化學(xué)反應(yīng)工程原理匯總十篇

序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]十篇化學(xué)反應(yīng)工程原理范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

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《化學(xué)反應(yīng)工程》課程是化工類及相關(guān)專業(yè)的核心課程之一，屬于本專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，在化工類學(xué)生的培養(yǎng)過(guò)程中起著舉足輕重的作用。化學(xué)反應(yīng)工程是一門研究與化學(xué)反應(yīng)工程相關(guān)問(wèn)題的一門科學(xué)技術(shù)，是從上世紀(jì)30年代初萌生到50年代末形成的一門由過(guò)程控制、傳遞工程、物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工工藝學(xué)、催化劑等相關(guān)學(xué)科互相交叉互相滲透而演變成的一門邊緣學(xué)科［1］。通過(guò)近幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)工程是大學(xué)課程中最難學(xué)的基礎(chǔ)課程之一，學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)理論計(jì)算公式復(fù)雜，反應(yīng)器種類繁多，課程學(xué)習(xí)結(jié)束后感到一頭霧水，抓不住重點(diǎn)。因此，面對(duì)這樣一門課程，如何進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生理解起來(lái)更加形象生動(dòng)，從更本上改變化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)現(xiàn)狀是我們目前的重要任務(wù)。本文結(jié)合不同種類高等學(xué)校選用教材的特點(diǎn)和差異，并根據(jù)我校化工專業(yè)的特色，提出了《化學(xué)反應(yīng)工程》課程教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)，從多方面對(duì)本課程的教學(xué)提出了改革實(shí)施方案。

1《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)在化工專業(yè)中的作用

化學(xué)反應(yīng)工程的主要任務(wù)是研究化工生產(chǎn)過(guò)程中反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)規(guī)律和傳遞現(xiàn)象，使化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一門技術(shù)科學(xué)，是提高化工生產(chǎn)技術(shù)所必需的科學(xué)技術(shù)理論。化學(xué)反應(yīng)工程在化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，目前各種化學(xué)品的生產(chǎn)和應(yīng)用無(wú)不借助于化學(xué)反應(yīng)工程相關(guān)的理論知識(shí)。在20世紀(jì)40年代，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的技術(shù)開(kāi)發(fā)到真正的工業(yè)生產(chǎn)大概需要十年以上的時(shí)間，而現(xiàn)在只需要三到五年。此外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，中試試驗(yàn)的規(guī)模不斷縮小，試驗(yàn)的次數(shù)也不斷減少，大大加快了化工廠建設(shè)的步伐，降低了投資建設(shè)的成本［2］。因此，作為一門理論教學(xué)課程，將化學(xué)反應(yīng)工程這門課程作為化工專業(yè)方向的重點(diǎn)課程進(jìn)行建設(shè)，對(duì)于高等學(xué)校教學(xué)改革的促進(jìn)、本科教學(xué)質(zhì)量的提高、優(yōu)秀化工專業(yè)人才的培養(yǎng)具有十分重要的意義。濟(jì)南大學(xué)作為一所省部共建的大學(xué)，化學(xué)工程與工藝專業(yè)一直是本學(xué)校的特色學(xué)科，學(xué)校對(duì)化工類學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)一直是培養(yǎng)應(yīng)用型高技術(shù)的人才，每年為我國(guó)的精細(xì)化工和石油化工行業(yè)輸送大約240名高水平人才，對(duì)精細(xì)化工和石油化工行業(yè)的發(fā)展起到重要的作用。為此在化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)過(guò)程中，我們緊密結(jié)合我校的特點(diǎn)和化工實(shí)際生產(chǎn)的需要，著重提升學(xué)生的反應(yīng)工程知識(shí)儲(chǔ)備，培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，并在教學(xué)過(guò)程中不斷地進(jìn)行教學(xué)改革和實(shí)踐，把課程、教材的理論研究和教學(xué)方法相結(jié)合，不斷提升《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)效果。

2不同類型高校選用教材的特點(diǎn)和差異

直到20世紀(jì)70年代，化學(xué)反應(yīng)工程的相關(guān)研究成果才開(kāi)始被大量地介紹到國(guó)內(nèi)，其中華東理工大學(xué)的陳敏恒教授，天津大學(xué)的李紹芬教授，浙江大學(xué)的陳甘棠教授，四川大學(xué)的王建華教授等是國(guó)內(nèi)最早從事反應(yīng)工程教學(xué)的學(xué)者。到了80年代以后，國(guó)內(nèi)從事化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科教學(xué)研究的隊(duì)伍迅速壯大，并且化學(xué)反應(yīng)工程的研究逐漸滲透到各種化工領(lǐng)域，與世界研究水平之間的差距也不斷縮小，不同版本的教科書(shū)和各種各樣的專著也相繼出版。反應(yīng)工程已經(jīng)成為我國(guó)化工類專業(yè)學(xué)生的一門非常重要的專業(yè)課程。目前國(guó)內(nèi)已有120所大學(xué)和科研單位培養(yǎng)化工類相關(guān)專業(yè)的人才，例如清華大學(xué)、天津大學(xué)、華東理工大學(xué)、北京化工大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、大連理工大學(xué)、四川大學(xué)、華南理工大學(xué)和濟(jì)南大學(xué)等。目前化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科正在蓬勃發(fā)展，由于國(guó)內(nèi)高校地區(qū)和專業(yè)特色的不同，不同高校在化學(xué)反應(yīng)工程教材選擇上也存在差異，各有各的特點(diǎn)。作者就不同高校所使用的《化學(xué)反應(yīng)工程》教材進(jìn)行了匯總和分析。首先介紹一下陳甘棠教授主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》(第三版)，這本教材是國(guó)內(nèi)許多化工類高校選用的主要教材之一，隨著我國(guó)在化學(xué)反應(yīng)工程這一重要學(xué)科的教育方面日漸普及，該部教材自1981年第一版問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)出版到了第三版，受到廣大化工類專業(yè)師生的好評(píng)［3］。該部教材的特點(diǎn)是著重基礎(chǔ)，本書(shū)共分為十章，分別介紹了均相反應(yīng)過(guò)程，包括均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、均相反應(yīng)器、非理想流動(dòng):非均相反應(yīng)過(guò)程，包括氣—固相催化反應(yīng)過(guò)程、非催化兩流體相反應(yīng)過(guò)程、固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器;聚合反應(yīng)過(guò)程，包括聚合過(guò)程的化學(xué)與動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ);生化反應(yīng)過(guò)程，包括生化動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、生化反應(yīng)器。該部教材注重反應(yīng)工程研究方法的介紹，在不同的章節(jié)內(nèi)容中論述了反應(yīng)工程學(xué)的發(fā)展方向，有助于讀者進(jìn)一步深入研究。朱炳辰老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》也受到國(guó)內(nèi)很多工科類高校化工專業(yè)老師和學(xué)生的青睞。本部教材的第一版是由化學(xué)工業(yè)出版社于1993年出版，截至目前本部教材已經(jīng)出版到第四版，其中第三版累計(jì)發(fā)行量高達(dá)32000冊(cè)。《化學(xué)反應(yīng)工程》第四版主要吸收了一些關(guān)于現(xiàn)代化學(xué)反應(yīng)工程發(fā)展方向方面的知識(shí)，本部教材的主線是圍繞化學(xué)反應(yīng)與動(dòng)量、質(zhì)量、熱量傳遞交互作用的共性歸納綜合的宏觀反應(yīng)過(guò)程，以及如何解決反應(yīng)裝置的工程分析和設(shè)計(jì)。該書(shū)對(duì)近年來(lái)出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)新概念、新理論和新方法做了大量闡述。另外，對(duì)于國(guó)內(nèi)一些偏工科的化工類高等院校，選用的教材大多數(shù)以郭鍇老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》為主，本部教材的主要內(nèi)容包括:均相單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和理想反應(yīng)器、復(fù)合反應(yīng)和反應(yīng)器選型、非理想流動(dòng)反應(yīng)器、氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)、氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)、氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器、氣固相催化反應(yīng)流化床反應(yīng)器、氣液相反應(yīng)過(guò)程與反應(yīng)器、反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性。本部教材的特點(diǎn)是主要突出了該門課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，刪除了一些與教學(xué)大綱聯(lián)系不是十分密切相關(guān)的內(nèi)容，并著重講解解決化學(xué)工程問(wèn)題的基本方法。除此之外，羅康碧老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》教材結(jié)合了理科和工科的綜合優(yōu)勢(shì)，吸收了國(guó)內(nèi)外相關(guān)教材的許多內(nèi)容和好的經(jīng)驗(yàn)，增添了一些反應(yīng)工程研究方面的最新成果。另外，本部教材在貫徹“少而精”的原則上更注意刪繁就簡(jiǎn)，將重點(diǎn)放在化工專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)共性的基本問(wèn)題上，并且同時(shí)體現(xiàn)了其教學(xué)性。本部教材先重點(diǎn)闡述基本概念和基本原理，然后結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，詳細(xì)論述各種常用反應(yīng)器的設(shè)計(jì)方法，并列出詳細(xì)的例題和課后習(xí)題，用于幫助學(xué)生利用所學(xué)到的反應(yīng)工程原理去分析和解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。近年來(lái)，梁斌等老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》第二版也受到國(guó)內(nèi)許多化工類高校老師和學(xué)生的歡迎。在本部教材中，主要內(nèi)容是以《化學(xué)反應(yīng)工程》、《反應(yīng)器理論分析》及國(guó)內(nèi)外相關(guān)優(yōu)秀教材為基礎(chǔ)，致力于培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題能力和提高學(xué)生的工程實(shí)際知識(shí)儲(chǔ)備，減少了教材內(nèi)容在模型分析上的過(guò)程描述，加強(qiáng)學(xué)生在建立模型方面的訓(xùn)練。另外，本部教材還增加了工業(yè)應(yīng)用背景的實(shí)例分析和課后習(xí)題，在分析解答這些習(xí)題的過(guò)程中讓學(xué)生充分掌握反應(yīng)工程的基本原理和相關(guān)知識(shí)，使教學(xué)內(nèi)容盡量與科學(xué)研究和工程實(shí)踐同步。

3我校化工專業(yè)的特點(diǎn)和教學(xué)側(cè)重點(diǎn)

