《化学反应工程》课程教学大纲

第页《化学反应工程》课程教学大纲课程编号：20911109总学时数：64（理论64）总学分数：4课程性质：专业必修课适用专业：应用化学（精细化学品工艺与设计方向）一、课程的任务和基本要求：课程的任务和基本要求化学反应工程是化学工程学科的一个分支，是研究化学反应工程问题的科学。它以工业反应过程为主要研究对象，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。化学反应工程课程是应用化学专业的一门专业课，是学生学完物理化学和化工原理之后所必修的一门主干课程。通过本课程的学习，学生应达到下列要求：（1）牢固掌握化学反应工程的各种基本概念、基本原理以及反应器分析和设计所用的基本关系式；（2）较深入地了解目前工业上应用较广的各种类型反应器的特点、性能和适用范围，掌握固定床催化反应器等几种重要反应器的化工设计计算方法；（3）掌握工业反应器设计的一般方法和程序，了解考虑的基本问题和决策方法；（4）较深刻地理解数学模型和模拟方法的基本原理和实质；（5）具备一定的工程应用能力。二、基本内容和要求：第一章绪论课程的性质和任务，简介化学反应和反应器的基本内容、基本原理、力学模型和模拟方法。第二章均相反应动力学反应速率的定义，反应转化率和反应程度，反应速率方程，反应速率的实验测定，单一反应速率式的解析，复合反应。本章应在物理化学中反应动力学讨论基础上，使学生进一步理解反应速率的意义，湿度和浓度对反应速率的影响，掌握转化率、选择性、收率的概念及其在反应器设计中的应用，重点讨论均相反应特点（包括变容过程），尤其是可逆反应、复合反应中的平行反应和连串反应的动力学特征以及各组份浓度、反应产物收率的计算。第三章理想反应器间歇反应器设计中最优反应时间的计算，半连续反应器，全混流反应器，多釜串联反应器，平推流反应器，反应器型式和操作方法的评选。本章是化学反应工程讨论的基础和重点，要使学生深入理解全混流和平推流两种理想模型的特征和意义，牢固掌握这两种反应器的设计计算及操作方式的评选。第四章非理想流动停留时间分布及其实验测定，停留时间分布函数的特征值，特殊流动模式的停留时间分布，非理想流动的流动模型：多级混合模型，轴向扩散模型，流体混合态及其对化学反应的影响。本章内容比较抽象，学生往往不易理解，要重点讲清楚返混的概念，返混的成因，返混和流动的关系，返混与停留时间分布的关系，以及如何通过停留时间分布的实验测定，进行数学处理，结合流动模型，求解在非理想流动反应器中进行的化学反应。第五章气固催化反应动力学本章重点讨论由L—H机理，建立气固催化反应本征动力学方程，以及如何通过计算或实验测量催化剂的有效系数来建立气固催化宏观动力学的问题。气固催化反应本征动力学方程：反应速率的实验测定、动力学方程式的判定和参数推定，催化剂颗粒中的内扩散，等温和非等温催化剂的有效系数，内扩散对反应选择性的影响，催化剂颗粒与流体间的传热传质（外扩散）。第六章反应器设计的一般原则和方法反应器设计的一般程序，单一反应体系、固体催化剂对反应选择性的影响，反应器型式和操作方式的选择的一般原则，反应器组合、反应器型式对收率的影响，以及加料方式对收率的影响，选择反应器结构和换热方式的一般原则，温度敏感性的定量判据，以及敏感放热反应的对策吸热反应的温度控制。第七章固定床反应器固定床反应器特性，固定床中的传热、传质与混合，固定床反应器数学模型，每段绝热床的设计与优化，换热式固定床的设计计算，拟均相二维模型的基础方程与求解。本章重点讨论固定床反应器传递特性以及如何由已建立的宏观动力学方程建立反应器数学模型及其求解问题，重点介绍拟均相一维理想流动模型和拟均相二维模型。第八章流化床反应器流化床反应器特性，颗粒的流化性能和特征速度，气泡及其行为，乳相动态，流化床中的传热、传质，流化床反应器模拟和放大。本章主要介绍流化床反应器的特点和适用范围，突出讨论流化床中气泡对传热、传质及其反应的影响——气泡模型；介绍流化床反应器放大的几种模型形式，重点介绍鼓泡床模型的计算。第九章其它多相反应器气—液两相本征动力学和宏观动力学分析，气—液反应器型式和选择，气—液反应器设计模型，填料塔和鼓泡塔反应器流体力学状态，数学模型及其计算。其它多相反应器简介。本章重点讨论气—液反应器的宏观特性，气—液反应器特性以及气—液反应器模拟放大问题。三、实践环节和要求：无四、教学时数分配：理论：64实验：上机：其它：教学内容学时分配教学内容学时分配第一章绪论4第六章反应器设计的一般原则和方法6第二章均相反应动力学9第七章固定床反应器6第三章理想反应器9第八章流化床反应器9第四章非理想流动9第九章其它多相反应器4第五章气固催化反应动力学8合计64学时五、其它项目：无六、有关说明：1、教学和考核方式：本课程属考试课，考试方式为闭卷。2、习题：本课程以课堂讲授为主，每次课后布置一定量的习题以巩固所学内容。3、能力培养要求：本课程综合性强，涉及多方面的问题，需要高等数学、工程数学、无机化学、有机化学、物理化学、化工原理等学科的知识作为基础。4、与其它课程和教学环节的联系：先修课程和教学环节：高等数学、无机化学、有机化学、物理化学、化工原理后续课程和教学环节：选修课程的学习和毕业环节平行开设课程和教学环节：专业课5、教材和主