化学反应工程绪论课件.ppt

1、原料的预处理2、进行化学反应3、反应产物的分离与提纯第一、三两步属于单元操作，是化工原理内容，处于从属地位。第二步为整个加工过程的核心，是化学反应工程学科的研究对象。第一章绪论用化学方法将原料加工成产品,不仅是化学工业而且是其他过程工业如冶金、石油炼制、能源及轻工等所采用的手段。无论哪一个部门。还是哪一个产品的生产，采用化学方法加工时，都包括：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。化学反应工程是化学工程学科的一个分支，通常称作反应工程，其包括2个方面的内容：反应动力学及反应器设计与分析一、化学反应工程的研究对象（1）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。对于一定的反应物系，反应速率只取决于反应温度、浓度和压力。反应动力学所要解决的正是它们之间的定量关系。即r=f(T、C、P)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。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二、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。化学反应工程学是一门研究涉及化学反应的工程问题的学科。对于已经在实验室中实现的化学反应，如何将其在工业规模实现是化学反应工程学的主要任务。具体讲有下面5方面的任务：三、化学反应工程的影响因素和研究方法工业规模的化学反应与实验室规模相比复杂很多，在实验室规模上影响不大的质量和热量传递，在工业规模可能起着主导作用。在工业反应器中既有化学反应过程又有物理过程。物理过程与化学过程相互影响，相互渗透，有可能导致工业反应器内的反应结果与实验室规模大相径庭。反应物的浓度与反应温度是影响化学反应速率的两大主要因素，也是直接因素，对于一个化学反应来说，如果没有其他因素，只需控制反应温度与反应浓度，这样反应工程问题非常简单，而在工业生产的大反应器中，除温度与浓度影响外，还受到物质的扩散和混合等影响。工业反应器中对反应结果产生影响的主要物理过程是：1）由物料的不均匀混合和停留时间不同引起的传质过程；2）由化学反应的热效应产生的传热过程；3）多相催化反应中催化剂微孔内的扩散与传热过程。这些物理过程与化学过程同时发生。本质上讲，物理过程不会改变化学反应过程的动力学规律，即，反应动力学规律不因为物理过程的存在而发生变化。但是流体流动、传质、传热过程会影响实际反应场所的温度和参与反应的各组分浓度在空间上的分布，最终影响到反应的结果。单位体积所能处理物料量与宏观反应速率有关，而宏观反应速率又受到化学反应速率、颗粒间传递速率、颗粒内传递速率的影响。将它们关系表示如下：宏观反应速度化学反应速度只与温度、浓度有关颗粒间传递速度颗粒内传递速度物理过程因此设计工业反应器要考虑的因素包括三方面：化学因素、工程因素、经济因素。化学因素：包括化学平衡、反应速率、催化剂。工程因素：结构尺寸、传质、传热及流体的流动。经济因素：投资、操作、利润等。化学反应工程的研究方法对于复杂的反应过程，以前的研究方法是借助相似论和量纲分析，通过实验建立相似特征数的经验关联式解决问题，但对于有化学反应参与的化工过程用这种方法很难设计和放大反应器。因为在化工开发过程中存在放大效应问题。放大效应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(scaleup)”。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。反应器放大的方法经历的过程有：相似放大法物理过程的放大几何相似放大准数相似放大逐级放大法反应器的放大数学模拟放大法小型试验（小试）中间试验（中试）半工业化试验阶段工业化生产在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；2.反应结果对反应器中的浓度分布和温度分布的变化是否敏感。初期反应器的设计和放大，完全靠实验经验，从实验小装置到扩大实验，再经过中间工厂实验到最后设计放