本文格式為Word版，下載可任意編輯——化學反應工程27060化學反應工程南京工業(yè)大學編（高綱號0322）Ⅰ課程性質(zhì)、地位和任務

“化學反應工程〞是化學工程學科的一個分支，是化學工程與工藝專業(yè)學生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)課程。它以工業(yè)反應過程為主要研究對象，研究反應過程速率及其變化規(guī)律；研究反應器內(nèi)的傳遞特性及其對化學反應的影響。為學生今后從事化工反應技術(shù)開發(fā)、反應器

的設計與放大、反應過程操作優(yōu)化等諸方面工作奠定基礎(chǔ)。

本課程在學生學習了“高等數(shù)學〞、“大學物理〞、“化學〞、“物理化學〞、“化工原理〞等課

程基礎(chǔ)上進行。課程總學時為100，即5學分。

通過本課程的學習，學生應比較穩(wěn)固地把握化學反應工程的基本原理和計算方法，應能聯(lián)系化工實際，在反應工程理論的指導下，對反應過程和反應器進行初步的分析和設計計算。

Ⅱ自學考試要求第一章緒論（一）主要內(nèi)容1.化學反應工程的研究內(nèi)容2.化學反應工程的研究方法3.化學反應工程的學科系統(tǒng)的編排

（二）自學考試要求1.化學反應工程的研究內(nèi)容

理解化學反應工程學是研究化學反應的工程問題的科學；傳遞過程（即反應器內(nèi)的動量、熱量和質(zhì)量傳遞，簡稱“三傳〞）與反應動力學是構(gòu)成化學反應工程最基本的兩個支柱等說法

的含義。理解化學反應工程學與相關(guān)學科的聯(lián)系，化學反應工程本身的專門范疇。

2.化學反應工程的研究方法

理解化學反應工程的基本研究方法是數(shù)學模型法，數(shù)學模型的主要內(nèi)容及其相互關(guān)系，

了解數(shù)學模擬放大法的大體步驟。3.化學反應工程的學科系統(tǒng)和編排

理解按反應操作方式、反應器型式、和化學反應相態(tài)進行分類的方法；本課程編排的原

則和方法。

緒論部分在初次學習時，只能做到大體了解、待全部內(nèi)容學習完畢后，應重新學習緒論，

才能做到理解。

其次章均相反應的動力學基礎(chǔ)

（一）主要內(nèi)容1.基本概念與術(shù)語2.單一反應速率方程3.復合反應速率方程（二）自學考試要求1.基本概念與術(shù)語

理解化學反應計量方程表示的內(nèi)容。

理解化學反應速率的定義和在恒容過程、分批式操作、連續(xù)滾動穩(wěn)定操作時的數(shù)學表示式。把握各個組分反應轉(zhuǎn)化率和反應程度的定義和計算；膨脹因子的物理意義和數(shù)學表示式；

等分子和非等分子反應達一定轉(zhuǎn)化率時各組分摩爾數(shù)和摩爾分率的計算。

理解化學反應速率方程表示的內(nèi)容和不同型式；影響反應速率的主要因素；冪函數(shù)型速率方程式中反應級數(shù)和活化能的物理意義及其大小對反應速率的影響；反應級數(shù)和活化能的

確定方法。

理解基元反應的物理意義。把握由反應機理推導反應速率方程的方法。

2.單一反應速率方程

理解單一反應的定義，把握由分批式等溫動力學試驗數(shù)據(jù)確定反應速率方程式的微分法

和積分法。

把握等溫恒容過程零級、一級和二級不可逆反應的速率方程式及其積分式的積分過程，

并能熟練地用于進行有關(guān)計算。

以一級反應為例，理解可逆反應速率方程式的建立方法。了解自催化反應的特點及其速率方程式的建立方法。

3.復合反應速率方程

理解復合反應的定義、主要類型、復合反應的收率、得率和選擇性的定義和數(shù)學表示式。把握主副反應均為一級的不可逆平行反應速率方程的建立過程，并能用于進行各組分的瞬時濃度、目的產(chǎn)物收率、得率和選擇性等的計算。理解其動力學特征和各組分濃度隨反應

時間分布曲線的特點。

把握各步均為一級的串聯(lián)不可逆反應速率方程的建立過程，并能用于進行各組分的瞬時濃度、目的產(chǎn)物（中間產(chǎn)物）收率、得率和選擇性等的計算；最優(yōu)反應時間topt和最大得

