天津大学工业化学基础课件第三章第一节概述
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化工原理课件(天大版)
利用液体混合物中各组分挥发性的差异，通 过加热使部分组分汽化，再经过冷凝使汽化 物重新液化，从而实现混合物分离的过程。
蒸馏分类
根据操作方式的不同，蒸馏可分为简单蒸馏 、平衡蒸馏和精馏三种类型。
二元系气液平衡关系及相图表示方法
二元系气液平衡关系
在一定温度和压力下，二元混合物中某一组分在气相 中的分压与该组分在液相中的浓度之间的关系。这种 关系可以用相平衡常数或活度系数来表示。
流动阻力与能量损失
讲解流体在管道中流动时的阻力来源和能量损失情况，以及如何降 低流动阻力和减少能量损失。
管路内流体流动阻力
沿程阻力
介绍沿程阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用沿程阻力系数计 算沿程阻力。
局部阻力
阐述局部阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用局部阻力系数计 算局部阻力。
压力
降低压力可以降低溶液的沸点，从而减少加热蒸 汽的消耗量。但是过低的压力可能导致设备泄漏 和安全问题。
设备结构
设备的结构形式、加热方式、搅拌方式等都会对 蒸发操作产生影响。合理的设备结构可以提高传 热效率和汽液分离效果，降低能耗和减少设备结 垢的风险。
基本原理
离心泵性能参数与特性曲线
性能参数
离心泵的主要性能参数包括流量、扬程、转速、功率、效率等。这些参数反映了 泵的工作能力和经济性。
特性曲线
离心泵的特性曲线是表示泵的性能参数之间关系的曲线，如Q-H曲线、Q-η曲线 等。通过分析特性曲线，可以了解泵的工作范围、最佳工况点以及不同工况下的 性能表现。
离心泵选择与操作
有流量大、压力适中的特点。
螺杆式压缩机
通过一对相互啮合的螺杆进行气 体的压缩，具有结构简单、运转
平稳、噪音低等优点。
蒸馏分类
根据操作方式的不同，蒸馏可分为简单蒸馏 、平衡蒸馏和精馏三种类型。
二元系气液平衡关系及相图表示方法
二元系气液平衡关系
在一定温度和压力下，二元混合物中某一组分在气相 中的分压与该组分在液相中的浓度之间的关系。这种 关系可以用相平衡常数或活度系数来表示。
流动阻力与能量损失
讲解流体在管道中流动时的阻力来源和能量损失情况，以及如何降 低流动阻力和减少能量损失。
管路内流体流动阻力
沿程阻力
介绍沿程阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用沿程阻力系数计 算沿程阻力。
局部阻力
阐述局部阻力的概念、计 算方法和影响因素，以及 如何利用局部阻力系数计 算局部阻力。
压力
降低压力可以降低溶液的沸点，从而减少加热蒸 汽的消耗量。但是过低的压力可能导致设备泄漏 和安全问题。
设备结构
设备的结构形式、加热方式、搅拌方式等都会对 蒸发操作产生影响。合理的设备结构可以提高传 热效率和汽液分离效果，降低能耗和减少设备结 垢的风险。
基本原理
离心泵性能参数与特性曲线
性能参数
离心泵的主要性能参数包括流量、扬程、转速、功率、效率等。这些参数反映了 泵的工作能力和经济性。
特性曲线
离心泵的特性曲线是表示泵的性能参数之间关系的曲线，如Q-H曲线、Q-η曲线 等。通过分析特性曲线，可以了解泵的工作范围、最佳工况点以及不同工况下的 性能表现。
离心泵选择与操作
有流量大、压力适中的特点。
螺杆式压缩机
通过一对相互啮合的螺杆进行气 体的压缩，具有结构简单、运转
平稳、噪音低等优点。
化工基础-PPT
10
❖ 五、化学工业的发展与现状
（1）、化学工业的发展 化学工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是一个十分古老的工业，最早可追根 溯源至公元前２０００年以前，最早的化学工艺为 制陶、酿造、漂染、鞣革等行业
18世纪中硫酸生产; 19世纪中制碱; 20世纪初合成氨; 20世纪中石油工业 20世纪后精细化工
11
（2）、我国的化学工业 旧中国的化学工业基础十分薄弱。从1876年在
造纸化学品 感光材料
脱墨剂、助留剂、助滤剂、表面处理剂、浆内施胶剂、纸张增强剂、 涂布胶粘剂、分散剂等
电影胶片、照相胶片、特种胶片、彩色像纸等
磁性记忆材料 磁带、磁盘等
橡胶加工 轮胎、运输带、胶管、胶鞋、碳黑等
7
❖ 三、化工原料及选择原则 1.化学工业原料
按来源划分： 无机材料和有机材料 无机材料主要有：空气、水和化学矿物 有机材料主要有： 煤、石油、天然气和生物质
K
Cd mol
rad
sr
35
表1-4-3 化工中常用的SI 导出单位举例
量的名称
面积 体积 速度 密度 浓度
力 压强，应力
单 位 名 称 单位符号
平方米 立方米 米每秒 千克每立方米 摩尔每立方米 牛[顿] 帕 [斯卡]
m2 m3 m/s kg/m3 mol/m3 N Pa (=N/m2)
用SI 基本单位表示的单 位 m2 m3
敌百虫、乐果、甲胺磷、杀虫双、草甘磷、多菌灵等
可作为生产聚氯乙烯、聚乙烯醇、氯丁橡胶、乙酸、乙醛、乙炔黑、 双氰胺、硫脲等工业的原料
酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚碳酸酯、聚 甲醛、ABS树脂、尼龙1010、尼龙6、尼龙66、聚砜等
顺丁橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等
❖ 五、化学工业的发展与现状
