第3章釜式反應(yīng)器

12023/2/4河南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院婁向東化學(xué)反應(yīng)工程22023/2/4化學(xué)反應(yīng)工程河南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工專業(yè)婁向東電話-mail:xiangdonglou@32023/2/4化學(xué)反應(yīng)工程ChemicalReactionEngineering42023/2/4第1章緒論52023/2/4化學(xué)工程學(xué)包括傳遞過程化學(xué)反應(yīng)工程化工工藝學(xué)原料A前處理反應(yīng)器后處理產(chǎn)品B傳遞過程化學(xué)反應(yīng)工程從A→B工藝學(xué)化工生產(chǎn)過程傳質(zhì)：cS≠c傳熱：TS≠T流動：壓力降概括為“三傳一反”62023/2/4學(xué)科發(fā)展:《化學(xué)反應(yīng)工程》學(xué)科簡介學(xué)科特點(diǎn)：交叉學(xué)科，涉及物理化學(xué)、傳遞過程、化工工藝學(xué)、工程控制等學(xué)科。72023/2/482023/2/492023/2/4①化學(xué)熱力學(xué)：主要是確定物系的各種物性常數(shù)，分析反應(yīng)的可能性和可能達(dá)到的程度、計(jì)算反應(yīng)熱效應(yīng)等。與化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)相關(guān)的其它學(xué)科有：化學(xué)熱力學(xué)主要為化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)解決以下方面的問題提供理論依據(jù)：(1)判別化學(xué)反應(yīng)過程能否發(fā)生和進(jìn)行的方向?；瘜W(xué)熱力學(xué)理論表明化學(xué)反應(yīng)沿著自由能降低的方向進(jìn)行，因此，通過自由能的計(jì)算可確定化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行的方向。(2)確定化學(xué)過程進(jìn)行的最大限度?；瘜W(xué)平衡原理和平衡常數(shù)的計(jì)算，為確定化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行的最大限度提供了理論依據(jù)和方法。(3)化學(xué)反應(yīng)過程熱效應(yīng)的計(jì)算。102023/2/4②反應(yīng)動力學(xué)：主要研究化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的機(jī)理和速率。闡明化學(xué)反應(yīng)速率與各物理因素（溫度、濃度和壓力）間的定量關(guān)系。化學(xué)動力學(xué)主要為化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)解決如下問題提供理論依據(jù)：(1)化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行的機(jī)理。(2)根據(jù)反應(yīng)機(jī)理建立化學(xué)動力學(xué)模型，即確立反應(yīng)過程的化學(xué)反應(yīng)速率與其影響因素之間的函數(shù)關(guān)系式。2023/2/410112023/2/4③催化劑：如粒內(nèi)的傳熱、微孔中的擴(kuò)散、催化劑制備時(shí)各階段操作條件對催化劑活性結(jié)構(gòu)的影響、催化劑的活化和再生等。④化學(xué)工藝：主要是設(shè)備型式、操作方式和流程。⑤傳遞工程：裝置中的動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞（簡稱“三傳”）問題。⑥工程控制：一項(xiàng)反應(yīng)技術(shù)的實(shí)施有賴于適當(dāng)?shù)牟僮骺刂?，為此需了解反?yīng)過程的動態(tài)特性和有關(guān)的最優(yōu)化問題。122023/2/41.1化學(xué)反應(yīng)工程1緒論學(xué)科本身：反應(yīng)器選型、設(shè)計(jì)、放大、優(yōu)化相互派生：聚合、催化、生化反應(yīng)工程一、主要作用①改進(jìn)強(qiáng)化現(xiàn)有的反應(yīng)技術(shù)和設(shè)備，挖掘潛力。②開發(fā)新的技術(shù)和設(shè)備。③指導(dǎo)和解決反應(yīng)過程開發(fā)中的放大問題。④實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程的最優(yōu)化。⑤不斷發(fā)展反應(yīng)工程學(xué)的理論和方法。132023/2/4實(shí)現(xiàn)工業(yè)反應(yīng)過程的優(yōu)化。反應(yīng)器型式、結(jié)構(gòu)、尺寸、操作條件。優(yōu)化目標(biāo)二、研究目的：生產(chǎn)任務(wù)142023/2/4ⅢⅡⅠ各類化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)規(guī)律傳遞規(guī)律各類反應(yīng)器結(jié)合反應(yīng)結(jié)果1

