化学反应工程课件第一章1

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1、 课程沿革课程沿革 1985年年1990年反应器年反应器 1991年年2002年化学反应工程年化学反应工程 2002年年2005年化学反应工程 校优秀课年化学反应工程 校优秀课 2006年化学反应工程 校精品课年化学反应工程 校精品课 2007年化学反应工程 省精品课年化学反应工程 省精品课 2008年化学反应工程分析年化学反应工程分析 省研究生创新课省研究生创新课化学反应工程是化学反应工程是20世纪世纪50 年代发展起来的一门工程学科 ，利用自然科学的原理考查、 解释和处理化学反应过程中的 工程实际问题。年代发展起来的一门工程学科 ，利用自然科学的原理考查、 解释和处理化学反应过程中的 工程

2、实际问题。绪论绪论1均相反应动力学均相反应动力学2理想均相反应器理想均相反应器3讲授内容讲授内容 反应器中的混合现象反应器中的混合现象4气固相反应动力学和反应器气固相反应动力学和反应器5气液反应动力学和反应器气液反应动力学和反应器6化工学科的特点化工学科的特点化工学科的特点化工学科的特点From Chemical Engineering to Process Engineering *From Chemical Engineering to Process Engineering * * * * 第第第第190190190190次香山科学会议，次香山科学会议，次香山科学会议，次香山科学会议，2

3、002200220022002，9 9 9 9化工产品是如何生产的？化工产品是如何生产的？肥皂是如何制出来的肥皂是如何制出来的肥皂是如何制出来的肥皂是如何制出来的? ? How does the soap produced?How does the soap produced?铁矿制备钛白粉铁矿制备钛白粉 From iron ore to TiO2生物柴油(biodiesel)的生产过程 R1COCH2CHR1COR1CO CH2OOCH3 OOCH3CH3OHHOCOCH2CHHOCOHOCO CH2+从磷矿石生产磷酸从磷矿石生产磷酸 Process of Leaching Phosphat

4、e Ore化工设备化工设备 Chemical industry equipments石油化工厂概貌环氧乙烷装置环氧乙烷装置流化床催化裂化装置流化床催化裂化装置催化裂化联合装置催化裂化联合装置常减压蒸馏常减压蒸馏第第1章 绪论（章 绪论（Introduction）本章本章本章本章 讲授讲授讲授讲授 内容内容内容内容5 5反应器的设计与基本过程反应器的设计与基本过程反应器的设计与基本过程反应器的设计与基本过程1 1化学工程的发展历史化学工程的发展历史化学工程的发展历史化学工程的发展历史4 4反应器的操作方式反应器的操作方式反应器的操作方式反应器的操作方式6 6工业反应器的放大工业反应器的放大工业反

5、应器的放大工业反应器的放大2 2化学反应工程简介化学反应工程简介化学反应工程简介化学反应工程简介3 3化学反应器的类型化学反应器的类型化学反应器的类型化学反应器的类型一、化学反应工程的发展历史一、化学反应工程的发展历史1. 化学工业的发展过程化学工业的发展过程1）第一阶段：化学工艺学阶段）第一阶段：化学工艺学阶段化学工业？将原料经化学和物理方法加工而获得产品的工业过程。化学工业？将原料经化学和物理方法加工而获得产品的工业过程。在二十世纪以前的几百年时间里，出现了许多化学工业，如硫酸工业、制碱工业、制糖工业、造纸工业、皮革工业等。在二十世纪以前的几百年时间里，出现了许多化学工业，如硫酸工业、制碱

6、工业、制糖工业、造纸工业、皮革工业等。化学工艺学？化学工艺学？介绍每种工业从原料到产品的生产过程，这是最早的化学工程学。介绍每种工业从原料到产品的生产过程，这是最早的化学工程学。化学工业的诞生从从18世纪中叶至世纪中叶至20世纪初是化学工业的初级阶段。在这一阶段世纪初是化学工业的初级阶段。在这一阶段无机化工无机化工已初具规模，已初具规模，有机化工有机化工正在形成，正在形成，高分子化 工高分子化 工处于萌芽时期。第一个化工厂是在处于萌芽时期。第一个化工厂是在18世纪世纪40年代于英国建立的年代于英国建立的铅室法铅室法硫酸厂。硫酸厂。硫磺和硝石化学工业的诞生1791年法国科学家年法国科学家N.吕布

