化學反應工程原理匯總十篇

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

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《化學反應工程》課程是化工類及相關專業(yè)的核心課程之一，屬于本專業(yè)重要的專業(yè)基礎課和必修課，在化工類學生的培養(yǎng)過程中起著舉足輕重的作用?；瘜W反應工程是一門研究與化學反應工程相關問題的一門科學技術，是從上世紀30年代初萌生到50年代末形成的一門由過程控制、傳遞工程、物理化學、化工熱力學、化工工藝學、催化劑等相關學科互相交叉互相滲透而演變成的一門邊緣學科［1］。通過近幾年的教學經(jīng)驗和調查研究發(fā)現(xiàn)，學生普遍認為化學反應工程是大學課程中最難學的基礎課程之一，學習過程中發(fā)現(xiàn)理論計算公式復雜，反應器種類繁多，課程學習結束后感到一頭霧水，抓不住重點。因此，面對這樣一門課程，如何進行教學，讓學生理解起來更加形象生動，從更本上改變化學反應工程的教學現(xiàn)狀是我們目前的重要任務。本文結合不同種類高等學校選用教材的特點和差異，并根據(jù)我?；I(yè)的特色，提出了《化學反應工程》課程教學的側重點，從多方面對本課程的教學提出了改革實施方案。

1《化學反應工程》教學在化工專業(yè)中的作用

化學反應工程的主要任務是研究化工生產(chǎn)過程中反應器內的反應規(guī)律和傳遞現(xiàn)象，使化學反應實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一門技術科學，是提高化工生產(chǎn)技術所必需的科學技術理論。化學反應工程在化學化工領域中起著舉足輕重的作用，目前各種化學品的生產(chǎn)和應用無不借助于化學反應工程相關的理論知識。在20世紀40年代，一個化學反應過程的技術開發(fā)到真正的工業(yè)生產(chǎn)大概需要十年以上的時間，而現(xiàn)在只需要三到五年。此外，隨著計算機技術的快速發(fā)展，中試試驗的規(guī)模不斷縮小，試驗的次數(shù)也不斷減少，大大加快了化工廠建設的步伐，降低了投資建設的成本［2］。因此，作為一門理論教學課程，將化學反應工程這門課程作為化工專業(yè)方向的重點課程進行建設，對于高等學校教學改革的促進、本科教學質量的提高、優(yōu)秀化工專業(yè)人才的培養(yǎng)具有十分重要的意義。濟南大學作為一所省部共建的大學，化學工程與工藝專業(yè)一直是本學校的特色學科，學校對化工類學生的培養(yǎng)目標一直是培養(yǎng)應用型高技術的人才，每年為我國的精細化工和石油化工行業(yè)輸送大約240名高水平人才，對精細化工和石油化工行業(yè)的發(fā)展起到重要的作用。為此在化學反應工程教學過程中，我們緊密結合我校的特點和化工實際生產(chǎn)的需要，著重提升學生的反應工程知識儲備，培養(yǎng)學生分析解決實際工程問題的能力，并在教學過程中不斷地進行教學改革和實踐，把課程、教材的理論研究和教學方法相結合，不斷提升《化學反應工程》的教學效果。

2不同類型高校選用教材的特點和差異

直到20世紀70年代，化學反應工程的相關研究成果才開始被大量地介紹到國內，其中華東理工大學的陳敏恒教授，天津大學的李紹芬教授，浙江大學的陳甘棠教授，四川大學的王建華教授等是國內最早從事反應工程教學的學者。到了80年代以后，國內從事化學反應工程學科教學研究的隊伍迅速壯大，并且化學反應工程的研究逐漸滲透到各種化工領域，與世界研究水平之間的差距也不斷縮小，不同版本的教科書和各種各樣的專著也相繼出版。反應工程已經(jīng)成為我國化工類專業(yè)學生的一門非常重要的專業(yè)課程。目前國內已有120所大學和科研單位培養(yǎng)化工類相關專業(yè)的人才，例如清華大學、天津大學、華東理工大學、北京化工大學、中國石油大學、南京工業(yè)大學、浙江大學、大連理工大學、四川大學、華南理工大學和濟南大學等。目前化學反應工程學科正在蓬勃發(fā)展，由于國內高校地區(qū)和專業(yè)特色的不同，不同高校在化學反應工程教材選擇上也存在差異，各有各的特點。作者就不同高校所使用的《化學反應工程》教材進行了匯總和分析。首先介紹一下陳甘棠教授主編的《化學反應工程》(第三版)，這本教材是國內許多化工類高校選用的主要教材之一，隨著我國在化學反應工程這一重要學科的教育方面日漸普及，該部教材自1981年第一版問世以來，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［3］。該部教材的特點是著重基礎，本書共分為十章，分別介紹了均相反應過程，包括均相反應動力學基礎、均相反應器、非理想流動:非均相反應過程，包括氣—固相催化反應過程、非催化兩流體相反應過程、固定床反應器、流化床反應器;聚合反應過程，包括聚合過程的化學與動力學基礎;生化反應過程，包括生化動力學基礎、生化反應器。該部教材注重反應工程研究方法的介紹，在不同的章節(jié)內容中論述了反應工程學的發(fā)展方向，有助于讀者進一步深入研究。朱炳辰老師主編的《化學反應工程》也受到國內很多工科類高?；I(yè)老師和學生的青睞。本部教材的第一版是由化學工業(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，其中第三版累計發(fā)行量高達32000冊?！痘瘜W反應工程》第四版主要吸收了一些關于現(xiàn)代化學反應工程發(fā)展方向方面的知識，本部教材的主線是圍繞化學反應與動量、質量、熱量傳遞交互作用的共性歸納綜合的宏觀反應過程，以及如何解決反應裝置的工程分析和設計。該書對近年來出現(xiàn)的化學反應新概念、新理論和新方法做了大量闡述。另外，對于國內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《化學反應工程》為主，本部教材的主要內容包括:均相單一反應動力學和理想反應器、復合反應和反應器選型、非理想流動反應器、氣固相催化反應本征動力學、氣固相催化反應宏觀動力學、氣固相催化反應固定床反應器、氣固相催化反應流化床反應器、氣液相反應過程與反應器、反應器的熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性。本部教材的特點是主要突出了該門課程的重點和難點，刪除了一些與教學大綱聯(lián)系不是十分密切相關的內容，并著重講解解決化學工程問題的基本方法。除此之外，羅康碧老師主編的《化學反應工程》教材結合了理科和工科的綜合優(yōu)勢，吸收了國內外相關教材的許多內容和好的經(jīng)驗，增添了一些反應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，將重點放在化工專業(yè)領域內共性的基本問題上，并且同時體現(xiàn)了其教學性。本部教材先重點闡述基本概念和基本原理，然后結合實際生產(chǎn)，詳細論述各種常用反應器的設計方法，并列出詳細的例題和課后習題，用于幫助學生利用所學到的反應工程原理去分析和解決實際應用問題。近年來，梁斌等老師主編的《化學反應工程》第二版也受到國內許多化工類高校老師和學生的歡迎。在本部教材中，主要內容是以《化學反應工程》、《反應器理論分析》及國內外相關優(yōu)秀教材為基礎，致力于培養(yǎng)學生的分析問題能力和提高學生的工程實際知識儲備，減少了教材內容在模型分析上的過程描述，加強學生在建立模型方面的訓練。另外，本部教材還增加了工業(yè)應用背景的實例分析和課后習題，在分析解答這些習題的過程中讓學生充分掌握反應工程的基本原理和相關知識，使教學內容盡量與科學研究和工程實踐同步。