濟(jì)南大學(xué)的化學(xué)工程與工藝專業(yè)屬于理論性和應(yīng)用性兼顧的一門特色化工學(xué)科，本專業(yè)始建于1992年，前身為山東建材學(xué)院精細(xì)化工專業(yè)，1993年招生，是濟(jì)南大學(xué)重點(diǎn)學(xué)科的重要組成部分，2007年被學(xué)校授予校級(jí)特色專業(yè)，2012年成為山東省品牌(特色)專業(yè)，現(xiàn)為山東省氟化學(xué)化工材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托專業(yè)之一。其中化學(xué)反應(yīng)工程這門課是本專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，另外，化學(xué)反應(yīng)工程課程的理論教學(xué)是本專業(yè)本科教學(xué)的重要組成部分，起著理論指導(dǎo)和基礎(chǔ)知識(shí)培養(yǎng)的作用。另外，從學(xué)校每年安排的工程實(shí)習(xí)學(xué)時(shí)就可以看出，學(xué)校對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力提出了更高的要求。例如學(xué)校每年組織化學(xué)工程與工藝專業(yè)大三學(xué)生去山東金城醫(yī)藥化工有限公司進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)，主要參觀和學(xué)習(xí)2－甲氧羰基甲氧亞胺基－4－氯－3－氧代丁酸生產(chǎn)車間的反應(yīng)器設(shè)計(jì)和工藝裝置流程圖。通過(guò)調(diào)研每年的學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)效果發(fā)現(xiàn):學(xué)生在學(xué)習(xí)完實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)裝置后，對(duì)課本上的基本概念和原理理解的更加透徹。根據(jù)我校化工專業(yè)的特點(diǎn)，在《化學(xué)反應(yīng)工程》的課程教學(xué)上，我們選擇的教材是郭鍇老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》第二版。在課堂教學(xué)過(guò)程中我們的教學(xué)目標(biāo)為:通過(guò)對(duì)反應(yīng)工程理論的學(xué)習(xí)，能夠運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程的理論方法建立數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化設(shè)計(jì)反應(yīng)器、或者改善化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所、改進(jìn)現(xiàn)有的化工生產(chǎn)工藝;進(jìn)一步提高學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)學(xué)生判斷和解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)研究的方法，為進(jìn)入研究生學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ);掌握由化學(xué)動(dòng)力學(xué)特性建立動(dòng)力學(xué)方程、建立數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化和設(shè)計(jì)反應(yīng)器及改進(jìn)化工工藝的理論;運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程的知識(shí)，能夠進(jìn)行基本化工反應(yīng)裝置反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。

4擬采用或已經(jīng)實(shí)施的教學(xué)方法

化學(xué)反應(yīng)工程具有跨接多種學(xué)科的特點(diǎn)，結(jié)合本校化學(xué)工程與工藝專業(yè)的特色和優(yōu)勢(shì)，筆者從以下方面進(jìn)行了教學(xué)方法的改進(jìn)。(1)結(jié)合我校特點(diǎn)濟(jì)南大學(xué)在醫(yī)藥中間體工業(yè)化生產(chǎn)、氟化學(xué)材料合成、精細(xì)化學(xué)品制備和環(huán)境催化方向具有鮮明的特色和優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)發(fā)展成為以新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、新工藝設(shè)計(jì)、新技術(shù)應(yīng)用為特色的精細(xì)化工和化工領(lǐng)域高級(jí)人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和新技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要基地之一，并多次獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)和發(fā)明獎(jiǎng)。因此，在本科教學(xué)過(guò)程中，要結(jié)合我校化工專業(yè)的特色，著重講解氣固相催化反應(yīng)和氣液相反應(yīng)過(guò)程，并要求學(xué)生能夠運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程的知識(shí)進(jìn)行基本化工反應(yīng)裝置或反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)學(xué)生判斷和解決問(wèn)題的能力，為社會(huì)培養(yǎng)優(yōu)秀的化學(xué)化工(醫(yī)藥中間體、氟化學(xué)材料和精細(xì)化學(xué)品)相關(guān)人才。(2)闡述方法和教學(xué)方式的改進(jìn)目前全國(guó)高等學(xué)校的教學(xué)方式還是以灌輸式教學(xué)為主，老師主動(dòng)講，學(xué)生盲目聽(tīng)，導(dǎo)致課堂利用率低，學(xué)生學(xué)習(xí)效率不高。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體技術(shù)在高校已經(jīng)普遍使用，雖然這樣可以改善課堂教學(xué)方式，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但是多媒體技術(shù)的使用導(dǎo)致每節(jié)課的授課內(nèi)容大大增加，學(xué)生并不能高效率的吸收每節(jié)課中所有的知識(shí)點(diǎn)，導(dǎo)致在學(xué)期末時(shí)學(xué)生對(duì)這門課的了解程度并不高［4］。例如，我在第一次講授《化學(xué)反應(yīng)工程》這門課程時(shí)，由于講課經(jīng)驗(yàn)和技巧都很欠缺，所以在整個(gè)課堂教學(xué)過(guò)程中完全按照多媒體上的內(nèi)容進(jìn)行閱讀，這樣生硬的填鴨式的教學(xué)模式，導(dǎo)致整個(gè)課堂教學(xué)效果很差。因此這樣的灌輸式教學(xué)模式會(huì)導(dǎo)致學(xué)生盲目聽(tīng)從，其自主性和能動(dòng)性大大缺失，所以在以后的教學(xué)過(guò)程中，我們要“授之以漁”，而非“授之以魚(yú)”，這需要我們?cè)诮虒W(xué)方式上加以引導(dǎo)［5］。筆者認(rèn)為改變這種填鴨式的教學(xué)模式，主要的突破口就是讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)過(guò)程中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性并培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本門課的學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)這一措施，筆者在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行了一些探索和改進(jìn)，取得了很好的效果。具體探索過(guò)程如下:在闡述一些基本概念和原理的時(shí)候，可以在課前讓學(xué)生充分的查閱資料，然后在課堂上讓學(xué)生進(jìn)行講解，在這過(guò)程中并進(jìn)行充分討論，最后老師做總結(jié)，并糾正學(xué)生的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。這種“查閱資料－主題討論－問(wèn)題反饋”的教學(xué)模式，能夠讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生做課堂真正的主人，提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性，改變填鴨式教學(xué)的不足。(3)注重理論和實(shí)際的結(jié)合在高校的課堂教學(xué)過(guò)程中，教科書(shū)是一種不可或缺的教學(xué)工具，但也不能作為唯一的使用工具，教科書(shū)在本科教學(xué)過(guò)程中只能作為一種輔助的工具。這樣就要求老師在教學(xué)過(guò)程中要靈活應(yīng)用教材，既不能完全拘泥于教材，也不能完全脫離教材，在講清楚基本原理和基本概念的基礎(chǔ)上，注重理論和實(shí)際相結(jié)合。在每一章的講述過(guò)程中，把每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用相互關(guān)聯(lián)，并闡明其主要的熱量傳遞、動(dòng)量傳遞、質(zhì)量傳遞及化學(xué)反應(yīng)在實(shí)際過(guò)程中是如何應(yīng)用的，以加深學(xué)生對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解。另外，還要注意結(jié)合科研成果，對(duì)學(xué)科前沿知識(shí)進(jìn)行講解，讓學(xué)生了解目前化學(xué)反應(yīng)工程的研究動(dòng)向，例如在講解氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)時(shí)，可以引入最新發(fā)表的經(jīng)典文獻(xiàn)，通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的講解，加深學(xué)生對(duì)氣固相反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)的理解，知道如何來(lái)研究一個(gè)催化劑的本征反應(yīng)活性。通過(guò)這種理論與實(shí)際相結(jié)合的方法，可以大大提高學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)效率。在對(duì)《化學(xué)反應(yīng)工程》課程教學(xué)方法不斷改進(jìn)后，獲得了良好的課堂效果，這不僅對(duì)教師的教學(xué)能力是一種轉(zhuǎn)變和提高，對(duì)化工類學(xué)生思維和能力的培養(yǎng)也具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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［3］陳甘棠.化學(xué)反應(yīng)工程［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011:1－3.

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    我院開(kāi)設(shè)了為期2周的化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì),要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成硫酸轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì),采用二轉(zhuǎn)二吸中的“3+1”或“2+2”式工藝、四段間接換熱絕熱式固定床催化反應(yīng)器。每個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)規(guī)模、進(jìn)一段的原料氣組成、凈化率、轉(zhuǎn)化率、吸收率不相同,學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)資料、查找設(shè)計(jì)方法、搜集計(jì)算公式、選擇工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。完成后撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū),內(nèi)容包括設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、目錄、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介、工藝計(jì)算、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總、設(shè)計(jì)評(píng)述與討論、參考文獻(xiàn),等等。設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)生之間廣泛討論,商討設(shè)計(jì)方法,學(xué)習(xí)氛圍濃厚。雖然過(guò)程相似,但設(shè)計(jì)條件不同,每個(gè)學(xué)生都要單獨(dú)完成自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。通過(guò)該課程設(shè)計(jì),學(xué)生對(duì)固定床催化反應(yīng)器的形式和特點(diǎn),固體催化劑的性能、內(nèi)擴(kuò)散有效因子的概念和計(jì)算方法,平衡溫度、平衡溫度曲線的概念和繪圖方法,最佳溫度、最佳溫度曲線的概念和繪圖方法,各段進(jìn)出口溫度、進(jìn)出口轉(zhuǎn)化率的最佳分配方法,利用本征動(dòng)力學(xué)方程,通過(guò)數(shù)值積分計(jì)算反應(yīng)時(shí)間的方法,催化劑用量的計(jì)算及校正方法,反應(yīng)器直徑、高度及其它附件尺寸的計(jì)算方法等知識(shí)點(diǎn),有了深刻的理解和較好的掌握。