（1）、化学工业的发展 化学工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是一个十分古老的工业，最早可追根 溯源至公元前２０００年以前，最早的化学工艺为 制陶、酿造、漂染、鞣革等行业
18世纪中硫酸生产; 19世纪中制碱; 20世纪初合成氨; 20世纪中石油工业 20世纪后精细化工
11
（2）、我国的化学工业 旧中国的化学工业基础十分薄弱。从1876年在
造纸化学品 感光材料
脱墨剂、助留剂、助滤剂、表面处理剂、浆内施胶剂、纸张增强剂、 涂布胶粘剂、分散剂等
电影胶片、照相胶片、特种胶片、彩色像纸等
磁性记忆材料 磁带、磁盘等
橡胶加工 轮胎、运输带、胶管、胶鞋、碳黑等
7
❖ 三、化工原料及选择原则 1.化学工业原料
按来源划分： 无机材料和有机材料 无机材料主要有：空气、水和化学矿物 有机材料主要有： 煤、石油、天然气和生物质
K
Cd mol
rad
sr
35
表1-4-3 化工中常用的SI 导出单位举例
量的名称
面积 体积 速度 密度 浓度
力 压强，应力
单 位 名 称 单位符号
平方米 立方米 米每秒 千克每立方米 摩尔每立方米 牛[顿] 帕 [斯卡]
m2 m3 m/s kg/m3 mol/m3 N Pa (=N/m2)
用SI 基本单位表示的单 位 m2 m3
敌百虫、乐果、甲胺磷、杀虫双、草甘磷、多菌灵等
可作为生产聚氯乙烯、聚乙烯醇、氯丁橡胶、乙酸、乙醛、乙炔黑、 双氰胺、硫脲等工业的原料
酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚碳酸酯、聚 甲醛、ABS树脂、尼龙1010、尼龙6、尼龙66、聚砜等
顺丁橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等
天津大学工业化学基础第三章第一节概述PPT课件
28.11.2020
28.11.2020
28.11.2020
目标： 单位设备容积的反应器处理能力大 目的产物单一性大 安全,稳定
核心 ——复杂系统的工程放大
28.11.2020
1)改进和强化现有反应技术和设备,使之优 质、高产、低能耗；
(2)开发新的反应技术和设备； (3)利用实验室数据解决反应过程中放大问
题； (4)实现反应过程的最优化； (5)不断发展化学反应工程学的理论和方法 （6）化学反应器的正确选型与合理设计
28.11.2020
2、反应工程概念的提出
20世纪30年代，丹克莱尔(Damhohler)论述了扩散、流体流动 和传热对反应器产率的影响——奠定了基础 梯尔(Thiele)和史尔多维奇对扩散反应问题作了开拓性的工作 40年代末，霍根(Hougen)和华生(Waston)著作《化学过程原理》 法兰克-卡明聂斯基著作《化学动力学中的扩散与传热》问世
大规律，具有十分重要的意义
28.11.2020
在现代化大规模连续操作的化工厂中，化 学反应器约占生产设备总投资的15％－20 ％，分离设备的投资占生产设备总投资的 大部分。但是反应器设计的优劣、反应结 果的好坏，常常是决定整个生产过程效益 的关键所在。在现代生产体系中，社会分 工较细，一个工厂的产品常常又是另一个 工厂的原料，所以构成化工产品成本的诸 因素中，原料所占的比重常常是决定性的。 如何在一个化学反应过程中，最大限度地 利用原料生产出最多的目标产品，就成为 至关重要的因素，而这一问题正是化学反 应工程所要研究解决的。
化学反应工程 及反应器
28.11.2020
第一节 概述
1 反应工程在化学工程学科中的地位 2 反应工程的范畴和任务 3 反应工程的研究方法 4 化学反应过程分类
化工原理课件(天大版)
反应热与反应焓
反应方向与平衡常数
反应速率与活化能
反应熵与反应吉布斯能
05
化工动力学基础
反应速率方程
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
反应速率方程：描述反应速率与反应物浓度及其他因素关系的数学表达式
反应速率定义：单位时间内反应物浓度的减少量或生积成正比的比例系数
催化剂：使用催化剂可以降低反应活化能，提高反应速率
反应物浓度：反应物浓度增大，反应速率加快
06
分离过程原理及应用
分离过程分类与特点
分离过程的分类：根据不同的原理和操作方式，分离过程可以分为多种类型，如蒸馏、萃取、结晶、过滤等。
R
分离过程的特点：不同的分离过程具有不同的特点和应用范围，需要根据具体需求进行选择。
A
分离过程的原理：每种分离过程都有其特定的原理和操作方式，需要掌握其基本原理和操作方法。
C
分离过程的应用：分离过程在化工、医药、食品等领域有着广泛的应用，需要根据具体需求进行选择和应用。
I
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07
化学反应器原理及应用
化学反应器分类与特点
塔式反应器的特点：适用于气液相反应，具有较大的接触面积和适宜的停留时间
固定床反应器的特点：催化剂固定在反应器内，适用于气固相或液固相反应
流化床反应器的特点：催化剂悬浮在反应器内，适用于气固相或液固相反应
反应器分类：釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器等
化学反应器的设备：介绍反应器的主要设备，如搅拌器、换热器、塔器等。
化工原理完整(天大版)PPT课件
化工原理
Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
可编辑课件
版权所有，未经授权禁止复制或建立镜像。谢谢!