3我校化工專業(yè)的特點和教學側重點

濟南大學的化學工程與工藝專業(yè)屬于理論性和應用性兼顧的一門特色化工學科，本專業(yè)始建于1992年，前身為山東建材學院精細化工專業(yè)，1993年招生，是濟南大學重點學科的重要組成部分，2007年被學校授予校級特色專業(yè)，2012年成為山東省品牌(特色)專業(yè)，現(xiàn)為山東省氟化學化工材料重點實驗室依托專業(yè)之一。其中化學反應工程這門課是本專業(yè)重要的專業(yè)基礎課和必修課，另外，化學反應工程課程的理論教學是本專業(yè)本科教學的重要組成部分，起著理論指導和基礎知識培養(yǎng)的作用。另外，從學校每年安排的工程實習學時就可以看出，學校對學生的動手能力和實踐能力提出了更高的要求。例如學校每年組織化學工程與工藝專業(yè)大三學生去山東金城醫(yī)藥化工有限公司進行生產(chǎn)實習，主要參觀和學習2－甲氧羰基甲氧亞胺基－4－氯－3－氧代丁酸生產(chǎn)車間的反應器設計和工藝裝置流程圖。通過調研每年的學生生產(chǎn)實習效果發(fā)現(xiàn):學生在學習完實際工業(yè)生產(chǎn)裝置后，對課本上的基本概念和原理理解的更加透徹。根據(jù)我?；I(yè)的特點，在《化學反應工程》的課程教學上，我們選擇的教材是郭鍇老師主編的《化學反應工程》第二版。在課堂教學過程中我們的教學目標為:通過對反應工程理論的學習，能夠運用化學反應工程的理論方法建立數(shù)學模型，優(yōu)化設計反應器、或者改善化學反應場所、改進現(xiàn)有的化工生產(chǎn)工藝;進一步提高學生的理論聯(lián)系實際的能力，培養(yǎng)學生判斷和解決問題的能力，使學生學會研究的方法，為進入研究生學習打下良好的基礎;掌握由化學動力學特性建立動力學方程、建立數(shù)學模型、優(yōu)化和設計反應器及改進化工工藝的理論;運用化學反應工程的知識，能夠進行基本化工反應裝置反應器的設計。

4擬采用或已經(jīng)實施的教學方法

化學反應工程具有跨接多種學科的特點，結合本?；瘜W工程與工藝專業(yè)的特色和優(yōu)勢，筆者從以下方面進行了教學方法的改進。(1)結合我校特點濟南大學在醫(yī)藥中間體工業(yè)化生產(chǎn)、氟化學材料合成、精細化學品制備和環(huán)境催化方向具有鮮明的特色和優(yōu)勢，已經(jīng)發(fā)展成為以新產(chǎn)品開發(fā)、新工藝設計、新技術應用為特色的精細化工和化工領域高級人才培養(yǎng)、科學研究和新技術開發(fā)的重要基地之一，并多次獲得國家科技進步獎和發(fā)明獎。因此，在本科教學過程中，要結合我校化工專業(yè)的特色，著重講解氣固相催化反應和氣液相反應過程，并要求學生能夠運用化學反應工程的知識進行基本化工反應裝置或反應器的設計，進一步提高學生的理論聯(lián)系實際的能力，培養(yǎng)學生判斷和解決問題的能力，為社會培養(yǎng)優(yōu)秀的化學化工(醫(yī)藥中間體、氟化學材料和精細化學品)相關人才。(2)闡述方法和教學方式的改進目前全國高等學校的教學方式還是以灌輸式教學為主，老師主動講，學生盲目聽，導致課堂利用率低，學生學習效率不高。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，多媒體技術在高校已經(jīng)普遍使用，雖然這樣可以改善課堂教學方式，豐富課堂教學內容，提高學生的學習興趣，但是多媒體技術的使用導致每節(jié)課的授課內容大大增加，學生并不能高效率的吸收每節(jié)課中所有的知識點，導致在學期末時學生對這門課的了解程度并不高［4］。例如，我在第一次講授《化學反應工程》這門課程時，由于講課經(jīng)驗和技巧都很欠缺，所以在整個課堂教學過程中完全按照多媒體上的內容進行閱讀，這樣生硬的填鴨式的教學模式，導致整個課堂教學效果很差。因此這樣的灌輸式教學模式會導致學生盲目聽從，其自主性和能動性大大缺失，所以在以后的教學過程中，我們要“授之以漁”，而非“授之以魚”，這需要我們在教學方式上加以引導［5］。筆者認為改變這種填鴨式的教學模式，主要的突破口就是讓學生參與到課堂教學過程中，充分調動學生的積極性并培養(yǎng)學生對本門課的學習興趣。針對這一措施，筆者在教學過程中進行了一些探索和改進，取得了很好的效果。具體探索過程如下:在闡述一些基本概念和原理的時候，可以在課前讓學生充分的查閱資料，然后在課堂上讓學生進行講解，在這過程中并進行充分討論，最后老師做總結，并糾正學生的錯誤觀點。這種“查閱資料－主題討論－問題反饋”的教學模式，能夠讓學生參與到課堂教學過程中，讓學生做課堂真正的主人，提高學生的主觀能動性，改變填鴨式教學的不足。(3)注重理論和實際的結合在高校的課堂教學過程中，教科書是一種不可或缺的教學工具，但也不能作為唯一的使用工具，教科書在本科教學過程中只能作為一種輔助的工具。這樣就要求老師在教學過程中要靈活應用教材，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上，注重理論和實際相結合。在每一章的講述過程中，把每一個知識點都與實際工業(yè)應用相互關聯(lián)，并闡明其主要的熱量傳遞、動量傳遞、質量傳遞及化學反應在實際過程中是如何應用的，以加深學生對每一個知識點的理解。另外，還要注意結合科研成果，對學科前沿知識進行講解，讓學生了解目前化學反應工程的研究動向，例如在講解氣固相催化反應本征動力學時，可以引入最新發(fā)表的經(jīng)典文獻，通過對文獻的講解，加深學生對氣固相反應本征動力學的理解，知道如何來研究一個催化劑的本征反應活性。通過這種理論與實際相結合的方法，可以大大提高學生在課堂上的學習效率。在對《化學反應工程》課程教學方法不斷改進后，獲得了良好的課堂效果，這不僅對教師的教學能力是一種轉變和提高，對化工類學生思維和能力的培養(yǎng)也具有重要的意義。

參考文獻

［1］金涌，程易，顏彬行.化學反應工程的前世、今生和未來［J］.化工學報，2013，64(1):34－43.

