化学反应工程简介共45页
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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》课程概述
04 化学反应工程应用案例
工业生产中的应用
石油化工
化学反应工程在石油化工领域中广泛应用 于烃类裂化、加氢裂化、催化重整等反应 过程，以提高石油产品的质量和产量。
制药工业
化学反应工程在制药工业中用于合成药物的 反应过程，如药物中间体的合成、生物碱的 制备等，提高药物合成的效率和纯度。
煤化工
在煤化工领域，化学反应工程用于煤 的气化、煤制油、煤制天然气等反应 过程，实现煤炭的高效清洁转化。
废气处理
化学反应工程在环境治理中用于废气处理，如烟气脱硫脱硝 、工业废气中有害物质的去除等，降低污染物排放，保护大 气环境。
废水处理
通过化学反应工程实现废水中重金属离子、有机污染物的去 除和降解，降低废水对环境的危害，实现废水的资源化和无 害化处理。
05 课程总结与展望
课程收获与体会
掌握化学反应工程的基本原理 和概念，如反应动力学、反应
新材料制备中的应用
高分子合成
化学反应工程在新材料制备中广泛应 用于高分子合成领域，如合成橡胶、 合成纤维、功能性高分子材料等，优 化反应过程以提高产物的性能。
纳米材料制备
通过化学反应工程实现纳米材料的制 备，如纳米碳管、纳米氧化物、纳米 金属等，在能源、环境、电子信息等 领域具有广泛应用前景。
环境治理中的应用
《化学反应工程》课程概述
目录
• 课程简介 • 化学反应工程基础知识 • 化学反应工程实验与实践 • 化学反应工程应用案例 • 课程总结与展望
01 课程简介
课程目标
01 掌握化学反应工程的基本原理和概念。
02 学会运用数学和工程知识分析化学反应过程 。
03
培养解决实际化学反应工程问题的能力。
《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。
化学反应工程陈甘棠
cS0 17.59kmol / m3
rA 4.76106 3.9082 2.61 5.15xA 0.6575xA2
xA 0.35 时， rA 0.3873mol / l h
VR
v0cA0 xA rA
的几何尺寸并进行某些经济评价。
2021年3月26日星期五
第2页/共145页
间歇式完全混合（无返混）
理想混合反应器 （完全混合）
理想反应器
连续式完全混合（返混程度最大）
平推流反应器 （无返混）
2021年3月26日星期五
第3页/共145页
返 混：不同停留时间的粒子间的混合
平推流：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移 动，
b) 数值法
cR Ft
dcR dt
dF t
dt
f t
cR t t0
f t t t0 cR Ft
Ft f tt t0 0
用直接迭代法或牛顿-拉夫森法求得满足上述关系的t值
2021年3月26日星期五
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2.以生产费用最低为目标
AT
at a0t0 aF VRCR M R
2021年3月26日星期五
第40页/共145页
2 、反应器中其他时间表示方法
1）反应时间：反应物料进入反应器后，从实际发生反应的 时刻起到反应达某一程度的时间。
2）停留时间：指反应物粒子从进入到离开反应器的时间 对于间歇反应器和平推流反应器，反应时间和停留时间相同 对于全混流反应器，由于可能有短路，死区和循环流，物料 在器内停留时间不同，具有停留时间的分布，此时常用平均 停留时间来表征。
第30页/共145页
对A进行物料衡算：
输入 =
输出 = 0
rA 4.76106 3.9082 2.61 5.15xA 0.6575xA2
xA 0.35 时， rA 0.3873mol / l h
VR
v0cA0 xA rA
的几何尺寸并进行某些经济评价。
2021年3月26日星期五
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间歇式完全混合（无返混）
理想混合反应器 （完全混合）
理想反应器
连续式完全混合（返混程度最大）
平推流反应器 （无返混）
2021年3月26日星期五
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返 混：不同停留时间的粒子间的混合
平推流：反应物料以相同的流速和一致的方向进行移 动，
b) 数值法
cR Ft
dcR dt
dF t
dt
f t
cR t t0
f t t t0 cR Ft
Ft f tt t0 0
