化学反应工程技术人员、工艺开发工程师、反应器设计人员、化工模拟工程师。
理解化学反应动力学与反应器设计的基本方程。
掌握理想反应器(间歇釜、连续搅拌釜、平推流反应器)的设计方法。
能够独立完成基于Aspen Plus/COMSOL的反应器模拟与优化。
化学反应工程概述:化学反应工程的研究内容(反应动力学、反应器设计、反应器分析);反应器的分类(按操作方式:间歇、连续、半连续;按流动形态:理想流动、非理想流动;按结构:釜式、管式、塔式、固定床、流化床)。
化学反应动力学基础:化学反应速率定义;反应速率方程(幂函数型、双曲型);反应级数与速率常数;温度对反应速率的影响(阿伦尼乌斯方程);反应机理与速率方程的推导(基元反应、拟稳态假设)。
理想反应器基础方程:物料衡算方程(进入-离开+反应生成=累积);热量衡算方程(反应热、传热、蓄热);动量衡算方程(压降计算);理想反应器的基本假设(全混流、平推流)。
间歇反应器(BR):间歇反应器的特点(非稳态、物料一次性加入);间歇反应器的设计方程(反应时间、转化率、反应器体积);等温与非等温间歇反应器的计算;最优反应时间的确定;间歇反应器在精细化工中的应用。
连续搅拌釜反应器(CSTR):CSTR的特点(稳态、全混流、出料组成与釜内相同);CSTR的设计方程(单个CSTR、多个CSTR串联);CSTR的热稳定性(多重定态、飞温、熄火);CSTR的开工与停车过程。
平推流反应器(PFR):PFR的特点(稳态、轴向无返混、径向均匀);PFR的设计方程(积分反应器、微分反应器);PFR与CSTR的体积对比(反应级数的影响);PFR的管径、管长、压降计算。
反应器型式比较与选择:反应器型式比较(相同转化率下的体积比较、不同动力学下的适用性);返混对反应结果的影响;多段反应器的组合(CSTR串联、PFR与CSTR串联);反应器型式的经济性比较。
非理想流动与停留时间分布:停留时间分布(RTD)的概念;RTD的实验测定(脉冲示踪、阶跃示踪);RTD的数学描述(E(t)、F(t));非理想流动模型(离析流模型、多釜串联模型、轴向扩散模型);非理想反应器的转化率预测。
固定床反应器:固定床反应器的特点(压降、传热、催化剂);固定床中的流体力学(压降计算Ergun方程);固定床中的传热与传质;固定床反应器的拟均相模型(一维、二维);固定床反应器的设计方法。
流化床反应器:流化床反应器的特点(固体流动、温度均匀、传热好);流态化的基本概念(临界流化速度、带出速度);流化床中的气泡行为;流化床反应器的两相模型;流化床反应器的应用(催化裂化、丙烯腈合成)。
Aspen Plus反应器模拟:Aspen Plus中的反应器模块(RStoic、RYield、REquil、RGibbs、RCSTR、RPlug、RBatch);化学计量数反应器(RStoic)的使用;平衡反应器(REquil、RGibbs)的设置;严格动力学反应器(RCSTR、RPlug)的建模(动力学输入、传热设置)。
综合实战项目:典型化学反应(如乙酸乙酯皂化反应、乙烯聚合反应、苯烷基化反应)的反应器设计与模拟,包含动力学分析、反应器型式选择、Aspen Plus建模、操作条件优化与结果评价。