返回 1 2021/4/25
0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
可编辑课件
返回 2 2021/4/25
0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
可编辑课件
返回 3 2021/4/25
解：首先根据题意画出过程的物料流程图
可编辑课件
返回 16 2021/4/25
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
可编辑课件
返回 4 2021/4/25
可编辑课件
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Principles of Chemical Engineering
使用教材： 姚玉英主编，化工原理，天津大学出版社，1999 参考教材： 陈敏恒主编，化工原理，化学工业出版社，2002 蒋维钧主编，化工原理，清华大学出版社，1993
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0 绪论 1 流体流动
5 蒸馏 6 吸收
2 流体输送机械
3 非均相物系的分 离和固体流态化
4 传热
7 蒸馏和吸收塔设备 8 液－液萃取 9 干燥
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0 绪论
0.1 化工生产与单元操作 0.2 单位制与单位换算 0.3 物料衡算与能量衡算
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解：首先根据题意画出过程的物料流程图
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F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
0 绪论
0.1 化工原理课程的性质和基本内容 1. 化工生产过程
原料预处理
物理过程 单元操作
化学反应
化学反应过程 反应器
产物后处理
物理过程 单元操作
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化工原理课件(天大版)
综合计算
涉及多个物理过程和化学反应的复杂传质过程的计算，需要对各个过程进行分别 处理，并综合考虑各过程之间的相互影响。
分子扩散传质及传质过程的计算
分子扩散
物质分子在运动过程中，从高浓度区 域向低浓度区域的定向迁移，产生物 质传递现象。
传质过程计算
根据分子扩散定律，通过求解浓度场 和扩散系数等参数，实现对传质过程 的模拟和预测。
01
流体的密度、压强、黏度等物理 性质的定义和测量方法。
02
流体静力学基本方程的推导和应 用，包括压力、重力和惯性力对 流体平衡状态的影响。
流体流动的基本方程及流量测量仪表
流体流动的基本方程，如质量守恒、 动量守恒和能量守恒方程。
流量测量仪表的工作原理和应用，如 节流式、涡轮式、电磁式和超声波式 流量计等。
化工原理课件(天大版)
汇报人：
2023-12-10
目录
• 化工原理绪论 • 流体流动 • 传热学 • 传质学 • 化工设备 • 化学反应工程 • 化工过程的控制与优化
01
化工原理绪论
化工原理的研究对象和内容
化工原理研究对象
以化学工程中各种单元操作（动 量传递、热量传递和质量传递） 为研究对象，研究其原理、方法 和过程。
05
化工设备
化工设备的基本类型及结构特点
分离设备
用于将混合物中的不同组分分 离出来的设备，如离心机、过 滤器等。
储罐和容器
用于储存和容纳液体的设备， 如储罐、水池等。
反应设备
用于化学反应的设备，如反应 釜、反应塔等。
换热设备
用于将热能从一个物质传递到 另一个物质的设备ห้องสมุดไป่ตู้如热交换 器、蒸发器等。
输送设备
涉及多个物理过程和化学反应的复杂传质过程的计算，需要对各个过程进行分别 处理，并综合考虑各过程之间的相互影响。
分子扩散传质及传质过程的计算
分子扩散
物质分子在运动过程中，从高浓度区 域向低浓度区域的定向迁移，产生物 质传递现象。
传质过程计算
根据分子扩散定律，通过求解浓度场 和扩散系数等参数，实现对传质过程 的模拟和预测。
01
流体的密度、压强、黏度等物理 性质的定义和测量方法。
02
流体静力学基本方程的推导和应 用，包括压力、重力和惯性力对 流体平衡状态的影响。
流体流动的基本方程及流量测量仪表
流体流动的基本方程，如质量守恒、 动量守恒和能量守恒方程。
流量测量仪表的工作原理和应用，如 节流式、涡轮式、电磁式和超声波式 流量计等。
化工原理课件(天大版)
汇报人：
2023-12-10
目录
• 化工原理绪论 • 流体流动 • 传热学 • 传质学 • 化工设备 • 化学反应工程 • 化工过程的控制与优化
01
化工原理绪论
化工原理的研究对象和内容
化工原理研究对象
以化学工程中各种单元操作（动 量传递、热量传递和质量传递） 为研究对象，研究其原理、方法 和过程。
05
化工设备
化工设备的基本类型及结构特点
分离设备
用于将混合物中的不同组分分 离出来的设备，如离心机、过 滤器等。
储罐和容器
用于储存和容纳液体的设备， 如储罐、水池等。
反应设备
用于化学反应的设备，如反应 釜、反应塔等。
换热设备
用于将热能从一个物质传递到 另一个物质的设备ห้องสมุดไป่ตู้如热交换 器、蒸发器等。
输送设备
【天津大学】优质课(化学专业)《有机化学》全册优秀课件
对映异构
1、 手性、手性中心、手性碳原子
手性：互为 镜影、但不 能重叠的性 质称为手性。
手性中心：如果分子的手性 是由于原子或原子团围绕某 一点的非对称排列而产生的， 这个点就是手性中心。
手性碳原子：与四个不相同 的基团相连的碳原子称为不 对称碳原子或称手性碳原子。 手性碳原子常用*标注。
