化学反应器理论概述copy省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

化化 学学 反反 应应 器器 理理 论论 文利雄文利雄有机无机复合材料国家重点试验室有机无机复合材料国家重点试验室教育部超重力工程研究中心教育部超重力工程研究中心 北京化工大学化学工程学院北京化工大学化学工程学院 ()1第1页Time&Classroom Week 1-13Thursday 13:00 16:25 Room:北阶六北阶六 Credits:3.0 Hours:48 2第2页Syllabus（教学纲领教学纲领）预修课程：预修课程：化学反应工程及相关基础化学反应工程及相关基础 课程介绍：课程介绍：围绕化工、能源、环境、新材料等围绕化工、能源、环境、新材料等工业过程，重点剖析化学反应器基本原理、理论工业过程，重点剖析化学反应器基本原理、理论和设计方法，阐述反应器工业放大规律和方法，和设计方法，阐述反应器工业放大规律和方法，介绍工业反应器操作和控制等，方便较系统地了介绍工业反应器操作和控制等，方便较系统地了解和掌握化学反应器理论及设计。解和掌握化学反应器理论及设计。教材：教材：陈甘棠，化学反应工程，第三版，北京：陈甘棠，化学反应工程，第三版，北京：化学工业出版社，化学工业出版社，3第3页参考书参考书 1.O.Levenspiel,Chemical Reaction Engineering,John Wiley&Sons,Third Edition,1999 2.G.F.弗弗罗罗门门特特，K.B.比比肖肖夫夫，反反应应器器分分析析与与设计，北京：化学工业出版社，设计，北京：化学工业出版社，19853.孙孙宏宏伟伟，段段雪雪主主编编，化化学学工工程程学学科科前前沿沿与与展展望望，北京：科学出版社，北京：科学出版社，4.张张成成芳芳编编，气气液液反反应应和和反反应应器器，北北京京：化化学学工工业出版社，业出版社，19855.郭锴等编，本校化学反应工程教材郭锴等编，本校化学反应工程教材4第4页AChemical Reaction Engineering 3rd edition by Octave LevenspielDr.Seuss of Chemical EngineeringDr.Seuss of Chemical Engineering 5第5页Supplementary（参考教材参考教材）BEYOND THE MOLECULAR FRONTIER Challenges for Chemistry and Chemical Engineering The National Academies Press,USAThe National Academies Press,USA Free online6第6页Supplementary Beyond transport phenomena and reaction engineering Mooson Kwauk（郭慕孙郭慕孙）Chemical Engineering Science 59()1613 1616Top ChE journals?7第7页成绩成绩 考试：考试：占占70；作业包含作业包含 PPT演讲：演讲：占占15；平时表现成绩：平时表现成绩：占占15。8第8页Requirements Finish and turn in home work Self study Code of honor Interactive Be creative Turn off/set mobile to vibration9第9页教学纲领内容与安排教学纲领内容与安排 绪论绪论绪论绪论 反应器理论基础反应器理论基础反应器理论基础反应器理论基础 固定床催化反应器固定床催化反应器固定床催化反应器固定床催化反应器 流化床反应器流化床反应器流化床反应器流化床反应器 PPTPPTPPTPPT演讲演讲演讲演讲 其它多相流反应器其它多相流反应器其它多相流反应器其它多相流反应器 超重力旋转填充床反应器超重力旋转填充床反应器超重力旋转填充床反应器超重力旋转填充床反应器 聚合反应工程聚合反应工程聚合反应工程聚合反应工程10第10页第一章第一章 绪绪 论论1.1 1.1 化学反应器理论在战略新兴产业、传化学反应器理论在战略新兴产业、传统产业中应用和作用统产业中应用和作用 化学反应应用和作用化学反应应用和作用化学反应应用和作用化学反应应用和作用制造新物质、消除有害物、降低能制造新物质、消除有害物、降低能制造新物质、消除有害物、降低能制造新物质、消除有害物、降低能耗耗耗耗 生命科学：制药工业生命科学：制药工业 信息工业：计算机芯片制造、信息工业：计算机芯片制造、信息工业：计算机芯片制造、信息工业：计算机芯片制造、信息材料信息材料信息材料信息材料 纳米科技：纳米材料、纳米器件制造纳米科技：纳米材料、纳米器件制造 能源：石油工业，煤化工，生物质能源能源：石油工业，煤化工，生物质能源 环境工业：脱硫脱硝、碳捕集、生化反应水治理等环境工业：脱硫脱硝、碳捕集、生化反应水治理等 传统工业：化工、纺织、冶金、建筑传统工业：化工、纺织、冶金、建筑.11第11页化学反应器化学反应器化学反应过程进行并得以实现环化学反应过程进行并得以实现环化学反应过程进行并得以实现环化学反应过程进行并得以实现环境和场地，即装置。