精细化工过程与设备一绪论课件.ppt

1、2022-6-23应用化学教研室孟小华2022-6-23本课程的教学目的本课程的教学目的使学生在化工原理的基础上进一步了解化工过程与设备从而为精细化学品的生产和开发打下必要的工程基础。本课程是应用化学专业的专业本课程是应用化学专业的专业/限选课。限选课。教材：杨春晖 郭亚军主编精细化工过程与设备.哈尔滨工业大学出版社 理论课时：理论课时：48学时学时（考试课）（考试课）2022-6-23第一章第一章第一章2022-6-231.1 1.1 精细化工生产的特点及其对反应设备的要求精细化工生产的特点及其对反应设备的要求1.2 1.2 反应器类型反应器类型1.3 1.3 反应器操作方式反应器操作方式1

2、.4 1.4 反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式1.5 1.5 理想反应器理想反应器1.6 1.6 工业反应器放大工业反应器放大2022-6-23通用化学品通用化学品精细化学品精细化学品化工产品化工产品用途广泛用途广泛 生产量大生产量大化学名称化学名称 分子式分子式规格以主要物质的含量为基础规格以主要物质的含量为基础三酸、两碱三酸、两碱医药、染料医药、染料我国：把凡能增进或赋予一种（类）产品以特定功能，或本身我国：把凡能增进或赋予一种（类）产品以特定功能，或本身拥有特定功能的小批量、高纯度化学品，称为精细化学品。拥有特定功能的小批量、高纯度化学品，称为精细化学品。用途专一用途专一 生产量

3、小生产量小 附加值附加值大大 商品名（牌号）商品名（牌号）规格以功能为基础规格以功能为基础2022-6-23精细化工分类精细化工分类1.医药和兽药2.农药 3.黏合剂4.涂料 5.染料和颜料6.表面活性剂和合成洗涤剂 7.塑料、合成纤维和橡胶助剂 8.香料 9.感光材料 10.试剂和高纯物11.食品和饲料添加剂 12.石油化学品 13.造纸用化学品 14.功能高分子 15.化妆品 16.催化剂 17.生化酶 18.无机精细化学品2022-6-231.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 精细化工生产的特点及其对反应设备的要求精细化工生产的特点及其对反应设备的要求精细化工生产的特点及其对反

4、应设备的要求精细化工生产的特点及其对反应设备的要求精细化工生产的特点及其对反应设备的要求精细化工生产的特点及其对反应设备的要求精细化工生产的特点精细化工生产的特点多品种、化学反应复杂、反应物料相态多样化反应介质腐蚀性强、高技术密集度精细化工对反应设备的要求精细化工对反应设备的要求反应器内要有良好的传质和传热条件建立合适的浓度、温度分布体系对于强放热或吸热反应要保证足够快的传热速率和可靠的热稳定性；根据操作温度、压力和介质的腐蚀性能，要求设备材料、型式和结构具有可靠的机械强度和抗腐蚀性能。2022-6-231.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 反应器类型反应器类型反应器类型反应器类型反

5、应器类型反应器类型按结构型式的特点：按结构型式的特点：管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、管式反应器、釜式反应器、塔式反应器、 反应床反应床（1）管式反应器）管式反应器特征：特征：长度远较管径为大，内部中空，不设置任何构件 多用于均相反应2022-6-231.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 反应器类型反应器类型反应器类型反应器类型反应器类型反应器类型（2）釜式反应器）釜式反应器 又称反应釜或搅拌反应器特征：特征：其高度一般与其直径相等或稍高，釜内设有搅拌装置 及挡板，并可根据不同的情况，在釜外或釜内安装传 热构件以维持所需反应温度。 用于均相及多相反应2022-6-231.2 1.