CH2COOH
CH3 甲基 (Me) CH3CH2 乙基 (Et) CH3CH2CH2 正丙基 CH3 CH CH3 异丙基
常见的 烷烃基
CH3CH2CH2CH2 丁基
CH3CHCH2CH3 仲丁基
CH3 CH CH2 CH3
CH3 CH3 C
CH3
异丁基 叔丁基
CH3–CH2–CH2–CH3 –H(10) –C4H9
有机化学的研究对象
1、有机化合物和有机化学的涵义。 2、有机化合物的特性。
1、有机化合物和有机化学的涵义
只含有碳氢两种元素的化合物称作碳氢化合 物——烃类，由碳、氢以及其他元素组成的 化合物称为烃的衍生物，所以有机化合物可 以看做碳氢化合物及其衍生物——烃及其衍 生物（例如：CH4 、CH3CH2OH），
1°
H3C
1°
CH3
C4°
1°
CH3
CH3
1°
1° H
H3C
C
3°
1°
CH3
1°
C
4°
CH3
CH3 CH3
1° 1°
1° H2 H2 1°
H3C
C
2°
C
2°
CH3
2、烃基的命名
烃基：烃分子中去掉一个氢原子 所剩下的原子团称为烃基
脂肪烃基：用“R-”表示 （例如：烷基) 芳香烃基：用“Ar-”表示(苯基:Ph-)
天津大学_化工导论_课件_第三章_石油炼制与化工
苯烃化
异丙苯 苯 酚
三、碳四烃产品
碳四烃系指丁二烯、正丁烯、异丁 烯和正丁烷。其中丁二烯最为重要， 它既能自行聚合，又能与其它单体共 聚形成性能优良的合成橡胶，在工业 上占有重要的地位。
丁二烯
苯乙烯 共聚 氧化 丁苯橡胶 橡胶制品
正丁烯顺丁烯二酸酐来自塑料、农药碳四烃
异丁烯 水合 叔丁醇 溶剂、汽油添加剂
裂解气分离
（5）烃的分离---在多个串联或并联的 精馏塔中对裂解气进行分离提纯，先后 分离出氢、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、 丙烷、碳四馏分、碳五馏分和裂解汽油 等产品。
乙烯制环氧乙烷
乙烯在银催化作用下直接 氧化生产环氧乙烷。
2CH2=CH2 + O2 2CH2
O
CH2
环氧乙烷
（1）原料气的混合---乙烯原料经 加压后与氧气、致稳气甲烷及循环 气体混合均匀；
第三章
结束
第三节、
石油化工主要产品和用途
一、乙烯 乙烯是最简单的烯烃，由于乙烯 具有双健结构，因而其反应能力很强。 通过乙烯的聚合、氧化、与其它化合 物的加成等一系列化学反应，可得到 很多极有价值的衍生物。
聚合 聚乙烯 氧化 塑料薄膜、成型制品
环氧乙烷 乙二醇 二氯乙烷 氯乙烯
涤纶、防冻剂、溶剂
乙烯
加氯
工程塑料、氯纶纤维
第一节、石油化工的原料
石油被称作“工业的血液”，可生 产燃料（汽油、航空煤油、柴油、燃料 油等）、化工原料（三苯：苯、甲苯、 二甲苯；三烯：乙烯、丙烯、丁二烯； 等等），进而生产合成树脂、合成橡胶 和合成纤维等。
原油
原油是未加工处理的石油，是一 种黄褐色至黑褐色粘稠液体，其组成 十分复杂，是由不同碳原子数、不同 分子量和不同分子结构的烃类组成的 混合物。
工程化学基础第三章3-1课件
1.溶液的蒸气压下降
（1)纯溶剂的饱和蒸气压 (P0) 在密闭容器中, 在纯溶剂的单位表面上， 单位时间里 ，有 N0 个分子蒸发到上方空间 挥发 中。随着上方空间里溶剂分子个数的增加， 密度的增加， 分子凝聚， 回到液相的机会增 加.当密度达到一定数值时，凝聚的分子的个 液体 数也达到 N0 个。这时上方空间的蒸气密度不 水 再改变， 保持恒定。此时， 蒸气的压强也不 再改变， 称为该温度下的饱和蒸汽压， 用 P0 表示。
冰
p p p x p
* *
n
温度T
n
B
p
* B
n N 溶剂
p
*
2.溶液的沸点上升和凝固点下降
沸点: 液体的饱和蒸气压达到给定外界压力时的温度Tb 凝固点: s、l、g三相共存的温度Tf 溶液的蒸气压下降，引起：溶液的沸点上升和凝固点下降 在原沸点Tb时，p在A点 < 101325 Pa p*/ kPa ，只有升温至Tb’时，蒸气压p才达到外压 101.325 冒泡/沸腾 O •首先，析出的总是能量低的纯冰, 如冰棍 • 对应OD线不变。但在原Tf时, 溶液的 D 比冰的饱和蒸气压(O) •蒸气压在C点， C 低, 不能三相共存 只有在CD与OD相交 Tf ’ Tf 的Tf’才能共存. A T Tb’
电解质溶液，或者浓度较大的非电解质溶液也与非电解质稀溶 液一样具有蒸气压下降、沸点上升、凝固点下降及渗透压等性 质。日常生活中随处可见这样的实例。如： 应用举例 致冷剂 冰盐混合物可用来使实验室局部致冷,将 NaCl和冰混合， 可做成制冷剂， 获得零 下低温 混合物从外界吸热， 冰部分融化 吸热水， 冰水共存， 应为零度， 水将 NaCl溶解， 形成溶液， 冰点低于零度， 故冰将继续融化吸热变成水。 理论上可达 到低共熔点的温度 -22C°；用CaCl2 和 冰的混合物, 可以获得 -55 C°的低温； 用CaCl2 、 冰和丙酮的混合物， 可以致 冷到 - 70 C°以下。
天津大学工业化学基础课件第一章-化工基本计算
化学反应物不按化学计量比投料时，其中以最 小化学计量数存在的反应物叫做“限制反应物”。 而某种反应物的量超过限制物反应完全反应的理论
量，则该反应物称为“过量反应物”。
过量反应物超过限制反应物所需理论量部分占所 需理论量的百分数叫做“过量百分数”。
过量％＝
N
N －
e
t
100％
Nt
Ne： 过量反应物的摩尔数； Nt： 限制反应物完全反应所消耗的摩尔数；
3. 转化率
某入量一N种A反，应百物分A数反称应为掉反的应量物NAA的R转占化向率反X应A器: 中输
N N N ＝ X N N A
AR
A
A,in
A,out 100％
A,in
4. 选择性
一种反应物A反应掉的量N某占向反应器中输入量NA，in百分 数称为反应物A的转化率XA:
选择性指的是某一反应物转变成目的产物时，理论消耗的摩 尔数占该反应物在反应中实际消耗的总摩尔数的百分数。