    二、逐步加大實(shí)驗(yàn)、鞏固所學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力

    對(duì)于化學(xué)反應(yīng)工程這種實(shí)踐性很強(qiáng)的工程學(xué)科來(lái)說(shuō),實(shí)驗(yàn)是學(xué)生參加實(shí)踐獲取知識(shí)所必需的學(xué)習(xí)途徑。而化學(xué)反應(yīng)工程的主要研究方法也是應(yīng)用理論推演和實(shí)驗(yàn)研究工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的規(guī)律而建立的數(shù)學(xué)模型方法。所以教會(huì)學(xué)生如何建立各類實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器,如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、反應(yīng)條件選擇和數(shù)據(jù)處理非常有用。為此在課程建設(shè)中,我院通過(guò)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課、綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)課,逐步加大與化學(xué)反應(yīng)工程有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。目前開(kāi)設(shè)多釜串聯(lián)流動(dòng)特性的測(cè)定、管式反應(yīng)器流動(dòng)特性測(cè)定兩個(gè)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn);開(kāi)設(shè)乙酸乙脂水解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的測(cè)定、乙醇催化裂解制乙烯反應(yīng)動(dòng)力學(xué)測(cè)定、乙苯脫氫制苯乙烯、反應(yīng)精餾制乙酸乙酯等四個(gè)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn),學(xué)生對(duì)返混、脈沖法、階躍法的概念以及停留時(shí)間分布的測(cè)定方法,多釜串聯(lián)模型、軸向混合模型的流動(dòng)特性,理想流動(dòng)反應(yīng)器與實(shí)際反應(yīng)器停留時(shí)間分布的區(qū)別,連續(xù)均相流動(dòng)反應(yīng)器的非理想流動(dòng)情況及產(chǎn)生返混原因,全混釜中連續(xù)操作條件下反應(yīng)器內(nèi)測(cè)定均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的原理和方法,反應(yīng)精餾與常規(guī)精餾的區(qū)別,連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)體系中氣——固相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究方法,溫度、濃度、進(jìn)料流量對(duì)不同反應(yīng)結(jié)果的影響,轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率的概念及計(jì)算方法等知識(shí)點(diǎn),有了透徹的理解。課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí),不但在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證和鞏固,而且得到了應(yīng)用,掌握了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定和相關(guān)設(shè)備的使用方法。

    三、開(kāi)展仿真實(shí)訓(xùn)、培養(yǎng)實(shí)踐操作能力

    我院以前有四周生產(chǎn)實(shí)習(xí),實(shí)習(xí)中遇到企業(yè)為了安全和效益等因素不允許學(xué)生親自動(dòng)手操作時(shí),學(xué)生得不到實(shí)際操作設(shè)備的鍛煉機(jī)會(huì);一般實(shí)習(xí)一個(gè)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程,學(xué)生掌握了工藝流程、生產(chǎn)原理之后,實(shí)習(xí)后期學(xué)習(xí)興趣、主動(dòng)性降低,影響實(shí)習(xí)效果等問(wèn)題。而且目前大部分化工企業(yè)采用DCS控制,技術(shù)員主要在控制室通過(guò)電腦操作控制生產(chǎn)過(guò)程。隨著信息時(shí)代的到來(lái),計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,采用仿真技術(shù)將復(fù)雜的工業(yè)反應(yīng)過(guò)程虛擬化,從而在計(jì)算機(jī)上以“慢速”再現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程及變化特征,將“抽象”化為“形象”,動(dòng)態(tài)演示工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。并且,仿真實(shí)訓(xùn)具有無(wú)消耗、無(wú)污染、可重復(fù)操作等優(yōu)點(diǎn)。為此我院購(gòu)買了北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司的化工培訓(xùn)軟件,在校內(nèi)建立仿真實(shí)驗(yàn)室,開(kāi)展仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)。將以前四周全在企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)改為前兩周在企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí),后兩周在校仿真實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展仿真實(shí)訓(xùn)。目前我院開(kāi)設(shè)的與化學(xué)反應(yīng)工程有關(guān)的仿真實(shí)習(xí)項(xiàng)目有固定床反應(yīng)器單元、流化床反應(yīng)器單元、間歇反應(yīng)釜單元,以及30萬(wàn)噸合成氨生產(chǎn)工藝中的反應(yīng)部分、甲醇生產(chǎn)工藝中的反應(yīng)部分,等等。學(xué)生要進(jìn)行冷態(tài)開(kāi)車操作、正常生產(chǎn)操作、停車操作、故障處理操作,以及單人單工段、多人單工段、多人多工段等操作環(huán)節(jié)的實(shí)訓(xùn)。通過(guò)仿真操作訓(xùn)練對(duì)于學(xué)生了解化工反應(yīng)過(guò)程、以及工藝和控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、提高對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行和控制能力具有特殊效果。這種運(yùn)行、調(diào)整和控制能力,集中反映了學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的水平。所以,仿真訓(xùn)練是運(yùn)用高科技手段強(qiáng)化學(xué)生掌握知識(shí)和理論聯(lián)系實(shí)際的新型教學(xué)方法。

篇（3）

二、化學(xué)反應(yīng)工程新領(lǐng)域

（一）計(jì)算反應(yīng)工程

新世紀(jì)以來(lái)，流體力學(xué)、量子力學(xué)等基礎(chǔ)研究在飛速發(fā)展、并日益成熟起來(lái)。這樣就為在反應(yīng)工程中有效計(jì)算機(jī)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。在分子計(jì)算、大尺度集成、操作與過(guò)程的模擬、智能化發(fā)展等處，都可以看到數(shù)學(xué)軟件在被廣泛應(yīng)用的身影。這樣一來(lái)，人們得以更加簡(jiǎn)捷、有效的對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程全面、立體的模擬，加快了化學(xué)反應(yīng)工程的發(fā)展速度[5]。比如，在對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)中其著重要作用的石油催、裂化領(lǐng)域，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)可大大改善研究效果。在工業(yè)石油的催、裂化中，人們通過(guò)對(duì)重質(zhì)渣油進(jìn)行化學(xué)處理，將其轉(zhuǎn)化成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的輕質(zhì)油、高辛烷值油。若使用MIP反應(yīng)器，石油裂化、異構(gòu)化、脫氫反應(yīng)可不限于一次。這樣一來(lái)，工程試驗(yàn)的針對(duì)性及自由度得以提高，很好的改善了產(chǎn)品的特性及其分布。根據(jù)多尺度思路，在幾秒內(nèi)就可以依據(jù)宏觀模型、對(duì)實(shí)際設(shè)備完成各處的顆粒分布。然后，以此作為初始及邊界進(jìn)行運(yùn)算、進(jìn)行細(xì)化。該過(guò)程主要是用一些層次較低的模型進(jìn)行模擬的。按照這樣的思路，可進(jìn)行層層細(xì)化，反應(yīng)器內(nèi)一切細(xì)節(jié)得以展示。這樣一來(lái)，試驗(yàn)人員能夠據(jù)此更精準(zhǔn)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行放大和設(shè)計(jì)優(yōu)化。

（二）向分子反應(yīng)工程的轉(zhuǎn)化

技術(shù)及計(jì)算技術(shù)在不斷提高著，使得人們對(duì)反應(yīng)過(guò)程的認(rèn)識(shí)逐漸深化。化學(xué)設(shè)備水平不斷提高，讓研究人員能夠有效觀察到分子、原子；隨之理論水平的不斷提高，也使得人們實(shí)現(xiàn)了多尺度的模擬。在化學(xué)工程領(lǐng)域，若在分子、原子基礎(chǔ)上，可以使得化學(xué)合成及反應(yīng)過(guò)程得以有效構(gòu)建。而現(xiàn)在，在很多領(lǐng)域已經(jīng)將該設(shè)想化為了現(xiàn)實(shí)。同時(shí)，該方法論能夠?qū)⑵渑c過(guò)程強(qiáng)化論有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，以最大可能的提高效率，促進(jìn)了節(jié)能減排的發(fā)展。此外，若在化學(xué)反應(yīng)工程中運(yùn)用分子反應(yīng)工程技術(shù)，可以使得前景更為廣闊。

篇（4）

工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)也提出了更高的要求。然而，當(dāng)前我國(guó)工業(yè)發(fā)展面臨著資源價(jià)格飛漲，環(huán)境污染日益嚴(yán)峻的情況，這也使得全社會(huì)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)越來(lái)越關(guān)注。怎樣有效的處理好工業(yè)污染物，防止其對(duì)環(huán)境的二次污染，怎么有效的利用好數(shù)量龐大的生活廢品，是當(dāng)前許多學(xué)者都在研究的問(wèn)題。綠色化學(xué)工程是在社會(huì)迫切需要的情況下誕生的新型項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是：對(duì)日常化學(xué)生產(chǎn)當(dāng)中的一些資源浪費(fèi)及環(huán)境污染進(jìn)行有效的處理，從而使得化工污染得到有效緩解，化工生產(chǎn)過(guò)程中的資源浪費(fèi)得到很大的改善。

一、綠色化學(xué)工業(yè)的概念

綠色化學(xué)又被稱為無(wú)污染化學(xué)，以此為理念而開(kāi)發(fā)出的技術(shù)就是綠色化學(xué)工程技術(shù)，采用化學(xué)原理從根本上降低化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)境造成的破壞。化工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)是綠色化學(xué)工程，它已成為了未來(lái)化學(xué)工業(yè)發(fā)展方向的重要研究目標(biāo)之一，綠色化學(xué)具有以下兩種特性：首先，綠色化學(xué)的根本思想在于保護(hù)環(huán)境，使自然資源可持續(xù)發(fā)展，讓人與自然之間的關(guān)系和諧，人們對(duì)環(huán)境造成的破壞促使了對(duì)綠色化學(xué)的研究；其次，綠色化學(xué)是將環(huán)境改變的技術(shù)，發(fā)展下的綠色化學(xué)技術(shù)以逐漸可以應(yīng)付各種環(huán)境下對(duì)自然的破壞。從根本上來(lái)說(shuō)，綠色化學(xué)是預(yù)防環(huán)境污染；而環(huán)境化學(xué)則是對(duì)污染后的環(huán)境進(jìn)行改善和治理。兩者之間是根本不一樣的，在最終目的上也是千差萬(wàn)別的。

