化学反应工程原理范文

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《化学反应工程》课程是化工类及相关专业的核心课程之一，属于本专业重要的专业基础课和必修课，在化工类学生的培养过程中起着举足轻重的作用。化学反应工程是一门研究与化学反应工程相关问题的一门科学技术，是从上世纪30年代初萌生到50年代末形成的一门由过程控制、传递工程、物理化学、化工热力学、化工工艺学、催化剂等相关学科互相交叉互相渗透而演变成的一门边缘学科［1］。通过近几年的教学经验和调查研究发现，学生普遍认为化学反应工程是大学课程中最难学的基础课程之一，学习过程中发现理论计算公式复杂，反应器种类繁多，课程学习结束后感到一头雾水，抓不住重点。因此，面对这样一门课程，如何进行教学，让学生理解起来更加形象生动，从更本上改变化学反应工程的教学现状是我们目前的重要任务。本文结合不同种类高等学校选用教材的特点和差异，并根据我校化工专业的特色，提出了《化学反应工程》课程教学的侧重点，从多方面对本课程的教学提出了改革实施方案。

1《化学反应工程》教学在化工专业中的作用

化学反应工程的主要任务是研究化工生产过程中反应器内的反应规律和传递现象，使化学反应实现工业化生产的一门技术科学，是提高化工生产技术所必需的科学技术理论。化学反应工程在化学化工领域中起着举足轻重的作用，目前各种化学品的生产和应用无不借助于化学反应工程相关的理论知识。在20世纪40年代，一个化学反应过程的技术开发到真正的工业生产大概需要十年以上的时间，而现在只需要三到五年。此外，随着计算机技术的快速发展，中试试验的规模不断缩小，试验的次数也不断减少，大大加快了化工厂建设的步伐，降低了投资建设的成本［2］。因此，作为一门理论教学课程，将化学反应工程这门课程作为化工专业方向的重点课程进行建设，对于高等学校教学改革的促进、本科教学质量的提高、优秀化工专业人才的培养具有十分重要的意义。济南大学作为一所省部共建的大学，化学工程与工艺专业一直是本学校的特色学科，学校对化工类学生的培养目标一直是培养应用型高技术的人才，每年为我国的精细化工和石油化工行业输送大约240名高水平人才，对精细化工和石油化工行业的发展起到重要的作用。为此在化学反应工程教学过程中，我们紧密结合我校的特点和化工实际生产的需要，着重提升学生的反应工程知识储备，培养学生分析解决实际工程问题的能力，并在教学过程中不断地进行教学改革和实践，把课程、教材的理论研究和教学方法相结合，不断提升《化学反应工程》的教学效果。

2不同类型高校选用教材的特点和差异

直到20世纪70年代，化学反应工程的相关研究成果才开始被大量地介绍到国内，其中华东理工大学的陈敏恒教授，天津大学的李绍芬教授，浙江大学的陈甘棠教授，四川大学的王建华教授等是国内最早从事反应工程教学的学者。到了80年代以后，国内从事化学反应工程学科教学研究的队伍迅速壮大，并且化学反应工程的研究逐渐渗透到各种化工领域，与世界研究水平之间的差距也不断缩小，不同版本的教科书和各种各样的专著也相继出版。反应工程已经成为我国化工类专业学生的一门非常重要的专业课程。目前国内已有120所大学和科研单位培养化工类相关专业的人才，例如清华大学、天津大学、华东理工大学、北京化工大学、中国石油大学、南京工业大学、浙江大学、大连理工大学、四川大学、华南理工大学和济南大学等。目前化学反应工程学科正在蓬勃发展，由于国内高校地区和专业特色的不同，不同高校在化学反应工程教材选择上也存在差异，各有各的特点。作者就不同高校所使用的《化学反应工程》教材进行了汇总和分析。首先介绍一下陈甘棠教授主编的《化学反应工程》(第三版)，这本教材是国内许多化工类高校选用的主要教材之一，随着我国在化学反应工程这一重要学科的教育方面日渐普及，该部教材自1981年第一版问世以来，已经出版到了第三版，受到广大化工类专业师生的好评［3］。该部教材的特点是着重基础，本书共分为十章，分别介绍了均相反应过程，包括均相反应动力学基础、均相反应器、非理想流动:非均相反应过程，包括气—固相催化反应过程、非催化两流体相反应过程、固定床反应器、流化床反应器;聚合反应过程，包括聚合过程的化学与动力学基础;生化反应过程，包括生化动力学基础、生化反应器。该部教材注重反应工程研究方法的介绍，在不同的章节内容中论述了反应工程学的发展方向，有助于读者进一步深入研究。朱炳辰老师主编的《化学反应工程》也受到国内很多工科类高校化工专业老师和学生的青睐。本部教材的第一版是由化学工业出版社于1993年出版，截至目前本部教材已经出版到第四版，其中第三版累计发行量高达32000册。《化学反应工程》第四版主要吸收了一些关于现代化学反应工程发展方向方面的知识，本部教材的主线是围绕化学反应与动量、质量、热量传递交互作用的共性归纳综合的宏观反应过程，以及如何解决反应装置的工程分析和设计。该书对近年来出现的化学反应新概念、新理论和新方法做了大量阐述。另外，对于国内一些偏工科的化工类高等院校，选用的教材大多数以郭锴老师主编的《化学反应工程》为主，本部教材的主要内容包括:均相单一反应动力学和理想反应器、复合反应和反应器选型、非理想流动反应器、气固相催化反应本征动力学、气固相催化反应宏观动力学、气固相催化反应固定床反应器、气固相催化反应流化床反应器、气液相反应过程与反应器、反应器的热稳定性和参数灵敏性。本部教材的特点是主要突出了该门课程的重点和难点，删除了一些与教学大纲联系不是十分密切相关的内容，并着重讲解解决化学工程问题的基本方法。除此之外，罗康碧老师主编的《化学反应工程》教材结合了理科和工科的综合优势，吸收了国内外相关教材的许多内容和好的经验，增添了一些反应工程研究方面的最新成果。另外，本部教材在贯彻“少而精”的原则上更注意删繁就简，将重点放在化工专业领域内共性的基本问题上，并且同时体现了其教学性。本部教材先重点阐述基本概念和基本原理，然后结合实际生产，详细论述各种常用反应器的设计方法，并列出详细的例题和课后习题，用于帮助学生利用所学到的反应工程原理去分析和解决实际应用问题。近年来，梁斌等老师主编的《化学反应工程》第二版也受到国内许多化工类高校老师和学生的欢迎。在本部教材中，主要内容是以《化学反应工程》、《反应器理论分析》及国内外相关优秀教材为基础，致力于培养学生的分析问题能力和提高学生的工程实际知识储备，减少了教材内容在模型分析上的过程描述，加强学生在建立模型方面的训练。另外，本部教材还增加了工业应用背景的实例分析和课后习题，在分析解答这些习题的过程中让学生充分掌握反应工程的基本原理和相关知识，使教学内容尽量与科学研究和工程实践同步。

3我校化工专业的特点和教学侧重点

济南大学的化学工程与工艺专业属于理论性和应用性兼顾的一门特色化工学科，本专业始建于1992年，前身为山东建材学院精细化工专业，1993年招生，是济南大学重点学科的重要组成部分，2007年被学校授予校级特色专业，2012年成为山东省品牌(特色)专业，现为山东省氟化学化工材料重点实验室依托专业之一。其中化学反应工程这门课是本专业重要的专业基础课和必修课，另外，化学反应工程课程的理论教学是本专业本科教学的重要组成部分，起着理论指导和基础知识培养的作用。另外，从学校每年安排的工程实习学时就可以看出，学校对学生的动手能力和实践能力提出了更高的要求。例如学校每年组织化学工程与工艺专业大三学生去山东金城医药化工有限公司进行生产实习，主要参观和学习2－甲氧羰基甲氧亚胺基－4－氯－3－氧代丁酸生产车间的反应器设计和工艺装置流程图。通过调研每年的学生生产实习效果发现:学生在学习完实际工业生产装置后，对课本上的基本概念和原理理解的更加透彻。根据我校化工专业的特点，在《化学反应工程》的课程教学上，我们选择的教材是郭锴老师主编的《化学反应工程》第二版。在课堂教学过程中我们的教学目标为:通过对反应工程理论的学习，能够运用化学反应工程的理论方法建立数学模型，优化设计反应器、或者改善化学反应场所、改进现有的化工生产工艺;进一步提高学生的理论联系实际的能力，培养学生判断和解决问题的能力，使学生学会研究的方法，为进入研究生学习打下良好的基础;掌握由化学动力学特性建立动力学方程、建立数学模型、优化和设计反应器及改进化工工艺的理论;运用化学反应工程的知识，能够进行基本化工反应装置反应器的设计。