例1 丙烷充分燃烧时要供入空气量125%， 反应式为
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O 问：每100摩尔燃烧产物需空气量多少摩
尔？
解题思路：有三种不同的基准选取方法：
（1） 选取1mol C3H8 气体作为基准。 （2） 选取1mol 空气作为基准。 (3) 选取100 mol 烟道气作为基准。
（1） 选取1mol C3H8 气体作为基准， 所需空气量为：
燃烧需理论氧5mol 总需加入氧量＝1.25×5＝6.25mol 折 算 为 空 气 [ 空 气 中 氧 占 21% （ 体
积)]29.76mol 氮=23.51摩
天津大学有机化学第三章不饱和烃课件
3.6.1 低级烯烃的工业来源 3.6.2 乙炔的工业生产 (1) 电石法 (2) 部分氧化法 3.6.3 烯烃的制法 (1) 醇脱水 (2) 卤代烷脱卤化氢 3.6.4 炔烃的制法 (1) 二卤代烷脱卤化氢 (2) 端位炔烃的烷基化
不饱和烃 烯烃(alkenes) 含有碳碳重键 炔烃(alkynes) 的化合物
sp 杂化的碳原子的几何构型是直线形。
在乙炔分子中： C－Ｃσ键的形成 :
C －H σ 键的形成 :
sp–sp 交盖 sp–1s 交盖
三个σ键， 其对称轴处于同一直线上。
图 3.8 乙炔分子的结构
图 3.9 乙炔分子比例模型 图 3.10 乙炔π键的电子云分布
3.1.3 π键的特性
碳碳双键：两个相互平行的 2p轨道形成一个 π键，不能
物质在另一相中的反应。
均相反应 (homogeneous reactions) ： 参加反应的物质均在同一相中。
催化氢化反应机理:
HH H2
HH C C
CC
催化剂
氢吸附在催化剂 表面上
烯烃与催化剂 形成的络合物
CC +
HHCC
HH
烷烃产物 催化剂的再生 氢加至 C=C 上
图 3.13 催化氢化反应机理示意图
3.4 烯烃和炔烃的物理性质
熔点：对称性 沸点：极性
3.5 烯烃和炔烃的化学性质
反应部位：
氧化反应
(亲电)加成反应
CCC H
CC CH H
α–氢的反应 炔氢的反应
π键较弱，加成反应是烯和炔烃的主要反应：
烯烃：
X Y+ C C
炔烃：
X Y+ C C
CC XY
CC XY
不饱和烃 烯烃(alkenes) 含有碳碳重键 炔烃(alkynes) 的化合物
sp 杂化的碳原子的几何构型是直线形。
在乙炔分子中： C－Ｃσ键的形成 :
C －H σ 键的形成 :
sp–sp 交盖 sp–1s 交盖
三个σ键， 其对称轴处于同一直线上。
图 3.8 乙炔分子的结构
图 3.9 乙炔分子比例模型 图 3.10 乙炔π键的电子云分布
3.1.3 π键的特性
碳碳双键：两个相互平行的 2p轨道形成一个 π键，不能
物质在另一相中的反应。
均相反应 (homogeneous reactions) ： 参加反应的物质均在同一相中。
催化氢化反应机理:
HH H2
HH C C
CC
催化剂
氢吸附在催化剂 表面上
烯烃与催化剂 形成的络合物
CC +
HHCC
HH
烷烃产物 催化剂的再生 氢加至 C=C 上
图 3.13 催化氢化反应机理示意图
3.4 烯烃和炔烃的物理性质
熔点：对称性 沸点：极性
3.5 烯烃和炔烃的化学性质
反应部位：
氧化反应
(亲电)加成反应
CCC H
CC CH H
α–氢的反应 炔氢的反应
π键较弱，加成反应是烯和炔烃的主要反应：
烯烃：
X Y+ C C
炔烃：
X Y+ C C
CC XY
CC XY
天津大学工业化学基础课件第三章第四节非均相反应器课件
三章第四节理想流动模型非均相反应器一 .催化剂及催化反应动力学二 .固定床催化反应器三 .流化床催化反应器四 .气-液反应器一.催化剂及催化反应动力学�1. 引言�2. 多相催化反应动力学�3. 工业催化剂的使用技术及再生4.1.1 引言�催化剂是能够加速化学反应速率,但本身能复原的物质.催化剂具有以下基本特征:�产生中间产物,改变反应途径,因而降低反应活化能和加速反应速率.�不能改变平衡状态和反应热,必然同时加速正反应和逆反应速率.�具有选择性,可使化学反应朝着期望反响进行,抑制不需要的副反应.� 1 .催化剂分类:�①均相催化: 催化剂和反应体系处于同一相中即为均相催化反应.催化剂与产物不易分离,产物后处理麻烦.4.1.1 引言②. 多相催化：反应在两相界面上进行称为多相催化。
例如：V 2O 5对SO 2氧化为SO 3的催化作用，Fe 对合成氨反应的催化 作用等，都属于多相催化。
此类催化反应在化工生产中居多数，由于催化剂很容易与反应物和产物分离，因而较为经济。
③. 生物催化：例如制药，制酒过程中的发酵均属于酶催化。
酶催化的特点是催化剂活性和选择性都非常高。
在化学工业中，多相催化剂应用最为广泛，使用最多的是 气－固催化反应。
4.1.1 引言2. 固体催化剂的主要组成及制备方法●固体催化剂一般由活性组分，助催化剂和载体组成。
主要起催化作用的是活性组分。
常用的催化剂活性组分是金属和金属氧化物，金属催化剂大多数采用载体，称为负载性催化剂。
●助催化剂在催化剂中的含量很少，它们对于反应没有活性或活性很小，但是加入到催化剂中后却能提高催化剂的活性，选择性和稳定性。
●催化剂载体主要作用是承载活性组分和助催化剂的分散剂，耦合物或支撑物，是负载活性组分的骨架，同时增大内表面积。
4.1.1 引言常用的载体多为氧化铝，二氧化硅，碳化硅，浮石，刚玉，活性炭，铁矾土，白土，氧化镁，硅胶，硅藻土，浮石分子筛等物质。
用作载体的物质应具有以下特性：①. 提供足够大的内表面积。
天津大学 课件 有机化学 第三章
>C=C< + Y-X -C-C( sp2) Y Z (sp3)
例1: CH2=CH2 +Cl-Cl CH2Cl-CH2Cl H= -171kJ/mol 例2: CH2=CH2 +Br-Br CH2Br-CH2Br H= -69k需要较低的活化能. 所以烯烃容易发生加成反应是烯烃的一个特征反应.
