化学反应工程历史及展望 ppt课件
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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
3、简化模型的要求：
（1）不失真； （2）能满足应用的要求；
（3）能适应当前实验条件，以便进行模型鉴别和参数估值； （4）能适应现有计算机的能力；
4 、基础数学模型
1）化学动力学模型：排除传递过程因素后描述化学反应速
率、物料温度和浓度的数学关系。传统上是物理化学的 研究领域，侧重于研究反应机理；化学反应工程侧 重于 表达三者的数学关系，而直接加以应用。
（3）反应过程的优化：投资少、效率高、生产强度大、产 品质量好。 设计最佳化——反应器体积最小，投资少。 操作最佳化——管理、控制最佳化，最佳操作参数。
（4）反应器的工程放大： 对现成的生产工艺，进行生产规模放大； 新产品研发：小试——中试——扩大试验；
反应过程开发放大方法
• 逐级经验放大法
• 相似放大法
1 、化学工程发展史及化学反应工程学科的形成
• 化学工程学科体系的基本内容：
化学工程共同的现象，可概括为“三传一反”，即动 量传递、热量传递、质量传递及化学反应，其学科形成了 以传递过程及化学反应工程为核心的学科体系（包括化工 热力学、化工单元过程、分离工程、化工系统工程等）
过程工程
• 过程工程（process engineering)的概念是对“化学工程” 概念的拓展。化学工程学在发展过程中不断向科技新领域 渗透拓展，应用对象已经涵盖了所有与物质的物理、化学 加工过程相联系的工业部门，这个部门称为“过程工业” （process industry），包括石油炼制、化学工业、能源 工业、航空、军事、冶金、环保工业、建材、印染、生物 技术、医药、食品、造纸等工业部门。
2 、化学反应器
在这类设备中发生了化学反应，通过化学反应改变了物 料的化学性质。 化工生产过程是由物理过程和化学反应过程组成的。化 工设备分为“物理型”和化学反应器两大类。在化学反应器 中发生化学反应，由原料转换成产物，是化工生产的核心设 备。
化学反应工程 课件-PPT课件
a A b B r R s S
21
化学反应计量式
• 化学反应计量式（化学反应计量方程）
a A b B r R s S
• 是一个方程式，允许按方程式的运算规 则进行运算，如将各相移至等号的同一 侧。
a A b B r R s S 0
× 1 0 2 /k m o l.m -3
• 试求反应的速率方程。
48
• 解：由于题目中给的数据均是醋酸转化 率较低时的数据，可以忽略逆反应的影 响，而丁醇又大大过量，反应过程中丁 醇浓度可视为不变。所以反应速率方程 为：
rAdd ctAkB m ccA nkcA n
49
• 将实验数据分别按0、1和2级处理并得到 t-f(cA)的关系
26
组分A的选取原则
• A必须是反应物，它在原料中的量按照化 学计量方程计算应当可以完全反应掉 （与化学平衡无关），即转化率的最大 值应当可以达到100%，如果体系中有多 于一个组份满足上述要求，通常选取重 点关注的、经济价值相对高的组分定义 转化率。
27
• 转化率与反应程度的关系，结合
xA
nA 0 nA nA0
23
反应程度（反应进度）
• 引入“反应程度”来描述反应进行的深 度。
• 对 于 a 任A 一 化 学 b 反B 应 r R s S 0
• 定义反应程度
nI nI0 I
• 式中，nI为体系中参与反应的任意组分I 的摩尔数，αI为其计量系数，nI0为起始时24 刻组分I的摩尔数。
8
• 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之
21
化学反应计量式
• 化学反应计量式（化学反应计量方程）
a A b B r R s S
• 是一个方程式，允许按方程式的运算规 则进行运算，如将各相移至等号的同一 侧。
a A b B r R s S 0
× 1 0 2 /k m o l.m -3
• 试求反应的速率方程。
48
• 解：由于题目中给的数据均是醋酸转化 率较低时的数据，可以忽略逆反应的影 响，而丁醇又大大过量，反应过程中丁 醇浓度可视为不变。所以反应速率方程 为：
rAdd ctAkB m ccA nkcA n
49
• 将实验数据分别按0、1和2级处理并得到 t-f(cA)的关系
26
组分A的选取原则
