《化学反应工程》教学大纲

《化学反应工程》教学大纲

课程名称化学反应工程

课程编号

课程英文名称Chemical Reaction Engineering

课程类型专业基础课

总学时 64学时（理论50学时，实验14学时）

学分 4

适用专业化学工程与工艺

先修要求高等数学、物理化学、化工原理、

开课安排第六学期开课，周五学时

一、课程基本目的

《化学反应工程》是化学工程类专业继物理化学、化工原理、化工数学等课程后开设的一门主修专业课。目的是使学生掌握化学反应工程的基本概念、原理和方法，包括反应动力学及传递过程基本原理、理想流动模型及理想反应器、停留时间分布以及混合程度对反应的影响、反应器的设计与分析方法等。

二、学习收获：

通过本课程的教学，使学生掌握建立化学反应动力学模型及反应器流体传递过程模型的方法，并根据化学反应特性及反应器特性，掌握反应器的设计、选型、放大与最优化，为将来深入研究与开发化工反应过程打好基础。

四、内容提要：

《化学反应工程》是研究化学反应工程问题的学科，它以化学反应及化学反应器工程问题为研究对象，将反应特性及反应器的特性结合起来研究化学反应在工业上进行有效实施的一门专业主干课程。该课程的主要内容包括均相与非均相反应动力学基础、理想反应器模型、非理想流动的停留时间分布及混合程度对化学反应的影响、均相非理想流动的流动模型以及气固相催化反应器非均相反应器等内容。

绪论（2学时）

1. 化学反应工程的任务和范畴。

2. 化学反应工程的研究方法。

3. 化学反应工程与其他学科的关系。

4. 如何学好反应工程。

要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1. 化学反应工程的任务和范畴。2. 化学反应工程的研究方法——数学模拟法。

要求一般理解与掌握的内容有：化学反应工程与其他学科的关系。

难点：数学模拟法。

第1章均相反应动力学（8学时）

明确反应速度的定义及表示方法，掌握转化率、收率、选择性的概念，研究各种因素如温度、催化剂、反应物组成和压力等对反应速率、反应产物分布的影响，并确定表达这些影响因素与反应速率之间定量关系的速率方程。掌握恒容反应过程及变容过程的动力学分析，为工业反应器的选型、设计计算和反应的操作分析等提供理论依据和有关的动力学基础数据。

第2章均相反应器（8学时）

1）熟悉均相反应器的基本类型和特点，间歇反应器、活塞流和全混流的流体流动特性以及活塞流和全混流反应器的流动模型，明确连续流动理想反应器的空时、空速等概念。

2）牢固掌握等温、变温间歇反应器反应体积的计算方法，掌握等温、变温平推流的设计方程、操作方程及反应体积的计算。

3）牢固掌握全混流反应器的基础设计方程与反应体积的计算。

4）明确平推流反应器的串联与并联，全混釜式反应器的串联与并联，全混反应釜串联的代数计算方法，了解全混釜串联的最优化。

5）明确各种反应器生产能力的比较，在各种反应器中进行复合反应的收率与选择性的计算，反应器型式与操作方式的评选。

6）了解反应器的热稳定性：全混反应釜的热稳定性分析。

第3章非理想流动（8学时）

1）非理想流动的概念与成因，停留时间分布的表示方法。

2）掌握停留时间分布函数的特征值包括平均停留时间与方差的计算方法。

3）了解停留时间分布的实验测定方法：脉冲示踪法和阶跃示踪法。

4）熟悉几种特殊流动模式的停留时间分布。

5）掌握多釜全混流串联模型的模拟非理想流动的模型化方法。

6）了解轴向分散模型。

第4章气固相催化反应本征动力学（4学时）

1)掌握理想化学吸附与脱附的速率和平衡；

2)掌握双曲型本征动力学方程的推导及机理判断；

3)了解建立动力学模型的实验方法及装置。

第5章气--固相催化相反应宏观动力学（6学时）

1）了解固体催化剂、比表面、孔体积与孔径分布等物理性质、表面物理吸附与化学吸附和吸附等温方程。

2）熟悉气固相催化反应过程的步骤与控制步骤，宏观反应速率的定义、西勒模数的物理意义、有效因子定义及物理意义；

3）明确催化剂颗粒中的扩散现象及催化剂有效扩散系数与内扩散等温有效因子的估算，了解催化剂的非等温有效因子。

第6章气固相催化反应固定床催化反应器（6学时）

1）熟悉固定床反应器的应用、分类与优缺点。

2）熟悉固定床反应器的压力降、传质与传热过程的计算。

3）熟悉非等温固定床反应器的计算与拟均相一维模型。

4）掌握等温固定床反应器、单段绝热床反应器的计算，了解多段绝热床的优化设计。

5）了解拟均相二维模型的建立与求解方法。

第7章液相反应过程与反应器（4学时）

1)掌握气液反应过程及步骤；

2)熟悉气液反应过程宏观反应速率方程；

3)掌握反应过程化学增强因子的计算及速率式；膜内转化系数和化学增强因子的物理意义；

4)了解填料塔的设计计算；鼓泡塔的设计计算；各类气液反应器特点及适用范围。

第8章环境反应工程与生化反应工程介绍（4学时）

1)生化化学工程

2)环境化学工程

实验一：活性氧化铝催化剂的制备 4学时

实验二：气液固三相流化床性能测定实验 2学时

实验三：CO中低温变换实验 4学时

实验四：停留时间测定实验（管式、釜式） 4学时

四、教学方式：

采用多媒体进行课堂教学、板书教学结合。

五、教材或参考书：

1. 陈甘棠主编，化学反应工程，北京：化学工业出版社，2006

2、黄恩才主编，《化学反应工程》，北京，化学工业出版社，1996

3、朱炳辰主编，《化学反应工程》，北京，化学工业出版社，1993

4、李绍芬编，《化学与催化反应工程》北京，化学工业出版社，1986

5. Octave Levenspiel，Chemical Reaction Engineering (Third Edition)，化学工业出版社，2002

6. Lanny D. Schmidt，The Engineering of Chemical Reaction（Second Edition），Oxford Science Publication，2004

六、学生成绩评定方法：

考试是对教与学的全面验收，是不可缺少的教学环节。总成绩：课堂表现（10%）+课外作业（10%）+实验成绩（20%）+期末考查（60%）。期末考查为闭卷形式，题型包括判断题、选择题、填空题、简答题、计算题。