目前，對(duì)綠色化學(xué)進(jìn)行研究的重要發(fā)現(xiàn)和實(shí)踐活動(dòng)為綠色化工技術(shù)。基本原理是采用原料中的原子進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這就使化學(xué)工業(yè)在進(jìn)行工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生污染物，達(dá)到對(duì)化學(xué)工業(yè)污染物的零排放。并且，在進(jìn)行化學(xué)工業(yè)工作時(shí)，不使用任何具有危害性和毒性的原材料，這樣可以生產(chǎn)出對(duì)環(huán)境不造成破壞的產(chǎn)品。這種技術(shù)目前處于理論狀況，但是在眾多科研人員的努力探索下，還是可以逐漸實(shí)現(xiàn)此種設(shè)想的。

二、綠色化學(xué)工程與工藝的開(kāi)發(fā)

在傳統(tǒng)化學(xué)的生產(chǎn)過(guò)程中，在有毒、有害物質(zhì)的處理上存在較為嚴(yán)重的滯后性，因此導(dǎo)致化學(xué)工藝一直處于被動(dòng)生產(chǎn)。應(yīng)用這樣的化學(xué)工藝對(duì)污染物進(jìn)行處理無(wú)法取得理想的效果，資源優(yōu)化也無(wú)法得到有效實(shí)現(xiàn)。化學(xué)工藝的應(yīng)用不但導(dǎo)致化學(xué)生產(chǎn)污染物成本提高，還導(dǎo)致污染物處理效率嚴(yán)重下降。綠色化學(xué)工程的應(yīng)用可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)化學(xué)工程中存在的缺陷，其通過(guò)對(duì)相關(guān)科學(xué)技術(shù)及先進(jìn)方法的利用，對(duì)化工生產(chǎn)相關(guān)污染物進(jìn)行除塵、脫硫等處理。綠色化學(xué)工程與工藝具體實(shí)施方法主要有以下幾種。

（一）采用綠色化學(xué)原料

在化工生產(chǎn)工藝及具體流程中，化學(xué)生產(chǎn)原料是起著決定性作用的主要因素，在傳統(tǒng)化學(xué)工程中，所用原料大部分為不可再生能源。采用這些原料不但大大提高國(guó)家不可再生能源的消耗，同時(shí)還導(dǎo)致污染物的排放量大大增加，加重生態(tài)環(huán)境污染程度。將綠色化學(xué)原料作為化工生產(chǎn)材料是綠色化學(xué)工程重要研發(fā)內(nèi)容之一。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，可使用綠色化學(xué)物質(zhì)、自然物質(zhì)等無(wú)染污、可再生的化學(xué)原料。典型的綠色化學(xué)原料主要有蘆葦、苞米桿、纖維植物等。將這些作為原料投入到化工生產(chǎn)過(guò)程中，可使其轉(zhuǎn)化為酮、醇、酸類等多種化學(xué)品。在整個(gè)轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中，這些原料僅會(huì)產(chǎn)生一定量的氫氣，而不會(huì)有任何一種有害、有毒的物質(zhì)產(chǎn)生。

（二）提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性

在化學(xué)工程的物質(zhì)反應(yīng)中，化學(xué)反應(yīng)作為必不可少的重要組成部分存在。所有化學(xué)原料的轉(zhuǎn)化均是需要化學(xué)反應(yīng)才能得以實(shí)現(xiàn)。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，合理選擇有效的化學(xué)反應(yīng)形式可有效促進(jìn)化學(xué)工程生產(chǎn)效率及質(zhì)量得到提高。對(duì)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生影響的因素有很多種，反應(yīng)原料、環(huán)境、時(shí)間、特點(diǎn)等均會(huì)對(duì)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生不同程度的影響。在化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用最為普遍的反應(yīng)形式為氧化反應(yīng)。在氧化反應(yīng)過(guò)程中會(huì)有大量的熱產(chǎn)生，所有化學(xué)原料均會(huì)在熱的催化作用下發(fā)生變質(zhì)，因此會(huì)大大降低化學(xué)品的生產(chǎn)質(zhì)量。在綠色化學(xué)工程中，應(yīng)用新型的反應(yīng)形式，這種新型反應(yīng)形式為烴類氧化反應(yīng)。這種反應(yīng)形式的應(yīng)用不僅可促進(jìn)催化物反應(yīng)催化能力得到提高，同時(shí)還可有效促進(jìn)生產(chǎn)物同分異構(gòu)反應(yīng)時(shí)間增加。

（三）使用無(wú)毒無(wú)害催化原料

隨著化學(xué)工業(yè)發(fā)展速度的不斷加快，將化學(xué)反應(yīng)合理的應(yīng)用于化工生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)成為促進(jìn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中均離不開(kāi)催化劑的使用。將催化劑應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，可有效加快反應(yīng)速度，縮短法寧時(shí)間。所以，在化工生產(chǎn)過(guò)程中使用無(wú)毒無(wú)害的催化原料成為推動(dòng)綠色化學(xué)工程與工藝不斷深入發(fā)展的重要前提條件之一。目前，我國(guó)相關(guān)部門已經(jīng)高度重視對(duì)催化原料的選擇及應(yīng)用進(jìn)行深入研究。越來(lái)越多的催化劑得到開(kāi)發(fā)和研制，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中使用的催化原料不斷得到改善，分子篩除催化劑等優(yōu)良催化原料在化工生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。無(wú)毒無(wú)害催化原料的應(yīng)用可有效提高化學(xué)反應(yīng)效率，降低能源消耗量，同時(shí)也可減少環(huán)境污染。

三、結(jié)論

化學(xué)工程與工藝的發(fā)展不僅影響著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，而且有助于環(huán)境友好型社會(huì)的構(gòu)建。當(dāng)前世界面臨著資源和能源的短缺，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)，這就需要化學(xué)工程與化學(xué)工藝共同發(fā)展，滿足我國(guó)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的需要。化學(xué)工程與工藝的行業(yè)領(lǐng)域需要積極配合國(guó)家提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。轉(zhuǎn)變可持續(xù)發(fā)展的概念。重視化學(xué)工程與工藝發(fā)展的環(huán)保性，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的化學(xué)工程與工藝，減少環(huán)境的污染，積極開(kāi)發(fā)新能源，走環(huán)境友好型道路。

參考文獻(xiàn) 

篇（5）

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0568（2012）29-0078-02

化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的核心課程，以化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的共性規(guī)律、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、放大和優(yōu)化為主要研究對(duì)象，用自然科學(xué)的原理考察、解釋和處理工程實(shí)際問(wèn)題，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程學(xué)科。面向本科生的化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)的目標(biāo)，是使學(xué)生掌握化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)工程的研究方法和思路，了解化學(xué)反應(yīng)工程最新進(jìn)展和發(fā)展方向，提高創(chuàng)新思維能力。[1]筆者在長(zhǎng)期的教學(xué)中將“方法論”作為重點(diǎn)，不斷總結(jié)教材各章節(jié)、研究各類反應(yīng)過(guò)程的共同方法，并應(yīng)用于教學(xué)，對(duì)學(xué)生掌握化學(xué)反應(yīng)工程的基本觀點(diǎn)和工程方法，培養(yǎng)學(xué)生分析與解決工程問(wèn)題的實(shí)際能力起到了很好的作用。

一、數(shù)學(xué)模型方法

工業(yè)反應(yīng)器中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程往往與物料的流動(dòng)、混合、傳質(zhì)、傳熱、反應(yīng)計(jì)量學(xué)、催化劑性能等有直接關(guān)系，濃度、溫度、壓力等參數(shù)影響反應(yīng)結(jié)果，影響因素多，相互耦合，通常表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性，傳統(tǒng)的因次分析和相似方法不能反映化學(xué)反應(yīng)工程的基本規(guī)律。[2]教學(xué)中，把反應(yīng)器中進(jìn)行的過(guò)程分解為化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和物理傳遞過(guò)程，反應(yīng)器中進(jìn)行的過(guò)程分解為化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和物理傳遞過(guò)程，分別建立反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和反應(yīng)器傳遞模型，然后通過(guò)物料衡算和能量衡算把它們綜合起來(lái)，建立反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型，用數(shù)學(xué)模型方法來(lái)研究化學(xué)反應(yīng)工程，進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計(jì)、放大與優(yōu)化，比傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法能更好地反映其本質(zhì)。因此，數(shù)學(xué)模型方法是化學(xué)反應(yīng)工程的基本研究方法，可以通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立和求解去預(yù)測(cè)和模擬反應(yīng)器的實(shí)際操作狀況。[3]在闡明化學(xué)反應(yīng)工程基本概念和原理的基礎(chǔ)上，將各類反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型作為講授重點(diǎn)，尤其突出間歇反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型的建立和求解方法，借此培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)模型方法設(shè)計(jì)反應(yīng)器的能力。

二、物料、能量衡算中非線性問(wèn)題的線性化處理方法

反應(yīng)速率一般是由反應(yīng)實(shí)際進(jìn)行場(chǎng)所的濃度和溫度決定。而工業(yè)上廣泛使用的氣固相催化反應(yīng)器、流固相非催化反應(yīng)器，氣液反應(yīng)器中物料溫度和濃度的變化呈現(xiàn)非線性特點(diǎn)。處理的共同方法為反應(yīng)器設(shè)計(jì)中物料衡算、能量衡算時(shí)，衡算范圍取一個(gè)微元，在微元內(nèi)物料溫度和濃度的變化近似按線性關(guān)系計(jì)算。在氣固相催化反應(yīng)工程討論中、以單顆粒的球形催化劑為基礎(chǔ)，在其中距中心R處取一厚度dR的微元球殼進(jìn)行物料衡算、能量衡算；在氣液反應(yīng)工程討論中、以雙膜理論為基礎(chǔ)，在液膜中距界面x處取一厚度dx的單位面積微元液膜進(jìn)行物料衡算；在流固相非催化反應(yīng)工程討論中，以收縮未反應(yīng)芯模型為基礎(chǔ)，對(duì)單個(gè)球形固體顆粒，在其固相產(chǎn)物層內(nèi)距中心R處取一厚度dR的微元球殼進(jìn)行物料衡算；平推流反應(yīng)器、非理想流動(dòng)反應(yīng)器軸向混合模型的計(jì)算中，在距反應(yīng)器進(jìn)口L處取一厚度dL的微元管段進(jìn)行物料衡算、能量衡算。這些問(wèn)題的研究方法有相似性，在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)相互的聯(lián)系，可以加深學(xué)生對(duì)內(nèi)容的理解和對(duì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)中線性化處理非線性問(wèn)題方法的掌握。

