《化学反应工程绪论》PPT课件
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化学反应工程ppt课件
❖ 特点：反应器中所有空间位置的物料参数都是均 匀的，而且等于反应器出口处的物料性质，即反 应器内物料浓度和温度均匀，与出口处物料浓度 和温度相等。物料质点在反应器中的停留时间参 差不齐，形成停留时间分布。搅拌强烈的连续搅 拌釜（槽）式反应器中的流体流动可视为全混流
37
几个化学反应工程中常用的概念
一般适用于均相反应（气相、液相） ❖ 优点：返混小，所需反应器容积小，比传热面大 ❖ 缺点：对慢速反应，管要很长，压降大
加料
产物
42
❖ 经验放大法：按照小型生产装置的经验计算或定 额计算，即在单位时间内，在某些操作条件下， 由一定的原料组成来生产规定质量和产量的产品。
21
数学模型放大法：
基础实 验测试
拟订过 程模型
用
电 子 计 算
制订 模型 测试
机 方法
作 及参
方 数范
案 研
围
究
小试 模型的放大实验
比较测试结果与 模型计算结果
12
❖传递工程：涉及到动量传递、热量传递和 质量传递。
❖工程控制：反应器的运转正常与否，与自 动控制水平相关。
13
1.4 化学反应工程学中涉及的定义
❖ 宏观反应过程：在工业规模的化学反应器中，化 学反应过程与质量、热量及动量传递过程同时进 行，这种化学反应与物理变化过程的综合称为宏 观反应过程。
7. 精细化工反应：含磺化，硝化，卤化，重氮化，酯 化，胺化，缩合。如苯、萘的磺化，苯硝化制硝基 苯等。
8.聚合反应：含缩聚，加成聚合，自由基聚合，离子 型聚合，络合配位聚合，开环聚合，共聚
31
2.1.2 反应器的分类
间歇反应器 ❖ 按照操作方法分类 管式及釜式连续流动反应器
37
几个化学反应工程中常用的概念
一般适用于均相反应（气相、液相） ❖ 优点：返混小，所需反应器容积小，比传热面大 ❖ 缺点：对慢速反应，管要很长，压降大
加料
产物
42
❖ 经验放大法：按照小型生产装置的经验计算或定 额计算，即在单位时间内，在某些操作条件下， 由一定的原料组成来生产规定质量和产量的产品。
21
数学模型放大法：
基础实 验测试
拟订过 程模型
用
电 子 计 算
制订 模型 测试
机 方法
作 及参
方 数范
案 研
围
究
小试 模型的放大实验
比较测试结果与 模型计算结果
12
❖传递工程：涉及到动量传递、热量传递和 质量传递。
❖工程控制：反应器的运转正常与否，与自 动控制水平相关。
13
1.4 化学反应工程学中涉及的定义
❖ 宏观反应过程：在工业规模的化学反应器中，化 学反应过程与质量、热量及动量传递过程同时进 行，这种化学反应与物理变化过程的综合称为宏 观反应过程。
7. 精细化工反应：含磺化，硝化，卤化，重氮化，酯 化，胺化，缩合。如苯、萘的磺化，苯硝化制硝基 苯等。
8.聚合反应：含缩聚，加成聚合，自由基聚合，离子 型聚合，络合配位聚合，开环聚合，共聚
31
2.1.2 反应器的分类
间歇反应器 ❖ 按照操作方法分类 管式及釜式连续流动反应器
化学反应工程绪论课件
特点： 釜式反应器内的原料参数（浓度、温度等） 均不随时间和位置而变。
管式反应器其物料参数随位置而变。
3、半连续操作
半连续操作反应器的反应物系组成，
釜式：随时间而变
管式：随位置而变。 三）按反应器的传热条件分 1、等温反应器： 整个反应器维持等温操作； 2、绝热反应器：反应器与外界没有热量交换，全 部反应热使物系升温或降温； 3、非等温反应器：与外界有热量交换，但不等温。
1、间歇操作 反应所需的物料一次装入反应器内，反应一定
时间，达到要求的反应程度后便卸出全部物料， 清洗反应器，再装料、反应、卸料。
特点： （1）、反应器内各处的物料浓度、温度均一 （2）、反应器内的物料组成随时间而变
CA0
A
R
CR C
CA
时间 t
2、连续操作
连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地从反 应器中流出。
三、化学反应工程的影响因素和研究方法
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。
1. 实验室规模的试验 2. 小型试验 3. 大型冷膜试验：探索传递规律 4. 中间试验 5. 计算机试验
四、 化学反应及反应器分类
（一）化学反应分类
化学反应工程学科一般是按反应物系的相态来 分类。
管式反应器其物料参数随位置而变。
3、半连续操作
半连续操作反应器的反应物系组成，
釜式：随时间而变
管式：随位置而变。 三）按反应器的传热条件分 1、等温反应器： 整个反应器维持等温操作； 2、绝热反应器：反应器与外界没有热量交换，全 部反应热使物系升温或降温； 3、非等温反应器：与外界有热量交换，但不等温。
1、间歇操作 反应所需的物料一次装入反应器内，反应一定
时间，达到要求的反应程度后便卸出全部物料， 清洗反应器，再装料、反应、卸料。
特点： （1）、反应器内各处的物料浓度、温度均一 （2）、反应器内的物料组成随时间而变
CA0
A
R
CR C