化学反应工程教案

化学反应工程课程教案 课次17课时 2 课型 (请打√)理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□ 授课题目(教学章、节或主题): 第7章气固相催化反应流化床反应器 7、3流化床反应过程的计算 教学目的、要求(分掌握、熟悉、了解三个层次):: 1、掌握流化床的基本概念; ２、掌握流化床的工艺计算; 教学重点及难点: 重点:固定床催化反应器的特点、类型和设计要求。 难点:一维拟均相理想流动模型对反应器进行设计计算、 教学基本内容方法及手段 7、１流化床的基本概念 流态化现象:使微粒固体通过与气体或液体接触而转变成类似流体的 操作。 固体颗粒层与流体接触的不同类型: 7、1、1流化床的基本概念 1）当通过床层的流体流量较小时,颗粒受到的升力(浮力与曳力之和) 小于颗粒自身重力时,颗粒在床层内静止不动,流体由颗粒之间的空 隙通过。此时床层称为固定床。 讲解

2）随着流体流量增加,颗粒受到的曳力也随着增大、若颗粒受到的升力恰好等于自身重量时,颗粒受力处于平衡状态,故颗粒将在床层内作上下、左右、前后的激烈运动,这种现象被称为固体的流态化,整个床层称为流化床、 曳力(表面曳力、形体曳力)曳力是流体对固体的作用力,而阻力是固体壁对流体的作用力,两者是作用力与反作用力的关系。表面曳力由作用在颗粒表面上的剪切力引起,形体曳力由作用在颗粒表面上的压强力扣除浮力部分引起、 ３)。流化床类似液体的性状 (a) 轻的固体浮起; (b)表面保持水平; (c)固体颗粒从孔中喷出; (d)床面拉平; (ｅ)床层重量除以截面积等于压强 流化床的优点 (1) 颗粒流动类似液体,易于处理、控制; (2) 固体颗粒迅速混合,整个床层等温; (3) 颗粒能够在两个流化床之间流动、循环,使大量热、质有估计在 床层之间传递; (4) 宜于大规模操作; (５) 气体和固体之间的热质传递较其它方式高; (6) 流化床与床内构件的给热系数大、

化学反应工程

27060化学反应工程南京工业大学编（高纲号0322） I课程性质、地位和任务 "化学反应工程"是化学工程学科的一个分支，是化学工程与工艺专业学生必修的一门专业基础技术课程。它以工业反应过程为主要研究对象，研究反应过程速率及其变化规律；研究反应器内的传递特性及其对化学反应的影响。为学生今后从事化工反应技术开发、反应器的设计与放大、反应过程操作优化等诸方面工作奠定基础。 本课程在学生学习了"高等数学"、"大学物理"、"化学"、"物理化学"、"化工原理"等课程基础上进行。课程总学时为100，即5学分。 通过本课程的学习，学生应比较牢固地掌握化学反应工程的基本原理和计算方法，应能联系化工实际，在反应工程理论的指导下，对反应过程和反应器进行初步的分析和设计计算。 II自学考试要求 第一章绪论 （一）主要内容 1.化学反应工程的研究内容 2.化学反应工程的研究方法 3.化学反应工程的学科系统的编排 （二）自学考试要求 1.化学反应工程的研究内容理解化学反应工程学是研究化学反应的工程问题的科学； 传递过程（即反应器内的动量、 热量和质量传递，简称"三传"）与反应动力学是构成化学反应工程最基本的两个支柱等说法的含义。理解化学反应工程学与相关学科的联系，化学反应工程本身的专门范畴。 2.化学反应工程的研究方法理解化学反应工程的基本研究方法是数学模型法，数学模 型的主要内容及其相互关系， 了解数学模拟放大法的大体步骤。 3.化学反应工程的学科系统和编排理解按反应操作方式、反应器型式、和化学反应相 态进行分类的方法；本课程编排的原 则和方法。 绪论部分在初次学习时，只能做到大体了解、待全部内容学习完毕后，应重新学习绪论，才能做到理解。 第二章均相反应的动力学基础 （一）主要内容 1.基本概念与术语 2.单一反应速率方程 3.复合反应速率方程 （二）自学考试要求 1.基本概念与术语理解化学反应计量方程表示的内容。理解化学反应速率的定义和在恒容过程、分批式操作、连续流动稳定操作时的数学表示式。掌握各个组分反应转化率和反应程度的定义和计算；膨胀因子的物理意义和数学表示式；等分子和非等分子反应达一定转化率时各组分摩尔数和摩尔分率的计算。 理解化学反应速率方程表示的内容和不同型式；影响反应速率的主要因素；幂函数型速率方程式中反应级数和活化能的物理意义及其大小对反应速率的影响；反应级数和活化能的确定方法。

化学反应工程第四版教学设计

化学反应工程第四版教学设计 写在前面 化学反应工程是化学工程领域的一门基础课程，主要涉及到化学反应的基本原理、动力学、热力学、平衡等方面的知识，并通过实例和案例介绍化工生产中的反应器设计、反应机理研究以及相关工业过程的优化设计等内容，是化工专业大学生必须要掌握的一种课程。 针对该课程，我们进行了第四版的教学设计，在教学方法、实践环节等方面进行了更加科学、可操作性更强的设计和优化，以期能够帮助学生更好地掌握和应用化学反应工程知识。 教学大纲 第一章化学反应基本原理 •化学反应动力学学习 •化学反应的热力学基础 •化学平衡原理的基本概念和应用 第二章反应器设计 •单相反应器的设计 •多相反应器的设计 •反应机理的研究方法 第三章工业反应工程实例 •生产乙酸工艺流程介绍 •生产苯乙烯工艺流程介绍 •硝化甘油工艺流程介绍

