化學工程與工藝專業(yè)任務第1頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月化學工程與工藝專業(yè)任務研究工業(yè)規(guī)模化工過程的規(guī)律，開發(fā)和改進化工生產過程。開發(fā)：新產品、新工藝改進：對已有過程和產品進行改造，以求最優(yōu)化?；瘜W反應工程就是研究化學反應的工程問題，工業(yè)規(guī)模的反應器第2頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月反應工程在化學工程與工藝專業(yè)中的地位：

主干課程

既是一門專業(yè)課，同時，也是一門具有普遍指導意義的基礎性工程學科，它和工程實際密切相關，具有很強的理論性和應用性。

要求：1.嚴格；2.課前預習；課堂上積極，記筆記；課后復習；課下獨立完成作業(yè)；3.有問題隨時交流；對授課有意見或建議隨時提出。第3頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月參考資料化學反應工程（第四版）朱炳辰化學反應工程（第三版）陳甘棠第4頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月化學反應工程

第一章緒論第二章均相反應動力學基礎第三章釜式反應器第四章管式反應器第五章停留時間分布與反應器的流動模型第六章多相系統(tǒng)中的化學反應與傳遞現象第七章多相催化反應器的設計與分析第5頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月化學反應工程第一章緒論第6頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

第一章緒論第一節(jié)化學反應工程第二節(jié)轉化率、收率和選擇性第三節(jié)化學反應器的類型第四節(jié)反應器的操作方式第五節(jié)反應器的設計與基本過程第六節(jié)工業(yè)反應器的放大第7頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月化學工業(yè)生產過程包括如下三個組成部分：

第①和③兩部分屬于單元操作的研究范圍；而②部分是化學反應工程的研究對象，是生產過程的核心。

原料預處理化學反應過程產物的分離與提純原料產物副產物未反應原料循環(huán)1、化工過程一、化學反應工程第8頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、反應工程與其他學科的關系第9頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3、反應工程的基本任務1）建立化學反應過程的動力學模型和傳質模型；2）選擇反應器型式以滿足不同類型的反應特點和傳質要求；3）計算反應器的大小以滿足一定的產量和轉化率的要求；4）確定反應器的最佳操作條件，提高反應過程的經濟效益；5）研究反應器的動態(tài)特點，保證操作穩(wěn)定和開、停車順利。第10頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月4、化學反應工程的研究內容反應動力學和反應器設計與分析。（1）反應動力學--研究化學反應進行的機理和速率，如反應模式、速率方程及反應活化能等。其中速率方程可表示為：r=f（T、C、P）（本征動力學和宏觀動力學）（2）反應器設計與分析--研究反應器內上述因素的變化規(guī)律，找出最優(yōu)工況和適宜的反應器型式和尺寸。第11頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月5、反應工程的評價指標------過程優(yōu)化在一定的約束條件下，確定最佳的決策變量，獲得一定的優(yōu)化目標。決策變量結構變量---反應器的型式和結構尺寸操作方式----間歇、連續(xù)、半間歇工藝條件----溫度、濃度、時間、催化劑、壓力優(yōu)化目標經濟指標---成本、利潤、生產費用技術指標---轉化率、選擇性、收率（反應速率）約束條件：優(yōu)化過程受到各種因素約束，如生產能力、產品質量、三廢排放、設備材料的耐熱性、易燃易爆體系等。第12頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月6、反應工程學的發(fā)展史第13頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、化學反應的分類第15頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月三、化學反應器的類型按反應器工作原理來分,可以概括為以下幾種類型：

種類特點應用范圍管式反應器長度遠大于管徑,內部沒有任何構件多用于均相反應過程釜式反應器高度與直徑比約為2-3內設攪拌裝置和檔板均相、多相反應過程均可塔式

(填料塔板式塔)高度遠大于直徑，內部設有填料、塔板等以提高相互接觸面積用于多相反應過程第16頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

種類特點應用范圍固定床底層內部裝有不動的固體顆粒，固體顆?？梢允谴呋瘎┗蚴欠磻镉糜诙嘞喾磻到y(tǒng)流化床反應過程中反應器內部有固體顆粒的懸浮和循環(huán)運動，提高反應器內液體的混合性能多相反應體系，可以提高傳熱速率移動床固體顆粒自上而下作定向移動與反應流體逆向接觸用于多相體系，催化劑可以連續(xù)再生滴流床是固定反應器的一種，但反應物還包括氣液兩種屬于固定床的一種，用于使用固體催化劑的氣液反應過程第17頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

反應器的類型和特點第18頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月四、反應器的操作方式一、間歇操作:1）一次性投料，卸料。反應物系參數(濃度或組成等)隨時間變化。

2）沒有物料流入，也沒有物料流出，因此不存在物料流動。3）整個反應過程都是在恒容下進行的。

4）反應器幾乎都是釜式反應器。

5）適用于品種多、批量小的產品。如醫(yī)藥工業(yè)。第19頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月二、連續(xù)操作:1）原料連續(xù)不斷加入,產物連續(xù)不斷引出。

2）多屬于定（常）態(tài)操作。反應器內物料濃度及溫度都不隨時間變化。3）連續(xù)反應器適用于大規(guī)模生產。產品質量穩(wěn)定，勞動生產率高，易實現自動化管理生產。但要改變產品品種十分困難。4）所有反應器均可采用連續(xù)操作。三、半連續(xù)(或半間歇)操作兼有以上兩種過程的特點，情況比較復雜。第20頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月反應器的操作方式間歇操作(batchreactor,BR)連續(xù)操作釜式反應器(continuousstirredtankreactor,CSTR)

連續(xù)操作管式反應器(PFreactor)第21頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月PVC懸浮聚合－－－間歇反應釜第22頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月五、反應器設計的基本過程反應器設計的基本內容一般包括：

（1）選擇合適的反應器型式（2）確定最佳操作條件（3）根據操作負荷和規(guī)定的轉化程度，

確定反應器的體積。

第23頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

這三個式子是相互耦聯的,需要同時求解。具體的作法,將在以后的各個章節(jié)中詳細闡述。

要完成上述任務，需要使用下列三類基本設計方程：物料衡算式(描述濃度變化)--連續(xù)性方程能量衡算式(描述溫度變化)動量衡算式(描述壓力變化)Vr=f(T,P,C)T,P,C隨時間或位置而變

第24頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月質量衡算：（關鍵組分i的輸入速率）＝（i的輸出速率）＋（i的轉化速率）＋（i的累積速率）熱量衡算：（輸入的熱量）＝(輸出的熱量)＋(反應熱)＋(累積的熱量)反應器設計的基本方程（1）確定變量；（2）選擇控制體積第25頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

采用逐級放大法費時費力，但采用數學模型放大法時，往往由于缺乏對過程的深刻認識而告失敗。目前實際的反應器放大介于兩者之間，既有數學模型放大法的理論分析又加入經驗處理方法?？梢灶A測，數學模型放大法將逐步取代現有的經驗和半經驗方法，成為反應器放大法的主流。

目前使用的化學反應器放大法有：（1）逐級經驗放大法（主要靠經驗）（2）數學模型法?？梢蕴岣叻糯蟊稊?，縮短開發(fā)周期（3）半經驗放大法六、工業(yè)反應器的放大第26頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗室規(guī)模實驗小型試驗中間試驗大型冷模試驗工廠設計建立化學模型考察物理過程對反應的影響建立物理模型檢驗并修正模型考察催化劑性能考察設備腐蝕情況數學模型法的步驟第27頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月1、反應進度七、基本概念規(guī)定：反應物的化學計量系數取負值，生