绪 论
?化学反应过程与设备概述
?化学反应器的分类
? 化学反应过程与设备概述
任何化学品的生产，都离不开三个阶段：原料预处理、化学反应、产品
精制。
化学反应过程是化工生产过程的核心
物理过程的原理和操作设备 ——, 流体流动与传热, 和, 传质与分离技
术,
化学反应过程的原理和反应设备 ——, 化学反应过程与设备,, 属于化
学反应工程的范畴
? 化学反应过程与设备的研究目的
研究目的：使 化学工业 生产中的反应过程 最优化 。
（ 1） 设计最优化：由给定的生产任务, 确定反应器的型式
和适宜的尺寸及其相应的操作条件
（ 2） 操作最优化：在反应器投产运行之后, 还必须根据各
种因素和条件的变化作相应的修正, 以使它仍能处于最优的
条件下操作
从实验室开发到工业生产存在 放大效应 。
在工业反应器中实际进行的过程不但包括有化学反应, 还伴随
有各种物理过程, 如热量的传递, 物质的流动, 混和和传递等,
所有这些传递过程使得反应器内产生温度分布和浓度分布, 从而
影响反应的最终结果 。
? 化学反应过程与设备的研究内容
? 化学动力学特性的研究,在实验室的小反应器内进
行，完全排除传递过程的影响。
? 流动、传递过程对反应的影响
处理整个反应工程的问题需要具备三个方面的知识（ 三传一反 ）：
a.化学反应的规律（反应动力学）；
b.传递过程的规律（质量、热量和动量的传递）；
c.上述两者的结合。
作用：
（ 1）反应器的合理选型
（ 2） 反应器操作的优选条件
（ 3） 反应器的工程放大
? 化学反应过程与设备的研究作用
? 以相似论和因次论为基础的经验法
基本程序：确定影响因素；
用因次分析法确定准数；
实验数据回归, 得出准数关联式；
根据相似论, 用准数关联式进行放大 。
? 化学反应过程与设备的基本研究方法
? 数学模型法
? 数学模型方法
用数学模型来分析和研究化学反应过程与设备的工程问题 。
数学模型就是用数学语言来表达过程各种变量之间的关系 。
? 数学模型方法的一般过程,
基本特征是过程的分解和过程的简化
将化学反应器内进行的过程分解为化学反应过程和物理传递
过程, 然后分别研究化学反应规律和传递过程规律 。
经过合理简化, 这些子过程都能建立数学方程表述, 化学反
应过程的性质, 行为和结果通过方程的联立求解获得 。
合理地简化来源于对过程有深刻的, 本质的理解 。
要求：不失真；
能满足应用的要求；
能适应当前实验条件, 以便进行模型鉴别和参数估值；
能适应现有计算机的能力 。
? 数学模型方法的实质
将复杂的实际过程按等效性原则做出合理的简化, 使之易于数
学描述 。 实验是基础, 数学方法和计算技术是成功的关键 。
? 按物料的聚集状态分
均相,气相：如石油烃管式裂解炉
液相：如乙酸丁酯的生产
非均相,g-l相：如苯的烷基化
g-s相：如合成氨
l-l相：如已内酰胺缩合
l-s相：如离子交换
g-l-s相：如焦油加氢精制
实质是按宏观动力学特性分类, 相同聚集状态反应有相同的动力学规律。
均相反应，反应速率主要考虑温度、浓度等因素，传质不是主要矛盾；
非均相反应过程，反应速率除考虑温度、浓度等因素外还与相间传质速
率有关。
? 化学反应器的分类
（ a） 管式反应器；
（ b）釜式反应器；
（ c）板式塔；
（ d）填料塔；
（ e）鼓泡塔；
（ f）喷雾塔；
（ g）固定床反应器；（ h）流化床反应器；（ i）移动床反应器；
（ j）滴流床反应器
实质是按传递过程的特征分类, 相同结构反应器内物料具有相同流动、
混和、传质、传热等特征。
? 据反应器结构分
? 根据温度条件和传热方式分类
? 根据温度条件分：等温, 非等温式反应器
? 根据传热方式分
绝热式：不与外界进行热交换
外热式：由热载体供给或移走热量,
又有间壁传热式, 直接传热式, 外循环传热式
之分 。
蒸发传热式：靠挥发性反应物, 产物, 溶剂的蒸发移除热量 。
?分批 (或称间歇 )式操作
一次性加入反应物料, 在一定条件下, 经过一定的反应时间, 达到
所要求的转化率时, 取出全部物料的生产过程 。 属非定态过程, 反应器
内参数随时间而变 。 适用：小批量, 多品种的生产过程 。
?半分批 (或称半连续 )式操作
原料与产物只要其中的一种为连续输入或输出而其余则为分批加入或
卸出的操作 。 属于非定态过程, 反应器内参数随时间而变, 也随反应器
内位置而变 。
?连续式操作
连续加入反应物料和取出产物的生产过程 。 属 定态过程, 反应器内
参数不随时间而改变, 适于大规模生产 。 11
? 按操作方式分
1、化学反应过程与设备的研究目的？
2、化学反应过程与设备的研究方法有两种？
3、按物料的聚集状态，反应器分为哪些型式？其实质是什么？
4、按反应器的结构分类，反应器分为哪些型式？其实质是什么？
5、化学反应器的操作方式分为哪三种？哪些属于定态过程？哪些属
于非定态过程？
? 思考题：