教学方法 理论教学 理论教学主要采用模块化授课法和案例教学法相结合的方式进行。教师按照章 节内容安排课程内容，可将部分理论知识应用到实际工业生产过程中进行案例分析。如生产乙酸中所使用的醋酸加氧脱氢反应、硝化甘油的氧化反应等。 实验教学 实验教学主要采用小组合作的方式进行。以单相反应器的设计实验为例，学生 将被分成四人小组，在实验室同一时间完成反应器的设计与搭建实验，通过实验的方式让学生更好地掌握反应器设计的基本原理和操作技巧。 课外实践 针对本课程，我们还将开展相关课外实践活动，包括拜访企业、参加工业实践 项目等方式，通过实践方式让学生在实际生产环境中体验学习到的知识。例如参观乙酸生产厂家进行实地考察、参与部分工业过程实践项目等。 评价方式 评价方式采用多维度评价方式进行，分为理论考试、实验报告评价、实验操作 表现评价等多个方面进行考核，以期全面评价学生的学习情况。 结语 化学反应工程第四版的教学设计旨在通过科学、实用的教学方法以及相关的课 外实践，让学生更好地掌握化学反应工程的知识和技能，并更好地应用到相关的工业生产环境中，为相关领域的发展做出贡献。

化学反应工程 教案(1-3章)

第一章绪论 1.1 化学反应工程学的范畴和任务 1.1.1化学反应工程发展简述 自然界的物质的运动或变化过程由物理或化学的两类，物理过程不牵涉化学反应，但化学过程却总是与物理因素有着紧密联系。所以化学反应过程是物理与化学两类因素综合体。 远溯古代，陶瓷制作、酿酒等工艺，但直到本世纪五十年代一直还未形成一门专门研究的独立学科，到1957年举行的第一次欧洲反应工程会议上确立了这一学科的名称。 1.1.2 化学反应工程的范畴和任务 化学反应工程学：是一门研究化学反应的工程问题的科学，既以化学反应作为研究对象，又以工程问题为研究对象，把二者结合起来的学科体系。 一、研究的范畴 1.化工热力学：确定物系的各种物性常数（热容、研所引资、反应热等），看 化学反应是否能进行及其反应程度。 2.反应动力学：专门阐明学反应速率与各项物理因素（如温度、压力、催化剂 等）之间的定量关系。为实现某一反应，要选定合易的条件及反应器的结构 型式、尺寸和处理能力等，这些都依赖于对反应动力学特性的认识。 3.催化剂 4.设备型式、操作方法和流程 有小试到扩是出现放大效应，因此工业装置的反映条件必须结合工程上的考 虑才能合理的确定。 反应器型式：管式、釜式、塔式、固定床或流化床等。 操作方式：分批式、连续式或半连续式。 反应器的型式与特性表 型式适用反应优缺点 搅拌槽液相、液—液、液—固相适用性大，操作弹性大，温度、浓度 易控制，产品质量均一管式气相、液相返混小，反应器容积小，比传热面大空塔或搅拌塔液相、液—液相结构简单，返混程度与高/径比及搅拌 有关，轴向温差大 鼓泡塔或挡板鼓泡 塔气—液相，气—液—固相气相返混小，液相返混大，温度较易 调节，气体压降大，流速有限制 填料塔液相、气—液相结构简单，返混小，压降小，有温差， 填料装卸麻烦 板式塔气—液相逆流接触，气液返混均小，流速有限 制，如需传热，常另加传热面 喷雾塔气—液相快速反应结构简单，液体表面积大，停留时间 受塔高限制，气流速度有限制 固定床气—固相返混小，催化剂用量少，不易磨损， 装卸麻烦，传热控温不易 流化床气—固相，特别是催化剂失活很 快的反应传热好，温度均匀，易控制，催化剂有效系数大，磨损大，返混大，对转化率不利，操作条件限制大

化学反应工程

1.在银催化剂上进行乙烯氧化反应生产环氧己烷。进入反应器的气体组成：C2H4（15%）， O2（7%），CO2（10%），Ar （12%） ， 其余为N2。反应器出口气体含：C2H4（13.1%）， O2（4.8%）。以上均为摩尔组成。试计算乙烯的转化率，环氧己烷收率和反应选择性。该系统存在如下两个反应： 环氧乙烷的收率为：1.504/15=0.1003 收率=选择性*转换率 选择性=0.1003/0.1333=0.7524 2.每100kg 乙烷（纯度100%）在裂解器中裂解，产生46.4kg 乙烯，乙烷的单程转化率为60%，裂解气经分离后，所得到的产物气体中含有4kg 乙烷，其余未反应的乙烷返回裂解器，求乙烯的选择性收率、总收率和乙烷的总转化率。 解： 以M 点的混合气体为计算基准进行计算即得单程转化率和单程收率，而以A 点的新鲜气体为计算基准进行计算则得到全 程转化率和全程收率。 现对M 点进行计算，设M 点进入裂解器的乙烷为100kg ，由单程转化率为60%，则反应掉的原料乙烷量：H=100*0.6=60kg 乙烷的循环量：Q=100-H -4=100-60-4=36kg 补充的新鲜乙烷量：F=100-Q=100-36=64kg 乙烯的选择性: 乙烯的单程收率： 乙烯的总收率： 乙烷的总转化率： 产物分离器裂解器新鲜乙烷→?→??→?N M A %86.82%10030/6028/4. 46%10030/28/4.46=?=?= H S % 71.49%10030/10028 /4.46=?=y %68.77%10030/6428 /4.46%10030/28/4.46=?=?= F Y %75.93%1006460 %100=?=?= F H X O H CO O H C O H C O H C 2222422422232 1 4+→+→+、

工程化学教学大纲

工程化学教学大纲 一、课程简介 《工程化学》是一门综合性课程，旨在让学生掌握化学在工程实践 中的基础知识和应用技术。本课程涵盖化学反应原理、化工过程设计、工业催化、工业分离技术和应用化学等方面的知识，通过理论学习和 实践操作，帮助学生深入了解化学在工业生产中的重要作用。 二、教学目标 1.掌握工业化学原理、工业过程流程及相关仪器、设备和技 术的基础知识。 2.学会运用化学知识进行化工过程设计、化学反应优化以及 催化剂选择。 3.了解和掌握当前工业生产中使用的主要分离技术及其原理。 4.提升实验技能和分析能力，熟练掌握化学反应及分离实验 的操作技巧和数据处理能力，完成具有一定难度的化工实验。 5.培养工程实践能力，加强工程思维，具备独立思考和解决 工程问题的能力。 三、教学内容 本课程教学内容包括但不限于以下几个方面： 1.化学反应原理与工艺参数 –化学反应的动力学

