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物理处置步骤设备的设计在单元操作中研究。
2Hereweareconcernedwiththechemicaltreatmentstepofaprocess.
在那个地址咱们关切的是一个进程的化学处置步骤。
3Economicallythismaybeininconsequentialunit,sayasimplemixingtank.
从经济的角度说,这可能是个不重要的单元,比如说一个简单的搅拌槽。
4Moreoftenthannot,however,thechemicaltreatmentstepistheheartoftheprocess,thethingthatmakesorbreakstheprocesseconomical.
但是通常,化学处置步骤是一个进程的核心,它决定那个进程经济的成败。
C1Designofthereactorisnoroutinematter,andmanyalternativescanbeproposedforaprocess.
反映器的设计不是一般的事,关于一个进程有许多可供选择的建议。
2Insearchingfortheoptimumitisnotjustthecostofreactorthatmustbeminimized.
寻觅最佳的条件,不仅是反映器本钱的最小化。
3Onedesignmayhavelowreactorcost,butthematerialsleavingtheunitmaybesuchthattheirtreatmentrequiresmuchhighercostthanalternativedesigns.
一个设计可能反映器的本钱较低,但材料离开装置可能比其他的设计需要更高的处置费。
4Hence,theeconomicsoftheover-allprocessmustbeconsidered.
因此,必需要考虑整个进程的经济。
D1Reactordesignusesinformation,knowledge,andexperiencefromavarietyofareasthermodynamics,chemicalkinetics,fluidmechanics,heattransfer,masstransfer,andeconomic.
反映器的设计利用了各个领域的信息,知识和体会,比如热力学,化学动力学,流体力学,传热,传质,和经济学。
2Chemicalreactionengineeringis,thesynthesisofallthesefactorswiththeaimofproperlydesigningachemicalreactor.
化学反映工程,是这些因素的综合学科,旨在设计出正确的化学反映器。
E1Thedesignofchemicalreactorsisprobablytheoneactivitywhichisuniquetochemicalengineering,anditisprobablythisfunctionmorethananythingelsewhichjustifiestheexistenceofchemicalengineeringasadistinctbranchofengineering.
化学反映器的设计关于化学工程而言可能是一个独特的活动,它的那个功能可能比任何东西都更能证明化学工程作为一个独特的分支工程的存在。
F1Inchemicalreactordesigntherearetwoquestionswhichmustbeanswered:
(i)Whatchangecanweexpecttooccur?
(ii)Howfastwilltheytakeplace?
化学反映器的设计有两个必需回答的问题:
(1)咱们预期发生什么转变?
(2)他们发生的有多快?
2Thefirstquestionconcernsthermodynamics,thesecondthevariousrateprocesses--chemicalkinetics,heattransfer,etc.
第一个问题涉及热力学,第二个问题涉及各类速度进程——化学动力学,传热等。
3Puttingthesealltogetherandtryingtodeterminehowtheseprocessesareinterrelatedcanbeanextremelydifficultproblem;
hencewestartwiththesimplestofsituationsandbuildupouranalysisbyconsideringadditionalfactorsuntilwearcabletohandlethemoredifficultproblems.
把这些放在一路,试图确信这些进程是如何相关联的,是一个超级困难的问题;
因此,咱们从最简单的情形着手,考虑附加因素,成立咱们的分析,直到咱们能处置更难的问题。
GThermodynamics热力学
1Thermodynamicsgivestwoimportantpiecesofinformationneededindesign,theheatliberatedorabsorbedduringreactionandthemaximumpossibleextentofreaction.
热力学给出设计中需要的两条重要的信息,在反映中会放出和吸收热量,而且最大值可能表示反映的程度。
2Chemicalreactionsareinvariablyaccompaniedbytheliberationorabsorptionofheat,themagnitudeofwhichmustbeknownforproperdesign.Considerthereaction
aA→rR+sS,ΔHr
positive,endothermic;
negative,exothermic
化学反映老是伴随着热量的释放或吸收,为了合理的设计,必需明白它的大小,考虑下面的反映:
aA→rR+sS,ΔHr,正反映,吸热;
逆反映,放热。
H1TheheatofreactionattemperatureTistheheattransferredfromsurroundingstothereactingsystemwhenamolesofAdisappeartoformrmolesofRandsmolesofS,withthesystemmeasuredatthesametemperatureandpressurebeforeandafterreaction.
