反应工程课件-第一章
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化学反应工程全套教学课件
可逆反应 不可逆反应
❖ 按照反应分子数分
单分子反应 双分子反应
多分子反应
❖ 按照反应机理分 单一反应
多重反应
平行反应 同时反应 连串反应 平行连串反应 集总反应
平行反应：一例如：氯苯的再氯化 k1
C6H5Cl + Cl2
k2
对-C6H4Cl2 + HCl 邻-C6H4Cl2 + HCl
❖ 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。
❖ 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。
❖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。
❖ 停留时间分布：在非理想流动中，不同的质点在反应器中的停 留时间不同，形成停留时间分布。
寿命分布：指质点从进入到离开反应
停留时间分布有两种
器时的停留时间分布
年龄分布：指仍然停留在反应器中的
质点的停留时间分布。
寿命和年龄的关系：寿命是反应器出口处质点的年龄。
❖ 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。
反应工程(单语)课件-第一章-PPT文档资料
Willingness to make estimates and assumptions Must be constantly aware of the difference between the
idealized conditions under which the basic knowledge was obtained and the real conditions of their design and its environment Fearless, embraces new challenges
解决实际问题 追求效率最大化 追求资源利用最大化 经济评价指标
Engineering & Engineers
Solve practical problems
Scientists solve the problems they can, but Engineers try to solve the problems they have to;
Analysis of complex system Comprehensive usage of a broad range
of knowledge
Chemical Reactor: Definition
General:
An equipment or device that serves to conduct chemical reactions, i.e. convert molecules from one form to another
P. V Danckwerts
Education: Winchester College; Balliol College, Oxford University; Massachusetts Institute of Technology. BA (chemistry) Oxon, 1938; SM (Chemical Engineering Practice), MIT, 1948; MA Cantab 1948. Held a post in the small chemical company of Fullers Earth Union Ltd, Redhill, 1939-1940.
idealized conditions under which the basic knowledge was obtained and the real conditions of their design and its environment Fearless, embraces new challenges
解决实际问题 追求效率最大化 追求资源利用最大化 经济评价指标
Engineering & Engineers
Solve practical problems
Scientists solve the problems they can, but Engineers try to solve the problems they have to;
Analysis of complex system Comprehensive usage of a broad range
of knowledge
Chemical Reactor: Definition
General:
An equipment or device that serves to conduct chemical reactions, i.e. convert molecules from one form to another
P. V Danckwerts
Education: Winchester College; Balliol College, Oxford University; Massachusetts Institute of Technology. BA (chemistry) Oxon, 1938; SM (Chemical Engineering Practice), MIT, 1948; MA Cantab 1948. Held a post in the small chemical company of Fullers Earth Union Ltd, Redhill, 1939-1940.