4拟采用或已经实施的教学方法

化学反应工程具有跨接多种学科的特点，结合本校化学工程与工艺专业的特色和优势，笔者从以下方面进行了教学方法的改进。(1)结合我校特点济南大学在医药中间体工业化生产、氟化学材料合成、精细化学品制备和环境催化方向具有鲜明的特色和优势，已经发展成为以新产品开发、新工艺设计、新技术应用为特色的精细化工和化工领域高级人才培养、科学研究和新技术开发的重要基地之一，并多次获得国家科技进步奖和发明奖。因此，在本科教学过程中，要结合我校化工专业的特色，着重讲解气固相催化反应和气液相反应过程，并要求学生能够运用化学反应工程的知识进行基本化工反应装置或反应器的设计，进一步提高学生的理论联系实际的能力，培养学生判断和解决问题的能力，为社会培养优秀的化学化工(医药中间体、氟化学材料和精细化学品)相关人才。(2)阐述方法和教学方式的改进目前全国高等学校的教学方式还是以灌输式教学为主，老师主动讲，学生盲目听，导致课堂利用率低，学生学习效率不高。随着计算机技术的不断发展，多媒体技术在高校已经普遍使用，虽然这样可以改善课堂教学方式，丰富课堂教学内容，提高学生的学习兴趣，但是多媒体技术的使用导致每节课的授课内容大大增加，学生并不能高效率的吸收每节课中所有的知识点，导致在学期末时学生对这门课的了解程度并不高［4］。例如，我在第一次讲授《化学反应工程》这门课程时，由于讲课经验和技巧都很欠缺，所以在整个课堂教学过程中完全按照多媒体上的内容进行阅读，这样生硬的填鸭式的教学模式，导致整个课堂教学效果很差。因此这样的灌输式教学模式会导致学生盲目听从，其自主性和能动性大大缺失，所以在以后的教学过程中，我们要“授之以渔”，而非“授之以鱼”，这需要我们在教学方式上加以引导［5］。笔者认为改变这种填鸭式的教学模式，主要的突破口就是让学生参与到课堂教学过程中，充分调动学生的积极性并培养学生对本门课的学习兴趣。针对这一措施，笔者在教学过程中进行了一些探索和改进，取得了很好的效果。具体探索过程如下:在阐述一些基本概念和原理的时候，可以在课前让学生充分的查阅资料，然后在课堂上让学生进行讲解，在这过程中并进行充分讨论，最后老师做总结，并纠正学生的错误观点。这种“查阅资料－主题讨论－问题反馈”的教学模式，能够让学生参与到课堂教学过程中，让学生做课堂真正的主人，提高学生的主观能动性，改变填鸭式教学的不足。(3)注重理论和实际的结合在高校的课堂教学过程中，教科书是一种不可或缺的教学工具，但也不能作为唯一的使用工具，教科书在本科教学过程中只能作为一种辅助的工具。这样就要求老师在教学过程中要灵活应用教材，既不能完全拘泥于教材，也不能完全脱离教材，在讲清楚基本原理和基本概念的基础上，注重理论和实际相结合。在每一章的讲述过程中，把每一个知识点都与实际工业应用相互关联，并阐明其主要的热量传递、动量传递、质量传递及化学反应在实际过程中是如何应用的，以加深学生对每一个知识点的理解。另外，还要注意结合科研成果，对学科前沿知识进行讲解，让学生了解目前化学反应工程的研究动向，例如在讲解气固相催化反应本征动力学时，可以引入最新发表的经典文献，通过对文献的讲解，加深学生对气固相反应本征动力学的理解，知道如何来研究一个催化剂的本征反应活性。通过这种理论与实际相结合的方法，可以大大提高学生在课堂上的学习效率。在对《化学反应工程》课程教学方法不断改进后，获得了良好的课堂效果，这不仅对教师的教学能力是一种转变和提高，对化工类学生思维和能力的培养也具有重要的意义。

参考文献

［1］金涌，程易，颜彬行.化学反应工程的前世、今生和未来［J］.化工学报，2013，64(1):34－43.

［2］王安杰，周裕之，赵蓓.化学反应工程［M］.北京:化学工业出版社，2005:1.

［3］陈甘棠.化学反应工程［M］.北京:化学工业出版社，2011:1－3.

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.200

化学反应工程是化工类专业的一门核心课程。该课程以物理化学、化工原理、化工热力学等化工专业基础课为先修课程，其主要研究物料从进入反应器到离开为止的全过程，主要解决过程中的反应动力学和反应器分析与设计两个基本问题。化学反应工程内容涉及多学科，理论较抽象，数学模型多，计算复杂繁琐，有些方程只能通过数值计算求解。因此有不少学生把化学反应工程认为是大学中最难学的课程之一[1-3]。

重庆三峡学院是一所普通本科院校，学校人才培养目标是培养应用型技术人才。在化学反应工程的教学中，结合学生的实际情况，让学生能系统掌握本课程的内容，使教学内容达到较为合理的程度，力求把化学反应工程基本观点与相关基础知识紧密联系起来，着重培养宽口径、厚基础、应用型化工高级人才。为此，以培养学生综合运用基础知识分析、解决实际问题的能力为目标，把课程的理论研究与教学方法、手段等方面研究相结合，积极地进行教学改革探索与实践[4-6]。

1 教材的选择和教学内容的精选

优秀的教材是课程教学的基本保证。有关化学反应工程的教材版本很多，体系编排差别较大，所涉及到的内容大都符合教学大纲的规定，因此合理选择教材对于教学和学习非常重要。根据我校的实际情况，在研究多个版本教材的基础上，认为普通高等教育“十一五”国家级规划教材、由陈甘棠教授主编的《化学反应工程》（第三版）符合教学内容及授课体系，该书定为我校化学反应工程课程教材。该书内容经典系统，覆盖面大，循序渐进，篇幅较短，易于学生掌握。其它版本的教材当中，朱炳辰教授主编的《化学反应工程》更注重反应工程研究方法介绍，并在相应章节中论述了反应工程学科的新进展，便于读者深入钻研。两本教材各有特色，可互为补充。另外选取优秀的外文版教材译本作为学生的参考书，让学生涉猎到化学反应工程学科的前沿知识，开拓视野。

课程教学内容要力求体现本学科的科学性、先进性和适用性。教师只有掌握了该课程的知识结构特点，才能够抓住教学重、难点，精心选择教学内容。化学反应工程课程的基本内容包括反应动力学和反应器设计与分析两个方面，依据化工过程中的化学反应与反应过程中的动量、热量和质量传递关系来讲解，并对反应器进行设计与分析，阐明反应动力学基本原理。在实际的教学中，教师应清楚课程各部分知识的结构层次与相互关系，紧紧围绕反应工程学科的两个基本问题，把基本观点与基础知识联系起来，从工程分析的角度讨论化学反应工程中的重要概念。因此任课教师备课时必须认真钻研教材，了解本学科发展动态及前沿，精心组织讲课内容，合理安排，突出重难点，内容详实。重点讲授气-固相催化反应本征动力学与宏观动力学、理想流动反应器、反应器中的混合及对反应的影响等章节，突出工程意识，增强学生分析问题和解决问题的能力。对于气-液反应及反应器、气-液-固三相反应工程和多流体相的反应过程等内容，进行适当讲解。同时努力拓宽教学内容信息，把学科研究的最新工业化成果向学生介绍，激发他们的创新意识和工程意识。对于本课程与其他学科领域交叉形成的一些新的分支，如聚合反应过程、生物反应工程、电化学等，以学生自学为主，达到开拓学生的视野和培养学生创造力的目的。

2 采用灵活多样化的课堂教学模式

课堂教学是化学反应工程理论教学的主要环节。本课程涉及较多工程数学知识，且要求有一定的逻辑思维能力，由于学生的数学基础比较薄弱，专业基础知识面也不宽，课堂讲授的内容和方法必须适当，才能收到较好的教学效果。在化学反应工程课程的教学过程中，采用多种多样的n堂教学方法，改变完全以教师为中心的讲授式教学为多种教学方法并用， 以达到提高学生学习的主动性，提高课堂教学效果。下面介绍主要采用的几种教学方法。

2.1 讲授式教学

教师系统地向学生传授学科知识。教师在讲授每一章时都可先用几分钟的时间，采用图示的方法，概括本章主要内容和基本理论结构框架，让学生领会教学目标，明确教学思路和重、难点以及具体应用实例，特别要联系实际和知道如何应用到相应的具体计算当中。在每一堂课开始时，都应该有承上启下的对上一节课的内容相应的总结，使学生能够将知识有机地结合起来。教师在讲授过程中要详细讲解典型内容，并要突出重、难点。如气-固催化反应和气-液反应过程，可以根据反应物分子必须接触碰撞才能进行反应的共同特点入手，讲解其最基本的反应步骤。让学生了解其共性后，能够举一反三，推导出相应的液-液、液-固反应过程，既调动了学生学习的积极性，又能使学生牢固掌握基本理论。

2.2 互动式教学

即授课过程中教学双方经常进行交流互动。教师可以选出教材中较为典型的章节或例题，首先提出问题，由学生自行阅读课本，让学生带着问题自主学习，以学习课程知识为重点，让学生自行讨论阅读的内容后，全班讨论或小组讨论，最后教师强调并总结该部分内容中的关键概念和原理等。每次课程结束时，教师可以给学生布置总结本次课程内容的任务，下次课上随机抽出几位学生对前一次课的内容进行提纲挈领式的回顾，由此达到督促学生课后自主复习，及时消化，保证知识的连贯性，达到温故而知新的目的。互动式教学方法能够促使学生自主学习，新问题的提出，又能刺激学生主动想法获取问题答案，学生上课的积极性很快提高，取得了良好的教学效果。

2.3 归纳对比法教学

化学反应工程教材中的概念抽象，公式繁多，教学推导过程复杂。归纳对比法在化学反应工程的教学过程和指导学生复习巩固知识过程中起着重要的作用，可以把零散的、不成系统的基本概念知识系统化、理论化。例如，将理想反应器和非理想反应器，连续反应器和间歇反应器，平推流反应器和全混流反应器，等温恒容反应与等温变容反应，流化床反应器和固定床反应器等基本概念进行对比。通过比较，找出概念的相同点和不同点，把相近的概念区别开来，从而达到简化、概括和记忆的目的。除了本学科之内的概念比较外，也可以不同学科进行比较。如把反应器中三传问题与化工原理中的单元操作相比较，把宏观动力学与物理化学课程的本征动力学相比较，有意将化学反应工程和已经学过的课程进行联系，以加深学生对该课程学习的兴趣。将复杂的概念用列表、提纲等简单明了的形式表达出来，使学生在“识同辨异”中增进学习兴趣，在“归纳”中渗透，在“对比”中巩固，最终达到提高学习效率的目的。

2.4 案例教学法[7]

化学反应工程教材中的很多化工案例，内容过于简略，学生很难从中真正领会到案例的作用。对于教学过程中选用的一些能够反映技术发展前沿和创新科研的工业实例，可采用案例教学法。从化工实践中选取合适的案例，进行专题讨论，充分调动学生学习的积极性，发挥学生在学习中的主体作用，使他们通过积极的思维后主动获取知识。在案例教学的讨论中要注意教材中前后章节内容的连贯性，不孤立分割每一章节内容，要让同学意识到，所学的知识不是独力的而是共同为解决实际问题服务的。例如在讲授固定床气-固相催化反应时，选择学校实习基地宜化化工集团公司合成氨多段绝热固定床反应器的案例，结合生产实习认识，对固体催化剂的装载具体要求，反应器的具体实际类型和操作条件、操作方式等进行详细讲解和讨论，让学生深刻体会气-固相反应的过程、固定床催化器的特点、使用情况和选型原则等，初步掌握化工生产过程分析问题和解决问题的方法，培养学生理论联系实际能力。案例教学可以给学生留下深刻的印象，从而激发他们的创造欲，使他们成为推动学科发展与技术进步的新生力量。

