化学反应工程应用和其课程教学改革

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1、化学反应工程应用和其课程教学改革　　【摘要】本文介绍了化学反应工程在化工工程中的应用，并阐述了化学反应工程课程教学改进的方法，提出了强化计算机的应用、加强实验教学以及与生产实践相结合的改革之路。【关键词】化学反应工程应用教学改革【中图分类号】G642【文献标识码】A【文章编号】1674-4810（2013）16-0056-02化学反应工程是一门涉及高等数学、化工原理、化工热力学、化工传递过程、化工分析与合成等多学科、多领域的科学，也是一门研究化学反应的工程问题的学科。化学反应工程是我校化学工程与工艺本专科的核心课程，目的是将实验室中发现的化学反应可靠地移植到工业生产中，并且

2、就所确定的反应与预期的生产能力对反应器的形状、尺寸及操作方式进行设计，其应用遍及化学、石油化学、生物化学、医药、冶金及轻工业等许多工业部门。一化学反应工程在化工工程中的应用1.化工工程是否具有可行性是一个最直接、最根本的问题，而解决这一问题的基础是先要了解各反应的速率7对于具有工程意义的系统来说，反应动力学无法用理论计算，而必须通过实验来确定。所谓的反应进行分析，即通过实验测定动力学数据并对之进行数学关联，从而获得反应速度方程。因为大多数重要的工业反应都不是在充分混合的均相中进行的，传热和传质过程对这些反应的进行也有相当大的影响。因此，传递过程动力学与化学动力学的共同作用在

3、化学反应工程中具有非常重要的意义。化学反应工程学中的动力学就是专门阐明化学反应速度与各个物理因素之间的定量关系。有些从热力学分析认为可行的，如常压、低温合成氨，由于速度太慢而实际上是不可行的，只有研究出好的催化剂才能在适当的温度和压力下以显著速度进行反应，这就是动力学的问题。还有一些过程，从热力学分析认为是不当的，如甲烷裂解制乙炔，在1500℃左右的高温下，乙炔极不稳定，最终似乎只可以得到碳和氢。但如果使它在极短时间（如0.001秒）内反应并立刻淬冷到低温，那就能获得乙炔，工业上也就是这样来实施的，所以在实际应用上起决定性作用的往往是动力学因素。为了实现某一反应，需要选定合

4、适的条件、反应器结构型式以及确定反应器的尺寸和处理能力等，这些都紧紧依赖于对反应动力学特性的认识。动力学是反应工程的一个重要基础，更是化工工程的一个重要基础。2.化工工程需要工业反应器，而反应器的设计与计算、开发与放大是化学反应工程的一个重要内容7尽管各种产品有不同的生产过程，但作为化工生产的核心——化学反应器是必不可少的。各种不同类型的化学反应器具有不同的反应工程性质，因为在这些反应器中的流体力学及热力学状况可能完全不同。这就要求在进行反应器设计时，要以质量、能量及动量的基本守恒方程式为基础。除了化学动力学以及质量和热量的交换外，反应器中的流体力学及温度变化类型对于反应器

5、的生产能力也会产生影响。7工业装置上采用的反应条件，不一定与小试或中试的一致。如在实验室的小装置内，反应器的直径很小，床层也薄，一般又常以气体通过床层的空间速度作为反应条件的一种标志。但在放大后，床层的高径比往往就不一样了。如要保持相同的空间速度，线速度就需改变，而线速度的大小又影响到压降、流体的混合和传热等情况，从而导致反应的结果不再与小试相同。又如，在小装置中进行某些放热反应时，温度容易控制，但在大装置中，传热和控温往往成为头等难题，甚至根本不可能达到与小装置相同的温度条件，所有这些导致出现“放大效应”。因此，工业装置的反应条件必须结合工程上的考虑才能最合理地确定。在化

6、学反应工程学科建立以前，工业界广泛采用的方法是逐级经验放大的方法，中间试验往往耗资大、历时久。化学反应工程学科建立以后，逐步形成一套新的数学模型方法。目前，逐级经验放大和数学模型两种方法同时并存，各有适用范围，但是，即使是逐级经验放大的方法，也常是以化学反应工程的理论为指导，而不再是纯经验性的了。3.工业反应过程的优化操作以及反应技术的开发是反应工程在工业方面的重要应用化工产品只有在反应器中才能产生，想提高产品的产量必然要对反应器的操作条件进行优化。实际工业反应过程未必在最优的条件下操作，即使设计是优化的，在实施时往往有许多难以预料的因素，使原定的优化设计条件在实际操作中未

7、必是优化的。运用化学反应工程理论对现行的工业反应过程进行分析，结合模拟研究，可找出薄弱环节和进一步调优的方向，通过调节和改造以获得最大的经济效益。由此可知，在化工工程中，老厂的增产挖潜、新厂的设计、新工艺、新产品以及新设备的付诸实践，化学反应工程都起着重要的指导作用。反应工程的理论为新反应器和新反应技术的开发指明了方向，研究者可据此寻找合理的设备结构和操作方法。近年来出现的新的石油化工裂解技术和各种新型技术，都得益于反应工程理论的指导。在工业应用中，在定性指导方面已发挥了很大的作用。但是，与理论研究相比，反应器内传