7、兰吕布兰以食盐为原料建厂，制得纯碱，标志着化学工业的诞生。以食盐为原料建厂，制得纯碱，标志着化学工业的诞生。无机化工无机化工用海盐与硫酸反应，生成硫酸钠，再与石灰石和煤一起煅烧（用海盐与硫酸反应，生成硫酸钠，再与石灰石和煤一起煅烧（900-1000）而成纯碱。）而成纯碱。17911793年，建成了第一座工厂。这一发明很快得到了广泛应用。此法沿用了一个世纪左右，直到年，建成了第一座工厂。这一发明很快得到了广泛应用。此法沿用了一个世纪左右，直到19世纪末才由索尔维法所取代。他的主要著作有结晶技术等。世纪末才由索尔维法所取代。他的主要著作有结晶技术等。第一步第一步利用硫酸将食盐转变为硫酸钠：利用硫酸

8、将食盐转变为硫酸钠：（气体洗涤器）（气体洗涤器）2NaCl + H2SO4 Na2SO4+ 2HCl 第二步第二步将硫酸钠与木炭、石灰石在炉中共热将硫酸钠与木炭、石灰石在炉中共热900-1000。炉中硫酸钠与木炭作用后生成硫化钠和一氧化碳。炉中硫酸钠与木炭作用后生成硫化钠和一氧化碳（旋转炉）（旋转炉）：Na2SO4+ 4C Na2S + 4CO 接着硫化钠与石灰石进行反应，生成碳酸钠和硫化钙： 接着硫化钠与石灰石进行反应，生成碳酸钠和硫化钙：Na2S + CaCO3 Na2CO3+ CaS由于产物中混有未反应的黑炭，因此产物成黑色灰状物，称为黑灰。黑灰中含由于产物中混有未反应的黑炭，因此产物成

9、黑色灰状物，称为黑灰。黑灰中含40%45%的碳酸钠。的碳酸钠。第三步第三步将黑灰用水将黑灰用水浸取浸取（浸溶装置），（浸溶装置），溶液经溶液经浓缩浓缩后碳酸钠后碳酸钠结晶结晶析出析出（带旋转刮刀的特兰炉）（带旋转刮刀的特兰炉）。硫化钙不易溶于水，沉淀成渣子被弃掉。硫化钙不易溶于水，沉淀成渣子被弃掉。2）第二阶段：单元操作(2）第二阶段：单元操作(Unit Operations) )从从20世纪初至战后的世纪初至战后的6070年代，这是化学工业真正成为大规模生产的主要阶段，一些主要领域都是在这一时期形成的。年代，这是化学工业真正成为大规模生产的主要阶段，一些主要领域都是在这一时期形成的。合成氨合

10、成氨和和石油化工石油化工得到了发展，得到了发展，高分子化工高分子化工进行了开发，进行了开发，精细化工精细化工逐渐兴起。逐渐兴起。合成氨工业合成氨工业20世纪初期，世纪初期，F.哈伯提出氮气和氢气直接合成氨的催化方法 ，催化极为含有少量钾、镁、铝、钙做助催化剂的铁催化剂。哈伯提出氮气和氢气直接合成氨的催化方法 ，催化极为含有少量钾、镁、铝、钙做助催化剂的铁催化剂。直接合成法直接合成法Click to add text Click to add text Click to add text Click to add text Click to add text Click to add text氰

11、化法制氨氰化法制氨合成氨工业发展史 （合成氨工业发展史 （ history of synthetic ammonia industry ）1898年德国人年德国人A 富兰克和富兰克和N 卡罗发现氰化法，并获 得专利。卡罗发现氰化法，并获 得专利。 1905年，德国氮肥公司建成世界上第一座 生产氰氨化钙的工厂。年，德国氮肥公司建成世界上第一座 生产氰氨化钙的工厂。1913年，巴登苯胺纯碱公司工业化1913年，巴登苯胺纯碱公司工业化1905年，年，F哈伯获得实验数据哈伯获得实验数据19世纪下半叶，认识世纪下半叶，认识反应可逆，高压，较低 温度，催化剂有利于反 应，德国物理化学的权 威能斯特提供了一