3 理论教学与实践教学充分融合

在教学过程中，化学反应工程课程组教师充分认识到理论教学与化工专业实验和化工设计的统一性，理论知识能指导实践，科学实践又能帮助将感性认识上升为理性认识后，再应用到实践中去。抓住各实践教学环节的机会，将本课程中的理论融入实践教学之中。

由于校院两级投入的加大，实验条件和实践教学条件有了较大的发展。针对本课程所设置的教学实验有多釜串联反应器停留时间分布测定实验、管式反应器烃类裂解反应实验、苯酐合成实验、固定床与流化床的流动特性测定实验和乙苯脱氢制苯乙烯实验。现在开设的化工专业实验中，有很多实验是和理论课程紧密相连的，只要科学合理安排理论教学和实验教学，就能使二者有机结合，为本课程的实践教学提供良好的支撑。进行相关实验能够进一步强化学生所学的理论知识，让学生在实验过程中认识真正的反应器，并将所学理论知识运用到反应器的操控和数据的处理。改变那种老师“抱着走”的单一教学方法，提高学生学习的积极性和主观能动性。

课程设计是完成课程教学后对该课程基本知识和技能进行综合应用的一个教学环节，通过课程设计培养学生解决生产实际问题的能力和知识的综合应用能力。为了进一步深化学生对化工反应器的认识，建成了仿真计算实验室，仿真实验室安装有化工设计模拟软件，为学生化工设计实践提供了良好条件。化学反应工程课程的主讲教师也是化工设计指导老师，学生以小组为单位，教师提出设计课题，学生查阅工程手册等资料，采用CAD 绘制设计图纸，并通过答辩完成课题设计。通过反应工程的课程设计，初步培养学生的工程理念。

化学工程与工艺专业的学生都必须要经历认识实习和生产实习等实践环节。化学反应工程课程组教师充分利用这些实践教学环节，引导学生把课程理论知识与现场生产实践相结合。例如在实习中，给学生下达任务，了解相关工业反应器的形式和特点，其中所发生反应的类型和特点，记录反应器进出物料组成和流量等数据，利用该数据进行物料衡算，计算主产物的收率、选择性等，使学生利用所学知识，体会到所学知识在实际工作中的作用，激发学生学习兴趣，实现理论与工程实际的紧密结合。

4 改革考核方式

考试具有测评教师教学水平和学生学习效果的功能，还有引导学生积极学习的“无形指挥棒”作用。考试制度的改革可以同时有效促进教学内容、方法和手段的改革。考试通常有开卷和闭卷两种，各有特点。本课程采用平时成绩（占20 %）和期末考试成绩（占80 %）相结合的考核方法。化学反应工程课程试题多年来一直坚持教考分离，每次考试试卷由其他教师按基本要求从试题库出70%的考题，主讲教师根据各自的讲课特点出30%的考题组合而成。这种命题方式既考虑了课程的基本要求，实施教考分离，又能充分发挥各主讲教师自己的讲课特色，要求学生体会课堂教学的内容。

平时成绩按照学生平时出勤、作业、课堂回答问题及课堂练习考核、写小论文、写专题报告等情况综合评定给出。平时学生可以上学校化学反应工程精品课程网站，自主学习，使学生的综合素质得以提高。

期末笔试考核学生必须掌握和熟记的基本理论、数学模型与计算方法等，按照期末笔试答题情况给出期末成绩。这种综合评定成绩方式督促学生注重综合素质的提高，对学生良好的学风建设起到了促进作用。任课教师在每次考试后，要求必须对试卷进行详细分析和课程总结，找出试卷中学生存在的共性问题和薄弱环节，为下一轮教学起到借鉴和促进作用，并注意在教学过程中不断改进和完善，实现教与学两方面共同提高。

5 结束语

在当今实施素质教育、培养创新型人才的社会大背景下，化学反应工程作为一门工程学科，要求学生系统掌握反应工程课程的内容，能够把反应工程基本观点与工程知识紧密联系起来，从工程应用分析的角度来讨论重要的工程概念。通过课堂教学与专业实验、生产实习相结合以及创建课外实践教学活动平台和考试形式等多方面的教学改革，并比较了改进前后的教学方法对教学效果的影响进行，发现不同的内容采取相应的教学方法，学生更便于理解掌握教学内容，收到了良好的教学效果。化学反应工程的教学改革还只做了初步的改革探索与实践，每个学校具体情况都不一样，应根据自己的专业方向和办学特色做进一步的探讨。

参考文献：

[1]范明霞，袁颂东.化学反应工程重点课程建设探索与实践[J].广州化工，2009，36（2）：111-112，115.

[2]丁刚，吴元欣，程健等.化学反应工程课程体系与实践教学模式的探讨[J].化工高等教育，2008，103（5）：49-52，79.

[3]傅杨武，祁俊生，梁克中.论《化学反应工程》教学改革与实践-从“3T”人才培养模式视角[J].重庆三峡学院学报，2011，27（3）：131-134.

[4]李望，朱晓波.《化学反应工程》课程教学方法初探[J].教育教学论坛，2015，43（10）：156-157.

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2.CFD在化学工程换热器中的应用分析

换热器是化学工程中使用最多的设备，通过计算流体力学的计算方式，不仅可以精确、详细的测量换热设备内流场的流动，也可以预测换热器的性能，经济可靠的换热器对化工工业具有重要作用。对于化工中的管壳式换热设备，其内部的几何形状设备结构复杂，利用计算流体力学模拟管壳式换热设备的壳侧流场，进而充分了解管壳式换热设备的壳侧在瞬间变化中的温度场、速度场，CFD的应用有利于分析研究换热器的基本原理和结构构造。

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工业是国民经济的基础，随着社会经济的不断快速发展，对于工业生产也提出了更高的要求。然而，当前我国工业发展面临着资源价格飞涨，环境污染日益严峻的情况，这也使得全社会对于工业生产越来越关注。怎样有效的处理好工业污染物，防止其对环境的二次污染，怎么有效的利用好数量庞大的生活废品，是当前许多学者都在研究的问题。绿色化学工程是在社会迫切需要的情况下诞生的新型项目，这个项目的目标是：对日常化学生产当中的一些资源浪费及环境污染进行有效的处理，从而使得化工污染得到有效缓解，化工生产过程中的资源浪费得到很大的改善。

一、绿色化学工业的概念

绿色化学又被称为无污染化学，以此为理念而开发出的技术就是绿色化学工程技术，采用化学原理从根本上降低化学工业对环境造成的破坏。化工业发展的基础是绿色化学工程，它已成为了未来化学工业发展方向的重要研究目标之一，绿色化学具有以下两种特性：首先，绿色化学的根本思想在于保护环境，使自然资源可持续发展，让人与自然之间的关系和谐，人们对环境造成的破坏促使了对绿色化学的研究；其次，绿色化学是将环境改变的技术，发展下的绿色化学技术以逐渐可以应付各种环境下对自然的破坏。从根本上来说，绿色化学是预防环境污染；而环境化学则是对污染后的环境进行改善和治理。两者之间是根本不一样的，在最终目的上也是千差万别的。

目前，对绿色化学进行研究的重要发现和实践活动为绿色化工技术。基本原理是采用原料中的原子进行转化，这就使化学工业在进行工作时不会产生污染物，达到对化学工业污染物的零排放。并且，在进行化学工业工作时，不使用任何具有危害性和毒性的原材料，这样可以生产出对环境不造成破坏的产品。这种技术目前处于理论状况，但是在众多科研人员的努力探索下，还是可以逐渐实现此种设想的。

二、绿色化学工程与工艺的开发

在传统化学的生产过程中，在有毒、有害物质的处理上存在较为严重的滞后性，因此导致化学工艺一直处于被动生产。应用这样的化学工艺对污染物进行处理无法取得理想的效果，资源优化也无法得到有效实现。化学工艺的应用不但导致化学生产污染物成本提高，还导致污染物处理效率严重下降。绿色化学工程的应用可有效弥补传统化学工程中存在的缺陷，其通过对相关科学技术及先进方法的利用，对化工生产相关污染物进行除尘、脱硫等处理。绿色化学工程与工艺具体实施方法主要有以下几种。

（一）采用绿色化学原料

在化工生产工艺及具体流程中，化学生产原料是起着决定性作用的主要因素，在传统化学工程中，所用原料大部分为不可再生能源。采用这些原料不但大大提高国家不可再生能源的消耗，同时还导致污染物的排放量大大增加，加重生态环境污染程度。将绿色化学原料作为化工生产材料是绿色化学工程重要研发内容之一。在化工生产过程中，可使用绿色化学物质、自然物质等无染污、可再生的化学原料。典型的绿色化学原料主要有芦苇、苞米杆、纤维植物等。将这些作为原料投入到化工生产过程中，可使其转化为酮、醇、酸类等多种化学品。在整个转化反应过程中，这些原料仅会产生一定量的氢气，而不会有任何一种有害、有毒的物质产生。

（二）提高化学反应的选择性

在化学工程的物质反应中，化学反应作为必不可少的重要组成部分存在。所有化学原料的转化均是需要化学反应才能得以实现。在化工生产过程中，合理选择有效的化学反应形式可有效促进化学工程生产效率及质量得到提高。对化学反应产生影响的因素有很多种，反应原料、环境、时间、特点等均会对化学反应产生不同程度的影响。在化学生产过程中应用最为普遍的反应形式为氧化反应。在氧化反应过程中会有大量的热产生，所有化学原料均会在热的催化作用下发生变质，因此会大大降低化学品的生产质量。在绿色化学工程中，应用新型的反应形式，这种新型反应形式为烃类氧化反应。这种反应形式的应用不仅可促进催化物反应催化能力得到提高，同时还可有效促进生产物同分异构反应时间增加。

（三）使用无毒无害催化原料

随着化学工业发展速度的不断加快，将化学反应合理的应用于化工生产过程中已经成为促进工业可持续发展的重要前提之一。在化学反应过程中均离不开催化剂的使用。将催化剂应用于化学反应过程中，可有效加快反应速度，缩短法宁时间。所以，在化工生产过程中使用无毒无害的催化原料成为推动绿色化学工程与工艺不断深入发展的重要前提条件之一。目前，我国相关部门已经高度重视对催化原料的选择及应用进行深入研究。越来越多的催化剂得到开发和研制，化学反应过程中使用的催化原料不断得到改善，分子筛除催化剂等优良催化原料在化工生产过程中的应用越来越广泛。无毒无害催化原料的應用可有效提高化学反应效率，降低能源消耗量，同时也可减少环境污染。

