類：不含化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備

化學(xué)反應(yīng)器圖1合成氨工藝流程圖合成氨工藝流程圖CH4+H2O=CO+3H2CO+H2O=CO2+H2N2,O2K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3CO+H2=CH4+H2ON2+3H2=2NH3N2+3H2=2NH3組分CH4C2H6C3H8C4H10C5H12N2H2CO2合計(jì)摩爾分?jǐn)?shù)/%84.2010.004.141.190.110.250.100.01100組分摩爾分?jǐn)?shù)/%(干)H255.9131N222.4355Ar0.2871CO13.3795CO27.6547CH40.3300Σ干氣100.00組分摩爾分?jǐn)?shù)/%(干基)H259.9520N220.3802Ar0.2608CO3.0000CO216.1071CH40.3006Σ干氣100.0000組分摩爾分?jǐn)?shù)/%(干基)H260.9432N219.8315Ar0.2538CO0.3480CO218.3306CH40.2929Σ干氣100.0000組分摩爾分?jǐn)?shù)/%(干)摩爾分?jǐn)?shù)/%(干)CH478.62359.6108C29.3376C33.8658C41.1112C50.1027N21.82360.5301H24.914966.3832CO20.00935.2616CO22.9437Ar0.02090.0060Σ干氣100.00100.0000一段轉(zhuǎn)化二段轉(zhuǎn)化中溫變換低溫變換不含化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備這類設(shè)備中沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只改變物料的狀態(tài)，物理性質(zhì)，不改變其化學(xué)性質(zhì)。圖中的壓縮機(jī)、泵、換熱器、冷卻塔和貯槽中沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，只有物理過程，是不含化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備。在鼓風(fēng)機(jī)和泵中只有能量的轉(zhuǎn)換，從中能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，輸送物料；在換熱器和冷卻塔中只改變物料的溫度，物料的化學(xué)性質(zhì)沒有起變化；貯槽只是起貯存物料作用化工生產(chǎn)中設(shè)備的分類化學(xué)反應(yīng)器在這類設(shè)備中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，通過化學(xué)反應(yīng)改變了物料的化學(xué)性質(zhì)圖中的一段爐、二段爐、變換爐、甲烷化爐、合成塔、鼓泡反應(yīng)器等都是化學(xué)反應(yīng)器。物料在反應(yīng)器中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，物料性質(zhì)起了變化。可見，化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)是由物理過程和化學(xué)反應(yīng)過程組成的，其中化學(xué)反應(yīng)過程是生產(chǎn)過程的關(guān)鍵。化學(xué)反應(yīng)器的任務(wù)是完成由原料轉(zhuǎn)變到產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)，是化工生產(chǎn)的核心設(shè)備。“化學(xué)反應(yīng)工程”的研究對(duì)象是工業(yè)規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)器?；どa(chǎn)中設(shè)備的分類化學(xué)反應(yīng)工程（CRE）研究對(duì)象及內(nèi)容研究對(duì)象：工業(yè)規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)過程?；瘜W(xué)反應(yīng)工程的中心內(nèi)容是深入認(rèn)識(shí)有關(guān)工業(yè)反應(yīng)器的操作和設(shè)計(jì)所必需的理論知識(shí)。工業(yè)反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)過程是同時(shí)伴隨物理變化的復(fù)雜過程?；瘜W(xué)反應(yīng)工程（CRE）學(xué)科簡史化學(xué)工程（過程工程）學(xué)科體系的基本內(nèi)容：過程工程共同的現(xiàn)象，可概括為“三傳一反”，即動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞及化學(xué)反應(yīng)，其學(xué)科形成了以傳遞過程及化學(xué)反應(yīng)工程為核心的學(xué)科體系（包括化工熱力學(xué)、化工單元過程、分離工程、化工系統(tǒng)工程等）化學(xué)工程發(fā)展史及化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科的形成