反應(yīng)動力學(xué)－研究化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的機(jī)理和速率。2

反應(yīng)器設(shè)計(jì)分析－研究反應(yīng)器內(nèi)化學(xué)反應(yīng)規(guī)律和傳遞規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，預(yù)測反應(yīng)結(jié)果。三、研究內(nèi)容152023/2/4重點(diǎn)介紹：化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、反應(yīng)器選型、設(shè)計(jì)、優(yōu)化等內(nèi)容。學(xué)習(xí)方法：掌握反應(yīng)器特點(diǎn)：釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器等。抓反應(yīng)類型：可逆、不可逆，單一、復(fù)合，平行、連串。緊扣傳遞因素：流動、傳質(zhì)、傳熱研究結(jié)合規(guī)律：反應(yīng)+流動---返混—停留時(shí)間分布

反應(yīng)+傳熱---熱反饋---溫度分布反應(yīng)+傳質(zhì)---轉(zhuǎn)化率、收率、選擇性---濃度分布尋求優(yōu)化目標(biāo)：反應(yīng)優(yōu)化、操作優(yōu)化、設(shè)備優(yōu)化。要求：分主次、抓重點(diǎn)、記筆記、讀文獻(xiàn)、做“三習(xí)”。教學(xué)內(nèi)容162023/2/4化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)的關(guān)鍵詞微觀動力學(xué)（本征動力學(xué)、固有動力學(xué)）：宏觀動力學(xué)（表觀動力學(xué)）：

第一種宏觀動力學(xué)因素：返混（因流動造成的）發(fā)生在連續(xù)流動系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)過程。

第二種宏觀動力學(xué)因素：熱量傳遞（因溫差造成的）發(fā)生在非等溫?zé)嵝?yīng)大的化學(xué)反應(yīng)過程。

第三種宏觀動力學(xué)因素：質(zhì)量傳遞（因濃差造成的）發(fā)生在多相（非均相）微觀尺度混合的化學(xué)反應(yīng)過程。172023/2/4參考書：

陳甘棠主編，化學(xué)反應(yīng)工程。朱炳辰主編，化學(xué)反應(yīng)工程。張濂、許志美、袁向前，化學(xué)反應(yīng)工程原理廖暉等編化學(xué)反應(yīng)工程習(xí)題精解。天津大學(xué)、華東理工大學(xué)，國家精品課程、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。等等2023/2/417182023/2/41.2轉(zhuǎn)化率、收率和選擇性一、反應(yīng)進(jìn)度化學(xué)計(jì)量關(guān)系，，——分別為A、B、R的化學(xué)計(jì)量系數(shù)。起始時(shí)

nA0

nB0

nR0某一時(shí)刻

nA

nB

nR反應(yīng)量

規(guī)定：反應(yīng)物化學(xué)計(jì)量系數(shù)取負(fù)值，產(chǎn)物取正值。192023/2/4反應(yīng)進(jìn)度正值任何反應(yīng)組分的反應(yīng)量與其化學(xué)計(jì)量系數(shù)之比為一恒值。

推廣到M個(gè)反應(yīng)體系：任一組分i的總反應(yīng)量等于在各個(gè)反應(yīng)中反應(yīng)量的代數(shù)和。即反應(yīng)量：式中：

——第j個(gè)反應(yīng)中組分i的化學(xué)計(jì)量系數(shù)。202023/2/4指某一反應(yīng)物轉(zhuǎn)化的百分率或分率。定義考慮反應(yīng)：對間歇反應(yīng)器：式中：nA0——反應(yīng)開始時(shí)A的摩爾數(shù)。

nA——反應(yīng)到某一時(shí)刻時(shí)所剩A的摩爾數(shù)。二、轉(zhuǎn)化率：212023/2/4對連續(xù)反應(yīng)器：FA0——反應(yīng)器進(jìn)口處A的摩爾流量。FA——反應(yīng)器某處A的摩爾流量。FAf——反應(yīng)器出口處A的摩爾流量。222023/2/4關(guān)鍵組分（著眼組分）為不過量、貴重的組分。

