精細(xì)化工過程與設(shè)備一緒論課件

2023/9/3精細(xì)化工過程與設(shè)備應(yīng)用化學(xué)教研室孟小華2023/8/3精細(xì)化工過程與設(shè)備應(yīng)用化學(xué)教研室2023/9/3本課程的教學(xué)目的使學(xué)生在化工原理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步了解化工過程與設(shè)備．從而為精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)和開發(fā)打下必要的工程基礎(chǔ)。本課程是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的專業(yè)/限選課。教材：楊春暉郭亞軍主編《精細(xì)化工過程與設(shè)備》.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社

理論課時(shí)：48學(xué)時(shí)（考試課）2023/8/3本課程的教學(xué)目的使學(xué)生在化工原理的基礎(chǔ)上進(jìn)一2023/9/3第一章緒論2023/8/3第一章緒論2023/9/31.1精細(xì)化工生產(chǎn)的特點(diǎn)及其對(duì)反應(yīng)設(shè)備的要求1.2反應(yīng)器類型1.3反應(yīng)器操作方式1.4反應(yīng)器計(jì)算基本方程式1.5理想反應(yīng)器1.6工業(yè)反應(yīng)器放大主要內(nèi)容2023/8/31.1精細(xì)化工生產(chǎn)的特點(diǎn)及其對(duì)反應(yīng)設(shè)備的要2023/9/3通用化學(xué)品精細(xì)化學(xué)品化工產(chǎn)品用途廣泛生產(chǎn)量大化學(xué)名稱分子式規(guī)格以主要物質(zhì)的含量為基礎(chǔ)三酸、兩堿醫(yī)藥、染料我國(guó)：把凡能增進(jìn)或賦予一種（類）產(chǎn)品以特定功能，或本身擁有特定功能的小批量、高純度化學(xué)品，稱為精細(xì)化學(xué)品。用途專一生產(chǎn)量小附加值大商品名（牌號(hào)）規(guī)格以功能為基礎(chǔ)2023/8/3通用化學(xué)品精細(xì)化學(xué)品化工產(chǎn)品用途廣泛生產(chǎn)2023/9/3精細(xì)化工分類1.醫(yī)藥和獸藥2.農(nóng)藥3.黏合劑4.涂料5.染料和顏料6.表面活性劑和合成洗滌劑7.塑料、合成纖維和橡膠助劑8.香料9.感光材料10.試劑和高純物11.食品和飼料添加劑12.石油化學(xué)品13.造紙用化學(xué)品14.功能高分子15.化妝品16.催化劑17.生化酶18.無機(jī)精細(xì)化學(xué)品2023/8/3精細(xì)化工分類1.醫(yī)藥和獸藥2.農(nóng)藥3.黏合2023/9/31.1精細(xì)化工生產(chǎn)的特點(diǎn)及其對(duì)反應(yīng)設(shè)備的要求精細(xì)化工生產(chǎn)的特點(diǎn)多品種、化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜、反應(yīng)物料相態(tài)多樣化反應(yīng)介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、高技術(shù)密集度精細(xì)化工對(duì)反應(yīng)設(shè)備的要求反應(yīng)器內(nèi)要有良好的傳質(zhì)和傳熱條件建立合適的濃度、溫度分布體系對(duì)于強(qiáng)放熱或吸熱反應(yīng)要保證足夠快的傳熱速率和可靠的熱穩(wěn)定性；根據(jù)操作溫度、壓力和介質(zhì)的腐蝕性能，要求設(shè)備材料、型式和結(jié)構(gòu)具有可靠的機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性能。2023/8/31.1精細(xì)化工生產(chǎn)的特點(diǎn)及其對(duì)反應(yīng)設(shè)備的要2023/9/31.2反應(yīng)器類型按結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)：管式反應(yīng)器、釜式反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器、反應(yīng)床（1）管式反應(yīng)器特征：長(zhǎng)度遠(yuǎn)較管徑為大，內(nèi)部中空，不設(shè)置任何構(gòu)件．多用于均相反應(yīng)2023/8/31.2反應(yīng)器類型按結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)：管式反應(yīng)2023/9/31.2反應(yīng)器類型（2）釜式反應(yīng)器

又稱反應(yīng)釜或攪拌反應(yīng)器特征：其高度一般與其直徑相等或稍高，釜內(nèi)設(shè)有攪拌裝置及擋板，并可根據(jù)不同的情況，在釜外或釜內(nèi)安裝傳熱構(gòu)件以維持所需反應(yīng)溫度。用于均相及多相反應(yīng)2023/8/31.2反應(yīng)器類型（2）釜式反應(yīng)器2023/9/31.2反應(yīng)器類型（3）塔式反應(yīng)器特征：高度一般為直徑的數(shù)倍以至十余倍，內(nèi)部設(shè)有為了增加兩相接觸的構(gòu)件如填料、篩板等。用于兩種流體相反應(yīng)的過程、如氣液反應(yīng)和液液反應(yīng)。2023/8/31.2反應(yīng)器類型（3）塔式反應(yīng)器2023/9/31.2反應(yīng)器類型（4）反應(yīng)床用于有固體顆粒參與的反應(yīng)。固體顆粒固定不動(dòng)固體顆粒流動(dòng)狀態(tài)固體顆粒自上而下移動(dòng)固體顆粒固定不動(dòng)沸騰床涓流床2023/8/31.2反應(yīng)器類型（4）反應(yīng)床固體顆粒固體顆2023/9/31.3反應(yīng)器操作方式工業(yè)反應(yīng)器有間歇、連續(xù)、半連續(xù)(或半間歇)三種操作方式(1)間歇操作原料一次裝入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)，經(jīng)一定時(shí)間后，達(dá)到所要求

