银催化剂
CH 2 CH 2
CH CH
加氢 CH 2 CH 2 氧化
（微量） CH CH H 2 H2C CH2 H2
H 2C CH 2
➢ 用于能源过程
CH CH H2O
O
CH CH
O
CaCl2
CH 3
OH
400c 1400c
氯化钙·甲醇络合物
H
CH3-OH
低压
CaCl2·2H3C-OH 1500C
新工艺、新产品开发 传统技术改造 优化操作
目标： 单位设备容积净度大 目的产物单一性大 安全,稳定
核心 ——复杂系统的工程放大
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3、工业反应的特点
➢ 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
➢ 非线性耦合
物理,化学,生物学之间 ➢ 预测精度高 ➢ 生产规模大
250万T/年－1000万T/年 催化裂化（ф 10m, 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
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高 低 并 列 的 提 升 管
装 置
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反应过程动态特性与反应系统测量和控制
——工业生产的必须条件，人为不能达到
例如：对于一放热反应
进料温度高
反应速率快 放热不及时 温度升高
爆炸
温度过高
——自动控温装置
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反应加快
2、反应工程的任务
创新与选择最适反应器型式 确定最优工艺条件 估算反应器尺寸大小
FCC
FCC
南 充 炼 厂 装 置
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Cold flow model of Kellogg dense phase catalyst cooler
Grassroots FCC unit under construction in Mexico
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优化
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经济学
化学热力学——讨论反应进行的方向和限度，平衡问题 如：计算反应的平衡常数和平衡转化率
反应动力学——阐明化学反应速率与各种物理因素（温度、 浓度、压力和催化剂等）之间的关系 影响反应速率的内因 —— 决定能否实际应用的关键所在
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•反应器中流体流动、混合传热与传质 ——影响反应速率的外因 如：非均相反应、气固反应、催化剂表面的扩散与吸附等 ——“放大效应“产生的直接原因 •设备结构及参数设计 如：反应器的种类（管式、釜式、流化床、固定床等）、 操作方式（连续、分批） ——考虑经济上的合理性
iC4
H8
1000c 阳离子树脂
O
C
H2
C H
CH
3
(MTBE)
硫酸
CH3
H2O+iC4H8
HO C C CH3
H2 H
(叔丁醇)
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b ：高纯硅生产
化学 纯 Si
Si
光谱 纯 Si
Si
SiF4 (G) SiF4 (G)
Si SiF4 2SiF2
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➢ 反应用于净化原料
H 2O H 2SO4
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➢ 低能耗制H2
1 CaBr2 H 2O CaO 2HBr
2
CaO
Br2
CaBr2
1 2
O2
700-7500c 500-6000c
3 3FeBr2 4H 2O Fe2O4 6HBr + H2
550-6500c
4 Fe2O4 8HBr 3FeBr2 4H 2O Br2
200-3000c
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六、反应工程的前沿领域
•新材料合成 •能源化工 •环境化工 •新反应器 •操作方式 作业：反应工程的前沿之一
——对×××××××××的综述
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催化反应 大部分液相反应
胶体反应 酶和微生物反应
煤燃烧，矿石焙烧 气－液吸收反应 炼铁，湿法冶金
合成氨，硝酸，硫酸 炼油，合成材料单体
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五、反应工程的发展趋势
➢ 反应工程用于产品分离
a
：iC
4
,
nC4 ,
C 4,
C
0 4
分离
CH 3OH
60-1000c CH 3
CH 3
四、化学反应过程分类
➢ 按操作方式分类 ❖ 间歇操作 ❖ 连续操作 ❖ 半连续操作 ➢ 按反应器除热方式分类
T 0C
❖ 绝热式
L
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❖间壁换热式 ❖自热式 ❖ 冷激式
❖ 相变式
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L
L
T℃
L
T℃
t (hr)
➢ 按反应物相态分类
均相反应 非均相反应
非催化反应 大部分气相反应 快速反应（燃烧等）
三、反应工程的研究方法
1、模型化方法
参数计算式 ➢ 建立数学模型 动力学方程式
物料、热量、动量衡算式 ➢ 求解数学模型的计算方法 ➢ 计算机软件的实现及计算结果
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2、试验的方法
➢ 设备传递过程模型的测定 如：大型冷模测定
➢ 无法计算的参数的测定 如：热力学、动力学、催化剂等的参数
-50c
CH3-OH 400C 液相（高压）
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节流
➢ 生态工业组合
磷肥生产
Ca3 (PO4 )2 3H 2 SO4 H 3 PO4 3CaSO4 3NH 3 (NH 4 )3 PO4
磷石膏分解 CaSO4 CaO SO3
CaS CaO SO2
硫酸生产
SO2 12 O2 SO3
1957年，荷兰阿姆斯特丹第一次欧洲反应工程会议——确立 了化学反应工程的名称
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二、化学反应工程的范畴和任务
化学工艺
反应器中流体
流动、混合传
热和传质
反应
化 化学热力 学 学与反应
动力学
反应 过程 分析
过程动 态特性与 反应系统
测量和
工 程 控 制
控制
催化剂
设备结构及 参数控制
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80万吨/年加氢裂化装置
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2020年7月25日星期六
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45万吨/年乙烯裂解球罐
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釜式反应器
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环管反应器
2六
➢ 数学模拟的检验测定 即：数学模拟结果用实验测定可否应用
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基础 试验 测定
拟定 过程 模型
制
定
用模
计型
算 机 做
测 试
方方
案法 研及 究参
数
范
围
小试
模型的放大 试验
中试
比较测试结 果与模型计 算结果
修正基础模型
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数学模拟放大示意图
用 计 算 机过 做程 多的 方基 案本 及设 优计 化 设 计 计 算
反应产物的分离与提纯
单元操作（三传）
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2、反应工程概念的提出
20世纪30年代，丹克莱尔(Damhohler)论述了扩散、流体流动 和传热对反应器产率的影响——奠定了基础 梯尔(Thiele)和史尔多维奇对扩散反应问题作了开拓性的工作 40年代末，霍根(Hougen)和华生(Waston)著作《化学过程原理》 法兰克-卡明聂斯基著作《化学动力学中的扩散与传热》问世
化学反应工程
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第一章 绪论
1 反应工程在化学工程学科中的地位 2 反应工程的范畴和任务 3 反应工程的研究方法 4 化学反应过程分类 5发展趋势
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一、反应工程在化学工程学科中的地位
1、化学工程的主要研究内容
原料的预处理 化学方法加工 进行化学反应
单元操作（三传） 反应工程