1、化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)大綱課程編碼：課程名稱：化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)時(shí)/學(xué)分：72/4先修課程：高等數(shù)學(xué)，化工原理、化工熱力學(xué)適用專業(yè)：化學(xué)工程與工藝開(kāi)課教研室：化工教研室一、 課程的性質(zhì)與任務(wù)1課程性質(zhì)：化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是其他化工類專業(yè)重要的相關(guān)課程。2課程任務(wù)：該課程基本內(nèi)容包括反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析兩個(gè)方面，目的是使學(xué)生掌握研究工業(yè)規(guī)模化學(xué)反應(yīng)器中化學(xué)反應(yīng)過(guò)程動(dòng)力學(xué)（稱宏觀動(dòng)力學(xué)）的方法和基本原理，掌握理想反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和分析，進(jìn)一步以宏觀動(dòng)力學(xué)和理想反應(yīng)器為基礎(chǔ)，對(duì)工業(yè)反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)操作條件的確定及控制、模擬放大等進(jìn)行研究。該課程的核心就在于特定反應(yīng)

2、在適合的反應(yīng)器內(nèi)行為狀態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立及其工程學(xué)解析處理，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程方法論、工程能力和技術(shù)經(jīng)濟(jì)理念。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能掌握化學(xué)反應(yīng)工程的基本原理和研究方法，了解學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀，并能綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，對(duì)工業(yè)實(shí)際反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行開(kāi)發(fā)和分析。二、課程教學(xué)基本要求該課程理論課時(shí)72個(gè)、4學(xué)分，實(shí)驗(yàn)課時(shí)12個(gè)、0.5學(xué)分。成績(jī)考核采取期末成績(jī)、期中成績(jī)和平時(shí)成績(jī)相結(jié)合的方式，平時(shí)成績(jī)包括：作業(yè)、考勤及課堂提問(wèn)等?？偝煽?jī)=期末成績(jī)70%+期中成績(jī)20%+平時(shí)成績(jī)10%。三、課程教學(xué)內(nèi)容本大綱將所授化學(xué)反應(yīng)工程課程共分為八章，各部分內(nèi)容分重點(diǎn)掌握、理解和了解三個(gè)層次提出要求。第一章 緒論教學(xué)內(nèi)容

3、1 反應(yīng)工程的任務(wù)、作用及發(fā)展簡(jiǎn)史2 化學(xué)反應(yīng)的分類3 工業(yè)反應(yīng)器的類型4 反應(yīng)器的操作方式5 反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程6 工業(yè)反應(yīng)器的放大7 一些重要的基本術(shù)語(yǔ)基本要求：了解反應(yīng)工程課程的性質(zhì)、反應(yīng)器的操作方式、反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程和工業(yè)反應(yīng)器的放大方法。重點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)器的分類、反應(yīng)器的操作方式。一些重要的基本術(shù)語(yǔ)。第二章 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容1 反應(yīng)速率方程2 反應(yīng)速率的濃度效應(yīng)和溫度效應(yīng)3 復(fù)合反應(yīng) 4 反應(yīng)速率方程的變換與積分5 多相催化與吸附6 多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)7 動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定基本要求：掌握化學(xué)反應(yīng)速率的不同表示方式及其相互關(guān)系；理解反應(yīng)速率的濃度效應(yīng)和溫度效應(yīng)；掌握復(fù)合反

4、應(yīng)體系中任一組分的消耗速率和生成速率的表達(dá)方法；掌握瞬時(shí)選擇性的概念及其在反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算中的應(yīng)用；掌握化學(xué)反應(yīng)速率方程的變換與應(yīng)用。掌握定態(tài)近似及速率控制步驟的概念，學(xué)會(huì)推導(dǎo)多相催化反應(yīng)速率方程的方法。理解并列反應(yīng)、平行反應(yīng)和連串反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征。理解氣體在固體催化劑表面上的吸附及吸附等溫線，理解用實(shí)驗(yàn)確定反應(yīng)速率方程的方法及由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)段動(dòng)力學(xué)參數(shù)估值。重點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)速率的不同表示方式及其相互關(guān)系；復(fù)合反應(yīng)體系中任一組分總的消耗速率和生成速率的表達(dá)方法；掌握瞬時(shí)選擇性的概念及其在反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算中的應(yīng)用；學(xué)會(huì)推導(dǎo)多相催化反應(yīng)速率方程的方法。難點(diǎn)：總的消耗速率和生成速率的計(jì)算；瞬時(shí)選擇性在反應(yīng)器設(shè)