三、结论

化学工程与工艺的发展不仅影响着现代社会的发展，而且有助于环境友好型社会的构建。当前世界面临着资源和能源的短缺，社会经济的发展不能以牺牲环境为代价，这就需要化学工程与化学工艺共同发展，满足我国资源节约和环境保护的需要。化学工程与工艺的行业领域需要积极配合国家提出的可持续发展战略。转变可持续发展的概念。重视化学工程与工艺发展的环保性，转变传统的化学工程与工艺，减少环境的污染，积极开发新能源，走环境友好型道路。

参考文献 

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    化学反应器中的肥料制造过程中往往是不能够达到反应温度,因为反应不充分,往往产生较多的废物和气体。这样的生产方式不能满足生产和生活的需要,化学反应是不充分的,引起最大的化学产品的生产问题,以及较低的化学反应产率。因为反应不完全严重使化学品的生产效率降低,造成能源和资源的巨大浪费。化学工程在化工生产过程中,整个项目的连续性较差,因此,可能会影响处理正在进行化学反应进展,所以化学工程生产链的整体,是一个很大的整体生产工程。

    目前的化学品制造工序中,不适合的化学品的制造过程,其中有一些生产的主要问题是非常明显的。化学制造过程中,有必要对这些问题采取合理的解决措施,以改善化工生产。最新生产的化学品,需要有效提高化学生产过程的完全反应率,以减少生产过程中所造成的污染。首先,化学品的制造方法中,可提高反应的环境和反应条件进行。为了减少废物的产生,提高了生产效率,实现高效率的生产,化学反应的条件是最重要的生产条件。因此,提高化学品生产的效率,在制造过程中要满足化学反应条件。必须有足够的催化剂和反应条件下,要达到化学反应的标准,以确保生产化学品的制造进一步的提高生产效率,并减少化工生产中产出的废物。化学废物包括废水,废渣和废气。确保这些废物直接排入环境不形成污染,可以选择相对绿色安全的化学品。其次,化学品制造过程中,尽可能的改善生产环境,并提供一个管理系统和废物的处理程序。

    目前,化学工业生产中形成的废物直接排放到自然环境绝对含有重金属和有毒物质。此外,在许多情况下,包含应被视为需要进行适当的废气处理。废水排放,是一般使用化学合成的化学过程所形成的。减轻其废水的有害影响,主要是通过使用沉淀这一种化学反应,最基本的原则,原理是用沉淀的方法在废水中得到重金属。此外,废气处理装置的一个装置,例如,为了确保释放到空气中的安全,废气通过除尘过滤器和有毒气体,进行废气处理中,应严格按照国家规定的标准实施。最后,对化学生产过程中的反应机理与反应条件进行了分析,化学工程实践中,在化学制造工艺技术方面的技术进行讨论,是一种有效的方式。化学制造是最简单的环节,因为它更适合于化学品生产。当然,在不同的环境中,化学反应是随机变化的,化学生产方法与制造原料不同会导致化学反应的不同。采用好的化学原料与好的化学反应方法能够有效的提高生产效率,实现绿色的生产。总之,对化工生产技术进行改进,能够进一步的开发出非常积极的化学生产,完善当前化学生产链。

    上述分析是化学化工生产率提高的探索问题,化学工程和化学品制造过程。注重环境保护和节能减排的要求下,必须增加化学生产过程中,生产的化学品生产效率。不能够以牺牲的自然环境为代价,进行大量的化学品生产。化农是中国的主导产业,环境是农业发展和人类生存的基础,化工环保在化工整体行业的发展起到非常重要的作用,目前已经产生了较为合理的绿色生产,进一步实现化工生产的产业化发展。在化工生产过程中,旨在改善生产效率,提高生产技术得到高产率的化学物质,符合要求的节能环保理念在化学品的制造过程中得到充分的重视。优化化工生产技术,以真实的达到保护环境和能源节约目标的,开发一种化学品后处理的绿色工艺。从根本上解决了合理的化工产品的生产问题,以最大限度地提高化学品的制造过程中的生产效率。

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1.1选择有益材料对于化学反应来说，最重要的还是选料的环节，它的好与坏直接影响着化学反应是否友好是否有益。有效的防范，以达到在过程以及结果的一种良性局面。

1.2采用高效高选择性的反应原料对于化学工业来说，化学反应是决定化学工业生产过程中生产成本和生产难度、充分利用化学资源等各方面的重要性因素。可以降低工业生产的成本，而且能够提高产物纯度，减少无效反应产物的排放，节约化学资源，在化学工业中，有机物的反应复杂，研究机制不确定，所以选择合适的反应原料，不断提高工业技术是对化学工业的发展有着重要的意义。

1.3使用绿色无公害的反应催化剂催化剂作为化学反应中能改变反应速率的的物质，在化学工业中应用广泛，绿色化学就是研究生产高效高质量的化学反应，不产生任何有害物质，无效产物可以做到循环利用，无公害。这项生产技术就是高度依赖化学反应过程中的催化剂，不断创新，不断推动绿色化学产业的发展，相关机构已经着手研究这些优良的催化剂.

2寻找高效绿色的化学催化剂对提升工业生产水平的作用

2.1化学工业中绿色化学的应用绿色化学的核心就是要利用化学原理从源头消除污染，做到完全无公害无污染，因此它又被称为清洁化学，应用范围广泛，它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科。工业中化学反应发生的条件一般都是高温高压，在反应过程中，只有适宜的温度和压力才能使用现代化学工业的技术，另外加上绿色化学的高效催化剂，这项工程才得以不断发展。例如上文提到的低维材料碳纳米管，催化裂解反应中有很大的化学功效。

2.2化学工业中绿色化学和现代生物结合的应用。讲到了催化剂，这就涉及到另外的技术性学科生物技术。生物技术的就是高科技与高端专业知识结合的产物，学科内又分为细胞工程、基因工程、胚胎工程等等。在化学产业中主要应用于生物化学。在化学工业生产过程中，选取有机的生物材料，主要是动植物的原料，另外也会采用他们经过上千年演变的产物—地下的煤炭等。催化剂主要由人工催化剂和自然催化剂，分别由人工合成以及采用天然动植物的生物酶。这样能够满足现代化学工业发展的需要，同时也能切合可持续发展的指导思想，节约能源，维持现在生态平衡的状态，推动化学工业发展。

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2在化学反应工程、分离工程教学中的应用

化学反应工程和化工分离工程皆为化学工程与工艺专业本科生必修的专业基础课程。其主要研究内容的共性为过程开发、工艺设计以及实际生产操作过程中遇到的工程问题。在化工生产过程中，化学反应是生产的核心，而分离过程则是其前的原料净化和其后的产品精制，一般来说分离装置的费用占总投资的70%以上。过程模拟系统中，基本上包含了教学过程中所包含的各式反应器模型，另外系统还集成了用户自定义模块，用户可根据实际需求二次开发反应器模块子程序。而对于化工分离过程的模拟无论是从可模拟介质的种类和塔器的形式上，还是从模拟结果的精度上，都堪称化工模拟技术发展的代表。如：在AspenPlus中用于模拟所有类型的多级汽-液、液-液平衡为例，其计算分为简捷、严格法两种。简捷法计算单元模块库有三类：简捷法精馏设计、简捷法精馏核算和石油简捷蒸馏。严格法计算单元模块库有六类：严格精馏、复杂塔严格精馏、石油严格蒸馏、基于质量传递速率蒸馏、严格间歇蒸馏和严格液-液萃取，每一类单元模块库中又有多个以进料、加热器（冷凝器）和侧线物流等不同组合形式，如：严格精馏不仅可用于两相(汽-液)计算，还可用于三相(汽-液-液)计算，即可模拟：普通蒸馏、吸收、再沸吸收、萃取、再沸萃取、抽提、共沸精馏、平衡和反应比例控制蒸馏等工艺过程，而石油严格蒸馏库中就有近50种形式可选，所以过程模拟系统不仅可以满足化工分离工程课程主要内容的需要，而且对其后继石化、炼化等工艺课程，也有较大的帮助。天津科技大学王彦飞，朱亮等采用教学内容与AspenPlus软件相结合以提高教学质量，讨论环氧丙烷水解绝热连续搅拌釜式反应器模型的多解性，在课堂上非常快速直观的让学生清楚了解多定态现象以及产生的原因，有助于学生对反应过程的理解，并通过软件使用可以回答，“如果改变某些条件，那么对于结果有哪些影响？”这样的问题。南京化工职业技术学院化工系戴斌，徐宏利用化工过程模拟系统ChemCAD二次开发工具，在SO2转化反应器的工艺设计上，通过使用VBA语言编程，实现有复杂反应动力学方程的反应器工艺设计。变换不同的SO2转化工艺条件，计算得到与之对应的反应器体积，从而为装置技改、去瓶颈和优化提供依据。上海应用技术学院吴锡慧，郁平等对化学反应工程教学改革和实践，在实验中引入AspenPlus软件强化计算机应用，提高了学生们的设计和综合分析能力。该软件也正被学生用在大学生化工设计竞赛、毕业设计和科技创新等环节。天津大学化工学院李士雨，齐向娟给出了应用ChemCAD模拟软件更新分离过程教学内容的初步方案包括：分离过程热力学、自由度分析的原理和方法、单级平衡和多级平衡模拟计算等。得出：无论从国内外化工分离过程教学内容的更新趋势上看，还是从工业界对分离过程教学内容需求的变化上看，在分离过程教学内容中增加计算机模拟分析方法是大势所趋。华东理工大学化工学院李伟，朱家文等采用模拟软件ProII在化工分离习题课上，同时改变热力学方法、闪蒸条件、压力等，完成不同条件下的多种闪蒸计算。进行丙烯精制塔精确计算可对塔操作参数进行多方案计算和比较，实现整体优化；通过调节操作参数实现产品的纯度和塔的能耗比较，在其之间建立量化概念，这对于思考许多分离基本问题是十分有益的。江苏石油化工学院朱建军、林西平等利用AspenPlus软件对醋酸与乙醇催化反应精馏塔进行模拟，回流比、进料组成、进料位置等对醋酸与乙醇收率的影响进行了分析，结果表明：运用AspenPlus软件可以有效、快捷、方便地模拟脂化反应精馏过程，结果可靠,精度高。江汉大学化学与环境工程学院吴宇琼将AspenPlus软件引入分离工程课程及实验教学中。通过演示软件操作录像、学习模拟经典实例等方法，使学生迅速掌握并使用软件，借此求解泡、露点及塔板数等。广西大学化学化工学院秦祖赠，葛利等利用ProII对膨胀器的气体加工装置进行模拟，福建农林大学材料工程学院卢泽湘，范立维等利用AspenPlus对甲基叔丁基醚(MTBE)的催化反应精馏工艺进行模拟，并进行教学演示和讲解。着重在混合物热力学性质的计算、多组分平衡分离过程计算上，真正做到了“严格计算”。同时指出软件对化工热力学、化工设计等课程的学习也会有较大的帮助，连续三年化工专业本科生对过程模拟系统的学习兴趣调查中“，学习兴趣强烈”的分别占到总人数：72.8%、83.2%、86.8%。将过程模拟系统应用于化学反应工程教学，避免了大量计算公式推导、复杂数值计算等问题，可以在少用课时的情况下，尽量全面地展示化学反应工程的核心内容。多组分多平衡级分离的严格计算，是设计分离设备和优化操作过程的必要计算手段，也是化工分离工程教学的主要内容。使用过程模拟系统，在进行MESH方程推导及基本算法介绍的同时，使得塔的精确计算和将热力学中相对独立的知识运用到具体的分离过程中，解决其工程实际问题成为可能，并且可以对塔的操作参数、分离要求和设备投资、运行费用等问题进行分析计算，极大地提高了学习的深度与广度，使学生更加主动积极，综合分析和解决实际工程问题的能力明显提高。