CA
时间 t
2、连续操作
连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地从反 应器中流出。
三、化学反应工程的影响因素和研究方法
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。
1. 实验室规模的试验 2. 小型试验 3. 大型冷膜试验：探索传递规律 4. 中间试验 5. 计算机试验
四、 化学反应及反应器分类
（一）化学反应分类
化学反应工程学科一般是按反应物系的相态来 分类。
《化学反应工程》课件1 -绪论
进行合理简化，设想一个物理过程(模型) 代替实际过程ห้องสมุดไป่ตู้简化必须合理，即简化 模型必须反映客观实体，便于数学描述 和适用。
16
• 2．建立数学模型 • 依照物理模型和相关的已知原理，写出
描述物理模型的数学方程及其初始和边 界条件。 • 3．用模型方程的解讨论客体的特性规律
17
利用数学模型解决化学反应工 程问题
• 基本步骤为： • 1．小试研究化学反应规律； • 2． • 3．利用计算机或其它手段综合反应规律
和传递规律，预测大型反应器性能，寻 找优化条件； • 4．热模实验检验数学模型的等效性。
18
2
• 工业规模的化学反应较之实验室规模要 复杂得多，在实验室规模上影响不大的 质量和热量传递因素，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。
3
• 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) 多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散 与传热过程。这些物理过程与化学反应 过程同时发生。
4
• 从本质上说，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。
5
化学反应和反应器的分类
• 化学反应和反应器的分类方法很多，常 按下列四种方法进行分类。
绪论
• 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。
16
• 2．建立数学模型 • 依照物理模型和相关的已知原理，写出
描述物理模型的数学方程及其初始和边 界条件。 • 3．用模型方程的解讨论客体的特性规律
17
利用数学模型解决化学反应工 程问题
• 基本步骤为： • 1．小试研究化学反应规律； • 2． • 3．利用计算机或其它手段综合反应规律
和传递规律，预测大型反应器性能，寻 找优化条件； • 4．热模实验检验数学模型的等效性。
18
2
• 工业规模的化学反应较之实验室规模要 复杂得多，在实验室规模上影响不大的 质量和热量传递因素，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。
3
• 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) 多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散 与传热过程。这些物理过程与化学反应 过程同时发生。
4
• 从本质上说，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。
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化学反应和反应器的分类
• 化学反应和反应器的分类方法很多，常 按下列四种方法进行分类。
绪论
• 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。
《化学反应工程》课件
《化学反应工程》PPT课 件
欢迎来到本次《化学反应工程》PPT课件！在本课件中，我们将探索化学反 应工程的定义、重要性、应用领域、基本步骤和关键要素。
课程介绍
在这个章节中，我们将简要介绍《化学反应工程》课程的目标和内容。
化学反应工程的定义
1 探索化学变化
了解化学反应工程是研究和优化化学反应的过程。
2 最大化产出
学习如何设计反应条件以获得最高产出率。
3 确保安全
了解如何在反应过程中确保操作员和环境的安全。
化学反应工程的重要性
产品开发
化学反应工程为新产品开发提 供支持。
过程优化
优化反应工程可提高生产效率 并降低成本。
环境保护
合理设计反应过程有助于减少 环境污染。
化学反应工程的应用领域
1
医药行业
化学反应工程在药物合成和制造中起着
能源领域
2
重要作用。
反应工程可应用于石油炼制和可再生能
源生产。
3
化工行业
化学反应工程可促进化学品的生产和工 艺改进。
化学反应工程的基本步骤
反应评估
评估反应的适用性和可能的反应机制。
实验验证
通过实验室测试验证反应方案。
方案设计
制定合适的反应方案和条件。
工业应用
将优化后的反应方案应用于工业生产。
化学反应工程的关键要素
反应器设计
合理设计反应器以实现高效的反 应。