［2］王安杰，周裕之，趙蓓.化學反應工程［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2005:1.

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

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    我院開設了為期2周的化學反應工程課程設計,要求每個學生獨立完成硫酸轉化器設計,采用二轉二吸中的“3+1”或“2+2”式工藝、四段間接換熱絕熱式固定床催化反應器。每個學生的設計規(guī)模、進一段的原料氣組成、凈化率、轉化率、吸收率不相同,學生自己查閱文獻資料、查找設計方法、搜集計算公式、選擇工藝參數(shù)進行設計。完成后撰寫設計說明書,內容包括設計任務書、目錄、設計方案簡介、工藝計算、設計結果匯總、設計評述與討論、參考文獻,等等。設計過程中學生之間廣泛討論,商討設計方法,學習氛圍濃厚。雖然過程相似,但設計條件不同,每個學生都要單獨完成自己的設計任務。通過該課程設計,學生對固定床催化反應器的形式和特點,固體催化劑的性能、內擴散有效因子的概念和計算方法,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,各段進出口溫度、進出口轉化率的最佳分配方法,利用本征動力學方程,通過數(shù)值積分計算反應時間的方法,催化劑用量的計算及校正方法,反應器直徑、高度及其它附件尺寸的計算方法等知識點,有了深刻的理解和較好的掌握。

    二、逐步加大實驗、鞏固所學知識、培養(yǎng)實驗動手能力

    對于化學反應工程這種實踐性很強的工程學科來說,實驗是學生參加實踐獲取知識所必需的學習途徑。而化學反應工程的主要研究方法也是應用理論推演和實驗研究工業(yè)反應過程的規(guī)律而建立的數(shù)學模型方法。所以教會學生如何建立各類實驗反應器,如何進行實驗設計、反應條件選擇和數(shù)據(jù)處理非常有用。為此在課程建設中,我院通過專業(yè)實驗課、綜合設計型實驗課,逐步加大與化學反應工程有關的實驗。目前開設多釜串聯(lián)流動特性的測定、管式反應器流動特性測定兩個驗證型實驗;開設乙酸乙脂水解反應動力學的測定、乙醇催化裂解制乙烯反應動力學測定、乙苯脫氫制苯乙烯、反應精餾制乙酸乙酯等四個綜合設計型實驗。通過實驗,學生對返混、脈沖法、階躍法的概念以及停留時間分布的測定方法,多釜串聯(lián)模型、軸向混合模型的流動特性,理想流動反應器與實際反應器停留時間分布的區(qū)別,連續(xù)均相流動反應器的非理想流動情況及產(chǎn)生返混原因,全混釜中連續(xù)操作條件下反應器內測定均相反應動力學的原理和方法,反應精餾與常規(guī)精餾的區(qū)別,連續(xù)流動反應體系中氣——固相催化反應動力學的實驗研究方法,溫度、濃度、進料流量對不同反應結果的影響,轉化率、選擇性及收率的概念及計算方法等知識點,有了透徹的理解。課堂上學習的理論知識,不但在實驗中得到驗證和鞏固,而且得到了應用,掌握了反應動力學的實驗測定和相關設備的使用方法。

    三、開展仿真實訓、培養(yǎng)實踐操作能力

    我院以前有四周生產(chǎn)實習,實習中遇到企業(yè)為了安全和效益等因素不允許學生親自動手操作時,學生得不到實際操作設備的鍛煉機會;一般實習一個化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程,學生掌握了工藝流程、生產(chǎn)原理之后,實習后期學習興趣、主動性降低,影響實習效果等問題。而且目前大部分化工企業(yè)采用DCS控制,技術員主要在控制室通過電腦操作控制生產(chǎn)過程。隨著信息時代的到來,計算機仿真技術的應用越來越廣泛,采用仿真技術將復雜的工業(yè)反應過程虛擬化,從而在計算機上以“慢速”再現(xiàn)反應過程及變化特征,將“抽象”化為“形象”,動態(tài)演示工業(yè)生產(chǎn)過程。并且,仿真實訓具有無消耗、無污染、可重復操作等優(yōu)點。為此我院購買了北京東方仿真軟件技術有限公司的化工培訓軟件,在校內建立仿真實驗室,開展仿真實訓教學。將以前四周全在企業(yè)的生產(chǎn)實習改為前兩周在企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場實習,后兩周在校仿真實驗室開展仿真實訓。目前我院開設的與化學反應工程有關的仿真實習項目有固定床反應器單元、流化床反應器單元、間歇反應釜單元,以及30萬噸合成氨生產(chǎn)工藝中的反應部分、甲醇生產(chǎn)工藝中的反應部分,等等。學生要進行冷態(tài)開車操作、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)的實訓。通過仿真操作訓練對于學生了解化工反應過程、以及工藝和控制系統(tǒng)的動態(tài)特性、提高對化工生產(chǎn)過程的運行和控制能力具有特殊效果。這種運行、調整和控制能力,集中反映了學生運用理論知識解決實際問題的水平。所以,仿真訓練是運用高科技手段強化學生掌握知識和理論聯(lián)系實際的新型教學方法。

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二、化學反應工程新領域

（一）計算反應工程

新世紀以來，流體力學、量子力學等基礎研究在飛速發(fā)展、并日益成熟起來。這樣就為在反應工程中有效計算機技術奠定了基礎。在分子計算、大尺度集成、操作與過程的模擬、智能化發(fā)展等處，都可以看到數(shù)學軟件在被廣泛應用的身影。這樣一來，人們得以更加簡捷、有效的對化學反應過程全面、立體的模擬，加快了化學反應工程的發(fā)展速度[5]。比如，在對發(fā)展經(jīng)濟中其著重要作用的石油催、裂化領域，應用計算機技術可大大改善研究效果。在工業(yè)石油的催、裂化中，人們通過對重質渣油進行化學處理，將其轉化成有經(jīng)濟價值的輕質油、高辛烷值油。若使用MIP反應器，石油裂化、異構化、脫氫反應可不限于一次。這樣一來，工程試驗的針對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，在幾秒內就可以依據(jù)宏觀模型、對實際設備完成各處的顆粒分布。然后，以此作為初始及邊界進行運算、進行細化。該過程主要是用一些層次較低的模型進行模擬的。按照這樣的思路，可進行層層細化，反應器內一切細節(jié)得以展示。這樣一來，試驗人員能夠據(jù)此更精準對反應器進行放大和設計優(yōu)化。

