完整word版化学反应器教案.docx
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完整word版化学反应器教案
授课日期
班级
授课课时
2
授课形式
讲授
授课章节
名称
绪论§1.1均相反应器的的特点、结构及工业应用
使用教具
多媒体
教学目的
了解化学反应器课程性质、学习方法；
了解均相反应的特点、结构及其工业应用。
教学重点
均相反应器的特点、结构及其工业应用
教学难点
均相反应器工业应用
更新、补
充、删节
内容
——
课外作业
P431、4
教学后记
授课主要内容或板书设计
绪论
一、化学反应器的发展、分类及操作
二、化学反应器在化工生产中的重要性
三、化学反应器课程的性质、内容和任务
四、化学反应器课程与相关课程的联系及学习方法
第一章均相反应器
第一节均相反应器的的特点、结构及工业应用
均相反应：
定义、特点。
一、釜式反应器
二、管式反应器
作业：
P431、4
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
一、组织教学
二、导入新课
三、新课讲解
举例说明
讲解示意图
讲解图表
四、讲解例题
举例
举例说明
五、课堂总结
六、布置作业
组织教学，考勤。
回顾已学化工原理、物理化学等课程，联系化学反应器课程引入本节课内容。
绪论
一、化学反应器的发展、分类及操作
反应器：
用于进行化学反应的设备。
伴有传质、传热、物质流动的化学反应过程，也称工业反应器。
化学反应工程学：
研究反应器的工程技术学科。
化学反应器类型：
按分类方式：
均相、非均相；
按形状结构：
釜式（槽式）、管式、塔式、固定床、流化床、移动床等。
按与外界有无交换：
绝热式、外部换热式；
按反应器内温度是否相等、恒定：
恒温式（或等温式）和非恒温式；
按操作方式：
间歇式、半间歇式、连续式。
反应器操作：
开车前安全检查、开停车、正常操作。
例如：
乙烯在银催化下制环氧乙烷。
非均相、连续式、管式、换热、非恒温、固定床反应器。
二、化学反应器在化工生产中的重要性
生产安全、经济效益（优质、高产、低耗）。
三、化学反应器课程的性质、内容和任务
化工工艺主干课。
注重理论结合实际。
需要数学、物理化学、化工原理、化工机械基础等基础知识。
采用工程观点和工程方法（采用经验公式、实验图线和图表等表达方式，侧重讨论化学工业中常用反应设备的结构、操作要点、原理、特点、设计计算方法和选型）。
四、化学反应器课程与相关课程的联系及学习方法
学习时注意两条线索：
浓度和温度。
第二章均相反应器
第二节均相反应器的的特点、结构及工业应用
均相反应指气相或均一相中进行的反应，用以进行均相反应的设备称作均相反应器。
特点：
均相反应系统中不存在相界面，不必考虑传质对反应过程的影响，因而反应器的结构比较简单，反应结果只决定于化学反应本身的动力学规律。
一、釜式反应器（用于液相反应）
也称反应釜或槽型反应器。
、
搅拌器形式：
举例：
图1-3
图1-4
图1-5
搪瓷釜
釜式反应器的操作要点：
1、开车前准备；2正常开车；3、正常停车；4、紧急停车；5、常见异常现象及处理。
二、管式反应器（用于气相或液相反应）
用于连续反应过程，有单管和多管之分。
多管又分平行和串联两种。
适合绝热催化反应。
优点是传热比表面积大，利于传热，期终多管串联式，物料的流速大，传热系数较大；多管平行连接的管式反应器，管内物料的流速较低，传热系数小，但压力损失小。
主要内容：
1、化学反应器课程内容、学习方法；2、均相反应器的特点、结构及工业应用。
补充
授课日期
班级
授课课时
2
授课形式
讲授
授课章节
名称
§1.2反应器计算的基本方程式
使用教具
多媒体
教学目的
掌握动力学方程、物料衡算方程和热量衡算方程及其应用
教学重点
动力学方程、物料衡算方程和热量衡算方程及其应用
教学难点
动力学方程、物料衡算方程和热量衡算方程的应用
更新、补
充、删节
内容
——
课外作业
P433P441、4
教学后记
授课主要内容或板书设计
§1.2反应器计算的基本方程式
一、动力学方程
1、反应速率
aA+bB→sS
2、动力学方程
阿伦尼乌斯方程
