化学反应工程.docx

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化学反应工程

《化学反应工程》

课程名称：

化学反应工程

英文名称：

ChemicalReactionEngineering

课程编号：

课程类别：

专业必修课

学时/学分：

51学时/3学分；理论学时：

51学时

开设学期：

六

开设单位：

化学化工学院

适用专业：

应用化学

说明

一、课程性质与说明

1．课程性质

专业必修课

2．课程说明

《化学反应工程》是应用化学专业重要课程。

本课程是继物理化学、化工原理、高等数学等课程后开设的一门主修专业课，以工业反应过程为主要研究对象，按化学反应与质量、热量传递交互作用的共性归纳综合的宏观反应过程，研究过程速率及其变化规律、传递规律及其对化学反应的影响，以达到反应器的开发、设计和放大及优化操作之目的，强调工程观点，提倡理论与实践相结合。

二、教学目标

1．通过本课程的学习，使学生理解化学反应过程动力学原理、流体流动、传热、传质对反应过程的影响规律；

2．牢固地掌握反应器的设计、选型、放大与最佳化的基本原理和计算方法；

3．培养学生能以动力学及反应工程的观点分析一个具体的反应过程，提高学生分析问题和解决问题的能力，对学生进行定量计算和设计与分析能力的训练；

4．掌握常见反应器的设计计算，初步具备对工业反应器进行设计与分析的能力，为解决化工生产过程中遇到的各种化学工程问题打下良好的基础。

三、学时分配表

章序

章题

讲授

学时

实验

学时

辅导

学时

自学

学时

小计

1

绪论

5

5

2

化学反应动力学

10

1

11

3

理想间歇反应器与化学反应的基本特征

8

1

9

4

理想流动管式反应器

6

6

5

连续流动釜式反应器

8

8

6

反应过程中的混合现象及其对反应的影响

8

1

9

7

化学反应过程的优化

6

6

合计

51

3

54

四、教学教法建议

通过课堂讨论、师生交流、习题评讲、答疑、等环节，达到教学大纲规定的要求，较好完成教学任务。

课堂教学应力求学生弄清基本概念，熟练掌握基本内容，引导学生学会分析问题和解决问题的能力。

教学方法上通过实物、挂图、多媒体及课外实验等各种途径加深学生印象，提高教学效果。

五、课程考核及要求

1．考核方式：

考试（√）

2．成绩评定：

计分制：

百分制（√）

成绩构成：

总成绩=平时考核10%+中期考核30%+期末考核60%

六、参考书目

[1]张濂，许志美编.《化学反应工程》.上海：

华东理工大学出版社，2007.

[2]李绍芬编.《化学反应工程》.北京：

化学工业出版社，2000.

[3]郭锴，唐小恒编.《化学反应工程》.北京：

化学工业出版社，2000.

[4]黄恩才，刘国标编.《化学反应工程》.北京：

化学工业出版社，1996.

[5]王承学编.《化学反应工程》.北京：

化学工业出版社，2009.

[6]朱炳辰编.《化学反应工程》.上海：

华东理工大学出版社，2001.

