PDF《第 1章》

第第1 1章章绪论 绪论 河北科技大学 化学与制药工程学院 化学工程系 张向京? zxj@hebust.

edu.cn 1.1 化学反应工程研究的对象和任务 原料预处 理过程? (物理、化 学处理)? 化学加工 过程? (?物质转化)? 反应产物 分离、提纯(物理 处理) 未反应原料循环 原料产物和副产物 第①和③两部分属于单元操作的研究范围;

而②部 分是化学反应工程的研究对象,是生产过程的核心. 什么是化学反应工程? Chemical?Reaction?Engineering?(CRE)?is?the?discipline? that quantifies the?interactions?of transport?phenomena? and kinetics in?relating reactor?performance to? operating?conditions?and?feed?variables. (ISCRE? website) 化学反应工程是将影响反应器性能的传递现象与动 力学之间的相互作用以及操作条件和进料变量进行 量化的一门学科. n化学反应工程是化学工程学科的一个分支,通常简 称为反应工程.其研究对象可概括为两个方面,即反 应动力学和反应器设计与分析. ⑴ 反应动力学 主要研究化学反应进行的机理和速率,以获得进行工 业反应器的设计和操作所必需的动力学知识,如反应 模式、速率方程及反应活化能等等. ⑵ 反应器设计与分析 研究反应器内各因素的变化规律,找出最优工况和反 应器的最好型式,以获得最大的经济效益. 化学反应工程的研究对象 1)反应动力学部分(反应器设计计算的基础)? ――研究化学反应进行的机理和速率,包括宏观反应 动力学和本征动力学. ?本征动力学――理想条件下研究化学反应进行的机 理与反应物系组成、温度、压力(浓度)等参数对反 应速率的影响.本征动力学主要决定于化学反应本身. ?宏观动力学――在本征动力学的基础上,考虑反应 器结构设计和操作条件(温度、压力和操作方法);

传质传热和动量传递以及催化剂结构(内外扩散)对 反应速率的影响后的反应速率. 2)?反应器部分(核心问题)? ――包括反应器设计与分析、反应器优化、 反应器放大等. n 反应器本身的投资也许只占整个生产装置投资的 很小一部分;

但是,反应器通常是整个生产过程 的核心,反应器的操作状态(主要是反应的转化率 和选择性)对整个装置的投资和产品的生产成本 往往会起到决定性的作用. 化学反应工程的任务 ①改进和强化现有的反应技术和设备,挖掘潜力. ②开发新的技术和设备. ③指导和解决反应过程开发中的放大问题. ④实现反应过程的最优化. ⑤不断发展反应工程学的理论和方法. 《化学反应工程》与已学相关课程的关系 化学课程 无机化学 有机化学 物理化学 化工基础 化工原理 各种化学反应 化学基本原理 化工中的物理过程 化学反应在工 业实际中如何 实现? 化学反应器 型式 大小 设计 ? 化工热力学 工业催化 1.2 化学反应工程的影响因素和研究方法 量 单位体积所能处理物料 需处处理物料总量 = 反应器体积 宏观反应速度 化学反应 速度 颗粒间传 递速度 颗粒内传 递速度 化学过程 (T,C) 物理过程 反应+工程 化学因素? 平衡、速率、催化剂? 工程?因素? 结构尺寸、流动、传递? 经济因素? 投资、操作、利润? 工业反应器 研究方法-数学模型法 如何实现 ? 化工过程开发也就意味着装置规模的扩大, 因此常被形象化地称为"放大(scale?up)" . 伴随着"放大",往往会产生所谓的"放大 效应",即小装置中的某些技术经济指标在 大装置中不能重现,甚至大装置根本不能正 常运转. 放大效应 在反应过程开发中是否会发生"放大效应",并 不完全取决于"放大"的倍数,而是主要取决于 以下两个因素:? ?1.反应器中的浓度分布和温度分布对反应器规 模的扩大和由此引起的传递过程状况的变化是否 敏感;