反应过程与设备
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18:33
不论是设计，放大或控制，都需要对研究对 象做出定量的描述，也就是要用数学式来表达各 参数间的关系，简称数学模型。
在化学反应工程中，数学模型主要包括：
动力学方程式
热 物量 料衡 衡算 算式 式
动量衡算式
18:33
参数计算式
一个新技术的开发一般要经过下面三个步骤： ①实验数据 提出数学模型 ②中型实验 数学模型验证 ③数学模型的应用 大设备的设计 放大的依据：相似论(相似准数Re、Pr、Nu、
18:33
反应工程与其它学科的关系
化工热力学 计量化学 反应动力学
稳定性
工程控制 反应工程 流体力学
放大 设计
18:33
传递过程 催化剂
化学工艺 最优化技术
与化学反应工程学相关的其它学科有：
①化学热力学：
主要是确定物系的各种物性常数，分析反应的可能性和可
能达到的程度等。
②反应动力学：
专门阐明化学反应速度与各项物理因素之间的定量关系。
返回
18:33
高温惰性气体
原料
反应器
产物
图1.3-6 混合反应操作
18:33
返回
冷却水
图1.3-7 蒸发式反应操作
返回
18:33
气体
固体载 热体
反
蓄
应
热
燃料
原料
图1.3-8 蓄热式反应操作
返回
18:33
§2.1 基本概念与术语 §2.2 单一反应速率式的解析 §2.3 复合反应
一、均相反应 均相反应是指参予反应的各 物质均处同一个相内进行化学反应。烃类的
传”)问题。
⑥工程控制：
一项反应技术的实施有赖于适当的操作控制。为此需
要了解关于反应过程的动态特性和有关的最优化问题，不
过应当注意的是对于反应装置而言是最优化的条件，末必
与整个生产系统最优化所要求的条件相一致。
18:33
化学反应工程学的任务 ①改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力 ②开发新的技术和设备。 ③指导和解决反应过程开发中的放大问题。 ④实现反应过程的最优化。 ⑤不断发展反应工程学的理论和方法。
①均相(气相、液相)； ②非均相(气液相、气固相、液液相)。
4.按反应装置的结构型式分类
①管式反应器；②塔式反应器；③釜式反应器； ④固定床反应器；⑤移动床反应器；⑥流化床等
各 种类型，每一类型之中又有种种不同的具体结构。
18:33
下一章
18:33
间歇
封闭系统
18:33
返回
连续 气
液
气
液
流动系统
18:33
返回
半 连 续 气
气
气
气
流动系统
18:33
返回
原料
固体 催化 剂
生成物
图1.3-2 绝热型反应操作
返回
18:33
原料
冷却水 夹套
产物
图1.3-3 外部热交换型反应操作
18:33
原料
换 热 介 质
产品
图1.3-4 外部热交换型反应操作
返回
18:33
产品
原料
图1.3-5 内部热交换型反应操作
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数学模拟放大法的示意如下图：
明确 任务
建立数 学模型
解算数 学模型
检验数 学模型
实际 应用
修改模型
图1.2-2 数学模拟放大法的示意
18:33
※一个好的数学模型必须是：
①有很好的思想性——很简化的形式得以
大
致的计算结果；
②模型参数要有一定的适用范围。
三、半经验半理论的方法
数学模型辅之以适当的经验成分。
高温裂解为气相均相反应，而酸碱中和、酯 化反应为典型的液相反应。
是指在一个相中的反应物料是以分子尺 度混合的，要求：
①必须是均相体系
(微观条件)
②强烈的混合手段
(宏观条件)
③反应速度远小于分子扩散速度
二、化学计量方程
它是表示各反应物、生成物在反应过程中量的变化关系 的方程。如方程
N2＋3H2＝2NH3
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一、化学反应过程分类 1.按操作方式分类 ①分批(或称间歇)式操作； ②连续式操作； ③半分批(或称半连续)式操作。
18:33
①绝热反应操作； ②间接传热反应操作(又分外部换热型和自
身换热型)； ③直接传热反应操作(又分混合式、蒸发式、
蓄热式、内热式)。
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3.按相态分类
Pe、Sc等)
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1.反应动力学模型建立：
由实验
提出模型假定
由实验数据 待定模型参数
①模型识别
②参数估值
18:33