（二）向分子反應工程的轉化

技術及計算技術在不斷提高著，使得人們對反應過程的認識逐漸深化?；瘜W設備水平不斷提高，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，也使得人們實現(xiàn)了多尺度的模擬。在化學工程領域，若在分子、原子基礎上，可以使得化學合成及反應過程得以有效構建。而現(xiàn)在，在很多領域已經(jīng)將該設想化為了現(xiàn)實。同時，該方法論能夠將其與過程強化論有機聯(lián)系起來，以最大可能的提高效率，促進了節(jié)能減排的發(fā)展。此外，若在化學反應工程中運用分子反應工程技術，可以使得前景更為廣闊。

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工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，隨著社會經(jīng)濟的不斷快速發(fā)展，對于工業(yè)生產(chǎn)也提出了更高的要求。然而，當前我國工業(yè)發(fā)展面臨著資源價格飛漲，環(huán)境污染日益嚴峻的情況，這也使得全社會對于工業(yè)生產(chǎn)越來越關注。怎樣有效的處理好工業(yè)污染物，防止其對環(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，是當前許多學者都在研究的問題。綠色化學工程是在社會迫切需要的情況下誕生的新型項目，這個項目的目標是：對日?；瘜W生產(chǎn)當中的一些資源浪費及環(huán)境污染進行有效的處理，從而使得化工污染得到有效緩解，化工生產(chǎn)過程中的資源浪費得到很大的改善。

一、綠色化學工業(yè)的概念

綠色化學又被稱為無污染化學，以此為理念而開發(fā)出的技術就是綠色化學工程技術，采用化學原理從根本上降低化學工業(yè)對環(huán)境造成的破壞。化工業(yè)發(fā)展的基礎是綠色化學工程，它已成為了未來化學工業(yè)發(fā)展方向的重要研究目標之一，綠色化學具有以下兩種特性：首先，綠色化學的根本思想在于保護環(huán)境，使自然資源可持續(xù)發(fā)展，讓人與自然之間的關系和諧，人們對環(huán)境造成的破壞促使了對綠色化學的研究；其次，綠色化學是將環(huán)境改變的技術，發(fā)展下的綠色化學技術以逐漸可以應付各種環(huán)境下對自然的破壞。從根本上來說，綠色化學是預防環(huán)境污染；而環(huán)境化學則是對污染后的環(huán)境進行改善和治理。兩者之間是根本不一樣的，在最終目的上也是千差萬別的。

目前，對綠色化學進行研究的重要發(fā)現(xiàn)和實踐活動為綠色化工技術。基本原理是采用原料中的原子進行轉化，這就使化學工業(yè)在進行工作時不會產(chǎn)生污染物，達到對化學工業(yè)污染物的零排放。并且，在進行化學工業(yè)工作時，不使用任何具有危害性和毒性的原材料，這樣可以生產(chǎn)出對環(huán)境不造成破壞的產(chǎn)品。這種技術目前處于理論狀況，但是在眾多科研人員的努力探索下，還是可以逐漸實現(xiàn)此種設想的。

二、綠色化學工程與工藝的開發(fā)

在傳統(tǒng)化學的生產(chǎn)過程中，在有毒、有害物質的處理上存在較為嚴重的滯后性，因此導致化學工藝一直處于被動生產(chǎn)。應用這樣的化學工藝對污染物進行處理無法取得理想的效果，資源優(yōu)化也無法得到有效實現(xiàn)?；瘜W工藝的應用不但導致化學生產(chǎn)污染物成本提高，還導致污染物處理效率嚴重下降。綠色化學工程的應用可有效彌補傳統(tǒng)化學工程中存在的缺陷，其通過對相關科學技術及先進方法的利用，對化工生產(chǎn)相關污染物進行除塵、脫硫等處理。綠色化學工程與工藝具體實施方法主要有以下幾種。

（一）采用綠色化學原料

在化工生產(chǎn)工藝及具體流程中，化學生產(chǎn)原料是起著決定性作用的主要因素，在傳統(tǒng)化學工程中，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家不可再生能源的消耗，同時還導致污染物的排放量大大增加，加重生態(tài)環(huán)境污染程度。將綠色化學原料作為化工生產(chǎn)材料是綠色化學工程重要研發(fā)內容之一。在化工生產(chǎn)過程中，可使用綠色化學物質、自然物質等無染污、可再生的化學原料。典型的綠色化學原料主要有蘆葦、苞米桿、纖維植物等。將這些作為原料投入到化工生產(chǎn)過程中，可使其轉化為酮、醇、酸類等多種化學品。在整個轉化反應過程中，這些原料僅會產(chǎn)生一定量的氫氣，而不會有任何一種有害、有毒的物質產(chǎn)生。

（二）提高化學反應的選擇性

在化學工程的物質反應中，化學反應作為必不可少的重要組成部分存在。所有化學原料的轉化均是需要化學反應才能得以實現(xiàn)。在化工生產(chǎn)過程中，合理選擇有效的化學反應形式可有效促進化學工程生產(chǎn)效率及質量得到提高。對化學反應產(chǎn)生影響的因素有很多種，反應原料、環(huán)境、時間、特點等均會對化學反應產(chǎn)生不同程度的影響。在化學生產(chǎn)過程中應用最為普遍的反應形式為氧化反應。在氧化反應過程中會有大量的熱產(chǎn)生，所有化學原料均會在熱的催化作用下發(fā)生變質，因此會大大降低化學品的生產(chǎn)質量。在綠色化學工程中，應用新型的反應形式，這種新型反應形式為烴類氧化反應。這種反應形式的應用不僅可促進催化物反應催化能力得到提高，同時還可有效促進生產(chǎn)物同分異構反應時間增加。

（三）使用無毒無害催化原料

隨著化學工業(yè)發(fā)展速度的不斷加快，將化學反應合理的應用于化工生產(chǎn)過程中已經(jīng)成為促進工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。在化學反應過程中均離不開催化劑的使用。將催化劑應用于化學反應過程中，可有效加快反應速度，縮短法寧時間。所以，在化工生產(chǎn)過程中使用無毒無害的催化原料成為推動綠色化學工程與工藝不斷深入發(fā)展的重要前提條件之一。目前，我國相關部門已經(jīng)高度重視對催化原料的選擇及應用進行深入研究。越來越多的催化劑得到開發(fā)和研制，化學反應過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)過程中的應用越來越廣泛。無毒無害催化原料的應用可有效提高化學反應效率，降低能源消耗量，同時也可減少環(huán)境污染。

