化学反应工程-第一章_介绍.ppt

* 化学反应工程中，有化学过程，又有物理过程。实验的纳果，只能还原应用于该实验条件本身，既没有普遍性，也不能转用于实验条件之外的其它情况。 小实验的结果，不能应用于大型装置。 研究方法 兰州石油化工 * * 研究方法：理想化和模型化。 理想化：对于实际反应器，通过理想化处理，抽象出某几种具有代表性的典型反应器，当然它们是理想反应器。理想的反应器主要有三种： （1）理想间隙搅拌釜式反应器 （2）理想连续搅拌釜式反应器 （3）理想管式或塔式反应器 化学反应工程的基本研究方法 * * 模型化：数学模型法就是用数学语言来表达反应过程中各个变量之间的关系。 数学模型的建立方法可分为三种。一种是从过程机理出发推导得到的，称为机理模型或结构模型；另一种称为半经验模型，它是在对过程机理有一定了解的基础上结合实验数据得到的模型；最后一种是在完全不了解或不考虑过程机理的情况下，仅根据一定条件下的实验数据进行的数学关联，称为经验模型。在生物反应工程中，由于生物反应过程极为复杂，故多采用半经验模型成经验模型。 * * 物理概念模型 数学模型 数学模拟方法 化学反应工程的基本研究方法是数学模拟法。数学模拟法是对复杂的难以用数学全面描述的客观实体，人为地做某些假定，设想出一个简化模型，并通过对简化模型的数学求解，达到利用简单数学方程描述复杂物理过程的目的。 * * 数学模拟法 1．建立简化物理模型 对复杂客观实体，在深入了解基础上，进行合理简化，设想一个物理过程(模型)代替实际过程。简化必须合理，即简化模型必须反映客观实体，便于数学描述和适用。 * * 2．建立数学模型 依照物理模型和相关的已知原理，写出描述物理模型的数学方程及其初始和边界条件。 3．用模型方程的解讨论客体的特性规律 * 数学模型分类： （1）化学动力学模型 （2）流动模型 （3）传递模型 （4）宏观反应动力学模型 工业反应器中的宏观反应动力学模型是化学动力学模型、流动模型、传递模型的综合，是本门课程的核心内容。 * * * 利用数学模型解决化学反应工程问题 基本步骤为： 1．小试研究化学反应规律； 2．大型冷模实验研究传递过程规律； 3．利用计算机或其它手段综合反应规律和传递规律，预测大型反应器性能，寻找优化条件； 4．热模实验检验数学模型的等效性。 * 数学模型 数学模型：将复杂的研究对象合理地简化成某个模型，与原过程(或称原型)近似地等效的或当量的。 以该简化模型进行数学描述，所得的数学关系式即为原型近似等效的数学模型，然后通过求解或进行数值运算而研究其特性。 数字模型方法的核心——对复杂对象的简化。 * 数学模型——数学模拟方法的基础，数学模型的基础是对过程多种影响因素的分析或称为物理模型。 数学模型 处理问题的性质 化学动力学模型 流动模型 传递模型 宏观动力学模型。 数学模型 * 数学模拟放大方法 * 学习方法 1．抓反应类型、挖掘物理因素、归结于最终目标 评定反应结果优劣的标准为下列二个主要因素： (1)反应的速率——直接影响到反应器的大小尺寸(或催化剂等的用量)从而关系到投资费用。对一个特定的反应器，速率往往体现为转化率，它是表明反应的深度即反应原料转化的百分率的。 (2)反应的选择性——表明反应的方向，即反应的物料以多高的百分率转化为目的产品。 * 2. 要着重于基本概念的掌握，力求达到清晰、严格、准确。 3. 要明确考察问题中的不同尺度和不同立场。 ——化学反应本身是以分子尺度进行的，属于微观动力学。 ——传递过程比如气泡、液滴和固体颗粒的运动，都是比分子尺度大得多的尺度，属于宏观动力学。 学习方法 * 本课程综合性强 * 普遍采用数学模型和模拟方法。 本课程宜以数学模型和模拟方法为主线，结合各章节的具体内容，强化对该方法的讲授。 本课程的特点 吉林燃料乙醇装置 * 反应器内传递过程的实验研究和数据的积累还很薄弱，特别是对于化工生产中经常遇到的多相流动体系研究得还很不够。 反应工程的研究需要与多相流体力学和多相传递过程的研究相结合，以便相辅相成。 化学反应工程向生化、冶金等领域扩展时还会出现新的理论问题，需要进一步的研究 。 展 望 * 有了理想反应器，我们就可以比较容易地对它们进行研究，摸清反应在这些理想反应器中的反应情况，这就排除了不同形式反应器和操作条件对反应的影响。 有了这些理想反应器中地反应结果，只要我们了解和掌握了实际反应器和理想反应器的差别和联系，就可以对实际 反应器进行判断和分析，从而知道反应的实际反应结果 * 由于采用了数学模型法，可用几个关键变量来代替复杂的反应过程；可将微观现象同宏观现象相联系；可以用来预测反应的结果。可以用于检测出可能是重要的但尚未知或被