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化学反应工程 苏州科技学院 化学反应工程教材 1.1 化学反应工程的发展史 最早：20世纪30年代 丹克莱尔(Dankǒhler) 系统论述了扩散、流体流动和传热对反应 器产率的影响，为化学反应工程奠定基础 “化学反应工程”的概念：1957年 荷兰VanKrevelen 在荷兰Amsterdan召开的第一届欧洲反应工 程大会上首先提出的。意在系统深入地研 究伴有物理过程(即传递现象)的化学反应过 程，这标志着化学反应工程学科的初步形成 黄金时代：1957年~20世纪70年代 随着反应动力学和传递过程的领域的发 展，以及石油化工的大发展，使生产日 趋大型化和单机化等等促使反应工程学 科的发展，使其进入黄金时代。 1970年在美国华盛顿召开了第一届国际化学反应工程年会，并在此后两年举办一次 化学反应工程的新阶段：20世纪80年代后期 除了传统领域(化学工业、石油化工、冶金 化工)外，许多新的技术相继发展(如生物技 术、光导纤维以及新材料等)，使反应工程 产生了许多分支学科，如生化反应工程、 聚合反应工程等，扩大了化学反应工程的 研究领域，从而使化学反应工程的研究进 入了一个新的阶段。 1.2 化学反应工程的研究内容 化学反应工程研究的内容： 1. 反应：如反应机理 是否需要催化剂，选择什么样的催化剂 反应的温度、压力如何 等等 2. 反应器的设计：选择和设计最佳的反应装置 1.3 化学反应工程学范畴及与其它学科的关系 与化学反应工程相关的学科： 化学热力学、反应动力学、催化剂、设备型式、操作方法和流程、传递工程、工程控制（化工系统工程）、反应过程的分析、反应技术的开发和反应器设计 等等 化学热力学：确定物系的各种物性常数（如热熔、反应热、压缩因子）分析反应的可能性和可能达到的程度，如计算反应的平衡常数和平衡转化率等。 反应动力学：阐明化学反应速率与各项物理因素（如浓度、温度、压力和催化剂等）之间的定量关系。 催化剂：如粒内传热，微孔中的扩散，催化剂中活性组分的有效分布、催化剂的活化和再生等等。 设备型式、操作方法和流程：反应不同，规模不同，适合的反应器型式和操作方式也会不同。为了实现某一反应，可有多种技术方案，包括热量传递、温度控制、物料是否循环等等，何种方案最为经济合理，流程据此来拟订。 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。 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。 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。 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：