化学反应工程 第一章课件
Fogler
化学反应工程研究方法 （1）简化：忽略和简化事物的次要方面，简化处理 后仍能反应事物的本质。 （2）建模：用数学，物理，化学等基础学科，将化 学和物理现象综合起来研究，了解它们之间的相 互关系，掌握各种现象的规律，以及对反应的作 用，找出数学关联式。 （3）优化：实际反应场所（物理传递现象；化学反 应动力学因素）；具体参数：浓度，温度的空间 和时间分布特点 —选择适宜的反应器结构型式，操作方式和工艺条 件 —最优化的技术指标 学习要重点掌握典型的反应，有利的强化措施。
转化率、选择性和收率 转化率：针对反应物，反应物中价值最高的组 分为关键组转化 量 X 该反应物（关键组分）的起始量
设A起始摩尔数NA0，反应后摩尔数NA，转 化量NA0 – NA，则 XA=(NA0 - NA)/ NA0
选择性：
生成目标产物所消耗的 关键组分量 S 已转化的关键组分量
•
化学反应工程的研究内容
化学反应工程 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 动力学与反应器分析与设计。 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： r=f（T、C、P） （对于一定的反应物系）而言，随时间、空 间变化。其中，r为反应系统中某一组分的反 应速率，C代表浓度，P为系统的总压。
恒容间歇反应 器设计方程
例题2：计算基准：进口原料量100mol。关键组分： C2H4. 化学计量表如下：
C2H4+ 1/2O2 x 0.5x C 2H 4+ 3O2 y 3y ∑ x+y 0.5x+3y
CH2CH2O 变化量 x -0.5x 2CO2+ 2H2O 2y 2y 0 总变化量 -0.5x
化学反应工程研究方法 （1）简化：忽略和简化事物的次要方面，简化处理 后仍能反应事物的本质。 （2）建模：用数学，物理，化学等基础学科，将化 学和物理现象综合起来研究，了解它们之间的相 互关系，掌握各种现象的规律，以及对反应的作 用，找出数学关联式。 （3）优化：实际反应场所（物理传递现象；化学反 应动力学因素）；具体参数：浓度，温度的空间 和时间分布特点 —选择适宜的反应器结构型式，操作方式和工艺条 件 —最优化的技术指标 学习要重点掌握典型的反应，有利的强化措施。
转化率、选择性和收率 转化率：针对反应物，反应物中价值最高的组 分为关键组转化 量 X 该反应物（关键组分）的起始量
设A起始摩尔数NA0，反应后摩尔数NA，转 化量NA0 – NA，则 XA=(NA0 - NA)/ NA0
选择性：
生成目标产物所消耗的 关键组分量 S 已转化的关键组分量
•
化学反应工程的研究内容
化学反应工程 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 动力学与反应器分析与设计。 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： r=f（T、C、P） （对于一定的反应物系）而言，随时间、空 间变化。其中，r为反应系统中某一组分的反 应速率，C代表浓度，P为系统的总压。
恒容间歇反应 器设计方程
例题2：计算基准：进口原料量100mol。关键组分： C2H4. 化学计量表如下：
C2H4+ 1/2O2 x 0.5x C 2H 4+ 3O2 y 3y ∑ x+y 0.5x+3y
CH2CH2O 变化量 x -0.5x 2CO2+ 2H2O 2y 2y 0 总变化量 -0.5x
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
化学反应工程课件-袁绍军-1讲义
35
反应速率方程 — 浓度影响
例 邻甲基环己烯甲醛缩合生成双烯210
时间（hr）
0
浓度(mol/l)
2
3
6
9
12
1.08
0.74
0.56
0.46
解：
rA = - (1/V)dnA/dt = -dcA/dt
- dcA/dt -cA /t
t
t+t
36
反应速率方程 — 浓度影响
t, hr cA, mol/l rA, mol/l.hr lncA lnrA
为n0, 反应一段时间后（t)，反应器中还有n摩尔丁二 烯，此时，丁二烯的转化率为：
CH3COOH + CH3CH2OH = CH3COOCH2CH3 + H2O
xA
nA0 nA nA0
13
转化率
已转化的关键组分的物 质的量 x 进入反应系统的关键组 分的物质的量
14
转化率
例1.2 进入SO2氧化器的气体组成（摩尔分数）为： SO2: 3.07%; SO3: 4.6%; O2: 8.44%; N2: 83.89%
离开反应器的气体中SO2的含量为1.5%，试计算SO2 的转化率。
15
流量问题
▪V0 – V = q t
-dV=qdt
V
q = kV
t = -(1/kV)dV
V = V0exp(-kt)
16
反应问题
如果我们能够知道反应速率与浓度的关系，就可以解 出反应时间，也可以知道反应器的处理能力。 如果反应的温度、压力等参数是变化的，我们还应该 知道这些参数的变化对反应速率的影响。
21
反应速率方程 — 浓度影响
质量作用定律： 严格论述： 基元反应的反应速率与各反应物的浓度的幂的 乘积成正比，其中各反应物的浓度的幂的指数即为基本反应 方程式中该反应物化学计量数的绝对值
反应速率方程 — 浓度影响
例 邻甲基环己烯甲醛缩合生成双烯210
时间（hr）