三、解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)先分解后綜合的方法

影響工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的因素多，關(guān)系復(fù)雜，若直接全面分析求解，往往比較困難，不容易理解。在教學(xué)中可采用先分解后綜合的方法，把復(fù)雜的問(wèn)題分成若干步、先研究每一步的規(guī)律，再綜合得出整體的規(guī)律。氣固相催化反應(yīng)工程討論中，先分外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程分別討論三個(gè)過(guò)程的規(guī)律和計(jì)算公式，再綜合三個(gè)過(guò)程得出單個(gè)催化劑顆粒的反應(yīng)規(guī)律，再進(jìn)一步綜合得出整個(gè)床層的反應(yīng)規(guī)律；氣液反應(yīng)工程討論中，先分氣液兩相間的傳遞規(guī)律、液膜中的擴(kuò)散反應(yīng)規(guī)律，液相主體中的擴(kuò)散反應(yīng)規(guī)律，再綜合得出整個(gè)氣液相反應(yīng)規(guī)律；流固相非催化反應(yīng)工程討論中，先分流體滯流膜擴(kuò)散控制、固體產(chǎn)物層（或惰性殘留物層）內(nèi)擴(kuò)散控制、化學(xué)反應(yīng)控制分別討論，再綜合得出總體的規(guī)律和計(jì)算公式；討論吸附動(dòng)力學(xué)方程中，先按單組分反應(yīng)物的化學(xué)吸附控制、表面化學(xué)反應(yīng)控制、單組分產(chǎn)物的脫附控制分別討論，再綜合得出總體的吸附動(dòng)力學(xué)方程。這樣的教學(xué)方法，往往能使復(fù)雜的問(wèn)題變得簡(jiǎn)單明了，復(fù)雜的計(jì)算過(guò)程得到簡(jiǎn)化。

四、理論推演與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法

化學(xué)反應(yīng)工程自設(shè)立以來(lái)，作為一門工程學(xué)科，其復(fù)雜性往往不僅表現(xiàn)在過(guò)程本身，而更表現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)器復(fù)雜的幾何形狀及千變?nèi)f化的物性，[4]因此，廣泛采用理論推演和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法。通過(guò)理論推演得出軸向混合模型、多級(jí)串聯(lián)全混流模型等非理想流動(dòng)模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)際反應(yīng)器停留時(shí)間分布、計(jì)算出無(wú)因次時(shí)間方差、選擇合適的非理想流動(dòng)模型，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出模型參數(shù)，進(jìn)行實(shí)際反應(yīng)器的設(shè)計(jì)；氣固相催化反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散影響的判別中，通過(guò)理論推演得出判據(jù)式，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定判據(jù)式的值，可判斷出內(nèi)擴(kuò)散的影響程度；流固相非催化反應(yīng)中通過(guò)理論推演得出不同過(guò)程控制時(shí)的計(jì)算公式，通過(guò)溫度對(duì)總體速率的影響實(shí)驗(yàn)，可判別過(guò)程是化學(xué)反應(yīng)控制還是擴(kuò)散控制，通過(guò)流速對(duì)總體速率的影響實(shí)驗(yàn)，可判別過(guò)程是流體滯流膜擴(kuò)散控制還是固相產(chǎn)物層內(nèi)擴(kuò)散控制，然后選擇相應(yīng)過(guò)程控制的公式，能使計(jì)算過(guò)程大為簡(jiǎn)化。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的建立更需要理論推演與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，雖然可以通過(guò)理論計(jì)算確定化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理和速率，但對(duì)大多數(shù)反應(yīng)體系，這類理論計(jì)算所能達(dá)到的準(zhǔn)確程度尚不能滿足工業(yè)反應(yīng)過(guò)程開(kāi)發(fā)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)的要求，實(shí)驗(yàn)研究仍然是認(rèn)識(shí)反應(yīng)過(guò)程動(dòng)力學(xué)特征的主要途徑。化學(xué)反應(yīng)工程在其發(fā)展過(guò)程中已形成了一整套動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)定和數(shù)據(jù)處理方法。[3]教學(xué)中，應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)利用冪函數(shù)型模型，雙曲線型模型擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)，使學(xué)生較好地理解和掌握反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的建立方法。

工科院校培養(yǎng)的工程技術(shù)人才，不僅要有豐富的理論知識(shí)，理論還應(yīng)當(dāng)聯(lián)系實(shí)際，具有較高的獨(dú)立思考能力、發(fā)現(xiàn)、分析和解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力，這就要求教師不僅要對(duì)學(xué)生傳授知識(shí)，更重要地是教給學(xué)生求索知識(shí)的方法和應(yīng)用知識(shí)的能力。[5]長(zhǎng)期的教學(xué)中，筆者體會(huì)到數(shù)學(xué)模型方法，物料、能量衡算中非線性問(wèn)題的線性化處理方法、解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)先分解后綜合的方法、理論推演與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法，并在化學(xué)反應(yīng)工程研究中普遍應(yīng)用，將這些方法重點(diǎn)介紹給學(xué)生，使他們?cè)趯W(xué)習(xí)中觸類旁通，舉一反三，取得了良好的學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王垚等.化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)新理念和實(shí)踐探索[J].化工高等教育，2009，（2）.

[2]朱炳辰.化學(xué)反應(yīng)工程（第五版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

篇（6）

我校的化學(xué)反應(yīng)工程課程只針對(duì)化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生開(kāi)設(shè)。我校的化學(xué)工程與工藝專業(yè)開(kāi)設(shè)于上世紀(jì)九十年代，而化學(xué)反應(yīng)工程課程的授課歷史也已有二十多年。近年來(lái)，隨著西部大開(kāi)發(fā)進(jìn)程的加快，成都及周邊地區(qū)特別是民族地區(qū)對(duì)化學(xué)化工類人才的需求旺盛，我校每年化學(xué)工程與工藝專業(yè)的招生人數(shù)始終保持在140人左右。前幾年由于學(xué)校工科基礎(chǔ)薄弱，我校反應(yīng)工程課程主要通過(guò)課堂教學(xué)為主，缺乏實(shí)驗(yàn)實(shí)踐設(shè)備和場(chǎng)地，學(xué)生對(duì)于課程中涉及的基本原理僅有一些感官認(rèn)識(shí)，無(wú)法深入理解。隨著人才市場(chǎng)對(duì)學(xué)生素質(zhì)要求的不斷提升，僅局限于課堂授課的化學(xué)反應(yīng)工程課程急需通過(guò)改革課程內(nèi)容和授課方法，提升課程教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生素質(zhì)。

2虛擬仿真技術(shù)與化學(xué)反應(yīng)工程課程的融合

從去年開(kāi)始，隨著我校化學(xué)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心獲批省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，學(xué)校加大了對(duì)化學(xué)類虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)適時(shí)、創(chuàng)新性地提出將虛擬仿真技術(shù)和化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，大膽嘗試提升化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)效果的新方式方法。2.1利用虛擬仿真素材真正實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)十四年前，我校就全面實(shí)現(xiàn)了多媒體教學(xué)，但是由于多媒體素材開(kāi)發(fā)的滯后，使得過(guò)去的多媒體教學(xué)大部分是文字、公式、圖片等的羅列。由于PPT播放速度快，多數(shù)學(xué)生對(duì)于課程理論內(nèi)容一知半解，對(duì)學(xué)習(xí)的公式和圖片很難融會(huì)貫通。從2014年開(kāi)始，化學(xué)類虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的一期建設(shè)項(xiàng)目中加大了對(duì)教學(xué)課件素材的購(gòu)買和建設(shè)，如“合成氨素材庫(kù)”“工業(yè)反應(yīng)器素材庫(kù)”等等，化學(xué)反應(yīng)工程課程在多媒體教學(xué)中更多采用flas等動(dòng)態(tài)多媒體形式進(jìn)行教學(xué)，將公式、文字和圖片融會(huì)貫通，復(fù)雜的內(nèi)容變得淺顯易懂，學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)減輕，提升了學(xué)習(xí)效果。

2.2通過(guò)實(shí)物和實(shí)訓(xùn)模型加深理論學(xué)習(xí)效果

過(guò)去由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和場(chǎng)地緊缺，化學(xué)反應(yīng)工程課程缺乏對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)課程。自2015年開(kāi)始，借助化學(xué)類虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的實(shí)物模型和實(shí)訓(xùn)模型，我們開(kāi)設(shè)了“化工仿真”和“化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)”兩門課程，通過(guò)專業(yè)實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)于工業(yè)反應(yīng)過(guò)程和反應(yīng)器理論的認(rèn)識(shí)，通過(guò)實(shí)訓(xùn)課程擴(kuò)展學(xué)生對(duì)于實(shí)際反應(yīng)器具體操作方法的知識(shí)了解。例如:通過(guò)全混流反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器仿真模型，學(xué)生可以深入理解“返混”的概念;通過(guò)多釜串聯(lián)實(shí)訓(xùn)模型，學(xué)生可以深入理解停留時(shí)間的評(píng)價(jià)方法。實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生通常4～6人一組，每個(gè)人均能夠動(dòng)手操作，因此加深了理論聯(lián)系實(shí)際的效果。

2.3仿真軟件教學(xué)使表面學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榈讓訉W(xué)習(xí)

除了課件素材和模型以外，化學(xué)類虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建設(shè)中還包括了“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”、“專業(yè)實(shí)驗(yàn)”、“生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)”三大仿真軟件教學(xué)模塊。其中，與化學(xué)反應(yīng)工程課程相關(guān)的軟件包括“CO中溫－低溫串聯(lián)變換反應(yīng)”、“乙苯脫氫制苯乙烯”、“催化反應(yīng)精餾法制甲縮醛”等。以上軟件的使用將學(xué)生對(duì)于理論課程的學(xué)習(xí)不再停留于公式推導(dǎo)、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)等孤立的表面學(xué)，而是通過(guò)工業(yè)實(shí)例使學(xué)生將原理、實(shí)物、工業(yè)運(yùn)用融會(huì)貫通，實(shí)現(xiàn)一種基于深層次理解的底層學(xué)習(xí)。這一過(guò)程使得該課程的學(xué)習(xí)效果顯著提升。