HX=HCl,HBr,HI 烯烃 卤烷
•(1-1)烯烃与碘化氢的加成
CH3CH2CH2CH=CH2
KI + H3PO4
CH3CH2CH2CH-CH3
I
•(1-2)工业上氯乙烷的制备: ----是乙烯和氯化氢在氯乙烷溶液中,在催化剂无水氯 化铝存在下进行的. AlCl3起促进 HCl 离解的作用. AlCl3 + HCl AlCl4- + H+
•按照静电学,一个带电体系,电荷越分散,体系越稳定.
比较伯,仲,叔碳正离子和甲基碳正离子的稳定性
CH3 CH3 H + > CH -C+ > CH + CH3CCH3 > CH3 –C 3 3 + H H 叔(30)R+ > 仲(20)R+ > 伯(10)R+ > CH3+ 补充:比较下列碳正离子的稳定性,由大到小顺序排列:
•键电子云集中在两核之间,不易与外界试剂接近;
•双键是由四个电子组成,相对单键来说,电子云密度更大; 且构成键的电子云暴露在乙烯分子所在的平面的上方和 下方,易受亲电试剂(+)攻击,所以双键有亲核性 (-).
(5) 乙烯的结构对键长,键角的影响
•甲烷的H-C-H键角109.5º •C-C单键长:0.154nm •C=C双键键长:0.133nm •断裂乙烷C-C 单键需要 347kJ/mol •断裂双键需要611kJ/mol; 双键使烯烃有较大的活性 •说明碳碳 键断裂需要264kJ/mol
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工业规模的化学反应过程是比较复杂的，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，必然影响化学反应效果。工业反应器中主要的物理 过程有：①流体的返混和不均匀流动；②传质过程；③传 热过程。这些物理过程与化学反应过程同时发生。从本质 上说，物理过程不改变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浓度在 时间、空间上的分布，从而影响反应的最终结果。从学科 角度讲，化学反应规律属化学动力学领域，物理过程规律 属化学工程领域。化学反应工程学实际上是这两个学科的 汇合，即物理过程和化学过程两者结合，产生新的、有趣 的现象，从这些现象中引伸出重要的反应工程理论。正是 这些理论指导工业反应过程的开发，即选择适宜的反应器 结构、型式、操作方式和工艺条件等。
物性庞杂
多相（气,液,固,超临界,等离子,纳米胶体） 温度,压力,粘度,重度,表面张力… 变化幅度大
非线性耦合 物理,化学,生物学之间
预测精度高 生产规模大
250万T/年－1000万T/年 催化裂化（ф 10m, H=70m)
30万T/年－100万T/年 乙烯裂解 30万T/年 合成氨－52万T/年 尿素
煤燃烧，矿石焙烧 气－液吸收反应 炼铁，湿法冶金
2013年8月18日星期日
对于A+B→R反应过程，反应器的三种操作方法和反应物 及产物的浓度的变化，如图所示。
间歇釜式
半连续釜式
连续流动釜式 连续流动管式
图
2013年8月18日星期日
均相反应器示意图
按流体流动状态分类:
理想流动反应器 这是一种理想化的反应器, 是用来研究基础反应器方法.
2013年8月18日星期日
在现代化大规模连续操作的化工厂中，化 学反应器约占生产设备总投资的15％－20 ％，分离设备的投资占生产设备总投资的 大部分。但是反应器设计的优劣、反应结 果的好坏，常常是决定整个生产过程效益 的关键所在。在现代生产体系中，社会分 工较细，一个工厂的产品常常又是另一个 工厂的原料，所以构成化工产品成本的诸 因素中，原料所占的比重常常是决定性的。 如何在一个化学反应过程中，最大限度地 利用原料生产出最多的目标产品，就成为 至关重要的因素，而这一问题正是化学反 应工程所要研究解决的。
2013年8月18日星期日
2、试验的方法
设备传递过程模型的测定 如：大型冷模测定
无法计算的参数的测定 如：热力学、动力学、催化剂等的参数
数学模拟的检验测定 即：数学模拟结果用实验测定可否应用
2013年8月18日星期日
基础 试验 测定
拟定 过程 模型
用 计 算 机 做 方 案 研 究
制 定 模 型 测 试 方 法 及 参 数 范 围
小试
模型的放大 试验
比较测试结 果与模型计 算结果 中试 修正基础模型
数学模拟放大示意图
2013年8月18日星期日
用 计 算 机 做 多 方 案 及 优 化 设 计 计 算
过 程 的 基 本 设 计
四、化学反应过程分类
按操作方式分类
间歇操作
连续操作
半连续操作
按反应器除热方式分类
T 0C
1)改进和强化现有反应技术和设备,使之优 质、高产、低能耗； (2)开发新的反应技术和设备； (3)利用实验室数据解决反应过程中放大问 题； (4)实现反应过程的最优化； (5)不断发展化学反应工程学的理论和方法 （6）化学反应器的正确选型与合理设计
2013年8月18日星期日
3、工业反应的特点
2013年8月18日星期日
二、化学反应工程的范畴和任务
化学工艺
反应器中流体 流动、混合传 热和传质
化 学
化学热力 学与反应 动力学
反应 过程 分析
反应 过程动 态特性与 反应系统 测量和 控制 优化
工 程 控 制
催化剂
设备结构及 参数控制 经济学
2013年8月18日星期日
1 化学反应工程研究范畴
非理想流动反应器 实际反应器中的流体流 动都属于这类反应器.