5、計(jì)、計(jì)算中的應(yīng)用。推導(dǎo)多相催化反應(yīng)速率方程。第三章 釜式反應(yīng)器 教學(xué)內(nèi)容1 釜式反應(yīng)器的物衡式2 單一反應(yīng)間歇釜的計(jì)算3 復(fù)合反應(yīng)間歇釜的計(jì)算4 連續(xù)釜式反應(yīng)器的設(shè)計(jì)5 連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián)6 釜式反應(yīng)器中收率與選擇性的計(jì)算7 半間歇釜式反應(yīng)器8 連續(xù)釜式反應(yīng)器的定態(tài)操作基本要求：掌握等溫間歇反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)體積的計(jì)算方法；理解流動(dòng)反應(yīng)器空時(shí)和空速的概念及其應(yīng)用；掌握定態(tài)下連續(xù)釜式反應(yīng)器反應(yīng)體積及產(chǎn)物組成的計(jì)算方法；掌握連續(xù)釜式反應(yīng)器串聯(lián)或并聯(lián)操作的計(jì)算；根據(jù)不同的反應(yīng)類型能正確地選擇釜式反應(yīng)器的加料方式、連接方式、原料配比及操作溫度；掌握連續(xù)釜式反應(yīng)器熱量衡算式建立及應(yīng)用；理解全混

6、流反應(yīng)器的多定態(tài)特性、著火現(xiàn)象和熄火現(xiàn)象；了解半間歇反應(yīng)器的計(jì)算方法。重點(diǎn)：等溫間歇反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)體積的計(jì)算；流動(dòng)反應(yīng)器空時(shí)的概念；連續(xù)釜式反應(yīng)器（全混流反應(yīng)器）反應(yīng)體積及產(chǎn)物分布的計(jì)算；連續(xù)釜式反應(yīng)器串聯(lián)或并聯(lián)操作的計(jì)算；釜式反應(yīng)器的加料方式、連接方式、原料配比及操作溫度的選擇。難點(diǎn)：連續(xù)釜式反應(yīng)器（全混流反應(yīng)器）產(chǎn)物分布的計(jì)算；半間歇反應(yīng)器的計(jì)算。第四章 管式反應(yīng)器教學(xué)內(nèi)容1 物料在反應(yīng)器中的流動(dòng)2 等溫管式反應(yīng)器的計(jì)算3 管式反應(yīng)器與釜式反應(yīng)器的比較4 循環(huán)反應(yīng)器5 變溫管式反應(yīng)器6 管式反應(yīng)器的最佳溫度序列基本要求：掌握全混流、活塞流模型在反應(yīng)器設(shè)計(jì)、計(jì)算中的應(yīng)用；掌握等溫活塞流

7、反應(yīng)器反應(yīng)體積及產(chǎn)物分布的計(jì)算；對(duì)管式反應(yīng)器與釜式反應(yīng)器在反應(yīng)體積和收率方面進(jìn)行比較；掌握絕熱和非絕熱變溫活塞流反應(yīng)器反應(yīng)體積及產(chǎn)物分布的計(jì)算方法；能根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的類型選擇活塞流反應(yīng)器的加料方式、原料配比及操作溫度；了解循環(huán)反應(yīng)器的特征和計(jì)算方法。重點(diǎn)：等溫活塞流反應(yīng)器反應(yīng)體積及產(chǎn)物分布的計(jì)算；管式反應(yīng)器與釜式反應(yīng)器的比較；絕熱和非絕熱變溫活塞流反應(yīng)器反應(yīng)體積及產(chǎn)物分布的計(jì)算；活塞流反應(yīng)器的加料方式、原料配比及操作溫度的選擇。難點(diǎn)：絕熱和非絕熱變溫活塞流反應(yīng)器反應(yīng)體積及產(chǎn)物分布的計(jì)算；第五章 停留時(shí)間分布與流動(dòng)模型教學(xué)內(nèi)容1 停留時(shí)間分布2 停留時(shí)間分布的定量描述3 停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定4

8、停留時(shí)間分布的統(tǒng)計(jì)特征值5 理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布6 非理想流動(dòng)模型7 非理想流動(dòng)反應(yīng)器的計(jì)算8 流體的混合態(tài)及其對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響基本要求：理解流動(dòng)系統(tǒng)物料停留時(shí)間分布的意義及其數(shù)學(xué)表達(dá)式；理解返混的概念；掌握停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法；掌握兩種理想流動(dòng)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布；理解反應(yīng)器偏離理想流動(dòng)的原因；理解多釜串聯(lián)、軸向擴(kuò)散模型和離析流模型的物理意義和數(shù)學(xué)模型建立的基本思路，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的反應(yīng)器停留時(shí)間分布數(shù)據(jù)來(lái)確定模型參數(shù)。掌握等溫非理想反應(yīng)器進(jìn)行簡(jiǎn)單反應(yīng)時(shí)最終轉(zhuǎn)化率的計(jì)算；了解流體的微觀混合與宏觀混合及流體的混合態(tài)對(duì)流動(dòng)反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率的影響。重點(diǎn)：停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)定；兩種理想流動(dòng)反