2.4課上被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為課下主動(dòng)學(xué)習(xí)

由于我校為二本院校且學(xué)生多來(lái)自少數(shù)民族地區(qū)，學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)較為薄弱，為了掌握課程內(nèi)容需要反復(fù)練習(xí)和操作，需要更多的學(xué)習(xí)時(shí)間。但學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地等硬件設(shè)施和資金均無(wú)法滿足學(xué)生的長(zhǎng)時(shí)間的課上學(xué)習(xí)。因此，我校化學(xué)類虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建設(shè)投入部分資金建設(shè)了虛擬仿真網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)，使得學(xué)生能夠通過(guò)電腦、手機(jī)等客戶端可以方便的訪問(wèn)學(xué)校的虛擬仿真軟件資源。在課余時(shí)間，學(xué)生為了掌握課程內(nèi)容、提升考試成績(jī)，可以花大量的時(shí)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)有針對(duì)性的對(duì)個(gè)別難點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)操練。這一舉措將學(xué)生的學(xué)習(xí)由課上轉(zhuǎn)變?yōu)檎n下，將學(xué)習(xí)方式由被動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)。這一措施提升了學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程課程的學(xué)習(xí)熱情，讓教師有時(shí)間和動(dòng)力去豐富共享平臺(tái)資源，進(jìn)而從根本上改變了課程的學(xué)習(xí)方式，提升了學(xué)習(xí)效果。

3成績(jī)與問(wèn)題

通過(guò)近一年的教學(xué)改革，我校化學(xué)反應(yīng)工程課程的教學(xué)效果初見(jiàn)成效，學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)熱情極大提升，課程期末考試優(yōu)秀率增加至10～15%，學(xué)習(xí)效果有效提高。在實(shí)踐過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)了不少現(xiàn)存問(wèn)題需要解決。本次課程教學(xué)改革主要在于虛擬仿真技術(shù)和多媒體課堂授課之間的融合，由于探索時(shí)間短，故目前主要存在的問(wèn)題都在于二者之間融合的兼容性問(wèn)題，如:(1)如何實(shí)現(xiàn)多個(gè)課程之間的系統(tǒng)性融合從反應(yīng)工程課程角度而言，新開(kāi)的化工仿真和化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)是反應(yīng)工程學(xué)習(xí)的輔助課程，但從整個(gè)化工專業(yè)角度，三者均為專業(yè)教育服務(wù)，如何能將這局部與整體之間的關(guān)系進(jìn)行融合是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題。(2)硬軟件資源與共享平臺(tái)無(wú)法全方位融合目前，共享平臺(tái)對(duì)于提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和自覺(jué)性有很大幫助，但是由于共享平臺(tái)和硬件、軟件資源的接口不同，導(dǎo)致存在兼容性問(wèn)題，要實(shí)現(xiàn)所有硬軟件資源與共享平臺(tái)的全方位融合需要學(xué)校和各個(gè)硬軟件生產(chǎn)企業(yè)深入合作，這需要政策、人力、資金等多方位的支持。(3)實(shí)踐硬件設(shè)備和專業(yè)軟件之間缺乏直接聯(lián)系目前，實(shí)踐硬件設(shè)備和專業(yè)軟件之間并無(wú)必然聯(lián)系，有些硬件設(shè)備沒(méi)有相應(yīng)的軟件支持，而多數(shù)軟件也沒(méi)有硬件實(shí)物作為對(duì)照，故而學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)對(duì)某個(gè)對(duì)象只能了解其硬件和軟件方面，無(wú)法全面深入理解。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要硬軟件生產(chǎn)廠家提升自身產(chǎn)品研發(fā)深度，盡可能做到硬軟件結(jié)合。

篇（7）

2在化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程教學(xué)中的應(yīng)用

化學(xué)反應(yīng)工程和化工分離工程皆為化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。其主要研究?jī)?nèi)容的共性為過(guò)程開(kāi)發(fā)、工藝設(shè)計(jì)以及實(shí)際生產(chǎn)操作過(guò)程中遇到的工程問(wèn)題。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)是生產(chǎn)的核心，而分離過(guò)程則是其前的原料凈化和其后的產(chǎn)品精制，一般來(lái)說(shuō)分離裝置的費(fèi)用占總投資的70%以上。過(guò)程模擬系統(tǒng)中，基本上包含了教學(xué)過(guò)程中所包含的各式反應(yīng)器模型，另外系統(tǒng)還集成了用戶自定義模塊，用戶可根據(jù)實(shí)際需求二次開(kāi)發(fā)反應(yīng)器模塊子程序。而對(duì)于化工分離過(guò)程的模擬無(wú)論是從可模擬介質(zhì)的種類和塔器的形式上，還是從模擬結(jié)果的精度上，都堪稱化工模擬技術(shù)發(fā)展的代表。如：在AspenPlus中用于模擬所有類型的多級(jí)汽-液、液-液平衡為例，其計(jì)算分為簡(jiǎn)捷、嚴(yán)格法兩種。簡(jiǎn)捷法計(jì)算單元模塊庫(kù)有三類：簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)捷法精餾核算和石油簡(jiǎn)捷蒸餾。嚴(yán)格法計(jì)算單元模塊庫(kù)有六類：嚴(yán)格精餾、復(fù)雜塔嚴(yán)格精餾、石油嚴(yán)格蒸餾、基于質(zhì)量傳遞速率蒸餾、嚴(yán)格間歇蒸餾和嚴(yán)格液-液萃取，每一類單元模塊庫(kù)中又有多個(gè)以進(jìn)料、加熱器（冷凝器）和側(cè)線物流等不同組合形式，如：嚴(yán)格精餾不僅可用于兩相(汽-液)計(jì)算，還可用于三相(汽-液-液)計(jì)算，即可模擬：普通蒸餾、吸收、再沸吸收、萃取、再沸萃取、抽提、共沸精餾、平衡和反應(yīng)比例控制蒸餾等工藝過(guò)程，而石油嚴(yán)格蒸餾庫(kù)中就有近50種形式可選，所以過(guò)程模擬系統(tǒng)不僅可以滿足化工分離工程課程主要內(nèi)容的需要，而且對(duì)其后繼石化、煉化等工藝課程，也有較大的幫助。天津科技大學(xué)王彥飛，朱亮等采用教學(xué)內(nèi)容與AspenPlus軟件相結(jié)合以提高教學(xué)質(zhì)量，討論環(huán)氧丙烷水解絕熱連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器模型的多解性，在課堂上非常快速直觀的讓學(xué)生清楚了解多定態(tài)現(xiàn)象以及產(chǎn)生的原因，有助于學(xué)生對(duì)反應(yīng)過(guò)程的理解，并通過(guò)軟件使用可以回答，“如果改變某些條件，那么對(duì)于結(jié)果有哪些影響？”這樣的問(wèn)題。南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工系戴斌，徐宏利用化工過(guò)程模擬系統(tǒng)ChemCAD二次開(kāi)發(fā)工具，在SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的工藝設(shè)計(jì)上，通過(guò)使用VBA語(yǔ)言編程，實(shí)現(xiàn)有復(fù)雜反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程的反應(yīng)器工藝設(shè)計(jì)。變換不同的SO2轉(zhuǎn)化工藝條件，計(jì)算得到與之對(duì)應(yīng)的反應(yīng)器體積，從而為裝置技改、去瓶頸和優(yōu)化提供依據(jù)。上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院吳錫慧，郁平等對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)改革和實(shí)踐，在實(shí)驗(yàn)中引入AspenPlus軟件強(qiáng)化計(jì)算機(jī)應(yīng)用，提高了學(xué)生們的設(shè)計(jì)和綜合分析能力。該軟件也正被學(xué)生用在大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)和科技創(chuàng)新等環(huán)節(jié)。天津大學(xué)化工學(xué)院李士雨，齊向娟給出了應(yīng)用ChemCAD模擬軟件更新分離過(guò)程教學(xué)內(nèi)容的初步方案包括：分離過(guò)程熱力學(xué)、自由度分析的原理和方法、單級(jí)平衡和多級(jí)平衡模擬計(jì)算等。得出：無(wú)論從國(guó)內(nèi)外化工分離過(guò)程教學(xué)內(nèi)容的更新趨勢(shì)上看，還是從工業(yè)界對(duì)分離過(guò)程教學(xué)內(nèi)容需求的變化上看，在分離過(guò)程教學(xué)內(nèi)容中增加計(jì)算機(jī)模擬分析方法是大勢(shì)所趨。華東理工大學(xué)化工學(xué)院李偉，朱家文等采用模擬軟件ProII在化工分離習(xí)題課上，同時(shí)改變熱力學(xué)方法、閃蒸條件、壓力等，完成不同條件下的多種閃蒸計(jì)算。進(jìn)行丙烯精制塔精確計(jì)算可對(duì)塔操作參數(shù)進(jìn)行多方案計(jì)算和比較，實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化；通過(guò)調(diào)節(jié)操作參數(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的純度和塔的能耗比較，在其之間建立量化概念，這對(duì)于思考許多分離基本問(wèn)題是十分有益的。江蘇石油化工學(xué)院朱建軍、林西平等利用AspenPlus軟件對(duì)醋酸與乙醇催化反應(yīng)精餾塔進(jìn)行模擬，回流比、進(jìn)料組成、進(jìn)料位置等對(duì)醋酸與乙醇收率的影響進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：運(yùn)用AspenPlus軟件可以有效、快捷、方便地模擬脂化反應(yīng)精餾過(guò)程，結(jié)果可靠,精度高。江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院吳宇瓊將AspenPlus軟件引入分離工程課程及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。通過(guò)演示軟件操作錄像、學(xué)習(xí)模擬經(jīng)典實(shí)例等方法，使學(xué)生迅速掌握并使用軟件，借此求解泡、露點(diǎn)及塔板數(shù)等。廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院秦祖贈(zèng)，葛利等利用ProII對(duì)膨脹器的氣體加工裝置進(jìn)行模擬，福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院盧澤湘，范立維等利用AspenPlus對(duì)甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反應(yīng)精餾工藝進(jìn)行模擬，并進(jìn)行教學(xué)演示和講解。著重在混合物熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算、多組分平衡分離過(guò)程計(jì)算上，真正做到了“嚴(yán)格計(jì)算”。同時(shí)指出軟件對(duì)化工熱力學(xué)、化工設(shè)計(jì)等課程的學(xué)習(xí)也會(huì)有較大的幫助，連續(xù)三年化工專業(yè)本科生對(duì)過(guò)程模擬系統(tǒng)的學(xué)習(xí)興趣調(diào)查中“，學(xué)習(xí)興趣強(qiáng)烈”的分別占到總?cè)藬?shù)：72.8%、83.2%、86.8%。將過(guò)程模擬系統(tǒng)應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)，避免了大量計(jì)算公式推導(dǎo)、復(fù)雜數(shù)值計(jì)算等問(wèn)題，可以在少用課時(shí)的情況下，盡量全面地展示化學(xué)反應(yīng)工程的核心內(nèi)容。多組分多平衡級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算，是設(shè)計(jì)分離設(shè)備和優(yōu)化操作過(guò)程的必要計(jì)算手段，也是化工分離工程教學(xué)的主要內(nèi)容。使用過(guò)程模擬系統(tǒng)，在進(jìn)行MESH方程推導(dǎo)及基本算法介紹的同時(shí)，使得塔的精確計(jì)算和將熱力學(xué)中相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)運(yùn)用到具體的分離過(guò)程中，解決其工程實(shí)際問(wèn)題成為可能，并且可以對(duì)塔的操作參數(shù)、分離要求和設(shè)備投資、運(yùn)行費(fèi)用等問(wèn)題進(jìn)行分析計(jì)算，極大地提高了學(xué)習(xí)的深度與廣度，使學(xué)生更加主動(dòng)積極，綜合分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力明顯提高。

