化学反应工程原理汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇化学反应工程原理范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

《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.

篇（2）

    我院开设了为期2周的化学反应工程课程设计,要求每个学生独立完成硫酸转化器设计,采用二转二吸中的“3+1”或“2+2”式工艺、四段间接换热绝热式固定床催化反应器。每个学生的设计规模、进一段的原料气组成、净化率、转化率、吸收率不相同,学生自己查阅文献资料、查找设计方法、搜集计算公式、选择工艺参数进行设计。完成后撰写设计说明书,内容包括设计任务书、目录、设计方案简介、工艺计算、设计结果汇总、设计评述与讨论、参考文献,等等。设计过程中学生之间广泛讨论,商讨设计方法,学习氛围浓厚。虽然过程相似,但设计条件不同,每个学生都要单独完成自己的设计任务。通过该课程设计,学生对固定床催化反应器的形式和特点,固体催化剂的性能、内扩散有效因子的概念和计算方法,平衡温度、平衡温度曲线的概念和绘图方法,最佳温度、最佳温度曲线的概念和绘图方法,各段进出口温度、进出口转化率的最佳分配方法,利用本征动力学方程,通过数值积分计算反应时间的方法,催化剂用量的计算及校正方法,反应器直径、高度及其它附件尺寸的计算方法等知识点,有了深刻的理解和较好的掌握。

    二、逐步加大实验、巩固所学知识、培养实验动手能力

    对于化学反应工程这种实践性很强的工程学科来说,实验是学生参加实践获取知识所必需的学习途径。而化学反应工程的主要研究方法也是应用理论推演和实验研究工业反应过程的规律而建立的数学模型方法。所以教会学生如何建立各类实验反应器,如何进行实验设计、反应条件选择和数据处理非常有用。为此在课程建设中,我院通过专业实验课、综合设计型实验课,逐步加大与化学反应工程有关的实验。目前开设多釜串联流动特性的测定、管式反应器流动特性测定两个验证型实验;开设乙酸乙脂水解反应动力学的测定、乙醇催化裂解制乙烯反应动力学测定、乙苯脱氢制苯乙烯、反应精馏制乙酸乙酯等四个综合设计型实验。通过实验,学生对返混、脉冲法、阶跃法的概念以及停留时间分布的测定方法,多釜串联模型、轴向混合模型的流动特性,理想流动反应器与实际反应器停留时间分布的区别,连续均相流动反应器的非理想流动情况及产生返混原因,全混釜中连续操作条件下反应器内测定均相反应动力学的原理和方法,反应精馏与常规精馏的区别,连续流动反应体系中气——固相催化反应动力学的实验研究方法,温度、浓度、进料流量对不同反应结果的影响,转化率、选择性及收率的概念及计算方法等知识点,有了透彻的理解。课堂上学习的理论知识,不但在实验中得到验证和巩固,而且得到了应用,掌握了反应动力学的实验测定和相关设备的使用方法。

    三、开展仿真实训、培养实践操作能力

    我院以前有四周生产实习,实习中遇到企业为了安全和效益等因素不允许学生亲自动手操作时,学生得不到实际操作设备的锻炼机会;一般实习一个化工产品的生产过程,学生掌握了工艺流程、生产原理之后,实习后期学习兴趣、主动性降低,影响实习效果等问题。而且目前大部分化工企业采用DCS控制,技术员主要在控制室通过电脑操作控制生产过程。随着信息时代的到来,计算机仿真技术的应用越来越广泛,采用仿真技术将复杂的工业反应过程虚拟化,从而在计算机上以“慢速”再现反应过程及变化特征,将“抽象”化为“形象”,动态演示工业生产过程。并且,仿真实训具有无消耗、无污染、可重复操作等优点。为此我院购买了北京东方仿真软件技术有限公司的化工培训软件,在校内建立仿真实验室,开展仿真实训教学。将以前四周全在企业的生产实习改为前两周在企业生产现场实习,后两周在校仿真实验室开展仿真实训。目前我院开设的与化学反应工程有关的仿真实习项目有固定床反应器单元、流化床反应器单元、间歇反应釜单元,以及30万吨合成氨生产工艺中的反应部分、甲醇生产工艺中的反应部分,等等。学生要进行冷态开车操作、正常生产操作、停车操作、故障处理操作,以及单人单工段、多人单工段、多人多工段等操作环节的实训。通过仿真操作训练对于学生了解化工反应过程、以及工艺和控制系统的动态特性、提高对化工生产过程的运行和控制能力具有特殊效果。这种运行、调整和控制能力,集中反映了学生运用理论知识解决实际问题的水平。所以,仿真训练是运用高科技手段强化学生掌握知识和理论联系实际的新型教学方法。

