化学反应工程课件—第1章 绪论.pptVIP

化学反应工程原理 选用教材：　　 《化学反应工程原理》，张濂等主编，华东理工大学出版社 主要参考书：　 《化学反应工程》，陈甘棠　主编，化学工业出版社： 《化学反应工程》，朱炳辰　主编，化学工业出版社： 《化学反应工程》梁斌　主编，化学工业出版社： 《反应工程》，李绍芬　主编，化学工业出版社： 绪　论 1.1 化学反应工程（CRE）的研究对象和目的 1.2 化学反应工程（CRE）研究内容 1.3 化学反应工程（CRE）研究方法 1.4 化学反应工程（CRE）在工业反应过程开发中的作用 1.5 本章小结 （CRE）历史 反应工程学是一门研究化学反应的工程问题的科学。既以化学反应作为对象，就必然要事握这些化学反应的特性；它又以工程问题为其对象，那就必须熟悉装置的特性，并把这两者结合起来形成学科体系。? 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。生产过程包括如下四个组成部分： 1.1化学反应工程研究对象和目的 研究对象：工业规模的化学反应过程。 目的：实现工业反应过程的优化 所谓优化：就是在一定的范围内，选择一组优惠的决策变量，使“系统”对于确定的评价标准达到最佳的状态。显然，工业反应过程的优化涉及约束条件、优化目标和决策变量等问题。 工业反应过程的优化，分为两种类型：设计优化和操作优化。 设计优化：由给定的生产能力出发，确定反应器的型式和适宜的尺寸及其相应的操作条件。 操作优化：在反应器投产运转以后，根据各种因素和条件的变化作出相应的修正，以使它仍能处于最优的条件下操作。 设计优化是工业反应过程优化的基础。 1.1化学反应工程研究对象和目的 1．1．1 约束条件 任何工业反应过程的优化往往受到各种因素（生产安全、环境污染及劳动生产条件等 ）的约束。优化过程是有约束的过程优化。 1．1．2优化的技术指标 任何一个化学反应过程要实现工业化生产，首先必须在技术上是可行的。所谓技术的可行性包括反应过程有合适的催化剂，反应能以一定的速率和选择率进行；对反应产物有可能进行分离提纯以取得合格产品；有适宜的反应温度、压力等条件；反应过程中产生的废料有合适的处理技术，以免对环境污染等等。 反应过程的主要技术指标有以下三个： (1)反应速率； (2)反应选择率； (3)能量消耗； 化学计量学 化学计量学是研究化学反应系统中反应物和产物组成相互关系变化的数学表达式。化学计量式是化学计量学的基础。 化学计量式表示参加反应的各组分的数量关系，等式左边的组分为反应物，等式右边的组分为产物，化学计量式的通式为： 一般将反应物的化学计量数取负值，产物的化学计量数取正值。 反应进度、转化率及化学膨胀因子 一．反应进度 对于间歇反应中的单反应进行物料衡算 上式中的ξ称为化学反应进度。注意上述表达式中各项的正负号。 （1-7）式也可表达为： 为i组分已反应的量，所以，知道反应进度即可计算出所有反应物及产物已经反应（或生成）的量。 二、转化率 反应物A的反应量与其初始量之比称为A的转化率: 工业反应过程中的原料中各组分之间往往不符合化学计量关系，通常选择不过量的反应物计算转化率，这样的组分称为关键组分。 三、化学膨胀因子 在恒温恒压的连续系统中发生反应 对于液相反应，反应前后物料的体积流量变化不大，一般作为恒容过程。对于气相反应，反应前后物料的体积流量变化较大。 定义每转化1mol的A时反应混合物体积流量增加或减少的量为化学膨胀因子，即： 例1－1 计算下列反应的化学膨胀因子 1. A+B→P+S 2. A→P+S 3. A+3B→2P 解： 1. δA=[(1+1)－(1+1)] / 1=0 2. δA=[(1+1)－1)] / 1=1 3. δA=[2－(1+3)] / 1=－2 多重反应的收率及选择性( Yield Selectivity) 1.单一反应和多重反应 单一反应：一组特定的反应物反应生成一组特定的产物。 多重反应：一组特定的反应物同时进行n个不同的单反应，生成n组不同的产物，称为多重反应（复合反应，复杂反应） 多重反应的收率及选择性( Yield Selectivity) 同时反应： Simultaneous reactions 连串反应： Consecutive reactions 平行反应： Parallel reactions 复合反应（平行－连串反应）