–反应热力学和反应平衡 –反应器的设计方法 –反应工艺的参数控制 2.工业化学与工艺设计 –各种材料的化学性质与成分分析 –合成和分离工艺设计 –可回收原料的开发和利用 –工业化学过程的安全性和环保性 3.工业催化 –催化剂的选择与设计 –催化反应机理研究 –催化剂寿命及再生 –催化反应的工艺优化 4.工业分离技术 –离子交换、透析与电渗析分离技术 –膜分离技术 –萃取分离技术 –气相和液相色谱分离技术 5.应用化学 –非常规分离技术的应用：超临界流体萃取、超临界流体色谱、超声波技术等 –环保工程化学

四、实验教学内容 为了提高学生的实验技能和分析能力，本课程将安排一些化学反应和分离实验，包括但不限于以下实验内容： 1.基本化学试剂的制备 2.酸碱滴定、原子吸收光谱及电化学分析实验 3.基于化学反应的催化实验 4.基于分离原理的分离实验 5.实际工程过程实验，如精馏、萃取、透析、电解等。 五、教材 1.王之铮，李名扬. 工程化学. 高等教育出版社. 2.曹德法，杨保军. 工业催化. 化学工业出版社. 3.雷曼, 刘翠萍. 工业分离技术. 化学工业出版社. 六、考核方式 本课程采用多种考核方式，包括但不限于以下几种： 1.平时成绩占20%，包括作业、出勤、讨论等。 2.期末考试占50%。 3.实验成绩占30%。

《化学反应工程》课程规范

《化学反响工程》课程标准一、课程概况 课程号 课程英文名称HBX250037 课程名称化学反响过工程 Chemical Reaction Engineering 总学时数开课单位课程类别48 学分 理工学院 专业教育课程 4 讲授 学时 适用专业 修读方式 48 试验 学时 化学工程与工艺、制药工程 必修 先修课程高等数学，大学物理，物理化学，化工原理 考核方式：考试 考核方式成绩构成比例：总成绩 = 寻常成绩×30% + 卷面成绩×70%寻常成绩 : 寻常成绩=出勤成绩+寻常作业成绩 教科书： 教材及主要教学参考书陈甘棠主编.《化学反响工程》第三版. 北京：化学工业出版社，2023 主要参考书： 李绍芬主编.《反响工程》其次版.北京：化学工业出版社，2023 朱炳辰主编.《化学反响工程》第五版.北京：化学工业出版社，2023 《化学反响工程》是高等学校化学工程与工艺类专业本科生必修的一门专业课程。《化学反响工程》是争论化学反响过程和反响器的共同规律，从而 课程简介使化学反响实现工业化的技术科学，是化工类专业学生在具备了必要的高等数学、物理化学、化工原理、计算技术等学问后，为了进一步加强根底和拓 宽专业学问所必需的技术理论课。 通过本课程的学习，使学生进一步扩大学问面，打好专业根底，了解化学变化过程中的一些根本规律，加深对已学过的无机化学、分析化学、有机 力气培育任务化学的理解比较结实的把握化学反响工程根底理论学问和计算方法；进一步培育学生独立思考和独立解决问题的力气，以至今后的实践中能得到启发和帮助；培育学生独立进展物理化学试验和自学一般物理化学书刊，以提高理论联系实际的力气。

化学反应工程的研究内容

化学反应工程的研究内容 化学反应工程是化学工程的一个重要分支，主要研究化学反应的过程与机理以及对反应过程进行优化和控制的工程技术。它将化学反应与工程实践相结合，致力于提高化学反应的效率、增加产物的选择性和纯度，同时降低生产成本和环境污染。 化学反应工程的研究内容包括以下几个方面： 1. 反应动力学研究：研究化学反应的速率、反应机理和影响因素，从而为反应过程的优化和控制提供理论依据。通过实验和数学模型的建立，可以揭示反应的速率方程和反应机理，进而预测反应过程中产物的生成规律和产率。 2. 反应器设计与优化：研究反应器的结构、工艺参数和操作条件对反应过程的影响，以实现反应的高效进行。根据反应类型和条件的不同，可以选择合适的反应器类型，如批式反应器、连续流动反应器、固定床反应器等，并通过调整反应器的尺寸、温度、压力、搅拌速率等参数，实现反应的最佳条件。 3. 反应工艺的优化与控制：研究如何通过调整反应条件和操作策略，使反应过程达到最佳状态。通过优化反应温度、压力、反应物浓度、催化剂选择等参数，可以提高反应的选择性、产率和能源利用率。同时，借助先进的自动化技术和控制策略，可以实现对反应过程的实时监测和控制，以确保反应的稳定性和可控性。

4. 反应废物处理和环境保护：研究如何合理处理反应过程中产生的废物和副产物，以减少环境污染。通过设计和优化反应工艺，可以降低废物产生量和有害物质的排放，实现反应过程的清洁生产。 5. 反应工程的实际应用：将反应工程的理论和技术应用于实际工业生产中，提高化工产品的质量和产量。在新产品开发和工艺改进中，通过反应工程的研究，可以找到最佳的生产工艺路线和操作条件，实现工业化生产的可行性和经济性。 化学反应工程的研究内容涉及化学反应的动力学、反应器设计与优化、反应工艺的优化与控制、废物处理和环境保护以及实际应用等方面。通过对这些内容的研究，可以提高化学反应的效率和选择性，实现化学工程的可持续发展。

化学反应工程初步教案

化学反应工程初步教案 化学反应工程初步教案 一、课程目标 1.理解化学反应工程的基本概念和原理。 2.掌握反应器的基本类型、结构和工作原理。 3.能够应用数学和物理知识进行简单的反应器设计和性能分析。 4.培养学生对化学反应工程的兴趣和热情，提高其解决实际问题的能力。 二、课程内容 1.化学反应工程概述 o化学反应工程的研究对象和内容 o化学反应工程的发展和应用 2.反应器的基本类型和结构 o间歇反应器、连续搅拌釜式反应器、管式反应器等反应器的特点和应用 o反应器的结构和设计原则 3.反应器的工作原理 o理想反应器和实际反应器的区别和联系 o反应动力学和反应器稳定性的概念和计算方法 4.反应器设计和性能分析 o反应器设计和性能分析的基本步骤和方法 o数学模型和模拟软件在反应器设计和性能分析中的应用 5.化学反应工程的实际应用案例 o化学工业中的典型反应器及其应用 o新型反应器技术的发展和应用 三、教学方法 1.课堂讲解：通过讲解化学反应工程的基本概念和原理，帮助学生建立对化 学反应工程的基本认识。 2.案例分析：通过分析实际应用案例，让学生了解化学反应工程在实际生产 中的应用和重要性。 3.实验操作：通过实验操作，让学生深入了解反应器的结构和原理，提高其 实践能力和解决问题的能力。 4.在线学习：通过在线学习资源，让学生自主探究和学习化学反应工程的相 关知识，提高其自主学习能力。 四、教学评估