0
浓度(mol/l)
2
3
6
9
12
1.08
0.74
0.56
0.46
解：
rA = - (1/V)dnA/dt = -dcA/dt
- dcA/dt -cA /t
t
t+t
36
反应速率方程 — 浓度影响
t, hr cA, mol/l rA, mol/l.hr lncA lnrA
为n0, 反应一段时间后（t)，反应器中还有n摩尔丁二 烯，此时，丁二烯的转化率为：
CH3COOH + CH3CH2OH = CH3COOCH2CH3 + H2O
xA
nA0 nA nA0
13
转化率
已转化的关键组分的物 质的量 x 进入反应系统的关键组 分的物质的量
14
转化率
例1.2 进入SO2氧化器的气体组成（摩尔分数）为： SO2: 3.07%; SO3: 4.6%; O2: 8.44%; N2: 83.89%
离开反应器的气体中SO2的含量为1.5%，试计算SO2 的转化率。
15
流量问题
▪V0 – V = q t
-dV=qdt
V
q = kV
t = -(1/kV)dV
V = V0exp(-kt)
16
反应问题
如果我们能够知道反应速率与浓度的关系，就可以解 出反应时间，也可以知道反应器的处理能力。 如果反应的温度、压力等参数是变化的，我们还应该 知道这些参数的变化对反应速率的影响。
21
反应速率方程 — 浓度影响
质量作用定律： 严格论述： 基元反应的反应速率与各反应物的浓度的幂的 乘积成正比，其中各反应物的浓度的幂的指数即为基本反应 方程式中该反应物化学计量数的绝对值
反应工程(第一章绪论)
10
第一章 绪论
1.3 化学反应器的类型
管式反应器
长度远较管径大，内部中空，不设置任何构件， 多用于均相反应
釜式反应器
又称反应釜或搅拌反应器，其高度一般与直径相 等或者稍高，约为直径为2～3倍。釜内设有搅拌 装置或者挡板、换热器等构件。应用于均相（液 相）反应、气液反应、液液反应、液固反应及气 液固反应。许多酯化反应、硝化反应、磺化反应 以及氯化反应，用的都是此类反应器。
《反应工程》第二版，李绍芬主编，化学工业出版社
第一章：绪论
2011-2-21
引例：
化 学
① 原料预处理
加
工
② 化学反应
三
步 骤
③ 分离与提纯
科化 的学
研反
究应
对工
象程
学
精馏反应塔
第一章 绪论
化学反应工程是化学工程学科的一个分支，通常简称为反应工程，包括以下两个 方面的内容。
1 反应动力学
2 反应器设计与分析
反应进度（ ξ ）的定义：任何反应组分的反应量与其化学计量系数的之比恒为定
值，推广到任何反应，并表示为：
需要注意的是：ξ取值永远为正。 1.2.2 转化率
转化率：是某一反应物转化的百分率或分率，定义为：
？
5
第一章 绪论
针对反应物而言，选择不过量的反应物计算转化率（关键组分），同一状 态，无论按那一种反应物计算转化率，其数值都相同。关键组分转化率的 高低直接影响反应过程的经济效益。 计算转化率起始状态选择问题：连续反应器，以反应器进口原料的状态作 为起始状态；而间歇反应器则以反应开始时的状态为起始状态。当数个反 应器串联时，往往以进入第一个反应器的原料组成作为起始状态。
转化率、收率和选择性三者的关系：
第一章 绪论
1.3 化学反应器的类型
管式反应器
长度远较管径大，内部中空，不设置任何构件， 多用于均相反应
釜式反应器
又称反应釜或搅拌反应器，其高度一般与直径相 等或者稍高，约为直径为2～3倍。釜内设有搅拌 装置或者挡板、换热器等构件。应用于均相（液 相）反应、气液反应、液液反应、液固反应及气 液固反应。许多酯化反应、硝化反应、磺化反应 以及氯化反应，用的都是此类反应器。
《反应工程》第二版，李绍芬主编，化学工业出版社
第一章：绪论
2011-2-21
引例：
化 学
① 原料预处理
加
工
② 化学反应
三
步 骤
③ 分离与提纯
科化 的学
研反
究应
对工
象程
学
精馏反应塔
第一章 绪论
化学反应工程是化学工程学科的一个分支，通常简称为反应工程，包括以下两个 方面的内容。
1 反应动力学
2 反应器设计与分析
反应进度（ ξ ）的定义：任何反应组分的反应量与其化学计量系数的之比恒为定
值，推广到任何反应，并表示为：
需要注意的是：ξ取值永远为正。 1.2.2 转化率
转化率：是某一反应物转化的百分率或分率，定义为：
？
5
第一章 绪论
针对反应物而言，选择不过量的反应物计算转化率（关键组分），同一状 态，无论按那一种反应物计算转化率，其数值都相同。关键组分转化率的 高低直接影响反应过程的经济效益。 计算转化率起始状态选择问题：连续反应器，以反应器进口原料的状态作 为起始状态；而间歇反应器则以反应开始时的状态为起始状态。当数个反 应器串联时，往往以进入第一个反应器的原料组成作为起始状态。
转化率、收率和选择性三者的关系：
《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
反应工程课件第一章2
操作，反应器炉内衬耐火砖，但温度再高会使烧渣熔化，物
料熔结会影响正常操作。Fe2O3的熔点1560 ℃， FeO的熔点 1377 ℃。
例2 煅烧石灰石制取CO2及CaO的反应：CaCO3 = CaO + CO2 是一个不可拟的吸热反应，通常靠燃烧焦炭和无烟煤供给热
量，理论上常压下800℃开始分解，温度越高反应速率越快，
② 如果目的产物为A3，情况就复杂得多。若反应在等容 下进行，反应速率可以dc/dt表示，经过推导，可得出组分 A3的收率Y3与组分A1的转化率x1及反应速率常数之比值 k2/k1的函数，如图1-4所示。
当A2过量时，t=0时，c1=c10，c3=0.