2.物性参数：如物料的μ、ρ、λ、De等的求
取，不一定都需要实测。有些物性数据及 传递属性(如导热系数、扩散系数等)可从文 献资料中查取，或用关联式加以估算
3.反应器数学模型(一般情况就是两个)：
③催化剂：
催化剂的问题一般属于化学或工艺的范畴。但也牵涉到许
多工程上的问题。如粒内的传热、微孔中的扩散、催化剂扩大 制备时各阶段操作条件对催化剂活性结构的影响、催化剂的活 化和再生等等。
18:33
④化学工艺：
主要是设备型式、操体方式和流程。
⑤传递工程：
装置中的动量传递、热量传递和质量传递(简称“三
20世纪50年代后反应工程成为一独立学科，我 国70年代后逐渐开设这门课。
过程工程不仅包含化学反应工程，还包含分离 工程等：原料→净化→反应→分离→产品，核心 是反应。
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范畴 作为反应工程本身的专门范畴是对 各种反应过程进行工程分析，进行为技术 开发所需要的各项研究，制定出最合理的 技术方案和操作条件及进行反应器或反应 系统的设计。
(2.1-1)
式(2-1-1)可以写成如下的一般化形式：
N2＋3H2－2NH3＝0
(2.1-2)
一个由S个组分参予的反应体系，其计量方程可写成：
Hale Waihona Puke Baidu
α1Al＋α2A2＋……＋αSAS＝0 (2.1-3)
或
S
i Ai 0
i 1
(2.1-4)
2 均相反应的动力学基础
3 理想反应器
4 非理想流动
5 多相系统中的化学反应传递现象
6 固定床反应器
7 流化床反应器
§1.1化学反应工程学的范畴和任务 §1.2 化学反应工程研究方法 §1.3反应工程的学科系统和编排
18:33
一、化学反应工程发展简述
化学反应过程是物理与化学两类因素的综合体。
①物料衡算式
反应器浓度分布
②能量衡算式
反应器温度分布
18:33
综上所述，可见目前化学反应工程处 理问题的方法是实验研究和理论分析并举。 在解决新过程的开发问题时，可先建立动 力学和传递过程模型，然后再综合成整个 过程的初步的数学模型，根据数学模型所 作的估计来制定试验，特别是中间试验方 案，然后用试验结果来修正和验证模型。
不论是设计，放大或控制，都需要对研究对 象做出定量的描述，也就是要用数学式来表达各 参数间的关系，简称数学模型。
在化学反应工程中，数学模型主要包括：
动力学方程式
热 物量 料衡 衡算 算式 式
动量衡算式
18:33
参数计算式
一个新技术的开发一般要经过下面三个步骤： ①实验数据 提出数学模型 ②中型实验 数学模型验证 ③数学模型的应用 大设备的设计 放大的依据：相似论(相似准数Re、Pr、Nu、
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反应工程与其它学科的关系
化工热力学 计量化学 反应动力学
稳定性
工程控制 反应工程 流体力学
放大 设计
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传递过程 催化剂
化学工艺 最优化技术
与化学反应工程学相关的其它学科有：
①化学热力学：
主要是确定物系的各种物性常数，分析反应的可能性和可
能达到的程度等。
②反应动力学：
专门阐明化学反应速度与各项物理因素之间的定量关系。
返回
18:33
高温惰性气体
原料
反应器
产物
图1.3-6 混合反应操作
18:33
返回
冷却水
图1.3-7 蒸发式反应操作
返回
18:33
气体
固体载 热体
反
蓄
应
热
燃料
原料
图1.3-8 蓄热式反应操作
返回
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§2.1 基本概念与术语 §2.2 单一反应速率式的解析 §2.3 复合反应
一、均相反应 均相反应是指参予反应的各 物质均处同一个相内进行化学反应。烃类的
传”)问题。
⑥工程控制：
一项反应技术的实施有赖于适当的操作控制。为此需
要了解关于反应过程的动态特性和有关的最优化问题，不
过应当注意的是对于反应装置而言是最优化的条件，末必
与整个生产系统最优化所要求的条件相一致。
18:33
化学反应工程学的任务 ①改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力 ②开发新的技术和设备。 ③指导和解决反应过程开发中的放大问题。 ④实现反应过程的最优化。 ⑤不断发展反应工程学的理论和方法。
①均相(气相、液相)； ②非均相(气液相、气固相、液液相)。
4.按反应装置的结构型式分类