針對關(guān)鍵組分計(jì)算，可使X最大到100%

232023/2/4對于連續(xù)反應(yīng)器，進(jìn)口處的狀態(tài)。間歇反應(yīng)器，開始反應(yīng)時(shí)的狀態(tài)。串聯(lián)使用的反應(yīng)器，以進(jìn)入第一個(gè)反應(yīng)器的原料為準(zhǔn)。轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)進(jìn)度的關(guān)系起始狀態(tài)選擇原則：P4例1.1242023/2/4三、收率與選擇性－是對反應(yīng)產(chǎn)物而言的1、收率Y252023/2/4對于單一反應(yīng)Y=X(關(guān)鍵組分)主反應(yīng)→目的產(chǎn)物副反應(yīng)→副產(chǎn)物

對于復(fù)雜反應(yīng)Y≠X投入n0262023/2/42選擇性S（對產(chǎn)物而言）如有副反應(yīng)發(fā)生，選擇性總是小于100％對單一反應(yīng)S=1272023/2/4關(guān)系282023/2/4例1.2在銀催化劑上進(jìn)行乙烯氧化反應(yīng)以生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，進(jìn)入催化反應(yīng)器的氣體中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)分別為反應(yīng)器出口氣體中含C2H4和O2的摩爾分?jǐn)?shù)分別為13.1%，4.8%。試計(jì)算乙烯的轉(zhuǎn)化率、環(huán)氧乙烷收率和反應(yīng)選擇性。C2H415%,O27%,CO210%,Ar12%,其余為N2。解：以100mol進(jìn)料為計(jì)算基準(zhǔn)，并設(shè)x和y分別表示環(huán)氧乙烷和二氧化碳的生成量,根據(jù)題給的進(jìn)料組成和該反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)計(jì)量式計(jì)算出口物料組成.292023/2/4302023/2/4由于反應(yīng)器出口氣體中乙烯和氧的摩爾分?jǐn)?shù)已知,所以解之得乙烯的轉(zhuǎn)化量為乙烯的轉(zhuǎn)化率等于

環(huán)氧乙烷的收率將乙烯轉(zhuǎn)化率及環(huán)氧乙烷收率代入式〈1.12〉,得反應(yīng)選擇性312023/2/4由此可見，乙烯轉(zhuǎn)化率和環(huán)氧乙烷收率都很低，實(shí)際生產(chǎn)中是將反應(yīng)器出來的氣體用水吸收以除去環(huán)氧乙烷，用堿吸收除去二氧化碳，余下的氣體用循環(huán)壓縮機(jī)壓縮后與新鮮乙烯和氧相混合，送入反應(yīng)器中繼續(xù)反應(yīng)，這樣便構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)過程。顯然由于未反應(yīng)的乙烯再循環(huán)，從而提高了乙烯的轉(zhuǎn)化率和環(huán)氧乙烷的收率。322023/2/4四、有物料循環(huán)系統(tǒng)

全程轉(zhuǎn)化率>單程轉(zhuǎn)化率單程收率：以反應(yīng)器進(jìn)口物料為基準(zhǔn)。全程收率：以新鮮原料為基準(zhǔn)。全程收率

>單程收率單程轉(zhuǎn)化率：以反應(yīng)器進(jìn)口物料為基準(zhǔn)。全程轉(zhuǎn)化率：以新鮮原料為基準(zhǔn)。332023/2/4五、原子經(jīng)濟(jì)性(atomeconomy)(或原子利用率atomutilizationAU)

1991年stanford大學(xué)的BarryMTrost教授提出“原子經(jīng)濟(jì)性”概念，1998年獲美國“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)。

產(chǎn)物廢物或副產(chǎn)物廢物為零A+BC+DA+BC+342023/2/4六、E因子與環(huán)境商1992年荷蘭有機(jī)化學(xué)家RogerAShelod提出E因子（環(huán)境因子），之后又提出環(huán)境商EQ(environmentquotient)：EQ=E×QQ是根據(jù)廢棄物在環(huán)境中的行為給出的對環(huán)境的不友好度。如將NaCl和(NH4)2SO4的定義為1，對有害金屬離子的鹽、有機(jī)中間體和含氟化合物等，根據(jù)其毒性大小，的取值在10-1000。352023/2/4關(guān)系小結(jié)362023/2/4