• A必须是反应物，它在原料中的量按照化 学计量方程计算应当可以完全反应掉 （与化学平衡无关），即转化率的最大 值应当可以达到100%，如果体系中有多 于一个组份满足上述要求，通常选取重 点关注的、经济价值相对高的组分定义 转化率。
27
• 转化率与反应程度的关系，结合
xA
nA 0 nA nA0
23
反应程度（反应进度）
• 引入“反应程度”来描述反应进行的深 度。
• 对 于 a 任A 一 化 学 b 反B 应 r R s S 0
• 定义反应程度
nI nI0 I
• 式中，nI为体系中参与反应的任意组分I 的摩尔数，αI为其计量系数，nI0为起始时24 刻组分I的摩尔数。
8
• 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之
《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。
2024版化学发展史精PPT课件
对未来科学发展的展望
新能源与可持续发展
随着环境问题的日益严重，新能源与 可持续发展成为未来化学研究的重要 方向。
生物医学与生命健康
生物医学与生命健康领域的快速发展 为化学研究提供了新的机遇和挑战。
材料科学与纳米技术
材料科学与纳米技术的飞速发展将为 化学研究带来新的突破和创新。
人工智能与化学信息学
人工智能与化学信息学的结合将为化 学研究提供更高效、更准确的计算模 拟和数据分析工具。
对科学精神的培养与传承
追求真理、勇于探索的精神
化学发展史中充满了科学家们追求真理、勇于探索的故事， 这种精神是科学研究的动力源泉。
严谨细致、实事求是的态度 化学研究需要严谨细致的实验操作和实事求是的数据分析， 这种态度是保证科学研究质量的关键。
团结协作、开放包容的胸怀 化学研究需要科学家们团结协作、开放包容，共同推动科 学事业的发展。
化学发展史概述
古代化学
炼金术、制陶、染色等工艺中积 累的化学知识。
近代化学
从燃素说到原子论，化学逐渐从经 验走向科学。
现代化学
随着物理学、生物学等学科的交叉 融合，化学研究进入分子水平，并 拓展到材料、能源、环境等领域。
课件目的与结构
课件目的
介绍化学发展史上的重要事件、人 物和理论，帮助学生了解化学学科 的发展历程和现状。
早期元素理论与物质观念
四元素说
古希腊哲学家恩培多克勒提出，认为 万物由火、水、土、气四种元素组成。 这一理论对后来的化学元素观念产生 了深远影响。
原子论
古希腊哲学家德谟克利特和留基伯提出， 认为物质是由不可再分的原子构成的。 这一理论为现代化学原子论的发展奠定 了基础。
古代化学成就及其影响
化学反应工程课件-PPT
k/
k
K
1/ p
E
E
1
H
r
ln
k
ln
k
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ln
K
p
d ln k dT
d ln k dT
1
d ln K p dT
1
H r 1R4T 2
E
E
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
ni V
XA
容
过 程
* rA kcAcB
1 V
dnA dt
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.
化学反应工程课件1
本科课程讲义
sfsong
化学反应工程
即：(nA-nA0):(nB-nB0):(nR-nR0)=
vA : vB : vR
反应进度ξ：
n A n A 0 nB nB 0 nR nR 0 vA vB vR
对任何反应组分： 多个反应：
ni ni 0 vi
ni ni 0 vij j
本科课程讲义
sfsong
化学反应工程
§1.3化学反应器
1.反应器类型 (1)管式反应器
特征： L/D>50 ，内部中空，没有其它构 件，反应物料返混较少，多用于均相反应， 如石脑油裂解制乙烯的裂解炉。
Q0，Ci0
管式反应器
Q，Ci
管式反应器
(2)釜式反应器
特征：高径比1～3，釜内设有搅拌桨、挡 板、蛇管或外设夹套。多数应用于液相均 相反应，也可以用于气液或液液非均相反 应。如酯化反应、硝化反应、磺化反应以 及氯化反应等。 分类：BR、CSTR、n-CSTR 。 间歇釜式反应器
本科课程讲义
sfsong
化学反应工程
(3)塔式反应器
特征：高度一般为直径的数倍至数十倍，内部设有为了增加两相接 触的构件如填料、筛板等（填料塔d与板式塔c）塔式反应器主要用 于两种液体相反应的过程，如气液反应与液液反应，如鼓泡塔 e、 喷雾塔f也用于气液反应。 本科课程讲义 sfsong