三、結論

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

參考文獻 

篇（5）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2012）29-0078-02

化學反應工程是化學工程與工藝專業(yè)的核心課程，以化學反應過程的共性規(guī)律、反應器的設計、放大和優(yōu)化為主要研究對象，用自然科學的原理考察、解釋和處理工程實際問題，是一門實踐性很強的工程學科。面向本科生的化學反應工程課程教學的目標，是使學生掌握化學反應工程基礎知識，學習化學反應工程的研究方法和思路，了解化學反應工程最新進展和發(fā)展方向，提高創(chuàng)新思維能力。[1]筆者在長期的教學中將“方法論”作為重點，不斷總結教材各章節(jié)、研究各類反應過程的共同方法，并應用于教學，對學生掌握化學反應工程的基本觀點和工程方法，培養(yǎng)學生分析與解決工程問題的實際能力起到了很好的作用。

一、數(shù)學模型方法

工業(yè)反應器中進行的化學反應過程往往與物料的流動、混合、傳質、傳熱、反應計量學、催化劑性能等有直接關系，濃度、溫度、壓力等參數(shù)影響反應結果，影響因素多，相互耦合，通常表現(xiàn)出很強的非線性，傳統(tǒng)的因次分析和相似方法不能反映化學反應工程的基本規(guī)律。[2]教學中，把反應器中進行的過程分解為化學反應過程和物理傳遞過程，反應器中進行的過程分解為化學反應過程和物理傳遞過程，分別建立反應動力學模型和反應器傳遞模型，然后通過物料衡算和能量衡算把它們綜合起來，建立反應器的數(shù)學模型，用數(shù)學模型方法來研究化學反應工程，進行反應器設計、放大與優(yōu)化，比傳統(tǒng)的經(jīng)驗方法能更好地反映其本質。因此，數(shù)學模型方法是化學反應工程的基本研究方法，可以通過數(shù)學模型的建立和求解去預測和模擬反應器的實際操作狀況。[3]在闡明化學反應工程基本概念和原理的基礎上，將各類反應器的數(shù)學模型作為講授重點，尤其突出間歇反應器、平推流反應器、全混流反應器數(shù)學模型的建立和求解方法，借此培養(yǎng)學生利用數(shù)學模型方法設計反應器的能力。

二、物料、能量衡算中非線性問題的線性化處理方法

反應速率一般是由反應實際進行場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器、流固相非催化反應器，氣液反應器中物料溫度和濃度的變化呈現(xiàn)非線性特點。處理的共同方法為反應器設計中物料衡算、能量衡算時，衡算范圍取一個微元，在微元內物料溫度和濃度的變化近似按線性關系計算。在氣固相催化反應工程討論中、以單顆粒的球形催化劑為基礎，在其中距中心R處取一厚度dR的微元球殼進行物料衡算、能量衡算；在氣液反應工程討論中、以雙膜理論為基礎，在液膜中距界面x處取一厚度dx的單位面積微元液膜進行物料衡算；在流固相非催化反應工程討論中，以收縮未反應芯模型為基礎，對單個球形固體顆粒，在其固相產(chǎn)物層內距中心R處取一厚度dR的微元球殼進行物料衡算；平推流反應器、非理想流動反應器軸向混合模型的計算中，在距反應器進口L處取一厚度dL的微元管段進行物料衡算、能量衡算。這些問題的研究方法有相似性，在教學中強調相互的聯(lián)系，可以加深學生對內容的理解和對反應器設計中線性化處理非線性問題方法的掌握。

三、解決復雜問題時先分解后綜合的方法

影響工業(yè)反應過程的因素多，關系復雜，若直接全面分析求解，往往比較困難，不容易理解。在教學中可采用先分解后綜合的方法，把復雜的問題分成若干步、先研究每一步的規(guī)律，再綜合得出整體的規(guī)律。氣固相催化反應工程討論中，先分外擴散、內擴散、化學反應過程分別討論三個過程的規(guī)律和計算公式，再綜合三個過程得出單個催化劑顆粒的反應規(guī)律，再進一步綜合得出整個床層的反應規(guī)律；氣液反應工程討論中，先分氣液兩相間的傳遞規(guī)律、液膜中的擴散反應規(guī)律，液相主體中的擴散反應規(guī)律，再綜合得出整個氣液相反應規(guī)律；流固相非催化反應工程討論中，先分流體滯流膜擴散控制、固體產(chǎn)物層（或惰性殘留物層）內擴散控制、化學反應控制分別討論，再綜合得出總體的規(guī)律和計算公式；討論吸附動力學方程中，先按單組分反應物的化學吸附控制、表面化學反應控制、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力學方程。這樣的教學方法，往往能使復雜的問題變得簡單明了，復雜的計算過程得到簡化。

四、理論推演與實驗結合的方法

化學反應工程自設立以來，作為一門工程學科，其復雜性往往不僅表現(xiàn)在過程本身，而更表現(xiàn)在化學反應器復雜的幾何形狀及千變萬化的物性，[4]因此，廣泛采用理論推演和實驗相結合的研究方法。通過理論推演得出軸向混合模型、多級串聯(lián)全混流模型等非理想流動模型，通過實驗測定實際反應器停留時間分布、計算出無因次時間方差、選擇合適的非理想流動模型，利用實驗數(shù)據(jù)計算出模型參數(shù)，進行實際反應器的設計；氣固相催化反應內擴散影響的判別中，通過理論推演得出判據(jù)式，通過實驗測定判據(jù)式的值，可判斷出內擴散的影響程度；流固相非催化反應中通過理論推演得出不同過程控制時的計算公式，通過溫度對總體速率的影響實驗，可判別過程是化學反應控制還是擴散控制，通過流速對總體速率的影響實驗，可判別過程是流體滯流膜擴散控制還是固相產(chǎn)物層內擴散控制，然后選擇相應過程控制的公式，能使計算過程大為簡化。反應動力學模型的建立更需要理論推演與實驗結合，雖然可以通過理論計算確定化學反應的機理和速率，但對大多數(shù)反應體系，這類理論計算所能達到的準確程度尚不能滿足工業(yè)反應過程開發(fā)和反應器設計的要求，實驗研究仍然是認識反應過程動力學特征的主要途徑?；瘜W反應工程在其發(fā)展過程中已形成了一整套動力學實驗測定和數(shù)據(jù)處理方法。[3]教學中，應著重強調利用冪函數(shù)型模型，雙曲線型模型擬合實驗數(shù)據(jù)的方法，以及它們的優(yōu)缺點，使學生較好地理解和掌握反應動力學模型的建立方法。