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中图分类号：G642.423 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)12-0117-03

Reform and Practice in Teaching Chemical Reaction Engineering Experiment//Yang Yaping1, Chen Ruijie1, Lu Chun’e2

Abstract By means of the course status analysis, this article describes specific practices of reform on equipment development and improvement, teaching content, teaching methods, assessment methods of Chemical Reaction Engineering experiment in Southeast University Chengxian College. Practice shows that the reform will help improve the skills in organic synthesis experiments and overall quality of students, ensure the improvement of teaching quality.

Key words chemical reaction engineering experiment; teaching reform; skills in experiment

Author’s address

1 Department of Chemical and Pharmaceutical Engineering of Southeast University, Chengxian College,

Nanjing, China 210088

2 School of Chemistry and Chemical Engineering of Southeast University, Nanjing, China 211189

化学反应工程是化学工程的一个分支，简称反应工程，于20世纪50年代才开始逐渐形成。化学反应工程课程是一门综合性、工程性和理论性都很强的课程，既有工程问题的共性特点，又有工艺过程的个性特征。本课程要求学生有较为扎实的物理化学、化工原理、化工热力学、工程数学和计算机基础。化学反应工程课程教学内容覆盖基本理论、实验教学两个教学环节，与化学反应工程理论课程相配套的实验课程化工反应工程实验，是一门化学工程与工艺专业高年级化工类专业实验的必修课[1-3]。本实验课程根据化学工业的生产特点，以动力学为基础，通过定量计算、实验技能和设计能力的训练，培养学生牢固的工程观点，使学生对化工生产中常用的反应器有一个深层次的了解。通过该课程的学习，培养了学生运用基础理论分析解决各种实际工程问题的能力，为化工行业培养具有科研、设计和生产实践等方面需要的专业人才。

1 化工反应工程实验课程的现状与分析

东南大学成贤学院是一所以培养应用型人才为目标的独立学院，化工与制药工程系自2007年建系以来，化工反应工程实验一直作为化学工程与工艺专业高年级学生的必修课，是有机化学、无机化学、物理化学和化工原理四大化学课程的一个延伸与拓展。目前，化工与制药工程系化工反应工程实验引进6套实验装置，主要开设了与设备相对应的6个实验，分别是乙苯脱氢制苯乙烯、甲苯氧化制苯甲酸、变压吸附制富氧、非稳态导热系数的测定、单多釜提留时间分布及萃取精馏实验。所有的实验设备和仪器全部采购于某高校，每台实验设备对应一个固定的实验内容，受仪器设备台数条件的限制，同时设备中存在部分设计的局限性，使得反应工程实验始终停留在原有的实验教学模式和教学内容上，在实验大纲和内容上基本沿用了该高校的教学大纲和教学管理模式，没有任何突破和改进。

考虑到学校人才培养模式和定位与该高校有较大的差异，化工与制药工程系专业设置和学生生源质量等诸多方面与该高校也有相当大的差异，如果完全照搬该高校实验课程的设备和教学内容，就会缺乏该系化学反应工程实验自己的课程特色，缺乏实验内容的创新性，在人才培养上就会显得定位不明确，不能完全体现学院自己的办学特色。

2 优化和扩展实验内容

考虑到以上因素，结合目前化工反应工程在化工行业的发展要求，针对原有实验教学内容上的缺点和不足，化工与制药工程系先后进行一系列的教学改革和实践，主要从以下几个方面进行优化和扩展。

2.1 开发和改进实验设备

目前，化工行业发展迅猛，尤其是新工艺新设备更新换代迅速，原有的很多化工操作单元已经不能完全适应化工行业的发展需求。例如，化工产品的分离提纯是化工行业最普遍操作单元，主要包括减压蒸馏、萃取精馏、加压精馏和加盐精馏等。而该系化学反应工程实验中只有一套精馏萃取装置，而在减压精馏、加压精馏、加盐精馏等提纯分离方面，学生只是停留在课堂理论的基础上，缺乏对这些化工分离操作的实践认知和操作过程训练。

为了适应这一化工行业的发展需求，学院特别针对化工反应工程实验进行了教学改革，方案中专门对化工反应工程实验的装置进行了设计和改造，在院大学生实践创新活动中，组织专门的教师和学生进行实验装置的设计与改造。学生在此次创新活动中，对化工原理、化工热力学、机械制图等方面的知识进行了系统的巩固和综合提高。经过一年的努力，利用实验室现有的场地，自行设计了精馏实验装置和气液反应实验装置等两套设备装置，设计的装置在材质和仪表控制上都做了改进，改变了以往玻璃材质耐压和耐高温性能差、仪表和输液泵不够精确的特点。新设计的精馏实验装置能够实现萃取精馏、加压精馏、加盐精馏等多种分离提纯操作，新设计的气液反应实验装置能够对很多典型的气液反应实验进行操作。

另外，还改进了化工反应工程实验现有设备中的一些设计缺陷和不足。如在甲苯氧化实验中冷凝效果不佳，于是增加二级空气冷凝管使冷却效果大大改善；在乙苯脱氢制苯乙烯实验中，原料必须先校正流量配比后方可输入反应釜中，但由于反应位置与校正位置高度相差较大，导致原料进料配比与校正进料配比相差，于是通过改变输液泵类型、液位槽位置等手段，使得反应配比更加准确，使反应收到很好的效果。

2.2 丰富实验教学大纲的内容

为了丰富和扩展化工反应过程实验教学大纲的内容，提高教学质量，不仅利用现有的设备开发出了新的实验内容，提高了现有设备的利用率，同时利用自行设计的实验装置，增加了新的实验内容。如新增了化工产品分离提纯实验和气液分离实验的内容，主要包括减压精馏、加压精馏、加盐精馏、气液反应等实验操作内容，如丙醛脱水实验属于加压精馏实验，对二异丙苯氧化反应实验属于气液反应实验。另外，利用现有的设备开发出更多的实验内容。例如，利用乙苯脱氢的实验装置，增加了化工反应过程中典型的流化床反应器的操作内容。通过增设这些化工反应过程中典型的操作单元实验内容，丰富了化工反应工程教学大纲[4]，使化工反应工程实验操作过程和方法紧跟化工行业发展的脚步，体现了学院对应用型人才培养的特点。

2.3 建立化工反应工程实验工作站和仿真实验平台

为了模拟和优化化学反应工程实验的实验条件、工艺参数，同时克服现有实验设备数量的局限性，对现有的几个化工反应工程实验建立了的工作站和仿真实验平台。通过工作站处理软件对实验数据的现场采集，可以快速地进行数据处理和分析，及时有效直观地对实验结果进行评价，同时减少人为因素处理数据的误差和繁琐，提高了实验教学效率[5]。另外，通过建立仿真实验平台，可以模拟不同条件下化工反应的控制过程，特别是一些受设备条件限制（如高温高压条件）的实验过程，对实验操作过程具有一定的理论依据和指导意义。

2.4 实验内容中增加产物表征操作

化学反应工程实验中，在数据分析与处理中有的设备配备有专门的数据处理软件，直接对实验数据进行分析处理，学生实际动手操作的机会就相对较少。为了改变这种状况，在实验内容中加强实验反应过程的监测、实验结果表征方面的实验内容。如利用气相色谱仪监测反应过程中反应液的含量来判断反应进程，通过热导检测器来分析精馏萃取液中水分的含量来确定最佳工艺条件，利用碘量法测定过氧化物的含量，等等。学生不仅在整个实验过程中操作技能得到锻炼和提高，同时对数据的处理分析、产物的表征、谱图的解析等方面都得到了学习和提高。

3 加强过程管理，改进实验教学方法

实验过程管理是实验教学内容的重要组成部分，是保障实验教学质量的重要环节。化学反应工程实验属于大型设备实验，是一门操作少而理论性相对较强的实验教学，加强过程管理，形成化工反应工程实验教学的学科特色，提高实验教学质量和水平十分重要。

3.1 加强实验过程控制

化工反应工程实验学时数相对较长，学生等待和空闲的时间较多。为了充分利用实验过程中的等待时间，使实验学时数更加饱满，实验过程中加强巡视，强调实验过程中实验现象的观察、数据的采集整理和分析。在整个实验过程中，学生的实验操作能力、数据分析、谱图解析、结果的分析与讨论等各方面的能力都得到全面的锻炼和提高。

3.2 合理分配循环实验时间

化学反应工程实验由于受到实验特点和台件数的限制，目前大都采用循环方式安排实验，这就存在多个学生操作同一台仪器设备的情况，使得有些学生得不到操作和锻炼的机会。为了改善这种状况，采用分组细化的方法，即同一台仪器操作过程中，按照实验学生数量来改变工艺条件参数进行分组实验，尽可能地让每个学生都有动手操作的机会。同时，由于工艺条件参数的不一样，使得学生实验操作过程、实验数据处理及结论也不完全一致。这样既让更多的学生得到了训练和提高，也改善了大量实验数据重复，同组间学生实验报告抄袭雷同的现象。

