化學反應(yīng)工程課程教學大綱

化學反應(yīng)工程課程教學大綱課程編號：095111課程名稱：化學反應(yīng)工程學時/學分：72/4.5先修課程：物理化學、化工工藝學、化工原理適用專業(yè)：化學工程與工藝開課系或教研室：化學化工系課程性質(zhì)和任務(wù)1．課程性質(zhì)：化學反應(yīng)工程是以化學反應(yīng)器原理為主要線索，主要研究化學反應(yīng)過程需要解決的工程問題，是化工生產(chǎn)的龍頭、關(guān)鍵和核心，是一些基礎(chǔ)學科諸如物理化學、傳遞過程、化學工藝等相互滲透與交叉而演變成的邊緣學科，其內(nèi)容主要涉及化學反應(yīng)動力學、反應(yīng)器中傳遞特性、反應(yīng)器類型結(jié)構(gòu)、數(shù)學建模方法、操作分析及反應(yīng)器設(shè)計，具有高度綜合性、廣泛基礎(chǔ)性和自身獨特性。2．課程任務(wù)：培養(yǎng)學生將物理化學、傳遞過程、化學工藝、化工熱力學、控制工程等學科知識用之于化學反應(yīng)工程學的綜合能力；使學生掌握化學反應(yīng)工程學科的理論體系、研究方法，了解學科前沿；使學生初步具備改進和強化現(xiàn)有反應(yīng)技術(shù)和設(shè)備、開發(fā)新的反應(yīng)技術(shù)和設(shè)備、解決反應(yīng)過程中的工程放大問題以及實現(xiàn)反應(yīng)過程中最優(yōu)化的能力二、課程教學基本要求通過本課程的教學，要使學生系統(tǒng)地掌握化學反應(yīng)動力學規(guī)律、傳遞過程對化學反應(yīng)的影響規(guī)律，掌握反應(yīng)器設(shè)計、過程分析及最佳化方法。本課程為必修考試科目；本課程采用總評成績評定方法，期末考試卷面成績占90%，平時成績占10%。課程教學內(nèi)容（一）緒論1.基本內(nèi)容：化學反應(yīng)工程學在化學工業(yè)中的地位、研究內(nèi)容及研究方法。2.重點和難點：重點是化學反應(yīng)工程的研究內(nèi)容和方法。（二）均相單一反應(yīng)動力學和理想反應(yīng)器1.基本內(nèi)容（1）概念與術(shù)語，包括化學反應(yīng)式、化學計量方程、反應(yīng)程度、轉(zhuǎn)化率、化學反應(yīng)速率、反應(yīng)動力學方程等。（2）單一反應(yīng)動力學建立的微分法、積分法和最小方差解析法；不可逆反應(yīng)中反應(yīng)時間、轉(zhuǎn)化率與初始濃度之間的變化關(guān)系；等溫恒容過程反應(yīng)動力學方程式、等溫變?nèi)葸^程的膨脹因子δA、膨脹率的表達式以及所表達的反應(yīng)速率方程。（3）理想反應(yīng)器的設(shè)計方程及其運用2.重點和難點（1）重點：化學反應(yīng)動力學方程；理想反應(yīng)器設(shè)計方程（2）難點：動力學方程的建立；反應(yīng)器設(shè)計計算（三）復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型1.基本內(nèi)容（1）復(fù)合反應(yīng)反應(yīng)動力學方程的表達法及動力學分析方法；（2）理想流動反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器和循環(huán)反應(yīng)器的各種操作流程；（3）反應(yīng)器型式及操作評選的分析方法；2.重點和難點（1）重點：復(fù)合反應(yīng)動力學方程表達法；復(fù)合反應(yīng)動力學特征分析；平推流反應(yīng)器的串聯(lián)和全混流反應(yīng)器的串聯(lián)。（2）難點：可逆反應(yīng)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)動力學特點推導(dǎo)與分析；循環(huán)反應(yīng)器設(shè)計方程的數(shù)學推導(dǎo)；復(fù)合反應(yīng)（包括可逆反應(yīng)、自催化反應(yīng)、平行反應(yīng)、連串反應(yīng)）在PFR和CSTR反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計計算（四）非理想流動反應(yīng)器1.基本內(nèi)容：（1）返混對反應(yīng)過程的影響；停留時間分布的實驗測定及分布規(guī)律；（2）活塞流模型、全混流模型、凝聚流模型、多級混合槽模型、軸向擴散模型的假設(shè)及推導(dǎo)；2.