例：每100kg乙烷（純度100％）在裂解器中裂解，產(chǎn)生46.4kg乙烯，乙烷的單程轉(zhuǎn)化率為60％，裂解氣經(jīng)分離后，所得到的產(chǎn)物氣體中含有4kg乙烷，其余未反應(yīng)的乙烷返回裂解器，求乙烯的選擇性，單程收率，總收率和乙烷的總轉(zhuǎn)化率。裂解器反應(yīng)量H分離器新鮮乙烷F未反應(yīng)乙烷循環(huán)Q產(chǎn)品乙烯4kg乙烷46.4kg分析：100kg372023/2/4382023/2/41.3化學(xué)反應(yīng)器的類型

一、化學(xué)反應(yīng)的分類392023/2/4化學(xué)反應(yīng)的分類按反應(yīng)的化學(xué)特性分類反應(yīng)機(jī)理(1)單一反應(yīng)；(2)多重反應(yīng)(平行反應(yīng)、連串反應(yīng)、連串-平行反應(yīng)、集總反應(yīng))反應(yīng)的可逆性(1)可逆反應(yīng)；(2)不可逆反應(yīng)反應(yīng)的分子數(shù)(1)單分子反應(yīng)；(2)雙分子反應(yīng)；(3)三分子反應(yīng)反應(yīng)級數(shù)(1)一級反應(yīng)；(2)二級反應(yīng)；(3)三級反應(yīng)；(4)零級反應(yīng)；(5)分?jǐn)?shù)級反應(yīng)反應(yīng)熱效應(yīng)(1)放熱反應(yīng)；(2)吸熱反應(yīng)按反應(yīng)過程進(jìn)行的條件分類均相催化反應(yīng)(1)氣相反應(yīng)；(2)液相反應(yīng)非催化反應(yīng)多相催化反應(yīng)液-液相反應(yīng)；(2)氣-液相反應(yīng)；(3)液-固相反應(yīng)；(4)氣-固相反應(yīng)；(5)固-固相反應(yīng)；(6)氣-液-固三相反應(yīng)非催化反應(yīng)溫度(1)等溫反應(yīng)；(2)絕熱反應(yīng)；(3)非絕熱變溫反應(yīng)壓力(1)常壓反應(yīng)；(2)加壓反應(yīng)；(3)減壓反應(yīng)操作方法(1)間歇過程；(2)連續(xù)過程；(3)半間歇過程(1)定態(tài)過程；(2)非定態(tài)過程流動模型(1)理想流動模型(平推流、全混流)；(2)非理想流動模型402023/2/4二反應(yīng)器的分類1）按物料的相態(tài)分類

可分為均相反應(yīng)器與非均相反應(yīng)器。均相反應(yīng)特性是，無相界面，反應(yīng)速率只與濃度或溫度有關(guān)。非均相反應(yīng)特征是，有相界面，反應(yīng)速率與相界面大小及相間擴(kuò)散速率有關(guān)。2）

按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式分類

可分為反應(yīng)釜（包括多釜串聯(lián)），管式反應(yīng)器，塔式反應(yīng)器，固定床，流化床，回轉(zhuǎn)筒式反應(yīng)器，噴嘴式反應(yīng)器等。412023/2/4二反應(yīng)器的分類2023/2/441422023/2/4管式反應(yīng)器特征：長度>>管徑。內(nèi)部是空的，不設(shè)置任何構(gòu)件。多用于均相反應(yīng)。如裂解爐。

432023/2/4釜式反應(yīng)器（又稱反應(yīng)釜，攪拌反應(yīng)器）

特征:反應(yīng)器高度與直徑相當(dāng)或稍高。釜內(nèi)設(shè)有攪拌裝置和擋板。常帶夾套或釜內(nèi)放置蛇管，傳熱以維持釜內(nèi)所需溫度。適用于液相反應(yīng)、氣液反應(yīng)、液液反應(yīng)、液固反應(yīng)、氣液固三相反應(yīng)。442023/2/4452023/2/4多釜串聯(lián)462023/2/4各種攪拌槳的形式472023/2/4攪拌釜的各種換熱形式482023/2/4塔式反應(yīng)器

