《化学反应工程》教学大纲

《化学反应工程》教学大纲

一、课程基本信息

二、课程描述

中文：这是一门为化工专业学生开设的专业核心课，具有多学科交叉的特点，涉及化学，化工工艺，传递过程，工程控制等领域。通过该课程的教学使学生能够掌握化学反应工程学的基本概念、基本理论和基本操作技能。培养学生分析问题、解决问题的能力，主要内容为反应动力学和反应器分析与设计，具体包括：均相反应动力学，均相反应过程，非理想流动，催化动力学，固定床反应器，流化床反应器等。

英文：This is a professional core course for majors of chemical engineering and technology. This course is multidisciplinary subjects consisting of various fields, such as chemistry, reaction engineering , chemical engineering ,transfer process,engineering controls，etc, aiming at the students’ mastery of the basic concepts , theories and techniques of chemical reaction engineering. The study of this course develops the students’ ability to analyze and solve practical problems. The main contents of this course are reaction kinetics and reactor analysis and design, including homogeneous reaction kinetics,homogeneous reaction process,non-ideal flow,catalytic reaction kinetics and reactor analysis and design.

三、课程内容

（一）课程教学目标

本课程以生产规模的化学反应过程为主要研究对象，研究化学反应速率及其变化规律，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上目的。

通过本课程的学习，使学生初步掌握化学反应工程最基本的原理和计算方法，为今后解决化工生产过程中和科学研究中遇到的各种化学工程问题奠定一定的基础。

（二）基本教学内容

第一章、绪论

教学目的与要求： 了解化学反应工程研究目的任务，研究范畴、研究方法

教学重点： 化学反应工程研究目的、内容与方法

教学难点： 反应工程研究方法

教学内容：化学反应工程学的任务和内容；工业反应器的分类；化学反应工程学的研究方法；化学反应工程学与相关学科的关系及其发展；反应器设计的基本任务。

学时分配：2

第二章、均相反应动力学

教学目的与要求：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。

教学重点： 1.化学反应速率的定义和在恒容过程、分批式操作的数学表示式

2.速率方程的变换与积分及应用

3.反应速率、转化率、反应选择性以及得率等概念。

教学难点：速率方程的变换与积分及应用

教学内容：概述；化学反应速率的定义；反应速率方程的表达形式；各类反应的动力学特征；变容过程浓度、分压与转化率的关系以及动力学方程的表达；由动力学数据确定反应级数和活化能；由单一反应动力学推演复合反应过程生成速率与浓度的关系；了解各复合反应过程的解析计算。

学时分配：6

第三章、均相反应过程

教学目的与要求：1.掌握理想反应器的设计方程；2.了解各理想反应器的特征；3.掌握多釜串联反应器的分析与计算；4. 根据反应过程特征选择反应器及操作方式和操作条件

教学重点： 1.理想反应器的设计方程；2.各理想反应器的特征；3.多釜串联反应器的分析与计算；4.反应器类型和操作方法的评选

教学难点：各理想反应器的特征、等温条件下的设计方程及反应器计算；根据反应过程特征选择反应器及操作方式和操作条件；

教学内容：概述；反应器设计的基础方程；空速、空时、反应时间、停留时间的基本定义；各理想反应器的特征、等温条件下的设计方程及反应器计算；多釜串联反应器的分析及计算；根据反应过程特征选择反应器及操作方式和操作条件；

学时分配：10

第四章、非理想流动

教学目的与要求：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

教学内容：引言；停留时间分布密度函数和分布函数及其物理意义、计算；平均停留时间及方差的计算；理想反应器的停留时间分布函数及其数字特征；非理想流动模型及其特征；造成非理想流动的原因及其判断；用凝集流模型、多釜串联模型、轴向扩散模型计算反应器的转化率。。

学时分配：8

第五章、非均相反应动力学

教学目的与要求：1.了解气固相催化反应本征动力学。

2. 掌握气固相催化反应宏观动力学

教学重点：1.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。

教学难点： 建立气固相催化反应动力学模型

教学内容：1.催化剂；理想化学吸附与脱附的速率和平衡；双曲型本征动力学方程的推导及机理判断；建立动力学模型的实验方法及装置。

2.气固相催化反应宏观动力学

多相催化反应过程步骤及控制步骤；双组分系统有效扩散系数的计算；宏观反应速率的定义、席勒模数的物理意义、有效因子定义及物理意义；普遍化有效因子计算式；内扩散对复合反应选择性的影响；多相催化反应过程中内、外扩散影响的判定；流体与颗粒表面间温差与浓差计算；多孔催化剂内反应组分浓度的分布；等温一级反应在催化剂内浓度分布的推导；内外扩散都有影响时的有效因子；催化剂的失活。

学时分配：8

第六章、固定床反应器

教学目的与要求：1.了解固定床反应器的类型与特点；1.了解一维拟均相模型的建立方法

教学重点： 固定床一维拟均相模型；固定床内的传质和传热；换热式固定床反应器分析

教学难点：固定床一维拟均相模型；固定床内的传质和传热；换热式固定床反应器分析

教学内容：固定床压降的计算；固定床径向传热的计算；固定床一维拟均相模型的假设及方程；用一维拟均相模型计算绝热反应器催化剂用量；多段绝热反应器的优化条件；固定床内的传质和传热；换热式固定床反应器分析；固定床反应器的分类及各类反应器的特点；二维拟均相反应器模型；各种模型的比较及应用范围。

学时分配：6

第七章、流化床反应

教学目的与要求：1.了解流化床中的传热和传质；2. 了解流化床的数学模型

教学重点： 流化床中的传热和传质；流化床主要工艺参数计算；流化床传质模型简介

教学难点：流化床中的传热和传质；流化床的数学模型

教学内容：流化现象；流化床主要工艺参数计算；流化床内的气固动态；流化床传质模型简介。

学时分配：8

四、考核方式

考勤+作业+平时测试+期中测试+期末考试

学期成绩评定方式：日常考查，含课堂考勤及课堂参与、书面作业，占30%；平常考试，占 30%；期末考试：占40%；

五、教材及参考书

教材

陈甘棠主编《化学反应工程》第三版，化学工业出版社，2007年。

参考书目：

1、郭锴等编《化学反应工程》第二版，化学工业出版社，2007年。

2、李绍芬主编《反应工程》，化学工业出版社，2000年。

3、罗康碧主编《化学反应工程》上册（化学反应工程基本原理）、《化学反应工程》下册（化学反应器设计），成都科技大学出版社，1989年。

4、陈敏恒，翁元垣编著，化学反应工程丛书《化学反应工程》基本原理（修订本），化学工业出版社，1986年。

5、Levenspiel主编《Chemical Reaction Engineering》（3rd Edition）

六、授课手段

采用多媒体课堂授课教学方式+小班讨论