2013年8月18日星期日
化学反应工程 及反应器
2013年8月18日星期日
第一节 概述
1 反应工程在化学工程学科中的地位
2 反应工程的范畴和任务 3 反应工程的研究方法
4 化学反应过程分类
2013年8月18日星期日
一、反应工程在化学工程学科中的地位
1、化学工程的主要研究内容
原料的预处理 化学方法加工 进行化学反应 单元操作（三传） 反应工程
2013年8月18日星期日
2、反应工程概念的提出
20世纪30年代，丹克莱尔(Damhohler)论述了扩散、流体流动
和传热对反应器产率的影响——奠定了基础
梯尔(Thiele)和史尔多维奇对扩散反应问题作了开拓性的工作
40年代末，霍根(Hougen)和华生(Waston)著作《化学过程原理》
法兰克-卡明聂斯基著作《化学动力学中的扩散与传热》问世 1957年，荷兰阿姆斯特丹第一次欧洲反应工程会议——确立 了化学反应工程的名称
爆炸 ——自动控温装置
2013年8月18日星期日
温度过高
反应加快
2、反应工程的任务
创新与选择最适宜反应器型 式 确定最优工艺条件 估算反应器尺寸大小
新工艺、新产品开发
传统技术改造 优化操作
目标： 单位设备容积的反应器处理能力大 目的产物单一性大 安全,稳定 核心 ——复杂系统的工程放大
2013年8月18日星期日
45万吨/年乙烯裂解球罐
2013年8月18日星期日
釜式反应器
2013年8月18日星期日
环管反应器
2013年8月18日星期日 2013年8月18日星期日三、反应工程的研究方法
1、模型化方法
参数计算式
建立数学模型
动力学方程式 物料、热量、动量衡算式
求解数学模型的计算方法 计算机软件的实现及计算结果
反应产物的分离与提纯
单元操作（三传）
2013年8月18日星期日
化学反应工程 ：把化学反应和工程中的问题统
一起来研究，研究反应器的设计放大和过程最优 化，便形成了化学反应工程学，是化学工程学科 的一个重要组成部分，是关于如何在工业规模上 实现化学反应过程，以期最有效地把原料转化为 尽可能多的目标产品，争取实现经济效益，满足 国民经济需要的一门学科。凡是涉及物质分子结 构变化的过程都属化学反应的范畴，故而广义的 化学反应工程涉及面十分广阔，诸如无机化工、 有机化工、精细化工、高分子化工、冶金工程、 环保工程、生物化工等等。在许多发达国家，化 学工业及与之相关的工业已成为国民经济中占主 要地位的产业部门。所以研究化学反应过程的放 大规律，具有十分重要的意义
Grassroots FCC unit under construction in Mexico
2013年8月18日星期日
2013年8月18日星期日
2013年8月18日星期日
80万吨/年加氢裂化装置
2013年8月18日星期日
2013年8月18日星期日
2013年8月18日星期日
2013年8月18日星期日
——影响反应速率的外因
如：非均相反应、气固反应、催化剂表面的扩散与吸附等
——“放大效应“产生的直接原因 •设备结构及参数设计 如：反应器的种类（管式、釜式、流化床、固定床等）、 操作方式（连续、分批） ——考虑经济上的合理性
2013年8月18日星期日
反应过程动态特性与反应系统测量和控制 ——工业生产的必须条件，人为不能达到 例如：对于一放热反应 进料温度高 反应速率快 放热不及时 温度升高
绝热式
L
2013年8月18日星期日
间壁换热式
L
自热式
L
T℃
冷激式 T℃
L
相变式
t (hr)
2013年8月18日星期日
按反应物相态分类
非催化反应 大部分气相反应 催化反应 大部分液相反应 胶体反应 酶和微生物反应 合成氨，硝酸，硫酸 炼油，合成材料单体
均相反应
快速反应（燃烧等）
非均相反应
2013年8月18日星期日
化学热力学——讨论反应进行的方向和限度，平衡问题
如：计算反应的平衡常数和平衡转化率
反应动力学——阐明化学反应速率与各种物理因素（温度、
浓度、压力和催化剂等）之间的关系
影响反应速率的内因 —— 决定能否实际应用的关键所在
2013年8月18日星期日
•反应器中流体流动、混合传热与传质
100m3 －300m3 聚合釜, 120m长 循环管聚丙稀
2013年8月18日星期日
高 低 并 列 的 提 升 管 FCC 装 置
2013年8月18日星期日
南 充 炼 厂 FCC 装 置
2013年8月18日星期日
Cold flow model of Kellogg dense phase catalyst cooler
物性庞杂
多相（气,液,固,超临界,等离子,纳米胶体） 温度,压力,粘度,重度,表面张力… 变化幅度大
非线性耦合 物理,化学,生物学之间
预测精度高 生产规模大
250万T/年－1000万T/年 催化裂化（ф 10m, H=70m)
30万T/年－100万T/年 乙烯裂解 30万T/年 合成氨－52万T/年 尿素
煤燃烧，矿石焙烧 气－液吸收反应 炼铁，湿法冶金
2013年8月18日星期日
对于A+B→R反应过程，反应器的三种操作方法和反应物 及产物的浓度的变化，如图所示。
间歇釜式
半连续釜式
连续流动釜式 连续流动管式
图
2013年8月18日星期日
均相反应器示意图
按流体流动状态分类:
理想流动反应器 这是一种理想化的反应器, 是用来研究基础反应器方法.