工科院校培養(yǎng)的工程技術人才，不僅要有豐富的理論知識，理論還應當聯(lián)系實際，具有較高的獨立思考能力、發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際生產(chǎn)問題的能力，這就要求教師不僅要對學生傳授知識，更重要地是教給學生求索知識的方法和應用知識的能力。[5]長期的教學中，筆者體會到數(shù)學模型方法，物料、能量衡算中非線性問題的線性化處理方法、解決復雜問題時先分解后綜合的方法、理論推演與實驗結合的方法，并在化學反應工程研究中普遍應用，將這些方法重點介紹給學生，使他們在學習中觸類旁通，舉一反三，取得了良好的學習效果。

參考文獻：

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

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

篇（6）

我校的化學反應工程課程只針對化學工程與工藝專業(yè)本科生開設。我校的化學工程與工藝專業(yè)開設于上世紀九十年代，而化學反應工程課程的授課歷史也已有二十多年。近年來，隨著西部大開發(fā)進程的加快，成都及周邊地區(qū)特別是民族地區(qū)對化學化工類人才的需求旺盛，我校每年化學工程與工藝專業(yè)的招生人數(shù)始終保持在140人左右。前幾年由于學校工科基礎薄弱，我校反應工程課程主要通過課堂教學為主，缺乏實驗實踐設備和場地，學生對于課程中涉及的基本原理僅有一些感官認識，無法深入理解。隨著人才市場對學生素質要求的不斷提升，僅局限于課堂授課的化學反應工程課程急需通過改革課程內容和授課方法，提升課程教學質量和學生素質。

2虛擬仿真技術與化學反應工程課程的融合

從去年開始，隨著我?；瘜W類虛擬仿真實驗教學中心獲批省級實驗教學中心，學校加大了對化學類虛擬仿真教學平臺的建設，本項目團隊適時、創(chuàng)新性地提出將虛擬仿真技術和化學反應工程的教學實踐相結合，大膽嘗試提升化學反應工程課程教學效果的新方式方法。2.1利用虛擬仿真素材真正實現(xiàn)多媒體教學十四年前，我校就全面實現(xiàn)了多媒體教學，但是由于多媒體素材開發(fā)的滯后，使得過去的多媒體教學大部分是文字、公式、圖片等的羅列。由于PPT播放速度快，多數(shù)學生對于課程理論內容一知半解，對學習的公式和圖片很難融會貫通。從2014年開始，化學類虛擬仿真教學平臺的一期建設項目中加大了對教學課件素材的購買和建設，如“合成氨素材庫”“工業(yè)反應器素材庫”等等，化學反應工程課程在多媒體教學中更多采用flas等動態(tài)多媒體形式進行教學，將公式、文字和圖片融會貫通，復雜的內容變得淺顯易懂，學生在課堂上的學習負擔減輕，提升了學習效果。

2.2通過實物和實訓模型加深理論學習效果

過去由于實驗經(jīng)費和場地緊缺，化學反應工程課程缺乏對應的實驗和實訓課程。自2015年開始，借助化學類虛擬仿真教學平臺的實物模型和實訓模型，我們開設了“化工仿真”和“化工專業(yè)實驗”兩門課程，通過專業(yè)實驗加深學生對于工業(yè)反應過程和反應器理論的認識，通過實訓課程擴展學生對于實際反應器具體操作方法的知識了解。例如:通過全混流反應器和平推流反應器仿真模型，學生可以深入理解“返混”的概念;通過多釜串聯(lián)實訓模型，學生可以深入理解停留時間的評價方法。實踐過程中，學生通常4～6人一組，每個人均能夠動手操作，因此加深了理論聯(lián)系實際的效果。

2.3仿真軟件教學使表面學習轉變?yōu)榈讓訉W習

除了課件素材和模型以外，化學類虛擬仿真教學平臺建設中還包括了“基礎實驗”、“專業(yè)實驗”、“生產(chǎn)實訓”三大仿真軟件教學模塊。其中，與化學反應工程課程相關的軟件包括“CO中溫－低溫串聯(lián)變換反應”、“乙苯脫氫制苯乙烯”、“催化反應精餾法制甲縮醛”等。以上軟件的使用將學生對于理論課程的學習不再停留于公式推導、反應器結構等孤立的表面學，而是通過工業(yè)實例使學生將原理、實物、工業(yè)運用融會貫通，實現(xiàn)一種基于深層次理解的底層學習。這一過程使得該課程的學習效果顯著提升。

2.4課上被動學習轉化為課下主動學習

由于我校為二本院校且學生多來自少數(shù)民族地區(qū)，學生的知識基礎較為薄弱，為了掌握課程內容需要反復練習和操作，需要更多的學習時間。但學校的實驗設備和場地等硬件設施和資金均無法滿足學生的長時間的課上學習。因此，我?；瘜W類虛擬仿真教學平臺建設投入部分資金建設了虛擬仿真網(wǎng)絡共享平臺，使得學生能夠通過電腦、手機等客戶端可以方便的訪問學校的虛擬仿真軟件資源。在課余時間，學生為了掌握課程內容、提升考試成績，可以花大量的時間通過網(wǎng)絡有針對性的對個別難點內容進行反復操練。這一舉措將學生的學習由課上轉變?yōu)檎n下，將學習方式由被動轉變?yōu)橹鲃?。這一措施提升了學生對化學反應工程課程的學習熱情，讓教師有時間和動力去豐富共享平臺資源，進而從根本上改變了課程的學習方式，提升了學習效果。

3成績與問題

通過近一年的教學改革，我?；瘜W反應工程課程的教學效果初見成效，學生對該課程的學習熱情極大提升，課程期末考試優(yōu)秀率增加至10～15%，學習效果有效提高。在實踐過程中，我們也發(fā)現(xiàn)了不少現(xiàn)存問題需要解決。本次課程教學改革主要在于虛擬仿真技術和多媒體課堂授課之間的融合，由于探索時間短，故目前主要存在的問題都在于二者之間融合的兼容性問題，如:(1)如何實現(xiàn)多個課程之間的系統(tǒng)性融合從反應工程課程角度而言，新開的化工仿真和化工專業(yè)實驗是反應工程學習的輔助課程，但從整個化工專業(yè)角度，三者均為專業(yè)教育服務，如何能將這局部與整體之間的關系進行融合是一個系統(tǒng)性問題。(2)硬軟件資源與共享平臺無法全方位融合目前，共享平臺對于提升學生學習積極性和自覺性有很大幫助，但是由于共享平臺和硬件、軟件資源的接口不同，導致存在兼容性問題，要實現(xiàn)所有硬軟件資源與共享平臺的全方位融合需要學校和各個硬軟件生產(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)實踐硬件設備和專業(yè)軟件之間缺乏直接聯(lián)系目前，實踐硬件設備和專業(yè)軟件之間并無必然聯(lián)系，有些硬件設備沒有相應的軟件支持，而多數(shù)軟件也沒有硬件實物作為對照，故而學生學習時對某個對象只能了解其硬件和軟件方面，無法全面深入理解。為了解決這個問題，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合。