用直接迭代法或牛顿-拉夫森法求得满足上述关系的t值
2021年3月26日星期五
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2.以生产费用最低为目标
AT
at a0t0 aF VRCR M R
2021年3月26日星期五
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2 、反应器中其他时间表示方法
1）反应时间：反应物料进入反应器后，从实际发生反应的 时刻起到反应达某一程度的时间。
2）停留时间：指反应物粒子从进入到离开反应器的时间 对于间歇反应器和平推流反应器，反应时间和停留时间相同 对于全混流反应器，由于可能有短路，死区和循环流，物料 在器内停留时间不同，具有停留时间的分布，此时常用平均 停留时间来表征。
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对A进行物料衡算：
输入 =
输出 = 0
化学反应工程4
φS =
k2 k C + k2 ln 1 A k1 k 1 C A0 + k 2
k C CS + k2 k2 ln 1 A0 = C A0 − C A k 1 (C A0 − C A ) k 1 C A + k 2
即：
φS = CS k2 = C A0 − C A k 1 (C A0 − C A k2 1+ k C 1 A0 ln ) CA + k2 C k 1 C A0 A0 (2-3-38)
(2-3-21)
XP = C P − C P 0 a P k1 = − a A,1 k1 + k 2 C A0 x A
(2-3-22)
将式(2-3-19)积分，同样可得：
(2-3-23)
φS = C S − C S0 a S = − C A0 − C A a A,2 C S − C S0 C A0 aS − a A,2 k2 k1 + k 2
n A0 − n A ，代入上式有： n A0 ξP =
［板 ［讲
书］ 解］
②
而： x A =
n P − n P0 φ P (n A0 − n A ) φ P x A n A0 = = aP aP aP XP =
(2-3-8)
［板 书］ ［讲解分析］
２）得率与转化率、收率的关系
(n P − n P0 )
k2 k C + k2 ln 1 A k 1 k 1C A0 + k 2
(2-3-36) ② 对于副产物 S 同样有：
(2-3-37) 积分上式：
− (C S − C S0 ) = =
k2 k C + k2 ln 1 A k1 k 1 C A0 + k 2
k C CS + k2 k2 ln 1 A0 = C A0 − C A k 1 (C A0 − C A ) k 1 C A + k 2
即：
φS = CS k2 = C A0 − C A k 1 (C A0 − C A k2 1+ k C 1 A0 ln ) CA + k2 C k 1 C A0 A0 (2-3-38)
(2-3-21)
XP = C P − C P 0 a P k1 = − a A,1 k1 + k 2 C A0 x A
(2-3-22)
将式(2-3-19)积分，同样可得：
(2-3-23)
φS = C S − C S0 a S = − C A0 − C A a A,2 C S − C S0 C A0 aS − a A,2 k2 k1 + k 2
n A0 − n A ，代入上式有： n A0 ξP =
［板 ［讲
书］ 解］
②
而： x A =
n P − n P0 φ P (n A0 − n A ) φ P x A n A0 = = aP aP aP XP =
(2-3-8)
［板 书］ ［讲解分析］
２）得率与转化率、收率的关系
(n P − n P0 )
k2 k C + k2 ln 1 A k 1 k 1C A0 + k 2
(2-3-36) ② 对于副产物 S 同样有：
(2-3-37) 积分上式：
− (C S − C S0 ) = =
化学反应工程大纲
化学反应工程大纲《化学反应工程》教学大纲一、课程基本信息课程名称：化学反应工程课程类型：专业课总学时： 68适用专业：煤化工技术先修课程：基础化学化工原理二、课程的性质与任务化学反应工程是化学工程学科的一个分支，以工业反应过程为主要研究对象，研究过程速率及其变化规律、传递规律及其化学反应的影响，以达到反应器的开发、设计和放大以及优化操作的目的。
化学反应工程课程是煤化工类的一门专业课程，是在学生学完基础化学和化工原理等课程之后的一门必修的主干课程。
三、课程教学基本要求通过本门课程的学习，学生应比较牢固地掌握化学反应工程最基本的原理和计算方法，能够理论联系实际，增长提出问题、分析问题和解决问题的能力。