催化剂选择
选择适当的催化剂以促进反应速 率。
过程制
实时监测和调控反应过程以确保 稳定性。
结论和总结
通过本课程，您将掌握化学反应工程的核心知识，并能在实际应用中应用所 学。
欢迎来到本次《化学反应工程》PPT课件！在本课件中，我们将探索化学反 应工程的定义、重要性、应用领域、基本步骤和关键要素。
课程介绍
在这个章节中，我们将简要介绍《化学反应工程》课程的目标和内容。
化学反应工程的定义
1 探索化学变化
了解化学反应工程是研究和优化化学反应的过程。
2 最大化产出
学习如何设计反应条件以获得最高产出率。
3 确保安全
了解如何在反应过程中确保操作员和环境的安全。
化学反应工程的重要性
产品开发
化学反应工程为新产品开发提 供支持。
过程优化
优化反应工程可提高生产效率 并降低成本。
环境保护
合理设计反应过程有助于减少 环境污染。
化学反应工程的应用领域
1
医药行业
化学反应工程在药物合成和制造中起着
能源领域
2
重要作用。
反应工程可应用于石油炼制和可再生能
源生产。
3
化工行业
化学反应工程可促进化学品的生产和工 艺改进。
化学反应工程的基本步骤
反应评估
评估反应的适用性和可能的反应机制。
实验验证
通过实验室测试验证反应方案。
方案设计
制定合适的反应方案和条件。
工业应用
将优化后的反应方案应用于工业生产。
化学反应工程的关键要素
反应器设计
合理设计反应器以实现高效的反 应。
催化剂选择
选择适当的催化剂以促进反应速 率。
过程制
实时监测和调控反应过程以确保 稳定性。
结论和总结
通过本课程，您将掌握化学反应工程的核心知识，并能在实际应用中应用所 学。
《化学反应工程》课件
部分模化法
将反应器的一部分进行放大或缩小， 以研究其放大效应或缩小效应。
相似放大法
通过相似理论来预测大试实验结果， 需要保证相似条件得到满足。
04
流动与混合
流动模型与流型
1 2
层流模型
适用于低雷诺数的流体，流速较低，流体呈层状 流动。
湍流模型
适用于高雷诺数的流体，流速较高，流体呈湍流 状态。
3
过渡流模型
化学反应影响流动特性
化学反应释放的热量和产生的压力变化会影响流体的流动状 态。
流动与混合实验技术
实验设备
包括管式反应器、搅拌釜式反应器、喷射式反应器等。
实验方法
通过测量流体的流速、压力、温度等参数，分析流动与混合对化学反应的影响 。
05
传递过程与反应器的热力学基础
传递过程基础
传递过程定义
物质和能量的传递是自然界和工程领域中普遍存在的现象，传递 过程是研究物质和能量传递规律的科学。
通过调节进料浓度来控制反应物浓度，保证反应的稳定性和效率。
催化剂选择与优化
选择合适的催化剂并优化其用量，提高反应效率和选择性。
反应器放大与缩小
经验放大法
根据小试实验数据和经验公式，通过 比例放大来预测大试实验结果。
数学模拟放大法
通过建立数学模型来模拟反应过程， 并利用计算机技术进行放大和缩小实 验。
管式反应器
适用于连续操作和大量生产，传热效果好， 适用于高粘度液体和悬浮液。
流化床反应器
适用于固体颗粒的反应，传热效果好，适用 于大规模生产。
反应器设计基础
反应动力学
研究反应速率和反应机理，为反应器设计提 供基础数据。
热力学
研究反应过程中的能量变化和物质平衡，为 反应器设计提供热力学依据。
化学反应工程课件-PPT
k/
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K
1/ p
E
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1
H
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1
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E
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1
H r
对于吸热反应，ΔHr>0 对于放热反应，ΔHr<0
EE
EE
●反应 速率与 温度的 关系
r k f (X A) k g(X A)
r
dk
dk
( T ) xA f ( X A ) dT g( X A ) dT
kcA0 (1 X A ) (cB0
B A
cA0 X A )
(2.48)
XA——t
● 变
AA BB PP
ci
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XA
容
过 程
* rA kcAcB
1 V
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kcA cB
30
AA BB PP
组分
A B
反应前(XA=0)
nA0
1 j A1 2 j A2 ij Ai 0 rj
1M A1 2M A2 iM Ai 0 rM
M
i ij r j (*) j 1
rj
？
i
●忽略次要反应，确定独立反应数M；
●测M个组分的 i
●对每个组分按（*）式,建立M个线 性方程；
●求解代数方程组，得 rj.