第一階段：古代的化學(xué)生產(chǎn)（17世紀(jì)以前）這一時(shí)期經(jīng)歷了實(shí)用化學(xué)、煉丹和煉金、醫(yī)藥化學(xué)和冶金化學(xué)等時(shí)期。早期化學(xué)知識(shí)來源于人類的生產(chǎn)和生活實(shí)踐。同時(shí)在人類對(duì)自然界萬物的本原構(gòu)成的探索中，誕生了古代樸素的元素觀。古代化學(xué)具有實(shí)用和經(jīng)驗(yàn)的特點(diǎn)，尚未形成理論體系、是化學(xué)的萌芽時(shí)期；另一方面，尚未形成有規(guī)模的化學(xué)加工實(shí)踐。生產(chǎn)硫酸第二階段：近代化學(xué)工業(yè)從十八世紀(jì)末開始，以硫酸，硝酸，純堿的工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)過程為開端，至20世紀(jì)初，出現(xiàn)了載入化工發(fā)展史冊(cè)的合成氨的工業(yè)生產(chǎn)。FritzHaber(1868-1934)規(guī)模的擴(kuò)大要求人們對(duì)生產(chǎn)過程的規(guī)律有更為透徹的了解需要既懂工程又熟悉化學(xué)知識(shí)促使工程與化學(xué)相結(jié)合單元操作（unitoperation）GeorgeE.Davistaughtthefirstchemicalengineeringcourse.ItwasgiveninManchester,Englandin1887.化工產(chǎn)品種類繁多，生產(chǎn)方法也千差萬別，但可以分解、歸納成若干原理相同（或相似）的基本單元操作。研究這些基本單元操作過程的工程原理，尋找其內(nèi)在規(guī)律，解決生產(chǎn)過程中所需要的設(shè)備及操作中的優(yōu)化，等等問題，就構(gòu)成了一門新的工程技術(shù)學(xué)科，化學(xué)工程學(xué)。20世紀(jì)初，英國的Davis,美Walker,Lewis等提出了“化學(xué)工程”的概念，發(fā)展成為以“單元操作”（unitoperations）為基本研究內(nèi)容的化學(xué)工程學(xué)。第一次綜合。第三階段：現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)（二戰(zhàn)前后），在原料路線，技術(shù)和設(shè)備方面都有巨大的變化和進(jìn)步，在以石油和天然氣為主要原料的化學(xué)工業(yè)中，各種催化反應(yīng)被廣泛應(yīng)用，這就要求在反應(yīng)技術(shù)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)方面作出重大努力。尤其是在生產(chǎn)規(guī)模日益大型化的趨勢(shì)下，其影響就更大了，促使化學(xué)工程學(xué)科形成了第二次理論綜合：即，從動(dòng)量傳遞、熱量傳遞質(zhì)量傳遞的角度深入研究化工生產(chǎn)的物理變化過程，以及從“化學(xué)反應(yīng)工程”的角度來研究化工生產(chǎn)的化學(xué)過程。從而使化學(xué)工程學(xué)科上升為一門具有完整理論體系的全面學(xué)科。三傳一反。三傳一反：動(dòng)量傳遞：流體的流動(dòng)和輸送，懸浮液的沉降和過濾等。熱量傳遞：加熱、冷卻、蒸發(fā)、冷凝、熱交換等。質(zhì)量傳遞：溶解、結(jié)晶、萃取、蒸餾、吸收、吸附等?；瘜W(xué)反應(yīng)過程：美國Bird等編寫了《傳遞現(xiàn)象》這部歷史性的著作TransportPhenomena

第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)以后，化學(xué)工程的研究也轉(zhuǎn)入了滿足戰(zhàn)爭(zhēng)需要的軌道。40年代前期，在重大化工過程的開發(fā)中，即碳四餾分的分離和丁苯橡膠的乳液聚合、粗柴油的流態(tài)化催化裂化以及曼哈頓原子彈工程計(jì)劃等,化學(xué)工程都發(fā)揮了重要作用。例如:流態(tài)化催化裂化的設(shè)想就是由麻省理工學(xué)院的劉易斯教授和E.R.吉利蘭教授提出的。在他們的指導(dǎo)下，幾所大學(xué)同時(shí)進(jìn)行了流化床性能的研究，確定了顆粒尺寸、密度和使顆粒床層膨脹，以造成氣固間良好接觸和顆粒運(yùn)動(dòng)所需的氣速間的關(guān)系，證實(shí)了在催化裂化反應(yīng)器和再生器之間連續(xù)輸送大量固體催化劑的可能性。這三項(xiàng)開發(fā)的成功，使人們認(rèn)識(shí)到要順利實(shí)現(xiàn)過程放大，特別是高倍數(shù)的放大（在曼哈頓工程中放大倍數(shù)高達(dá)1000），必須對(duì)過程的內(nèi)在規(guī)律有深刻的了解，沒有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)研究工作，是很難做到這一點(diǎn)的。同時(shí)，在單元操作經(jīng)過二、三十年的研究已有了一定的基礎(chǔ)后，反應(yīng)器的工程放大對(duì)化工過程開發(fā)的重要性顯得更為突出。這些都為戰(zhàn)后化學(xué)工程的進(jìn)一步發(fā)展指明了方向。