四、理论教学内容和基本要求1．均相反应动力学掌握化学反应速率的不同表示方式及其相互关系。
理解反应进度的意义。
掌握转化率、收率和选择性的概念及其在反应器设计计算中的应用。
理解温度和浓度对反应速率的影响。
掌握速率议程的变换与应用。
理解可逆反应、平行反应及连串反应的动力学特征。
掌握复合反应系统反应组分的转化速率或生成速率的计算方法。
了解多相催化作用和固体催化剂，理解气体在固体催化剂表面上的吸附及吸附等温线，掌握定态近似及速率控制概念，学会推导多相催化反应速率方程的方法。
理解用实验确定反应速率方程的方法，及用实验数据对动力学参数估值。
2．反应器内的流体流动理解流动系统停留时间分布的意义及其数学表达式。
掌握停留时间分布的实验测定方法。
理解和会用全混流反应器和活塞流反应器的停留时间分布的表达式，理解反应器偏离理想流动的原因。
掌握返混的概念。
理解多釜串联模型、轴向扩散模型和离析流模型的物理含义和数学模型建立的基本思路，能根据反应器停留时间分布的实验测定数据，确定模型参数。
理解等温非理想反应器进行简单反应时最终转化率的计算方法。
了解流体的微观混合与宏观混合，及其对流动反应器转化率的影响。
3. 均相理想反应器了解反应器的基本类型。
化学反应工程陈甘棠第一章-文档资料36页
Ca SCaO S2 O
硫酸生产
S O 212O2 S O 3
H2O H2SO 4
05.12.2019
低能耗制H2
1 Ca2B H r2O CaO2 H B r
2 CaO B r 2 Ca2Br12O2
700-7500c 500-6000c
3 3Fe2B 4H r2O F2O e46 H B r + H2
反应用于净化原料
银催化剂
CH2 CH2 CHCH
加氢 CH2 CH2 氧化
（微量） CH CH H2 H2CC2H H2
CHCH
O
H2C CH2
C H C H H 2O
O
用于能源过程
400c
Ca2C C l H 3OH 1400c
氯化钙·甲醇络合物
H
iC4 H8
1000c 阳离子树脂
OCCCH 3
H2 H
(MTBE)
硫酸
CH3
H2O+iC4H8
HO C C CH3
H2 H
(叔丁醇)
05.12.2019
b ：高纯硅生产
化学 纯 Si
Si
光谱 纯 Si
Si
SiF 4 (G ) SiF 4 (G )
SiSiF4 2SiF2
05.12.2019
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
05.12.2019
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
硫酸生产
S O 212O2 S O 3
H2O H2SO 4
05.12.2019
低能耗制H2
1 Ca2B H r2O CaO2 H B r
2 CaO B r 2 Ca2Br12O2
700-7500c 500-6000c
3 3Fe2B 4H r2O F2O e46 H B r + H2
反应用于净化原料
银催化剂
CH2 CH2 CHCH
加氢 CH2 CH2 氧化
（微量） CH CH H2 H2CC2H H2
CHCH
O
H2C CH2
C H C H H 2O
O
用于能源过程
400c
Ca2C C l H 3OH 1400c
氯化钙·甲醇络合物
H
iC4 H8
1000c 阳离子树脂
OCCCH 3
H2 H
(MTBE)
硫酸
CH3
H2O+iC4H8
HO C C CH3
H2 H
(叔丁醇)
05.12.2019
b ：高纯硅生产
化学 纯 Si
Si
光谱 纯 Si
Si
SiF 4 (G ) SiF 4 (G )
SiSiF4 2SiF2
05.12.2019
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
05.12.2019
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
化学反应工程 课件
t/hr
cA
cA0-cA
ln
cA cA0
0
0.2332
0
0
1
0.2168 0.01636
0.07298
2
0.2059 0.02732
0.1245
3
0.1966 0.03662
0.1707
4
0.1879 0.04525
0.2160
• 式中： cA，cB：A，B组分的浓度 mol.m-
3
• kc为以浓度表示的反应速率常数，随反应 级数的不同有不同的因次。kc是温度的函 数，在一般工业精度上，符合阿累尼乌 斯关系。
36
阿累尼乌斯关系
E
kc kc0e RT
• kc0 ：指前因子，又称频率因子，与温度 无关，具有和反应速率常数相同的因次。
• 因此，该量ξ可以作为化学反应进行程度 的度量。