1.课堂表现：通过观察学生的课堂表现，评估其对化学反应工程基本概念和 原理的理解和掌握程度。 2.作业和练习：通过检查学生的作业和练习，评估其对化学反应工程基本概 念和原理的应用能力。 3.期末考试：通过期末考试，全面评估学生对化学反应工程课程内容的理解 和掌握程度。 4.学习反馈：通过学生反馈，评估教学方法的有效性和需要改进的地方，以 提高教学质量。

化学反应工程

化学反应工程 化学反应工程是研究和应用化学反应的一门学科，主要涉及反应基础、反应动力学、反应工程、反应器设计、反应工艺优化等方面。本 文将介绍化学反应工程的基本概念、关键内容和应用领域。 一、化学反应工程的基本概念 化学反应工程是将化学反应原理与工程技术相结合，研究化学反应 的机理、动力学和应用，以达到控制和优化反应过程的目标。它是化 工过程工程的重要组成部分，也是化工工业中最基本、最关键的环节 之一。 化学反应工程主要研究反应的速率、选择性、稳定性和收率等关键 问题，通过设计合适的反应器以及优化反应工艺，来实现预期的反应 目标。反应体系的研究对象包括单一物质和复杂物质之间的化学反应，如气相反应、液相反应、固相反应、催化反应等。 二、化学反应工程的关键内容 1. 反应动力学 反应动力学研究反应速率与反应物浓度、温度、压力等因素之间的 关系。通过实验和理论模型的建立，可以确定反应的速率常数、反应 机理和反应动力学方程。反应动力学的研究对于反应过程的深入理解 和反应器设计具有重要意义。 2. 反应器设计

反应器是进行化学反应的装置，其设计旨在实现高效率、高选择性 和高产率的反应过程。根据反应条件的不同，常见的反应器有批式反 应器、连续式反应器、循环式反应器等。反应器设计考虑到传热、质 量传递、混合和流动等因素，以最大程度地实现反应条件的控制和反 应物的利用率。 3. 反应工艺优化 反应工艺优化是指通过调整反应条件、改变反应器结构和优化操作 参数等手段，提高反应过程的经济效益和可行性。优化方法包括响应 面法、遗传算法、模拟退火算法等，通过建立反应过程的数学模型， 寻求最优解，以达到能源节约、资源利用和环境友好的目标。 三、化学反应工程的应用领域 化学反应工程广泛应用于化工领域的各个环节，包括新材料制备、 能源开发、环境保护、医药制造等。以下列举几个典型应用案例： 1. 新材料制备 化学反应工程在新材料制备中发挥重要作用，如高分子材料的合成、纳米材料的制备和催化剂的研发等。通过控制反应条件、选择合适的 反应体系和优化反应工艺，可以实现新材料的高效合成和性能调控。 2. 能源开发 化学反应工程在能源开发领域具有重要意义，如石油加工、燃料电 池和太阳能电池等。通过研究反应动力学、设计高效的反应器和优化 反应工艺，可以提高能源转化效率和降低能源消耗。

化学反应工程

一、填空题 1.对可逆放热反应，为使整个反应始终在最大反应速率下操作，工业上通常采用的方法是 绝热操作 。 2.平推流反应器的返混为 最小 ，全混流反应器的返混为 最大 。 3.表征反应前后分子数变化程度的方法有 膨胀率 和 膨胀因子法 。 4.对于循环操作的平推流反应器，当循环比R →0时为 平推流 反应器，而当R →∞时， 则相当于 全混流 反应器。 5.全混流反应器其f （t ）曲线的方差σ2 = 1 ，平推流反应器的方差σ2 = 0 。 6.停留时间分布测定中，示踪物的输入方法主要有 脉冲输入法 和 阶跃输入法 。 7.混合按混合对象的年龄可以把混合分为 同龄混合 和 返混 。 8.膨胀因子 δA 与膨胀率 εA 的关系为 。 9.为了获得最大的平均选择率，对于平行反应，当主反应级数大于副反应级数时，则优先 选择 平推流 反应器，当主反应级数小于副反应级数时，优先选择 全混流 反应器。 10.要提高串联反应中间产物P 收率，优先选择 平推流 反应器。 11.当返混对反应结果不利时，限制返混的主要措施是 分割 。 12.对于反应 A+B→R ， r 1=k 10e -125000/RT C A 2C B A+B→S ， r 2=k 20e -175000/RT C A C B 若R 为目的产物，应选择 平推流 反应器最好（填平推流流或全混流），应选择在 低 温度（填高或低）下操作反应器较有利。 1.工业反应过程的主要技术指标有： 反应速率 、 选择性 、和 能量消耗 。 3.在实际反应器中存在 死区 、 短路 和 循环流 等非理想流动现象。 4.理想流动是指 平推流 和 全混流 。 5.若流体是分子尺度作为独立运动单元来进行混合，这种流体称为 微观流体 。 8.不论是设计、放大或控制，都需要对研究对象作出定量的描述，也就要用数学式来 表达参数间的关系，简称 数学模型 。 9. 通常自催化反应较合理的反应器组合方式为全混流 串联 平推流 。 10.在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数=e P 。 11.在轴向分散模型中，模型的唯一参数彼克莱准数愈大轴向返混程度就 越小 。 2.对反应级数高，要求转化率也高的简单反应，主要采用 平推流 反应器。 4.全混流的特征为 反应器物料浓度、温度处处相等，返混最大 。 8.最优温度是 。 11.主反应级数小于副反应级数的平行反应，优先选择 全混流 反应器。 二、选择题 1. 等温恒容下进行各步均为一级不可逆串联反应 A S P ，若保持相同的 转化率x A ，调节反应温度使 k 2/k 1 降低，则 P 的收率将___A____。 A. 增大 B ．减小 C ．不变 D ．先增后减 2. 非理想流动反应器的方差随偏离平推流反应器的程度而___C____。 A. 减少 B. 出现极值点 C. 增大 D. 不变 3. 对于N-CSTR 模型的正确说法有__B_____。 A. N 越大，返混越大 B. N 越大，返混越小 C. N 的大小与返混无关 D. 以上说法都不对 4. 四只相同体积的全混釜串联操作，其无因次停留时间分布的方差值σ2为_______。 A ．1.0 B. 0.25 C ．0.50 D ．0 5. 对于__A_的反应器在恒容反应过程的平均停留时间、反应时间、空时是一致的。 A. 间歇式反应器 B. 全混流反应器 C. 搅拌釜式反应器 D. 平推流管式反应器 6. 气相反应4A + B → 3R + S 进料时无惰性气体，A 与B 以3∶1的摩尔比进料，则膨胀因子A δ=__C_____。 A. 1/4 B. 2/3 C. –1/4 D. –2/3 7．两个等体积的全混流反应器进行串联操作，反应为一级不可逆，则第一釜的反应速率-r A1 与第二釜的反应速率-r A2之间的关系为_D______。两釜反应温度相同。 A ．-r A1 > -r A2 B ．-r A1 = -r A2 C ．-r A1 < -r A2 D.不能确定何者为大

