化學反應工程-緒論介紹-課件

化學反應工程化工學院1PPT課件化學反應工程

(ChemicalReactionEngineering)

化學反應工程（CRE）是以工業(yè)規(guī)模的化學反應過程為研究對象，研究過程速率及其變化規(guī)律，宏觀動力學因素對化學反應過程的影響，以實現(xiàn)工業(yè)反應過程開發(fā)、設(shè)計、放大和操作的優(yōu)化的一門學科。2PPT課件教學目的

學習本門課程，學生應牢固地掌握化學反應工程中最基本的原理和計算方法，運用科學思維方法，增強提出問題、分析問題和解決問題的能力。課程教學將突出闡述反應工程理論思維方法，重點討論氣固相催化反應本征動力學、宏觀動力學及反應器中的混合及對反應的影響，并以開發(fā)實例進行分析，培養(yǎng)學生應用反應工程方法論解決實際問題的能力。3PPT課件學時安排（40學時+16學時實驗）緒論2學時第一章應用化學反應動力學及反應器設(shè)計基礎(chǔ)10學時第二章氣-固相催化反應本征及宏觀動力學6學時第三章釜式及均相管式反應器10學時第四章反應器中的混合及對反應的影響8學時第五章固定床氣-固相催化反應工程2學時復習考試2學時4PPT課件教材及參考書選用教材：《化學反應工程》（第四版），朱炳辰，化學工業(yè)出版社主要參考書：《化學反應工程》，陳甘棠，化學工業(yè)出版社；《化學反應工程》（第二版），朱炳辰，化學工業(yè)出版社5PPT課件6PPT課件網(wǎng)絡(luò)資源合肥工業(yè)大學精品課程8/organ/cre/華東理工大學精品課程7/files/hxfygc/CRE_index.htm河北科技大學精品課程/jpk/huaxuefygc/jxdg.htm齊齊哈爾大學網(wǎng)絡(luò)課程09/jpk07/fygc/index.htm南京工業(yè)大學精品課程/06jpkc/hxfygc/kcms-3.htm沈陽工業(yè)大學精品課程/2007jpkc/hxfy/index.html7PPT課件緒論一、化學反應工程的學科歷史二、化學反應工程的研究對象及內(nèi)容三、化學反應工程的研究方法四、化學反應工程的學習目的五、化學反應工程與其他學科的關(guān)系8PPT課件第一階段：古代的化學生產(chǎn)（17世紀以前）

這一時期經(jīng)歷了實用化學、煉丹和煉金、醫(yī)藥化學和冶金化學等時期。早期化學知識來源于人類的生產(chǎn)和生活實踐。同時在人類對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。古代化學具有實用和經(jīng)驗的特點，尚未形成理論體系、是化學的萌芽時期；另一方面，尚未形成有規(guī)模的化學加工實踐。一、化學反應工程的學科歷史9PPT課件古代生產(chǎn)硫酸方法10PPT課件第二階段：近代化學工業(yè)（18世紀末至20世紀初）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世紀初，出現(xiàn)了載入化工發(fā)展史冊的合成氨的工業(yè)生產(chǎn)。

FritzHaber(1868-1934)

規(guī)模的擴大要求人們對生產(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知識，促使工程與化學相結(jié)合。11PPT課件

第三階段：現(xiàn)代化學工業(yè)（二戰(zhàn)前后）

在以石油和天然氣為主要原料的化學工業(yè)中，各種催化反應被廣泛應用，這就要求在反應技術(shù)和反應器設(shè)計方面作出重大努力。尤其是在生產(chǎn)規(guī)模日益大型化趨勢的影響下，促使化學工程學科形成了一次理論綜合：即從動量傳遞、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“化學反應工程”的角度來研究化工生產(chǎn)的化學變化過程。從而使化學工程學科上升為一門具有完整理論體系的全面學科。12PPT課件1957年，在荷蘭的阿姆斯特丹，召開了第一屆歐洲化學反應工程會議，VanKrevelen作首篇綜合性報告：Micro-andMacro-Kinetics，提出“化學反應工程”的概念，意在系統(tǒng)深入地研究伴有物理過程即傳遞現(xiàn)象的化學反應過程。標志著該學科的初步形成。1981年，化學反應工程正式進入我國化工高等教育。13PPT課件二、化學反應工程的研究對象及內(nèi)容