率Xmax的計算。理解各組分農(nóng)度隨反應時間分布和產(chǎn)物得率分布曲線的特點。

第三章理想反應器（一）主要內(nèi)容

1.分批式操作的理想混合反應器

2.連續(xù)操作的理想混合反應器（單釜和多釜串聯(lián)）

3.平推流反應器

4.反應器型式與操作方法的評比

（二）自學考試要求1.分批示操作的理想混合反應器

理解分批式操作理想混合反應器內(nèi)物料濃度、溫度分布的特點，適用場合的優(yōu)缺點。把握對著眼組分建立物料衡算式的方法，并由此推導分批操作理想混合反應器設計方程的方法。能運用設計方程進行單一反應和復合反應等溫操作時反應時間、轉(zhuǎn)化率、反應器有

效容積待計算。

把握對整個反應器建立熱量衡算式的方法，并由此推導分批操作理想混合反應器操作方程的方法。能運用設計方程和操作方程進行絕熱操作時的反應時間、轉(zhuǎn)化率、反應器有效容

積和換熱面積等計算。

了解變溫（非等溫非絕熱）操作時的計算方法。理解最優(yōu)反應時間和最優(yōu)轉(zhuǎn)化率和計算方法。

2.連續(xù)操作的理想混合反應器

此類反應器尋常簡稱全混流反應器，為CSTR.理解全混流反應器內(nèi)物料滾動、濃度和溫度分布等特征。理解反應時間、空時、停留時間各自的定義和數(shù)學式。

把握全混流反應器設計方程（即物料衡算法）的建立方法，能應用方程進行單一反應和

復合反應的各項計算。

把握在1/rA～CA圖上比較分批式反應器和全混流反應器有效容積的方法，和通過計

算全混流反應器容積效率η比較分批式反應器和全混流反應器有效容積的方法。把握全混流反應器操作方程（即熱量衡算式）的建立方法。能應用設計方程和操作方程

進行各項計算。

理解全混流反應器的熱穩(wěn)定性，能應用熱穩(wěn)定性判據(jù)初步判斷定常態(tài)操作是否穩(wěn)定。把握在1/rA～CA圖上表示多釜串聯(lián)全混流反應器的有效容積的方法。在進行一致的恒溫恒容單一反應并達到一致的轉(zhuǎn)化率時，能在1/rA～CA圖上進行分批式、單釜和多釜

串聯(lián)全混流反應器所需有效容積的比較。

把握多釜串聯(lián)全混流反應器的設計計算方法，進行一級不可逆反應時的設計方程，并能

用于進行有關(guān)計算。理解圖解計算法。

了解多釜串聯(lián)全混流反應器各釜的最優(yōu)容積比。

3.平推流反應器此類反應器尋常為PFR

理解平推流反應器內(nèi)流體滾動、濃度和溫度分布的特征；恒容和變?nèi)葸^程的停留時間、

反應時間和空時的計算。

把握平推流反應器的設計方程（即物料衡量式）的建立方法及其計算應用。理解等溫恒容過程平推流反應器和分批式理想混合反應器的設計方程是完全一致的（但時間項平推流為

空時τ，分批式為反應時間t）。把握平推流反應器的圖解計算法。

把握平推流反應器的操作方程（既熱量衡算式）建立方法。了解變溫操作時的計算方法。

了解循環(huán)操作的平推流反應器的特征和計算方法。

4.反應器型式與操作方法的評比

理解進行反應級數(shù)n＞0、n＜0的不可逆等溫單一反應時，平推流反應器、全混流反應器和多釜串聯(lián)全混流反應器所需容積的比較；以及在1/rA～XA圖上，曲線具有最高點時，

為使反應器容積最小，不同型式反應器應采用的串聯(lián)順序。

理解可逆吸熱反應和可逆放熱反應的反應速率和平衡轉(zhuǎn)化率與操作溫度的關(guān)系；可逆放熱反應在XA～T圖上的最優(yōu)溫度線和平衡溫度線；可逆吸熱反應和可逆放熱反應最優(yōu)操作

溫度的選定。

把握復合反應在分批式理想混合反應器、平推流反應器、全混流反應器和多釜串聯(lián)全混

流反應器中進行時的瞬時收率和總收率的計算式，并能用于進行有關(guān)計算。理解在平推流反應器和全混流反應器中進行一級不可逆串聯(lián)反應：

（三）重點與難點

重點：分批式理想混合反應器、全混流反應器和平推流反應器內(nèi)的滾動混合特征；溫度、濃度和反應速率分布特征；等溫操作下的設計計算方法；進行單一反應和復合反應時反應器