《化学反应工程》课程教学大纲

《化学反应工程》课程教学大纲 课程名称：化学反应工程 课程类型：必修课，专业课 总学时：54 讲课学时：54 实验学时：0 学分：3.0 适用对象：化学工程、化学工艺 先修课程：物理化学、化工工艺学、化工原理、化工热力学 一、课程性质、目的和任务 课程性质： 化学反应工程是以化学反应器原理为主要线索，主要研究化学反应过程需要解决的工程问题，是化工生产的龙头、关键和核心，是一些基础学科诸如物理化学、传递过程、化学工艺等相互渗透与交叉而演变成的边缘学科，其内容主要涉及化学反应动力学、反应器中传递特性、反应器类型结构、数学建模方法、操作分析及反应器设计，具有高度综合性、广泛基础性和自身独特性。 课程目的与任务： 一是培养学生将物理化学、传递过程、化学工艺、化工热力学、控制工程等学科知识用之于化学反应工程学的综合能力； 二是使学生掌握化学反应工程学科的理论体系、研究方法，了解学科前沿； 三是使学生初步具备改进和强化现有反应技术和设备、开发新的反应技术和设备、解决反应过程中的工程放大问题以及实现反应过程中最优化的能力 二、教学基本要求 通过本课程的教学，要使学生系统地掌握化学反应动力学规律、传递过程对化学反应的影响规律，掌握反应器设计、过程分析及最佳化方法。

四、课程的重点和难点 绪论 重点是化学反应工程的研究内容和方法。 第一章均相单一反应动力学和理想反应器 重点：①化学反应动力学方程②理想反应器设计方程 难点：动力学方称的建立；反应器设计计算 第二章复合反应与反应器选型 重点：复合反应动力学方程表达法；复合反应动力学特征分析；平推流反应器的串联和全混流反应器的串联。 难点：可逆反应吸热反应和放热反应动力学特点推导与分析；循环反应器设计方程的数学推导；复合反应（包括可逆反应、自催化反应、平行反应、连串反应）在PFR 和CSTR反应器的优化设计计算 第三章非理想流动反应器 重点：停留时间分布的概率函数及特征值；停留时间分布的实验测定；解决均相反应过程问题的近似法即活塞流模型、全混流模型、凝聚流模型、多级混合槽模型、轴向扩散模型的推导、结论及应用比较。 难点：停留时间分布实验测定；理想反应器两函数和两特征值；宏观流体、微观流体概念的理解；均相反应过程问题的近似法假设及推导。 第四章气固相催化反应本征动力学 重点：非均相催化反应速度的表达；非均相催化反应过程；双曲型本征动力学方程 难点：催化剂的结构及表征；兰格缪尔吸附模型、焦姆金吸附模型、弗鲁德里希吸附模型；双曲本征动力学方程的推理。 第五章气固相催化反应宏观动力学 重点：以颗粒为基准的有效扩散；西勒模数物理意义；球形催化剂上等温反应宏观反应动力学方程的假设、建立、数学求解； 难点：有效扩散的假设及推导；方程求解涉及二阶常微分方程的数学求解及泰勒级数近似处理 第六章气固相催化固定床反应器

化学反应工程

化学反应工程 1.绝大多数反应的反应速率常数随温度升高而（增大） 2.气体在固体表面的吸附包括（物理）吸附和（化学）吸附 3.化学反应过程是一个综合化学反应与动量、质量、热量传递交互作用的宏观反应过程,即（三传—反） 4.安全生产技术,主要是（防爆）、（防泄漏）、（防污染） 5.以下关于气固相催化过程说法错误的是（C ） A 催化剂的加入可以改变反应速率。 B催化剂的加入,不能改变反应的平衡 C催化剂在反应过程中被消耗 6.以下关于固定床反应器的特点,错误的是（ C ）。 A催化剂机械损耗小 b 返混小 C结构复杂 D传热差 7.先形成某种中间产物,中间产物又继续反应形成最终产物的反应,称为（C ） A同时反应 B平行反应 C连串反应 D平行-连串反应 8.化学吸附是气体分子与固体表面的催化组分靠（ A ）结合的 A范德华力 B 重力 c化学键力 9 若主反应的活化能大于副反应的活化能,则温度升高,反应的选择率（ A ） A增加 B 减小 C 不确定 10 以下不属于全混流反应器的特点的是（ C ） A各位置物料温度相同 B各位置物料浓度相同 C停留时间相同 D反应器的出口组成与容器内组成不同

11 化学反应工程的基本研究方法有逐级经验放大法、解析法、模型法。（ A ） A正确 B错误 12 在气固相催化反应中,化学反应主要发生在催化剂外表面。（ B ） A正确 B错误 13 连续流动釜式反应器在强烈搅拌情况下,可视为全混流反应器。（ A ） A正确 B错误 14 全混流模型是一种返混程度为无穷大的理想流动模型。（ A ） A正确 B错误 15 升高温度对主反应活化能大的反应有利。（ A ） A正确 B错误 16 平推流反应器在连续定态条件下操作时反应器径向界面的物料参数不随时间变化（ A ） A正确 B错误 简答题： 17 催化剂失活的原因是什么?