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二、化学反应工程新领域

（一）计算反应工程

新世纪以来，流体力学、量子力学等基础研究在飞速发展、并日益成熟起来。这样就为在反应工程中有效计算机技术奠定了基础。在分子计算、大尺度集成、操作与过程的模拟、智能化发展等处，都可以看到数学软件在被广泛应用的身影。这样一来，人们得以更加简捷、有效的对化学反应过程全面、立体的模拟，加快了化学反应工程的发展速度[5]。比如，在对发展经济中其着重要作用的石油催、裂化领域，应用计算机技术可大大改善研究效果。在工业石油的催、裂化中，人们通过对重质渣油进行化学处理，将其转化成有经济价值的轻质油、高辛烷值油。若使用MIP反应器，石油裂化、异构化、脱氢反应可不限于一次。这样一来，工程试验的针对性及自由度得以提高，很好的改善了产品的特性及其分布。根据多尺度思路，在几秒内就可以依据宏观模型、对实际设备完成各处的颗粒分布。然后，以此作为初始及边界进行运算、进行细化。该过程主要是用一些层次较低的模型进行模拟的。按照这样的思路，可进行层层细化，反应器内一切细节得以展示。这样一来，试验人员能够据此更精准对反应器进行放大和设计优化。

（二）向分子反应工程的转化

技术及计算技术在不断提高着，使得人们对反应过程的认识逐渐深化。化学设备水平不断提高，让研究人员能够有效观察到分子、原子；随之理论水平的不断提高，也使得人们实现了多尺度的模拟。在化学工程领域，若在分子、原子基础上，可以使得化学合成及反应过程得以有效构建。而现在，在很多领域已经将该设想化为了现实。同时，该方法论能够将其与过程强化论有机联系起来，以最大可能的提高效率，促进了节能减排的发展。此外，若在化学反应工程中运用分子反应工程技术，可以使得前景更为广阔。

篇（4）

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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中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2012）29-0078-02

化学反应工程是化学工程与工艺专业的核心课程，以化学反应过程的共性规律、反应器的设计、放大和优化为主要研究对象，用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题，是一门实践性很强的工程学科。面向本科生的化学反应工程课程教学的目标，是使学生掌握化学反应工程基础知识，学习化学反应工程的研究方法和思路，了解化学反应工程最新进展和发展方向，提高创新思维能力。[1]笔者在长期的教学中将“方法论”作为重点，不断总结教材各章节、研究各类反应过程的共同方法，并应用于教学，对学生掌握化学反应工程的基本观点和工程方法，培养学生分析与解决工程问题的实际能力起到了很好的作用。

一、数学模型方法

工业反应器中进行的化学反应过程往往与物料的流动、混合、传质、传热、反应计量学、催化剂性能等有直接关系，浓度、温度、压力等参数影响反应结果，影响因素多，相互耦合，通常表现出很强的非线性，传统的因次分析和相似方法不能反映化学反应工程的基本规律。[2]教学中，把反应器中进行的过程分解为化学反应过程和物理传递过程，反应器中进行的过程分解为化学反应过程和物理传递过程，分别建立反应动力学模型和反应器传递模型，然后通过物料衡算和能量衡算把它们综合起来，建立反应器的数学模型，用数学模型方法来研究化学反应工程，进行反应器设计、放大与优化，比传统的经验方法能更好地反映其本质。因此，数学模型方法是化学反应工程的基本研究方法，可以通过数学模型的建立和求解去预测和模拟反应器的实际操作状况。[3]在阐明化学反应工程基本概念和原理的基础上，将各类反应器的数学模型作为讲授重点，尤其突出间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器数学模型的建立和求解方法，借此培养学生利用数学模型方法设计反应器的能力。

