spContent=化学反应工程是化学工程与技术一级学科的核心课程,主要研究在工业上实现化学反应时所面临的工程技术问题,消除普遍存在的“放大效应”。本课程承接物理化学和化工原理两门化课程,着重研究模型放大过程中的基本理论、基本规律,并构建物理模型和数学模型以解决实际问题。
化学反应工程是化学工程与技术一级学科的核心课程,主要研究在工业上实现化学反应时所面临的工程技术问题,消除普遍存在的“放大效应”。本课程承接物理化学和化工原理两门化课程,着重研究模型放大过程中的基本理论、基本规律,并构建物理模型和数学模型以解决实际问题。
—— 课程团队
课程概述
反应工程是化学工程与技术一级学科的核心课程之一,主要研究在工业上实现化学反应过程时所面临的工程技术问题。本课程着重解决实验室技术的转化和应用过程中流动、混合和传递等物理因素对化学反应转化和目标产物选择性的影响规律,消除或减弱物理因素对反应过程的不利影响,以消除化工生产中普遍存在的“放大效应”。
本MOOC课程使用教材为《化学反应工程学(第二版)》(由大连理工大学王安杰等编著,化学工业出版社2018年出版)。课程内容按从均相反应体系到非均相反应体系的顺序,分别分析和研究了均相反应的反应动力学、理想反应器、非理想流动反应器、气固催化反应宏观动力学和气固催化反应器。以反应动力学为主线,分析了流动、混合、传递过程等物理因素对反应速率的影响规律。根据各类反应器的结构和操作特点建立其数学模型(操作方程),目标是实现反应器的优化设计和优化操作,提高反应转化率和目标产物选择性。
本课程承接物理化学和化工原理两门化学化工类基础课程,内容上注重基本概念、理论和方法的论述,教学过程中注重学生实践能力、应用能力和终身学习能力的培养。力求使学生能够通过本课程的学习掌握化工生产过程放大时的基本要求及注意事项,提高其分析问题和解决实际问题的能力。通过该课程学习,有助于学生奠定扎实的反应工程理论基础和工程实践能力。
授课目标
注重学生对基本理论、概念和方法的掌握;培养学生实践、应用和学习能力;引导学生对反应工程学的研究兴趣,提高学生解决化工生产放大实际问题的能力。力求通过该课程学习,使学生能够了解化工反应器种类及其对化学反应影响的基本规律,了解反应器设计、放大和操作过程中的基本步骤及方法,培养化工设计、生产过程中分析和解决问题的能力。
课程大纲
第一讲 绪论
课时目标:1.了解化学反应器工程的发展和现状。2.掌握化学反应的概念和分类。3.熟悉化学反应器放大方法。
1.1 反应工程简介
1.2 反应与反应器的分类
1.3 反应器的放大
讨论题
第一讲课件
第一讲单元测试题
第二讲 化学反应动力学基础
课时目标:1.掌握转化率、摩尔分率、膨胀因子和膨胀率的定义。2.熟悉反应速率的定义,反应速率方程和反应速率与温度和浓度的关系。3. 理解可逆反应和最佳反应温度的选取。
2.1 转化率、摩尔分率、膨胀因子及膨胀率
2.2 反应速率定义和表达形式
2.3-2.4 稳态近似法推导非基元反应速率 / 反应速率与反应物浓度的关系
2.5 反应速率与反应温度的关系-Arrhenius方程及单一反应活化能的求取
2.6 可逆反应速率与反应温度的关系
讨论题
第二讲课件
第二讲单元测试题
第二讲单元作业题
第三讲 理想反应器(上)
课时目标:1.掌握理想反应器的模型假设和操作方程。2.熟悉间歇反应器特点和计算。3.掌握连续釜式反应器模型假设和操作方程。
3.1 理想反应器的概念及反应器设计的基本方程
3.2 间歇反应器的特点及等温间歇反应器的计算
3.3 连续流动釜式反应器
3.4 连续釜式反应器的串联与并联
讨论题
第三讲课件
第三讲单元测验题