1929年弗萊明在《不列顛實(shí)驗(yàn)病理學(xué)雜志》上，發(fā)表了《關(guān)于霉菌培養(yǎng)的殺菌作用》的研究論文，但未被人們引起注意。弗萊明指出，青霉素將會(huì)有重要的用途，但他自己無法發(fā)明一種提純青霉素的技術(shù)，致使此藥十幾年一直未得以使用。

1939年，在英國的澳大利亞人瓦爾特·弗洛里（1898—1968）和德國出生的鮑利斯·錢恩（1906—1979），重復(fù)了弗萊明的工作，證實(shí)了他的結(jié)果，然后提純了青霉素，1941年給病人使用成功。在英美政府的鼓勵(lì)下，美國科技人員找到大規(guī)模生產(chǎn)青霉素的工程方法，1944年英美公開在醫(yī)療中使用，1945年以后，青霉素遍及全世界。1945年，弗萊明、弗洛里和錢恩共獲諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。ErnstBorisChainHowardFlorey1898.9.24

–1968.2.211906.6.19–1979.8.12AlexanderFleming1881.8.6－1955.3.111945年諾貝爾生物獎(jiǎng)DorothyMaryHodgkin，1910.5.12－1994.7.29國籍

英國研究領(lǐng)域生物化學(xué)機(jī)構(gòu)牛津大學(xué)母校牛津大學(xué)薩默維爾學(xué)院

劍橋大學(xué)其他著名學(xué)生瑪格麗特·撒切爾知名于蛋白質(zhì)晶體學(xué)的發(fā)展

確定青霉素、胰島素的結(jié)構(gòu)著名獎(jiǎng)項(xiàng)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)（1964年）

科普利獎(jiǎng)?wù)拢?976年）

羅蒙諾索夫金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)拢ㄓ⒄Z：LomonosovGoldMedal）（1982年）

發(fā)酵的發(fā)展簡史傳統(tǒng)型—天然發(fā)酵第一代—純培養(yǎng)技術(shù)的建立第二代—深層培養(yǎng)技術(shù)第三代—微生物工程第二代—深層培養(yǎng)技術(shù)deep-tankfermentationmethod1928年，英國的細(xì)菌學(xué)家弗萊明(Fleming)發(fā)現(xiàn)了能夠抑制葡萄球菌的點(diǎn)青霉，其產(chǎn)物稱為青霉素。第二次世界大戰(zhàn)中對(duì)于抗感染藥物的極大需求，促使人們重新研究青霉素。至1945年，采用了深層培養(yǎng)技術(shù)，將青霉素進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。主要產(chǎn)品：各種抗生素、氨基酸、酶制劑、維生素等。特點(diǎn)：發(fā)酵產(chǎn)量大大提高，可選擇性地發(fā)酵所需產(chǎn)物SWE(SocietyofWomenEngineers)上的圖片1955年MargaretHutchinsonRousseau