的反應(yīng)程度便卸出全部反應(yīng)物料。間歇反應(yīng)過程是一個(gè)非定態(tài)過程，反應(yīng)器內(nèi)物系的參數(shù)隨時(shí)間而變，這是間歇過程的基本特征。間歇操作在反應(yīng)過程中既沒有物料的輸入，也沒有物料的輸出，即不存在物料的流動(dòng)。按恒容處理。間歇操作主要采用釜式反應(yīng)器。2023/8/31.3反應(yīng)器操作方式工業(yè)反應(yīng)器有間歇、連續(xù)2023/9/31.3反應(yīng)器操作方式（2）連續(xù)操作連續(xù)地將原料輸入反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物也連續(xù)地從反應(yīng)器流出。連續(xù)操作多屬于定態(tài)過程反應(yīng)器內(nèi)物系的參數(shù)不隨時(shí)間而變，但隨位置而變。（3）半連續(xù)操作原料與產(chǎn)物只要其中的一種為連續(xù)輸入或輸出而其余則為分批加入或卸出的操作。半連續(xù)反應(yīng)器的反應(yīng)物系組成必然既隨時(shí)間而改變，也隨反應(yīng)器內(nèi)的位置而改變2023/8/31.3反應(yīng)器操作方式（2）連續(xù)操作2023/9/31.4反應(yīng)器計(jì)算基本方程式反應(yīng)器計(jì)算的主要任務(wù)是根據(jù)給定的生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算一定條件下反應(yīng)所需要的體積，以此確定反應(yīng)器的主要尺寸。反應(yīng)器計(jì)算中所應(yīng)用的基本方程式是物料衡算式、熱量衡算式和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式。1.4.1反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式反應(yīng)速度與影響因素間關(guān)系的式子，也稱反應(yīng)速度方程式。對(duì)于均相反應(yīng)，且反應(yīng)混合物已經(jīng)混合均勻，反應(yīng)時(shí)不存在擴(kuò)散阻力，這時(shí)反應(yīng)過程的總速度只取決于化學(xué)反應(yīng)速度。（kmol·m-3·h-1）2023/8/31.4反應(yīng)器計(jì)算基本方程式反應(yīng)器計(jì)算的主2023/9/31.4反應(yīng)器計(jì)算基本方程式對(duì)于連續(xù)操作FA:組分A的流量（kmol·h-1）如反應(yīng)A→R為n級(jí)不可逆反應(yīng)．其動(dòng)力學(xué)方程式可寫成氣相反應(yīng)理想氣體等容過程2023/8/31.4反應(yīng)器計(jì)算基本方程式對(duì)于連續(xù)操作FA2023/9/31.4反應(yīng)器計(jì)算基本方程式以微元體積dVR和微元時(shí)間dτ作為衡算基準(zhǔn)對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行衡算質(zhì)量守恒定律1.4.2物料衡算以微元體積dVR和微元時(shí)間dτ作為衡算基準(zhǔn)對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行衡算能量守恒定律1.4.3熱量衡算2023/8/31.4反應(yīng)器計(jì)算基本方程式以微元體積dVR2023/9/31.5理想反應(yīng)器理想反應(yīng)器：是指流體的流動(dòng)混合處于理想狀況的反應(yīng)器。理想置換理想混合理想混合：反應(yīng)器內(nèi)物料達(dá)到完全的混合，各點(diǎn)濃度、溫度完全均一。攪拌良好的釜式反應(yīng)器可認(rèn)為是理想混合反應(yīng)器。2023/8/31.5理想反應(yīng)器理想反應(yīng)器：是指流體的流動(dòng)2023/9/31.5理想反應(yīng)器理想置換：在與流動(dòng)方向垂直的截面上，各點(diǎn)的流速與流向完全相同，就像活塞平推一樣，也稱“活塞流”流體的濃度和溫度在與流動(dòng)方向垂直的截面上，處處相等，不隨時(shí)間改變，沿流動(dòng)方向，濃度與溫度逐漸變化。細(xì)長(zhǎng)型的管式流動(dòng)反應(yīng)器可看成理想置換反應(yīng)器2023/8/31.5理想反應(yīng)器理想置換：在與流動(dòng)方向垂直2023/9/31.6工業(yè)反應(yīng)器放大化學(xué)品實(shí)驗(yàn)室研究