3.3 树立牢固工程观念，培养工程分析能力

化工生产过程错综复杂，为了让学生更好地掌握化工反应实验过程理论知识和实践水平，透过现象看本质。在实验教学过程中，教师应从分析工程因素的本质及反应特征入手，突出强调过程速率及其变化规律、传递规律及其对化学反应的影响。如通过实验中工艺条件及参数的变化来分析实验结果的影响，让学生通过实验来分析化工反应过程的基本规律，引导学生掌握化工反应工程研究的基本方法，使学生树立牢固的工程观念，培养学生采用工程分析方法来分析和解决工程实际问题的能力。

4 改革实验考核方法，综合评定学生成绩

综合评定学生的实验成绩是考察实验教学效果的一个重要途径，化工反应工程实验以往主要从预习报告和实验报告等方面进行考评。由于化工反应工程实验主要是以工业反应过程为主要研究对象，研究过程速率及其变化规律、传递规律及其对化学反应的影响，因此，考虑到化工反应工程实验课程的特殊性，在学生成绩评定中，应适当增加学生实验操作技能、实验数据处理、实验结果分析与讨论等方面的评分比例，同时对学生的出勤、预习报告、实验报告完成情况、实验态度及卫生等划分不同的权重进行考评，多方面综合评定学生的实验成绩，而不再把实验结果的好坏作为衡量实验成绩的唯一标准。即便学生的实验结果不理想，但在实验报告中能做好实验数据的处理、实验结果的分析与讨论，从而找到失败的原因，就可以获得较好的实验成绩。通过这些考核制度的改革，培养了学生实事求是的科学态度，同时，学生的实验技能、数据处理和分析能力等综合能力都得到很大的提高。

5 结束语

虽然实施化学反应工程实验教学改革与实践时间不长，但已经收到了较好的成效。例如，化工与制药工程系在金陵石化、扬子石化认识实习和下场实习过程中，学生表现出比较强的动手操作能力和工程实践能力；在毕业设计阶段，学生表现出较强的操作技能、独立工作能力和综合实验能力；另外，有相当一部分学生在扬子总控工和高级工的培训中顺利通过考试，取得了总控工和高级工的资格证书。然而也清醒地看到，实验教学改革与实践是一个持续的过程，

化工与制药工程系应顺应化工行业变化的形势和发展要求，不断深化教学改革，充分发挥学生的主体作用，不断优化和完善教学模式和管理水平，突出专业内涵建设，不断提高教学水平，加强实验室建设，着力提高实验教学水平。尤其在化学反应工程实验中增设创新性、开放性实验内容，还有待进一步的探索和研究。

参考文献

[1]王承学,胡永琪,郭锴.化学反应工程[M].北京:化学工业出版社出版,2008.

[2]张雅明,谷和平,丁健.化学工程与工艺实验[M].南京:南京大学出版,2006.

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 虽然两类反应器之间存在着一定的差别，但均相反应工程无疑是多相反应工程的基础，多相反应工程所涉及的各相中所发生的过程可认为与均相反应过程无异。因此，在均相反应工程中所建立的许多重要概念、理论和方法，完全可以原封不动地应用到多相反应器理论的讨论中去，如在均相反应器模拟时建立的轴向扩散概念，在建立多相反应器模型时便可以完整地移植过来;又如平推流和全混流概念，两类反应器中都有着极广的应用。

   因此，主要针对“均相反应器”开发过程以图形形式显示其内在逻辑结构(图3)，以使学生在学习本课程后能在头脑中形成化学反应工程学科的完整印象，从而更好地将其应用于实际反应器的开发过程中。

  

  由图3可知，即使是均相反应器，相互之间也存在着很大的区别，因此，第一步是必须要对它们进行分类，可见分类的方法是本学科建立的基本方法。通过分类，人们更清楚地认识到各反应器之间的异同点，如均相反应器按几何形状划分可分为管式、塔式和釜式反应器三类;按换热方式可分为绝热、等温和变温反应器三类;按操作方式可分为间歇、半间歇和连续反应器三类;而按混合方式又可分为平推流、全混流和非理想流动反应器三类。根据反应器不同的特征对其进行划分，所产生的结果可能不同，但由此而获得一个极为重要的工程概念，即反应器型式。反应器型式在反应器设计优化中属于三大决策亦量之一，十分重要，在反应器设计中的第一步即是根据反应过程的特点确定反应器型式。   

 由图3还可以看出，针对化学反应器的开发，一般采取两种方法，一是数学模型法，二是经验放大法。在化学反应工程课程中主要讲解的是数学模型法，其基本思路是，应用分解的方法将实际反应器分解为两部分，即过程和反应设备。过程包括化学反应过程和传递过程，由于反应过程规律和传递过程规律相互独立，故对其规律可分别进行研究。而反应设备则主要包含反应器型式和几何因索两大类。   

 为研究化学反应过程规律，必须要消除掉传递过程的影响，由于化学反应规律和设备大小无关，故化学反应规律可在微型(或台式)反应器中进行。这一点非常重要，如化学反应规律在微型反应器中进行研究，则不仅节省了大量的资金，更重要的是在微型设备中易保持纯化学因索的影响，获得的反应性质、规律可以应用到不同规模的任何反应器中。化学反应过程的性质一般包括化学计量性质、化学反应平衡性质及化学反应动力学性质。  

  化学反应计量性质是反应平衡性质和动力学性质的基础，对平衡性质和动力学性质的研究都是基于反应计量性质明确的基础上进行的，计量性质主要包括反应系统中各组分之间的定量关系，及系统中独立的反应数。  

  反应平衡性质主要包括反应热效应和反应极限的计算，尤其是反应平衡常数及平衡转化率的计算。对可逆放热反应而言，平衡性质对过程的影响较为复杂，温度的升高对反应动力学速率往往是有利的，但对平衡而言，平衡常数随温度的升高而降低，所以温度对平衡性质和动力学性质的影响呈现相反的趋势，从而引起问题的复杂化。通常对可逆放热反应存在着最佳温度，且最佳温度随组分转化率的不同而不同，因此，在整个反应过程中，存在一最佳温度曲线，反应沿着最佳温度曲线进行，在转化率一定时，可以使用较少的催化剂。同时还须认识到，在反应后期，即较高转化率接近化学平衡时，反应过程往往是由平衡因索控制的。   

 化学反应工程研究的主要内容是化学反应动力学规律，化学反应动力学特性是化学反应器选型、操作方式和操作条件确定及反应过程优化的重要依据，因此，反应动力学测定是十分重要的工作。然而，反应动力学的精确测定是一项独立于工艺试验之外的专门实验，它不但要求具备满足实验精度的特定设备，而且在具体进行时又有相当可观的实际工作量。因此，进行动力学测定极为重要，其基本思路如图生所示redlw.com。    

  动力学方程通常分为3种形式，一是纯机理型方程，二是半经验半理论型方程，三是纯经验方程。基于碰撞理论、过渡态理论及分子动态学而推导出来的纯机理型方程，一般仅对简单反应体系适用，当前反应工程学科应用这类动力学方程进行反应器设计的并不多见。工业反应体系往往极为复杂，但作为动力学研究发展的方向，纯机理型动力学方程应是每个化学反应工程研究者必须努力的目标;纯经验性的动力学方程如描述微生物生长的Monod模型在反应器设计中亦常常使用，但反应工程学科通常使用的是半经验半理论的动力学方程，图生所示指的就是此类方程。  

  建立动力学方程模型的基本思路一般是先设定一定的基元反应机理，该机理通常分为两类，一是有限基元反应组合机理，二是链式反应机理，在此前提下，根据拟平衡态假设或拟定常态假设，可以推导获得一定形式的动力学方程。动力学方程通常分为两种，一是幂函数型，另一种是双曲函数型。视方程当中是否含有一阶微分，动力学方程又可分为积分式和微分式两种。   

 在动力学方程确定后，方程中包含两类物理量，一是伴随反应过程变化而变化的因索，通常是指反应温度、反应物浓度及反应时间;另一类是在反应过程中相对稳定的、反映反应过程性质的模型参数。模型参数无法由模型本身获得，必须通过实验确定，这也正是该动力学方程被称为半经验半理论的原因所在。因为模型参数必须由实验确定，于是就必然涉及实验的设计。实验设计内容通常包含两个方面，其一是实验用反应器的选择，其二是实验条件的确定。实验用反应器类型与工业反应器类型大同小异，不同之处仅仅表现在规模程度上，实验室反应器规模小，通常为11左右，因此，其传递过程影响易于消除，任意个对反应结果的影响主要是纯化学因索，如此易于反映反应过程的本质。而实验条件的设计方法包括两种，当独立的组分数仅为1个时，实验可采用单因索法，当独立的组分因索多于2个时，则往往采取正交实验设计方法。   

 通过实验获得一系列实验数据后，接下来的问题是必须求解出动力学模型参数，求解动力学模型参数的方法有积分法和微分法。基于积分式动力学方程的求解方法称为积分法，基于微分式动力学方程的求解方法则称为微分法。在大多数实际情况下，模型参数求解方法采用的都是微分法redlw.com。   

 当反应动力学规律确定后，必须要研究在实际工业规模反应器中通常出现的传递过程规律。为研究传递过程规律，通常可以在没有化学反应的情况下进行，这是因为传递过程是反应器的属性，基本上不因化学反应的存在与否而异。对于一个特定的工业反应过程，化学反应规律是其个性，而反应器中的传递规律则是其共性。因此，传递规律受设备尺寸的影响较大，必须在大型装置中进行。由于需要考察的只是传递过程，不需实现化学反应，完全可以利用惰性物料进行试验，以探明传递过程规律。正因如此，这种试验通常称为冷模试验。    

进行冷模试验研究传递过程规律时需要关注的一个重要问题是:所选模拟设备的大小，即传递过程应在多大规模的模拟设备中进行?为保证所获得的传递参数准确、有效，所遵循的原则是必须保持在模拟设备中发生的传递过程与实际反应器中所发生的传递过程应“相似”，即符合“相似性原理”。冷模试验设备的大小必须依据此原理进行选择和设计。  