本文

第一章绪论

教学目标：

1.了解化学反应工程的研究对象和目的。

2.了解化学反应工程的研究内容和化学反应工程研究方法。

教学时数：

5学时

教学内容：

1.1化学反应工程的研究对象和目的

　1.2化学反应工程的研究内容

　1.3化学反应工程研究方法

　1.4化学反应工程在工业反应过程开发中的作用

教学重点：

1．化学反应工程的基本方法、优化的技术指标；

2．反应速率、转化率、反应选择性以及得率等概念。

教学难点：

反应速率、转化率、反应选择性以及得率等概念

考核要点：

1．化学反应工程学的定义、发展基础。

2．化学反应工程学的任务和研究内容。

3．化学反应工程体系的划分及化学反应工程的研究方法。

第二章化学反应动力学

教学目标：

1.掌握化学反应速率的不同表示方式及其相互关系；理解反应速率的浓度效应和温度效应。

2.掌握复合反应体系中任一组分的消耗速率和生成速率的表达方法；掌握瞬时选择性的概念及其在反应器设计计算中的应用。

3.了解气固相催化反应本征动力学和流固相非催化反应动力学基本特征。

教学时数：

10学时

教学内容：

2.1化学反应速率的工程表示：

化学计量式、反应程度、化学反应速率、消耗或生成速率等基本概念。

2.2均相反应动力学：

均相反应速率方程的表示形式，理解浓度、温度对反应速率的影响；动力学方程的建立、转换及积分式

2.3气固相催化反应本征动力学：

气固相催化反应由吸附、反应和脱附过程组成；理想表面吸附模型和真实表面吸附模型。

2.4流固相非催化反应动力学：

流固相非催化反应模型及建立

教学重点：

1.化学反应速率的定义和在恒容过程、分批式操作、连续流动稳定操作时的数学表示式

2.速率方程的变换与积分及应用

教学难点：

速率方程的变换与积分及应用

考核要点：

1.化学计量式、反应程度、化学反应速率、消耗或生成速率等基本概念。

2.均相反应速率方程的表示形式，浓度、温度对反应速率的影响。

3.单一反应动力学方程的建立、转换及积分式。

第三章理想间歇反应器与化学反应的基本特征

教学目标：

1.掌握等温间歇反应器反应时间、反应体积的计算方法

2.掌握定态下连续釜式反应器反应体积及产物组成的计算方法；

3.掌握理想间歇反应器中的简单反应、均相可逆反应、均相平行反应和均相串连反应的基本特征。

教学时数：

8学时

教学内容：

3.1反应器设计基本方程：

反应器中流体的流动模型，反应器设计的基本方程

3.2理想间歇反应器中的简单反应：

单一反应的定义，反应速率方程式的微分法和积分法；等温恒容过程零级、一级和二级不可逆反应的速率方程式及其积分式的积分过程

3.3理想间歇反应器中的均相可逆反应：

可逆反应的特点、类型及反应速率方程的建

3.4理想间歇反应器中的均相平行反应：

平行反应的定义、特点、主要类型及反应的收率、得率和选择性的定义和数学表示式。

3.5理想间歇反应器中的均相串联反应：

串联反应的定义、特点、主要类型及反应的收率、得率和选择性的定义和数学表示式；最优反应时间topt和最大得率Xmax。

教学重点：

1．单一反应中的不可逆反应、可逆反应、催化反应以及自催化反应的幂函数型的速率方程积分式的推导方法

2．单一反应中的不可逆反应、可逆反应、催化反应以及自催化反应的动力学特征

3.复合反应的收率、得率和选择性的定义和数学表示式及其应用

教学难点：

单一反应中的不可逆反应、可逆反应、催化反应以及自催化反应的动力学特征

考核要点：

1．反应器流体的流动模型、反应器设计的基本方程。

2.掌握等温恒容过程零级、一级和二级不可逆反应的速率方程式及其积分式的积分过程，并能熟练地用于进行有关计算。

3.复合反应的定义、主要类型、复合反应的收率、得率和选择性的定义和

数学表示式。

4.最优反应时间topt和最大得率Xmax的计算；各组分农度随反应时间分布和产物得率分布曲线的特点。

第四章理想流动管式反应器

教学目标：

1.理解平推流反应器内流体流动、浓度和温度分布的特征。

2.掌握平推流反应器的设计方程的建立方法及其计算应用；掌握平推流反应器的图解计算法。

3.理解等温恒容过程平推流反应器和分批式理想混合反应器的设计方程是完全一致的（但时间项平推流为空时τ，分批式为反应时间t）。

4.了解空时、空速和停留时间的概念；了解反应前后分子数变化的气相反应。

教学时数：

6学时

教学内容：

4.1理想流动管式反应器的特点：

理想流动管式反应器及应用范围

4.2理想流动管式反随器基本方程式：

平推流反应器的设计方程（即物料衡量式）的建立方法及其计算应用

4.3空时、空速和停留时间：

空时、空速和停留时间的定义及其联系与区别

4.4反应前后分子数变化的气相反应：

膨胀率的定义及计算方法：

膨胀因子的定义及计算方法；变分子反应过程的反应器的计算

教学重点：

1.平推流反应器的设计方程的建立方法及其计算应用

2.管式反应器与釜式反应器在反应体积和收率方面进行比较