二、物料、能量衡算中非线性问题的线性化处理方法

反应速率一般是由反应实际进行场所的浓度和温度决定。而工业上广泛使用的气固相催化反应器、流固相非催化反应器，气液反应器中物料温度和浓度的变化呈现非线性特点。处理的共同方法为反应器设计中物料衡算、能量衡算时，衡算范围取一个微元，在微元内物料温度和浓度的变化近似按线性关系计算。在气固相催化反应工程讨论中、以单颗粒的球形催化剂为基础，在其中距中心R处取一厚度dR的微元球壳进行物料衡算、能量衡算；在气液反应工程讨论中、以双膜理论为基础，在液膜中距界面x处取一厚度dx的单位面积微元液膜进行物料衡算；在流固相非催化反应工程讨论中，以收缩未反应芯模型为基础，对单个球形固体颗粒，在其固相产物层内距中心R处取一厚度dR的微元球壳进行物料衡算；平推流反应器、非理想流动反应器轴向混合模型的计算中，在距反应器进口L处取一厚度dL的微元管段进行物料衡算、能量衡算。这些问题的研究方法有相似性，在教学中强调相互的联系，可以加深学生对内容的理解和对反应器设计中线性化处理非线性问题方法的掌握。

三、解决复杂问题时先分解后综合的方法

影响工业反应过程的因素多，关系复杂，若直接全面分析求解，往往比较困难，不容易理解。在教学中可采用先分解后综合的方法，把复杂的问题分成若干步、先研究每一步的规律，再综合得出整体的规律。气固相催化反应工程讨论中，先分外扩散、内扩散、化学反应过程分别讨论三个过程的规律和计算公式，再综合三个过程得出单个催化剂颗粒的反应规律，再进一步综合得出整个床层的反应规律；气液反应工程讨论中，先分气液两相间的传递规律、液膜中的扩散反应规律，液相主体中的扩散反应规律，再综合得出整个气液相反应规律；流固相非催化反应工程讨论中，先分流体滞流膜扩散控制、固体产物层（或惰性残留物层）内扩散控制、化学反应控制分别讨论，再综合得出总体的规律和计算公式；讨论吸附动力学方程中，先按单组分反应物的化学吸附控制、表面化学反应控制、单组分产物的脱附控制分别讨论，再综合得出总体的吸附动力学方程。这样的教学方法，往往能使复杂的问题变得简单明了，复杂的计算过程得到简化。

四、理论推演与实验结合的方法

化学反应工程自设立以来，作为一门工程学科，其复杂性往往不仅表现在过程本身，而更表现在化学反应器复杂的几何形状及千变万化的物性，[4]因此，广泛采用理论推演和实验相结合的研究方法。通过理论推演得出轴向混合模型、多级串联全混流模型等非理想流动模型，通过实验测定实际反应器停留时间分布、计算出无因次时间方差、选择合适的非理想流动模型，利用实验数据计算出模型参数，进行实际反应器的设计；气固相催化反应内扩散影响的判别中，通过理论推演得出判据式，通过实验测定判据式的值，可判断出内扩散的影响程度；流固相非催化反应中通过理论推演得出不同过程控制时的计算公式，通过温度对总体速率的影响实验，可判别过程是化学反应控制还是扩散控制，通过流速对总体速率的影响实验，可判别过程是流体滞流膜扩散控制还是固相产物层内扩散控制，然后选择相应过程控制的公式，能使计算过程大为简化。反应动力学模型的建立更需要理论推演与实验结合，虽然可以通过理论计算确定化学反应的机理和速率，但对大多数反应体系，这类理论计算所能达到的准确程度尚不能满足工业反应过程开发和反应器设计的要求，实验研究仍然是认识反应过程动力学特征的主要途径。化学反应工程在其发展过程中已形成了一整套动力学实验测定和数据处理方法。[3]教学中，应着重强调利用幂函数型模型，双曲线型模型拟合实验数据的方法，以及它们的优缺点，使学生较好地理解和掌握反应动力学模型的建立方法。

工科院校培养的工程技术人才，不仅要有丰富的理论知识，理论还应当联系实际，具有较高的独立思考能力、发现、分析和解决实际生产问题的能力，这就要求教师不仅要对学生传授知识，更重要地是教给学生求索知识的方法和应用知识的能力。[5]长期的教学中，笔者体会到数学模型方法，物料、能量衡算中非线性问题的线性化处理方法、解决复杂问题时先分解后综合的方法、理论推演与实验结合的方法，并在化学反应工程研究中普遍应用，将这些方法重点介绍给学生，使他们在学习中触类旁通，举一反三，取得了良好的学习效果。

参考文献：

[1]王垚等.化学反应工程教学新理念和实践探索[J].化工高等教育，2009，（2）.