《化学反应工程》课程教学大纲

《化学反应工程》课程教学大纲 一、说明 （一）本课程的目的、要求 化学反应工程是应用化学专业的核心课程，也是其它化工类专业重要的相关课程，基本内容包括反应动力学和反应器设计与分析两个方面，目的是使学生掌握研究工业规模化学反应器中化学反应过程动力学（称宏观动力学）的方法和基本原理，掌握理想反应器的设计和分析，进一步以宏观动力学和理想反应器为基础，对工业反应装置的结构设计、最优操作条件的确定及控制、模拟放大等进行研究。该课程的核心就在于特定反应在适合的反应器内行为状态数学模型的建立及其工程学解析处理，注重培养学生的工程方法论、工程能力和技术经济理念。 通过该课程的学习，要求学生能掌握化学反应工程的基本原理和研究方法，了解学科发展现状，并能综合应用所学知识，对工业实际反应过程进行开发和分析。 （二）内容选取和实施中注意的问题 化学反应工程是化工专业的专业必修课，应注意与《化工原理》《物理化学》等有关先修课程的衔接，教学重点是化学反应工程学的基本原理及基本处理方法，结合反应过程的优化介绍如何选择适合的工业反应器。教学难点是由本征动力学到宏观动力学的过渡、返混、稳定性、灵敏性等基本概念。 （三）教学方法 本课程的教学内容通过课堂教学、习题训练、现场参观等教学形式来全面掌握。通过主讲老师讲授、同学们讨论、上习题课的方式进行。采用多种教学方式与教学手段相结合。（四）考核方式 考查，总成绩取三次以上平时成绩的平均值，平时成绩包括考勤、作业、测验等。

二、大纲内容 绪论 1.物质转化过程工业中的化学加工 2.化学反应工程与多尺度及多学科的联系 3.数学模拟方法 4.工程放大与优化 说明和要求： 了解反应工程课程的性质、化学反应工程与多尺度及多学科之间的联系；了解研究化学反应过程常用的方法与模型，工程放大与优化的方法。 教学重点： 化学反应过程常用的方法与模型，工程放大与优化的方法。 第一章应用化学反应动力学及反应器设计基础 1.化学反应和工业反应器的分类 2.化学计量学 3.加压下气相反应的反应焓和化学平衡常数 4.化学反应速率及动力学方程 5.温度对反应速率的影响及最佳反应温度 6.反应器设计基础及基本设计方程 说明和要求： 1.了解化学反应和工业反应器的分类； 2.掌握化学反应过程中反应进度、转化率及化学膨胀因子的概念； 3.掌握原子系数矩阵法在多重反应系统中独立反应数的确定； 4.掌握化学反应速率的不同表示方式及其相互关系； 5.理解反应速率的浓度效应和温度效应； 6.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； 7.掌握瞬时选择性的概念及其在反应器设计计算中的应用； 8.掌握化学反应速率方程的变换与应用； 9.理解并列反应、平行反应和连串反应的动力学特征； 教学重点： 原子系数矩阵法在多重反应系统中独立反应数的确定；化学反应速率的不同表示方式及其相互关系；复合反应体系中任一组分总的消耗速率和生成速率的表达方法；瞬时选择性的概念及其在反应器设计计算中的应用。 教学难点： 原子系数矩阵法在多重反应系统中独立反应数的确定；总的消耗速率和生成速率的计算；瞬时选择性在反应器设计、计算中的应用。 第二章气-固相催化反应本征及宏观动力学

化学反应工程

化学反应工程 1、平推流的F(t)~t和E(t)~t曲线有何特征？并画图说明。 答: 平推流的F(t)~t曲线特征：F(t)= 平推流的E(t)~t曲线特征：E(t)={ 2、理想吸附应符合哪些条件？ 答：①均匀表面（理想表面）：即催化剂表面各处的吸附能力是均一的，吸附热于表面已被吸附的程度如何无关②单分子层吸附③被吸附的分子间互不影响④吸附的机理均相同，吸附形成的络合物亦均相同⑤吸附与脱附可以建立动态平衡 3、测定停留时间分布需要借助示踪剂,示踪剂应满足哪些条件？ 答：采用何种示踪剂，要根据物料的物态、相系及其反应器的类型等情况而定。 A不应与主流体发生反应 B与所研究的流体完全互溶，除了显著区别与主流体的某一可检测性质外，二者应具有尽可能相同的物理性质 C便于检测：本身应具有或者易于转变为电信号或者光信号的特点，并且浓度很低时也能够检测 D加入示踪剂不影响所研究流体的流动状态 E不被反应器表面及其反应器内部的固体填充物吸附，用于多相系统检测的失踪剂不发生相间的转移

4、什么是返混，简述返混对复合反应体系的影响。 答：返混是指不同停留时间的物料粒子间的混合，或者不同时间进入反应器的物料间的混合。 对平行反应：若主反应级数高于副反应级数，返混使主产物选择率下降，若主反应级数低于副反应级数，返混使主产物选择率提高。 对连串反应：返混使反应物浓度降低，产物浓度提高，因而使主产物的选择率下降。5、什么是反应器的热稳定性？全混釜稳定操作的必要条件是什么？ 答：反应器的热稳定性是指当操作参数受外界干扰，偏离正常值，出现微小变化时，反应能否正常进行，当外界干扰取消时，操作状态能否自动恢复到规定的正常值。 全混釜稳定操作的必要条件：Q r=Q G dQ r∕dT>dQ G/dT 6、选择操作温度的一般原则是什么？ 答：①反应的热效应不大，反应热较小，活化能较低，而且在相当广的温度范围内，反应的选择性变化很小，则可采用既不供热也不出去热量的绝热操作是最方便的，反应放出或吸收的热量由系统中物料本身温度的升高或者降低来平衡，这种操作温度的变化范围不应超过工艺上许可的范围。 ②对中等热效应的反应，一般先考虑采用绝热操作，因此绝热反应器结构简单，经济，但应对收率、操作费用、反应器大小方面全盘衡量，最后才确定采用绝热或变温的方式。若为液相反应，可采用具有夹套或者盘管的釜式反应器，以便控制在等温下操作。