研究對象：工業(yè)規(guī)模的化學反應過程。

中心內(nèi)容：是深入認識有關(guān)工業(yè)反應器的操作和設(shè)計所必需的理論知識。了解其中其中的物理和化學變化的復雜過程，即“三傳一反”。三傳：動量傳遞熱量傳遞質(zhì)量傳遞一反：化學反應

宏觀動力學與本征動力學

化學反應器

14PPT課件動量傳遞過程－流動因素A→BAB15PPT課件熱量傳遞過程－傳熱因素A→BAB16PPT課件質(zhì)量傳遞過程－傳質(zhì)因素17PPT課件質(zhì)量傳遞過程－傳質(zhì)因素R邊緣反應物濃度高中央反應物濃度低此處反應較快18PPT課件宏觀動力學與本征動力學在工業(yè)規(guī)模的化學反應器中，化學反應過程與質(zhì)量、熱量及動量傳遞過程同時進行，這種化學反應與物理變化的綜合，稱為宏觀反應過程。研究宏觀反應過程的動力學稱為宏觀動力學。本征（微觀）動力學，即化學動力學，是在理想條件下研究化學反應進行的機理和反應物系組成、溫度、壓力等參數(shù)，不包括傳遞過程及反應器結(jié)構(gòu)等參數(shù)對反應速率的影響。區(qū)別：在于是否考慮反應器結(jié)構(gòu)和操作條件。19PPT課件高低并列的提升管FCC裝置20PPT課件南充煉廠FCC裝置21PPT課件GrassrootsFCCunitunderconstructioninMexicoColdflowmodelofKelloggdensephasecatalystcooler22PPT課件23PPT課件24PPT課件80萬噸/年加氫裂化裝置25PPT課件26PPT課件27PPT課件28PPT課件45萬噸/年乙烯裂解球罐29PPT課件釜式反應器30PPT課件環(huán)管反應器31PPT課件32PPT課件33PPT課件三、化學反應工程的研究方法1）經(jīng)驗歸納法

實驗數(shù)據(jù)用因次分析和相似方法處理而得到經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。局限性：不能應付物性參數(shù)復雜，邊界條件復雜的工程化學反應系統(tǒng)。在面對化學反應工程涉及的多種影響參數(shù)和參數(shù)之間的復雜關(guān)系時，傳統(tǒng)的因次分析和相似方法已不能反映化學反應工程的基本規(guī)律。應用：管道壓力降、對流傳熱、氣液兩相傳質(zhì)34PPT課件

2）數(shù)學模擬法

用數(shù)學方式來模擬工業(yè)反應過程各參數(shù)之間的關(guān)系。基礎(chǔ)：數(shù)學模型分析，抽象，簡化物理模型數(shù)學模型抽象簡化的要求：（1）不失真（2）滿足應用要求（3）適應現(xiàn)有的實驗條件（4）適應現(xiàn)有的計算能力

數(shù)學模型按處理問題的性質(zhì)可分為化學動力學模型、流動模型、傳遞模型、宏觀動力學模型。其中宏觀動力學模型是綜合，也是本書所要討論的核心內(nèi)容。

35PPT課件經(jīng)驗歸納法和數(shù)學模擬法的應用反應過程開發(fā)放大方法：相似放大法經(jīng)驗放大法數(shù)學模擬放大法36PPT課件37PPT課件基礎(chǔ)試驗測定擬定過程模型用計算機做方案研究制定模型測試方法及參數(shù)范圍小試中試比較測試結(jié)果與模型計算結(jié)果模型的放大試驗修正基礎(chǔ)模型用計算機做多方案及優(yōu)化設(shè)計計算過程的基本設(shè)計數(shù)學模擬放大示意圖38PPT課件四、化學反應工程的學習目的1.改進和強化現(xiàn)有的反應技術(shù)和設(shè)備；2.開發(fā)新技術(shù)、新設(shè)備；3.指導和解決反應器的放大問題；4.指導實現(xiàn)反應過程的最優(yōu)化操作。39PPT課件五、化學反應工程與其他學科的關(guān)系

化學反應工程廣泛的綜合應用化學動力學、化工熱力學、流體力學、傳熱、傳質(zhì)及化工工藝等基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，設(shè)計和優(yōu)化工業(yè)反應器。化學反應工程和其他學科的關(guān)系如圖1所示。

化學反應工程的主要基礎(chǔ)課程是高等數(shù)學、計算機技術(shù)、