化学反应工程 V2.0 北京化工大学
1 化学反应工程 北京化工大学 V2.0
绪论 ·化学反应工程学是一门研究涉及化学反 应的工程问题的学科。 ·对于已经在实验室中实现的化学反应， 如何将其在工业规模实现是化学反应工 程学的主要任务。 2
2 绪论 • 化学反应工程学是一门研究涉及化学反 应的工程问题的学科。 • 对于已经在实验室中实现的化学反应， 如何将其在工业规模实现是化学反应工 程学的主要任务
·为了这一目标，化学反应工程学不仅研 究化学反应速率与反应条件之间的关系， 即化学反应动力学，而且，着重研究传 递过程对化学反应速率的影响；研究不 同类型反应器的特点及其与化学反应结 果之间的关系
3 • 为了这一目标，化学反应工程学不仅研 究化学反应速率与反应条件之间的关系， 即化学反应动力学，而且，着重研究传 递过程对化学反应速率的影响；研究不 同类型反应器的特点及其与化学反应结 果之间的关系
·工业规模的化学反应较之实验室规模要 复杂得多，在实验室规模上影响不大的 质量和热量传递因素，在工业规模可能 起着主导作用。在工业反应器中既有化 学反应过程，又有物理过程。物理过程 与化学过程相互影响，相互渗透，有可 能导致工业反应器内的反应结果与实验 室规模大相径庭
4 • 工业规模的化学反应较之实验室规模要 复杂得多，在实验室规模上影响不大的 质量和热量传递因素，在工业规模可能 起着主导作用。在工业反应器中既有化 学反应过程，又有物理过程。物理过程 与化学过程相互影响，相互渗透，有可 能导致工业反应器内的反应结果与实验 室规模大相径庭
·工业反应器中对反应结果产生影响的主 要物理过程是：(1)由物料的不均匀混合 和停留时间不同引起的传质过程；(2)由 化学反应的热效应产生的传热过程；(3) 多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散 与传热过程。这些物理过程与化学反应 过程同时发生
5 • 工业反应器中对反应结果产生影响的主 要物理过程是：(1)由物料的不均匀混合 和停留时间不同引起的传质过程；(2)由 化学反应的热效应产生的传热过程；(3) 多相催化反应中在催化剂微孔内的扩散 与传热过程。这些物理过程与化学反应 过程同时发生
·从本质上说，物理过程不会改变化学反 应过程的动力学规律，即反应动力学规 律不因为物理过程的存在而发生变化。 但是流体流动、传质、传热过程会影响 实际反应场所的温度和参与反应的各组 分浓度在空间上的分布，最终影响到反 应的结果
6 • 从本质上说，物理过程不会改变化学反 应过程的动力学规律，即反应动力学规 律不因为物理过程的存在而发生变化。 但是流体流动、传质、传热过程会影响 实际反应场所的温度和参与反应的各组 分浓度在空间上的分布，最终影响到反 应的结果
化学反应和反应器的分类 ·化学反应和反应器的分类方法很多，常 按下列四种方法进行分类。 ·一、按反应系统涉及的相态分类，分为 ·1.均相反应，包括气相均相反应和液相 均相反应。 ·2.非均相反应，包括气一固相，气一液 相，气—液一固相反应等
7 化学反应和反应器的分类 • 化学反应和反应器的分类方法很多，常 按下列四种方法进行分类。 • 一、按反应系统涉及的相态分类，分为 • 1． 均相反应，包括气相均相反应和液相 均相反应。 • 2． 非均相反应，包括气—固相，气—液 相，气—液—固相反应等
·二、按操作方式分类，分为 ·1.间歇操作，是指一批物料投入反应器 后，经过一定时间的反应再取出的操作 方法。 ·2·连续操作，指反应物料连续地通过反 应器的操作方式。 。3.半连续操作，指反应器中的物料，有 一些是分批地加入或取出，而另一些则 是连续流动通过反应器
8 • 二、按操作方式分类，分为 • 1 ．间歇操作，是指一批物料投入反应器 后，经过一定时间的反应再取出的操作 方法。 • 2 ．连续操作，指反应物料连续地通过反 应器的操作方式。 • 3 ．半连续操作，指反应器中的物料，有 一些是分批地加入或取出，而另一些则 是连续流动通过反应器
·三、按反应器型式来分类，分为 ·1.管式反应器，一般长径比大于30 ·2. 槽式反应器，一般高径比为1—3 。3 塔式反应器，一般高径比在3—30之 间 9
9 • 三、按反应器型式来分类，分为 • 1． 管式反应器，一般长径比大于30 • 2． 槽式反应器，一般高径比为1—3 • 3． 塔式反应器，一般高径比在3—30之 间
·四、按传热条件分类，分为 ·1.等温反应器，整个反应器维持恒温 这对传热要求很高。 ·2.绝热反应器，反应器与外界没有热量 交换，全部反应热效应使物料升温或降 温。 ·3.非等温、非绝热反应器，与外界有热 量交换，但不等温。 10
10 • 四、按传热条件分类，分为 • 1． 等温反应器，整个反应器维持恒温， 这对传热要求很高。 • 2． 绝热反应器，反应器与外界没有热量 交换，全部反应热效应使物料升温或降 温。 • 3． 非等温、非绝热反应器，与外界有热 量交换，但不等温