填料塔

板式塔

噴霧塔

鼓泡塔特征：反應(yīng)器高度為直徑的數(shù)倍以至十幾倍。

內(nèi)部常設(shè)置能增加兩相接觸的構(gòu)件，如填料，篩板等。

適用于兩種流體相反應(yīng)的過程。如氣液反應(yīng)、液液反應(yīng)。492023/2/4固定床反應(yīng)器

根據(jù)換熱方式不同,可分為三種型式：

(1)換熱式固定床反應(yīng)器

(2)絕熱式固定床反應(yīng)器(3)自熱式固定床反應(yīng)器502023/2/4流化床反應(yīng)器

特征：反應(yīng)器內(nèi)固體粒子可以象流體一樣被流化起來。適用于氣固，液固，氣液固反應(yīng)。如：a、催化劑快速失活需立即再生的b、強(qiáng)放熱反應(yīng)：丙烯氨氧化，萘氧化c、固相加工反應(yīng)：黃鐵礦，閃鋅礦的焙燒。

相關(guān)鏈接——磁穩(wěn)定流化床開發(fā)1970年去伊朗了解了國外反應(yīng)工程前沿，磁穩(wěn)定流化床的優(yōu)越性新催化材料——配套開發(fā)新反應(yīng)器科研開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)充分發(fā)揮催化材料的性能往往需要開發(fā)新反應(yīng)工程分子篩裂化催化劑非晶態(tài)合金具有良好低溫加氫活性和磁性

配套開發(fā)磁穩(wěn)定床床層流化床提升管反應(yīng)器

2023/2/451

攪拌釜反應(yīng)器返混嚴(yán)重，效率低催化劑分離困難磁場控制催化劑，形成流化態(tài)的固定床兼有流化床和固定床的優(yōu)點(diǎn)磁穩(wěn)定床代替攪拌釜實(shí)現(xiàn)原始創(chuàng)新2023/2/452磁穩(wěn)定床加氫裝置反應(yīng)器引進(jìn)的攪拌釜磁穩(wěn)定床體積（m3）203.2催化劑單耗(Kg/t)0.210.06提高優(yōu)級品產(chǎn)率當(dāng)年創(chuàng)效1500萬元工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀2003年世界上首次建成第一套磁穩(wěn)定床己內(nèi)酰胺加氫精制裝置目前已建5套工業(yè)裝置2023/2/453科研中的發(fā)現(xiàn)磁穩(wěn)定床的操作相圖，保證反應(yīng)保持在鏈?zhǔn)綘顟B(tài)磁穩(wěn)定床操作相圖散粒狀態(tài)鏈?zhǔn)綘顟B(tài)

磁聚狀態(tài)最佳操作狀態(tài)工業(yè)化過程中的創(chuàng)新均勻磁場的磁穩(wěn)定床的設(shè)計(jì)建立了均勻磁場設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型己內(nèi)酰胺溶解氫加氫精制新工藝磁穩(wěn)定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖“非晶態(tài)合金催化劑與磁穩(wěn)定床反應(yīng)

工藝的創(chuàng)新與集成”中的聯(lián)想市場需求科研開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的啟示不同專業(yè)和學(xué)科的交叉非晶態(tài)合金催化劑制造中的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明磁穩(wěn)定流化床開發(fā)中的技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)想源于博學(xué)廣識創(chuàng)新中的集體石油化工科學(xué)研究院原東北工學(xué)院材料系復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系中國石化巴陵分公司中國石化石家莊化纖公司中國石化工程建設(shè)公司……

聯(lián)想源于集體智慧更好的創(chuàng)新

還看我們在坐的各位……RichardFoster著“Innovation:theAttacker’sAdvantage《創(chuàng)新:進(jìn)攻者的優(yōu)勢》”2023/2/458592023/2/4移動床反應(yīng)器

特征：固體顆粒自反應(yīng)器頂部連續(xù)加入，自上而下移動，由底部卸出。反應(yīng)流體與顆粒成逆流接觸。

適用：催化劑需要連續(xù)再生的催化反應(yīng)、固相加工反應(yīng)。固體顆粒從塔頂加入循環(huán)