篇（8）

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）40-0113-02

在當(dāng)今全球節(jié)能減排要求日益嚴(yán)格的背景下，國(guó)內(nèi)外燃料、燃燒理論及燃燒應(yīng)用技術(shù)發(fā)展很快，“燃料與燃燒”作為我校本科熱能與動(dòng)力工程專業(yè)方向的骨干基礎(chǔ)課，其教學(xué)效果對(duì)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)和未來(lái)工作均有重要影響。

“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi)容涉及眾多專業(yè)，知識(shí)結(jié)構(gòu)比較繁雜。基于我校培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才的目標(biāo)，在制定新版教學(xué)大綱時(shí)，廣泛征集了用人單位、兄弟院校、教師和校友的意見(jiàn)，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)了“燃料與燃燒”課程的教學(xué)內(nèi)容，考慮到燃燒理論是所有熱機(jī)的基礎(chǔ)，增加了燃燒基本理論方面的內(nèi)容，尤其是與內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和鍋爐相關(guān)的理論。

一、“燃料與燃燒”課程教學(xué)內(nèi)容

1.燃料。本模塊主要包含：固體燃料、液體燃料、氣體燃料的來(lái)源、種類、組成；燃料性質(zhì)、物性參數(shù)的定義和表示方法等教學(xué)內(nèi)容。

2.燃燒過(guò)程的物質(zhì)平衡與熱平衡。本模塊主要包含：燃料的熱值、過(guò)量空氣系數(shù)、當(dāng)量比；完全燃燒所需的空氣量及燃燒產(chǎn)物組分的計(jì)算、不完全燃燒產(chǎn)生的煙氣量、不完全燃燒方程式；完全燃燒與不完全燃燒時(shí)燃燒溫度、實(shí)際燃燒溫度、提高理論燃燒溫度的途徑等教學(xué)內(nèi)容。

3.化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。本模塊主要包含：化學(xué)反應(yīng)速度、基元反應(yīng)、質(zhì)量作用定律、反應(yīng)分子數(shù)與反應(yīng)級(jí)數(shù)、反應(yīng)級(jí)數(shù)的確定方法；化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素、各種級(jí)的單步化學(xué)反應(yīng)、串聯(lián)反應(yīng)、競(jìng)爭(zhēng)性反應(yīng)、逆反應(yīng)、鏈鎖反應(yīng)、鏈分枝爆炸、爆炸極限等教學(xué)內(nèi)容。

4.燃燒系統(tǒng)守恒方程。本模塊主要包括：分子傳輸方程；基本守恒方程；流動(dòng)邊界與熱邊界層等教學(xué)內(nèi)容。

5.著火和燃燒界限。本模塊主要包含：燃燒現(xiàn)象的分類；著火爆炸與熄火現(xiàn)象為化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制的燃燒問(wèn)題；自燃與引燃、引燃成功條件，各種參數(shù)對(duì)著火的影響；熱球點(diǎn)火與火花點(diǎn)火問(wèn)題；燃燒界限的影響因素；等等教學(xué)內(nèi)容。

6.預(yù)混氣的燃燒。本模塊主要包括：爆震波和緩燃波、雨果尼奧曲線及性質(zhì)、雨果尼奧曲線上熵的變化、爆震波后已燃?xì)獾乃俣扰c當(dāng)?shù)芈曀俚谋容^、爆震波的結(jié)構(gòu)等教學(xué)內(nèi)容。

7.層流預(yù)混火焰。本模塊教學(xué)內(nèi)容包括：熱理論、化學(xué)和物理參數(shù)對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊憽⒒鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊臏y(cè)量方法、火焰在層流氣流中駐定的原理、火焰淬熄等教學(xué)內(nèi)容。

8.層流擴(kuò)散燃燒。本模塊教學(xué)內(nèi)容包括：層流擴(kuò)散火焰的伯克和舒曼理論、燃料射流的唯象分析和層流擴(kuò)散火焰射流等教學(xué)內(nèi)容。

9.氣體湍流燃燒。本模塊教學(xué)內(nèi)容包括：湍流火焰的唯象方法、湍流模型、非預(yù)混反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)湍流和預(yù)混反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)湍流等教學(xué)內(nèi)容。

10.液體燃料的擴(kuò)散燃燒。本模塊主要包含：斯蒂芬流、單油滴的蒸發(fā)及質(zhì)量燃燒速度、液滴壽命的計(jì)算；氣流中的燃料液滴；在靜止介質(zhì)中液滴的超臨界燃燒、內(nèi)部回流對(duì)液滴蒸發(fā)速率的影響；火焰的位置、燃料蒸汽、氧氣、產(chǎn)物及溫度的分布、噴霧燃燒的概念；噴霧貫穿距離、噴霧角和顆粒平均直徑；等等教學(xué)內(nèi)容。

11.固體燃料的燃燒。本模塊主要包括：固體燃料的燃燒過(guò)程、固體碳粒的燃燒、碳粒燃燒的化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散與動(dòng)力控制的碳粒表面燃燒等教學(xué)內(nèi)容。

12.燃燒污染與防治。本模塊主要包括：NOx的生成與防治、SOx的生成與防治、煙塵的生成與防治等教學(xué)內(nèi)容。

13.船舶動(dòng)力裝置的燃燒。本模塊主要包括：船舶柴油機(jī)的燃燒技術(shù)、燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒技術(shù)和船舶鍋爐的燃燒技術(shù)。

二、“燃料與燃燒”教學(xué)設(shè)計(jì)

“燃料與燃燒”課程教學(xué)目的是使學(xué)生掌握燃料特性和燃燒基本理論，具備利用理論知識(shí)分析和研究燃燒現(xiàn)象和燃燒裝置的能力。教學(xué)過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1.夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)。“燃料與燃燒”是研究燃燒規(guī)律的一門課程，它以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、大學(xué)化學(xué)和其他基礎(chǔ)課的知識(shí)基礎(chǔ)為支撐，課程中有很多非常基礎(chǔ)的知識(shí)點(diǎn)，后續(xù)燃燒理論、燃燒模型都是在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在課堂教學(xué)中應(yīng)特別注意這些知識(shí)點(diǎn)，要講全講透，才有可能有良好的教學(xué)效果。

2.注重知識(shí)綜合運(yùn)用。“燃料與燃燒”課程是熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，教學(xué)內(nèi)容直接應(yīng)用到后續(xù)各專業(yè)方向的骨干課程中，如“內(nèi)燃機(jī)原理”、“燃機(jī)原理”、“鍋爐原理”和“內(nèi)燃機(jī)排放與污染控制”等一系列課程。在課程教學(xué)中，應(yīng)突出“燃料與燃燒”課程的特色內(nèi)容，同時(shí)兼顧相關(guān)課程和相應(yīng)的交叉課程，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

3.增強(qiáng)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性。注重與前續(xù)基礎(chǔ)課程、后續(xù)專業(yè)課程間的銜接，但又要避免課程內(nèi)容的交叉重復(fù)。根據(jù)教學(xué)目的和檢測(cè)要求，不斷優(yōu)化熱能與動(dòng)力工程專業(yè)方向的課程體系教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)課程體系的系統(tǒng)性和完整性。

篇（9）

化學(xué)工程在我國(guó)具有較長(zhǎng)的研究與應(yīng)用歷程，并在實(shí)際的生產(chǎn)與生活中取得到巨大的應(yīng)用成效，不僅能夠供給正常的生活需求，同時(shí)根據(jù)新材料的開(kāi)發(fā)，能夠滿足現(xiàn)代型環(huán)保材料的使用。在化學(xué)工程中，較多的反映環(huán)境和反應(yīng)機(jī)制都是在溶液中進(jìn)行的，具有質(zhì)量守恒和熱量守恒定律的應(yīng)用。而這種質(zhì)量與能量的關(guān)系正是計(jì)算流體力學(xué)的主要原理。通過(guò)對(duì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和原理的分析，能夠優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)，提高化學(xué)工程的生產(chǎn)效率。