的性能比較。

難點：單一反應復合反應的各種狀況下，反應器型式、組合方式和操作方式的選擇。

第四章非理想滾動（一）主要內(nèi)容1.停留時間分布

2.平推流和全混流反應器的停留時間分布

3.非理想滾動的滾動模型（二）自學考試要求

3.非理想滾動的滾動模型

理解返混的概念；返混與停留時間分布的區(qū)別和聯(lián)系；建立非理想滾動模型的必要性。把握用反應器停留時間分布實測數(shù)據(jù)（或E（t）函數(shù)式）和反應速率方程式計算出口

平均轉(zhuǎn)化率的凝集流模型。理解使用凝集流模型的局限范圍。

理解多級全混流串聯(lián)模型的物理含義；數(shù)學模型建立的基本思路。把握根據(jù)反應器停留

時間分布實測數(shù)據(jù)確定模型參數(shù)N的方法。

理解軸向分散模型的物理含義；數(shù)學模型建立的基本思路。把握根據(jù)反應器停留時間分布實測數(shù)據(jù)確定模型參數(shù)Ez/uL的方法。能應用軸向分散模型進行一級不可逆反應的計算。

了解流體的微觀混合與宏觀混合及其對化學反應的影響。

（三）重點與難點

重點：返混與停留時間分布的概念；E（t）和F（t）函數(shù)；平推流反應器和全混流反應器的E（t）和F（t）函數(shù)；由試驗測定停留時間分布數(shù)據(jù)確定E（t）和F（t）函數(shù)和非

理想滾動模型的模型參數(shù)。難點：非理想滾動模型方程的建立。

第五章氣固催化反應動力學

（一）主要內(nèi)容

1.固體催化劑表面的吸附現(xiàn)象和吸附等溫式

2.氣固催化反應的動力學方程3.氣固催化反應速率的試驗測定方法

4.催化劑顆粒中的擴散（二）自學考試要求

1.固體催化劑表面的吸附現(xiàn)象和吸附等溫式

理解氣體在固體催化劑表面上物理吸附與化學吸附的區(qū)別。

理解朗格繆爾（langmuir）型吸附等溫線方程式的基本假設；吸附等溫線方程式的推

導；單分子吸附、多分子吸附、解離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溫式的假設和方程形式。

2.氣固催化學反應的動力學方程

理解氣固反應中，反應速率一般以單位質(zhì)量催化劑為基準，不同場合也有以單位床層體

積或單位催化劑體積等為基準的，應把握不同基準間的相互換算。

理解氣固催化反應所經(jīng)歷的七步過程；確定過程總速率的控制步驟法；當某一步驟起控

制作用時，其他步驟所處的狀態(tài)。

把握在不同控制步驟下根據(jù)朗——辛（L-H）機理推導雙曲線型反應速率式的方法，并

能根據(jù)雙曲線型反應速率方程式看出所設想的機理。了解雙曲線型和冪數(shù)數(shù)型反應速率方程各自的優(yōu)缺點。

3.氣固催化反應速率的試驗測定方法

理解檢驗外擴散影響的存在和消除外擴散影響的方法。理解檢驗內(nèi)擴散影響的存在和消除外擴散影響的方法。

了解試驗室固定床積分反應器和微分反應器各自的優(yōu)缺點；滾動循環(huán)無梯度反應器的特

點。

了解由動力學試驗數(shù)據(jù)確定動力學方程和進行參數(shù)估值的一般做法。

4.催化劑顆粒中的擴散

理解多孔催化劑粒內(nèi)擴散的繁雜性；分子擴散和努森（Knudson）擴散的區(qū)別。理解分子擴散系數(shù)DAB或Dim、努森擴散系數(shù)Dk、綜合擴散系數(shù)D和有效擴散系數(shù)

De的區(qū)別和聯(lián)系。

理解催化劑有效系數(shù)η的定義；內(nèi)擴散模數(shù)（Thiele模數(shù)）φs的定義式和物理含義。理解等溫球形催化劑進行一級反應時有效系數(shù)η計算式的推導過程。把握有效系數(shù)η

計算式的應用。

理解以特征長度L定義的內(nèi)擴散模數(shù)φL的定義式；φs和φL的關(guān)系式。理解包含了可以直接測得的反應速率值（-r）=-1dn/Vedt的Weisz模數(shù)φL的定義式；φL與φL的關(guān)系式。把握φL式的應用，能根據(jù)φs或φL值的大小判別內(nèi)擴散的影響程序，以及為消