境和场地，即装置。境和场地，即装置。境和场地，即装置。化学反应器化学反应器 影响和决定反应结果与效果，在高新影响和决定反应结果与效果，在高新技术领域中，是技术和过程实现关键技术领域中，是技术和过程实现关键。12第12页Chemical Plant13第13页ChemicalEquipment14第14页15第15页Industrial examples(I)Production of Synthesis Gas-Reforming Synthesis gas:A mixture of CO and H2 Is produced from natural gas by reaction with H2O and O2:CH4+H2O CO+3H2CH4+O2 CO+2H2CH4+2O2 CO2+2H2OCO+H2O CO2+H2 Synthesis gas is applied for the production of many bulk chemicals such as methanol,ammonia,hydrogen,liquid fuels(gasoline and methanol),formic and acetic acid 第16页Industrial examples(I)Production of Synthesis GasAuto-thermal reforming reactor:Initial sub-stoichiometric com-bustion followed by a catalytic conversion in a packed bed.Eposition第17页Industrial examples(II)Power plant for combustion of gas/oil/coal/biomass1.Boiler(reactor，流化床)7.DeNOx reactor2.Mills8.Air preheater3.Burners9.Electro filter4.Turbine/generator10.Desulfurization5.Condensator11.Gypsum storage6.Feed water pump12.Chimney第18页Industrial examples(II)Power plant for combustion of gas/oil/coal/biomassDeNOx reactor:Main reaction:NO+NH3+O2 N2+3/2H2OCharacteristics:Catalyst:V2O5/WO3 on a TiO2 carrierOperating temperature:300-400 CNOx-reduction:80-90%Life time:3-5 years by HD coal comb.第19页Industrial examples(II)Power plant for combustion of gas/oil/coal/biomassDesulfurization:SO2(g)+CaCO3(s)+O2(g)+2H2O CaSO4,2H2O(s)+CO2(g)Three-phase slurry reactor:第20页CompressorMixing of nutrient mediumWaterInoculation flaskSeed fermenterAirSterile filterFermented broth forrecovery of enzymeCooling waterExhaustSterilizationRaw materialsGround grain/cornStarchGlucoseSugarSoy bean mealGlutenCorn steep liquorCaseinPhosphatesSulphatesAmmonium saltsCarbohydrates:Proteins:Salts:FermentationIndustrial examples(III)第21页Batch Reactor（间歇反应器）（间歇反应器）Fed-batch第22页Batch reactorPharmaceutical production Batch reactor at Lundbeck第23页Why Batch Reactors?It is used for:Small