[2]朱炳辰.化学反应工程（第五版）[M].北京：化学工业出版社，2012.

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我校的化学反应工程课程只针对化学工程与工艺专业本科生开设。我校的化学工程与工艺专业开设于上世纪九十年代，而化学反应工程课程的授课历史也已有二十多年。近年来，随着西部大开发进程的加快，成都及周边地区特别是民族地区对化学化工类人才的需求旺盛，我校每年化学工程与工艺专业的招生人数始终保持在140人左右。前几年由于学校工科基础薄弱，我校反应工程课程主要通过课堂教学为主，缺乏实验实践设备和场地，学生对于课程中涉及的基本原理仅有一些感官认识，无法深入理解。随着人才市场对学生素质要求的不断提升，仅局限于课堂授课的化学反应工程课程急需通过改革课程内容和授课方法，提升课程教学质量和学生素质。

2虚拟仿真技术与化学反应工程课程的融合

从去年开始，随着我校化学类虚拟仿真实验教学中心获批省级实验教学中心，学校加大了对化学类虚拟仿真教学平台的建设，本项目团队适时、创新性地提出将虚拟仿真技术和化学反应工程的教学实践相结合，大胆尝试提升化学反应工程课程教学效果的新方式方法。2.1利用虚拟仿真素材真正实现多媒体教学十四年前，我校就全面实现了多媒体教学，但是由于多媒体素材开发的滞后，使得过去的多媒体教学大部分是文字、公式、图片等的罗列。由于PPT播放速度快，多数学生对于课程理论内容一知半解，对学习的公式和图片很难融会贯通。从2014年开始，化学类虚拟仿真教学平台的一期建设项目中加大了对教学课件素材的购买和建设，如“合成氨素材库”“工业反应器素材库”等等，化学反应工程课程在多媒体教学中更多采用flas等动态多媒体形式进行教学，将公式、文字和图片融会贯通，复杂的内容变得浅显易懂，学生在课堂上的学习负担减轻，提升了学习效果。

2.2通过实物和实训模型加深理论学习效果

过去由于实验经费和场地紧缺，化学反应工程课程缺乏对应的实验和实训课程。自2015年开始，借助化学类虚拟仿真教学平台的实物模型和实训模型，我们开设了“化工仿真”和“化工专业实验”两门课程，通过专业实验加深学生对于工业反应过程和反应器理论的认识，通过实训课程扩展学生对于实际反应器具体操作方法的知识了解。例如:通过全混流反应器和平推流反应器仿真模型，学生可以深入理解“返混”的概念;通过多釜串联实训模型，学生可以深入理解停留时间的评价方法。实践过程中，学生通常4～6人一组，每个人均能够动手操作，因此加深了理论联系实际的效果。

2.3仿真软件教学使表面学习转变为底层学习

除了课件素材和模型以外，化学类虚拟仿真教学平台建设中还包括了“基础实验”、“专业实验”、“生产实训”三大仿真软件教学模块。其中，与化学反应工程课程相关的软件包括“CO中温－低温串联变换反应”、“乙苯脱氢制苯乙烯”、“催化反应精馏法制甲缩醛”等。以上软件的使用将学生对于理论课程的学习不再停留于公式推导、反应器结构等孤立的表面学，而是通过工业实例使学生将原理、实物、工业运用融会贯通，实现一种基于深层次理解的底层学习。这一过程使得该课程的学习效果显著提升。

2.4课上被动学习转化为课下主动学习

由于我校为二本院校且学生多来自少数民族地区，学生的知识基础较为薄弱，为了掌握课程内容需要反复练习和操作，需要更多的学习时间。但学校的实验设备和场地等硬件设施和资金均无法满足学生的长时间的课上学习。因此，我校化学类虚拟仿真教学平台建设投入部分资金建设了虚拟仿真网络共享平台，使得学生能够通过电脑、手机等客户端可以方便的访问学校的虚拟仿真软件资源。在课余时间，学生为了掌握课程内容、提升考试成绩，可以花大量的时间通过网络有针对性的对个别难点内容进行反复操练。这一举措将学生的学习由课上转变为课下，将学习方式由被动转变为主动。这一措施提升了学生对化学反应工程课程的学习热情，让教师有时间和动力去丰富共享平台资源，进而从根本上改变了课程的学习方式，提升了学习效果。

