反應工程蔡旺鋒辦公室：20-518電話：27890041Email：wfcai@1第一章緒論1.1、化學反應工程研究內容與發展歷史1.2、化學反應的轉化率和收率1.3、化學反應器的類型1.4、化學反應器的操作方式1.5、反應器設計的基本方程1.6、工業反應器的放大2《反應工程》反應動力學反應器設計與分析本征動力學宏觀動力學理想條件下研究化學反應進行的機理與反應物系組成、溫度、壓力等參數對反應速率的影響。主要決定于化學反應本身描述反應器內濃度、溫度和壓力變化的設計方程研究化學反應進行的機理與速率反應器選型、反應器體積計算、反應器操作參數確定等流體流動過程描述反應過程與質量、熱量和動量傳遞的相互作用一、《反應工程》課程研究內容及相互關系3AP本征動力學與宏觀動力學反應產物P的外擴散

7反應產物P的內擴散

6反應產物P的脫附

5表面反應

4本征動力學反應物A的吸附

3反應物A的內擴散

2反應物A的外擴散

1宏觀動力學

4二、《反應工程》的歷史與發展20世紀30年代：丹克萊爾、梯爾和史爾多維奇40年代末：霍根、華生和法蘭克-卡明涅斯基《反應工程》的發展歷史《反應工程》的發展趨勢

80年代--形成新的分支1957年--首次使用“化學反應工程”術語

60年代--快速發展期化學反應與傳遞現象及流體流動的相互關系51.3反應器的類型管式反應器（*）釜式反應器（*）塔式反應器固定床反應器（*）流化床反應器移動床反應器滴流床反應器61.4、化學反應器的操作方式間歇操作連續操作半間歇操作操作方式描述特點反應原料一次裝入反應器，反應過程中無進料和出料反應過程中反應原料和產物分別連續加入和輸出反應器間歇與連續操作之外物系組成隨時間而變多數情況下可視為恒容操作靈活，適于小規模生產物系組成不隨時間但隨位置而變適于大規模、機械自動化操作產品質量好，勞動強度小兼具間歇和連續操作的某些特點71.5、反應器設計的基本方程

反應器設計的基本內容建立反應參數如轉化率、收率、選擇性和生產能力等與反應器尺寸、操作方式、反應時間等之間的關系。反應器型式選擇反應器最佳操作條件確定反應體積（尺寸）計算反應器設計方程建立的步驟選擇反應變量確定控制體積建立質量、熱量和動量恒算方程8質量衡算：（關鍵組分i的輸入速率）＝（i的輸出速率）+（i的轉化速率）＋（i的累積速率）

VrMdVr質量、熱量和動量恒算方程熱量衡算：（輸入的熱量）＝（輸出的熱量）+（反應熱）＋（累積的熱量）動量恒算：（輸入的動量）＝（輸出的動量）+（消耗的動量）＋（累積的熱量）91.6工業反應器的放大10一、經驗歸納法對化學反應過程適應性不強：反應與傳質傳熱、流體流動狀況、反應速率與溫度的非線形性。

將實驗數據用因次分析和相似方法整理獲得經驗關聯式；主要用于研究物理變化的單元操作，如管道內流體流動的壓力降、氣液兩相傳熱傳質等；11二、數學模型法

反應工程主要研究方法，在反應器放大過程中作用顯著；包括本征（化學）動力學模型、傳質傳熱模型——宏觀動力學模型；討論整個反應器時，宏觀動力學模型包括流體流動模型在內；反應器的復雜性使得即使采用數學模型研究方法，反應器設計、優化和放大具有很大的困難性。如流動反應器內流體和固體運動狀況；多孔催化劑及固相反應物內的宏觀反應過程。121、數學模型方法的作用

進行方案比較、操作參數的優化；擴大實驗結果的范圍，預測實驗以外的操作區間；在實驗范圍內進行預測；工程放大時較能抓住事物本質，獲得更大的放大倍數。132、數學模型方法的局限性物理模型不能全面反映事物的本質，可能帶來失真；實際過程太復雜，模型建立需要簡化；物理模型獲得數學模型求解復雜性；數學模型方法需要與實驗相結合。143、數學模型的簡化原則

簡化模型是否失真，需要通過實驗進行檢驗和修正。

不失真，與應用相適應；能適應當前的實驗條件，以便進行模型鑒別和參數估值；能適應現有計算機的能力；154、數學模型放大方法的一般步驟實驗室規模的試驗小型試驗大型冷膜試驗中間試驗計算機試驗數學模型工業規模反應器161.2、化學反應的轉化率、收率和選擇性1、反應進度存在多個反應時172.轉化率（X）單程轉化率與全程轉化率定義：某一反應物轉化的百分率或分率。表示一個反應進行的程度。Reactor1218例題1.1合成聚氯乙烯所用的單體氯乙烯，多由乙炔和氯化氫以氯化汞為催化劑合成得到，反應式如下通常反應原料中氯化氫過量10%。若反應器出口中氯乙烯摩爾分數為90%，試分別計算乙炔和氯化氫的轉化率。193.收率(Y)與選擇性(S)摩爾收率與質量收率單程收率與全程收率1220SX21例題1.2在銀催化劑上進行乙烯氧化生產環氧乙烷，進入催化劑中各種氣體的摩爾數分別為C2H415%，O27%，CO210%，Ar12%，其余為N2。反應器出口氣體含C2H4和O2分別為13.1和4.8%。試計算乙烯的轉化率、環氧乙烷收率和反應選擇性。22化學與催化反應工程李紹芬編著化