二、物料衡算方程
Ⅰ（A的流入速度）=Ⅱ（A的流出速度）+Ⅲ（A反应掉的速度）+Ⅳ（A的累积速度）
三、热量衡算方程
物料带人的热Q1-物料带出的热Q2+反应产生的热Q3-通过热交换传出的热Q4=累积的热Q5
作业：
P433P441、4
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
一、组织教学
二、复习回顾
三、导入新课
四、新课讲解
分析讨论
退到公式
举例说明
五、课堂总结
六、布置作业
组织教学，考勤。
主要内容：
1、化学反应器课程内容、学习方法；2、均相反应器的特点、结构及工业应用。
§1.2反应器计算的基本方程式
对化学反应器进行工艺计算的主要任务：
确定反应器的有效体积，即在一定条件下完成给定的生产任务，需要多大尺寸的反应器。
方法有两种：
经验法和数学模型法（用以描述化学反应器内各参数之间关系的数学表达式，常常是一组方程）。
一、动力学方程（又叫反应速率式）
对于基元反应，A+2B→P可直接写出其动力学方程
该反应总反应级数为3级，A为1级，B为2级。
级数越高反应速率随浓度变化越显著。
讨论分析返混、外扩散阻力、内扩散阻力的存在会降低反应物浓度，影响复杂反应选择性。
1、反应级数
对于均相反应aA+bB→sS
反应速率定义式：
——产物S的生产速率，mol/（
·s）；
V——反应混合物的体积，m3；
——产物S的物质的量，mol；
——反应时间，s。
对恒容体系，
2、动力学方程
对于一个n级不可逆反应A→S，其动力学方程为或
。
对于恒容体系，。
k——反应速率常数。
k的单位或
根据阿伦尼乌斯方程
——频率因子；
E——反应的活化能，J/mol；
T——温度，K；
R——通用气体常数，R=8.318J/（mol·K）
非等温反应器，两边做取对数，
两边求导得，
含义：
（1）右边大于零，反应速率与温度成正比；反之成反比；
（2）活化能越高的反应，其反应速率随温度的变化率越大，对温度变化越敏感；
（3）活化能越高，反应速率越小，但反应速率随温度的提高增加得快，温度足够高时，一切反应的速率趋近于相等。
二、物料衡算方程
目的：
建立物料衡算方程
依据：
质量守恒定律
对象：
反应器微元中的某一个反应
反应器微元——在其中任何性质的变化都可忽略的最大单元，即性质均匀的一小块反应器。
Ⅰ（A的流入速度）=Ⅱ（A的流出速度）+Ⅲ（A反应掉的速度）+Ⅳ（A的累积速度）
三、热量衡算方程
依据：
能量守恒定律
对象：
反应器微元
目的：
建立热量衡算方程
物料带人的热Q1-物料带出的热Q2+反应产生的热Q3-通过热交换传出的热Q4=累积的热Q5
举例：
间歇操作的反应器——Q1、Q2为零
稳态反应器——Q5=0
绝热式反应器——Q4=0
主要内容：
动力学方程、物料衡算方程和热量衡算方程及其应用。
作业：
P433P441、4
授课日期
班级
授课课时
2
授课形式
讲授
授课章节
名称
§1.3理想反应器
（一）
使用教具
多媒体
教学目的
掌握理想间歇操作釜式反应器、理想连续操作管式反应器的特点和计算
教学重点
理想间歇操作釜式反应器、理想连续操作管式反应器的计算
教学难点
理想间歇操作釜式反应器、理想连续操作管式反应器的计算
更新、补
充、删节
内容
——
课外作业
p445、6
教学后记
授课主要内容或板书设计
§1.3理想反应器
（一）
一、理想间歇操作釜式反应器
（一）理想间歇操作釜式反应器的特点
（二）理想间歇操作釜式反应器的计算
1、恒温操作的BR
2、非恒温操作的BR
二、理想连续操作管式反应器
（一）理想连续操作管式反应器的特点
（二）理想连续操作管式反应器的计算
1、物料衡算方程式
2、恒温恒容过程PFR的计算
3、恒温变容过程PFR的计算
4、非恒温PFR的计算
5、最佳温度和最适宜操作温度
作业：
p445、6
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
一、组织教学
二、复习回顾
三、导入新课
四、新课讲解
举例说明
讲解示意图
讲解图表
讲解图表
讲解图表
讲解例题
举例
讲解图表
五、课堂总结
六、布置作业
组织教学，考勤。
主要内容：
