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化学反应工程及其在化工生产中的应用化学反应工程是化学工程的重要分支之一，它主要研究化学反应的物质平衡、能量平衡和动力学规律等方面，以设计、优化和控制化工生产过程。
在化工生产中，化学反应工程发挥着重要作用，为化工产品的制备提供了基础支撑。
一、化学反应工程的基本概念及分类1.基本概念化学反应是指物质在特定条件下发生物化学变化。
化学反应工程就是将这种变化转化为实际工业产品的过程。
化学反应工程涉及到反应的化学性质、反应条件、反应器的设计及控制等方面，需要多学科知识交叉的综合运用。
最终的目标是在合适的反应条件下获得适宜的反应产物。
2.分类化学反应工程按照反应相的不同，可以分为气-液相反应、液-液相反应、气-固相反应和液-固相反应等几种。
其中，液-液相反应是最常见的反应形式之一。
化学反应工程还可以根据反应器类型进行分类，例如批量反应、连续反应和半连续反应等。
二、化学反应工程在化工生产中的应用化学反应工程在化工生产中广泛应用。
以下列举几个典型案例：1.甲醇合成反应甲醇合成反应是化学反应工程中的一大典型反应，它广泛应用于各种工业领域。
该反应是一种四反应组合，其中利用吸热和排放热来维持反应过程的温度和动力学平衡。
由于该反应的揭示机制非常复杂，因此需要多个化学工程师和研究人员共同合作研究来优化反应条件和提高反应效率。
2.碳酸氢盐合成碳酸氢盐合成反应是化学反应工程中一个较为简单的反应，它的化学式为NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O。
该反应可以大量应用于制药、化妆品制造、清洁剂生产等行业。
它的主要优势是反应条件简单，操作便捷，可大批量生产。
3.烟酸合成烟酸的合成是化学反应工程中较为复杂的一种反应。
它涉及到多个组分的反应和催化反应。
由于烟酸对人体有很好的保健作用，因此其制造是十分有价值的。
烟酸的合成反应需要很长时间的优化，以确定最佳的反应条件和反应器参数，达到最好的反应效果。
4.甘油合成甘油合成反应是一种经济实惠的生产反应，经常应用于生物燃料和化妆品工业。
化学反应工程化学反应工程系化学工程的一个分支，以工业反应过程为主要研究对象，以反应技术的开发、反应过程的优化和反应器设计为主要目的的一门新兴工程学科。
它是在化工热力学、反应动力学、传递过程理论以及化工单元操作的基础上发展起来的。
其应用遍及化工、石油化工、生物化工、医药、冶金及轻工等许多工业部门。
工业反应过程中既有化学反应，又有传递过程。
传递过程的存在并不改变化学反应规律，但改变了反应器内各处的温度和浓度，从而影响到反应结果，例如影响到转化率和选择率。
化学反应工程的定位：化学反应工程是化工类专业的一门专业主干课、核心课程。
化学反应工程涉及物理化学、化工热力学、化工传递过程、优化与控制等，知识领域广泛、内容新颖，对于培养学生的反应工程基础、强化工程分析能力具有十分重要的作用。
课程教学突出阐述反应工程理论思维方法，重点讨论影响反应结果的工程因素(如返混、混合、热稳定性和参数灵敏性等)，并结合开发实例进行分析，培养学生应用反应工程方法论解决实际问题的能力。
围绕创新教育这一主题，明确培养学生创新思维与创新能力的教学目标，并在教学内容、教学方法上进行改革，改变传统教学模式，将培养创新思维和创新能力溶入课程教学过程中，探索适宜培养创新人才的"化学反应工程"教学内容、教学方法。
重点与难点:脚归谜化学反应工程课程内容的重点是阐明基本原理，向学生介绍反应工程中的最基本概念、理论和研究方法，所以我们在开设本课程时，精选了化学动力学、间歇反应器、理想流动反应器、返混、反应过程中的热量和质量传递、复杂反应选择性、反应器热稳定性等主要内容，突出影响反应过程结果的工程因素，并按温度效应和浓度效应讨论展开，力求表达清楚，确切阐述，为学生今后开发反应过程与反应器打下扎实的理论基础。