①管式反应器；②塔式反应器；③釜式反应器； ④固定床反应器；⑤移动床反应器；⑥流化床等
各 种类型，每一类型之中又有种种不同的具体结构。
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下一章
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间歇
封闭系统
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返回
连续 气
液
气
液
流动系统
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返回
半 连 续 气
气
气
气
流动系统
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返回
原料
固体 催化 剂
生成物
图1.3-2 绝热型反应操作
返回
18:33
原料
冷却水 夹套
产物
图1.3-3 外部热交换型反应操作
18:33
原料
换 热 介 质
产品
图1.3-4 外部热交换型反应操作
返回
18:33
产品
原料
图1.3-5 内部热交换型反应操作
18:33
数学模拟放大法的示意如下图：
明确 任务
建立数 学模型
解算数 学模型
检验数 学模型
实际 应用
修改模型
图1.2-2 数学模拟放大法的示意
18:33
※一个好的数学模型必须是：
①有很好的思想性——很简化的形式得以
大
致的计算结果；
②模型参数要有一定的适用范围。
三、半经验半理论的方法
数学模型辅之以适当的经验成分。
高温裂解为气相均相反应，而酸碱中和、酯 化反应为典型的液相反应。
是指在一个相中的反应物料是以分子尺 度混合的，要求：
①必须是均相体系
(微观条件)
②强烈的混合手段
(宏观条件)
③反应速度远小于分子扩散速度
二、化学计量方程
它是表示各反应物、生成物在反应过程中量的变化关系 的方程。如方程
N2＋3H2＝2NH3
18:33
一、化学反应过程分类 1.按操作方式分类 ①分批(或称间歇)式操作； ②连续式操作； ③半分批(或称半连续)式操作。
18:33
①绝热反应操作； ②间接传热反应操作(又分外部换热型和自
身换热型)； ③直接传热反应操作(又分混合式、蒸发式、
蓄热式、内热式)。
18:33
3.按相态分类
Pe、Sc等)
18:33
1.反应动力学模型建立：
由实验
提出模型假定
由实验数据 待定模型参数
①模型识别
②参数估值
18:33
2.物性参数：如物料的μ、ρ、λ、De等的求
取，不一定都需要实测。有些物性数据及 传递属性(如导热系数、扩散系数等)可从文 献资料中查取，或用关联式加以估算
3.反应器数学模型(一般情况就是两个)：
③催化剂：
催化剂的问题一般属于化学或工艺的范畴。但也牵涉到许
多工程上的问题。如粒内的传热、微孔中的扩散、催化剂扩大 制备时各阶段操作条件对催化剂活性结构的影响、催化剂的活 化和再生等等。
18:33
④化学工艺：
主要是设备型式、操体方式和流程。
⑤传递工程：
装置中的动量传递、热量传递和质量传递(简称“三
20世纪50年代后反应工程成为一独立学科，我 国70年代后逐渐开设这门课。
过程工程不仅包含化学反应工程，还包含分离 工程等：原料→净化→反应→分离→产品，核心 是反应。
18:33
范畴 作为反应工程本身的专门范畴是对 各种反应过程进行工程分析，进行为技术 开发所需要的各项研究，制定出最合理的 技术方案和操作条件及进行反应器或反应 系统的设计。
(2.1-1)
式(2-1-1)可以写成如下的一般化形式：
N2＋3H2－2NH3＝0
(2.1-2)
一个由S个组分参予的反应体系，其计量方程可写成：
Hale Waihona Puke Baidu
α1Al＋α2A2＋……＋αSAS＝0 (2.1-3)
或
S
i Ai 0
i 1
(2.1-4)
2 均相反应的动力学基础
3 理想反应器
4 非理想流动
5 多相系统中的化学反应传递现象
6 固定床反应器
7 流化床反应器
§1.1化学反应工程学的范畴和任务 §1.2 化学反应工程研究方法 §1.3反应工程的学科系统和编排
18:33
一、化学反应工程发展简述
化学反应过程是物理与化学两类因素的综合体。
①物料衡算式
反应器浓度分布
②能量衡算式
反应器温度分布
18:33
综上所述，可见目前化学反应工程处 理问题的方法是实验研究和理论分析并举。 在解决新过程的开发问题时，可先建立动 力学和传递过程模型，然后再综合成整个 过程的初步的数学模型，根据数学模型所 作的估计来制定试验，特别是中间试验方 案，然后用试验结果来修正和验证模型。