动力学方程、物料衡算方程和热量衡算方程及其应用。
工业反应器比较复杂，为建立数学模型，必须对实际反应器作适当简化，提出理想反应器模型。
简单、方便、有相当高的实际价值。
§1.3理想反应器
（一）
一、理想间歇操作釜式反应器（BR）
（一）理想间歇操作釜式反应器的特点
物料充分混合，各处温度、浓度相等，因而各点反应速率相同。
当搅拌器功率足够大，搅拌效率足够高，搅拌充分时，实际间歇操作的釜式反应器，可以按理想间歇操作釜式反应器计算。
（二）理想间歇操作釜式反应器的计算
1、恒温操作的BR
（1）反应时间的计算
（2）反应器体积的计算
2、非恒温操作的BR
（1）绝热操作的BR计算
（2）非恒温非绝热操作的BR的计算
（三）釜式反应器的放大
放大原则：
（1）保持单位体积的搅拌器功率恒定
（2）保持传热系数恒定
（3）保持叶片尖端速率一定
（4）单位体积的泵送速度恒定
二、理想连续操作管式反应器——PFR
（一）理想连续操作管式反应器的特点
活塞流反应器——反应混合物的流动像活塞在气缸中的单向流动一样。
PFR
特点：
不存在逆向流动，在垂直于流体流动方向的同一界面上，各点的性质相同，不但流速一样，而且温度、压力、组成一致，各流体元通过反应器的时间相等，并等于平均停留时间，因此各流体元达到的转化率相同，温度、压力、组成只沿轴向变化。
流体元：
流体微元，流体流动时独立存在的基本单元，可以是一个分子团或分子束。
实际管式反应器，流体的湍动程度（Re＞104）比较大，管子的长径比比较高（L/D＞50），可以按理想连续操作管式反应器计算。
（二）理想连续操作管式反应器的计算
PFR的主要计算项目：
达到一定的转化率，完成一定的生产任务所需要的有效反应体积或有效管长。
1、物料衡算方程式
图1-8PFR物料衡算示意图
2、恒温恒容过程PFR的计算
表1-4理想管式反应器中简单整级数反应的反应结果表达式
3、恒温变容过程PFR的计算
以下体可按恒容体系处理：
（1）液相反应体系，近似恒容、恒密度体系；
（2）气相封闭反应体系，恒容，但反应前后分子数不同时，不为恒密度；
（3）温度恒定，且反应前后反应分子数不变的气相连续或不封闭体系，1mol物质所在的空间不变化。
例题1-3P23
4、非恒温PFR的计算
物料衡算式、热量衡算式和动力学方程联立求解。
5、最佳温度和最适宜操作温度
非等温反应器温度选择：
单一反应体系：
什么温度，达到最小体积？
复杂反应体系：
什么温度选择性最高？
最佳温度和最适宜温度
最佳温度曲线
图1-12中间换热式多段绝热反应器的xA-T图（p27）
ABCDEFG
主要内容：
理想间歇操作釜式反应器、理想连续操作管式反应器的特点和计算。
作业：
p445、6
授课日期
班级
授课课时
2
授课形式
讲授
授课章节
名称
§1.3理想反应器
（二）
§1.4实际流动反应器
使用教具
多媒体
教学目的
掌握理想连续操作管式反应器的特点和计算；
了解反应器形成和操作方式选择。
教学重点
理想连续操作管式反应器的特点和计算；
教学难点
理想连续操作管式反应器的特点和计算；
更新、补
充、删节
内容
——
课外作业
P435.6
教学后记
授课主要内容或板书设计
§1.3理想反应器
（二）
三、理想连续操作釜式反应器
（一）理想连续操作釜式反应器的特点
（二）理想连续操作釜式反应器的计算
1、单个CSTR的计算
2、多个CSTR的计算
3、连续操作釜式反应器的热稳定性
四、理想连续操作反应器的组合
1、PFR的串联、并联组合
2、CSTR与PFR组成的反应器组
五、反应器形成和操作方式的选择
§1.4实际流动反应器
一、非理想流动的原因及其改善措施
二、返混或微混对反应结果的影响
三、层流釜式反应器
作业：
P435.6
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
一、组织教学
二、复习回顾
三、新课讲解
举例说明
讲解示意图
举例说明
讲解图表
四、讲解例题
五、课堂总结
六、布置作业
组织教学，考勤。
主要内容：
理想间歇操作釜式反应器、理想连续操作管式反应器的特点和计算。
§1.3理想反应器
（二）
三、理想连续操作釜式反应器——CSTR