课程难点是掌握化学反应工程的基本观点和工程思维方法，培养学生分析和解决工程问题的实际能力。
在教学中重视基本概念、基本理论和工程分析方法的传授。
化学反应工程原理化学反应工程是化学工程领域中的一个重要分支，它研究的是化学反应过程的原理和规律，以及如何将这些原理和规律应用到工业生产中。
化学反应工程的发展不仅推动了化工行业的进步，也为人类社会的发展做出了重要贡献。
本文将从化学反应工程的基本原理、工程设计和应用实例等方面进行介绍。
化学反应工程的基本原理是化学反应动力学、热力学和传质传热学的综合运用。
化学反应动力学研究的是化学反应速率与反应物浓度之间的关系，它的研究成果可以用来指导工业生产中反应条件的选择和优化。
热力学则研究了化学反应的热效应，包括反应热、燃烧热、生成热等，这些热效应对反应的进行和反应器的设计都有重要影响。
传质传热学则关注的是反应物在反应过程中的传质和传热现象，它对反应器的设计和操作也有着重要的指导意义。
在化学反应工程的工程设计中，需要考虑的因素有很多，比如反应器的类型选择、反应条件的确定、反应物的投加方式、反应物的混合方式、产物的分离和纯化等。
其中，反应器的类型选择是一个关键的问题，不同的反应类型需要选择不同的反应器，比如气液相反应需要选择气液反应器，固液相反应需要选择固液反应器等。
反应条件的确定则需要考虑到反应速率、热效应、传质传热等因素，通过实验和模拟可以确定最佳的反应条件。
反应物的投加方式和混合方式也会影响到反应的进行，需要根据具体情况进行选择和优化。
产物的分离和纯化则是反应结束后的重要环节，它直接关系到产物的纯度和收率。
化学反应工程在工业生产中有着广泛的应用，比如有机合成、化肥生产、石油加工、生物技术等领域都离不开化学反应工程的支持。
以有机合成为例，很多重要的有机化合物都是通过化学反应工程来合成的，比如药物、染料、涂料等。
在化肥生产中，氨合成、硝酸合成等重要的反应都是化学反应工程的典型应用。
在石油加工中，裂化、重整、氢化等反应也离不开化学反应工程的支持。
生物技术领域中的发酵、酶促反应等也是化学反应工程的重要应用方向。
总的来说，化学反应工程是化工领域中的一个重要分支，它的发展推动了化工行业的进步，也为人类社会的发展做出了重要贡献。
化学反应工程的定义
化学反应工程是一门研究化学反应过程的学科，它涉及到化学反应的设计、优化和控制，以及相关的反应器的设计和操作。
化学反应工程的目标是通过科学的方法和工程技术，实现化学反应的高效、安全和可持续发展。
化学反应工程主要包括以下几个方面的内容：
1. 反应过程的设计和优化：研究如何选择合适的反应条件（温度、压力、反应物浓度等）和催化剂，以提高反应的转化率、选择性和产率，同时降低能耗和废物产生。
2. 反应器的设计和操作：研究如何设计和选择合适的反应器类型（如批式反应器、连续流动反应器、固定床反应器等），以及反应器的尺寸、形状和内部结构，以实现理想的反应条件和反应效果。
3. 反应工艺的控制：研究如何实现反应过程的自动化和精确控制，包括反应温度、反应物添加速率、反应物浓度等参数的控制，以确保反应的稳定性和一致性。
4. 安全与环保：研究如何评估和管理化学反应过程中的安全风险，设计和实施安全措施，以保障工作人员的安全和环境的保护。
通过化学反应工程的研究和应用，可以优化化学反应过程，提高产品质量和产量，降低生产成本和能耗，减少环境污染和废物排放，为化学工业的可持续发展提供科学的支持和指导。
化学反应工程的研究与应用化学反应工程，指的是基于化学反应原理和工程技术的一门交叉学科，它涵盖了化学、物理、机械、电子等众多领域，同时也被广泛应用于许多工业领域。
化学反应工程的研究和应用不仅可以带来经济效益和社会效益，更能推动化学工程领域的进一步发展。
一、化学反应工程的基本原理化学反应工程的基本原理是建立在化学反应原理之上的，它需要了解反应物之间的化学性质和反应过程中的热力学、动力学、质量守恒和能量守恒等基本规律，这些规律都是合成反应或催化反应所需要的前提条件。