《化学反应工程实验》课程教学大纲

《化学反应工程》实验教学大纲 课程名称（中文/英文）：化学反应工程/ Chemical Reaction Engineering 课程代码：x3030971 课程类型：专业基础课 课程性质：必修课设置类别：非独立设课 适用专业：能源化工 课程学时：36 课程总学分：3.0 实验学时：12 实验学分：0.5 开实验学期：六 一、实验教学的目的与基本要求 教学目的与任务： 《化学反应工程》是能化专业的一门必修的主要基础课。通过本课程的学习，培养学生查阅手册，实验分析能力，对实验数据和结果进行分析讨论，独立撰写实验报告的能力。培养学生的创新意识，使学生得到实验技能的训练，提高学生的综合能力与科研素质。 实验教学环节是帮助本校工科专业学生理解、掌握在课堂上所学化学反应工程课程的理论知识和计算方法，结合物理化学、化工原理等课程的相关内容，针对化工专业人才的培养目标，通过实验教学环节激发学生学习化学反应工程课程的兴趣，熟悉化工反应器和分析仪器操作、化工反应过程模拟计算、反应器类型及操作分析等方面的综合训练，提高工科学生的实验操作技能，为今后从事工业生产和科学研究夯实基础。 基本要求： 1、实验课前认真做好预习，明确实验目的、掌握实验的基本理论、实验所用仪器的基本原理及操作方法，熟悉实验的基本步骤，所测得数据的处理方法。 2、实验课中准确测定、如实记录实验数据。 3、正确处理实验数据，绘制图形曲线，综合分析实验结果，完成实验报告。 二、课程目标与毕业要求关系表

三、实验项目设置

四、实验报告要求、实验考核方式、内容及成绩评定标准 1、实验报告要求：数据处理结果正确，实验报告书写规范。独立完成各实验设备的操作使用、获得实验数据；对实验数据进行处理、绘图、求算目标参数，分析总结完成实验报告。实验报告应包括：实验目的、实验原理、操作步骤、注意事项、数据处理、目标参数计算，误差分析，结论等，要求层次清楚，图表规范。 2、实验考核方式：综合考评（预习、操作、报告），每个实验百分制；所有实验项目成绩加权平均后，为实验总成绩。 3、成绩评定标准：根据学生在实验过程中实验态度、实验操作、实验反应、创新意识等综合表现以及实验报告撰写等综合评定成绩。实验有缺项或操作多处错误，整体思路不正确为不及格，其余根据操作准确程度、结果准确程度给予及格以上的成绩。 五、实验教材及参考书 《化学反应工程实验》，李犇主编，化学工业出版社，2016.

化学反应工程

化学反应和反应器的分类（四种）： 一、 按反应系统涉及的相态分类：均相反应、非均相反应 二、 按操作方式分类：间歇操作、连续操作、半连续操作 三、 按反应器型式来分类：管式反应器（长径比大于30）、槽式反应器（高径比为1—3）、 塔式反应器（高径比在3—30） 四、 按传热条件分类：等温反应器、绝热反应器、非等温、非绝热反应器 化学反应工程的基本研究方法：数学模型法 反应程度/进度：I I I αξn n -= ()()0S R B A =++-+-s r b a n I 为参与反应的任意组分I 的摩尔数，αI 为其计量系数，n I0为起始时刻组分I 的摩尔数。 转化率（关键组分A ） A0A 0A A A n n n A x -==组分的起始量组分量转化了的A,00A c c c A -= ξαA0 A A n x -= 化学反应速率：单位反应体积内反应程度随时间的变化率。 均相反应的速率是反应物系组成、温度和压力的函数 阿累尼乌斯关系: RT E k k -=e c0c ⎪⎭ ⎫ ⎝⎛- =T R E k k 1ln ln 0 半衰期:反应转化率达到50%所需要的时间 二级反应：0 A 2 11 kc t = 停留时间又称接触时间，用于连续流动反应器，指流体微元从反应器入口到出口经历的时间。 空间时间τ R V V = τ （反应器有效容积V R 与流体特征体积流率V 0之比值） 空速S V 1 R 0V h 1-== τV V S （在单位时间内投入单位有效反应器容积内的物料体积） 标准空速 1R NO V h -= V V S

简单混合：停留时间相同（反应程度、反应前后物料相同）的物料之间的混合 返混：停留时间不同（组成、反应程度、反应速率不同）的物料之间的混合 按返混情况不同反应器被分为以下四种类型: 1. 间歇反应器 (物料之间的简单混合，不存在返混、有搅拌、釜式、间歇操作) 反应时间()⎰ ⎰ ' -== A r R A A A00 r d d x t V r x n t t 恒容条件下 ()A 0A A 1x c c -= h 化简：()()⎰⎰ --=-=A A0A A A A A A0 r d d c c x r c r x c t F A : kmol.h -1 C A0 : kmol.m -3 反应器有效容积 ()t t V V C F V '+=''='r 0R A0 A R 或 反应器总体积ϕR R V V '= φ：装填系数 2. 平推流/活塞流反应器 PFR (不存在返混、没有搅拌、管式、连续操作)β=0 ⎰-== A 0A A 0A 0R d x r x c V V τ 恒容过程：⎰--==2A 1A A A 0R d c c r c V V τ ⎰-==A 0A A 0A 0A R d x r x c F V τ 3. 全混流反应器 CSTR (返混达最大值) β→∞ ()f A 1A Af 0A 0R r x x c V V --== τ 恒容过程：()f A Af A1r c c --=τ =A0 R F V τ/ 0A c 4. 非理想流反应器 (物料返混程度介于平推流反应器及全混流反应器之间) 0<β<∞ 变容反应过程: 1. 膨胀因子 () A I A αα δ-= ∑ (关键组份A 的膨胀因子等于反应计量系数 的代数和除以A 组分计量系数的相反数) A A 0A δεy = 2. 膨胀率 0 1A A A A ===-= x x x V V V ε (A 组分的膨胀率等于物系中A 组分完全转化所引起的体积 变化除以物系的初始体积。) 变容过程转化率与浓度的关系：A A A A A 11x x c c ε+-= 等温等容变压过程: []n A A n A p y p RT k dt dp -+=-)1() (001 δδ 转化率要求越高，返混影响越大，高转化率的反应宜采用平推流反应器 尽可能减少返混是保持高转化率的前提条件 平推流反应器的并联操作：21ττ= 02012R 1R ::V V V V = ⎰-== A 0A A 0A 0R d x r x c V V τ 平推流反应器的串联操作 对N 个反应器 ()()⎰∑⎰∑-=-==-n i i x x x i r x r x F V F V A A 1A 0A A A A A0R 0A R d d