（一）理想连续操作釜式反应器的特点
CSTR特点：
器内物料混合均匀，各处的温度、浓度、反应速率相等，并且等于出口处的温度、浓度和反应速率。
全返混流型：
流体在CSTR中的流动形式，为理想混合流型。
CSTR的优点：
连续操作，产品质量均匀，易于实现自动控制，需要较少的体力劳动；便于清洗，可以交替生产不同种类的产品；温度容易控制，多釜联合使用时各釜可在不同的温度下运行。
CSTR的缺点：
反应速率小，，返混严重。
流体元的寿命：
指流体元从入口到出口所经历的时间，为总共停留时间；流体元的年龄：
指流体元从入口到所考察时间止，所经历的时间，为已停留的时间。
停留时间一般指寿命，有时也指年龄。
（二）理想连续操作釜式反应器的计算
1、单个CSTR的计算
2、多个CSTR的计算
3、连续操作釜式反应器的热稳定性
四、理想连续操作反应器的组合
1、PFR的串联、并联组合
2、CSTR与PFR组成的反应器组
五、反应器形成和操作方式的选择
§1.4实际流动反应器
一、非理想流动的原因及其改善措施
造成非理想流动的原因：
一、不均匀的速率分布；二物料的反向流动
第一类的原因：
死角、沟流、短路。
例如，管壁阻力引起的层流流动以及流道截面改变而引起的压缩、膨胀等（如在填充床中的流动）
第二类的原因：
如管式反应器中的物料沿与流动方向相反的方向扩散，塔式或釜式反应器内的循环流动，以及搅拌作用。
PFR措施：
1、增大流体的湍动程度或增加管子的长径比；2、装填填充物3、增加装备级数或在设备内增设挡板4、采用适当的气流分布装置或调节各反应管的阻力，使均匀一致。
流动形式接近理想混合流型的措施：
加强搅拌，选择适宜形式的搅拌器，搅拌器的层数、安装方式，功率。
二、返混或微混对反应结果的影响
返混：
不同年龄的流体的流体元之间的混合，其后果是使反应物浓度降低，产物的浓度升高，从而降低反应速率并影响复杂反应体系的选择性（反应级数越高的反应，其速率受返混的影响更大，）
三、层流管式反应器
特点：
沿径向存在流速分布，不同径向位置的流体元停留时间不同，实现的转化率不同。
主要内容：
理想连续操作管式反应器的特点和计算
P435.6
授课日期
班级
授课课时
2
授课形式
讲授
授课章节
名称
§2.1气液相反应器的特点及结构
使用教具
多媒体
教学目的
了解气液相反应器的结构特点
教学重点
气液相反应器的结构
教学难点
气液相反应器的选型
更新、补
充、删节
内容
——
课外作业
补充
教学后记
授课主要内容或板书设计
§2.1气液相反应器的特点及结构
一、气液相反应器的特点及工业应用
二、气液相反应器的结构
1、喷雾塔
2、填料塔
3、膜式反应器
4、板式塔
5、搅拌釜式反应器
6、鼓泡塔反应器
三、气液相反应器的选型
作业：
补充
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
一、组织教学
二、复习回顾
三、新课讲解
举例说明
举例说明
讲解示意图
举例说明
讲解图表
四、讲解例题
举例
举例说明
五、课堂总结
六、布置作业
组织教学，考勤。
主要内容：
理想间歇操作釜式反应器、理想连续操作管式反应器的特点和计算。
§2.1气液相反应器的特点及结构
一、气液相反应器的特点及工业应用
气体用途：
一、用于气体的净化和分离（气体的化学吸收），二是用于生产化工产品。
例如：
用碱性溶液脱除气体（裂解气、合成气等）中的酸性气体（H2S、CO2等）。
定义：
用以进行气液相反应的反应器称作气液相反应器。
（1）气相往往是反应物。
液相存在以下情况：
1、也是反应物；2、是催化剂；3、既有反应物又有催化剂。
（2）反应器是非均相的气液相反应器，而反应是军训的液相均相反应。
二、气液相反应器的结构
从形状上可以分为塔式、管式和釜式。
从气液相界面形成方式可以分为鼓泡式、机械搅拌式和膜式。
工业上常用的气液相比有大有小，凡是气液比大的一般都是气相为连续相，液相为分散相。
其特点是单位液相体积的气液相界面比较大；凡是气液比小的一般都是气相为分散相，而液相是连续相，单位液相体积的气液相界面积较小。
1、喷雾塔
液体字塔顶喷雾器分散成雾滴状向下喷淋，气体自塔底进入以连续相的形式向上流动，与喷雾状液体相接触。