  在对反应过程和传递过程进行了充分的研究后，需要对相关成果进行综合处理，这一阶段主要是在计算机上进行模拟并完成的，如图5所示。  

  同时，为验证模拟结果是否可靠，还必须进行中等规模的试验，即中试，又名热模试验。热模试验存在3个问题需要解决，一是试验规模，二是试验的完整性，三是运行周期。如果热模试验结果与模型计算结果相符，说明模型正确，能够反映实际规律;如果不相符，则需要修正模型，直至与热模试验结果相符为止。   

 具备了传递过程规律和小试测定的反应过程规律，并且经过了热模试验验证，就能直接设计工业反应器了，这样就不存在设备的放大问题。数学模型方法本身可以直接通过计算就能获得大型反应器的设计，说明工业反应过程的开发并不必然地必须经过由小型反应器到中间规模反应器再到工业规模反应器的整个过程。

 

  最后应当要注意的是，数学模型法要想获得成功，必须要具备2个基本前提:一是它要求有可靠的反应动力学方程;二是还要有大型装置中的传递方程，两者缺一不可。

  例如，固定床反应器，虽然不少反应的动力学模型研究较为完整，然而由于具体工业反应器模型参数难以正确测定，尤其对复杂的工业反应，其本征动力学参数也难以把握，因此，对固定床反应器的数学模拟放大，迄今尚未有比较满意的工业应用。

  化学反应动力学测定虽然有相当大的工作量，但它毕竟可以在小装置中进行。而工业反应器的传递模型却不是小装置所能解决的，它不但要求大型冷模试验和必要的热模检验，还需要工业规模的测试数据和工程研究的长期经验积累。因此，当没有可靠的大型设备传递模型时，数学模拟放大只能是纸上谈兵。此时，精确的动力学测定必然是徒劳的。当然，这并不意味着不需要有关的动力学知识和对反应动力学特征的认识。一个开发者应当充分具备动力学基础知识，并据此巧妙地安排工艺试验，以便把握反应动力学特征和有关影响因索，为工业反应器的选型和优化服务redlw.com。   

 由此可见，从化学反应工程的观点出发，机理的、定性的、半定量的动力学特征研究应当是结合工艺试验进行的重要任务。只有当工业反应器的传递模型足够可靠时，精确的动力学实验才是必要的，并可用于数学模拟放大。

 

2 化学反应工程思维方式   

 如上所说，在剖析化学反应工程课程各知识点及相互逻辑关系时，本研究采用了分类、分解和综合的思维方式，而分类、分解其实属于分析的方法。所以，分析、综合是反应过程开发中的基本方法，应深加注意，其中尤以分析方法更是在各种科学思维方式中处于最基本的地位。对于图3、图5所示的化学反应工程逻辑结构，当将它们具体应用到实际的化工过程开发中时，也可用图6简略地表示。图6表示了化学反应工程课程所提供的特有的工程思维方式。

 

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1.2在教学过程中，第五、六章、流化床反应器的内容采用多媒体教学，在教学过程中更多的展示各类工业反应器的结构，特别是显示反应器的内部结构，并以实际化工生产中的实例反应器为例说明反应器各部件的作用。由于工业反应器的设计计算较为复杂，在这部分主要介绍计算方法，采用多媒体能节约教学时间。在教学中注重讨论互动，虽然化学反应工程更多的强调计算，但对实际反应器的性能分析是提高工业生产效率的有效方法［7］。比如以汽车工业的尾气净化器为例，介绍尾气的温度，发动机的工作情况、实际催化转化器的活性组成和形状，发动学生讨论汽车尾气净化器所包含的化学反应工程知识。化工中反应器的多维设计计算基本上都是通过计算机完成的，很少有人工计算设计整个工艺，利用计算机设计可以对不同的反应参数进行对比以达到节能、经济的目的。由于教学条件和学生能力的限制，现阶段只能采用由老师在电脑上演示利用计算软件进行反应器的设计计算和优化，可以采用AspenPlus、PROii等成熟的化工流程模拟软件计算稳态操作条件下的反应器的工艺参数，也可以采用FEMLAB计算多维反应器的模拟计算，把学生从枯燥的计算工作中解放出来，使学生有更多的时间去分析反应器的性能和优化，提高学生对反应工程的兴趣［8］。

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中图分类号：C35文献标识码： A

一、压力容器腐蚀的特点及分类

在压力容器的使用过程中，金属腐蚀是最常见的腐蚀形式，但是金属腐蚀的原理和腐蚀状况极为复杂，这也是困扰压力容器安全生产的一项重大难题。目前，我们根据金属腐蚀现象主要从金属腐蚀的过程、温度和破坏形式三方面将其分类，值得注意的是，这几种分类方式存在共通点和重叠点。下面具体介绍这几种分类方式：

1、根据金属腐蚀的过程分类。根据金属腐蚀的大致过程，我们将其分为化学腐蚀和电化学腐蚀两个过程。（1）化学腐蚀。化学腐蚀是金属与离子溶液发生化学反应的一种腐蚀，腐蚀过程是一种置换反应过程，没有电流的产生，只有元素化合价的变化。化学腐蚀还可以分为气体腐蚀和溶液腐蚀，气体腐蚀是指的是金属表面在高温气体下的腐蚀，而溶液腐蚀指的是金属在不导电的非电解质溶液中发生化学腐蚀。（2）电化学腐蚀。电化学腐蚀与化学腐蚀相比，最重要的不同在于它存在电子的转移和电流的产生，这种原理与原电池的工作原理类似，是化工生产中一种最常见的化学腐蚀形式。金属在通电的电解质溶液的反应都属于电化学腐蚀。

2、根据反应的温度分类。影响化学反应的重要的因素除了反应物的浓度和催化剂等，最不可忽略的就是温度的变化对于化学反应速率的影响。温度升高对于任何化学反应都会产生加快反应的效果。根据反应的温度可以将腐蚀分为常温腐蚀和高温腐蚀。（1）常温腐蚀。常温腐蚀就是在常温条件下发生的金属腐蚀现象的化学反应。我们常见的常温腐蚀现象包括铁制品在大气中的生锈腐蚀，建筑物在水中发生腐蚀等。金属制品在酸碱溶液中发生的腐蚀既属于常温腐蚀也属于电化学腐蚀。（2）高温腐蚀。顾名思义，高温腐蚀指的就是化学反应发生在温度较高的条件下的腐蚀，当然其中也包含化学腐蚀和电化学腐蚀。为了更好地区分常温腐蚀和高温腐蚀，我们将温度在100摄氏度以上的反应归为高温腐蚀。高温腐蚀常见于工业生产中，尤其是电镀行业。例如电镀过程中的高温熔锌溶液与镀锌容器壁间的反应就是高温腐蚀的一个典型代表。

3、根据腐蚀的破坏形式分类。根据腐蚀的破坏形式一般都为金属腐蚀。根据腐蚀破坏情况又将金属腐蚀分为全面腐蚀、局部腐蚀和结构环境腐蚀三类。金属腐蚀一般从压力容器的表面开始反应，逐渐向容器壁的内部深入腐蚀，最终引起容器的外部或内部结构的破坏，这是金属腐蚀的一大特点。全面腐蚀是金属腐蚀发生在压力容器的整个金属表面，腐蚀时破坏连成一片。这种腐蚀一般情况下是不均匀腐蚀，当然，也存在各种细微条件的相同出现的均匀腐蚀现象。与全面腐蚀相比，局部腐蚀是仅限于容器壁的一小部分发生严重的腐蚀而表面其他地方基本没有损坏或者没有损坏的现象。从安全角度考虑，局部腐蚀往往比全面腐蚀更加危险。这是因为全面腐蚀的特征明显，并且由于腐蚀的速度相差不大，我们可以很容易的推算腐蚀的速度，进而估算破坏所带来的损失和更换设备的时间，达到设备利用的最大化。相反的，局部腐蚀是设备的局部发生破坏，这种破坏往往是隐秘的，不容易发现，极易造成突发爆炸，造成重大的人员伤亡。此外，局部腐蚀的反应机理和反应条件更加复杂，所以无法确定其反应速率，这样就会容易出现设备的突然损坏和事故的发生。

二、腐蚀的危害和防护的意义

腐蚀具有突发性和灾难性等特点，极易造成重大的经济损失，造成重大的人员伤亡。此外，腐蚀会影响设备的外观，还可能会造成生产出的产品不合格，影响产品的声誉和销路，更可能会造成环境污染，破坏生态环境。还有可能造成其他贵重产品的损坏。

腐蚀产生破坏时高度集中，并且蚀孔的破坏很不均匀，由于应力结构等的影响，蚀孔是向重力方向发展，蚀孔口径很小，并且表面往往覆盖有固体沉积物，因此极其不容易被发现，隐藏危害巨大，蚀孔的出现是没有任何预见性的，时间或长或短，这就使得腐蚀变得更加难以治理。所以，防止压力容器的腐蚀能够避免重大事发生、避免经济损失和人员伤亡。

三、影响腐蚀的主要原因

腐蚀是化学反应和电化学反应的集合，所以影响化学反应的主要因素就是影响腐蚀的主要因素，包括金属材料、温度、PH值、电解质溶液的流动状态等。能够发生钝化的金属更容易发生腐蚀，所以，与碳钢相比，不锈钢更加敏感。所以，腐蚀更容易发生在钝态不稳定的金属表面，钝态越稳定的金属，发生腐蚀的几率就越低。温度是影响腐蚀的另一个重要的因素，温度越高，化学反应越快，腐蚀的速度就越快，设备破损就越快。PH值是影响腐蚀的另一个重要的原因，一般情况下，酸性溶液比碱性溶液更加容易腐蚀金属，而中性溶液对于金属设备来说无疑使最理想的。电解质溶液的流动速度也会影响腐蚀的速度，越是稳定的条件就越容易发生化学反应，这是因为在不稳定的介质流动可以消除溶液间的差别，消除溶液间的不均匀性，减缓腐蚀的速率，避免腐蚀的发生。

四、防止压力容器腐蚀的措施

1、涂层保护。涂层保护是避免腐蚀的一项最简单易行的方法，原理是用有机涂料或者无机物的陶瓷将发生反应的金属和溶液分隔开，成本较低，工艺简单，适应性广，见效明显。但是这种方法要在设备投入使用前进行，并且维护时间短，所以后期二次维护和劳动量大。