3成绩与问题

通过近一年的教学改革，我校化学反应工程课程的教学效果初见成效，学生对该课程的学习热情极大提升，课程期末考试优秀率增加至10～15%，学习效果有效提高。在实践过程中，我们也发现了不少现存问题需要解决。本次课程教学改革主要在于虚拟仿真技术和多媒体课堂授课之间的融合，由于探索时间短，故目前主要存在的问题都在于二者之间融合的兼容性问题，如:(1)如何实现多个课程之间的系统性融合从反应工程课程角度而言，新开的化工仿真和化工专业实验是反应工程学习的辅助课程，但从整个化工专业角度，三者均为专业教育服务，如何能将这局部与整体之间的关系进行融合是一个系统性问题。(2)硬软件资源与共享平台无法全方位融合目前，共享平台对于提升学生学习积极性和自觉性有很大帮助，但是由于共享平台和硬件、软件资源的接口不同，导致存在兼容性问题，要实现所有硬软件资源与共享平台的全方位融合需要学校和各个硬软件生产企业深入合作，这需要政策、人力、资金等多方位的支持。(3)实践硬件设备和专业软件之间缺乏直接联系目前，实践硬件设备和专业软件之间并无必然联系，有些硬件设备没有相应的软件支持，而多数软件也没有硬件实物作为对照，故而学生学习时对某个对象只能了解其硬件和软件方面，无法全面深入理解。为了解决这个问题，需要硬软件生产厂家提升自身产品研发深度，尽可能做到硬软件结合。

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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：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）40-0113-02

在当今全球节能减排要求日益严格的背景下，国内外燃料、燃烧理论及燃烧应用技术发展很快，“燃料与燃烧”作为我校本科热能与动力工程专业方向的骨干基础课，其教学效果对学生后续专业课学习和未来工作均有重要影响。

“燃料与燃烧”课程教学内容涉及众多专业，知识结构比较繁杂。基于我校培养适应社会发展的高素质、创新型人才的目标，在制定新版教学大纲时，广泛征集了用人单位、兄弟院校、教师和校友的意见，重新优化设计了“燃料与燃烧”课程的教学内容，考虑到燃烧理论是所有热机的基础，增加了燃烧基本理论方面的内容，尤其是与内燃机、燃气轮机和锅炉相关的理论。

一、“燃料与燃烧”课程教学内容

1.燃料。本模块主要包含：固体燃料、液体燃料、气体燃料的来源、种类、组成；燃料性质、物性参数的定义和表示方法等教学内容。

2.燃烧过程的物质平衡与热平衡。本模块主要包含：燃料的热值、过量空气系数、当量比；完全燃烧所需的空气量及燃烧产物组分的计算、不完全燃烧产生的烟气量、不完全燃烧方程式；完全燃烧与不完全燃烧时燃烧温度、实际燃烧温度、提高理论燃烧温度的途径等教学内容。

3.化学反应动力学。本模块主要包含：化学反应速度、基元反应、质量作用定律、反应分子数与反应级数、反应级数的确定方法；化学反应速率及其影响因素、各种级的单步化学反应、串联反应、竞争性反应、逆反应、链锁反应、链分枝爆炸、爆炸极限等教学内容。

4.燃烧系统守恒方程。本模块主要包括：分子传输方程；基本守恒方程；流动边界与热边界层等教学内容。

5.着火和燃烧界限。本模块主要包含：燃烧现象的分类；着火爆炸与熄火现象为化学动力学控制的燃烧问题；自燃与引燃、引燃成功条件，各种参数对着火的影响；热球点火与火花点火问题；燃烧界限的影响因素；等等教学内容。

6.预混气的燃烧。本模块主要包括：爆震波和缓燃波、雨果尼奥曲线及性质、雨果尼奥曲线上熵的变化、爆震波后已燃气的速度与当地声速的比较、爆震波的结构等教学内容。

7.层流预混火焰。本模块教学内容包括：热理论、化学和物理参数对火焰传播速度的影响、火焰传播速度的测量方法、火焰在层流气流中驻定的原理、火焰淬熄等教学内容。

8.层流扩散燃烧。本模块教学内容包括：层流扩散火焰的伯克和舒曼理论、燃料射流的唯象分析和层流扩散火焰射流等教学内容。

9.气体湍流燃烧。本模块教学内容包括：湍流火焰的唯象方法、湍流模型、非预混反应物的化学反应湍流和预混反应物的化学反应湍流等教学内容。

10.液体燃料的扩散燃烧。本模块主要包含：斯蒂芬流、单油滴的蒸发及质量燃烧速度、液滴寿命的计算；气流中的燃料液滴；在静止介质中液滴的超临界燃烧、内部回流对液滴蒸发速率的影响；火焰的位置、燃料蒸汽、氧气、产物及温度的分布、喷雾燃烧的概念；喷雾贯穿距离、喷雾角和颗粒平均直径；等等教学内容。

