《化学反应工程》课程教学大纲

课程编码：

课程名称：化学反应工程

学时/学分：72/4

先修课程：高等数学，化工原理、化工热力学

适用专业：化学工程与工艺

开课教研室：化工教研室

一、 课程的性质与任务

1．课程性质：《化学反应工程》是化学工程与工艺专业的专业基础课，也是其他化工类专业重要的相关课程。

2．课程任务：该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、课程教学基本要求

该课程理论课时72个、4学分，实验课时12个、0.5学分。成绩考核采取期末成绩、期中成绩和平时成绩相结合的方式，平时成绩包括：作业、考勤及课堂提问等。总成绩=期末成绩×70%+期中成绩×20%+平时成绩×10%。

三、课程教学内容

本大纲将所授《化学反应工程》课程共分为八章，各部分内容分重点掌握、理解和了解三个层次提出要求。

第一章 绪论

教学内容

1 反应工程的任务、作用及发展简史

2 化学反应的分类

3 工业反应器的类型

4 反应器的操作方式

5 反应器设计的基本方程

6 工业反应器的放大

7 一些重要的基本术语

基本要求：了解反应工程课程的性质、反应器的操作方式、反应器设计的基本方程和工业反应器的放大方法。

重点：化学反应及反应器的分类、反应器的操作方式。一些重要的基本术语。

第二章 反应动力学基础

教学内容

1 反应速率方程

2 反应速率的浓度效应和温度效应

3 复合反应

4 反应速率方程的变换与积分

5 多相催化与吸附

6 多相催化反应动力学

7 动力学参数的确定

基本要求：掌握化学反应速率的不同表示方式及其相互关系；理解反应速率的浓度效应和温度效应；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；掌握瞬时选择性的概念及其在反应器设计计算中的应用；掌握化学反应速率方程的变换与应用。掌握定态近似及速率控制步骤的概念，学会推导多相催化反应速率方程的方法。理解并列反应、平行反应和连串反应的动力学特征。理解气体在固体催化剂表面上的吸附及吸附等温线，理解用实验确定反应速率方程的方法及由实验数据段动力学参数估值。

重点：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；掌握瞬时选择性的概念及其在反应器设计计算中的应用；学会推导多相催化反应速率方程的方法。

难点：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。推导多相催化反应速率方程。

第三章 釜式反应器

教学内容

1 釜式反应器的物衡式

2 单一反应间歇釜的计算

3 复合反应间歇釜的计算

4 连续釜式反应器的设计

5 连续釜式反应器的串联与并联

6 釜式反应器中收率与选择性的计算

7 半间歇釜式反应器

8 连续釜式反应器的定态操作

基本要求：掌握等温间歇反应器反应时间、反应体积的计算方法；理解流动反应器空时和空速的概念及其应用；掌握定态下连续釜式反应器反应体积及产物组成的计算方法；掌握连续釜式反应器串联或并联操作的计算；根据不同的反应类型能正确地选择釜式反应器的加料方式、连接方式、原料配比及操作温度；掌握连续釜式反应器热量衡算式建立及应用；理解全混流反应器的多定态特性、着火现象和熄火现象；了解半间歇反应器的计算方法。

重点：等温间歇反应器反应时间、反应体积的计算；流动反应器空时的概念；连续釜式反应器（全混流反应器）反应体积及产物分布的计算；连续釜式反应器串联或并联操作的计算；釜式反应器的加料方式、连接方式、原料配比及操作温度的选择。

难点：连续釜式反应器（全混流反应器）产物分布的计算；半间歇反应器的计算。

第四章 管式反应器

教学内容

1 物料在反应器中的流动

2 等温管式反应器的计算

3 管式反应器与釜式反应器的比较

4 循环反应器

5 变温管式反应器

6 管式反应器的最佳温度序列

基本要求：掌握全混流、活塞流模型在反应器设计、计算中的应用；掌握等温活塞流反应器反应体积及产物分布的计算；对管式反应器与釜式反应器在反应体积和收率方面进行比较；掌握绝热和非绝热变温活塞流反应器反应体积及产物分布的计算方法；能根据化学反应的类型选择活塞流反应器的加料方式、原料配比及操作温度；了解循环反应器的特征和计算方法。

重点：等温活塞流反应器反应体积及产物分布的计算；管式反应器与釜式反应器的比较；绝热和非绝热变温活塞流反应器反应体积及产物分布的计算；活塞流反应器的加料方式、原料配比及操作温度的选择。