优点：
比相界面积大，气相压降小，结构简单不怕堵。
缺点：
气液接触时间受雾滴大小和气速高低的限制，可变动范围小，储液量过低，液侧传质系数过小
适用：
极快反应系统及受气膜传质控制的气液反应过程，有污泥、沉淀和有固体产物的场合以及高温条件。
2、填料塔
特点：
气液两相接触时间较长，气液比可在较大范围内变动，操作弹性好，气相压降较低，造价较低，耐腐蚀性好，应用范围广。
适用：
极快反应及快反应，中速反应的场合，但不适用于慢反应，原因是液体停留时间短，也不适用于物料较脏的场合，怕堵，填料清洗较困难。
3、膜式反应器
有降膜式、升膜式、旋转气液流模式。
4、板式塔
优点：
液层浅、气相压降小，液相转化率较高。
缺点：
结构复杂，不宜处理发泡液体。
板式塔适用于液膜传质控制或化学动力学控制的中慢气液反应过程，以及气液比小的快速反应过程，适宜大规模生产。
5、搅拌釜式反应器
结构简单，适用性强，通用。
三、气液相反应器的选型
化工生产中一些气液反应类型：
顺时不可逆、顺时可逆、快速不可逆，快速可逆、慢反应。
主要内容：
各种气液相反应器的特点。
作业：
补充
授课日期
班级
授课课时
2
授课形式
讲授
授课章节
名称
§2.2鼓泡塔反应器
（一）
使用教具
多媒体
教学目的
了解鼓泡塔反应器的操作要点；
了解鼓泡塔内流体的流动及有关参数计算。
教学重点
鼓泡塔内流体的流动及有关参数计算
教学难点
鼓泡塔内流体的流动及有关参数计算
更新、补
充、删节
内容
——
课外作业
P652
教学后记
授课主要内容或板书设计
§2.2鼓泡塔反应器
（一）
一、鼓泡塔的操作要点
1、开车前准备
2、正常开车
3、正常停车
4、紧急停车
5、常见事故及处理
二、鼓泡塔内流体的流动及有关参数的计算
1、气泡直径
2、气泡浮升速度
3、含气率
4、比相界面积
作业：
P652
课堂教学安排
教学过程
主要教学内容及步骤
一、组织教学
二、复习回顾
三、新课讲解
举例说明
讲解示意图
举例说明
五、课堂总结
六、布置作业
组织教学，考勤。
主要内容：
理想间歇操作釜式反应器、理想连续操作管式反应器的特点和计算。
§2.2鼓泡塔反应器
一、鼓泡塔的操作要点
1、开车前准备
1）熟悉设备的结构、性能、并掌握设备操作过程；
2）检查塔体、附件、指示仪表、安全阀、管路及阀门等是否符合安全要求；
3）检查水、电、气等公用工程是否符合要求。
2、正常开车
1）投运公用工程系统、仪表和电气系统；
2）通入氮气置换反应系统；
3）按公用要求先在塔内加液体物料到合适高度，小负荷通入气体物料；
4）开始升温，在规定时间内升温至反应温度，并保温，使反应运行；
5）适时打开冷却水系统，先开回水阀，后开净水阀，控制好冷却水压力；
6）待液体成分检验合格后，逐渐进液、排液，并调节气体流量，直到满负荷；
7）反应运行中，随时做好相应记录，发现异常现象时及时采取措施。
3、正常停车
1）关闭液体进料、出料、减低气体负荷，直到停气；
2）关闭热系统；
3）卸液体，完毕，关闭各种阀门、仪表、切断电源。
4、紧急停车
当工段内及相关车间发生火灾、设备泄漏、上下工序停产等时，应进行紧急停车。
1）立即切断进料阀；
2）保温保压。
5、常见事故及处理
1）温度偏高或偏低当温度偏高时，开大冷却水量，温度偏低时，开大蒸汽（加热剂）量，或关小冷却水。
2）压力偏高或偏低压力与温度关小密切，当压力偏高或偏低时，可通过温度调节；当压力超高时，打开放空阀。
3）蒸汽阀或冷却水阀卡住打开蒸汽或冷却水旁路阀。
4）进料管或出料管堵用蒸汽或氮气吹扫。
二、鼓泡塔内流体的流动及有关参数的计算
1、气泡直径
安静区气泡直径计算公式。
圆球形气泡：
Vb=
2、气泡浮升速度
工业鼓泡式反应器内气泡的浮升速度：
us=
3、含气率
静态含气率
动态含气率
并流时
＜
，逆流时
＞
。
4、比相界面积
主要内容：
鼓泡器的优缺点；鼓泡塔内流体的流动及有关参数计算
作业：
P652
授课日期
班级
授课课时
2
授课形式
讲授
授课章节
名称
§2.2鼓泡塔反应器
（二）§2.3气液固反应器简介
使用教具
多媒体
教学目的
了解鼓泡塔中的传质
教学重点
鼓泡塔中的传统
教学难点
鼓泡塔中
升级会员 