1計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的基本原理

計(jì)算流體力學(xué)簡(jiǎn)稱CFD，是通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法來(lái)求解化工中幾何形狀空間內(nèi)的動(dòng)量、熱量、質(zhì)量方程等流動(dòng)主控方程，從而發(fā)現(xiàn)化工領(lǐng)域中各種流體的流動(dòng)現(xiàn)象和規(guī)律，其主要以化學(xué)方程式中的動(dòng)量守恒定律、能量守恒定律及質(zhì)量守恒方程為基礎(chǔ)。一般情況下，計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值計(jì)算方法主要包括數(shù)值差分法、數(shù)值有限元法及數(shù)值有限體積法，其也是一門多門學(xué)科交叉的科目，計(jì)算流體力學(xué)不僅要掌握流體力學(xué)的知識(shí)，也要掌握計(jì)算幾何學(xué)和數(shù)值分析等學(xué)科知識(shí)，其涉及面廣。針對(duì)計(jì)算流體力學(xué)的真實(shí)模擬，其主要目的是對(duì)流體流動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以獲得流體流動(dòng)的信息，從而有效控制化工領(lǐng)域中的流體流動(dòng)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了計(jì)算流體力學(xué)軟件，其具有對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)的功能，計(jì)算流體力學(xué)軟件操作簡(jiǎn)單，界面直觀形象，有利于化學(xué)工程師對(duì)流體進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。

2計(jì)算流體力學(xué)砸你化學(xué)工程中的實(shí)際應(yīng)用

2.1在攪拌中的應(yīng)用分析

在攪拌的化學(xué)反應(yīng)中，反映介質(zhì)之間的流動(dòng)性比較復(fù)雜，依據(jù)傳統(tǒng)的計(jì)算形式根本無(wú)法解決，并在化學(xué)試劑在攪拌中存在不均勻擴(kuò)散的特點(diǎn)，在湍流的形式中能量的分布狀況也存在著空間特點(diǎn)。若是依據(jù)實(shí)驗(yàn)手段測(cè)得反映中物質(zhì)、能量和質(zhì)量的變化規(guī)律，其得出的結(jié)構(gòu)往往存在較差時(shí)效性，實(shí)驗(yàn)騙差加大。通過(guò)對(duì)二維計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠?qū)嚢柚辛黧w的形式進(jìn)行模擬，并進(jìn)行質(zhì)量、能量等數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。但是流體的變化，不僅與化學(xué)試劑的濃度、減半速度有關(guān)，還與時(shí)間、容器的形狀等有著之間的聯(lián)系，需要建立三維空間模擬形式進(jìn)行計(jì)算流行力學(xué)。隨著科學(xué)技術(shù)和研究水平的提高，在通過(guò)借助多普勒激光測(cè)速儀后，已經(jīng)對(duì)三維計(jì)算形式有了較大的突破，這對(duì)于化工工程中原料的有效應(yīng)用和工程成本的減低具有促進(jìn)的作用，但是在三維計(jì)算流體力學(xué)中還存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不斷的完善。

2.2CFD在化學(xué)工程換熱器中的應(yīng)用分析

換熱器是化學(xué)工程中主要的應(yīng)用設(shè)備，通過(guò)管式等換熱器、板式換熱器、冷卻塔和再沸器等的應(yīng)用，能夠有效的控制化學(xué)試劑在反應(yīng)中的溫度變化。其中根據(jù)換熱器的形式不同，計(jì)算流體力學(xué)的方式也就不同。在管式換熱器中主要是通過(guò)流體湍流速度的改變，增加換熱速率的。在板式換熱器中是通過(guò)加大流體的接觸面積，提高換熱效率的。而在冷卻塔和再沸器中，熱量交換的形式更為復(fù)雜，但是卻群在重復(fù)性換熱的特點(diǎn)，增加了換熱的時(shí)間，提高了換熱的效果。從總體上分析，計(jì)算流量力學(xué)中，需要對(duì)溫度變化、流體的速度變化、熱交換面積變化和時(shí)間變化進(jìn)行分析。通過(guò)CFD計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用，能夠計(jì)算出不同設(shè)備的熱交換效果，并根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需求進(jìn)行換熱器的選擇使用。

2.3在精餾塔中的應(yīng)用

CFD已成為研究精餾塔內(nèi)氣液兩相流動(dòng)和傳質(zhì)的重要工具,通過(guò)CFD模擬可獲得塔內(nèi)氣液兩相微觀的流動(dòng)狀況。在板式塔板上的氣液傳質(zhì)方面,Vi-tankar等應(yīng)用低雷諾數(shù)的k-ε模型對(duì)鼓泡塔反應(yīng)器的持液量和速度分布進(jìn)行了模擬,在塔氣相負(fù)荷、塔徑、塔高和氣液系統(tǒng)的參數(shù)大范圍變化的情況下,模擬結(jié)果和現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)能夠較好的吻合。Vivek等以歐拉-歐拉方法為基礎(chǔ),充分考慮了塔壁對(duì)塔內(nèi)流體的影響,用CFD商用軟件FLUENT模擬計(jì)算了矩形鼓泡塔內(nèi)氣液相的分散性能,以及氣泡數(shù)量、大小和氣相速度之間的關(guān)系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一種用塔內(nèi)典型微型單元(REU)的流體力學(xué)性質(zhì)來(lái)預(yù)測(cè)整塔的流體力學(xué)性質(zhì)的方法,對(duì)每一個(gè)單元用FLUENT進(jìn)行了模擬計(jì)算,發(fā)現(xiàn)塔內(nèi)的主要能量損失來(lái)自于填料內(nèi)的流體噴濺和流體與塔壁之間的碰撞,且用此方法預(yù)測(cè)了整塔的壓降。Larachi等發(fā)現(xiàn)流體在REU的能量損失(包括流體在填料層與層之間碰撞、與填料壁的碰撞引起的能量損失等)以及流體返混現(xiàn)象是影響填料效率的主要因素,而它們都和填料的幾何性質(zhì)相關(guān),因此用CFD模擬計(jì)算了單相流在幾種形狀不同的填料中流動(dòng)產(chǎn)生的壓降,為改進(jìn)填料提供了理論依據(jù)。CFD模擬精餾塔內(nèi)流體流動(dòng)也存在一些不足,如CFD模擬規(guī)整填料塔內(nèi)流體流動(dòng)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值還有一定的偏差。這是由于對(duì)于許多問(wèn)題所應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型還不夠精確,還需要加強(qiáng)流體力學(xué)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。

2.4CFD在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用研究

在化學(xué)反應(yīng)工程中，反應(yīng)物和生成物的化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)器、溫度和壓力等有著較大的聯(lián)系，在實(shí)際的反應(yīng)中可以利用計(jì)算流體力學(xué)進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取。但是這數(shù)據(jù)的獲取具有一定的溫度限制，當(dāng)反應(yīng)中溫度過(guò)大，就會(huì)造成分子的劇烈運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡的變化規(guī)律就會(huì)異常，在利用計(jì)算流體力學(xué)的模型計(jì)算中，計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際情況會(huì)發(fā)生較大的偏差。由于高溫中分子的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)速度難以獲取，在計(jì)算流體力學(xué)的實(shí)際計(jì)算中，就要借助FLUENT進(jìn)行三維建型，并利用測(cè)速反應(yīng)器進(jìn)行速度的測(cè)量，通過(guò)綜合的比較分析，利用限元法進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算。可以得出不同環(huán)境下的反應(yīng)器的流線、反應(yīng)器內(nèi)部的濃度梯度及溫度梯度。通過(guò)CFD軟件預(yù)測(cè)反應(yīng)器的速度、溫度及壓力場(chǎng)，可以更進(jìn)一步理解化學(xué)反應(yīng)工程中的聚合過(guò)程，詳細(xì)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可以優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)中的操作參數(shù)。

結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算流體力學(xué)對(duì)于化學(xué)工程的應(yīng)用具有實(shí)際意義，并在經(jīng)濟(jì)效益的提高上具有重要的價(jià)值，在近幾年，化學(xué)工程技術(shù)人員不斷的計(jì)算流體力學(xué)中展開(kāi)研究，以二維空間計(jì)算和模擬為基礎(chǔ)，不斷的完善三維空間的流量計(jì)算，并得出了一系列的流體流動(dòng)規(guī)律。根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)在化學(xué)工程中的廣泛應(yīng)用，在今后的化學(xué)工程發(fā)展中，應(yīng)加強(qiáng)此類學(xué)科的教學(xué)與延伸，提供出更有效的反應(yīng)設(shè)備和工藝操作。

參考文獻(xiàn)

篇（10）

1.2在教學(xué)過(guò)程中，第五、六章、流化床反應(yīng)器的內(nèi)容采用多媒體教學(xué)，在教學(xué)過(guò)程中更多的展示各類工業(yè)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，特別是顯示反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并以實(shí)際化工生產(chǎn)中的實(shí)例反應(yīng)器為例說(shuō)明反應(yīng)器各部件的作用。由于工業(yè)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算較為復(fù)雜，在這部分主要介紹計(jì)算方法，采用多媒體能節(jié)約教學(xué)時(shí)間。在教學(xué)中注重討論互動(dòng)，雖然化學(xué)反應(yīng)工程更多的強(qiáng)調(diào)計(jì)算，但對(duì)實(shí)際反應(yīng)器的性能分析是提高工業(yè)生產(chǎn)效率的有效方法［7］。比如以汽車工業(yè)的尾氣凈化器為例，介紹尾氣的溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況、實(shí)際催化轉(zhuǎn)化器的活性組成和形狀，發(fā)動(dòng)學(xué)生討論汽車尾氣凈化器所包含的化學(xué)反應(yīng)工程知識(shí)。化工中反應(yīng)器的多維設(shè)計(jì)計(jì)算基本上都是通過(guò)計(jì)算機(jī)完成的，很少有人工計(jì)算設(shè)計(jì)整個(gè)工藝，利用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)可以對(duì)不同的反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比以達(dá)到節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的目的。由于教學(xué)條件和學(xué)生能力的限制，現(xiàn)階段只能采用由老師在電腦上演示利用計(jì)算軟件進(jìn)行反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算和優(yōu)化，可以采用AspenPlus、PROii等成熟的化工流程模擬軟件計(jì)算穩(wěn)態(tài)操作條件下的反應(yīng)器的工藝參數(shù)，也可以采用FEMLAB計(jì)算多維反應(yīng)器的模擬計(jì)算，把學(xué)生從枯燥的計(jì)算工作中解放出來(lái)，使學(xué)生有更多的時(shí)間去分析反應(yīng)器的性能和優(yōu)化，提高學(xué)生對(duì)反應(yīng)工程的興趣［8］。