October27,1910–January12,2000)deep-tankfermentationmethodwhodesignedthefirstcommercialpenicillinproductionplantMargaretHutchinsonwasbornin1910inHouston,Texas,thedaughterofaclothingstoreowner.ShereceivedherBachelorofSciencedegreefromRiceInstitutein1932andherDoctorofSciencedegreeinchemicalengineeringfromMITin1937,thefirstwomantoearnadoctorateinthesubjectintheUSA.HerthesistopicwasTheeffectofsoluteontheliquidfilmresistanceingasabsorption.SWE(SocietyofWomenEngineers)上的圖片1961年Herdevelopmentofdeep-tankfermentationofPenicilliummoldenabledlarge-scaleproductionofpenicillin.Sheworkedonthedevelopmentofhigh-octanegasolineforaviationfuel.Herlaterworkincludedimproveddistillationcolumndesignandplantsfortheproductionofethyleneglycolandglacialaceticacid.1944美國青霉素工廠FritzGoro/攝通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立標(biāo)志：純種培養(yǎng)深層發(fā)酵生產(chǎn)青霉素主要技術(shù)進(jìn)展：通氣攪拌解決了液體深層培養(yǎng)的供氧問題。無菌空氣、培養(yǎng)基滅菌、無污染接種、大型發(fā)酵罐的密封與抗污染設(shè)計(jì)解決了耗氧發(fā)酵中的雜菌污染問題。通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立標(biāo)志：純種培養(yǎng)深層發(fā)酵生產(chǎn)青霉素主要技術(shù)進(jìn)展：通氣攪拌解決了液體深層培養(yǎng)的供氧問題。無菌空氣、培養(yǎng)基滅菌、無污染接種、大型發(fā)酵罐的密封與抗污染設(shè)計(jì)解決了耗氧發(fā)酵中的雜菌污染問題。通氣攪拌發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)示意圖l00m3機(jī)械攪拌發(fā)酵罐典型尺寸示例1-電機(jī)2-齒輪箱3-人孔4-消泡器5-冷卻蛇管6-支撐座7-放辯口8-進(jìn)風(fēng)管9一空氣分布器10-攪拌葉輪11-罐體12-排氣口13-攪拌軸14-無菌軸封15-軸承16-聯(lián)軸器鼓泡反應(yīng)器啟發(fā)：化學(xué)反應(yīng)器的放大1957年“化學(xué)反應(yīng)工程”的創(chuàng)立化學(xué)反應(yīng)工程（CRE）學(xué)科地位及歷史荷蘭vanKrevelen提出“化學(xué)反應(yīng)工程”的概念，意在系統(tǒng)深入地研究伴有物理過程即傳遞現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)過程。1957年，阿姆斯特丹，第一屆歐洲化學(xué)反應(yīng)工程會(huì)議，vanKrevelen作首篇綜合性報(bào)告：Micro-andMacro-Kinetics1981年，化學(xué)反應(yīng)工程正式進(jìn)入我國化工高等教育。CRE歷史萌芽階段：20世紀(jì)30年代，丹克萊爾（Damhöhler）在當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)十分貧乏的情況下，較系統(tǒng)地論述了擴(kuò)散、流體流動(dòng)和傳熱對(duì)反應(yīng)器產(chǎn)率的影響，為化學(xué)反應(yīng)工程奠定了基礎(chǔ)。初步形成：1957年，歐洲幾個(gè)國家從事反應(yīng)工程這一領(lǐng)域研究工作的學(xué)者在荷蘭的阿姆斯特丹召開的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上首次使用化學(xué)反應(yīng)工程一詞，這標(biāo)志著該學(xué)科的初步形成。成熟階段：60年代石油化工的大發(fā)展，生產(chǎn)的日趨大型化和單機(jī)化，以及原料加工的不斷發(fā)展加速了反應(yīng)工程學(xué)科的發(fā)展使其進(jìn)入黃金時(shí)代并日趨成熟。CRE歷史萌芽階段：20世紀(jì)30年代初步形成：1957年，成熟階段：60年代石油化工的大發(fā)展新的契機(jī)：80年代以后，隨著高技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，如微電子器件的加工、光導(dǎo)纖維生產(chǎn)、新材料以及生物技術(shù)等，向化學(xué)反應(yīng)工程工作者提出了新的研究課題，使化學(xué)反應(yīng)工程形成新的分支，如生化反應(yīng)工程、聚合反應(yīng)工程等，擴(kuò)大了化學(xué)反映工程的研究領(lǐng)域，從而使化學(xué)反應(yīng)工程的研究進(jìn)入了一個(gè)新的階段反應(yīng)過程的工程因素三傳一反：動(dòng)量傳遞因素?zé)崃總鬟f因素質(zhì)量傳遞因素化學(xué)反應(yīng)因素反應(yīng)過程的工程因素之動(dòng)量傳遞因素試題：在活塞流反應(yīng)器中進(jìn)行等溫、體積不變的一級(jí)不可逆反應(yīng)，則出口轉(zhuǎn)化率可達(dá)0.96，現(xiàn)保持反應(yīng)條件不變，但將反應(yīng)改在：（a）相同體積的全混流反應(yīng)器中，（b）等體積串聯(lián)的兩個(gè)全混流反應(yīng)器（總體積與活塞流反應(yīng)器相等）中。