其中，热力学用于分析化学反应能够发生的条件和限制，动力学研究反应的速率和路径，质量守恒和能量守恒可以协助设计反应器的设计和操作参数的控制。
二、化学反应工程的应用化学反应工程广泛应用于许多工业领域，如石油化工、新能源、精细化学品、生物化学等，下面将分别介绍其中的应用。
1. 石油化工石油化工是化学反应工程最广泛应用的领域，它是石油加工和化学品生产的基础。
利用化学反应原理，可以制造出石油产品，如汽油、柴油、航空燃料、润滑油等，同时也可以生产出各种化学品，如塑料、橡胶、化肥等。
2. 新能源新能源是近年来的一个热门领域，化学反应工程在新能源领域也发挥了重要作用。
例如，通过化学反应可以制造出太阳能电池、燃料电池等，这些技术可以为新能源的开发和使用提供更多的选择。
3. 精细化学品精细化学品主要指的是在医药、食品、高级材料等领域使用的高附加值的化学品。
在这个领域中，化学反应工程能够为其高效、可控的生产提供技术支持。
例如，对于医药领域的药物合成，化学反应工程可以帮助设计出高效的反应器和操作方案，同时也可以协助优化产品的制造工艺，提高产品质量和产量。
4. 生物化学生物化学是化学反应工程在生物领域中的应用。
由于我们对于生命体系中的反应机理和机制的了解逐渐加深，因此生物化学领域也属于化学反应工程的研究范围之内。
化学反应工程在该领域中的应用可以帮助研究生命体系中的反应过程、基因调控、蛋白质合成等等。
27060化学反应工程南京工业大学编（高纲号0322）I课程性质、地位和任务"化学反应工程"是化学工程学科的一个分支，是化学工程与工艺专业学生必修的一门专业基础技术课程。
它以工业反应过程为主要研究对象，研究反应过程速率及其变化规律；研究反应器内的传递特性及其对化学反应的影响。
为学生今后从事化工反应技术开发、反应器的设计与放大、反应过程操作优化等诸方面工作奠定基础。
本课程在学生学习了"高等数学"、"大学物理"、"化学"、"物理化学"、"化工原理"等课程基础上进行。
课程总学时为100，即5学分。
通过本课程的学习，学生应比较牢固地掌握化学反应工程的基本原理和计算方法，应能联系化工实际，在反应工程理论的指导下，对反应过程和反应器进行初步的分析和设计计算。
II自学考试要求第一章绪论（一）主要内容1.化学反应工程的研究内容2.化学反应工程的研究方法3.化学反应工程的学科系统的编排（二）自学考试要求1.化学反应工程的研究内容理解化学反应工程学是研究化学反应的工程问题的科学；传递过程（即反应器内的动量、热量和质量传递，简称"三传"）与反应动力学是构成化学反应工程最基本的两个支柱等说法的含义。
理解化学反应工程学与相关学科的联系，化学反应工程本身的专门范畴。
2.化学反应工程的研究方法理解化学反应工程的基本研究方法是数学模型法，数学模型的主要内容及其相互关系，了解数学模拟放大法的大体步骤。
3.化学反应工程的学科系统和编排理解按反应操作方式、反应器型式、和化学反应相态进行分类的方法；本课程编排的原则和方法。
绪论部分在初次学习时，只能做到大体了解、待全部内容学习完毕后，应重新学习绪论，才能做到理解。
第二章均相反应的动力学基础（一）主要内容1.基本概念与术语2.单一反应速率方程3.复合反应速率方程（二）自学考试要求1.基本概念与术语理解化学反应计量方程表示的内容。
理解化学反应速率的定义和在恒容过程、分批式操作、连续流动稳定操作时的数学表示式。
掌握各个组分反应转化率和反应程度的定义和计算；膨胀因子的物理意义和数学表示式；等分子和非等分子反应达一定转化率时各组分摩尔数和摩尔分率的计算。
理解化学反应速率方程表示的内容和不同型式；影响反应速率的主要因素；幂函数型速率方程式中反应级数和活化能的物理意义及其大小对反应速率的影响；反应级数和活化能的确定方法。
理解基元反应的物理意义。
掌握由反应机理推导反应速率方程的方法。
2.单一反应速率方程理解单一反应的定义，掌握由分批式等温动力学实验数据确定反应速率方程式的微分法和积分法。