scale operations Intermediate or one shot production/testing new processes Pharmaceutical/Fermentation Gas/Liquid/Liquid-Solid phase reaction Advantage:High conversion Operational flexibility Disadvantage:High labor cost Product quality may vary Difficult but possible to achieve large scale production第24页Continuous Stirred Tank Reactor(CSTR)Mixed Flow Reactor（全混流（全混流）第25页Why CSTR It is used for:Processes requiring agitation Mostly liquid phase reactions Advantage:Continuous operation(normally operated at steady state)Good temperature control Low cost Disadvantage:Low conversion of reactants,but there are exceptions Why do we get low conversion?第26页Tubular Reactor(Plug Flow Reactor(PFR)，平推流平推流)第27页Why Tubular Reactors It is used for:Gas phase reactions Large scale,fast reactions Advantage:Continuous operation Relatively easy to maintain High conversion Low operating cost Disadvantage:Difficult to control temperature for exothermic or endothermic reactions第28页Other Reactors Semibatch Fed-batch Typically one reactant is charged initially and the other is fed continuously Tubular fixed(packed)bed reactor Tubular reactor packed with catalyst particles Fluidized bed reactor:Catalyst particles are fluidized by the reaction mixture flowing upwards through the fluidized particles Transport reactors:Catalyst/solid reactant particles are entrained by the reaction mixture第29页Fluidized bed catalytic reactors for exothermic reactions 丙烯腈丙烯腈顺丁烯二酐顺丁烯二酐,马来酸酐马来酸酐 Some more reactors(II)第30页Complicated reactors31第31页32第32页Reaction types Homogeneous single-phase:Gas phase Liquid phase Heterogeneous two-phase reactions:Gas fixed(solid)catalyst Gas solid reactant Liquid fixed(solid)catalyst Liquid liquid(immiscible)Gas-liquid Heterogeneous three-phase reactions:Gas liquid solid catalyst第33页北京化工大学北京化工大学 石油化工知识石油化工知识概概 述述黑黑色色褐褐色色或或黄黄色色流流动动或或半半流流动动粘粘稠稠液液体体，相相对对密度普通介于密度普通介于0.800.980.800.98之间，比水略轻之间，比水略轻石油元素组成石油元素组成 石石石石 油油油油石油化工石油化工石油化工石油化工 石石油油化化学学工工业业简简称称石石油油化化工工，指指以以石石油油和和天天然然气气为为原原料料，生生产产石石油油产产品品和和石石油油化化工工产产品品加加工工工工业业，是化学工业主要组成部分是化学工业主要组成部分 传统化工传统化工传统化工传统化工 