难点：绝热和非绝热变温活塞流反应器反应体积及产物分布的计算；

第五章 停留时间分布与流动模型

教学内容

1 停留时间分布

2 停留时间分布的定量描述

3 停留时间分布的实验测定

4 停留时间分布的统计特征值

5 理想反应器的停留时间分布

6 非理想流动模型

7 非理想流动反应器的计算

8 流体的混合态及其对化学反应的影响

基本要求：理解流动系统物料停留时间分布的意义及其数学表达式；理解返混的概念；掌握停留时间分布的实验测定方法；掌握两种理想流动反应器的停留时间分布；理解反应器偏离理想流动的原因；理解多釜串联、轴向扩散模型和离析流模型的物理意义和数学模型建立的基本思路，能根据实验测定的反应器停留时间分布数据来确定模型参数。掌握等温非理想反应器进行简单反应时最终转化率的计算；了解流体的微观混合与宏观混合及流体的混合态对流动反应器转化率的影响。

重点：停留时间分布的实验测定；两种理想流动反应器的停留时间分布；

难点：流动系统物料停留时间分布的意义及其数学表达式；返混的概念。

第六章 气固系统中的化学反应与传递现象

教学内容

1 气固相催化反应的过程步骤

2 流体与颗粒表面间的传质与传热

3 气体在多孔介质中的扩散

4 内扩散与反应

5 内扩散对反应选择性的影响

6 内、外扩散影响的排除

7 扩散干扰下的动力学假象

基本要求：理解多相催化反应过程的步骤和判断速率控制步骤的方法。了解流体与催化剂颗粒外表面之间的传质与传热对多相催化反应速率及选择性的影响。理解气体在多孔颗粒中的扩散类型及有效扩散系数的概念；掌握等温多孔催化剂中气体扩散—反应微分方程的建立及求解方法；了解外扩散有效因子的概念；掌握内扩散有效因子的概念及一级反应内扩散有效因子的计算；掌握检验内、外扩散对多相催化反应速率有无影响的实验方法；了解扩散对表观反应级数及表观活化能的影响及其与相应的本征值之间的关系。

重点：等温多孔催化剂中气体扩散—反应微分方程的建立及求解方法；内扩散有效因子的概念及一级反应内扩散有效因子的计算；检验内、外扩散对多相催化反应速率有无影响的实验方法。

难点：气体在多孔颗粒中的扩散类型及有效扩散系数的概念；等温多孔催化剂中气体扩散—反应微分方程的建立及求解；

第七章 固定床催化反应器的设计与分析

教学内容

1 固定床内的传递现象

2固定床反应器的数学模型

3 绝热式固定床反应器

4 换热式固定床反应器

5 自热式固定床反应器

6 实验室催化反应器

基本要求：掌握固定床反应器压力降的计算方法；掌握固定床反应器拟均相一维模型的建立和应用。理解固定床催化反应器的主要类型及其结构特点；掌握绝热式固定床反应器催化剂用量的计算方法；了解多段绝热式固定床反应器的优化原则；掌握换热式固定床反应器床层轴向温度的变化规律及其影响因素；了解换热式固定床反应器利用热点（或冷点）的位置变动判断反应器的操作工况及参数敏感性问题、飞温现象。了解自热式固定床反应器的操作工况；了解实验室催化反应器的主要类型及其结构特点。

重点：固定床反应器压力降的计算；拟均相一维模型的建立和应用。绝热式固定床反应器催化剂用量的计算。

难点：多段绝热式固定床反应器的优化；换热式固定床反应器床层轴向温度的变化规律及其影响因素。

第八章 气液反应与反应器

教学内容

1 概述

2 气液反应的宏观动力学

3 气液反应器

基本要求：掌握气液反应的扩散—反应方程的建立。掌握各种情况下气液组分的浓度分布和宏观反应速率。理解气液反应过程的步骤，理解气液反应器的结构形式及特点。理解Hatta数的物理意义及气液反应的有效因子的物理意义，了解填料塔和鼓泡塔的设计计算。

重点：掌握气液反应的扩散—反应方程的建立。掌握各种情况下气液组分的浓度分布和宏观反应速率。Hatta数的物理意义及气液反应的有效因子的物理意义。

难点：Hatta数的物理意义及气液反应的有效因子的物理意义的理解。

四、学时分配表

五、教材及参考书

教材：《化学反应工程》第三版 主编：李绍芬

出版社：化学工业出版社 2013

参考书：《化学反应工程》第四版 主编：朱炳辰

出版社：化学工业出版社 2006

《化学反应工程》第三版 主编：朱炳辰

出版社：化学工业出版社 2001

《化学反应工程》第四版 主编：陈甘棠

出版社：化学工业出版社 2001

审定：（教研室主任签字）（院系部负责人签字）

新乡学院-化学反应工程教学大纲