?化学反应过程与设备概述
?化学反应器的分类
? 化学反应过程与设备概述
任何化学品的生产，都离不开三个阶段：原料预处理、化学反应、产品
精制。
化学反应过程是化工生产过程的核心
物理过程的原理和操作设备 ——, 流体流动与传热, 和, 传质与分离技
术,
化学反应过程的原理和反应设备 ——, 化学反应过程与设备,, 属于化
学反应工程的范畴
? 化学反应过程与设备的研究目的
研究目的：使 化学工业 生产中的反应过程 最优化 。
（ 1） 设计最优化：由给定的生产任务, 确定反应器的型式
和适宜的尺寸及其相应的操作条件
（ 2） 操作最优化：在反应器投产运行之后, 还必须根据各
种因素和条件的变化作相应的修正, 以使它仍能处于最优的
条件下操作
从实验室开发到工业生产存在 放大效应 。
在工业反应器中实际进行的过程不但包括有化学反应, 还伴随
有各种物理过程, 如热量的传递, 物质的流动, 混和和传递等,
所有这些传递过程使得反应器内产生温度分布和浓度分布, 从而
影响反应的最终结果 。
? 化学反应过程与设备的研究内容
? 化学动力学特性的研究,在实验室的小反应器内进
行，完全排除传递过程的影响。
? 流动、传递过程对反应的影响
处理整个反应工程的问题需要具备三个方面的知识（ 三传一反 ）：
a.化学反应的规律（反应动力学）；
b.传递过程的规律（质量、热量和动量的传递）；
c.上述两者的结合。
作用：
（ 1）反应器的合理选型
（ 2） 反应器操作的优选条件
（ 3） 反应器的工程放大
? 化学反应过程与设备的研究作用
? 以相似论和因次论为基础的经验法
基本程序：确定影响因素；
用因次分析法确定准数；
实验数据回归, 得出准数关联式；
根据相似论, 用准数关联式进行放大 。
? 化学反应过程与设备的基本研究方法
? 数学模型法
? 数学模型方法
用数学模型来分析和研究化学反应过程与设备的工程问题 。
数学模型就是用数学语言来表达过程各种变量之间的关系 。
? 数学模型方法的一般过程,
基本特征是过程的分解和过程的简化
将化学反应器内进行的过程分解为化学反应过程和物理传递
过程, 然后分别研究化学反应规律和传递过程规律 。
经过合理简化, 这些子过程都能建立数学方程表述, 化学反
应过程的性质, 行为和结果通过方程的联立求解获得 。
合理地简化来源于对过程有深刻的, 本质的理解 。
要求：不失真；
能满足应用的要求；
能适应当前实验条件, 以便进行模型鉴别和参数估值；
能适应现有计算机的能力 。
? 数学模型方法的实质
将复杂的实际过程按等效性原则做出合理的简化, 使之易于数
学描述 。 实验是基础, 数学方法和计算技术是成功的关键 。
? 按物料的聚集状态分
均相,气相：如石油烃管式裂解炉
液相：如乙酸丁酯的生产
非均相,g-l相：如苯的烷基化
g-s相：如合成氨
l-l相：如已内酰胺缩合
l-s相：如离子交换
g-l-s相：如焦油加氢精制
实质是按宏观动力学特性分类, 相同聚集状态反应有相同的动力学规律。
均相反应，反应速率主要考虑温度、浓度等因素，传质不是主要矛盾；
非均相反应过程，反应速率除考虑温度、浓度等因素外还与相间传质速
率有关。
? 化学反应器的分类
（ a） 管式反应器；
（ b）釜式反应器；
（ c）板式塔；
（ d）填料塔；
（ e）鼓泡塔；
（ f）喷雾塔；
（ g）固定床反应器；（ h）流化床反应器；（ i）移动床反应器；
（ j）滴流床反应器
实质是按传递过程的特征分类, 相同结构反应器内物料具有相同流动、
混和、传质、传热等特征。
? 据反应器结构分
? 根据温度条件和传热方式分类
? 根据温度条件分：等温, 非等温式反应器
? 根据传热方式分
绝热式：不与外界进行热交换
外热式：由热载体供给或移走热量,
又有间壁传热式, 直接传热式, 外循环传热式
之分 。
蒸发传热式：靠挥发性反应物, 产物, 溶剂的蒸发移除热量 。
?分批 (或称间歇 )式操作
一次性加入反应物料, 在一定条件下, 经过一定的反应时间, 达到
所要求的转化率时, 取出全部物料的生产过程 。 属非定态过程, 反应器
内参数随时间而变 。 适用：小批量, 多品种的生产过程 。
?半分批 (或称半连续 )式操作
原料与产物只要其中的一种为连续输入或输出而其余则为分批加入或
卸出的操作 。 属于非定态过程, 反应器内参数随时间而变, 也随反应器
内位置而变 。
?连续式操作
连续加入反应物料和取出产物的生产过程 。 属 定态过程, 反应器内
参数不随时间而改变, 适于大规模生产 。 11
? 按操作方式分
1、化学反应过程与设备的研究目的？
2、化学反应过程与设备的研究方法有两种？
3、按物料的聚集状态，反应器分为哪些型式？其实质是什么？
4、按反应器的结构分类，反应器分为哪些型式？其实质是什么？
5、化学反应器的操作方式分为哪三种？哪些属于定态过程？哪些属
于非定态过程？
? 思考题：
