《高温反应工程》PPT课件.ppt

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1、2009 年年 5 月月第第 0 页页高温反应工程高温反应工程2009 年年 5 月月第第 1 页页1.绪论高温反应工程研究对象：高温反应工程研究对象：高温反应器高温反应器典型实例：典型实例：外热式管式反应器：包括烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉。外热式管式反应器：包括烃类蒸汽转化炉、乙烯裂解炉。特点特点强吸热过程强吸热过程气流床反应器气流床反应器 特点特点高温、高压、多相、湍流高温、高压、多相、湍流2009 年年 5 月月第第 2 页页2.辐射传热原理(1)(1)热辐射的基本概念热辐射的基本概念热辐射的物理本质热辐射的物理本质电磁波电磁波热辐射与物体的相互作用热辐射与物体的相互作用 被物体吸收、由

2、物体表面反射出去、穿透物体被物体吸收、由物体表面反射出去、穿透物体(2)(2)黑体辐射的基本规律黑体辐射的基本规律 普朗克定律普朗克定律 反映真空中黑体在不同温度下单色辐射能力随波长反映真空中黑体在不同温度下单色辐射能力随波长 的分布规律。的分布规律。斯蒂芬斯蒂芬-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 反映反映黑体的辐射能力与温度的关系。黑体的辐射能力与温度的关系。兰贝特定律兰贝特定律 描述的是黑体表面辐射能量按空间方向的分布规律。描述的是黑体表面辐射能量按空间方向的分布规律。2009 年年 5 月月第第 3 页页(3)(3)实际物体表面的辐射与吸收实际物体表面的辐射与吸收 物体的黑度物体的黑度 实际物体

3、的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值。实际物体的辐射力与同温度下黑体辐射力的比值。灰体灰体 单色吸收率与波长无关的物体。单色吸收率与波长无关的物体。基尔霍夫定律基尔霍夫定律 任何物体的辐射力和吸收率之比值恒等于同温度任何物体的辐射力和吸收率之比值恒等于同温度 下黑体的辐射力，比值的大小只和温度有关。下黑体的辐射力，比值的大小只和温度有关。(4)(4)气体的热辐射气体的热辐射 气体的辐射特征气体的辐射特征 并非所有的气体都具有辐射和吸收能力；并非所有的气体都具有辐射和吸收能力；气体气体辐射和吸收具有较强的选择性；辐射和吸收具有较强的选择性；不透明体的吸收与发射在表面进行，不透明体的吸收与发射在表面

4、进行，而气体介质中的发射与吸收在整个容积中进行；而气体介质中的发射与吸收在整个容积中进行；气体介质辐射需要考气体介质辐射需要考虑散射的影响。虑散射的影响。气体的吸收定律气体的吸收定律 布格尔（布格尔（Bouguer）定律定律单色射线穿过气单色射线穿过气体层时，单色辐射强度是按指数规律衰减的。体层时，单色辐射强度是按指数规律衰减的。2009 年年 5 月月第第 4 页页3.流体流动和混合(1)(1)湍流基本基础湍流基本基础 湍流现象和湍流基本特征（十条）湍流现象和湍流基本特征（十条）(2)(2)射流基础射流基础 射流定义射流定义 射流的重要特性射流的重要特性 卷吸周围介质卷吸周围介质 射流所要解

5、决的重要问题射流所要解决的重要问题 确定射流扩展的范围，射流中确定射流扩展的范围，射流中的流速分布以及流量沿程变化等。的流速分布以及流量沿程变化等。自由射流自由射流受限射流受限射流环状射流环状射流同轴自由射流同轴自由射流旋转射流旋转射流2009 年年 5 月月第第 5 页页(3)(3)撞击流基础撞击流基础 撞击流原理撞击流原理 撞击流特性撞击流特性 强化传递过程强化传递过程 撞击流研究方法撞击流研究方法 蒙特卡罗模拟、马尔柯夫链概率蒙特卡罗模拟、马尔柯夫链概率 撞击流分类撞击流分类 流动类型和撞击面几何形状流动类型和撞击面几何形状 单股圆形撞击射流单股圆形撞击射流(4)(4)混合与化学反应混合

