文档介绍：《化学反应工程》课程教学大纲
<<化学反应工程>>
教案
扬州大学化学化工学院
赵红坤
2005年1月14日
第一章绪论
重点掌握:
化学反应转化率、选择性和收率的概念和应用
化学反应工程要解决的主要问题
深入理解:
化学反应器的三种操作方式和特点。
反应器设计的基本方程。
广泛了解:
化学加工过程的普遍特征。
各种化学和石油加工流程、常见设备和场区概貌。
化学反应器的主要类型、结构和工作原理。
工业反应器的放大方法。
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:
典型的化学加工过程
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。
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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:
r=f(T、、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,代表浓度的矢量,P为系统的总压。
反应器设计分析--研究反应器内上述因素的变化规律,找出最优工况和适宜的反应器型式和尺寸。
注意:化学反应是研究反应本身的规律,与反应器内各局部的状况有关,而反应器总体的性态。所以可以说反应动力学从点上着眼,而反应器的设计与分析则从面上(体上)着手。
二、化学反应的分类(反应工程学科)
无论是自然界还是实际生产过程中,存在各种各样的化学反应,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
三、反应过程的举例
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一般来说反应过程包括: 物理现象--传递现象(热量、动量和能量传递过程)
化学现象--化学反应
概括为"三传一反"。例如:对于反应过程
实际的反应过程可能包括:
虑。反应物、产物的扩散过程(内外)+表面反应过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
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对现有反应装置操作工况进行优化,提高生产效率开发环境友好的绿色生产路线和工艺
五、化学反应工程的建立过程
化学反应工程是建立在数学、物理及化学等基础学科上而又有自己特点的应用学科分支,是化学工程学科的组成部分,从学科建立至今
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第二节转化率、收率和选择性
一、反应进度
对于反应:
(例如: )
转化量为:
从而有: 或者
二、转化率 X--针对反应物而言
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定义:
注意:
如果反应物不只是一种,针对不同反应物计算出来为X是不一样的
关键组分(着眼组分)为不过量、贵重的组分(相对而言)
针对关键组分计算,可使X最大到100%
计算基准:起始状态选择问题(分母部分的计量)
使用的原则:对于连续反应器,进口处的状态
间歇反应器,开始反应时的状态
串联使用的反应器,进入第一个反应器的原料为准这样有利于计算和比较单程转化率和全程转化率的区别
,生产中采用循环操作,一部分未能转化的原料重新返回合成塔。由于存在未完全转化反应物的循环,在计算全程转化率时,计算基准为新鲜原料进入反应系统到离开所达到的转化率。而单程转化率是一次性从反应器进入到离开所达到的转化率。两者相比较,全程转化率必定大于单程转化率。
第三节化学反应器的类型
反应器的类型很多,如果按反应器的工作原理来分,可以概括为以下几种类型
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图 反应器的类型和特点
(a) (d)板式塔反应器(g)
(j)
(b) (e)鼓泡塔反应器(h) (k)
(c) (f)气液搅拌釜式反应器(i) (l)
管式反应器
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左图为填料塔,是广泛用于气体吸收的设备。液体沿填料表面往下流,塔内存液量较小。填料塔用作气液反应器时,其平均浓度推动力与流向无关。所以,应用并流则可以不受液体的限制,而平均失去力又不致降低,由此看来,并流要优于逆流。由于液体沿填斜