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第一章 绪 论
§ 1.1化学反应工程学的范畴和任务
§ 1.2 化学反应工程研究方法
§ 1.3反应工程的学科系统和编排
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§ 1.1化学反应 工程学的范畴和任务
化学反应过程是物理与化学两类因素的综合体。
20世纪 50年代后反应工程成为一独立学科，我国 70年代后逐渐开设这门课。
过程工程不仅包含化学反应工程，还包含分离工程等：原料 → 净化 → 反应 → 分离 → 产品，核心是反应。
一、化学反应工程发展简述
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二、化学反应工程的范畴和任务范畴 作为反应工程本身的专门范畴是对各种反应过程进行工程分析，进行为技术开发所需要的各项研究，制定出最合理的技术方案和操作条件及进行反应器或反应系统的设计。
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反应工程与其它学科的关系反应工程化工热力学 工程控制传递过程催化剂化学工艺流体力学稳定性反应动力学计量化学最优化技术放大设计
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与化学反应工程学相关的其它学科有,
①化学热力学：
主要是确定物系的各种物性常数，分析反应的可能性和可能达到的程度等。
②反应动力学：
专门阐明化学反应速度与各项物理因素之间的定量关系。
③催化剂：
催化剂的问题一般属于化学或工艺的范畴。但也牵涉到许多工程上的问题。如粒内的传热、微孔中的扩散、催化剂扩大制备时各阶段操作条件对催化剂活性结构的影响、催化剂的活化和再生等等。
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④ 化学工艺：
主要是设备型式、操体方式和流程。
⑤传递工程：
装置中的动量传递、热量传递和质量传递 (简称,三传,)问题。
⑥工程控制,
一项反应技术的实施有赖于适当的操作控制。为此需要了解关于反应过程的动态特性和有关的最优化问题，不过应当注意的是对于反应装置而言是最优化的条件，末必与整个生产系统最优化所要求的条件相一致。
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化学反应工程学的任务
①改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力
②开发新的技术和设备。
③指导和解决反应过程开发中的放大问题。
④实现反应过程的最优化。
⑤不断发展反应工程学的理论和方法。
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§ 1.2 化学反应工程研究方法一、数学模型法不论是设计，放大或控制，都需要对研究对象做出定量的描述，也就是要 用数学式来表达各参数间的关系，简称数学模型 。
在化学反应工程中，数学模型主要包括：
参数计算式动量衡算式热量衡算式物料衡算式动力学方程式
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一个新技术的开发一般要经过下面三个步骤：
①实验数据 提出数学模型
②中型实验 数学模型验证
③数学模型的应用 大设备的设计放大的依据：相似论 (相似准数 Re,Pr,Nu、
Pe,Sc等 )
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二、具体内容
1.反应动力学模型建立：
由实验 提出模型假定 由实验数据待定模型参数
①模型识别 ②参数估值
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2.物性参数：如物料的 μ,ρ,λ,De等的求取，不一定都需要实测。有些物性数据及传递属性 (如导热系数、扩散系数等 )可从文献资料中查取，或用关联式加以估算
3.反应器数学模型 (一般情况就是两个 )：
①物料衡算式 反应器浓度分布
②能量衡算式 反应器温度分布
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综上所述，可见目前化学反应工程处理问题的方法是实验研究和理论分析并举。
在解决新过程的开发问题时，可先建立动力学和传递过程模型，然后再综合成整个过程的初步的数学模型，根据数学模型所作的估计来制定试验，特别是中间试验方案，然后用试验结果来修正和验证模型。
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数学模拟放大法的示意如下图：
明确任务建立数学模型解算数学模型修改模型实际应用图 1.2-2 数学模拟放大法的示意检验数学模型
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※ 一个好的数学模型必须是：
①有很好的思想性 —— 很简化的形式得以大致的计算结果；
②模型参数要有一定的适用范围。
三、半经验半理论的方法数学模型辅之以适当的经验成分。
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§ 1.3反应工程的学科系统和编排一、化学反应过程分类
1.按操作方式分类
① 分批 (或称间歇 )式操作 ；
② 连续式操作 ；
③ 半分批 (或称半连续 )式操作 。
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2.按传热情况分类
① 绝热反应操作；
②间接传热反应操作 (又分 外部换热型 和 自身换热型 )；
③直接传热反应操作 (又分 混合式,蒸发式,
蓄热式,内热式 )。
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3.按相态分类
①均相 (气相、液相 )；
②非均相 (气液相、气固相、液液相 )。
4.按反应装置的结构型式分类
①管式反应器；②塔式反应器；③釜式反应器；
④固定床反应器；⑤移动床反应器；⑥流化床等各种类型，每一类型之中又有种种不同的具体结构。
18:30
Thank you very much!