• ξ恒为正值，具有广度性质，因次为[mol]。 • 反应进行到某时刻，体系中各组分的摩
尔数与反应程度的关系为：
nI nI0I
25
转化率
• 目前普遍使用着眼组分A的转化率来描述 一个化学反应进行的程度。
• 定义 xA转 A组 化分 了 A组 的 的 分 起 量 n始 A0nA 量 n0A
交换，全部反应热效应使物料升温或降 温。 • 3． 非等温、非绝热反应器，与外界有热 量交换，但不等温。
10
重 油 的 催 化 裂 化 流 化 床 反 应 器
11
搅拌釜式反应器
12
邻二甲苯氧化制苯酐多管式固定床反应器
13
乙 苯 加 氢 气 液 塔 式 反 应 器
14
轻油裂解制乙烯管式非催化反应器
化学反应工程(ChemicalReactionEngineering)
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
第一节 化学反应工程 一、化学反应工程的研究对象
化学反应工程是化学工程学科的一个重要分支，主要包括 两个方面的内容，即反应动力学和反应器设计分析。
反应动力学--研究化学反应进行的机理和速率，以获得工 业反应器设计与操作所需的动力学知识和信息，如反应模式、 速率方程及反应活化能等。其中速率方程可表示为：
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
例如： so2 o2 为钒 一 气固催s化o反3 应
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
三、反应过程的举例
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
无论对于放热过程，还是吸热过程，催化剂与 反应物气体存在温差。 就整个反应器而言，如反应器内的浓度和温度 随位置变化，需将化学反应与传递现象综合起 来考虑。
四、化学反应工程作用
对于化学产品和加工过程的开发、反应器 的设计放大起着重要的作用。运用化学反应工程 知识可以： 提高反应器的放大倍数，减少试验和开发周期。
Chapter Ⅰ绪 论 Chapter Ⅰ绪 论 Chapter 1 Introduction
§1-1 化学反应工程 §1-2 转化率、收率和选择性 §1-3 化学反应器的类型 §1-4 反应器的操作方式 §1-5 反应器的设计与基本过程 §1-6 工业反应器的放大
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
第一节 化学反应工程 一、化学反应工程的研究对象
化学反应工程是化学工程学科的一个重要分支，主要包括 两个方面的内容，即反应动力学和反应器设计分析。
反应动力学--研究化学反应进行的机理和速率，以获得工 业反应器设计与操作所需的动力学知识和信息，如反应模式、 速率方程及反应活化能等。其中速率方程可表示为：
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
例如： so2 o2 为钒 一 气固催s化o反3 应
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
三、反应过程的举例
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
§1-1化学反应工程
无论对于放热过程，还是吸热过程，催化剂与 反应物气体存在温差。 就整个反应器而言，如反应器内的浓度和温度 随位置变化，需将化学反应与传递现象综合起 来考虑。
四、化学反应工程作用
对于化学产品和加工过程的开发、反应器 的设计放大起着重要的作用。运用化学反应工程 知识可以： 提高反应器的放大倍数，减少试验和开发周期。
Chapter Ⅰ绪 论 Chapter Ⅰ绪 论 Chapter 1 Introduction
§1-1 化学反应工程 §1-2 转化率、收率和选择性 §1-3 化学反应器的类型 §1-4 反应器的操作方式 §1-5 反应器的设计与基本过程 §1-6 工业反应器的放大
化学反应工程(Chemical Reaction Engineering) 西南科技大学
化学反应工程-第1章
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。
01
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。
02
为了这一目标，化学反应工程学不仅研究化学反应速率与反应条件之间的关系，即化学反应动力学，而且，着重研究传递过程对化学反应速率的影响；研究不同类型反应器的特点及其与化学反应结果之间的关系。
喷雾塔
气—液相快速反应
结构简单，液体表面积大，停留时间受塔高限制，气流速度有限制