22
例：乙苯催化脱氢反应可以用下列方程式表示
不受其他反应的反应组分浓度的影响。
特殊 情况
●多相催化反应； ●变容气相反应.
化学反应工程 绪论
Chemical Reaction Engineering
2. 化学反应工程研究内容与任务
•流体流动 •质量传递 对反应过程的影响 •热量传递
工程因素
Chemical Reaction Engineering
工程因素
反应场所
C、T
反应结果
物理因素
化学因素
Chemical Reaction Engineering
优化类型
设计型 操作型
Chemical Reaction Engineering
反应速率—反应器大小
技
术 指
选择性—原料消耗，成本
标
能耗—操作费用
转化率 x、选择性 、收率
转化率 x
Conversion
Chemical Reaction Engineering
xA
nA0 nA nA0
选择性 (S)
3. 化学反应工程研究方法
•逐级经验放大立足于—经验； 不要求理解过程的本质、机理或内在规律 工作重点是寻优
•数学模型方法—立足于对过程的深刻理解 →分解简化→定性定量描述；
工作重点是充分剖析过程特征， 探索规律，建立模型，确定模型参数
Selectivity
＝(np np0) / p
(nA0 nA) / a
收率 (Y)
Yield
＝(np np0 ) / p
nA0 / a
Chemical Reaction Engineering
结构变量—结构、型式、尺寸
决Байду номын сангаас
策 变
操作方式—连续性、加料方式
量
工艺条件—T、C、t、Sv、ug等
Chemical Reaction Engineering
《化学反应工程》PPT课件
种各样的化学反应，通常为了便于研究和应用， 将化学反应进行分类。下表中给出了常见的化学 反应分类、方法和种类，一些可能同时属于两个 或者更多的反应种类。
•
• 例如：
为一气固催化反应
a
7
• 三、反应过程的举例
• 一般来说反应过程包括: 物理现象--传递现象(热量
•
、动量和质量传递过程)
化学现象--化学反应
化学反应工程
教 师：朱 岩 武汉理工大学化工学院
a
1
第一章 绪 论
a
2
• 无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源 加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成 为有用的产品。生产过程包括如下三个组成部分：
•
• 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。
a
10
时间 20世纪30年代 （萌芽阶段） 20世纪40年代 （系统化） 20世纪50年代 （学科确立）
20世纪60年代 (学科发展状大)
20世纪80年代到 90年代中期 (学科交叉和新技术运用)
标志性成果
对扩散、流体流动和传热对反应过程影响的 深刻认识
《化学过程原理》和《化学动力学中的扩散 与传热》出现，对学科形成奠定了基础
(c) 机械搅拌浆态床反应器 (f) 固定床鼓泡床反应器 (i) 喷雾塔式反应器 (l) 气液搅拌釜式反应器14
第三节 反应器的操作方式
间歇操作:一次性投料，卸料。反应物系参数(浓度 或组成等)随时间变化。 连续操作:原料不断加入,产物不断引出,反应器内 物系参数均不随时间变化。 半连续(或半间歇)兼有以上两种过程的特点，情况 比较复杂。
r=f（T、 、P）（对于一定的反应物系而言--
•
• 例如：
为一气固催化反应
a
7
• 三、反应过程的举例
• 一般来说反应过程包括: 物理现象--传递现象(热量
•
、动量和质量传递过程)
化学现象--化学反应
化学反应工程
教 师：朱 岩 武汉理工大学化工学院
a
1
第一章 绪 论
a
2
• 无论是化学工业还是冶金、石油炼制和能源 加工等工业过程，均采用化学方法将原料加工成 为有用的产品。生产过程包括如下三个组成部分：
•
• 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。
a
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时间 20世纪30年代 （萌芽阶段） 20世纪40年代 （系统化） 20世纪50年代 （学科确立）
20世纪60年代 (学科发展状大)
20世纪80年代到 90年代中期 (学科交叉和新技术运用)
标志性成果
对扩散、流体流动和传热对反应过程影响的 深刻认识
《化学过程原理》和《化学动力学中的扩散 与传热》出现，对学科形成奠定了基础
(c) 机械搅拌浆态床反应器 (f) 固定床鼓泡床反应器 (i) 喷雾塔式反应器 (l) 气液搅拌釜式反应器14
第三节 反应器的操作方式