掌握等温恒容过程零级、一级和二级不可逆反应的速率方程式及其积分式的积分过程，并能熟练地用于进行有关计算。
以一级反应为例，理解可逆反应速率方程式的建立方法。
了解自催化反应的特点及其速率方程式的建立方法。
3.复合反应速率方程理解复合反应的定义、主要类型、复合反应的收率、得率和选择性的定义和数学表示式。
掌握主副反应均为一级的不可逆平行反应速率方程的建立过程，并能用于进行各组分的瞬时浓度、目的产物收率、得率和选择性等的计算。
理解其动力学特征和各组分浓度随反应时间分布曲线的特点。
掌握各步均为一级的串联不可逆反应速率方程的建立过程，并能用于进行各组分的瞬时浓度、目的产物（中间产物）收率、得率和选择性等的计算；最优反应时间topt和最大得率Xmax的计算。
理解各组分农度随反应时间分布和产物得率分布曲线的特点。
第三章理想反应器（一）主要内容1.分批式操作的理想混合反应器2.连续操作的理想混合反应器（单釜和多釜串联）3.平推流反应器4.反应器型式与操作方法的评选（二）自学考试要求1.分批示操作的理想混合反应器理解分批式操作理想混合反应器内物料浓度、温度分布的特点，适用场合的优缺点。
掌握对着眼组分建立物料衡算式的方法，并由此推导分批操作理想混合反应器设计方程的方法。
能运用设计方程进行单一反应和复合反应等温操作时反应时间、转化率、反应器有效容积待计算。
掌握对整个反应器建立热量衡算式的方法，并由此推导分批操作理想混合反应器操作方程的方法。
能运用设计方程和操作方程进行绝热操作时的反应时间、转化率、反应器有效容积和换热面积等计算。
了解变温（非等温非绝热）操作时的计算方法。
理解最优反应时间和最优转化率和计算方法。
2.连续操作的理想混合反应器此类反应器通常简称全混流反应器，代号为CSTR.理解全混流反应器内物料流动、浓度和温度分布等特征。
理解反应时间、空时、停留时间各自的定义和数学式。
掌握全混流反应器设计方程（即物料衡算法）的建立方法，能应用方程进行单一反应和复合反应的各项计算。
掌握在1/rA〜CA图上比较分批式反应器和全混流反应器有效容积的方法，和通过计算全混流反应器容积效率n比较分批式反应器和全混流反应器有效容积的方法。
掌握全混流反应器操作方程（即热量衡算式）的建立方法。
能应用设计方程和操作方程进行各项计算。
理解全混流反应器的热稳定性，能应用热稳定性判据初步判断定常态操作是否稳定。
掌握在1/rA〜CA图上表示多釜串联全混流反应器的有效容积的方法。
在进行相同的恒温恒容单一反应并达到相同的转化率时，能在1/rA〜CA图上进行分批式、单釜和多釜串联全混流反应器所需有效容积的比较。
掌握多釜串联全混流反应器的设计计算方法，进行一级不可逆反应时的设计方程，并能用于进行有关计算。
理解图解计算法。
了解多釜串联全混流反应器各釜的最优容积比。
3.平推流反应器此类反应器通常代号为PFR理解平推流反应器内流体流动、浓度和温度分布的特征；恒容和变容过程的停留时间、反应时间和空时的计算。
掌握平推流反应器的设计方程（即物料衡量式）的建立方法及其计算应用。
理解等温恒容过程平推流反应器和分批式理想混合反应器的设计方程是完全一致的（但时间项平推流为空时T,分批式为反应时间t）。
掌握平推流反应器的图解计算法。
掌握平推流反应器的操作方程（既热量衡算式）建立方法。
了解变温操作时的计算方法。
了解循环操作的平推流反应器的特征和计算方法。
4.反应器型式与操作方法的评选理解进行反应级数n>0、n V O的不可逆等温单一反应时，平推流反应器、全混流反应器和多釜串联全混流反应器所需容积的比较；以及在1/rA〜XA图上，曲线具有最高点时，为使反应器容积最小，不同型式反应器应采用的串联顺序。
理解可逆吸热反应和可逆放热反应的反应速率和平衡转化率与操作温度的关系；可逆放热反应在XA〜T图上的最优温度线和平衡温度线；可逆吸热反应和可逆放热反应最优操作温度的选定。