下一章
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间歇封闭系统返回
18:30
气
连续液气 液流动系统 返回
18:30
气
半连续气气 气流动系统返回
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原料固体催化剂生成物图 1.3-2 绝热型反应操作 返回
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原料冷却水夹套产物图 1.3-3 外部热交换型反应操作
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原料换热介质产品图 1.3-4 外部热交换型反应操作 返回
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产品原料图 1.3-5 内部热交换型反应操作 返回
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高温惰性气体原料 产物反应器图 1.3-6 混合反应操作返回
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冷却水图 1.3-7 蒸发式反应操作 返回
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气体反 蓄应 热燃料原料固体载热体图 1.3-8 蓄热式反应操作 返回
第一章 绪 论
§ 1.1化学反应工程学的范畴和任务
§ 1.2 化学反应工程研究方法
§ 1.3反应工程的学科系统和编排
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§ 1.1化学反应 工程学的范畴和任务
化学反应过程是物理与化学两类因素的综合体。
20世纪 50年代后反应工程成为一独立学科，我国 70年代后逐渐开设这门课。
过程工程不仅包含化学反应工程，还包含分离工程等：原料 → 净化 → 反应 → 分离 → 产品，核心是反应。
一、化学反应工程发展简述
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二、化学反应工程的范畴和任务范畴 作为反应工程本身的专门范畴是对各种反应过程进行工程分析，进行为技术开发所需要的各项研究，制定出最合理的技术方案和操作条件及进行反应器或反应系统的设计。
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反应工程与其它学科的关系反应工程化工热力学 工程控制传递过程催化剂化学工艺流体力学稳定性反应动力学计量化学最优化技术放大设计
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与化学反应工程学相关的其它学科有,
①化学热力学：
主要是确定物系的各种物性常数，分析反应的可能性和可能达到的程度等。
②反应动力学：
专门阐明化学反应速度与各项物理因素之间的定量关系。
③催化剂：
催化剂的问题一般属于化学或工艺的范畴。但也牵涉到许多工程上的问题。如粒内的传热、微孔中的扩散、催化剂扩大制备时各阶段操作条件对催化剂活性结构的影响、催化剂的活化和再生等等。
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④ 化学工艺：
主要是设备型式、操体方式和流程。
⑤传递工程：
装置中的动量传递、热量传递和质量传递 (简称,三传,)问题。
⑥工程控制,
一项反应技术的实施有赖于适当的操作控制。为此需要了解关于反应过程的动态特性和有关的最优化问题，不过应当注意的是对于反应装置而言是最优化的条件，末必与整个生产系统最优化所要求的条件相一致。
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化学反应工程学的任务
①改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜力
②开发新的技术和设备。
③指导和解决反应过程开发中的放大问题。
④实现反应过程的最优化。
⑤不断发展反应工程学的理论和方法。
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§ 1.2 化学反应工程研究方法一、数学模型法不论是设计，放大或控制，都需要对研究对象做出定量的描述，也就是要 用数学式来表达各参数间的关系，简称数学模型 。
在化学反应工程中，数学模型主要包括：
参数计算式动量衡算式热量衡算式物料衡算式动力学方程式
18:30
一个新技术的开发一般要经过下面三个步骤：
①实验数据 提出数学模型
②中型实验 数学模型验证
③数学模型的应用 大设备的设计放大的依据：相似论 (相似准数 Re,Pr,Nu、
Pe,Sc等 )
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二、具体内容
1.反应动力学模型建立：
由实验 提出模型假定 由实验数据待定模型参数
①模型识别 ②参数估值
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2.物性参数：如物料的 μ,ρ,λ,De等的求取，不一定都需要实测。有些物性数据及传递属性 (如导热系数、扩散系数等 )可从文献资料中查取，或用关联式加以估算
3.反应器数学模型 (一般情况就是两个 )：
①物料衡算式 反应器浓度分布
②能量衡算式 反应器温度分布
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综上所述，可见目前化学反应工程处理问题的方法是实验研究和理论分析并举。
在解决新过程的开发问题时，可先建立动力学和传递过程模型，然后再综合成整个过程的初步的数学模型，根据数学模型所作的估计来制定试验，特别是中间试验方案，然后用试验结果来修正和验证模型。
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数学模拟放大法的示意如下图：
明确任务建立数学模型解算数学模型修改模型实际应用图 1.2-2 数学模拟放大法的示意检验数学模型
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※ 一个好的数学模型必须是：
①有很好的思想性 —— 很简化的形式得以大致的计算结果；
②模型参数要有一定的适用范围。
三、半经验半理论的方法数学模型辅之以适当的经验成分。
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§ 1.3反应工程的学科系统和编排一、化学反应过程分类
1.按操作方式分类
① 分批 (或称间歇 )式操作 ；
② 连续式操作 ；
③ 半分批 (或称半连续 )式操作 。
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2.按传热情况分类
① 绝热反应操作；
②间接传热反应操作 (又分 外部换热型 和 自身换热型 )；
③直接传热反应操作 (又分 混合式,蒸发式,
蓄热式,内热式 )。
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3.按相态分类
①均相 (气相、液相 )；
②非均相 (气液相、气固相、液液相 )。
4.按反应装置的结构型式分类
①管式反应器；②塔式反应器；③釜式反应器；
④固定床反应器；⑤移动床反应器；⑥流化床等各种类型，每一类型之中又有种种不同的具体结构。
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原料冷却水夹套产物图 1.3-3 外部热交换型反应操作
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原料换热介质产品图 1.3-4 外部热交换型反应操作 返回
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产品原料图 1.3-5 内部热交换型反应操作 返回
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高温惰性气体原料 产物反应器图 1.3-6 混合反应操作返回
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