化学反应工程
转化率、收率与选择性存在以下关系：Y=SX
本科课程讲义 sfsong
化学反应工程
例1.2 在银催化剂上进行乙烯氧化反应生产环氧乙烷，进入反应器的气 体中各组分的摩尔分数分别为 C2H4 ： 15%， O2 ： 7%， CO2 ： 10%， Ar ： 12% ，其余 为 N2 。反应器出口气体 中含 C2H4 和 O2 的摩尔分数分别 为 13.1%，4.8%。试计算乙烯的转化率，环氧乙烷的收率和反应选择性。
化学反应工程的发展趋势PPT文档56页
快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
56
化学反应工程的发展趋势
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
▪
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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化学反应工程的发展趋势
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
▪
《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
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--
化学反应工程课件
实验 → 中试 → 工业化 Exp. → Pilot → Commercial
新过程的开发往往是技术问题比较复杂的工作，而放大技术又是整个 开发工作中的重要环节，所以化学反应工程在这方面有重要的任务。 依靠经验进行放大，只能知其然而不能知其所以然，而相似放大的方 法，又只对物理过程有效，对于同时兼有物理作用和化学作用的反应 过程来说，要既保持物理相似，又保持化学相似，一般是做不到的。 因此数学模拟放大的方法是目前认为最科学的方法，它可以免除许多 由于认识上的盲目性而造成的差错和浪费，能够节约人力、物力和时 间，并把生产技术建立在较高的技术水平之上。
2. 化学反应工程的范畴和任务
化学反应工程学是一门研究化学反应工程问题的科学。既以化学反应 作为研究对象，就必然要掌握这些化学反应的特性；它又以工程问题 作为其研究对象，那就必须熟悉装置的特性，并把这两者结合起来形 成学科体系。因此化学反应工程主要研究反应动力学和反应器设计。
本征动力学和宏观动力学的区别。化学反应工程研究的动力学是宏观 动力学，即除了研究化学反应本身以外，还要考虑质量、热量、动量 传递过程对化学反应的交联作用和相互影响。
第四章 等温反应器设计
第五章 速率数 据分析
第六章 复合反 应
第七章 非基元 反应
第八章 稳态热 效应
第十章 催化反 应器
第十三章 停留时间 分布
第九章 非稳态 热效应
第十一章 外扩散影响
第十四章 非理想反应 器
第 8.7和 9.5 和 节 复合反 应热效应第十二章 化剂内扩 散图 表 P-2
本书的主要内容
化学反应工程绪论
Introduction to Chemical Reaction Engineering
化学反应工程PPT演示课件
方程。
非均相模型（考虑流体和粒子表面间 1.按动力学 的拟温均度相和模浓型度（差忽）略流体和粒子表面间
的温度和浓度差，假设流体与粒子为 浑然一体的均相）
2.床层温度二 一维 维模 模型 型（ （轴 平向 推和 流径 模向 型） 和轴向扩散模型）
3.按流体流动非 理理 想想 流流 动动 模模 型型
26
• 解：①求颗粒的平均直径。
dS
1 xi
0.60 0.25 0.15 1 3.96mm 3.96103 m 3.40 4.60 6.90
di
• ②计算修正雷诺数。
Re m
g
dSG
1 B
3.96 103 6.2
2.3105 1 0.44
dV
19
•（2）外表面积当量直径： (非球形颗粒折合 成相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径）
球形外表面积：SS
4π
d 2
2
SS π
1
2
da
• （3）比表面积当量直径： (非球形颗粒 折合成相同比表面积的球形颗粒应当具 有的直径）
球形比表面积：
SV
SS VS
－P f
L de
um2 2 B 2
＝f
L
2 3
.