温度为T时,amol的A消失生成了rmol的R和smol的S,反映的热量是环境传递给反映体系的,这是在反映前后相同的温度和压力下对体系测量的结果。
2Withheatsofreactionknownorestimablefromthermochemicaldata,themagnitudeoftheheateffectsduringreactioncanbecalculated.
从热化学数据中能够取得或估算反映的热量,反映中产生的热量大小能够计算。
I1ThermodynamicsalsoallowscalculationoftheequilibriumconstantKfromthestandardfreeenergiesofthereactingmaterials.
热力学也能够从反映物的标准自由能来计算平稳常数。
2Withtheequilibriumconstantknown,theexpectedmaximumattainableyieldoftheproductsofreactioncanbeestimated.
由于平稳常数已知,能够估算出反映中能够取得的预期产品的最大产量。
JChemicalKinetics化学动力学
1Underappropriateconditionsfeedmaterialsmaybetransformedintonewanddifferentmaterialswhichconstitutedifferentchemicalspecies.
适当的条件下,供给的材料可能转变为新的不同的材料,形成不同的化学物质。
2Ifthisoccursonlybyrearrangementorredistributionoftheconstituentatomstoformnewmolecules,wesaythatachemicalreactionhasoccurred.
若是发生这种情形只是由于组成原子的重排或再分派,形成新的分子,咱们就说一个化学反映已经发生了。
3Chemistryisconcernedwiththestudyofsuchreactions.
化学关注的是这种反映的研究。
4Itstudiesthemodeandmechanismofreactions,thephysicalandenergychangesinvolvedandtherateofformationofproduces.
它研究反映的模式和机制,反映中涉及的物质和能量的转变,及产品形成的速度。
K1Itisthelast-mentionedareaofinterest,chemicalkinetics,whichisofprimaryconcerntous.
这是最后提到的,咱们感爱好而且要紧关切的领域,化学动力学。
2Chemicalkineticssearchesforthefactorsthatinfluencetherateofreaction.
化学动力学寻觅阻碍反映速度的因素。
3Itmeasuresthisrateandproposesexplanationsforthevaluesfound.
化学动力学测量反映速度,并提出如何取得测量值。
4Forthechemicalengineerthekineticsofareactionmustbeknownifheistosatisfactorilydesignequipmenttoeffectthesereactionsonatechnicalscale.
关于化学工程师,若是他想设计出令人中意的设备在技术规模完成这些反映,就必需明白一个反映的动力学。
5Ofcourse,ifthereactionisrapidenoughsothatthesystemisessentiallyatequilibrium,designisverymuchsimplified.
固然,若是反映足够迅速以至于体系大体上是平稳的,那么设计是超级简单的。
6Kineticinformationisnotneeded,andthermodynamicinformationaloneissufficient.
不需要动力学的信息,仅凭热力学信息就足够了。
LHomogeneousandHeterogeneousReactions均相反映和非均相反映
1Homogeneousreactionsarethoseinwhichthereactants,products,andanycatalystusedformonecontinuousphase:
gausorliquid.
均相反映的反映物,产物,和所用的催化剂形成一个持续相:
气相或液相。
2Homogeneousgasphasereactorswillalwaysbeoperatedcontinuously;
whereasliquidphasereactorsmaybebatchorcontinuous.
均匀的气相反映器将持续的运作;
然而液相反映器可持续或间歇操作。
3Tubular(pipe-line)reactorsarenormallyusedforhomogeneousgas-phasereactions;
forexample,inthethermalcrackingofpetroleumcrudeoilfractionstoethylene,andthethermaldecompositionofdichloromethanetovinylchloride.
管式(管道)反映器通经常使用于均相气相反映;
例如,在热裂解石油中,原油割裂为乙烯,二氯甲烷热分解为氯乙烯。
4Bothtubularandstirredtankreactorsareusedforhomogeneousliquid-phasereactions.