重點和難點：（1）重點：停留時間分布的概率函數(shù)及特征值；停留時間分布的實驗測定；解決均相反應(yīng)過程問題的近似法即活塞流模型、全混流模型、凝聚流模型、多級混合槽模型、軸向擴散模型的推導(dǎo)、結(jié)論及應(yīng)用比較。（2）難點：停留時間分布實驗測定；理想反應(yīng)器兩函數(shù)和兩特征值；宏觀流體、微觀流體概念的理解；均相反應(yīng)過程問題的近似法假設(shè)及推導(dǎo)。（四）氣固相催化反應(yīng)本征動力學1.基本內(nèi)容（1）固體催化劑組成、結(jié)構(gòu)及制備，以及催化反應(yīng)過程的特征；非均相催化反應(yīng)的七大步驟和反應(yīng)速率的幾種表達式；（2）物理吸附、冪函數(shù)型本征動力學方程及本征動力學方程的實驗測定；焦姆金吸附模型、弗魯?shù)吕锵Ｎ侥Ｐ?、蘭格繆爾吸附模型（理想吸附模型）及雙曲本征動力學方程推理。2.重點和難點：（1）重點：非均相催化反應(yīng)速度表達；非均相催化反應(yīng)過程；雙曲型本征動力學方程。（2）難點：催化劑的結(jié)構(gòu)及表征；蘭格繆爾吸附模型、焦姆金吸附模型、弗魯?shù)吕锵Ｎ侥Ｐ汀?五)氣固相催化反應(yīng)宏觀動力學1.基本內(nèi)容（1）催化劑顆粒內(nèi)的各種擴散及其判斷準則；宏觀反應(yīng)速率及有效擴散。（2）等溫宏觀反應(yīng)動力學方程。（3）催化劑表面外的傳質(zhì)、傳熱及催化劑失活2.重點和難點（1）重點：以顆粒為基準的有效擴散；西勒模數(shù)物理意義；球形催化劑上等溫反應(yīng)宏觀反應(yīng)動力學方程的假設(shè)、建立、數(shù)學求解；（2）難點：有效擴散的假設(shè)及推導(dǎo)；方程求解涉及二階常微分方程的數(shù)學求解及泰勒級數(shù)近似處理。（六）氣固相催化固定床反應(yīng)器1.基本內(nèi)容（1）流體在固定床內(nèi)的傳遞特性。（2）固定床催化反應(yīng)器的特點及類型和設(shè)計計算。2.重點和難點（1）重點：固定床的空隙率、體積當量直徑、面積當量直徑、比表面當量直徑、顆粒平均直徑；等溫多層絕熱床和多段絕熱反應(yīng)器的設(shè)計計算。（2）難點：厄根方程和修正雷諾準數(shù)；一維擬均相理想流動模型、一維擬均相非理想流模型、二維擬均相模型、二維非均相模型的建立。（八）氣液反應(yīng)過程及反應(yīng)器1.基本內(nèi)容（1）氣液反應(yīng)動力學，包括氣液反應(yīng)步驟、反應(yīng)過程的基礎(chǔ)方程及五大反應(yīng)過程的數(shù)理推導(dǎo)，以及瞬時反應(yīng)過程、極慢反應(yīng)過程、慢反應(yīng)過程的結(jié)論；（2）工業(yè)上常用的氣液反應(yīng)器、鼓泡踏式反應(yīng)器和填料塔式反應(yīng)器的工藝計算。2.重點和難點（1）重點：氣液反應(yīng)過程的基礎(chǔ)方程及五大反應(yīng)過程的數(shù)學求解；化學增強因子和膜內(nèi)轉(zhuǎn)換系數(shù)；填料塔式反應(yīng)器工藝計算。（2）難點：氣液反應(yīng)過程的基礎(chǔ)方程及五大反應(yīng)過程的數(shù)學求解；填料塔式反應(yīng)器工藝計算。（九）反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性1.基本內(nèi)容：全混流、管式反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性及反應(yīng)器參數(shù)的靈敏性。2.重點和難點：（1）重點：全混流、管式反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性；（2）難點：反應(yīng)器參數(shù)的靈敏性；四、學時分配表章序課時備注（一）緒論1（二）均相單一反應(yīng)動力學和理想反應(yīng)器5實驗：1課時（三）復(fù)合反應(yīng)器與反應(yīng)器選型8實驗：2課時（四）非理想流動反應(yīng)器8實驗：3課時（五）氣固催化反應(yīng)本征動力學8實驗：3課時（六）氣固催化反應(yīng)宏觀動力學8實驗：3課時（七）氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器8實驗：3課時（八）氣液反應(yīng)過程及反應(yīng)器6實驗：2