间歇操作:一次性投料，卸料。反应物系参数(浓度 或组成等)随时间变化。 连续操作:原料不断加入,产物不断引出,反应器内 物系参数均不随时间变化。 半连续(或半间歇)兼有以上两种过程的特点，情况 比较复杂。
r=f（T、 、P）（对于一定的反应物系而言--
化学反应工程课件绪论
律，预测大型反应器性能，寻找优化条件； ▪ 4．热模实验检验数学模型的等效性。
反应工程的前沿领域
•新材料合成 •能源化工
•环境化工
•新反应器 •操作方式
Thank you ！
2、 化学反应工程学是研究工业规模的化学反应过程
工业反应过
程开发
指导
化学反应
工程学
构反 操 工
应作 艺
型器 的
方
条
式结 式 件
化学动力学
化学过程
催反温 化应度 剂机浓
理度
化学工程
物理过程
流
传传
体
质热
流
动
1.2 化学反应工程学的范畴和任务
1.2.2 化学反应工程学的研究内容
1、化学反应动力学特性的研究
数学模型中的数学方程 ▪物料衡算式 ▪热量衡算式 ▪动量衡算式 ▪化学反应动力学方程（要求实用） ▪热力学计算式（焓、平衡常数、反应热） ▪参数计算式（传递参数、物性参数）
三种衡算式，依据各自的守恒定律，其模式为：
输入=输出+消耗+累积
利用数学模型解决化学反应工程问题
基本步骤为：
▪ 1．小试研究化学反应规律； ▪ 2． ▪ 3．利用计算机或其它手段综合反应规律和传递规
80年代以后，反应工程的理论与方法已日臻完善与丰富。
我国化学工程与技术学科的发展中里程碑
▪ 1935年8月我国化工的先驱吴蕴初先生建成上海 天利氮气厂生产出液氨，吴先生还创办了天 厨味精厂(1923)，天原电化厂(1929)和天盛陶 器厂(1934)，以及范旭东在天津创办的永利碱
厂，这些化工原料的生产推动了我国化学工业的
▪ 1957年，在荷兰首都举行了第一次欧洲化学反应工程会议。 会上正式提出了“化学反应工程学”的概念。 1960年，召 开了第二次欧洲化学反应工程会议。 1970年，在美国首都 (华盛顿)召开了第一次国际化学反应工程讨论会。
反应工程的前沿领域
•新材料合成 •能源化工
•环境化工
•新反应器 •操作方式
Thank you ！
2、 化学反应工程学是研究工业规模的化学反应过程
工业反应过
程开发
指导
化学反应
工程学
构反 操 工
应作 艺
型器 的
方
条
式结 式 件
化学动力学
化学过程
催反温 化应度 剂机浓
理度
化学工程
物理过程
流
传传
体
质热
流
动
1.2 化学反应工程学的范畴和任务
1.2.2 化学反应工程学的研究内容
1、化学反应动力学特性的研究
数学模型中的数学方程 ▪物料衡算式 ▪热量衡算式 ▪动量衡算式 ▪化学反应动力学方程（要求实用） ▪热力学计算式（焓、平衡常数、反应热） ▪参数计算式（传递参数、物性参数）
三种衡算式，依据各自的守恒定律，其模式为：
输入=输出+消耗+累积
利用数学模型解决化学反应工程问题
基本步骤为：
▪ 1．小试研究化学反应规律； ▪ 2． ▪ 3．利用计算机或其它手段综合反应规律和传递规
80年代以后，反应工程的理论与方法已日臻完善与丰富。
我国化学工程与技术学科的发展中里程碑
▪ 1935年8月我国化工的先驱吴蕴初先生建成上海 天利氮气厂生产出液氨，吴先生还创办了天 厨味精厂(1923)，天原电化厂(1929)和天盛陶 器厂(1934)，以及范旭东在天津创办的永利碱
厂，这些化工原料的生产推动了我国化学工业的
▪ 1957年，在荷兰首都举行了第一次欧洲化学反应工程会议。 会上正式提出了“化学反应工程学”的概念。 1960年，召 开了第二次欧洲化学反应工程会议。 1970年，在美国首都 (华盛顿)召开了第一次国际化学反应工程讨论会。
化学反应工程绪论公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件
第一章 绪论
用化学办法将原料加工成产品,不但是化学工 业并且是其它过程工业如冶金、石油炼制、能源及 轻工等所采用手段。无论哪一个部门。还是哪一个 产品生产，采用化学办法加工时，都包括：
1、原料预处理 2、进行化学反应 3、反应产物分离与提纯
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关键，是化学反应工 程学科研究对象。
化学反应工程学是一门研究涉及化学反应工程 问题学科。
对于已经在试验室中实现化学反应，如何将其 在工业规模实现是化学反应工程学主要任务。 详细讲有下面5方面任务：
1、改进和强化既有反应技术和设备，挖掘 潜力。 2、开发新技术和设备。 3、指导和处理反应过程开发中放大问题。 4、实现反应过程最优化。 5、不断发展反应工程学理论和办法。
第14页
在模型中用到化学动力学方程，主要是面对生产实 际，与生产条件相适应宏观动力学方程，普通通过 在试验室宏观动力学试验取得，并结合生产条件加 以修正。涉及传递参数要通过大型冷漠试验取得。 衡算基准要取性质相同部分或微元容积。在衡算单 元内： 输入量=输出量+消耗量+累积量