管式反映器和搅拌斧式反映器都用于均相液相反映。
M1Inaheterogeneousreactiontwoormorephasesexist,andtheoverridingprobleminthereactordesignistopromotemasstransferbetweenthephases.Thepossiblecombinationofphasesare:
在非均相反映中,存在两种或更多的相,在反映器设计中,最重要的问题是,提高相之间的传质。
可能的相结合是:
(i)Liquid-liquid:
immiscibleliquidphases;
reactionssuchasthenitrationoftolueneorbenzenewithmixedacids,andemulsionpolymerizations.
(i)液体—液体:
不混溶的液相;
例如甲苯或苯与酸混合的硝化反映,和乳胶的聚合反映。
(ii)Liquid-solid:
withone,ormore,liquidphasesincontactwithasolid.Thesolidmaybeareactantorcatalyst.
(ii)液体—固体:
一种或多种液相与固体接触。
固体可能是反映物或催化剂。
(iii)Liquid-solid-gas:
wherethesolidisnormallyacatalyst;
suchasinthehydrogenationofamines,usingaslurryofplatinumonactivatedcarbonasacatalyst.
(iii)液体—固体—气体:
固体一般是催化剂;
如胺类氢化中,利用活性炭上铂的悬浮液作为催化剂。
(iv)Gas-solid:
wherethesolidmaytakepartinthereactionoractasacatalyst.Thereductionofironoresinblastfurnacesandthecombustionofsolidfuelsareexampleswherethesolidisareactant.
(iv)气体—固体:
固体可能参与反映,或作为催化剂。
高炉中铁矿石的还原和固体燃料的氧化,都是固体作为反映物的例子。
(v)Gas-liquid:
wheretheliquidmaytakepartinthereactionoractasacatalyst.
(五)气体—液体:
液体可能参与反映,或作为催化剂。
NReactorgeometry(type)反映器几何学(反映器的类型)
1Thereactorsusedforestablishedprocessesareusuallycomplexdesignswhichhavebeendeveloped(haveevolved)overaperiodofyearstosuittherequirementsoftheprocess,andareuniquedesigns.
关于已成立的进程,反映器一般是复杂的设计,这些设计已经通过一段时刻的进展,适应了进程的需要,是唯一的设计。
2However,itisconvenienttoclassifyreactordesignsintothefollowingbroadcategories.
但是,把反映器的设计分成以下几大类是很方便的。
OStirredtankreactors搅拌釜式反映器
1Stirredtank(agitated)reactorsconsistofatankfittedwithamechanicalagitatorandacoolingjacketorcoils.
搅拌釜式(搅拌)反映器由装有机械搅拌的釜体和冷却套管或线圈组成。
2Theyareoperatedasbatchreactorsorcontinuously.Severalreactorsmaybeusedinseries.
他们即可间歇操作,又可持续操作。
几个反映器可以持续利用。
P1Thestirredtankreactorcanbeconsideredthebasicchemicalreactor,modelingonalargescaletheconventionallaboratoryflask.
搅拌釜式反映器被以为是大体的化学反映器,如大规模制造的实验室常见的烧瓶。
2Tanksizesrangefromafewtiterstoseveralthousandliters.
搅拌釜的尺寸从几升到几千升。
3Theyareusedforhomogeneousandheterogeneousliquid-liquidandliquid-gasreactions;
andforreactionsthatinvolvefinelysuspendedsolids,whichareheldbytheagitation.
它们应用在均相和非均相的液—液和液—气之间的反映;
关于包括细微悬浮固体的反映,通过搅拌来维持它们反映。
4Asthedegreeofagitationisunderthedesigner'
scontrol,stirredtankreactorsareparticularlysuitableforreactionswheregoodmasstransferorheattransferisrequired.
搅拌的程度,由设计师来操纵,搅拌釜式反映器专门适合的反映是,有好的传质或传热的反映。
Q1Whenoperatedasacontinuousprocessthecompositioninthereactorisconstantandthesameastheproductstream,and,exceptforveryrapidreactions,thiswilllimittheconversionthatcanbeobtainedinonestage.
操作一个持续的进程时,同产品流一样,反映器中的合成物是不变的,除超级快的反映之外,这将会限制能够在一个时期取得的转化。
R1Thepowerrequirementsforagitationwilldependonthedegreeofagitationrequiredandwillrangefr
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