2013年8月18日星期日
在现代化大规模连续操作的化工厂中，化 学反应器约占生产设备总投资的15％－20 ％，分离设备的投资占生产设备总投资的 大部分。但是反应器设计的优劣、反应结 果的好坏，常常是决定整个生产过程效益 的关键所在。在现代生产体系中，社会分 工较细，一个工厂的产品常常又是另一个 工厂的原料，所以构成化工产品成本的诸 因素中，原料所占的比重常常是决定性的。 如何在一个化学反应过程中，最大限度地 利用原料生产出最多的目标产品，就成为 至关重要的因素，而这一问题正是化学反 应工程所要研究解决的。
2013年8月18日星期日
2、试验的方法
设备传递过程模型的测定 如：大型冷模测定
无法计算的参数的测定 如：热力学、动力学、催化剂等的参数
数学模拟的检验测定 即：数学模拟结果用实验测定可否应用
2013年8月18日星期日
基础 试验 测定
拟定 过程 模型
用 计 算 机 做 方 案 研 究
制 定 模 型 测 试 方 法 及 参 数 范 围
小试
模型的放大 试验
比较测试结 果与模型计 算结果 中试 修正基础模型
数学模拟放大示意图
2013年8月18日星期日
用 计 算 机 做 多 方 案 及 优 化 设 计 计 算
过 程 的 基 本 设 计
四、化学反应过程分类
按操作方式分类
间歇操作
连续操作
半连续操作
按反应器除热方式分类
T 0C
1)改进和强化现有反应技术和设备,使之优 质、高产、低能耗； (2)开发新的反应技术和设备； (3)利用实验室数据解决反应过程中放大问 题； (4)实现反应过程的最优化； (5)不断发展化学反应工程学的理论和方法 （6）化学反应器的正确选型与合理设计
2013年8月18日星期日
3、工业反应的特点
2013年8月18日星期日
二、化学反应工程的范畴和任务
化学工艺
反应器中流体 流动、混合传 热和传质
化 学
化学热力 学与反应 动力学
反应 过程 分析
反应 过程动 态特性与 反应系统 测量和 控制 优化
工 程 控 制
催化剂
设备结构及 参数控制 经济学
2013年8月18日星期日
1 化学反应工程研究范畴
非理想流动反应器 实际反应器中的流体流 动都属于这类反应器.
2013年8月18日星期日
化学反应工程 及反应器
2013年8月18日星期日
第一节 概述
1 反应工程在化学工程学科中的地位
2 反应工程的范畴和任务 3 反应工程的研究方法
4 化学反应过程分类
2013年8月18日星期日
一、反应工程在化学工程学科中的地位
1、化学工程的主要研究内容
原料的预处理 化学方法加工 进行化学反应 单元操作（三传） 反应工程
2013年8月18日星期日
2、反应工程概念的提出
20世纪30年代，丹克莱尔(Damhohler)论述了扩散、流体流动
和传热对反应器产率的影响——奠定了基础
梯尔(Thiele)和史尔多维奇对扩散反应问题作了开拓性的工作
40年代末，霍根(Hougen)和华生(Waston)著作《化学过程原理》
法兰克-卡明聂斯基著作《化学动力学中的扩散与传热》问世 1957年，荷兰阿姆斯特丹第一次欧洲反应工程会议——确立 了化学反应工程的名称
爆炸 ——自动控温装置
2013年8月18日星期日
温度过高
反应加快
2、反应工程的任务
创新与选择最适宜反应器型 式 确定最优工艺条件 估算反应器尺寸大小
新工艺、新产品开发
传统技术改造 优化操作
目标： 单位设备容积的反应器处理能力大 目的产物单一性大 安全,稳定 核心 ——复杂系统的工程放大
2013年8月18日星期日
45万吨/年乙烯裂解球罐
2013年8月18日星期日
釜式反应器
2013年8月18日星期日
环管反应器
2013年8月18日星期日 2013年8月18日星期日三、反应工程的研究方法
1、模型化方法
参数计算式
建立数学模型
动力学方程式 物料、热量、动量衡算式
求解数学模型的计算方法 计算机软件的实现及计算结果
反应产物的分离与提纯
单元操作（三传）
2013年8月18日星期日
化学反应工程 ：把化学反应和工程中的问题统
一起来研究，研究反应器的设计放大和过程最优 化，便形成了化学反应工程学，是化学工程学科 的一个重要组成部分，是关于如何在工业规模上 实现化学反应过程，以期最有效地把原料转化为 尽可能多的目标产品，争取实现经济效益，满足 国民经济需要的一门学科。凡是涉及物质分子结 构变化的过程都属化学反应的范畴，故而广义的 化学反应工程涉及面十分广阔，诸如无机化工、 有机化工、精细化工、高分子化工、冶金工程、 环保工程、生物化工等等。在许多发达国家，化 学工业及与之相关的工业已成为国民经济中占主 要地位的产业部门。所以研究化学反应过程的放 大规律，具有十分重要的意义
Grassroots FCC unit under construction in Mexico
2013年8月18日星期日
2013年8月18日星期日
2013年8月18日星期日
80万吨/年加氢裂化装置
2013年8月18日星期日
2013年8月18日星期日
2013年8月18日星期日
2013年8月18日星期日
——影响反应速率的外因
如：非均相反应、气固反应、催化剂表面的扩散与吸附等
——“放大效应“产生的直接原因 •设备结构及参数设计 如：反应器的种类（管式、釜式、流化床、固定床等）、 操作方式（连续、分批） ——考虑经济上的合理性
2013年8月18日星期日
反应过程动态特性与反应系统测量和控制 ——工业生产的必须条件，人为不能达到 例如：对于一放热反应 进料温度高 反应速率快 放热不及时 温度升高
绝热式
L
2013年8月18日星期日
间壁换热式
L
自热式
L
T℃
冷激式 T℃
L
相变式
t (hr)
2013年8月18日星期日
按反应物相态分类
非催化反应 大部分气相反应 催化反应 大部分液相反应 胶体反应 酶和微生物反应 合成氨，硝酸，硫酸 炼油，合成材料单体
均相反应
快速反应（燃烧等）
非均相反应
2013年8月18日星期日
化学热力学——讨论反应进行的方向和限度，平衡问题
如：计算反应的平衡常数和平衡转化率
反应动力学——阐明化学反应速率与各种物理因素（温度、
浓度、压力和催化剂等）之间的关系
影响反应速率的内因 —— 决定能否实际应用的关键所在
2013年8月18日星期日
•反应器中流体流动、混合传热与传质
100m3 －300m3 聚合釜, 120m长 循环管聚丙稀
2013年8月18日星期日
高 低 并 列 的 提 升 管 FCC 装 置
2013年8月18日星期日
南 充 炼 厂 FCC 装 置
2013年8月18日星期日
Cold flow model of Kellogg dense phase catalyst cooler