反应器的型式与特性表
1.5.2 反应器型式的选定 依据：相态及其数目；反应特性；传热和传质对反应的影响。 均相：气相反应常用管式反应器和火焰反应器；液相反应一般采用搅拌槽。 非均相：气固催化反应常用固定床反应器和流化床反应器；气固非催化反应常用移动床反应器和流化床反应器；气液反应常用搅拌槽、鼓泡塔、填料塔、板式塔等；液液和液固反应常用搅拌槽；固固反应常用转窑；气液固反应常用浆态床反应器和滴流床反应器。
重油的催化裂化流化床反应器
搅拌釜式反应器
邻二甲苯氧化制苯酐多管式固定床反应器
轻油裂解制乙烯管式非催化反应器
类型
适用反应
优缺点
搅拌槽
液相、液—液、液—固相
适用性大，操作弹性大，温度、浓度易控制，产品质量均一
管式
气相、液相
返混小，反应器容积小，比传热面大
空塔或搅拌塔
液相、液—液相
通过本课程的学习，要求考生正确理解反应工程有关基本概念、基本原理，掌握化学反应学科的学习方法及理论联系实际方法，提高分析问题和解决问题的能力。
PART ONE
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2.数学模型法的建立步骤
化学反应工程陈甘棠主编
（7-45）
假设：进入床层的气流分为两个部分，一部分是以ub流动的气泡，另 一部分则以umf在乳相中流动。床层达到临界流态化以后，床层高度增 加的部分完全是气泡所作的贡献。
对气流进行物料衡算
u0 ubb umf (1 b ab )
故
b
ub
u0 umf umf (1
a)
u0
umf ub
或
b
颗粒的带出速度等于其自由沉降速度，对球形固体颗粒，可用以下公式
计算：
第七页，编辑于星期六：十八点 五分。
ut
d
2 p
(
p
18
)g
1
ut
4
225
( p
)2 g2
3 dp
Rep 0.4 0.4 Rep 500
1
ut
3.1d p ( p
)g
2
500 Rep 200000
注意：以上各式求得的ut也都需代入到Rep中检验。
式式（（77174）） 91.6
大颗粒
ut umf
式式（（77186）） 8.72
（ii）细颗粒床层中，气体操作流速的范围更宽。
（iii）实用操作气速的确定
a. 流化数 b.
u0 1.5 ~ 10 umf u0 0.1 ~ 0.4 ut
第九页，编辑于星期六：十八点 五分。
（3）流化床的膨胀比 流化床的体积与起始流化时床层体积之比。
ubr 0.711(gdb )1/ 2
式中， db——气泡直径，cm ；
g ——重力加速度，980 cm/s2。 b. 气泡群上升速度
cm / s
（7-28）
ub u0 umf 0.711(gdb )1/ 2
《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
The object of the course
▪ 课程目标：反应器分析与设计并重，结 合实际、结合工艺。
▪ 授课方法：讲课与讨论相结合。 ▪ 考试方式：考试与/或作业结合平时成绩
化学反应工程 (Chemical Reaction Engineering)
▪ 主要参考书 ▪ 《化学反应工程》，陈甘棠 主编，化学工业出版社 ▪ 《化学反应工程》，朱炳辰 主编，化学工业出版社
化学与化工是自然科学技术发展的基 础学科之一
化学是研究物质的组成、结构、性质及其变化规律和变化过程中能 量关系的学科
化工是运用化学原理和机械原理，将物质的组成、结构、性质变成目 标产品的过程工程学科
▪ 化学 (Chemistry)
▪ 无机化学 ▪ 分析化学
▪ 物理化学 ▪ 高分子化学与物理
▪ 化学工程与工艺 (Chemical Engineering and Technology)
特征：反应器高度为直径的数倍以至十几倍。 内部常设置能增加两相接触的构件，如填料，筛板等。 适用于两种流体相反应的过程。如气液反应、液液反应。
1.4 工业反应器的分类
第一章 绪 论
1.4.4 固定床反应器
▪ 特征：反应器内填充有固定不动的固体颗粒。 可以是催化剂，也可以是固体反应物。 适用于气固催化反应，固相加工反应，应用非常广泛。
第一章 绪 论
1.1 化学反应工程学的学科历史
第一章 绪 论
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。
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
化学反应工程完整ppt课件
1. 正逆反应的反应级数之差与相应的化学计量系 数之比为一定值;
2. 化学计量数ν，为速率控制步骤出现的次数。
设 2A＋B ↔ R 的反应机理为
(1) A ↔ A* (2) A* + B ↔ X (3) A* + X ↔ R
.
