一、 课程名称：化学反应工程

二、 课程代码：CHEN30405

三、 学时和学分：48学时，3学分

四、 适用专业：化学工程与工艺 

五、 先修课程：物理化学、化工原理、化工热力学

六、 使用教材：朱炳辰.化学反应工程（第四版）.北京：化学工业出版社，2009.

七、 参考书目

[1] 李绍芬.反应工程（第三版）.北京：化学工业出版社，2013.

[2] 陈甘棠.化学反应工程（第3版）.北京：化学工业出版社，2011.

八、 课程描述

化学反应工程需要在一个学期内完成，是化学工程学科的一个分支，以工业级别的化学反应过程为研究对象，研究化学反应的本征速率及其变化规律，以及化学反应与动量、质量、热量传递交互作用的宏观反应过程的速率与变化规律（即“三传一反”），最终实现工业反应器开发、设计、放大和操作优化的目标。

本课程是化学工程与工艺专业的基础课程，在研究方法上特别强调用数学模型法来定量分析工业反应器中的化学反应过程。为了完成工业反应器的建模，需在掌握反应动力学模型、流体流动模型、温度分布模型的基础上完成反应器的物料衡算、热量衡算和动量衡算，为反应器的工程分析和设计提供支持。

九、 教学目标

本课程是化学工程与工艺专业本科生的专业基础必修课，其主要任务是使学生掌握化工生产中的关键过程——化学反应过程的基本理论和知识，培养学生具体分析、计算和解决化工生产中有关化学反应过程的实际问题的能力。

1. 课程的目标要求如下

    1）课程对学生思想品德培养的目标要求：①通过课程讲授、复习及辅导、作业等教学环节，培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风。②通过用理论分析解决问题的过程中，培养学生辩证唯物主义的思想方法。③通过我国反应工程发展史及现状，激发学生为化工事业献身的精神。

    2）课程对学生知识与能力培养的目标要求：①培养学生从基础理论、工程观点、经济观点出发，综合处理工程问题的能力。②培养学生能熟练进行反应器选型、设计、校核的能力。③培养学生根据反应的特点分析反应器的问题，具有解决工业反应器的问题的能力。④通过实验数据的收集和解析，培养学生实验设计和处理数据能力。

3）课程对学生科学思维方面的目标要求：①通过基本原理的学习，使学生掌握过程的本质，在众多影响因素中，抓住问题的主要方面，提高学生的科学思维能力。②通过计算问题的学习，使学生掌握计算依据的基本概念、模型简化处理的方法，从而培养学生抽象的思维能力。③通过典型反应器的学习，使学生了解应从基本原理出发来分析反应器性能、特征、应用范围及强化方法，培养学生逻辑思维能力。

2. 课程的知识贡献和学时安排

章节名称

知识贡献（教学内容）

教学要求

学时

绪论

1.1物质转化过程工业中的化学加工

1.2化学反应工程与多尺度及多学科的联系

1.3 数学模拟方法

1.4 工程放大与优化

    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。

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第一章

应用化学反应动力学及反应器设计基础

1.1 化学反应和工业反应器的分类

1.2 化学计量学

1.3 加压下气相反应的反应焓和化学平衡常数

1.4 化学反应速率及动力学方程

1.5 温度对反应速率的影响及最佳反应温度

1.6 反应器设计基础及基本设计方程

    要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有： 1．化学反应速率的定义。2．动力学方程的表示形式。3．反应速率常数。4．变容过程浓度、分压与转化率的关系及动力学方程的转换。

    要求一般理解与掌握的内容有：温度对反应速率的影响。

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第二章  

气一固相催化反应宏观动力学

2.1 催化及固体催化剂

2.2 化学吸附与气固相催化反应本征动力学模型

2.3 气-固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散

2.4 内扩散有效因子

2.5 气固相间热、质传递过程对总体速率的影响

2.6 固体颗粒催化剂的工程设计及固体催化剂的失活

    要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1．多相催化反应过程步聚及控制步骤。2．双组分系统有效扩散系数的计算。3．宏观反应速率的定义。4．内扩散效率因子的计算方法。5．气-固相催化反应控制阶段的判别多孔催化剂内反应组合浓度的分布。

