《反应器分析》课程教学大纲.doc

PAGE PAGE 66 反应器分析 课程目标 1、培养学生将物理化学、化工原理、化工热力学等学科知识用于化学反应工程学科的综合能力； 2、通过本课程的学习，使学生了解化学反应工程学科前沿，理解该学科理论体系，掌握研究方法； 3、通过本课程的学习，使学生初步具有实现反应过程最优化的能力以及分析、改进、开发设计反应器的能力。 参考学时：2学时 1.了解化学反应工程学科的任务和范畴； 2.了解化学反应工程学科的内容、分类以及研究方法。 第一章 均相单一反应动力学和理想反应器 参考学时：12学时 1.了解化学计量方程、反应程度、转化率、活化能、阿伦尼乌斯方程等基本概念以及建立动力学方程的三种基本方法； 2.理解基元反应与质量作用定律，不同级数的不可逆反应中反应时间、转化率与初始浓度之间的关系； 3.掌握化学反应速率的表达、反应动力学方程、反应级数、基本反应类型、等温变容过程的膨胀因子、膨胀率及所表达的反应速率方程； 4.掌握三种理想反应器的设计方程，以及根据给定任务计算反应器体积。 第二章 复合反应与反应器选型 参考学时：10学时 1.了解循环反应器的特征以及典型复合反应在不同反应器中体积及选择性的比较； 2.理解可逆反应、自催化反应、平行反应、连串反应动力学方程特征； 3.理解平推流反应器和全混流反应器的并联和串联； 4.掌握收率、选择性概念，平行反应和连串反应中温度、浓度、活化能对选择性的影响； 5.掌握复合反应的反应动力学方程的表达方法及动力学分析方法。 第三章 非理想流动反应器 参考学时：8学时 1.了解返混对反应过程的影响、宏观流体、微观流体的概念； 2.理解停留时间分布的概率函数及特征值，以对比时间为变量的停留时间分布； 3.理解凝集流模型、多级混合槽模型、轴向扩散模型的假设及建模思想； 4.掌握停留时间分布的实验测定及两种理想反应器的停留时间分布规律； 5.掌握几种解决均相反应过程问题的方法，即平推流模型、全混流模型、凝集流模型、多级混合槽模型、轴向扩散模型。 第四章 气固相催化反应本征动力学 参考学时：8学时 1.了解固体催化剂组成、结构以及催化反应过程的特征； 2.了解物理吸附、幂函数型本征动力学方程及本征动力学方程的实验测定； 3.理解非均相催化反应速率的几种表达式、焦姆金吸附模型、弗鲁德里希吸附模型； 4.掌握非均相反应的七大步骤、兰格缪尔模型及双曲本征动力学方程的推理。 第五章 气固相催化反应宏观动力学 参考学时：6学时 1.了解催化剂内各种扩散以及非等温条件下的宏观动力学方程； 2.理解扩散判断准则、宏观反应动力学方程的催化剂从特殊形状到任意形状、反应从一级到任意级的假设、推理和求解； 3.掌握宏观反应速率及有效扩散，以及等温条件下宏观反应动力学方程。 第六章 气固相催化固定床反应器 参考学时：2学时 1.了解流体在固定床内径向传热传质特征； 2.了解固定床反应器的各种类型及特点。 绪论 化工生产中设备的分类 化工产品的生产是通过一定的工艺过程实现的，工艺过程是指从原料到制得产品的全过程。 每个化工产品的工艺过程是不同的，但有共同的特点： 工艺过程是由设备、管道、阀门和控制仪表组成的； 化工设备分为两大类 不含化学反应的设备 这类设备中没有发生化学反应，只改变物料的状态，物理性质，不改变其化学性质。 图中的鼓风机、泵、换热器、冷却塔和贮槽中没有化学反应发生，只有物理过程，是不含化学反应的设备。 在鼓风机和泵中只有能量的转换，从中能转换成机械能，输送物料；在换热器和冷却塔中只改变物料的温度，物料的化学性质没有起变化；贮槽只是起贮存物料作用 化学反应器 在这类设备中发生了化学反应，通过化学反应改变了物料的化学性质 图中的一段炉、二段炉、变换炉、甲烷化炉、合成塔等都是化学反应器。物料在反应器中发生了化学反应，物料性质起了变化。 可见，化学工业生产是由物理过程和化学反应过程组成的，其中化学反应过程是生产过程的关键。化学反应器的任务是完成由原料转变到产物的化学反应，是化工生产的核心设备。 “化学反应工程”的研究对象是工业规模的化学反应器。 《化学反应工程》任务 “化学反应工程”于50年代初形成，是化学工程的一个分支。1957年如开了第一次欧洲化学反应工程伎议，会议确定了化学反应工程的研究内容和任务。 “化学反应工程是化学工程的一个部分，它是科学的一个分支，它还处在发展阶段。它的目的在于控制工业规模的化学转化率并最终达到恰当和成功的反应器设计。有各种因素对反应器设计起着重要作用，如流动现象、质量和热量传递以及反应动力学。首先必须对这些因素了解，工业规模反应器的开发只能从上述因素间的关系和相互作用中得到了解”。 化学反应工程的任务是研究化学反应器中质量和热量的传递过程、流动状况和反应动力学，最终目的是设计化学反