602023/2/4滴流床反應(yīng)器

特征：反應(yīng)器內(nèi)催化劑也是固定不動的。廣義上的固定床反應(yīng)器。

適用：液固及氣液固三相反應(yīng)。如石油餾份加氫精制、脫硫等。

優(yōu)點(diǎn)：液體不需要加熱變成氣體，節(jié)省能源。適用固體催化劑的氣液反應(yīng)，采用并流或逆流。612023/2/4回轉(zhuǎn)筒式反應(yīng)器噴嘴式反應(yīng)器適用于氣固相、固固相。適用于氣相、液相(高速反應(yīng))622023/2/4632023/2/4642023/2/4652023/2/4662023/2/4672023/2/4682023/2/4692023/2/4702023/2/41.4

化學(xué)反應(yīng)器的操作方式

1.間歇操作（分批操作）——間歇反應(yīng)器特點(diǎn)：1）非定態(tài)反應(yīng)過程。2）恒容過程一按操作的連續(xù)性分：間歇、連續(xù)、半連續(xù)操作712023/2/42.連續(xù)操作

連續(xù)操作——連續(xù)反應(yīng)器（流動反應(yīng)器）

特點(diǎn)：

1）多屬于定（常）態(tài)操作。

2）連續(xù)反應(yīng)器適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

722023/2/4

原料與產(chǎn)物只要其中有一種為連續(xù)流入或流出，而其余則為分批加入或卸出，這樣的操作方式——半連續(xù)操作。

3.半連續(xù)(半間歇)操作二按加料方式分：一次加料、分批加料和分段加料732023/2/4選擇合適的反應(yīng)器型式

確定最佳操作條件

計(jì)算反應(yīng)體積，確定主要尺寸。

反應(yīng)體積的確定，是反應(yīng)器設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

1.5

反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程

一、反應(yīng)器設(shè)計(jì)內(nèi)容：二、反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程：物料衡算式——描述器內(nèi)濃度變化，對i在控制體積內(nèi)（i的輸入速率）＝(i的輸出速率)＋（i的轉(zhuǎn)化速率）＋（i的累積速率）742023/2/4熱量衡算式——描述器內(nèi)溫度變化（單位時(shí)間輸入的熱量）＝（單位時(shí)間輸出的熱量）＋（單位時(shí)間的反應(yīng)熱）＋（單位時(shí)間內(nèi)累積的熱量）動量衡算式——描述器內(nèi)壓力變化

（輸入動量）＝(輸出動量)＋（消耗動量）＋（累積動量）模式：（輸入）=（輸出）+（消耗）+（累積）動力學(xué)方程式——描述器內(nèi)反應(yīng)速率參數(shù)計(jì)算式——計(jì)算某些物性參數(shù)

752023/2/41.6

工業(yè)反應(yīng)器的放大762023/2/4一、逐級經(jīng)驗(yàn)放大法

772023/2/4二、數(shù)學(xué)模型方法步驟：

1)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)驗(yàn)：新產(chǎn)品的合成，研究反應(yīng)動力學(xué)

2)小型試驗(yàn)：

3)大型冷模試驗(yàn)：用空氣，水，砂代替反應(yīng)原料中的（g-l-s三相）；用玻璃，有機(jī)玻璃等代替鋼材。

目的：考察傳遞過程規(guī)律。

4)中試：不但規(guī)模增大，且在流程與設(shè)備形式上都與生產(chǎn)車間十分接近。

目的：(1)對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行檢驗(yàn)與修正。為設(shè)計(jì)大廠提供有用的信息。(2)對催化劑的壽命，活性，設(shè)備的腐蝕情況等進(jìn)行考察。

5)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算試驗(yàn)：這一步貫穿在上述四步之中。對各步的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合與尋優(yōu)，檢驗(yàn)和修正數(shù)學(xué)模型，預(yù)測下一階段的反應(yīng)器性能，最終建立能預(yù)測大型反應(yīng)器工況的數(shù)學(xué)模型，完成大型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。