    要求一般理解与掌握的内容有：1．等温一级反应在催化剂内浓度分布的推导。2．外扩散效率因子。3．均匀表面吸附动力学方程的推导。4.催化剂失活动力学。

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第三章 

釜式及均相管式反应器

3.1 间歇釜式反应器

3.2 连续流动均相管式反应器

3.3 连续流动釜式反应器

3.4 理想流动反应器的组合和比较

3.5 多重反应的选择率

3.6 半间歇釜式反应器

    要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：

1．反应器设计的基础方程。2．各种理想反应器的特征，等温条件下的设计方程及反应器计算。3．根据反应过程特征选择反应器及操作方式和操作条件。8．平推流、全混流反应器中平均停留时间的分析计算。   9．理想反应器的并联操作。

    要求一般理解与掌握的内容有：1．反应器中流体的流动与混合。2．全混流反应器的热稳定性。

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第四章 

反应器中的混合及对反应的影响

4.1 连续反应器中物料混合状态分析

4.2 停留时间分布

    要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：

1．返混定义及返混对过程的影响。2．逗留时间分布密度函数和分布函数及其物理意义、计算。3．平均停留时间及方差的计算。4．理想反应器的逗留时间分布函数及其数字特征。5．造成非理想流动的原因及其判断。

    要求一般理解与掌握的内容有： 1．实际流动反应器的计算。2．用轴向扩散模型计算非理想反应器。

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第五章

固定床气-固相催化反应工程

5.1 固定床气固相催化反应器的基本类型和数学模型

5.2 固定床流体力学

5.3 固定床热量与质量传递过程

5.4 绝热是固定床催化反应器

5.5 连续换热内冷自热式催化反应器

    要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1．固定床压降的计算。2．固定床径向传热的计算。3．固定床一维拟均相模型的假设及方程。4．用一维拟均相模型计算绝热反应器催化剂用量。5．多段绝热反应器的优化条件。6．固定床内的传质和传热。7．换热式固定床反应器分析。

    要求一般理解与掌握的内容有：1．固定床反应器的分类及各类反应器的特点。

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第八章 

流化床反应工程

8.1固体流态化的基本特征及工业应用

8.2流化床的特征速度

8.3气固密相流化床

    要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1.流化现象；2.流化床反应器的流型、流行转变及基本特征；3.气泡的结构；4.流化床反应器的模型。

  要求一般理解与掌握的内容有：1.流化床的特征速度；2.循环流化床。

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课堂讨论

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十、 教学方法

    1. 结合化学反应工程课程的特点，本课程主要采取如下方法

课堂教学采用启发式、问题式教学，注重培养学生分析问题和解决问题的能力，力争使每一位学生都积极参与到课堂讨论中来。在教学过程中，同学们思维活跃，在教师的启发指导下，常常能够较好地解决“化学反应工程”历史上曾出现的许多问题。另一方面，在教学过程中，注意结合化学工程的最新研究成果，向学生介绍化学工程的前沿知识。

采用课堂与实践相结合的教学方式。本课程充分利用化工学科的学生实践机会多的优势，不放弃任何一种实践环节的机会，加强“化学反应工程”课程的现场教学。尤其充分利用“生产实习”课时较多的实践机会，进行“反应工程”的现场教学，取得了良好的成效。

    2. 教学手段

　　传统的板书教学与现代多媒体教学相结合；在教学过程中，全部采用多媒体教学，应用计算机辅助手段，制作包含大量照片、图片、动画和重要内容提示的课件，直观地向学生展示各类典型的工业化学反应器的实景、原理示意图、工业实践的过程缩影等资料。

十一、 考核及成绩评定方式

课程考核采取平时成绩、期中考试和期末考试相结合的方法，其中平时成绩占25%，期中考试成绩占25%，期末考试成绩占50%。

    1）平时成绩：根据教学需要，采用课堂随机提问、课堂讨论、作业等多种形式对学生的学习过程和结果进行考察和评价。

    2）考试：每学期进行期中及期末考试，考试形式为笔考。考试的内容以教学计划要求掌握和理解的内容以及对知识的理解和应用为主。同时综合考虑考核教学环节中的知识、素质和能力培养效果。

                                                    大纲制定人：羡小超

                                                    大纲审定人：魏顺安

制定时间：2014-04