(1
B
B
)
.d
S
um2 2 B2
＝3 f 4
L dS
1B
3 B
u m2
f L dS
1B
3 B
u
非均相模型（考虑流体和粒子表面间 1.按动力学 的拟温均度相和模浓型度（差忽）略流体和粒子表面间
的温度和浓度差，假设流体与粒子为 浑然一体的均相）
2.床层温度二 一维 维模 模型 型（ （轴 平向 推和 流径 模向 型） 和轴向扩散模型）
3.按流体流动非 理理 想想 流流 动动 模模 型型
26
• 解：①求颗粒的平均直径。
dS
1 xi
0.60 0.25 0.15 1 3.96mm 3.96103 m 3.40 4.60 6.90
di
• ②计算修正雷诺数。
Re m
g
dSG
1 B
3.96 103 6.2
2.3105 1 0.44
dV
19
•（2）外表面积当量直径： (非球形颗粒折合 成相同外表面积的球形颗粒应当具有的直径）
球形外表面积：SS
4π
d 2
2
SS π
1
2
da
• （3）比表面积当量直径： (非球形颗粒 折合成相同比表面积的球形颗粒应当具 有的直径）
球形比表面积：
SV
SS VS
－P f
L de
um2 2 B 2
＝f
L
2 3
.
(1
B
B
)
.d
S
um2 2 B2
＝3 f 4
L dS
1B
3 B
u m2
f L dS
1B
3 B
u
化学反应工程-PPT精选文档
返混：不同停留时间的质点或粒子的混合称为返 混，又称为逆向混合。是不同年龄质点的混合， 逆向是时间的概念上的逆向，不同于一般的搅拌 混合。
在非理想流动中，会出现以下几种现象：
死角：流体在反应器中流动时，由于搅拌不均匀会 造成死角
短路：在反应器中的物料，并不都达到了应有的停 留时间，一部分物料在应有的停留时间之前即已 溢流出去，而另一部分则较应有的停留时间长。 一般由于反应器进出口管线设置不好会引起短路
反映和描述工业反应器中各参数之间的关系， 称为物理概念模型，表达物理概念模型的数学式 称为数学模型，用数学方法来模拟反应过程的模 拟方法称为数学模拟方法。
用数学模拟方法来研究化学反应工程，进行 反应器的放大与优化，比传统的经验方法能更好 地反应其本质。
数学模型的分类：
数学模型按照处理问题的性质可分为： 化学动力学模型 流动模型 传递模型 宏观反应动力学模型（核心内容）
同时反应：反应系统中同时进行两个或者 两个以上的反应物与产物都不相同的反应
A L， B M
连串反应：反应先形成某种中间产物，中 间产物又继续反应形成最终产物
AL M 例如：丁烷催化脱氢反应生产丁二烯 C4H10 －H2 C4H8 －H2 C4H6 －H2 焦炭
平行连串反应： A + B L
L+B M
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。
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。
宏观反应动力学：研究宏观反应过程的动力学称 为宏观反应动力学。
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华东理工大学的陈敏恒教授，天津大学的李绍芬教授，浙江大学 的陈甘棠教授，四川大学的王建华教授等是国内最早从事反应工 程教学的学者。
８０年代以后，国内从事反应工程学科研究的队伍迅速壮大， 对反应工程的研究已经渗透到各个化工领域，与世界研究水平之 间的距离也逐渐缩小，不同版本的教科书和各种各样的专著不断 出版。反应工程成为我国化工学生一门非常重要的专业课程。
1960年，召开了第二次欧洲化学反应工程会议。从那以后，每四 年举行一次。 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，以后每两年举行一次。
70年代中期，《反应工程》向深度和广度发展，出现了关于g-l、 g-l-s反应器、生化反应工程等方面的专著。
PPT课件
10
化学反应工程发展年代实况
２０世纪６０年代:烯烃，芳烃：三大合成材料
２０世纪７０年代:有机硅，高纯硅：硅材料工业
２０世纪８０年代:人工脏器，动植物细胞培养
２０世纪９０年代:纳米管，超分子组装纳米－亚微 米材料，复、
材料……
PPT课件
6
化学反应工程发展年代实况
￭30年代，石油化学工业刚刚兴起。提出了“单元操作”和“单元 过程”等概念。
￭40年代，第二次世界大战，三个重要的过程开发研究工作：
1.流化床催化裂化--汽油
2.丁苯橡胶乳液聚合--（汽车）轮胎
3.曼哈顿计划--原子弹（气体扩散提炼浓缩铀U238）
￭1947年，出版了两本书:
1.霍根（Hougen）和华生（waston）--《化学过程原理》
2.法兰克--卡明涅斯基--《化学动力学中的扩散与传热》
PPT课件
2
化学反应工程发展史
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，尚未形成有 规模的化学加工实践。
