反应工程 教学大纲

PAGE56学时，3.5分一、课程性质、目的和任务在化学工程与工艺专业的课程体系中，反应工程，分离工程，传递过程原理，化工热力学，化学工艺及化工系统工程是主要的专业基础课。其中，反应工程是一门综合性和理论性都很强的课程，是化工类专业中仅有的几门讲授质变过程原理的课程之一，同时也是化学工程与工艺专业的核心课程。其综合性体现在课程内容涉及到化工热力学、传递过程原理、数学及化工系统工程等方面的知识；理论性则表现为对反应、传递和混合过程的宏观及微观行为的模型化描述。根据“厚基础，宽专业”的教学指导方针，本科生反应工程的授课内容应以传授基础理论和对具有代表性的反应过程的工程分析为重点。课程内容既要注重体现反应工程的理论性和系统性，又要结合本科生的实际水平和应达到的知识层次，在讲解基础理论的同时，适当地引申一些学科发展方向上的新的增长点。基础理论要限定在反应工程的主干上，即对反应动力学和理想反应器要做全面细致地介绍，具有代表性的反应过程可选取均相反应和气固相催化反应，并通过反应器的流动模型确定建立在理想反应器基础之上的真实反应器模型。二、教学基本要求通过学习反应工程，希望化学工程和化学工艺专业方向的本科生掌握反应器设计的基础理论和反应器操作的基本方法。反应工程的前导课程有物理化学、化工热力学、传递过程原理、高等数学和工程数学等。通过物理化学和化工热力学的学习，学生应掌握流体的PVT关系，物理和化学反应过程焓变及化学平衡的计算方法；通过传递过程原理的学习，应掌握传递模型的建立方法，传质、传热系数的计算；通过高等数学和工程数学的学习，掌握微积分、常微分方程和概率论的基本内容。课堂教学应以讲课为主；课后学习应以自学为主，教师答疑为辅。答疑的方式可多种多样，教室答疑、网上答疑并举。辅助教学包括辅助课堂教学和辅助课后自学两个方面。现阶段的多媒体在制作周期、内容修改等方面仍不能满足即兴发挥的要求，因此，黑板是必不可少的。本校反应工程课程已部分采用多媒体技术。每堂课后均留有习题，每章的习题数量在5~10题。反应工程课程的考试历来遵循教考分离的原则，批改试卷采用流水作业的方式进行。期中考试后，还将组织了反应工程课程竞赛。2003年开始，反应工程被指定为本校化学工程专业研究生入学的复试课程。三、教学内容1、化学计量学反应进度、转化率、收率和选择性，化学计量关系，独立反应数。2、反应动力学基础均相反应动力学，气固相催化反应本征动力学及宏观动力学。3、理想反应器间歇反应器，全混流反应器，活塞流反应器4、停留时间分布停留时间分布的实验测定、定量描述及统计特征值，理想反应器的停留时间分布。5、非理想流动模型和非理想反应器设计离析流模型，多釜串联模型，轴向分散模型，反应器中流体的混合。6、气固催化固定床反应器设计固定床内的传递现象，固定床反应器的数学模型及设计方法。7、反应器的操作反应器的等温操作、绝热操作、换热操作，反应器的恒容与变容、间歇与连续操作，反应器的定态操作和定态稳定性。四、学时分配1.绪论1.1化学反应工程11.2化学反应的转化率和收率11.3化学反应器的类型0.51.4化学反应器的操作方式0.51.5反应器设计的基本方程0.51.6工业反应器的放大0.5学时数42.反应动力学基础2.1化学反应速率1.52.2反应速率方程1.52.3温度对反应速率的影响12.4复合反应1.52.5反应速率方程的变换与积分1.52.6多相催化与吸附12.7多相催化反应动力学12.8动力学参数的确定1学时数103.釜式反应器3.1釜式反应器的物料衡算式13.2等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）13.3等温间歇釜式反应器的计算（复合反应）1.53.4连续釜式反应器的反应体积0.53.5连续釜式反应器的串联与并联23.6釜式反应器中复合反应的收率与选择性1.53.7半间歇釜式反应器0.53.8变温间歇釜式反应器13.9连续釜式反应器的定态操作1学时数104管式反应器4.1活塞流假定0.54.2等温管式反应器设计1.54.3管式与釜式反应器反应体积的比较1.54.4循环反应器0.54.5变温管式反应器24.6管式反应器的最佳温度序列1学时数75.停留时间分布与反应器的流动模型5.1停留时间分布1.55.2停留时间分布的实验测定15.3停留时间分布的统计特征值0.55.4理想反应器的停留时间分布15.5非理想流动现象15.6非理想流动模型2.55.7非理想反应器的计算15.8流动反应器中流体的混合0.5学时数96多相系统中的化学反应与传递现象6.1多相催化反应过程步骤16.2流体与催化剂外表面间的传质与传热26.3气体在多孔介质中的扩散16.4多孔催化剂中的扩散与反应2.56.5内扩散对复合反应选择性的影响0.56.6多相催化反应过程中扩散影响的判定16.7扩散干扰下的动力学假象1学时数97多相催化反应器的设计与分析7.1固定床内的传递现象