2、电化学保护。电化学保护是非常适应于水下保护的一种防腐蚀方法，其原理是利用电化学反应的原理，用一种金属保护压力容器壁金属和溶液进行反应，达到保护容器壁的效果。这种防护方法周期适中，但要耗费一定的电能，成本较高。电化学保护包括金属镀层、阳极保护、阴极保护和缓蚀剂保护四种。金属镀层就是在压力容器金属表面镀一层别的金属作为保护层，这种方法的保护周期较长，维护工作量小，但是施工工艺较为复杂，并且成本极高，所以，这种方法适用于面积较小并且环境恶劣的设备保护。阳极保护是应用很广的一类保护方法，是利用微弱电流使得作为阳极反应的金属钝化，减缓反应的进行和金属的消耗。阴极保护就是使得金属达到阴极极化，当阴极电势足够负的时候，金属就可以避免氧化溶解，从而得到完全保护。主要包括外加电流法和牺牲阳极法。缓蚀剂保护就是在溶液中加入一定的能够明显减少金属和溶液反应的一种物质，缓蚀剂可以有效地减缓金属的腐蚀，并且操作简便，可以避免产品污染，防止脆裂事故的发生，但是现在的技术还不够纯熟，不能够保证保护的实效性。

3、合理的管理保护。除了采用以上叙述的方法避免金属的腐蚀之外，在设备的管理上还要进行加强，避免事故的发生，防患于未然。

结束语

在化工生产中，压力容器是一种不可替代的重要的设备。在压力容器的运行和使用过程中，长期处于高温和高压的条件下，使得压力容器极易发生腐蚀和破损，进而影响压力容器的正常使用，甚至出现重大工业事故，造成人员伤亡。因此，研究压力容器的腐蚀和防护对于工业生产安全的意义十分重大。

【参考文献】

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不论是在生产领域还是石油化工当中，均必须要依赖于化学反应。化学反应当中的提纯与分离技术是生产阶段最为关键的一项技术策略，其对于整体石油化工生产工作有着无可替代的价值作用。若要想确保能够顺利完成对整体石油化工生产就必须要对质量传递及化学反应要有一定的了解，以及应用到相关的换热设备、流体传送设备，以便能够更好地开展节能工作。据此，下文将就上述原理与设备展开具体分析，以期能够实现对石油化工生产达到良好的节能效果。

1节能原理

1.1质量传递与节能

石油化工的分离主要是以精馏方式为主，这同时也是质量传递的关键所在。依据热力学原理可了解到，完全差异化的物流混合是一种自发性的行为，有着明显的不可逆性；相反的，若要将混合物分离为各种构成成本完全不同的产品之时，便要耗损掉一部分的外部能量。在蒸馏阶段物质位于不同相间的转移是处在温度与压力均保持恒定的状态下所实施的，相转移阶段的推动力量为化学势，其在应对相变以及化学改变之时作用价值巨大。在精馏处理阶段，蒸汽采用特定压力降通过精馏塔是导致不可逆的关键因素之一。其次为再沸器与冷凝器各自通过特定温度变化差异加入以及将热量转移，更为关键的一方面原因是气体与液体的两相接触亦或是在发生混合之后由于远远未能够满足于相平衡从而导致精馏阶段的不可逆性明显升高。因而，减小流体流动所出现的压力降，降低在热传导阶段的温差值，降低质量传递使得浓度差，都能够确保精馏阶段的功耗大大降低，促使被耗损的功耗大幅度降低。

1.2化学反应与节能

在化学反应阶段当中也会受到动量传递、热量传递、质量传递和化学反应等原理的支配。化学反应的速率及平衡性是存在密切相关性的，具体可由反应速率将化学平衡导出，然而却不能反推。因而化学反应的动力学相较于反应热力学是更加底层的一项核心基础。热力学纯粹是给出了化学反应的一种可能性，要达到这样一种可能性还需要能够由更高的动力学角度来探讨化学反应速率与有关影响因素。在化学反应阶段，绝大部分状况下均会同时出现热量放出亦或是吸入现象。怎样能够高效化地应用或供应反应热量将是在化学反应阶段实现节能最为关键的一方面内容。针对吸热反应，应当尽可能科学化地进行热量供应。吸热反应温度也应将其最大程度地减小，以便于能够更好地应用过程剩余热量抑或是采取汽轮机抽气予以热量供应，降低对高品质燃料的损耗。针对放热反应现象，便需要尽可能确保对反应热的科学化应用。放热反应温度必须要在允许的范围内达到最大值，以期能够确保所回收到的热量有着较高的品质。化学反应设备是开展化学反应最为关键的部分，在绝大多数的反应阶段当中往往都会同时存在有流体流动、热传导、质量传递等流程，其中每一项流程均会不同程度地产生一定的阻力，且还要耗损一定的能量。因此，对反应装置予以适当的改进，降低阻力，便可实现对能量耗损的有效减小。

2节能设备

2.1换热设备节能

这一设备最终重要的一项功能即为实现对热量的高效化传导，并且在热量传导之时有可能还会因为传热方式仍存有一定的缺陷而造成热量丢失。要想解决这一问题便应当就热量传导过程之中的温度差予以适当的优化协调，促使温度能够始终处在较为稳定的状况之下。热量传导还存在有顺流、逆流、交差流以及混合流等多种形式，特别是在逆流阶段所出现的温差变化是最为明显的，在顺流阶段所出现的温度变化是最不显著的。因而，为了尽可能地增强热量传导效应，还应尽可能地选用逆流传热形式，并借此来实现对热量损耗的降低。提高换热设备换热面积，促使其热传导效应能够尽可能增强。革新传导设备结构，并借此来提高单位体积内的传热面积，进而促使换热器工作效率能够尽可能地得以提升。若可选用部分直径相对偏小的传送管道，还可将管道采取密切排列的方式，采用形状适当的翅片管来提高热传导面积，增强热传导效率。要想提升热传导能量最有效的方式途径即为增强热传导系数，这同时也是在热传导设备节能研究领域最为关键的一项内容。而对于热传导效率的提升就必须要新增一部分的冷热流体以及和管壁间的换热系数，尤其是针对换热性能相对不足的那一部分，可将其管道壁垒的表面设置为粗糙结构，以期能够实现对底层流体热传导效率的影响。此外，还可在管道内新增部分插件，引导其转动同时生成一部分的热量。

2.2流体传送设备节能

2.2.1泵节能

在流体流动或者是在传输阶段内，都会在一定程度上和传输管道内壁产生撞击摩擦，从而便会造成部分能量转换成了热能，致使能源耗损量大大提高。依据能量守恒定律来就流动情况展开分析，需针对流体的流动速度采取适当的控制措施，从而尽可能地降低管道当中的额外阀门零件，若有需要还可适当新增一些减阻剂来减小流体耗损能量。另外，还可选用更高质量同时效率也更高的泵，来促使流体当中所通过的零部件其表面能够更加光滑，降低摩擦系数并最终实现对流体能量耗损的全面降低。

2.2.2压缩机节能

在生产石油化工之时，除过离心式压缩机外常常还会应用到复式压缩设备，尽管此两种压缩设备在原理以及节能的方式上存在着一定的差异性，然而其在实施压缩之时，均可促使有效能受损。导致这一问题现象出现的关键因素是由于采取了非等温压缩处理方式。因此，若要确保压缩设备能够达到更好的节能效果，便需要对压缩设备的结构予以调整，促使其转变为多级别压缩，在传输下级过程内逐渐冷却，从而也便能够最大程度地促使压缩设备接近于等温压缩，可较为高效的降低能量损失，极大地降低额外的能量浪费。

2.2.3离心式压缩机节能

这一种类型的设备在运行过程当中出现能量损失的环节主要为流动、冲击、轮阻等环节。若要促使这一设备能够达到更为优异的节能效果，便需转变其操作方式及设计方案。具体包括：利用对吸入过程压力的提升，来减小在吸入过程内所出现的热能，降低叶轮阻力，转变叶轮及叶片角度，以促使其能量耗损可得以显著减小。

3结语

总而言之，随着当今世界能源危机问题的日渐严重，资源短缺问题不断凸显，节能技术的重要性也上升到了空前的高度。节能技术有着多种形式与类型，每一种节能技术也都有着其最为显著的优势特点，科学应用好有关的节能技术，尽最大努力减小能源耗损将是未来在能源应用领域最为重要的一项研究内容。石油化工资源作为一种不可再生能源，其完全枯竭只是时间长短问题，对此就必须要在这一方面大力加强有关的研究工作，由每一个环节来降低浪费，以期最终能够实现对经济成本的节约。

参考文献

[1]李宝立.石油化工节能之关键技术[J].中国化工贸易,2015,7(16).

[2]王铁良,王立锁.浅析夹点技术在石油化工中的应用[J].中国化工贸易,2013(1):140.

[3]唐满红.我国石油化工系统节能分析及节能潜力分析[J].石化技术,2015,22(9):254.

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二、精心组织教学方法，采用多种教学手段

《化学反应工程》内容繁杂，难点较多，有基本的概念描述，也有枯燥的公式演绎。为了保证学生对基本概念能准确理解，基本方法能学以致用，就要对教学方法和教学手段进行改革。教师要精心研究教学方法，采用多种教学手段，满足少学时多内容的教学任务，做到各章节重点和难点突出，使学生易于理解和掌握。首先，在讲课方式上，应用不同的教学方法，充分体现教师“启发引导”和学生“积极主动”的现代教育基本原则。采用启发式教学法，使学生在学习过程中始终处于积极的思维状态。在启发式教学的基础上，针对不同章节可采用对比法、归纳法、提问法等方法来调动学生的学习积极性和主动性。如通过具体事例的讲解，应用对比与归纳法结合的方法对均相反应器型式和操作方法进行评选。对于某些有难度同时又在几种情况下反复出现的概念，采取学生和老师现场探讨形式，而后由学生自己总结结果。这样活跃了课堂教学气氛，提高了教学效果。再次，采用灵活多样的教学手段是教学方法改革的重要措施。根据授课内容的特点，有选择性地使用多种手段进行教学可以起到事半功倍的效果。多媒体在教学上应用，可以将工厂一些实际例子和生产现场搬到课堂，学生通过逼真的影像资讯不仅可以看清楚反应器的内部结构，同时也能了解反应器内传质与传热状况，对于反应器的设计、放大与优化建立必要的感性认识。如对合成氨反应器内部结构和流体流动的展示，激发了学生对反应工程课程的学习兴趣和学习热情。经过近两年多位老师的共同努力，本课程多媒体教案制作完成，经过课堂的使用，同学们反应良好，可以明显地提高教学效率。