化学反应工程发展历史及展望
第一小组成员：周宇杰
PPT课件
1
化学反应工程定义
学科定义：
化学反应工程是化学工程的一个分支，以工业反应过程为主要研究对 象，以反应技术的开发、反应过程的优化和反应器设计为主要目的的一门 新兴工程学科。它是在化工热力学、反应动力学、传递过程理论以及化工 单元操作的基础上发展起来的。其应用遍及化学、石油化学、生物化学、 医药、冶金及轻工等许多工业部门。
PPT课件
3
化学反应工程发展史
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。
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。而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。
￭1979年，我国派代表参加了国际化学反应工程会议。 ￭80年代以后，反应工程的理论与方法已日臻完善与丰富。随着高 技术的发展与应用，如微电子器件的加工、光导纤维的生产、新材 料与生物技术等，向我们提出了新的研究课题。
反应工程的研究进入了一个新的阶段。
PPT课件
11
研究背景
我国学术发展： ７０年代末，反应工程的研究成果才开始大量地介绍到国内。
如今的二十一世纪，是以可继续发展为特点的时代,以新能源、 新材料、环保、生命科学等为代表,这些技术上的发展很好的改变 了我们的生活模式,是我们的社会更加趋于文明。在新的历史时期, 化学的发展迎来了新的机遇,出现了多学科交叉的特点。
单元操作——流体输送，蒸馏，干燥等专管物理工序。 单元过程——磺化，水解，加氢等专管化学反应工序。 1937年，丹克莱尔较系统的阐述了“扩散，流体流动和传热对 化学反应收率的影响”，为化学反应工程的创立奠定了基础。(被 认为是化学动力学发展到“工程技术”阶段的标志)。
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7
化学反应工程发展年代实况
PPT课件
弗里茨·哈伯
4
化学反应工程发展史
第三阶段：现代化学工业（二战前后） 在原料路线，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。
总结了化学反应与传递现象之间的相互关系。探讨了反应器
设计问题。为学科的形成起了一PP定T课件的作用。
8
化学反应工程发展年代实况
￭ 50年代，石油化工迅猛发展，反应器规模不断扩大。对反应器的
放大问题的研究，使人们认识到，任何一个化学反应在工业规模反
应器中进行时不可避免地伴随着"三传"现象，必须将化学反应与"
三传"同时结合起来加以考虑和分析。
另外，又提出了一些重要的基本概念。如"返混"，"反应器稳定性"，
"微观混合"，"伴有化学反应的传质"等。推动了学科的发展。
1957年，在荷兰首都（阿姆斯特丹）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PPT课反件 应工程学"的概念。
9
化学反应工程发展年代实况
PPT课件
12
化工行业前景
化学工业是属于知识和资金密集型的行业。随着科学技术的发 展，它由最初只生产纯碱、硫酸等少数几种无机产品和主要从植物 中提取茜（qiàn）素制成染料的有机产品，逐步发展为一个多行业、 多品种的生产部门，出现了一大批综合利用资源和规模大型化的化 工企业。
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13
化工行业前景
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5
化学反应工程发展史
化学反应工程学发展史
萌芽于三十年 代
反应工程发 展史
形成于四十年 代
发展与五六十 年代
成熟于八十年 代后
反应工程与工业进展
２０世纪２０年代:合成氨———现代化工的起始：
农业，炸药
２０世纪４０年代:石油催化裂化：汽车工业；核化
工：原子能工业
２０世纪５０年代:深层发酵：抗生素制药业
８０年代以后，国内从事反应工程学科研究的队伍迅速壮大， 对反应工程的研究已经渗透到各个化工领域，与世界研究水平之 间的距离也逐渐缩小，不同版本的教科书和各种各样的专著不断 出版。反应工程成为我国化工学生一门非常重要的专业课程。
1960年，召开了第二次欧洲化学反应工程会议。从那以后，每四 年举行一次。 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，以后每两年举行一次。
70年代中期，《反应工程》向深度和广度发展，出现了关于g-l、 g-l-s反应器、生化反应工程等方面的专著。
PPT课件
10
化学反应工程发展年代实况
２０世纪６０年代:烯烃，芳烃：三大合成材料
２０世纪７０年代:有机硅，高纯硅：硅材料工业
２０世纪８０年代:人工脏器，动植物细胞培养
２０世纪９０年代:纳米管，超分子组装纳米－亚微 米材料，复、