掌握复合反应在分批式理想混合反应器、平推流反应器、全混流反应器和多釜串联全混流反应器中进行时的瞬时收率和总收率的计算式，并能用于进行有关计算。
理解在平推流反应器和全混流反应器中进行一级不可逆串联反应：（三）重点与难点重点：分批式理想混合反应器、全混流反应器和平推流反应器内的流动混合特征；温度、浓度和反应速率分布特征；等温操作下的设计计算方法；进行单一反应和复合反应时反应器的性能比较。
难点：单一反应复合反应的各种情况下，反应器型式、组合方式和操作方式的选择。
第四章非理想流动（一）主要内容1.停留时间分布2.平推流和全混流反应器的停留时间分布3.非理想流动的流动模型（二）自学考试要求3.非理想流动的流动模型理解返混的概念；返混与停留时间分布的区别和联系；建立非理想流动模型的必要性。
掌握用反应器停留时间分布实测数据（或E（t）函数式）和反应速率方程式计算出口平均转化率的凝集流模型。
理解使用凝集流模型的局限范围。
理解多级全混流串联模型的物理含义；数学模型建立的基本思路。
掌握根据反应器停留时间分布实测数据确定模型参数N的方法。
理解轴向分散模型的物理含义；数学模型建立的基本思路。
掌握根据反应器停留时间分布实测数据确定模型参数Ez/uL的方法。
能应用轴向分散模型进行一级不可逆反应的计算。
了解流体的微观混合与宏观混合及其对化学反应的影响。
(三)重点与难点重点：返混与停留时间分布的概念；E(t)和F(t)函数；平推流反应器和全混流反应器的E(t)和F(t)函数；由实验测定停留时间分布数据确定E(t)和F(t)函数和非理想流动模型的模型参数。
难点：非理想流动模型方程的建立。
第五章气固催化反应动力学(一)主要内容1.固体催化剂表面的吸附现象和吸附等温式2.气固催化反应的动力学方程3.气固催化反应速率的实验测定方法4.催化剂颗粒中的扩散(二)自学考试要求1.固体催化剂表面的吸附现象和吸附等温式理解气体在固体催化剂表面上物理吸附与化学吸附的区别。
理解朗格缪尔(langmuir)型吸附等温线方程式的基本假设；吸附等温线方程式的推导；单分子吸附、多分子吸附、解离吸附下方程的不同形式。
了解弗里德里希(Freundlich)型和焦姆金型吸附等温式的假设和方程形式。
2.气固催化学反应的动力学方程理解气固反应中，反应速率一般以单位质量催化剂为基准，不同场合也有以单位床层体积或单位催化剂体积等为基准的，应掌握不同基准间的相互换算。
理解气固催化反应所经历的七步过程；确定过程总速率的控制步骤法；当某一步骤起控制作用时，其他步骤所处的状态。
掌握在不同控制步骤下根据朗--辛(L-H)机理推导双曲线型反应速率式的方法，并能根据双曲线型反应速率方程式看出所设想的机理。
了解双曲线型和幂数数型反应速率方程各自的优缺点。
3.气固催化反应速率的实验测定方法理解检验外扩散影响的存在和消除外扩散影响的方法。
理解检验内扩散影响的存在和消除外扩散影响的方法。
了解实验室固定床积分反应器和微分反应器各自的优缺点；流动循环无梯度反应器的特点。
了解由动力学实验数据确定动力学方程和进行参数估值的一般做法。
4.催化剂颗粒中的扩散理解多孔催化剂粒内扩散的复杂性；分子扩散和努森(Knudson)扩散的区别。
理解分子扩散系数DAB或Dim、努森扩散系数Dk、综合扩散系数D和有效扩散系数De 的区别和联系。
理解催化剂有效系数n的定义；内扩散模数(Thiele模数)(p s的定义式和物理含义。
理解等温球形催化剂进行一级反应时有效系数n计算式的推导过程。
掌握有效系数n计算式的应用。
理解以特征长度L定义的内扩散模数p L的定义式；p s和p L的关系式。
理解包含了可以直接测得的反应速率值(-r)=-1dn/Vedt的Weisz模数p L的定义式；(p L与p L的关系式。
掌握p L式的应用，能根据p s或p L值的大小判别内扩散的影响程序，以及为消除和减少内扩散阻力可采取的措施。
理解内扩散对复合反应选择性的影响。
了解为了减少内扩散阻力和改善目的产物选择性，对催化剂制造采取的改进方法。