12、组实 验数据，依此法国化学 家勒夏特列进行试验引 起爆炸。反应可逆，高压，较低 温度，催化剂有利于反 应，德国物理化学的权 威能斯特提供了一组实 验数据，依此法国化学 家勒夏特列进行试验引 起爆炸。1905年德国物理化学家年德国物理化学家 F哈伯进行一系列实验， 证实了能斯特的计算是错 误的。在一位来自英国的 学生洛森诺的协助下，哈伯进行一系列实验， 证实了能斯特的计算是错 误的。在一位来自英国的 学生洛森诺的协助下， 1909年确定在年确定在600的高 温、的高 温、200个大气压和锇为 催化剂的条件下，能得到 产率约为个大气压和锇为 催化剂的条件下，能得到 产率约为6的合成氨， 在卡尔斯鲁

13、厄大学建立了 一个的合成氨， 在卡尔斯鲁厄大学建立了 一个80g/h的实验装置。的实验装置。德国巴登苯胺纯碱公司在德国化学家德国巴登苯胺纯碱公司在德国化学家A. 米塔斯提议下，于米塔斯提议下，于1912年用年用2500种不 同的催化剂进行了种不 同的催化剂进行了6500次试验，研制 成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的 价廉易得的铁催化剂。该公司的工程 师次试验，研制 成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的 价廉易得的铁催化剂。该公司的工程 师C.博施解决高温下氢气对钢材的腐 蚀。 于博施解决高温下氢气对钢材的腐 蚀。 于1912年在德国奥堡建成世界上 第一座日产年在德国奥堡建成世界上 第一座日产30t

14、合成氨的装置，合成氨的装置，1913年年 9月月9日开始运转。日开始运转。Fritz Haber (18681934)卡尔卡尔博施 （博施 （18741940）脱碳 脱硫脱碳 脱硫造气造气造气造气净化净化净化原 料净化原 料液氨分离压缩合成液氨分离压缩合成液氨分离压缩合成液氨分离压缩合成合成氨合成氨合成气合成气合成气合成气合成氨的生产总流程合成氨的生产总流程以氢气、一氧化碳为主要组分供化学合成用的一种原料气。按 合成气的不同来源、组成和用途，它们也可称为煤气、合成氨 原料气、甲醇合成气等。合成气的原料范围极广，生产方法甚 多，用途不一，组成（体积）有很大差别：以氢气、一氧化碳为主要组分供化学合

15、成用的一种原料气。按 合成气的不同来源、组成和用途，它们也可称为煤气、合成氨 原料气、甲醇合成气等。合成气的原料范围极广，生产方法甚 多，用途不一，组成（体积）有很大差别：H2 32-67、CO 10-57、CO2 2-28、CH4 0.1-14、N2 0.6-23。原料：煤、油、 天然气、油页岩、石油砂、农林废料、城市垃圾。原料：煤、油、 天然气、油页岩、石油砂、农林废料、城市垃圾。石油化工石油化工1920年美国用丙烯生产异丙醇，这是大规模发展石 油化工的开端年美国用丙烯生产异丙醇，这是大规模发展石 油化工的开端1939年美国开发了临氢催化重整过程，这成为芳烃 的重要来源年美国开发了临氢催化

16、重整过程，这成为芳烃 的重要来源1941年美国建成第一套以炼厂气为原料用管式炉裂 解制乙烯的装置年美国建成第一套以炼厂气为原料用管式炉裂 解制乙烯的装置1951年，以天然气蒸汽转化法得到一氧化碳及氢， 发展碳一化学年，以天然气蒸汽转化法得到一氧化碳及氢， 发展碳一化学200240360370C1C5轻质烷烃和少量轻油轻质烷烃和少量轻油38040028kPa常减压蒸馏工艺流程常减压蒸馏工艺流程130160kPa气提法用于脱除液体中溶解 气体和某些挥发性物质。即 载气通入混合液中，使之相 互充分接触，使其中溶解气 体和挥发性物质穿过气液界 面，向气相转移，从而达到 脱除的目的。常用空气或水 蒸汽作载气，前者称为吹 脱，后者称为气提。气提法用于脱除液体中溶解 气体和某些挥发性物质。即 载气通入混合液中，使之相 互充分接触，使其中溶解气 体和挥发性物