材料……
PPT课件
6
化学反应工程发展年代实况
￭30年代，石油化学工业刚刚兴起。提出了“单元操作”和“单元 过程”等概念。
￭40年代，第二次世界大战，三个重要的过程开发研究工作：
1.流化床催化裂化--汽油
2.丁苯橡胶乳液聚合--（汽车）轮胎
3.曼哈顿计划--原子弹（气体扩散提炼浓缩铀U238）
￭1947年，出版了两本书:
1.霍根（Hougen）和华生（waston）--《化学过程原理》
2.法兰克--卡明涅斯基--《化学动力学中的扩散与传热》
PPT课件
2
化学反应工程发展史
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，尚未形成有 规模的化学加工实践。
化学反应工程发展历史及展望
第一小组成员：周宇杰
PPT课件
1
化学反应工程定义
学科定义：
化学反应工程是化学工程的一个分支，以工业反应过程为主要研究对 象，以反应技术的开发、反应过程的优化和反应器设计为主要目的的一门 新兴工程学科。它是在化工热力学、反应动力学、传递过程理论以及化工 单元操作的基础上发展起来的。其应用遍及化学、石油化学、生物化学、 医药、冶金及轻工等许多工业部门。
PPT课件
3
化学反应工程发展史
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。
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。而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。
￭1979年，我国派代表参加了国际化学反应工程会议。 ￭80年代以后，反应工程的理论与方法已日臻完善与丰富。随着高 技术的发展与应用，如微电子器件的加工、光导纤维的生产、新材 料与生物技术等，向我们提出了新的研究课题。
反应工程的研究进入了一个新的阶段。
PPT课件
11
研究背景
我国学术发展： ７０年代末，反应工程的研究成果才开始大量地介绍到国内。
如今的二十一世纪，是以可继续发展为特点的时代,以新能源、 新材料、环保、生命科学等为代表,这些技术上的发展很好的改变 了我们的生活模式,是我们的社会更加趋于文明。在新的历史时期, 化学的发展迎来了新的机遇,出现了多学科交叉的特点。
单元操作——流体输送，蒸馏，干燥等专管物理工序。 单元过程——磺化，水解，加氢等专管化学反应工序。 1937年，丹克莱尔较系统的阐述了“扩散，流体流动和传热对 化学反应收率的影响”，为化学反应工程的创立奠定了基础。(被 认为是化学动力学发展到“工程技术”阶段的标志)。
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化学反应工程发展年代实况
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弗里茨·哈伯
4
化学反应工程发展史
第三阶段：现代化学工业（二战前后） 在原料路线，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。
总结了化学反应与传递现象之间的相互关系。探讨了反应器
设计问题。为学科的形成起了一PP定T课件的作用。
8
化学反应工程发展年代实况
￭ 50年代，石油化工迅猛发展，反应器规模不断扩大。对反应器的
放大问题的研究，使人们认识到，任何一个化学反应在工业规模反
应器中进行时不可避免地伴随着"三传"现象，必须将化学反应与"
三传"同时结合起来加以考虑和分析。
另外，又提出了一些重要的基本概念。如"返混"，"反应器稳定性"，
"微观混合"，"伴有化学反应的传质"等。推动了学科的发展。
1957年，在荷兰首都（阿姆斯特丹）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PPT课反件 应工程学"的概念。
9
化学反应工程发展年代实况
PPT课件
12
化工行业前景
化学工业是属于知识和资金密集型的行业。随着科学技术的发 展，它由最初只生产纯碱、硫酸等少数几种无机产品和主要从植物 中提取茜（qiàn）素制成染料的有机产品，逐步发展为一个多行业、 多品种的生产部门，出现了一大批综合利用资源和规模大型化的化 工企业。
PPT课件
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化工行业前景
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化学反应工程发展史
化学反应工程学发展史
萌芽于三十年 代
反应工程发 展史
形成于四十年 代
发展与五六十 年代
成熟于八十年 代后
反应工程与工业进展
２０世纪２０年代:合成氨———现代化工的起始：
农业，炸药
２０世纪４０年代:石油催化裂化：汽车工业；核化
工：原子能工业
２０世纪５０年代:深层发酵：抗生素制药业