9、應(yīng)器的停留時(shí)間分布；難點(diǎn)：流動(dòng)系統(tǒng)物料停留時(shí)間分布的意義及其數(shù)學(xué)表達(dá)式；返混的概念。第六章 氣固系統(tǒng)中的化學(xué)反應(yīng)與傳遞現(xiàn)象教學(xué)內(nèi)容1 氣固相催化反應(yīng)的過(guò)程步驟2 流體與顆粒表面間的傳質(zhì)與傳熱3 氣體在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散4 內(nèi)擴(kuò)散與反應(yīng)5 內(nèi)擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)選擇性的影響6 內(nèi)、外擴(kuò)散影響的排除7 擴(kuò)散干擾下的動(dòng)力學(xué)假象基本要求：理解多相催化反應(yīng)過(guò)程的步驟和判斷速率控制步驟的方法。了解流體與催化劑顆粒外表面之間的傳質(zhì)與傳熱對(duì)多相催化反應(yīng)速率及選擇性的影響。理解氣體在多孔顆粒中的擴(kuò)散類型及有效擴(kuò)散系數(shù)的概念；掌握等溫多孔催化劑中氣體擴(kuò)散反應(yīng)微分方程的建立及求解方法；了解外擴(kuò)散有效因子的概念；掌握內(nèi)擴(kuò)散有效因

10、子的概念及一級(jí)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散有效因子的計(jì)算；掌握檢驗(yàn)內(nèi)、外擴(kuò)散對(duì)多相催化反應(yīng)速率有無(wú)影響的實(shí)驗(yàn)方法；了解擴(kuò)散對(duì)表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)及表觀活化能的影響及其與相應(yīng)的本征值之間的關(guān)系。重點(diǎn)：等溫多孔催化劑中氣體擴(kuò)散反應(yīng)微分方程的建立及求解方法；內(nèi)擴(kuò)散有效因子的概念及一級(jí)反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散有效因子的計(jì)算；檢驗(yàn)內(nèi)、外擴(kuò)散對(duì)多相催化反應(yīng)速率有無(wú)影響的實(shí)驗(yàn)方法。難點(diǎn)：氣體在多孔顆粒中的擴(kuò)散類型及有效擴(kuò)散系數(shù)的概念；等溫多孔催化劑中氣體擴(kuò)散反應(yīng)微分方程的建立及求解；第七章 固定床催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與分析教學(xué)內(nèi)容1 固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象2固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型3 絕熱式固定床反應(yīng)器4 換熱式固定床反應(yīng)器5 自熱式固定床反應(yīng)器6 實(shí)驗(yàn)室

11、催化反應(yīng)器基本要求：掌握固定床反應(yīng)器壓力降的計(jì)算方法；掌握固定床反應(yīng)器擬均相一維模型的建立和應(yīng)用。理解固定床催化反應(yīng)器的主要類型及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；掌握絕熱式固定床反應(yīng)器催化劑用量的計(jì)算方法；了解多段絕熱式固定床反應(yīng)器的優(yōu)化原則；掌握換熱式固定床反應(yīng)器床層軸向溫度的變化規(guī)律及其影響因素；了解換熱式固定床反應(yīng)器利用熱點(diǎn)（或冷點(diǎn)）的位置變動(dòng)判斷反應(yīng)器的操作工況及參數(shù)敏感性問(wèn)題、飛溫現(xiàn)象。了解自熱式固定床反應(yīng)器的操作工況；了解實(shí)驗(yàn)室催化反應(yīng)器的主要類型及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。重點(diǎn)：固定床反應(yīng)器壓力降的計(jì)算；擬均相一維模型的建立和應(yīng)用。絕熱式固定床反應(yīng)器催化劑用量的計(jì)算。難點(diǎn)：多段絕熱式固定床反應(yīng)器的優(yōu)化；換熱式固定

12、床反應(yīng)器床層軸向溫度的變化規(guī)律及其影響因素。第八章 氣液反應(yīng)與反應(yīng)器教學(xué)內(nèi)容1 概述2 氣液反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)3 氣液反應(yīng)器基本要求：掌握氣液反應(yīng)的擴(kuò)散反應(yīng)方程的建立。掌握各種情況下氣液組分的濃度分布和宏觀反應(yīng)速率。理解氣液反應(yīng)過(guò)程的步驟，理解氣液反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)。理解Hatta數(shù)的物理意義及氣液反應(yīng)的有效因子的物理意義，了解填料塔和鼓泡塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。重點(diǎn)：掌握氣液反應(yīng)的擴(kuò)散反應(yīng)方程的建立。掌握各種情況下氣液組分的濃度分布和宏觀反應(yīng)速率。Hatta數(shù)的物理意義及氣液反應(yīng)的有效因子的物理意義。難點(diǎn)：Hatta數(shù)的物理意義及氣液反應(yīng)的有效因子的物理意義的理解。四、學(xué)時(shí)分配表章序內(nèi)容課時(shí)備注1緒論4課堂討論2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)12課堂討論3釜式反應(yīng)器12課堂討論4管式反應(yīng)器12課堂討論5停留時(shí)間分布與反應(yīng)器的流動(dòng)模型10課堂討論6多相系統(tǒng)中的化學(xué)反應(yīng)與傳遞現(xiàn)象8課堂討論7多相催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與