第15页
数学模型放大办法普通环节
第6页
工业反应器中对反应结果产生影响主要物理过程是： 1）由物料不均匀混合和停留时间不同引发传质过程； 2）由化学反应热效应产生传热过程； 3）多相催化反应中催化剂微孔内扩散与传热过程。这些物理过程与化学过程 同时发生。
第7页
本质上讲，物理过程不会改改变学反应过程动力学规律，即， 反应动力学规律不由于物理过程存在而发生改变。但是流体 流动、传质、传热过程会影响实际反应场合温度和参与反应 各组分浓度在空间上分布，最后影响到反应结果。
用化学办法将原料加工成产品,不但是化学工 业并且是其它过程工业如冶金、石油炼制、能源及 轻工等所采用手段。无论哪一个部门。还是哪一个 产品生产，采用化学办法加工时，都包括：
1、原料预处理 2、进行化学反应 3、反应产物分离与提纯
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关键，是化学反应工 程学科研究对象。
化学反应工程学是一门研究涉及化学反应工程 问题学科。
对于已经在试验室中实现化学反应，如何将其 在工业规模实现是化学反应工程学主要任务。 详细讲有下面5方面任务：
1、改进和强化既有反应技术和设备，挖掘 潜力。 2、开发新技术和设备。 3、指导和处理反应过程开发中放大问题。 4、实现反应过程最优化。 5、不断发展反应工程学理论和办法。
第14页
在模型中用到化学动力学方程，主要是面对生产实 际，与生产条件相适应宏观动力学方程，普通通过 在试验室宏观动力学试验取得，并结合生产条件加 以修正。涉及传递参数要通过大型冷漠试验取得。 衡算基准要取性质相同部分或微元容积。在衡算单 元内： 输入量=输出量+消耗量+累积量
第15页
数学模型放大办法普通环节
第6页
工业反应器中对反应结果产生影响主要物理过程是： 1）由物料不均匀混合和停留时间不同引发传质过程； 2）由化学反应热效应产生传热过程； 3）多相催化反应中催化剂微孔内扩散与传热过程。这些物理过程与化学过程 同时发生。
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本质上讲，物理过程不会改改变学反应过程动力学规律，即， 反应动力学规律不由于物理过程存在而发生改变。但是流体 流动、传质、传热过程会影响实际反应场合温度和参与反应 各组分浓度在空间上分布，最后影响到反应结果。
化学反应工程课件
7
8
第一章 绪 论
▪ 1.1 化学反响工程学的学科历史
▪ 1.2 化学反响工程学的范畴和任务
▪ 1.3 化学反响过程的分类
▪ 1.4 工业反响器的分类
▪ 1.5 化学反响工程的研究方法 ▪ 1.6 化学反响工程所需根本知识
9
1.1 化学反响工程学的学科历史
第一章 绪 论
1.1.1 化学工程的开展史
〔建筑工程、环境工程、生物工程、电气工程等〕
化学工程与工艺 研究工业规模化工过程的规律，开发和改进化工生产过程。
开发：新产品，新工艺。 改进：对已有过程和产品进行改造，以求最优化。
第一层次：资源、能量消耗
第二层次：环境影响
第三层次；平安卫生舒适
3
Contents
▪ 第一章 绪论 ▪ Chapter1 Overview of Chemical Reaction
研究
反应机理 动力学特性
第一章 绪 论
反响器设计、 分析的根底。
动力学方程
2、流体流动、传递过程对反响的影响
流体流动 传质 传热
影响
反响器内浓度和 温度在时间和空 影响 间上的分布
反响结果
23
1.2 化学反响工程学的范畴和任务
1.2.2 化学反响工程学的研究内容
3、反响器设计计算、过程分析和最正确 化
▪ 确定反响器的最正确操作条件，提高反响过程的经 济效益；
▪ 研究反响器的动态特点，保证操作稳定和开、停 车的顺利。
25
1.3 化学反响过程的分类
1.3.1 按操作方式分类 ▪ 间歇，连续，半连续
间歇
封闭系统
第一章 绪 论
26
1.3 化学反响过程的分类
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化ຫໍສະໝຸດ 反应工程 孙萍675457
Chemical Reaction Engineering
建筑精选课件
1
要求：
学时：56+16 必修课 平时成绩30%
作业 出勤 实验 期末成绩70% BB: 化学反应工程 注册码：051052
2020/11/29
1、化学工程发展史及化学反应工程学科的形成
20世纪初，英国的Davis,美Walker,Lewis等 提出了“化学工程”的概念，发展成为以“单 元操作” （unit operations）为基本研究内 容的化学工程学。第一次综合。