篇（7）

2在化學反應工程、分離工程教學中的應用

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

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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）40-0113-02

在當今全球節(jié)能減排要求日益嚴格的背景下，國內外燃料、燃燒理論及燃燒應用技術發(fā)展很快，“燃料與燃燒”作為我校本科熱能與動力工程專業(yè)方向的骨干基礎課，其教學效果對學生后續(xù)專業(yè)課學習和未來工作均有重要影響。

“燃料與燃燒”課程教學內容涉及眾多專業(yè)，知識結構比較繁雜?；谖倚Ｅ囵B(yǎng)適應社會發(fā)展的高素質、創(chuàng)新型人才的目標，在制定新版教學大綱時，廣泛征集了用人單位、兄弟院校、教師和校友的意見，重新優(yōu)化設計了“燃料與燃燒”課程的教學內容，考慮到燃燒理論是所有熱機的基礎，增加了燃燒基本理論方面的內容，尤其是與內燃機、燃氣輪機和鍋爐相關的理論。

一、“燃料與燃燒”課程教學內容

1.燃料。本模塊主要包含：固體燃料、液體燃料、氣體燃料的來源、種類、組成；燃料性質、物性參數(shù)的定義和表示方法等教學內容。

2.燃燒過程的物質平衡與熱平衡。本模塊主要包含：燃料的熱值、過量空氣系數(shù)、當量比；完全燃燒所需的空氣量及燃燒產(chǎn)物組分的計算、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燃燒溫度、實際燃燒溫度、提高理論燃燒溫度的途徑等教學內容。

3.化學反應動力學。本模塊主要包含：化學反應速度、基元反應、質量作用定律、反應分子數(shù)與反應級數(shù)、反應級數(shù)的確定方法；化學反應速率及其影響因素、各種級的單步化學反應、串聯(lián)反應、競爭性反應、逆反應、鏈鎖反應、鏈分枝爆炸、爆炸極限等教學內容。

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；流動邊界與熱邊界層等教學內容。

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)象為化學動力學控制的燃燒問題；自燃與引燃、引燃成功條件，各種參數(shù)對著火的影響；熱球點火與火花點火問題；燃燒界限的影響因素；等等教學內容。

6.預混氣的燃燒。本模塊主要包括：爆震波和緩燃波、雨果尼奧曲線及性質、雨果尼奧曲線上熵的變化、爆震波后已燃氣的速度與當?shù)芈曀俚谋容^、爆震波的結構等教學內容。

7.層流預混火焰。本模塊教學內容包括：熱理論、化學和物理參數(shù)對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊?、火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊臏y量方法、火焰在層流氣流中駐定的原理、火焰淬熄等教學內容。

8.層流擴散燃燒。本模塊教學內容包括：層流擴散火焰的伯克和舒曼理論、燃料射流的唯象分析和層流擴散火焰射流等教學內容。

9.氣體湍流燃燒。本模塊教學內容包括：湍流火焰的唯象方法、湍流模型、非預混反應物的化學反應湍流和預混反應物的化學反應湍流等教學內容。

10.液體燃料的擴散燃燒。本模塊主要包含：斯蒂芬流、單油滴的蒸發(fā)及質量燃燒速度、液滴壽命的計算；氣流中的燃料液滴；在靜止介質中液滴的超臨界燃燒、內部回流對液滴蒸發(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；等等教學內容。

11.固體燃料的燃燒。本模塊主要包括：固體燃料的燃燒過程、固體碳粒的燃燒、碳粒燃燒的化學反應、擴散與動力控制的碳粒表面燃燒等教學內容。

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內容。

13.船舶動力裝置的燃燒。本模塊主要包括：船舶柴油機的燃燒技術、燃氣輪機的燃燒技術和船舶鍋爐的燃燒技術。

二、“燃料與燃燒”教學設計

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

1.夯實基礎知識?！叭剂吓c燃燒”是研究燃燒規(guī)律的一門課程，它以高等數(shù)學、大學物理、大學化學和其他基礎課的知識基礎為支撐，課程中有很多非常基礎的知識點，后續(xù)燃燒理論、燃燒模型都是在其基礎上發(fā)展起來的。在課堂教學中應特別注意這些知識點，要講全講透，才有可能有良好的教學效果。

2.注重知識綜合運用?！叭剂吓c燃燒”課程是熱能與動力工程專業(yè)的基礎課程，教學內容直接應用到后續(xù)各專業(yè)方向的骨干課程中，如“內燃機原理”、“燃機原理”、“鍋爐原理”和“內燃機排放與污染控制”等一系列課程。在課程教學中，應突出“燃料與燃燒”課程的特色內容，同時兼顧相關課程和相應的交叉課程，提高學生綜合運用知識的能力。

3.增強教學體系結構的系統(tǒng)性。注重與前續(xù)基礎課程、后續(xù)專業(yè)課程間的銜接，但又要避免課程內容的交叉重復。根據(jù)教學目的和檢測要求，不斷優(yōu)化熱能與動力工程專業(yè)方向的課程體系教學內容結構，增強課程體系的系統(tǒng)性和完整性。

篇（9）

化學工程在我國具有較長的研究與應用歷程，并在實際的生產(chǎn)與生活中取得到巨大的應用成效，不僅能夠供給正常的生活需求，同時根據(jù)新材料的開發(fā)，能夠滿足現(xiàn)代型環(huán)保材料的使用。在化學工程中，較多的反映環(huán)境和反應機制都是在溶液中進行的，具有質量守恒和熱量守恒定律的應用。而這種質量與能量的關系正是計算流體力學的主要原理。通過對實際應用環(huán)境和原理的分析，能夠優(yōu)化工程設計和工藝改進，提高化學工程的生產(chǎn)效率。

1計算流體力學在化學工程中的基本原理

計算流體力學簡稱CFD，是通過數(shù)值計算方法來求解化工中幾何形狀空間內的動量、熱量、質量方程等流動主控方程，從而發(fā)現(xiàn)化工領域中各種流體的流動現(xiàn)象和規(guī)律，其主要以化學方程式中的動量守恒定律、能量守恒定律及質量守恒方程為基礎。一般情況下，計算流體力學的數(shù)值計算方法主要包括數(shù)值差分法、數(shù)值有限元法及數(shù)值有限體積法，其也是一門多門學科交叉的科目，計算流體力學不僅要掌握流體力學的知識，也要掌握計算幾何學和數(shù)值分析等學科知識，其涉及面廣。針對計算流體力學的真實模擬，其主要目的是對流體流動進行預測，以獲得流體流動的信息，從而有效控制化工領域中的流體流動。隨著信息技術的發(fā)展，市場上也出現(xiàn)了計算流體力學軟件，其具有對流場進行分析、計算、預測的功能，計算流體力學軟件操作簡單，界面直觀形象，有利于化學工程師對流體進行準確的計算。