6、2 1.2 1.2 1.2 1.2 反应器类型反应器类型反应器类型反应器类型反应器类型反应器类型（3）塔式反应器）塔式反应器特征：特征：高度一般为直径的数倍以至十余倍，内部设有为了增 加两相接触的构件如填料、筛板等。 用于两种流体相反应的过程、如气液反应和液液反应。2022-6-231.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 反应器类型反应器类型反应器类型反应器类型反应器类型反应器类型（4）反应床）反应床 用于有固体颗粒参与的反应。固体颗粒固定不动固体颗粒流动状态固体颗粒自上而下移动固体颗粒固定不动沸腾床涓流床2022-6-231.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 反应器操作方式

7、反应器操作方式反应器操作方式反应器操作方式反应器操作方式反应器操作方式工业反应器有工业反应器有间歇、连续、半连续间歇、连续、半连续( (或半间歇或半间歇) )三种操作方三种操作方式式 (1) (1)间歇操作间歇操作 原料一次装入反应器内，反应，经一定时间后，达到所要求的反应程度便卸出全部反应物料。非定态过程非定态过程，反应器内物系的参数随时间而变反应器内物系的参数随时间而变，这是间歇过程的基本特征。这是间歇过程的基本特征。间歇操作在反应过程中既没有物料的输入，也没有物料的输出，即不存在物料的流动。按恒容处理按恒容处理。间歇操作主要采用釜式反应器釜式反应器。2022-6-231.3 1.3 1.

8、3 1.3 1.3 1.3 反应器操作方式反应器操作方式反应器操作方式反应器操作方式反应器操作方式反应器操作方式（2 2）连续操作）连续操作连续地将原料输入反应器，反应产物也连续地从反应器流出。连续操作多属于定态过程定态过程反应器内物系的参数反应器内物系的参数不随时间而变不随时间而变，但随位置而变。但随位置而变。（3 3）半连续操作）半连续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。半连续反应器的反应物系组成必然既随时间而改变，也随反应器内的位置而改变2022-6-231.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式反应器

9、计算基本方程式反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式 反应器计算的主要任务是给定的生产，一定条件下反应所需要的，以此反应器的主要。反应器计算中所应用的基本方程式是和。反应速度与影响因素间关系的式子，也称反应速度方程式。对于均相反应对于均相反应，且反应混合物已经混合均匀，反应时不存在扩散阻力，这时反应过程的总速度只取决于化学反应速度。dVdnrRAA（kmol m-3h-1）2022-6-231.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式对于连续操作RA

10、AdVdFrFA:组分A的流量（kmolh-1）如反应AR为n级不可逆反应其动力学方程式可写成nARAAkcdVdn-rnApRAApkdVdn-r气相反应理 想 气体np(RT)kk等容过程nAAAkcddc-rnApAApkddp-rRTkRTkkpnp12022-6-231.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式反应器计算基本方程式物的积累量元体积内反应微元时间、微掉的反应物量元体积内转化微元时间、微反应物量微元体积的微元时间离开的反应物量入微元体积微元时间内进-质量守恒定律1.4.

11、2 物料衡算ddVrRA能量守恒定律1.4.3 热量衡算的积累元体积内热量微元时间、微或载体的热量体积传递至环境微元时间内微元产生的热量体积内由于反应微元时间、微元所带走的热量微元体积的物料微元时间内离开所带进的热量微元体积的物料微元时间内进入-H-ddVrrRA2022-6-231.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 理想反应器理想反应器理想反应器理想反应器理想反应器理想反应器理想反应器：是指流体的流动混合处于理想状况的反应器。理想置换理想混合理想混合：反应器内物料达到完全的混合，各点浓度、温度 完全均一。搅拌良好的釜式反应器可认为是理想混合反应器。2022-6-231.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 理想反应器理想反应器理想反应器理想反应器理想反应器理想反应器理想置换：在与流动方向垂直的截面上，各点的流速与流向完全相同，就像活塞平推一样，也称“活塞流”流体的浓度和温度在与流动方向垂直的截面上，处处相等，不随时间改变，沿流动方向，浓度与温度逐渐变化。细长型的管式流动反应器可看成理想置换反应器2022-6-231.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 工业反应器放大工业反应器放大工业反应器放大工业反应器放大工业反应器放大工业反应器放大