34第34页常常减减压压蒸蒸馏馏原油原油原油原油汽汽油油馏馏分分煤煤柴柴油油馏馏分分润润滑滑油油馏馏分分渣渣油油催催化化重重整整催催化化加加氢氢催催化化裂裂化化热热加加工工汽油汽油煤油煤油柴油柴油重质油重质油燃燃料料油油润润滑滑油油沥沥 青青石石 蜡蜡石油焦石油焦“三苯三苯”乙烯乙烯丙烯丙烯丁二烯丁二烯“三烯三烯”有有机机化化工工原原料料苯苯甲苯甲苯二甲苯二甲苯合成合成树脂树脂高压聚乙烯高压聚乙烯低压聚乙烯低压聚乙烯线性低密度聚乙烯线性低密度聚乙烯聚氯乙烯聚氯乙烯聚丙烯聚丙烯聚苯乙烯聚苯乙烯合成合成纤维纤维涤纶涤纶腈纶腈纶锦纶锦纶丙纶丙纶维纶维纶其它（碳纤维等）其它（碳纤维等）合成合成橡胶橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶顺丁橡胶 氯丁橡胶氯丁橡胶丁腈橡胶丁腈橡胶其它其它石油炼制工业石油炼制工业石油产品石油产品石化产品石化产品石油化工产业链石油化工产业链 35第35页北京化工大学北京化工大学 石油化工知识石油化工知识中国燕山石化企业中国燕山石化企业炼油车间炼油车间分离平台分离平台36第36页北京化工大学北京化工大学 石油化工知识石油化工知识纤维纤维氯乙烯氯乙烯氨氧化催化氨氧化催化 氧化催化氧化催化氧化催化氧化催化 氧化催化氧化催化 氧氯化催化氧氯化催化网球拍网球拍高尔夫球棍高尔夫球棍毛衣毛衣温室塑料棚温室塑料棚酐酐石脑油石脑油（轻汽油）（轻汽油）丁烯丁烯乙烯乙烯萘萘丙烯丙烯涂料涂料顺顺苯酐苯酐维维碳碳纤纤头盔头盔 二甲苯二甲苯聚聚酯酯石化工业石化工业FRP船船丙烯腈丙烯腈37第37页北京化工大学北京化工大学 石油化工知识石油化工知识（1 1）抗生素药品制备）抗生素药品制备应用实例应用实例甲苯甲苯缩合缩合醚化醚化胺化胺化环合环合水解水解中和中和哌嗪化哌嗪化成盐成盐原原原原料料料料药药药药产产产产品品品品结晶分离结晶分离纳米化纳米化纳米抗生素药品纳米抗生素药品38第38页北京化工大学北京化工大学 石油化工知识石油化工知识（2 2）洗衣粉制备）洗衣粉制备应用实例应用实例十二烷基苯磺酸盐十二烷基苯磺酸盐缩合缩合十二烷基苯十二烷基苯磺化磺化抗再沉淀剂抗再沉淀剂泡沫促进剂泡沫促进剂 荧光增白剂荧光增白剂 料浆调理剂料浆调理剂 酶制剂酶制剂 香料色素香料色素其它助剂其它助剂洗衣粉洗衣粉其它表面活性剂其它表面活性剂原油原油丙烯丙烯苯苯有机化工原料有机化工原料丙烯四聚物丙烯四聚物裂解裂解重整重整十二烷基苯磺酸盐十二烷基苯磺酸盐（表面活性剂）（表面活性剂）39第39页例：涤纶合成例：涤纶合成（对二甲苯）（对二甲苯）HOCCOCH2CH2OHOOn重复结构单元重复结构单元 结构单元结构单元 结构单元结构单元+（乙二醇）（乙二醇）（对苯二甲酸）（对苯二甲酸）nn（涤纶）（涤纶）（3 3）合成纤维）合成纤维 合成纤维合成纤维是以石油、天然气为原料，经过一系列反应合成高分子化合物，经纺丝和后加工而制得纤维 我国合成纤维年产量为我国合成纤维年产量为1860万吨万吨占全球产量占全球产量32%（）（）氧化氧化CH2=CH2氧化氧化化化纤纤衣衣服服应用实例应用实例40第40页北京化工大学北京化工大学 石油化工知识石油化工知识聚酯纤维（涤纶或确良）聚酰胺6纤维（锦纶或尼龙6）聚丙烯腈纤维（腈纶）聚丙烯纤维（丙纶）聚乙烯醇缩甲醛纤维（维纶）特种纤维 耐腐蚀、耐高温、高强度等（碳纤维）常见合成纤维常见合成纤维41第41页传统产业节能减排应用传统产业节能减排应用-化学工业地位与问题化学工业地位与问题地位国民经济地位国民经济主要支柱产业主要支柱产业主要支柱产业主要支柱产业 美、德国产业排序美、德国产业排序美、德国产业排序美、德国产业排序第第第第2 2位位位位 我国创造了我国创造了我国创造了我国创造了12%12%GDPGDP值值值值(工业总产值工业总产值工业总产值工业总产值30%30%)问题高能耗、高污染和高物耗问题高能耗、高污染和高物耗问题高能耗、高污染和高物耗问题高能耗、高污染和高物耗能源消费量约占全国总能源量能源消费量约占全国总能源量9%，占全国工业能源消费总量近占全国工业能源消费总量近17%废水排放量占全国工业废水排放总量废水排放量占全国工业废水排放总量 16，居第，居第1位位42第42页43化学工业节能减排化学工业节能减排-国家重大紧迫任务国家重大紧迫任务 重大需求重大需求重大需求重大需求 l石油与化工居工业能耗石油与化工居工业能耗 第第1位位，约占工业总能耗约占工业总能耗26.5%l化工废水排放占工业废水排放化工废水排放占工业废水排放 总量总量19.7，居第居第1位位化学工业化学工业高能耗、高污染等高能耗、高污染等“三高三高”问问题题 26.5%冶金冶金 能源开采能源开采 交通交通 23.8%12.7%10%16%建材建材化工化工时任国务院总理温家宝五一全国节能减排工作电视电话会议讲话“石油与化工行业节能减排，是推进全国节能减排工作当务之急，也是当前宏观调控紧迫任务。”