10
例2.2 等温下进行醋酸（A）和丁醇（B）酯化反应
CH3COOH+C4H9OH ↔ CH3COOC4H9+H2O 醋酸和丁醇的初始浓度分别为0.2332和1.16kmol/m3,测 得不同时间下醋酸转化量,试求该反应的速率方程。
反应变 量：XA
● 恒
cA
nA V
nA V0
容
nAnA0nA0XA
过 程
cAnA0(1V0XA)cA0(1XA).
cB
nB V
nB nB0
nB
V0B A
nA0XA
cB
cB0
B A
cA0XA
28
kc A cB kc A 0(1X A )(cB 0BcA 0X A ) A
V 1d d n tA V 1 0d n A 0 (1 d t X A ) n V A 0 0d d X tA c A 0d d X tA
.
8
平衡时，r＝0
kc AAc BBc RR kcA AcB BcR R
c c c AA BB RR ABR
k/k
cAAcBBcRR Kc
1
A AAB BBR RR
A B C
cA cB cR k/k
cAA/cBB/cRR/Kc1/
.
9
A AAB BBR RR1
k/ k KC1/
一定要注明反应速率是按哪一个组分计算的。
2. 化学计量数ν，为速率控制步骤出现的次数。
设 2A＋B ↔ R 的反应机理为
(1) A ↔ A* (2) A* + B ↔ X (3) A* + X ↔ R
.
10
例2.2 等温下进行醋酸（A）和丁醇（B）酯化反应
CH3COOH+C4H9OH ↔ CH3COOC4H9+H2O 醋酸和丁醇的初始浓度分别为0.2332和1.16kmol/m3,测 得不同时间下醋酸转化量,试求该反应的速率方程。
反应变 量：XA
● 恒
cA
nA V
nA V0
容
nAnA0nA0XA
过 程
cAnA0(1V0XA)cA0(1XA).
cB
nB V
nB nB0
nB
V0B A
nA0XA
cB
cB0
B A
cA0XA
28
kc A cB kc A 0(1X A )(cB 0BcA 0X A ) A
V 1d d n tA V 1 0d n A 0 (1 d t X A ) n V A 0 0d d X tA c A 0d d X tA
.
8
平衡时，r＝0
kc AAc BBc RR kcA AcB BcR R
c c c AA BB RR ABR
k/k
cAAcBBcRR Kc
1
A AAB BBR RR
A B C
cA cB cR k/k
cAA/cBB/cRR/Kc1/
.
9
A AAB BBR RR1
k/ k KC1/
一定要注明反应速率是按哪一个组分计算的。
化学反应工程》课程概述
数学模型方法
是60年代发展起来的一种比较理想的反应器放大方法。
步骤： 1)实验室规模实验：新产品的合成、新型cat.的开发、 反应动力学。侧重过程的化学反面，属于基础性工作。 2)小型试验：仍属于实验室规模，但比上一步大，且 反应器结构大体上与将来工业装置相接近。如采用列管式 固定床反应器时，可采用单管试验。 目的：考察物理过程对化学反应的影响，工业原料的影 响等等。 3)大型冷模试验：用空气，水，砂（废催化剂）代替 反应原料中的（g-l-s三相）；用玻璃，有机玻璃等代替 钢材。 目的：考察传递过程规律。 因为化学反应过程总是受到传递过程的影响，而传递过 程的影响总是随着设备规模的改变而改变。
连续操作——连续反应器（流动反应器）
原料连续地流入反应器，反应产物也连续地从 反应器中流出。（连续进，连续出） 所有反应器均可采用连续操作。 特点： 1）多属于定（常）态操作。反应器内物料浓 度及温度都不随时间变化,但随位置而变。 2）连续反应器适用于大规模生产。它产品质 量稳定，劳动生产率高，易实现自动化管理生产。 但要改变产品品种十分困难。
半连续(半间歇)操作
原料与产物只要其中有一种为连续流入 或流出，而其余则为分批加入或卸出，这 样的操作方式——半连续操作。
反应器设计的基本方程
反应器设计最基本的内容： 选择合适的反应器型式 确定最佳操作条件 计算反应体积，确定主要尺寸。
反应体积的确定，是反应器设计的核心内 容。 反应体积的大小，是由反应组成的反应速率 决定的。反应速率快，完成同样的产量所需 体积就小。但反应速率又取决于反应物的浓 度、压力和反应温度。而反应器内反应物的 浓度，压力和温度又随反应时间或位置而变。 因此，在反应器内反应速率是不断变化着的。 为了确定反应体积，就要找出这些物理量在 反应器内变化的数学关系式。即反应器设计 的基本方程。
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。