3.循环反应器的特征和计算方法

教学难点：

循环反应器的特征和计算方法

考核要点：

1.平推流反应器的设计方程的建立方法及其计算应用。

2.空时、空速和停留时间定义及计算。

3.膨胀率、膨胀因子的定义及计算方法。

第五章连续流动釜式反应器

教学目标：

1.掌握定态下连续釜式反应器反应体积及产物组成的计算方法。

2.掌握在1/rA～CA图上比较分批式反应器和全混流反应器有效容积的方法，和通过计算全混流反应器容积效率比较分批式反应器和全混流反应器有效容积的方法。

3.掌握多釜串联全混流反应器的设计计算方法，进行一级不可逆反应时的设计方程，并能用于进行有关计算。

4.了解返混的原因与限制返混的措施。

教学时数：

8学时

教学内容：

5.1连续流动釜式反应器的基本设计方程：

全混流反应器设计方程（即物料衡算法）的建立方法及计算

5.2连续流动釜式反应器中的均相反应：

均相反应的特点及计算方法及图解计算法。

5.3连续流动釜式反应器中的浓度分布与返混：

连续流动釜式反应器的浓度分布特征；管式循环反应器的方程的建立及计算及连续流动釜式反应器的返混

5.4返混的原因与限制返混的措施：

返混的原因与限制返混的措施及多釜串联全混流反应器的设计计算方法

教学重点：

1.多釜串联全混流反应器的设计计算方法，进行一级不可逆反应时的设计方程

2.全混流反应器设计方程的建立方法，能应用方程进行单一反应和复合反应的各项计算

教学难点：

多釜串联全混流反应器的设计计算方法，进行一级不可逆反应时的设计方程

考核要点：

1．定态下连续釜式反应器反应体积及产物组成的计算方法。

2．应用方程进行单一反应和复合反应的各项计算。

3．连续釜式反应器的串联与并联。

4．釜式反应器中收率与选择性的计算。

5．管式循环反应器的有关计算。

第六章反应过程中的混合现象及其对反应的影响

教学目标：

1．区分停留时间分布函数、停留时间分布密度函数、停留时间分布函数的数学特征等概念。

2．掌握并应用停留时间分布函数、停留时间分布密度函数、停留时间分

函数的数学特征的计算。

3．了解停留时间分布的测定。

4.掌握非理想流动反应器的有关计算。

教学时数：

8学时

教学内容：

6.1混合现象的分类：

微观混合与宏观混合及其对化学反应的影响

6.2停留时间分布及其性质：

停留时间分布函数、停留时间分布密度函数、停留时间分布函数的数学特征等概念；常见反应器停留时间的计算

6.3连续釜式反应器中的固相反应：

自学

6.4微观混合及其对反应结果的影响：

流体的混合态及宏观流体反应的计算

6.5非理想流动模型：

数学模型方法及扩散模型法

6.6非理想流动反应器的计算：

多级全混流模型反应器的计算及轴向扩散模型反应器的计算

教学重点：

1.返混与停留时间分布的概念；E（t）和F（t）函数

2.平推流反应器和全混流反应器的E（t）和F（t）函数

3.由实验测定停留时间分布数据确定E（t）和F（t）函数和非理想流动模型的模型参数

教学难点：

平推流反应器和全混流反应器的E（t）和F（t）函数

考核要点：

1．停留时间分布函数、停留时间分布密度函数、停留时间分布函数的数学特征；

2．停留时间分布函数、停留时间分布密度函数、停留时间分布函数的数学特征的计算；

3．停留时间分布的测定方法；

4．理想流型的停留时间分布特点；

5．多级全混流模型模型参数的计算。

第七章化学反应过程的优化

教学目标：

1.了解反应过程优化的目标及影响反应的工程因素。

2.掌握间歇反应器、平推流反应器和全混流反应器有关体积空时的计算。

3.掌握自催化反应、平行反应和串联反应优化方法及其计算。

教学时数：

6学时

教学内容：

7.1概述：

反应过程优化的目标

7.2影响反应场所浓度的工程因素：

反应器型式，操作条件，操作方式

7.3简单反应过程反应器型式的比较：

间歇反应器、平推流反应器和全混流反应器的体积比较、空时比较等

7.4自催化反应过程的优化：

自催化反应在不同反应器中的比较

7.5可逆反应过程的优化：

可逆反应的浓度效应；可逆反应过程的最优反应温度和最优温度序列

7.6平行反应过程的优化：

平行反应的选择率和收率；选择率的温度效应；选择率的浓度效应；反应器的选型及操作方式

7.7串联反应过程优化：

串联反应的收率及选择率；反应器的选型与操作方式；双组分串联反应中的过量浓度的影响

7.8复合反应过程的温度条件：

温度效应的处理方法；选择率与反应速率的影响

教学重点：

1.间歇反应器、平推流反应器和全混流反应器的体积比较、空时比较等

2.自催化反应、平行反应和串联反应优化方法及其计算

教学难点：

自催化反应、平行反应和串联反应优化方法及其计算

考核要点：

1.简单反应过程反应器型式的比较。

2.自催化反应过程的有关计算。

3.可逆反应过程的优化有关计算。

4.平行反应过程的优化有关计算。

5.串联反应过程优化有关计算。

执笔：

审核：

　　修订时间：

2011.7