注：43第43页How to design a reactor?Objectives Aimtype(structure)sizeoperatemethod44第44页4545EXAMPLE Theelementaryliquid-phasereactionTask:designareactorandprocessthatyoucanproduce100kgRperday.A+2BRk1k245第45页4646EXAMPLE:Mixed flow reactor performanceTheelementaryliquid-phasereactionistotakeplaceinasteady-statemixedflowreactor.Twofeedstreams,onecontaining2.8molA/literandtheothercontaining1.6molB/liter,aretobeintroducedatequalvolumetricflowrates(5000 liter/min)intothereactor,and75%conversionoflimitingcomponentisdesired.Whatshouldbethevolumeofthereactor?Assumeaconstantdensitythroughout.A+2BRk1k246第46页Design the right reactor!Objectives Kinetics Reactors:mixing/transport Aimtype(structure)sizeoperatemethod47第47页Momentum Transfer（浓度浓度）CA0CAABrA=kCACA=CA0e-ktA经典经典“三传一反三传一反”48第48页Heat Transfer（温度温度）ABrA=kCAk=k0e-E/RTCA0CAA49第49页Mass Transfer（浓度浓度）R50第50页BatchContinuousSemi-continuousThe Patterns of Operation51第51页多尺度多尺度/微纳尺度结构下微纳尺度结构下“三传一反三传一反X”规律规律 52第52页1secto3yr-Withsuchalargeratio,ofcoursethedesignofreactorswillbequitedifferentinthesecases.Speed of Chemical Reaction（时间多尺度时间多尺度）10-410-310-210-1110Cellularrxs.IndustrialwatertreatmentplantsHumanatrestWorkinghardGasesinporouscatalystparticlesCoalfurnaces1031041091010JetenginesRocketenginesBimolecularrxs.inwhicheverycollisioncounts,atabout1atmand400(unit:mol/m3.s)反应过程复杂性特点：反应过程复杂性特点：时空多尺度时空多尺度 53第53页10-12 m 10-9 m 10-6 m 10-3 m 100 m 103 m 106m -+-+分子分子 纳米聚团纳米聚团 气泡气泡/液滴液滴/颗粒颗粒 气泡群气泡群/液滴群液滴群/多颗粒多颗粒 反应器反应器 工厂工厂（微观微观）（介观介观）（宏观宏观）54第54页产品产品工程工程过程过程工程工程19001920194019601980工程模块化工程模块化炼油、煤炭炼油、煤炭试验经验试验经验单元操作单元操作 设备共性设备共性经验经验 定量定量大规模石化大规模石化工业工业数学、物理数学、物理三传一反三传一反 现象共性现象共性结构界面共性结构界面共性 多尺度多尺度/微纳尺度结构下微纳尺度结构下“三传一反三传一反X”规律规律过过过过程程程程强强强强化化化化 前沿方向前沿方向 学科背景学科背景学科背景学科背景 化学工程学科发展史化学工程学科发展史 学科前沿学科前沿55第55页56第56页57第57页58第58页59第59页传递现象传递现象-化工理论基础化工理论基础1960年，年，R.B.Bird,W.E.Stewart,E.N.Lightfoot出版了出版了Transport Phenomena（中（中译本在译本在1990年出版），从分子水年出版），从分子水平阐述单元操作、化学反应过程、平阐述单元操作、化学反应过程、设备设计与过程控制中共性科学设备设计与过程控制中共性科学问题问题1969年年3W出版了动量、热量和出版了动量、热量和质量传递原理（已经出第四版）质量传递原理（已经出第四版）60第60页化学反应工程化学反应工程-化工理论基础化工理论基础1962年，美国年，美国Oregon大大学化工系学化工系O.Levenspiel出版了出版了Chemical Reaction Engineering成为化学工程科学发展成为化学工程科学发展又一个主要里程碑。