化学反应工程第一章教材

由于化学反应过于复杂，传统的经验归纳方 法不能反应化学反应工程的基本规律。
❖现在：数学模拟法
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）
工业反应器中宏观反应动力学模型是化学动 力学模型、流动模型及传递模型的综合。
❖数学模拟的简化要求：
各种工业反应工程是极为复杂的，一方面由 于对过程还不能全部地观测和了解，另一方面由 于数学知识和计算手段的限制，用数学模型来完 整地、定量地反映事物全貌目前还未能实现。因 此要将宏观反应过程的规律进行去粗取精的加工， 并在一定条件下进行合理简化。简化要求：
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
中试
修正基础模型
图1.2 数学模拟放大方法示意图
用
计
算
机 作过
多程
方的
案基
及 优 化
本 设
设计
计
计
算
❖ 宏观反应动力学与本征动力学的区别：宏观反应 动力学除了研究化学反应本身以外，还要考虑到 质量、热量、动量传递过程对化学反应的交联作 用及相互影响，与反应器的结构设计和操作条件 有关。
1.5 化学反应工程的研究方法
❖早期：经验归纳法
将实验数据用量纲分析和相似方法整理而获 得经验关联式。这种方法在研究管道内单向流体 流动的压力降、对流给热及不带化学反应的气液 两相间的传质等方面都得到了广泛的应用。
（1）不失真 （2）能满足应用要求 （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
1.6 工程放大与优化
❖ 工程放大和优化：将实验室和小规模生产的研究 成果推广到大型工业生产装置，要综合各方面的 有关因素提出优化设计和操作方案，即工程放大 和优化。
❖ 工程放大的方法：主要有相似放大、经验放大法 和数学模型放大法。
❖ 相似放大法：生产装置以模型装置的某些参数按 比例放大，即按照相同准数对应的原则放大，称 为相似放大法。
❖ 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。
数学模型放大法：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基础实 验测试
拟订过 程模型
用
电 子 计 算
化学反应工程
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。
❖ 本征动力学：又称化学动力学，是在理想条件下 研究化学反应进行的机理和反应物系组成、温度、 压力等参数，不包括传递过程及反应器结构等参 数对反应速率的影响。