782023/2/4實(shí)驗(yàn)室規(guī)模試驗(yàn)小型試驗(yàn)大型冷模試驗(yàn)化工過程的數(shù)學(xué)模型傳遞過程的數(shù)學(xué)模型反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生產(chǎn)的安全性1.7

化學(xué)工程學(xué)科研究領(lǐng)域的進(jìn)展1.由宏觀尺度研究向時(shí)空多尺度研究發(fā)展以前：單一宏觀尺度實(shí)際：物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程涉及多尺度問題，包括分子尺度、納米尺度（納米超細(xì)顆粒）、毫米尺度（氣泡、液滴、結(jié)晶）、厘米尺度（氣泡凝并、液滴聚合、顆粒團(tuán)聚、米尺度（設(shè)備）十米尺度（裝置、系統(tǒng)）。

學(xué)科發(fā)展的里程碑成果：“單元操作”和傳遞過程原理”現(xiàn)在：時(shí)空多尺度化學(xué)工程研究階段2.由過程導(dǎo)向向產(chǎn)品導(dǎo)向發(fā)展傳統(tǒng)的化學(xué)工程以過程為導(dǎo)向，主要解決如何去做的問題，新的化學(xué)工程以產(chǎn)品為導(dǎo)向，主要解決做什么的問題。產(chǎn)品化學(xué)工程的目的是：如何以高效率、高速率、高收率、低成本的最優(yōu)化為目標(biāo)，按市場需求，應(yīng)用化學(xué)工程原理設(shè)計(jì)和制造專用化學(xué)品。3.由簡單物系向復(fù)雜物系發(fā)展反應(yīng)工程，均相到兩相、三相。系統(tǒng)工程，單純系統(tǒng)到綜合系統(tǒng)、大型化工企業(yè)全系統(tǒng)優(yōu)化。4.由復(fù)雜工藝路線向簡單工藝路線發(fā)展化學(xué)工程的研究對象日趨復(fù)雜，但化工產(chǎn)品的工藝路線日趨簡單。5.由簡單過程向耦合過程發(fā)展反應(yīng)—分離耦合過程研究趨熱，不少已應(yīng)用。如反應(yīng)—精餾、反應(yīng)—萃取、反應(yīng)—結(jié)晶、反應(yīng)—膜分離、反應(yīng)—成型。6.由定態(tài)向非定態(tài)發(fā)展7.由常規(guī)小分子向高分子、大分子發(fā)展由于精細(xì)化工及材料化工的進(jìn)展，研究對象已從一般化合物延伸到有機(jī)大分子、聚合物高分子與生物分子。8.由描述現(xiàn)象向闡述機(jī)理發(fā)展10.由極限條件向溫和條件發(fā)展9.由理想溶液向非理想溶液發(fā)展超臨界分離、超臨界反應(yīng)，需研究超臨界狀態(tài)下的非理想溶液特性。聚合物加工需研究高黏性流體的非牛頓流體特性。12.由探索試驗(yàn)向有效預(yù)測發(fā)展利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)、合成路線設(shè)計(jì)11.由非生命體系向有活體體系發(fā)展生物化工研究有活體存在的體系的化學(xué)工程問題832023/2/4掌握轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率的概念及在反應(yīng)器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用掌握反應(yīng)器的操作方式及反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程。作業(yè)：P131.1

補(bǔ)充作業(yè)第一章小結(jié)842023/2/4乙苯脫氫反應(yīng)在一絕熱式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，生產(chǎn)流程如圖所示測得如下數(shù)據(jù)：進(jìn)反應(yīng)器的乙苯的量為100kg/h，而反應(yīng)器出口物料經(jīng)分析得知其中乙苯的流量為46kg/h，產(chǎn)品苯乙烯流量為48kg/h。假設(shè)分離回收中無損失，試計(jì)算此反應(yīng)過程中乙苯的轉(zhuǎn)化率、苯乙烯的選擇性、單程收率和全程收率。反應(yīng)器分離器原料乙苯過熱水蒸氣未反應(yīng)乙苯回收循環(huán)產(chǎn)品苯乙烯附1：反應(yīng)工程學(xué)基礎(chǔ)理論中體積、時(shí)間概念體積討論反應(yīng)器中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)過程時(shí)，將要涉及如下幾種