11.固体燃料的燃烧。本模块主要包括：固体燃料的燃烧过程、固体碳粒的燃烧、碳粒燃烧的化学反应、扩散与动力控制的碳粒表面燃烧等教学内容。

12.燃烧污染与防治。本模块主要包括：NOx的生成与防治、SOx的生成与防治、烟尘的生成与防治等教学内容。

13.船舶动力装置的燃烧。本模块主要包括：船舶柴油机的燃烧技术、燃气轮机的燃烧技术和船舶锅炉的燃烧技术。

二、“燃料与燃烧”教学设计

“燃料与燃烧”课程教学目的是使学生掌握燃料特性和燃烧基本理论，具备利用理论知识分析和研究燃烧现象和燃烧装置的能力。教学过程中应注意以下几点。

1.夯实基础知识。“燃料与燃烧”是研究燃烧规律的一门课程，它以高等数学、大学物理、大学化学和其他基础课的知识基础为支撑，课程中有很多非常基础的知识点，后续燃烧理论、燃烧模型都是在其基础上发展起来的。在课堂教学中应特别注意这些知识点，要讲全讲透，才有可能有良好的教学效果。

2.注重知识综合运用。“燃料与燃烧”课程是热能与动力工程专业的基础课程，教学内容直接应用到后续各专业方向的骨干课程中，如“内燃机原理”、“燃机原理”、“锅炉原理”和“内燃机排放与污染控制”等一系列课程。在课程教学中，应突出“燃料与燃烧”课程的特色内容，同时兼顾相关课程和相应的交叉课程，提高学生综合运用知识的能力。

3.增强教学体系结构的系统性。注重与前续基础课程、后续专业课程间的衔接，但又要避免课程内容的交叉重复。根据教学目的和检测要求，不断优化热能与动力工程专业方向的课程体系教学内容结构，增强课程体系的系统性和完整性。

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化学工程在我国具有较长的研究与应用历程，并在实际的生产与生活中取得到巨大的应用成效，不仅能够供给正常的生活需求，同时根据新材料的开发，能够满足现代型环保材料的使用。在化学工程中，较多的反映环境和反应机制都是在溶液中进行的，具有质量守恒和热量守恒定律的应用。而这种质量与能量的关系正是计算流体力学的主要原理。通过对实际应用环境和原理的分析，能够优化工程设计和工艺改进，提高化学工程的生产效率。

1计算流体力学在化学工程中的基本原理

计算流体力学简称CFD，是通过数值计算方法来求解化工中几何形状空间内的动量、热量、质量方程等流动主控方程，从而发现化工领域中各种流体的流动现象和规律，其主要以化学方程式中的动量守恒定律、能量守恒定律及质量守恒方程为基础。一般情况下，计算流体力学的数值计算方法主要包括数值差分法、数值有限元法及数值有限体积法，其也是一门多门学科交叉的科目，计算流体力学不仅要掌握流体力学的知识，也要掌握计算几何学和数值分析等学科知识，其涉及面广。针对计算流体力学的真实模拟，其主要目的是对流体流动进行预测，以获得流体流动的信息，从而有效控制化工领域中的流体流动。随着信息技术的发展，市场上也出现了计算流体力学软件，其具有对流场进行分析、计算、预测的功能，计算流体力学软件操作简单，界面直观形象，有利于化学工程师对流体进行准确的计算。

2计算流体力学砸你化学工程中的实际应用

2.1在搅拌中的应用分析

在搅拌的化学反应中，反映介质之间的流动性比较复杂，依据传统的计算形式根本无法解决，并在化学试剂在搅拌中存在不均匀扩散的特点，在湍流的形式中能量的分布状况也存在着空间特点。若是依据实验手段测得反映中物质、能量和质量的变化规律，其得出的结构往往存在较差时效性，实验骗差加大。通过对二维计算流体力学的应用，能够对搅拌中流体的形式进行模拟，并进行质量、能量等数据的验证。但是流体的变化，不仅与化学试剂的浓度、减半速度有关，还与时间、容器的形状等有着之间的联系，需要建立三维空间模拟形式进行计算流行力学。随着科学技术和研究水平的提高，在通过借助多普勒激光测速仪后，已经对三维计算形式有了较大的突破，这对于化工工程中原料的有效应用和工程成本的减低具有促进的作用，但是在三维计算流体力学中还存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不断的完善。