Y3
c3 c10
( c1
k2
)k1
c10
1
y
数值较大，1
K
f2
y
(y f1 (
) y
)
1，此时，温度
对反应速率常数的影响要大于对 反应速率提高。
1
K
f2
y
(y f1 (
) y
)
的影响，总的结果，温度升高，
随着温度的升高，
K y
的影响越来越显著，也就是说，随着温度的升高，反应速率
S3=C3/(C10-C1)
c1 c10 exp[ (k1 k2 )t]
c3
k1c10 k1 k2
1
exp[ (k1
k2 )t]
（4）讨论
s 1 1 k02 exp( E1 E2 )
k01
RgT
当E1＞E2时 提高反应温度对主反应有利 当E1＝E2时 温度对选择性无影响 当E1＜E2时 降低反应温度对主反应有利
料熔结会影响正常操作。Fe2O3的熔点1560 ℃， FeO的熔点 1377 ℃。
例2 煅烧石灰石制取CO2及CaO的反应：CaCO3 = CaO + CO2 是一个不可拟的吸热反应，通常靠燃烧焦炭和无烟煤供给热
量，理论上常压下800℃开始分解，温度越高反应速率越快，
② 如果目的产物为A3，情况就复杂得多。若反应在等容 下进行，反应速率可以dc/dt表示，经过推导，可得出组分 A3的收率Y3与组分A1的转化率x1及反应速率常数之比值 k2/k1的函数，如图1-4所示。
当A2过量时，t=0时，c1=c10，c3=0.
Y3
c3 c10
( c1
k2
)k1
c10
1
y
数值较大，1
K
f2
y
(y f1 (
) y
)
1，此时，温度
对反应速率常数的影响要大于对 反应速率提高。
1
K
f2
y
(y f1 (
) y
)
的影响，总的结果，温度升高，
随着温度的升高，
K y
的影响越来越显著，也就是说，随着温度的升高，反应速率
S3=C3/(C10-C1)
c1 c10 exp[ (k1 k2 )t]
c3
k1c10 k1 k2
1
exp[ (k1
k2 )t]
（4）讨论
s 1 1 k02 exp( E1 E2 )
k01
RgT
当E1＞E2时 提高反应温度对主反应有利 当E1＝E2时 温度对选择性无影响 当E1＜E2时 降低反应温度对主反应有利
化学反应工程陈甘棠第一章-PPT课件
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
2019/2/15
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
釜式反应器
2019/2/15
环管反应器
2019/2/15
2019/2/15
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
2019/2/15
2、试验的方法
设备传递过程模型的测定 如：大型冷模测定
2019/2/15
Grassroots FCC unit under construction in Mexico
2019/2/15
2019/2/15
80万吨/年加氢裂化装置
2019/2/15
2019/2/15
2019/2/15
2019/2/15
45万吨/年乙烯裂解球罐
2019/2/15
•反应器中流体流动、混合传热与传质
——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
2019/2/15
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
2019/2/15
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
釜式反应器
2019/2/15
环管反应器
2019/2/15
2019/2/15
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
2019/2/15
2、试验的方法
设备传递过程模型的测定 如：大型冷模测定
2019/2/15
Grassroots FCC unit under construction in Mexico
2019/2/15
2019/2/15
80万吨/年加氢裂化装置
2019/2/15
2019/2/15
2019/2/15
2019/2/15
45万吨/年乙烯裂解球罐
2019/2/15
•反应器中流体流动、混合传热与传质
——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
2019/2/15
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
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optimization
1.2 Chemical Reactor: Scale
Multi-scale Analysis
Scale, m Reference
Chem. Eng.
107
Earth diameter
Global Scale
103 ~105 Golden Gate Bridge System Scale
Trends in ChemE and Chem. Industry
Diversified application areas
Relying on broader and deeper science knowledge
Fundamental Sciences
Physics Chemistry Biology Mathematics … …
10 ~ 102 House
Equipment Scale
10-3 ~10-1 Frog
Particle Scale
10-6 ~10-4 Bacteria
Colloid Scale
10-10 ~10-7 Carbon Atom
Molecular Scale
James Wei, Chem. Eng. Sci., 59(2019), 1641-1651
20世纪40年代末 --霍根(Hougen)和华生(Waston) 法兰克-卡明斯基(Франк-Каменеций)
Reactor Design
Design task
Type Size Operation conditions Scale-up
Procedure
Initial estimation Selection Design calculation
1 反应工程学的历史及发展
20世纪30年代 --丹克莱尔(Damhöhler) --梯尔(Thiele)和史尔多维奇(Зельдович)
P. V Danckwerts
Education: Winchester College; Balliol College, Oxford University; Massachusetts Institute of Technology. BA (chemistry) Oxon, 1938; SM (Chemical Engineering Practice), MIT, 1948; MA Cantab 1948. Held a post in the small chemical company of Fullers Earth Union Ltd, Redhill, 1939-1940.