6、与化学反应 混合机理混合机理 宏观混合（主体扩散、湍流扩散）、微观混合（微宏观混合（主体扩散、湍流扩散）、微观混合（微 元变形、分子扩散），最终达到分子尺度均匀。元变形、分子扩散），最终达到分子尺度均匀。混合特性混合特性 分隔尺度分隔尺度 湍流作用使物料分散的程度湍流作用使物料分散的程度 分隔强度分隔强度 分子扩散作用使物料接近均匀的程度分子扩散作用使物料接近均匀的程度2009 年年 5 月月第第 6 页页 混合时间混合时间 分隔强度与混合时间关系分隔强度与混合时间关系分隔强度随时间指数衰减分隔强度随时间指数衰减 低施密特数与高施密特数时混合时间表达式低施密特数与高施密特数时混合时间表达式 湍

7、流、混合与化学反应湍流、混合与化学反应 参数参数k/m 表示反应特征时间与混合时间比值表示反应特征时间与混合时间比值 描述湍流对化学反应作用描述湍流对化学反应作用 k/m 1，为慢反应为慢反应 k/m 1，中等反应速率中等反应速率 k/m 1，快反应快反应 微观混合与宏观混合的相互作用微观混合与宏观混合的相互作用根根据据宏宏观观混混合合与与微微观观混混合合的的不不同同地地位位，可可将将反反应应器器内内流流场场划划分分为为三三个个区区域域：物物料料分分散散区区、微微观观混混合合控控制制区区与与宏宏观观混混合合控控制制区区。三三个个区区域域的的物料分别处于完全分隔物料分别处于完全分隔、部分分隔和最

8、大混合的状态。部分分隔和最大混合的状态。2009 年年 5 月月第第 7 页页4.气固反应系统热质传递 (1)(1)气固反应的分类及特点气固反应的分类及特点 重要特点重要特点固体反应性固体反应性(2)(2)气固反应的宏观图象及单元步骤气固反应的宏观图象及单元步骤 气固反应宏观图象气固反应宏观图象 扩散性扩散性 气固反应的步骤气固反应的步骤 外扩散、内扩散、界面反应外扩散、内扩散、界面反应 固体颗粒表面和气流之间传质固体颗粒表面和气流之间传质 传质系数（单一颗粒与气流、固定床和气流床中颗粒与气流之间）传质系数（单一颗粒与气流、固定床和气流床中颗粒与气流之间）固体颗粒表面和气流之间传热固体颗粒表面

9、和气流之间传热 传热系数（单一颗粒与气流、固定床和气流床中颗粒与气流之间）传热系数（单一颗粒与气流、固定床和气流床中颗粒与气流之间）气固反应过程中固体结构的变化气固反应过程中固体结构的变化 化学变化引起的结构变化；烧结与软化化学变化引起的结构变化；烧结与软化2009 年年 5 月月第第 8 页页(3)(3)气固反应模型气固反应模型 单个致密颗粒的反应单个致密颗粒的反应反应特点反应特点 反应只发生在两相交界面；化学反应和传递过程串联进行反应只发生在两相交界面；化学反应和传递过程串联进行分分 类类 收缩反应、颗粒总尺寸不变、颗粒总尺寸改变收缩反应、颗粒总尺寸不变、颗粒总尺寸改变无固体生成物层的反应

10、无固体生成物层的反应完完全全转转化化时时间间（单单纯纯化化学学反反应应控控制制、传传质质控控制制、化化学学反反应应和和传传质质共共同同控制）控制）有固体生成物层的反应有固体生成物层的反应颗颗粒粒大大小小不不变变SCM 化化学学反反应应控控制制、通通过过产产物物层层的的扩扩散散控控制制、气气膜膜扩扩散控制散控制颗粒粒径发生变化颗粒粒径发生变化SCM 单个多孔颗粒的反应单个多孔颗粒的反应整体反应模型、微粒模型整体反应模型、微粒模型2009 年年 5 月月第第 9 页页作业：作业：题目：结合课程所讲内容，联系工业实际写一篇论文题目：结合课程所讲内容，联系工业实际写一篇论文要求：要求：论文字数论文字数 不少于不少于5000字字论论文文格格式式 标标题题（黑黑体体四四号号）、学学号号、姓姓名名、专专业业、摘摘要要和和关关键键词词（中中英英文文）、正正文文（宋宋体体小小四四）、参参考考文文献献（参参考华东理工大学学报）。考华东理工大学学报）。论文上交形式：论文上交形式：A4纸单面打印稿和纸单面打印稿和word文件电子版文件电子版论文上交最后时间：论文上交最后时间：2009年年6月月30日以前日以前论文上交地点：论文上交地点：实验九楼实验九楼A407（洁净煤技术研究所）洁净煤技术研究所）电子邮箱：电子邮箱：办公室电话：办公室电话：