2計算流體力學砸你化學工程中的實際應用

2.1在攪拌中的應用分析

在攪拌的化學反應中，反映介質之間的流動性比較復雜，依據(jù)傳統(tǒng)的計算形式根本無法解決，并在化學試劑在攪拌中存在不均勻擴散的特點，在湍流的形式中能量的分布狀況也存在著空間特點。若是依據(jù)實驗手段測得反映中物質、能量和質量的變化規(guī)律，其得出的結構往往存在較差時效性，實驗騙差加大。通過對二維計算流體力學的應用，能夠對攪拌中流體的形式進行模擬，并進行質量、能量等數(shù)據(jù)的驗證。但是流體的變化，不僅與化學試劑的濃度、減半速度有關，還與時間、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行計算流行力學。隨著科學技術和研究水平的提高，在通過借助多普勒激光測速儀后，已經(jīng)對三維計算形式有了較大的突破，這對于化工工程中原料的有效應用和工程成本的減低具有促進的作用，但是在三維計算流體力學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在化學工程換熱器中的應用分析

換熱器是化學工程中主要的應用設備，通過管式等換熱器、板式換熱器、冷卻塔和再沸器等的應用，能夠有效的控制化學試劑在反應中的溫度變化。其中根據(jù)換熱器的形式不同，計算流體力學的方式也就不同。在管式換熱器中主要是通過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雜，但是卻群在重復性換熱的特點，增加了換熱的時間，提高了換熱的效果。從總體上分析，計算流量力學中，需要對溫度變化、流體的速度變化、熱交換面積變化和時間變化進行分析。通過CFD計算流體力學的應用，能夠計算出不同設備的熱交換效果，并根據(jù)生產(chǎn)的實際需求進行換熱器的選擇使用。

2.3在精餾塔中的應用

CFD已成為研究精餾塔內氣液兩相流動和傳質的重要工具,通過CFD模擬可獲得塔內氣液兩相微觀的流動狀況。在板式塔板上的氣液傳質方面,Vi-tankar等應用低雷諾數(shù)的k-ε模型對鼓泡塔反應器的持液量和速度分布進行了模擬,在塔氣相負荷、塔徑、塔高和氣液系統(tǒng)的參數(shù)大范圍變化的情況下,模擬結果和現(xiàn)實的數(shù)據(jù)能夠較好的吻合。Vivek等以歐拉-歐拉方法為基礎,充分考慮了塔壁對塔內流體的影響,用CFD商用軟件FLUENT模擬計算了矩形鼓泡塔內氣液相的分散性能,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典型微型單元(REU)的流體力學性質來預測整塔的流體力學性質的方法,對每一個單元用FLUENT進行了模擬計算,發(fā)現(xiàn)塔內的主要能量損失來自于填料內的流體噴濺和流體與塔壁之間的碰撞,且用此方法預測了整塔的壓降。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相關,因此用CFD模擬計算了單相流在幾種形狀不同的填料中流動產(chǎn)生的壓降,為改進填料提供了理論依據(jù)。CFD模擬精餾塔內流體流動也存在一些不足,如CFD模擬規(guī)整填料塔內流體流動的結果與實驗值還有一定的偏差。這是由于對于許多問題所應用的數(shù)學模型還不夠精確,還需要加強流體力學的理論分析和實驗研究。

2.4CFD在化學反應工程中的應用研究

在化學反應工程中，反應物和生成物的化學反應速率與反應器、溫度和壓力等有著較大的聯(lián)系，在實際的反應中可以利用計算流體力學進行數(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，當反應中溫度過大，就會造成分子的劇烈運動，其運動軌跡的變化規(guī)律就會異常，在利用計算流體力學的模型計算中，計算數(shù)據(jù)與實際情況會發(fā)生較大的偏差。由于高溫中分子的運動軌跡和運動速度難以獲取，在計算流體力學的實際計算中，就要借助FLUENT進行三維建型，并利用測速反應器進行速度的測量，通過綜合的比較分析，利用限元法進行數(shù)據(jù)的計算。可以得出不同環(huán)境下的反應器的流線、反應器內部的濃度梯度及溫度梯度。通過CFD軟件預測反應器的速度、溫度及壓力場，可以更進一步理解化學反應工程中的聚合過程，詳細、準確的數(shù)據(jù)可以優(yōu)化化學反應中的操作參數(shù)。

結束語

計算流體力學對于化學工程的應用具有實際意義，并在經(jīng)濟效益的提高上具有重要的價值，在近幾年，化學工程技術人員不斷的計算流體力學中展開研究，以二維空間計算和模擬為基礎，不斷的完善三維空間的流量計算，并得出了一系列的流體流動規(guī)律。根據(jù)計算流體力學在化學工程中的廣泛應用，在今后的化學工程發(fā)展中，應加強此類學科的教學與延伸，提供出更有效的反應設備和工藝操作。

參考文獻

篇（10）

1.2在教學過程中，第五、六章、流化床反應器的內容采用多媒體教學，在教學過程中更多的展示各類工業(yè)反應器的結構，特別是顯示反應器的內部結構，并以實際化工生產(chǎn)中的實例反應器為例說明反應器各部件的作用。由于工業(yè)反應器的設計計算較為復雜，在這部分主要介紹計算方法，采用多媒體能節(jié)約教學時間。在教學中注重討論互動，雖然化學反應工程更多的強調計算，但對實際反應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)動機的工作情況、實際催化轉化器的活性組成和形狀，發(fā)動學生討論汽車尾氣凈化器所包含的化學反應工程知識?；ぶ蟹磻鞯亩嗑S設計計算基本上都是通過計算機完成的，很少有人工計算設計整個工藝，利用計算機設計可以對不同的反應參數(shù)進行對比以達到節(jié)能、經(jīng)濟的目的。由于教學條件和學生能力的限制，現(xiàn)階段只能采用由老師在電腦上演示利用計算軟件進行反應器的設計計算和優(yōu)化，可以采用AspenPlus、PROii等成熟的化工流程模擬軟件計算穩(wěn)態(tài)操作條件下的反應器的工藝參數(shù)，也可以采用FEMLAB計算多維反應器的模擬計算，把學生從枯燥的計算工作中解放出來，使學生有更多的時間去分析反應器的性能和優(yōu)化，提高學生對反應工程的興趣［8］。