Requirement for ChemE Education
Versatility Be Practical
Use fundamental theories and knowledge to solve practical problems
Multi-scale analysis and Synthesis
Analysis of complex system Comprehensive usage of a broad range
of knowledge
Chemical Reactor: Definition
General:
An equipment or device that serves to conduct chemical reactions, i.e. convert molecules from one form to another
Whether you believe you can, or
whether you believe you can’t, you are
absolutely right!
Henryl use the phrase of Chemical Engineering Science to mean the aspects of science developed by chemical engineers for their own purpose in field not covered by other branch of technology.
Narrowed:
Chemical conversion is performed for the purpose of producing or eliminating pre-determined molecular compound(s)
• Purpose: making or eliminating • Control: safe, selectivity, performance
Engineering & Engineer
Quantitative reasoning
Readiness to face open-end question
A habit of visualizing the solution
Invent
Hamlet was created; The telephone was invented; Structure of DNA was discovered
Chemical Engineering
Unit Operations Transport processes Reaction Engineering
……
Applications
Energy Inorganic Industry Petrochemicals
Biochemicals Pharmaceuticals Materials Electronics
Trends in ChemE and Chem. Industry
Globalization:
Competition Job Security
• The ability to find another job
Speed is the key
Sustainability: energy and environmental
1.2 Chemical Reactor: Scale
Multi-scale Analysis
Scale, m Reference
Chem. Eng.
107
Earth diameter
Global Scale
103 ~105 Golden Gate Bridge System Scale
Trends in ChemE and Chem. Industry
Diversified application areas
Relying on broader and deeper science knowledge
Fundamental Sciences
Physics Chemistry Biology Mathematics … …
10 ~ 102 House
Equipment Scale
10-3 ~10-1 Frog
Particle Scale
10-6 ~10-4 Bacteria
Colloid Scale
10-10 ~10-7 Carbon Atom
Molecular Scale
James Wei, Chem. Eng. Sci., 59(2019), 1641-1651
20世纪40年代末 --霍根(Hougen)和华生(Waston) 法兰克-卡明斯基(Франк-Каменеций)
Reactor Design
Design task
Type Size Operation conditions Scale-up
Procedure
Initial estimation Selection Design calculation
1 反应工程学的历史及发展
20世纪30年代 --丹克莱尔(Damhöhler) --梯尔(Thiele)和史尔多维奇(Зельдович)
P. V Danckwerts
Education: Winchester College; Balliol College, Oxford University; Massachusetts Institute of Technology. BA (chemistry) Oxon, 1938; SM (Chemical Engineering Practice), MIT, 1948; MA Cantab 1948. Held a post in the small chemical company of Fullers Earth Union Ltd, Redhill, 1939-1940.
Requirement for ChemE Education
Versatility Be Practical
Use fundamental theories and knowledge to solve practical problems
Multi-scale analysis and Synthesis
Analysis of complex system Comprehensive usage of a broad range
of knowledge
Chemical Reactor: Definition
General:
An equipment or device that serves to conduct chemical reactions, i.e. convert molecules from one form to another
Whether you believe you can, or
whether you believe you can’t, you are
absolutely right!
Henryl use the phrase of Chemical Engineering Science to mean the aspects of science developed by chemical engineers for their own purpose in field not covered by other branch of technology.
Narrowed:
Chemical conversion is performed for the purpose of producing or eliminating pre-determined molecular compound(s)
• Purpose: making or eliminating • Control: safe, selectivity, performance
Engineering & Engineer
Quantitative reasoning
Readiness to face open-end question
A habit of visualizing the solution
Invent
Hamlet was created; The telephone was invented; Structure of DNA was discovered
Chemical Engineering
Unit Operations Transport processes Reaction Engineering
……
Applications
Energy Inorganic Industry Petrochemicals
Biochemicals Pharmaceuticals Materials Electronics
Trends in ChemE and Chem. Industry
Globalization:
Competition Job Security
• The ability to find another job
Speed is the key
Sustainability: energy and environmental