《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)大綱

1、化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)大綱課程名稱 化學(xué)反應(yīng)工程 課程編號(hào) 課程英文名稱 Chemical Reaction Engineering課程類型 專業(yè)基礎(chǔ)課總學(xué)時(shí) 64學(xué)時(shí)（理論50學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)14學(xué)時(shí)）學(xué)分 4適用專業(yè) 化學(xué)工程與工藝 先修要求 高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、化工原理、開課安排 第六學(xué)期開課，周五學(xué)時(shí)一、課程基本目的化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程類專業(yè)繼物理化學(xué)、化工原理、化工數(shù)學(xué)等課程后開設(shè)的一門主修專業(yè)課。目的是使學(xué)生掌握化學(xué)反應(yīng)工程的基本概念、原理和方法，包括反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及傳遞過程基本原理、理想流動(dòng)模型及理想反應(yīng)器、停留時(shí)間分布以及混合程度對(duì)反應(yīng)的影響、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與分析方法等。二、學(xué)習(xí)收獲：通過本課

2、程的教學(xué)，使學(xué)生掌握建立化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型及反應(yīng)器流體傳遞過程模型的方法，并根據(jù)化學(xué)反應(yīng)特性及反應(yīng)器特性，掌握反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、選型、放大與最優(yōu)化，為將來深入研究與開發(fā)化工反應(yīng)過程打好基礎(chǔ)。四、內(nèi)容提要：化學(xué)反應(yīng)工程是研究化學(xué)反應(yīng)工程問題的學(xué)科，它以化學(xué)反應(yīng)及化學(xué)反應(yīng)器工程問題為研究對(duì)象，將反應(yīng)特性及反應(yīng)器的特性結(jié)合起來研究化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)上進(jìn)行有效實(shí)施的一門專業(yè)主干課程。該課程的主要內(nèi)容包括均相與非均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、理想反應(yīng)器模型、非理想流動(dòng)的停留時(shí)間分布及混合程度對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響、均相非理想流動(dòng)的流動(dòng)模型以及氣固相催化反應(yīng)器非均相反應(yīng)器等內(nèi)容。緒論（2學(xué)時(shí)）1. 化學(xué)反應(yīng)工程的任務(wù)和范疇。2.

3、 化學(xué)反應(yīng)工程的研究方法。3. 化學(xué)反應(yīng)工程與其他學(xué)科的關(guān)系。4. 如何學(xué)好反應(yīng)工程。要求深刻理解與熟練掌握的重點(diǎn)內(nèi)容有：1. 化學(xué)反應(yīng)工程的任務(wù)和范疇。2. 化學(xué)反應(yīng)工程的研究方法數(shù)學(xué)模擬法。要求一般理解與掌握的內(nèi)容有：化學(xué)反應(yīng)工程與其他學(xué)科的關(guān)系。難點(diǎn)：數(shù)學(xué)模擬法。第1章 均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué) （8學(xué)時(shí)）明確反應(yīng)速度的定義及表示方法，掌握轉(zhuǎn)化率、收率、選擇性的概念，研究各種因素如溫度、催化劑、反應(yīng)物組成和壓力等對(duì)反應(yīng)速率、反應(yīng)產(chǎn)物分布的影響，并確定表達(dá)這些影響因素與反應(yīng)速率之間定量關(guān)系的速率方程。掌握恒容反應(yīng)過程及變?nèi)葸^程的動(dòng)力學(xué)分析，為工業(yè)反應(yīng)器的選型、設(shè)計(jì)計(jì)算和反應(yīng)的操作分析等提供理論依據(jù)和

4、有關(guān)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。第2章 均相反應(yīng)器 （8學(xué)時(shí)）1）熟悉均相反應(yīng)器的基本類型和特點(diǎn)，間歇反應(yīng)器、活塞流和全混流的流體流動(dòng)特性以及活塞流和全混流反應(yīng)器的流動(dòng)模型，明確連續(xù)流動(dòng)理想反應(yīng)器的空時(shí)、空速等概念。2）牢固掌握等溫、變溫間歇反應(yīng)器反應(yīng)體積的計(jì)算方法，掌握等溫、變溫平推流的設(shè)計(jì)方程、操作方程及反應(yīng)體積的計(jì)算。3）牢固掌握全混流反應(yīng)器的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方程與反應(yīng)體積的計(jì)算。4）明確平推流反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)，全混釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)，全混反應(yīng)釜串聯(lián)的代數(shù)計(jì)算方法，了解全混釜串聯(lián)的最優(yōu)化。5）明確各種反應(yīng)器生產(chǎn)能力的比較，在各種反應(yīng)器中進(jìn)行復(fù)合反應(yīng)的收率與選擇性的計(jì)算，反應(yīng)器型式與操作方式的評(píng)選。6