除和減少內(nèi)擴散阻力可采取的措施。

理解內(nèi)擴散對復合反應選擇性的影響。了解為了減少內(nèi)擴散阻力和改善目的產(chǎn)物選擇

性，對催化劑制造采取的改進方法。

（三）重點

根據(jù)朗——辛機理推導不同控制步驟的雙曲線型反應速率方程；判別與消除反應過程內(nèi)外擴散阻力的方法；等溫一級球形催化劑的有效系數(shù)η的計算；如何根據(jù)內(nèi)擴散模數(shù)植的

大小判別內(nèi)擴散的影響程序。第六章固定床反應器（一）主要內(nèi)容

1.固定床的特點、型式和數(shù)學模型

2.固定床中的傳遞過程3.絕熱床反應器4.換熱式固定床反應器（二）自學考試要求1.固定床的特點、型式和數(shù)學模型

了解固定床的主要優(yōu)點和缺點，主要型式的結(jié)構(gòu)特點，適用場合和優(yōu)缺點。擬均相一維、

二維模型和非均相模型的定義。2.固定床中的傳遞過程

理解顆粒層的若干物理特性參數(shù)，包括：固體真密度、顆粒密度、床層堆積密度，三者的區(qū)別和聯(lián)系。顆粒的體積當量直徑dv、面積當量直徑da、比表面當量直徑ds三者各自的定義、計算公式和聯(lián)系。非球形粒子的形狀系數(shù)φs的定義。固定床的當量直徑de的計

算式。床層空隙率？B及其影響因素。

把握固定床壓降的計算方法，理解影響壓降的因素。

理解固定床內(nèi)的傳熱的重要性；傳熱包括那幾個方面；各以什么傳熱系數(shù)進行描述；固

定就要有效導熱系數(shù)的物理含義。

理解固定床內(nèi)流體與粒子間的傳質(zhì)，固定床中流體的混合擴散，表征混合擴散程度的系

數(shù)Er和Ez和無因次數(shù)Per和Pez.

3.絕熱床反應器

把握單層絕熱床的物料衡算式和由熱量衡算式積分所得的絕熱線方程式，能用于進行催化劑用量等的計算。理解多層絕熱床的計算方法。了解多層絕熱床的最優(yōu)化問題的思路。

4.換熱式固定床反應器

通過自熱式反應器的計算例如，把握換熱式固定床反應器按擬均相一維模型的計算方

法。了解擬均相二維模型的計算思路。

第七章流化床反應器

自學考試要求

了解流態(tài)化現(xiàn)象；流態(tài)化的各種狀態(tài)；流化床的優(yōu)缺點；工業(yè)流化床的各種型式。

了解流化床中氣泡相和乳（濁）相，兩相各自的作用和相互間的聯(lián)系。了解流化床的氣泡兩相模型和鼓泡床模型的基本假設和建立數(shù)學模型的思路。

第八章氣液相反應過程的宏觀動力學和反應器

自學考試要求

了解氣液相反應如A（g）+bB（ι）→R（g）+S（ι）所需經(jīng)歷的步驟。了解根據(jù)不同的傳質(zhì)速率和化學反應速率，應用傳質(zhì)的雙膜理論可以區(qū)分的八種動力學狀況，各種狀況下濃度分布的圖形特征，反應發(fā)生場所。了解氣液反應的重要參數(shù)——膜內(nèi)轉(zhuǎn)化系數(shù)γ的物理意義，能根據(jù)γ的大小區(qū)分動力學狀況。了解加強系數(shù)β和反應相利用率η的物理意

義。

了解氣液相反應器的常見型式和進行氣液相反應器型式選擇時考慮的因素。

Ⅲ有關(guān)說明與實施建議（一）關(guān)于自學考試要求

大綱內(nèi)按了解、理解、把握三個層次提出了自學和考試應達到的深度。具體含義為：了解：對有關(guān)內(nèi)容有初步的、粗淺的認識。知道定性的概念、方法的思路，不要求記憶

有關(guān)的公式和推導過程。

例如：第三章中有“了解循環(huán)操作的平推流反應器的特征和計算方法。〞具體要求為：知道將平推流反應器出口的反應產(chǎn)物部分地返回入口處與原始物料混合再進入反應器進行反應，即為循環(huán)操作的平推流反應器。由于部分產(chǎn)物的循環(huán)造成了返混，當循環(huán)比β（β=循環(huán)回入口的體積流率/離開反應器的體積流率）趨近于零即為平推流反應器，β增大，流體的返混程度也增大，當β→∞時，則相當于全混流反應器，故可通過控制循環(huán)比來控制反應器內(nèi)返混程度。對于循環(huán)操作的平推流反應器，設計方程應看懂推導過程，但不要求記憶。