又一个主要里程碑。A61第61页62第62页63第63页64第64页产品产品工程工程过程过程工程工程19001920194019601980工程模块化工程模块化炼油、煤炭炼油、煤炭试验经验试验经验单元操作单元操作 设备共性设备共性经验经验 定量定量大规模石化大规模石化工业工业数学、物理数学、物理三传一反三传一反 现象共性现象共性结构界面共性结构界面共性 多尺度多尺度/微纳尺度结构下微纳尺度结构下“三传一反三传一反X”规律规律过过过过程程程程强强强强化化化化 前沿方向前沿方向 学科背景学科背景学科背景学科背景 化学工程学科发展史化学工程学科发展史 学科前沿学科前沿65第65页反应过程强化？反应过程强化？66第66页约约90%化工生产过程与反应相关化工生产过程与反应相关化学反应是化学工业关键化学反应是化学工业关键很大程度上决定了能源与资源消耗和污染排放水平很大程度上决定了能源与资源消耗和污染排放水平反应过程强化反应过程强化从源头上实现能源和资源更合理地利用，并大幅度提升原从源头上实现能源和资源更合理地利用，并大幅度提升原子有效利用率和生产效率，降低废物生成与排放子有效利用率和生产效率，降低废物生成与排放节能、降耗、环境保护、紧凑、安节能、降耗、环境保护、紧凑、安全全推进化学工业向节约型清洁生产模式转变推进化学工业向节约型清洁生产模式转变推进化学工业向节约型清洁生产模式转变推进化学工业向节约型清洁生产模式转变67第67页Process IntensificationC.Ramshaw,the 1st international conference on process intensification;Stankiewicz,Chem.Eng.Progress,96910,22-34;J.of Chem Eng and Processing,doi:10.1016/.04.012;Chem.Eng.J.,135,1-2 The concepts of PI were originally pioneered in the 1970s by Colin Ramshaw and his co-workers at ICI,where PI was defined as a reduction in plant size by at least a factor 100.PI is about providing a chemical process with the precise environment it needs to flourish,which results in better products,and processes which are safer,cleaner,smaller and cheaper.所谓所谓“化工过程强化化工过程强化”技术，技术，是指是指“在实现既定生产目标在实现既定生产目标前提下，大幅度减小生产设前提下，大幅度减小生产设备尺寸、简化工艺流程、降备尺寸、简化工艺流程、降低装置数目，使工厂布局愈低装置数目，使工厂布局愈加紧凑合理，单位能耗、废加紧凑合理，单位能耗、废料、副产品显著降低料、副产品显著降低”技术。技术。68第68页1secto3yr-Withsuchalargeratio,ofcoursethedesignofreactorswillbequitedifferentinthesecases.Speed of Chemical Reaction（时间多尺度时间多尺度）10-410-310-210-1110Cellularrxs.IndustrialwatertreatmentplantsHumanatrestWorkinghardGasesinporouscatalystparticlesCoalfurnaces1031041091010JetenginesRocketenginesBimolecularrxs.inwhicheverycollisioncounts,atabout1atmand400(unit:mol/m3.s)反应：反应：特征反应时间特征反应时间 69第69页反应器类型反应器类型操作条件操作条件混合时间混合时间tm出处出处 搅拌槽反应器搅拌槽反应器间歇间歇15-110 ms1撞击流反应器撞击流反应器连续连续1.5-25 m s2套管反应器套管反应器连续连续2-20 ms3T型微通道反应器型微通道反应器连续连续0.8-6 ms4毛细撞击流反应器毛细撞击流反应器连续连续/半连续半连续0.2-0.6 ms5超重力反应器超重力反应器连续连续0.01-0.25 ms6库艾特反应器库艾特反应器连续连续0.1-1 ms7受限撞击流受限撞击流连续连续 9 m s8Y型微通道反应器型微通道反应器连续连续0.01-1 ms91Chem.Eng.Sci.,55(19),4233-4243.2北京化工大学学报,36(6).3Ind.Eng.Chem.Res.,48,5004-5009.4Sensors and Actuators B.,117(2),495-508.5Ourstudy-Microimpingingstreamreactor6Chem.Eng.J.,156(3),588-593.7Chem.Eng.Sci.,56,3797-3802.8AIChE J.,49(9),2264-2280.9Chinese J.Chem.Eng.,17.