5、）了解反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性：全混反應(yīng)釜的熱穩(wěn)定性分析。第3章 非理想流動(dòng) （8學(xué)時(shí)）1）非理想流動(dòng)的概念與成因，停留時(shí)間分布的表示方法。2）掌握停留時(shí)間分布函數(shù)的特征值包括平均停留時(shí)間與方差的計(jì)算方法。3）了解停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法：脈沖示蹤法和階躍示蹤法。4）熟悉幾種特殊流動(dòng)模式的停留時(shí)間分布。5）掌握多釜全混流串聯(lián)模型的模擬非理想流動(dòng)的模型化方法。6）了解軸向分散模型。第4章 氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué) （4學(xué)時(shí)）1)掌握理想化學(xué)吸附與脫附的速率和平衡；2)掌握雙曲型本征動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)及機(jī)理判斷；3)了解建立動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)方法及裝置。第5章 氣-固相催化相反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué) （6學(xué)時(shí)）1）了

6、解固體催化劑、比表面、孔體積與孔徑分布等物理性質(zhì)、表面物理吸附與化學(xué)吸附和吸附等溫方程。2）熟悉氣固相催化反應(yīng)過程的步驟與控制步驟，宏觀反應(yīng)速率的定義、西勒模數(shù)的物理意義、有效因子定義及物理意義； 3）明確催化劑顆粒中的擴(kuò)散現(xiàn)象及催化劑有效擴(kuò)散系數(shù)與內(nèi)擴(kuò)散等溫有效因子的估算，了解催化劑的非等溫有效因子。第6章氣固相催化反應(yīng)固定床催化反應(yīng)器 （6學(xué)時(shí)）1）熟悉固定床反應(yīng)器的應(yīng)用、分類與優(yōu)缺點(diǎn)。2）熟悉固定床反應(yīng)器的壓力降、傳質(zhì)與傳熱過程的計(jì)算。3）熟悉非等溫固定床反應(yīng)器的計(jì)算與擬均相一維模型。4）掌握等溫固定床反應(yīng)器、單段絕熱床反應(yīng)器的計(jì)算，了解多段絕熱床的優(yōu)化設(shè)計(jì)。5）了解擬均相二維模型的建立

7、與求解方法。第7章 液相反應(yīng)過程與反應(yīng)器 （4學(xué)時(shí)）1)掌握氣液反應(yīng)過程及步驟；2)熟悉氣液反應(yīng)過程宏觀反應(yīng)速率方程；3)掌握反應(yīng)過程化學(xué)增強(qiáng)因子的計(jì)算及速率式；膜內(nèi)轉(zhuǎn)化系數(shù)和化學(xué)增強(qiáng)因子的物理意義；4)了解填料塔的設(shè)計(jì)計(jì)算；鼓泡塔的設(shè)計(jì)計(jì)算；各類氣液反應(yīng)器特點(diǎn)及適用范圍。第8章環(huán)境反應(yīng)工程與生化反應(yīng)工程介紹 （4學(xué)時(shí)）1)生化化學(xué)工程2)環(huán)境化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)一：活性氧化鋁催化劑的制備 4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)二：氣液固三相流化床性能測(cè)定實(shí)驗(yàn) 2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)三：CO中低溫變換實(shí)驗(yàn) 4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)四：停留時(shí)間測(cè)定實(shí)驗(yàn)（管式、釜式） 4學(xué)時(shí)四、教學(xué)方式：采用多媒體進(jìn)行課堂教學(xué)、板書教學(xué)結(jié)合。五、教材或參考書：1.陳甘棠主編，化學(xué)反應(yīng)工程，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20062、黃恩才主編，化學(xué)反應(yīng)工程，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，19963、朱炳辰主編，化學(xué)反應(yīng)工程，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，19934、李紹芬編，化學(xué)與催化反應(yīng)工程北京，化學(xué)工業(yè)出版社，19865.Octave Levenspiel，Chemical Reaction Engineering (Third Edition)，化學(xué)工業(yè)出版社，20026. Lanny D. Schmidt，The Engineering of Chemical Reaction（Second Edition），Oxford Science Publ