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化学反应工程 绪论[精]

剂的开发等。
传递工程:流动与混合直接影响温度与浓度分布,最终影响离开装
置物料的组成。装置中的“三传”是极其复杂的,规模放大时的 “三传”也随之发生变化,即出现“放大效应”,因此要解决好装 置的放大效应,就必须对反应器内流体的三传(传热、传质、动量 传递)有一个十分清晰的认识。
系统工程:对反应装置是最优化的条件不一定就是整个系统的最优
相关的最优化问题;
化学反应工程与相关学科的联系:
化学热力学:确定物系的各种物性常数,反应的可行性及可能达到
的程度。
反应动力学:反应器的选型、设计及操作方式选择都依赖于对反应
动力学特性(characteristics of reaction kinetics)的认识。 例如: ★裂解制乙烯; ★乙烯氧化制环氧乙烷; ★合成氨催化
化,这时反应装置也就只能服从系统最优化目标,为此必须了解反 应过程的动态特征及相关的最优化问题。
化学反应工程学的任务: 研究工业化学反应器的基本原理和对反应器中所进行反应 过程进行分析。结合具体的反应装置,运用物理学、化学 及工程学和经济学的基本原理与定律,综合研究反应器中 的反应过程与传递过程,从而能够正确选定反应器的的最 合适的型式和最经济的化学工艺路线及操作条件。对反应 器进行最佳设计和最佳控制,为过程开发和反应器的放大 提供依据。概括的说,化学反应工程学就是使化学反应实 现工业化的一门技术科学。
精细化工技术密集的原因在于技术开发的成功率 较低,时间长,费用高。
精细化工的特点
精细化学品的多样化、小批量反映在生产上即为经常 更新品种
精细化学品的制备多为液相反应过程,主要采用间歇 的生产方式。
为适应精细化工生产的特点,企业必须具有依据市场 需求调节生产能力和品种的灵活性。
发达国家在20世纪50年代末开始摒弃单一产品、单一流程、 装置单一功能的落后的生产方式,广泛采用多品种的综合生 产流程和多用途、多功能的生产装置,取得了很好的经济效 益。
◆机理模型(Experience Model)----从过程机理出发推导得到的; ◆经验模型(Mechanism Model)----从实验数据归纳得到的。
化学反应工程中的数学模型: ◆ 动力学方程式(Chemical Reaction Kinetics Equation) ◆ 物料衡算式(Material Equilibrium Equation) ◆ 热量衡算式(Energy Equilibrium Equation) ◆ 动量衡算式(Momentum Equilibrium Equation) ◆ 参数计算式(Parameter Equation)
模型的检验: ★ 必要性,工业反应器规模变化时,不仅产生量的变化, 而且产生质的变化,这样一定规模的实验得到的模型可 能不适用,必须修正; ★ 检验模型过程,需要做不同规模的反应器试验,反复 将模型进行检验,不断修正。可以用下图表示:
动力学模型数据:描述过程反应速率快慢的数学模型。一般 均在实验室的小装置中进行,提供最基础的资料。
化学反应工程与工艺基础
主要参考书:
1、精细化工反应工程基础讲义
2、王军《反应工程》大连理工大学出版社, 2004
3、朱炳辰《化学反应工程》,化学工业出版 社, 2001年
4、Octave Levenspiel Chemical Reaction Engineering 2002, 化学工业出版社(第一 版)
(Techniques);然后去解决化学反应工程放大(Scale
非线性的复 杂因素关联 导致出现反 应工程的分

up)问题; ◆化学工程学科的发展促进反应工程学科发展;先有
单元操作(Unit operations),后有反应工程学科分支; ◆系统工程学科的发展要求反应技术及反应器设计方
面能适应系统实现最优化目标;
2、化学反应工程的范畴与任务 化学反应工程:研究化学反应工程问题的学科。 化学反应工程研究对象:化学反应及反应器的工程问题, 将化学反应特性(characteristics of chemical reaction)与 反应器装置特性两者结合起来形成的学科体系。 化学反应工程研究内容包括范围:
化学工艺:化学热力学(thermodynamics)、化学反应
1.2 化学反应工程学的基本方法
化学反应工程研究方法:模型方法(Modelling Method)。 模型方法:是用数学模型来分析和研究化学反应工程问题。 数学模型(Mathematical Model):用数学语言来表达过程中各种变量 之间的关系。数学模型的建立应从应用的角度着眼,使之适用和能用, 而不是力图将过程中的一切关系不分主次地罗列出来。 数学模型的分类:
传递过程模型数据:依靠实验求取,特别是大型冷模装置, 当然有生产装置的数据可用就更好了。
20世纪80年代从单一产品、单一流程、单元操作的生产装置 向“柔性”系统发展。Fra bibliotek单元 操作
过程之 核心
单元 操作
原料 物理处理 过程
化学反应 过程
物理处理 产品 过程
循环物流
典型的化工过程
1.1 化学反应工程学的范畴与任务
1、化学反应工程发展概述
◆ 最 初 主 要 依 靠 经 验 (Experiences) , 形 成 技 艺
要求
作业:按时完成,占15% 纪律:出席、课堂,占5%
精细化工的特点
精细化工是以高新技术为基础,以市场为导向, 以产品具有特定功能、附加值高、小批量、多品 种、系列化为特点的化学工业
化学工业是高技术密集工业,精细化工又是化学 工业中的高技术密集工业。
日本曾做过这方面的分析,以机械制造工业的技 术密集指数为100,则化学工业为248,精细化工 中的医药和涂料的指数分别为340和279
动力学(chemical kinetics),催化剂(catalysts)制备工艺 及反应条件;确定反应工艺路线、流程与设备。
传递工程:反应器中流体流动(fluid mechanics)、混合
(mix)、传热(heat transfer)、传质(mass transfer);
系统工程:反应过程的动态特性与反应系统的控制及
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