反应器：反应器：微观混合时间微观混合时间 70第70页 起源：起源：国际态势国际态势国际态势国际态势A.Stankiewcz,Chem.Eng.Prog.,过程强化技术过程强化技术 71第71页特征反应时间与微观混合时间关系特征反应时间与微观混合时间关系Habchi,C.;Della Valle,D.;Lemenand,T.;Anxionnaz,Z.;Tochon,P.;Cabassud,M.;Gourdon,C.;Peerhossaini,H.:A new adaptive procedure for using chemical probes to characterize mixing.Chemical Engineering Science,66,3540-3550.72第72页1.2 1.2 化学反应器研究范围与基本内容化学反应器研究范围与基本内容 反应动力学反应动力学反应动力学反应动力学 反应器型式、操作和流程反应器型式、操作和流程反应器型式、操作和流程反应器型式、操作和流程 反应器内流体力学反应器内流体力学反应器内流体力学反应器内流体力学 反应器内传递过程反应器内传递过程反应器内传递过程反应器内传递过程 反应器内混合过程反应器内混合过程反应器内混合过程反应器内混合过程 反应器动态特征与控制反应器动态特征与控制反应器动态特征与控制反应器动态特征与控制 反应器开发与设计反应器开发与设计反应器开发与设计反应器开发与设计73第73页均相反应：均相反应：冷模试验，确定中试冷模试验，确定中试反应器停留时间分布反应器停留时间分布特征；特征；依据反应动力学方程，依据反应动力学方程，选择适当反应器进行选择适当反应器进行中试。中试。气固相催化反应：气固相催化反应：依据反应特征，决定依据反应特征，决定催化剂结构、尺寸；催化剂结构、尺寸；催化剂传递特征试验；催化剂传递特征试验；经过中试决定工业反经过中试决定工业反应操作方式。应操作方式。74第74页1.3 1.3 化学反应器研究与设计方法论与实践论化学反应器研究与设计方法论与实践论试验测定：动力学模型与传递过程规律模型试验测定：动力学模型与传递过程规律模型数学模型：（动力学、物料衡算、热量衡算、数学模型：（动力学、物料衡算、热量衡算、动量衡算、参数衡算动量衡算、参数衡算)制订试验方案，中间试验制订试验方案，中间试验验证修正模型验证修正模型工业化装置设计与试验工业化装置设计与试验验证完善数学模型验证完善数学模型应用于新生产线设计应用于新生产线设计75第75页搅拌式：适合用于液相、液液相、气液相搅拌式：适合用于液相、液液相、气液相管式：气相、液相管式：气相、液相空塔或搅拌塔：液相、液液相空塔或搅拌塔：液相、液液相鼓泡塔或挡板鼓泡塔：气液相、气液固相鼓泡塔或挡板鼓泡塔：气液相、气液固相填料塔：液相、气液相填料塔：液相、气液相板式塔：气液相板式塔：气液相喷雾塔：气液相快速反应喷雾塔：气液相快速反应湿壁塔：气液相湿壁塔：气液相固定床：气固相固定床：气固相流化床：气固相、气液固相流化床：气固相、气液固相移动床：气固相移动床：气固相 滴流床：气液固相滴流床：气液固相 1.4 1.4 化学反应器型式化学反应器型式76第76页 改进和强化现有反应技术与设备，挖潜降耗、增效改进和强化现有反应技术与设备，挖潜降耗、增效改进和强化现有反应技术与设备，挖潜降耗、增效改进和强化现有反应技术与设备，挖潜降耗、增效 开发新技术、工艺和反应器设备开发新技术、工艺和反应器设备开发新技术、工艺和反应器设备开发新技术、工艺和反应器设备 指导和处理反应器及反应过程放大问题指导和处理反应器及反应过程放大问题指导和处理反应器及反应过程放大问题指导和处理反应器及反应过程放大问题 实现反应过程最优化实现反应过程最优化实现反应过程最优化实现反应过程最优化 发展反应工程学理论和方法发展反应工程学理论和方法发展反应工程学理论和方法发展反应工程学理论和方法学过化学反应器硕士，应该含有技能学过化学反应器硕士，应该含有技能77第77页Engineers make things and they make things better.Subra Suresh,Dean of MIT School of Engineering 78第78页