2.2CFD在化学工程换热器中的应用分析

换热器是化学工程中主要的应用设备，通过管式等换热器、板式换热器、冷却塔和再沸器等的应用，能够有效的控制化学试剂在反应中的温度变化。其中根据换热器的形式不同，计算流体力学的方式也就不同。在管式换热器中主要是通过流体湍流速度的改变，增加换热速率的。在板式换热器中是通过加大流体的接触面积，提高换热效率的。而在冷却塔和再沸器中，热量交换的形式更为复杂，但是却群在重复性换热的特点，增加了换热的时间，提高了换热的效果。从总体上分析，计算流量力学中，需要对温度变化、流体的速度变化、热交换面积变化和时间变化进行分析。通过CFD计算流体力学的应用，能够计算出不同设备的热交换效果，并根据生产的实际需求进行换热器的选择使用。

2.3在精馏塔中的应用

CFD已成为研究精馏塔内气液两相流动和传质的重要工具,通过CFD模拟可获得塔内气液两相微观的流动状况。在板式塔板上的气液传质方面,Vi-tankar等应用低雷诺数的k-ε模型对鼓泡塔反应器的持液量和速度分布进行了模拟,在塔气相负荷、塔径、塔高和气液系统的参数大范围变化的情况下,模拟结果和现实的数据能够较好的吻合。Vivek等以欧拉-欧拉方法为基础,充分考虑了塔壁对塔内流体的影响,用CFD商用软件FLUENT模拟计算了矩形鼓泡塔内气液相的分散性能,以及气泡数量、大小和气相速度之间的关系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一种用塔内典型微型单元(REU)的流体力学性质来预测整塔的流体力学性质的方法,对每一个单元用FLUENT进行了模拟计算,发现塔内的主要能量损失来自于填料内的流体喷溅和流体与塔壁之间的碰撞,且用此方法预测了整塔的压降。Larachi等发现流体在REU的能量损失(包括流体在填料层与层之间碰撞、与填料壁的碰撞引起的能量损失等)以及流体返混现象是影响填料效率的主要因素,而它们都和填料的几何性质相关,因此用CFD模拟计算了单相流在几种形状不同的填料中流动产生的压降,为改进填料提供了理论依据。CFD模拟精馏塔内流体流动也存在一些不足,如CFD模拟规整填料塔内流体流动的结果与实验值还有一定的偏差。这是由于对于许多问题所应用的数学模型还不够精确,还需要加强流体力学的理论分析和实验研究。

2.4CFD在化学反应工程中的应用研究

在化学反应工程中，反应物和生成物的化学反应速率与反应器、温度和压力等有着较大的联系，在实际的反应中可以利用计算流体力学进行数据的获取。但是这数据的获取具有一定的温度限制，当反应中温度过大，就会造成分子的剧烈运动，其运动轨迹的变化规律就会异常，在利用计算流体力学的模型计算中，计算数据与实际情况会发生较大的偏差。由于高温中分子的运动轨迹和运动速度难以获取，在计算流体力学的实际计算中，就要借助FLUENT进行三维建型，并利用测速反应器进行速度的测量，通过综合的比较分析，利用限元法进行数据的计算。可以得出不同环境下的反应器的流线、反应器内部的浓度梯度及温度梯度。通过CFD软件预测反应器的速度、温度及压力场，可以更进一步理解化学反应工程中的聚合过程，详细、准确的数据可以优化化学反应中的操作参数。

结束语

计算流体力学对于化学工程的应用具有实际意义，并在经济效益的提高上具有重要的价值，在近几年，化学工程技术人员不断的计算流体力学中展开研究，以二维空间计算和模拟为基础，不断的完善三维空间的流量计算，并得出了一系列的流体流动规律。根据计算流体力学在化学工程中的广泛应用，在今后的化学工程发展中，应加强此类学科的教学与延伸，提供出更有效的反应设备和工艺操作。

参考文献

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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］。