化学反应工程-1.pdf

§4. 化学反应工程的基本原理 §4.1. 概述 一.化学反应工程概述 原料的预处理 单元操作（三传） 化学方法加工 进行化学反应 进行化学反应 反应工程 反应产物的分离与提纯 单元操作（三传） 1. 化学反应工程研究的内容 化学反应工程是一门研究在生产装置中进行化学反应 的工程学科，它把反应的化学特性和装置的传递特性 有机地结合起来，形成了化学工程学的一个重要分支。 它以工业反应过程为主要研究对象，以反应技术的开 发、反应过程的优化和反应器设计为主要研究内容。 2. 工业反应器 物性庞杂 多相（气,液,固,超临界,等离子,纳米胶体） 温度,压力,粘度,重度,表面张力… 变化幅度大 生产规模大 250万T/年－1000万T/年 催化裂化（ф10m, H=70m) 30万T/年－100万T/年 乙烯裂解 30万T/年合成氨－52万T/年尿素 100m3 －300m3 聚合釜, 120m长循环管聚丙稀 高 装 FCC 低 置 并 列 的 提 升 管 80万吨/年加氢裂化装置 釜式反应器 环管反应器 (1) 反应器的传递特性 工业反应器中存在着物料的混合与流动、传质与传热等一系列带 有共性的工程技术问题。 这些传递特性将伴随着化学反应过程而同时发生，影响着反应器 内反应物、产物的浓度分布及温度分布，进而影响到反应器内某 一组分的反应速率。所以对化学反应而言，传递过程往往被称为 宏观动力学因素。 因此在化学反应工程里所研究的动力学包括两个层次的动力学： ①本征动力学，又称微观动力学。它是指没有传递等工程因素 影响时，化学反应固有的速率。该速率除反应本身的特性外， 只与各反应组分的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有关。 ②宏观动力学, 它是将本征动力学与反应器的传递等工程因素 综合考虑的总反应速率。 （2 ）反应器的类型 • 按相态分：均相、非均相，着重于表现传质特征 • 按操作方式分：连续操作、间歇操作、半连续操作 • 按几何形式分：管式反应器、釜式反应器、塔式反应 器等 • 按传热条件分：等温反应器、绝热反应器、非等温非 绝热反应器 • 按传热形式来分，反应器可分成间壁传热式、直接传 热式、蒸发传热式、外循环传热式和绝热式反应器几 种。 • 按流体流动状态分：理想流动反应器、非理想流动反 应器 按几何形式分类：P166 表4-1 按几何形式分类的反应器 型 图 结构特点 适用场合及应用举例 式 号 立 4-1a 标准型，带椭圆底 适用于在液体介质内进行的各种反应 式 或折边球形底 搅拌 4-1b 带锥形底 适用结晶型产物或需静止分层的产物 反应 器 4-1c 半球形底 压热反应，如氨化、水解等加压下的反应 带固体沉淀物的反应，如β-氯蒽醌的氨 4-2a 卧式圆筒内设搅拌 卧 化 式 反应 器 4-2b 圆筒形，内设钢球 需要不断粉碎结块固体的场合，用于固 或磁球，筒体旋转