（c）相同體積的間歇反應(yīng)器，反應(yīng)時(shí)間與輔助時(shí)間之比為3：1試分別計(jì)算所能達(dá)到的轉(zhuǎn)化率。動(dòng)量傳遞過程－流動(dòng)因素A→BA熱量傳遞過程－傳熱因素A→BA質(zhì)量傳遞過程－傳質(zhì)因素質(zhì)量傳遞過程－傳質(zhì)因素R邊緣反應(yīng)物濃度高中央反應(yīng)物濃度低此處反應(yīng)較快化工廠圖化工設(shè)備常見反應(yīng)器用來實(shí)現(xiàn)化學(xué)變化的設(shè)備過程工業(yè)中的核心裝置，其性能對(duì)生產(chǎn)過程的影響舉足輕重。裂解爐攪拌釜式反應(yīng)器多釜串聯(lián)反應(yīng)器氣液相塔式反應(yīng)器固定床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器氣液固三相反應(yīng)器緒論一、物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程工業(yè)中的化學(xué)加工二、化學(xué)反應(yīng)工程與多尺度及多學(xué)科的聯(lián)系三、數(shù)學(xué)模擬方法四、工程放大與優(yōu)化二、化學(xué)反應(yīng)工程與多尺度及多學(xué)科的聯(lián)系近年來，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界倡導(dǎo)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的時(shí)空多尺度（Multi-scale）效應(yīng)，歸納其要點(diǎn)如下：化工過程同時(shí)發(fā)生在很寬的時(shí)間尺度和空間尺度，即以分子振動(dòng)的納秒至污染物消失所需長達(dá)世紀(jì)的時(shí)間尺度。其中（i）納尺度，即分子化學(xué)鍵振動(dòng)的納秒尺度及納米尺度；（ii）微尺度，即流體力學(xué)和傳遞中的滴、粒、泡、旋渦運(yùn)動(dòng)的微尺度；（iii）介尺度，即反應(yīng)器、換熱器、分離器、泵等反應(yīng)和單元操作的裝置；（iv）宏尺度，即生產(chǎn)單元和工廠；（v）宇尺度，即環(huán)境、大氣、海洋、土壤。二、化學(xué)反應(yīng)工程與多尺度及多學(xué)科的聯(lián)系以管式催化反應(yīng)器中氣-固相催化反應(yīng)為例，反應(yīng)物與催化劑的載體上所負(fù)載的活性組分間的分子反應(yīng)屬于納秒及納米尺度；反應(yīng)組分在催化劑顆?？椎纼?nèi)的擴(kuò)散屬于微尺度；反應(yīng)組分連續(xù)流過長達(dá)數(shù)米的反應(yīng)管的停留時(shí)間一般為10～103秒，屬于介尺度；反應(yīng)器及有關(guān)原料制備和產(chǎn)物分離的裝備組合成的生產(chǎn)單元和工廠屬于宏尺度；而生產(chǎn)過程的污染物經(jīng)歷長時(shí)間才能消去屬于宇尺度。緒論一、物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程工業(yè)中的化學(xué)加工二、化學(xué)反應(yīng)工程與多尺度及多學(xué)科的聯(lián)系三、數(shù)學(xué)模擬方法四、工程放大與優(yōu)化緒論三、數(shù)學(xué)模擬方法反映和描述工業(yè)反應(yīng)器中各參數(shù)之間的關(guān)系，稱為物理概念模型，表達(dá)物理概念模型的數(shù)學(xué)式稱為數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)方法來模擬反應(yīng)過程的模擬方法稱為數(shù)學(xué)模擬方法。用數(shù)學(xué)模擬方法來研究化學(xué)反應(yīng)工程，進(jìn)行反應(yīng)器的放大與優(yōu)化，比傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法能更好地反映其本質(zhì)。為了形象、簡捷的處理物理問題，人們經(jīng)常把復(fù)雜的實(shí)際情況轉(zhuǎn)化成一定的容易接受的簡單的物理情境，從而形成一定的經(jīng)驗(yàn)性的規(guī)律，即建立物理模型化學(xué)反應(yīng)工程（CRE）研究方法理論方法，實(shí)驗(yàn)方法，數(shù)值計(jì)算方法半理論半經(jīng)驗(yàn)方法：數(shù)學(xué)模擬方法理論方法局限性：不能應(yīng)付物性參數(shù)復(fù)雜，邊界條件復(fù)雜的工程化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法的局限性：不能應(yīng)付數(shù)量眾多、強(qiáng)烈交互的系統(tǒng)參數(shù)，。相似法，因次分析舉例：管道壓力降管道壓力降問題壓力降Δp，管徑D，管長L，流速U，流體粘度μ，流體密度ρ數(shù)學(xué)模擬方法用數(shù)學(xué)方式來模擬工業(yè)反應(yīng)過程?；A(chǔ)：數(shù)學(xué)模型分析，抽象，簡化物理模型，數(shù)學(xué)模型實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)處理模型參數(shù)抽象簡化的要求：（1）不失真（2）滿足應(yīng)用要求（3）適應(yīng)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件（4）適應(yīng)現(xiàn)有的計(jì)算能力

緒論四、工程放大與優(yōu)化將實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模生產(chǎn)的研究成果推廣到大型工業(yè)生產(chǎn)裝置，并綜合各方面的有關(guān)因素提出優(yōu)化設(shè)計(jì)和操作方案，即“工程放大和優(yōu)化”

四、工程放大與優(yōu)化相似放大法：幾何相似、準(zhǔn)數(shù)相似經(jīng)驗(yàn)放大法：數(shù)學(xué)模型放大法：反應(yīng)