第三阶段：现代化学工业(二战前后)，原料路线、技术和设 备方面都有巨大的变化和进步，在以石油和天然气为主要 原料的化学工业中，各种催化反应被广泛应用，这就要求 在反应技术和反应器设计方面作出重大努力。尤其是在生 产规模日益大型化的趋势下，其影响就更大了，促使化学 工程学科形成了第二次理论综合：即，从动量传递、热量 传递、质量传递的角度深入研究化工生产的物理变化过程 ，以及从“化学反应工程”的角度来研究化工生产的化学过 程。从而使化学工程学科上升为一门具有完整理论体系的 全面学科。三传一反。
成有规模的化学加工实践。
2020/11/29
生产硫酸
2020/11/29
1、化学工程发展史及化学反应工程学科的形成
第二阶段：近代化学工业从十八世纪末开 始，以硫酸，硝酸，纯碱的工业规模的生 产过程为开端，至20世纪初，出现了载入 化工发展史册的合成氨的工业生产。
Fritz Haber (1868 - 1934) 生产规模的扩大要求人们对生产 过程的规律有更为透彻的了解， 需要既懂工程又熟悉化学知识。 促使工程与化学相结合
2020/11/29
2020/11/29
选用教材： 《化学反应工程》，陈甘棠主编，化学工业出版社
主要参考书： 《化学反应工程》，朱炳辰主编，化学工业出版社
Chemical Reaction Engineering, by Levenspiel O.
Elements of Chemical Reaction Engineering by Scott Fogler
2020/11/29
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)多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散
与传热过程。 这些物理过程与化学反应过程同时发生。
2020/11/29
从本质上说，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。
即 化 学 反 应 动 力 学 ；•对 反 应 过 程 进 行 工 程
•着 重 研 究 传 递 过 程 对化学反应速率的 影响;
分析； •制定合理的技术方案 和操作条件； •进行反应器或反应系
统的设计及优化。
2020/11/29
课程目的： 一 用理论指导和解决反应过程开发中的放大问题； 二 实现反应过程的最优化； 三 改进和加强现有的反应技术和设备； 四 开发新的反应技术和新的反应设备； 五 不断发展反应工程学的理论和方法。
2020/11/29
化学反应工程
均相反应
反 应 器 类 型
非均相反应
反
操
应 器 体
作 条
积
件
物料衡算 热热量量横衡算方算程 动动量量横10横算方算程
动动力力学学方方程程
2020/11/29
其核心内容是： 化学反应速率+反应器
•研究不同类型反应器
•化学反应速率与反 的特点及其与化学反
应 条 件 之 间 的 关 系 ，应结果之间的关系;
2020/11/29
第一章 绪论
2020/11/29
1 化学反应工程的范畴和任务 2 化学反应过程分类 3 化学反应工程的研究方法 4 发展趋势
一、化学反应工程的范畴和任务
1、化学工程发展史及化学反应工程学科的形成
第一阶段：古代的化学生产（17世纪以前） 这一时期经历了实用化学、炼丹和炼金、医药化学和冶金 化学等时期。早期化学知识来源于人类的生产和生活实践 。同时在人类对自然界万物的本原构成的探索中，诞生了 古代朴素的元素观。古代化学具有实用和经验的特点，尚 未形成理论体系、是化学的萌芽时期；另一方面，尚未形
2020/11/29
2011年3月3日，全国政协十一届四次会议， 再次提出了我国科技成果转化率不到20%， 而发达国家高达70、80%。
2011-6-19
3
化学反应工程
与实验室规模反应不同：
工业规模的化学反应较之实验室规模要 复杂得多，在实验室规模上影响不大的 质量和热量传递因素，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。
2020/11/29
1、化学工程发展史及化学反应工程学科的形成 美国Bird等编写了《传递现象》这部历史性的著
2020/11/29
化学反应工程
化学反应的工程化，研究化学反应的工程问题
Raw materials
Physical Treatment
steps
Chemical Treatment
steps
Physical Treatment
Products
steps
预处理
Recycle
核心
后处理
典型化工过程 (Typical chemical pocess)
Chemical Reaction Engineering
建筑精选课件
1
要求：
学时：56+16 必修课 平时成绩30%
作业 出勤 实验 期末成绩70% BB: 化学反应工程 注册码：051052
2020/11/29
1、化学工程发展史及化学反应工程学科的形成