第三讲单元作业题
第四讲 理想反应器(中)
课时目标:1.掌握多段全混流反应器的串并联操作。2.掌握连续釜式反应器的定态操作和定态点。3.了解连续流动管式反应器模型假设和操作方程。
4.1 多段全混流反应器的串联操作
4.2 连续釜式反应器的定态操作
4.3 连续流动管式反应器
讨论题
第四讲课件
第四讲单元测试题
第四讲单元作业题
第五讲 理想反应器(下)
课时目标:1.了解管式反应器与釜式反应器的比较与组合。2.掌握理想反应器在复合反应中的应用。3.了解循环反应器。
5.1 管式反应器与釜式反应器的比较与组合
5.2 理想反应器在复合反应中的应用
5.3 循环反应器
讨论题
第五讲课件
第五讲单元测验题
第五讲单元作业题
第六讲 非理想流动反应器(上)
课时目标:1.掌握停留时间分布、停留时间分布的实验测定。2.熟悉停留时间分布函数与分布密度,理想流动反应器中的停留时间分布。3.了解返混、停留时间分布的统计特征。
6.1 停留时间分布的描述及其统计特征
6.2 停留时间分布的实验测定
6.3 理想反应器的停留时间分布
讨论题
第六讲课件
第六讲单元测验
第六讲单元作业
第七讲 非理想流动反应器(下)
课时目标:1.了解造成非理想流动的因素和离析流模型。2.掌握多级全混釜串联模型及其计算。3.了解轴向扩散模型。
7.1 造成非理想流动的因素
7.2 离析流模型
7.3 多级全混釜串联模型
7.4 轴向扩散模型
讨论题
第七讲课件
第七讲单元测验
第七讲单元作业
第八讲 气固催化反应宏观动力学(上)
课时目标:1.了解多孔催化剂结构及物性参数,学会推导气固反应本征反应速率方程。2.掌握孔内扩散和扩散系数。3.掌握内扩散有效因子的定义,熟悉不同形状颗粒的有效因子。
8.1 多孔催化剂结构和物性参数
8.2 催化剂表面的反应速率方程
8.3 孔内扩散
8.4 内扩散有效因子
讨论题
第八讲课件
第八讲单元测验
第八讲单元作业
第九讲 气固催化反应宏观动力学(下)
课时目标:1.通过内扩散因子判断内扩散对反应的影响。2.了解外扩散,并掌握外扩散对反应的影响。3.熟练推导气固催化反应总速率方程。
9.1 内扩散对反应的影响
9.2 外扩散
9.3 外扩散对反应的影响
9.4 气固催化反应总速率方程
讨论题
第九讲课件
第九讲单元测验题
第九讲单元作业题
第十讲 气固催化反应器(上)
课时目标:1.了解固定床反应器的分类。2.掌握固定床反应器内流动特性,传质特性和传热特性。3.学会建立相应的数学模型。
10.1 固定床反应器分类
10.2 固定床反应器内流动特性
10.3 固定床反应器内传质特性和内传热特性
10.4 拟均相二维模型的建立和简化以及拟均相一维模型
讨论题
第十讲课件
第十讲单元测验题
第十一讲 气固催化反应器(下)
课时目标:1.了解并掌握三种绝热固定床反应器的分析优化。2.了解换热式固定床反应器分类和特点,掌握其冷点热点分析。3.熟悉逆流和并流换热式固定床反应特点。
11.1 段间间接换热式绝热固定床反应器分析及优化 / 段间原料气冷激式绝热固定床反应器分析
11.2 段间原料气冷激式绝热固定床反应器优化 / 段间非原料气冷激式绝热固定床反应器分析
11.3 换热式固定床反应器分类和特点 / 换热式固定床反应器冷点和热点分析
11.4 逆流和并流换热式固定床反应特点分析
讨论题
第十一讲课件
第十一讲单元测验题
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预备知识
参考资料
材料:
《化学反应工程学》(第二版),王安杰主编,张守臣,李翔副主编,化学工业出版社,2018。