20世纪初，英国的Davis,美Walker,Lewis等 提出了“化学工程”的概念，发展成为以“单 元操作” （unit operations）为基本研究内 容的化学工程学。第一次综合。
第三阶段：现代化学工业(二战前后)，原料路线、技术和设 备方面都有巨大的变化和进步，在以石油和天然气为主要 原料的化学工业中，各种催化反应被广泛应用，这就要求 在反应技术和反应器设计方面作出重大努力。尤其是在生 产规模日益大型化的趋势下，其影响就更大了，促使化学 工程学科形成了第二次理论综合：即，从动量传递、热量 传递、质量传递的角度深入研究化工生产的物理变化过程 ，以及从“化学反应工程”的角度来研究化工生产的化学过 程。从而使化学工程学科上升为一门具有完整理论体系的 全面学科。三传一反。
成有规模的化学加工实践。
2020/11/29
生产硫酸
2020/11/29
1、化学工程发展史及化学反应工程学科的形成
第二阶段：近代化学工业从十八世纪末开 始，以硫酸，硝酸，纯碱的工业规模的生 产过程为开端，至20世纪初，出现了载入 化工发展史册的合成氨的工业生产。
Fritz Haber (1868 - 1934) 生产规模的扩大要求人们对生产 过程的规律有更为透彻的了解， 需要既懂工程又熟悉化学知识。 促使工程与化学相结合
2020/11/29
2020/11/29
选用教材： 《化学反应工程》，陈甘棠主编，化学工业出版社
主要参考书： 《化学反应工程》，朱炳辰主编，化学工业出版社
Chemical Reaction Engineering, by Levenspiel O.
Elements of Chemical Reaction Engineering by Scott Fogler
2020/11/29
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)多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散
与传热过程。 这些物理过程与化学反应过程同时发生。
2020/11/29
从本质上说，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。
即 化 学 反 应 动 力 学 ；•对 反 应 过 程 进 行 工 程
•着 重 研 究 传 递 过 程 对化学反应速率的 影响;
分析； •制定合理的技术方案 和操作条件； •进行反应器或反应系
统的设计及优化。
2020/11/29
课程目的： 一 用理论指导和解决反应过程开发中的放大问题； 二 实现反应过程的最优化； 三 改进和加强现有的反应技术和设备； 四 开发新的反应技术和新的反应设备； 五 不断发展反应工程学的理论和方法。
2020/11/29
化学反应工程
均相反应
反 应 器 类 型
非均相反应
反
操
应 器 体
作 条
积
件
物料衡算 热热量量横衡算方算程 动动量量横10横算方算程
动动力力学学方方程程
2020/11/29
其核心内容是： 化学反应速率+反应器
•研究不同类型反应器
•化学反应速率与反 的特点及其与化学反
应 条 件 之 间 的 关 系 ，应结果之间的关系;
2020/11/29
第一章 绪论
2020/11/29
1 化学反应工程的范畴和任务 2 化学反应过程分类 3 化学反应工程的研究方法 4 发展趋势
一、化学反应工程的范畴和任务
1、化学工程发展史及化学反应工程学科的形成
第一阶段：古代的化学生产（17世纪以前） 这一时期经历了实用化学、炼丹和炼金、医药化学和冶金 化学等时期。早期化学知识来源于人类的生产和生活实践 。同时在人类对自然界万物的本原构成的探索中，诞生了 古代朴素的元素观。古代化学具有实用和经验的特点，尚 未形成理论体系、是化学的萌芽时期；另一方面，尚未形
2020/11/29
2011年3月3日，全国政协十一届四次会议， 再次提出了我国科技成果转化率不到20%， 而发达国家高达70、80%。
2011-6-19
3
化学反应工程
与实验室规模反应不同：
工业规模的化学反应较之实验室规模要 复杂得多，在实验室规模上影响不大的 质量和热量传递因素，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。
2020/11/29
1、化学工程发展史及化学反应工程学科的形成 美国Bird等编写了《传递现象》这部历史性的著
2020/11/29
化学反应工程
化学反应的工程化，研究化学反应的工程问题
Raw materials
Physical Treatment
steps
Chemical Treatment
steps
Physical Treatment
Products
steps
预处理
Recycle
核心
后处理
典型化工过程 (Typical chemical pocess)