對于如何獲得最優(yōu)循環(huán)比βopt則不作要求。

理解：對有關(guān)內(nèi)容有比較全面深入的認識，能熟記有關(guān)概念、原理、方法和公式，并能

應用有關(guān)概念、原理和方法對問題進行定性的分析、判斷或比較、選擇。

例如：在其次章中提出：理解活化能的物理意義及其大小對反應速率的影響。具體要求為：知道溫度對反應速率的影響常用反應速率常數(shù)K來表示，對于多數(shù)反應，反應速率常數(shù)K與反應溫度的關(guān)系可用阿累尼烏斯公式表示，即K=K0e-E/RT，其中E是一個重要的動力學參數(shù)，稱為活化能?；罨艿奈锢硪饬x是把反應分子?激發(fā)?到可進行反應的?活化狀態(tài)?時所需的能量?；罨艿拇笮∈潜碚骰瘜W反應進行難易程度的標志，活化能大，反應難于進行，所需的反應溫度就高，活化能小，則反應簡單進行?；钅艿拇笮∵€是反應速率對溫度敏感性的標志，活化能愈大，溫度對反應速率的影響就愈顯著，即溫度的改變會使反應速率發(fā)生顯著的變化，但影響的程度還與反應溫度水平有關(guān)，溫度愈低，影響愈大。尋常均相反應的活化能在4*10的7次方～2*10的8次方J/kmol之間。在以上認識的基礎(chǔ)上，可知對于復合反應，若主反應的活化能大于副反應的活化能，則應采用完可能高的溫度進行反應，反之，則采用較低溫度操作。在學習了氣固催化反應后，又可推知，若改變反應溫度，反應速率變化很小，則過程受擴散影響較大，因若為動力學控制，必表現(xiàn)出反應速率對溫度的敏

感性。

把握：在理解的基礎(chǔ)上，能熟練地運用有關(guān)方法，能熟練地運用計算公式，對問題進行

定量的分析、判斷、比較、選擇，或設計計算。

（二）關(guān)于自學教材

本大綱主要教材是：“化學反應工程〞，（其次版），陳甘棠主編，化學工業(yè)出版社，

1990年11月。主要參考書：

1.反應工程，李紹芬主編，化學工業(yè)出版社，1990年6月。

2.化學反應工程，黃恩才主編劉國際副主編，化學工業(yè)出版社，1996年6月。3.化學反應工程基本原理，毛之候謝聲禮張濂編著，化學工業(yè)出版社，1990年11

月。

4.化學反應工程基本原理例題與習題，張濂毛之候謝聲禮編，華東化工學院出版社，

1992年4月。

5.化學反應工程例題與習題，朱炳辰房鼎業(yè)姚佩芳編著，華東理工大學出版社，

1993年4月。

（三）關(guān)于自學內(nèi)容和方法

1.自學內(nèi)容

化學反應工程內(nèi)容由于涉及化學、數(shù)學、物理化學、化工原理等多個學科領(lǐng)域，并采用數(shù)學模型的研究方法，有一定的廣度和深度，大量初學者會感到內(nèi)容多、概念生疏、公式和符號多、數(shù)學應用不熟練。因而抓不住重點，自學效果差等問題。為了改變以上狀況，除了

反復閱讀教材外，還應擅長將內(nèi)容進行總結(jié)歸納、前后聯(lián)系、做到融會貫穿。反應工程的內(nèi)容可以概括為兩個方面，即反應動力學和反應器的設計與分析。反應動力學主要研究化學反應的機理和速率，對物理化學學科，反應動力學著重研究反應歷程和機理，對于反應工程，則著重于得到反應速率規(guī)律的定量描述。對于絕大多數(shù)反應都需通過動力學試驗，確鑿測得不同溫度、濃度等條件下的反應速率數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理建立反應速率方程式（亦即動力學方程式）。這種反應速率方程式反映了化學反應本身的規(guī)律性，是不隨反應器的大小、結(jié)構(gòu)和操作方式而改變的。有的教材將它特稱為本征反應速率或微觀反應速率。反應動力學是反應工程的基礎(chǔ)。反應器則為化學反應提供了反應場所，對反應器內(nèi)的過程進行分析，除化學反應外，又包括了流體的滾動混合、傳熱、傳質(zhì)（簡稱“三傳〞），流體的滾動混合、傳熱、傳質(zhì)并不會改變化學反應的本征動力學，但會影響反應場所的濃度和溫度在時間、空間上的分布，從而影響反應器內(nèi)反應速率在時間、空間上的分布，并最終影響反應的結(jié)果。物料從進入反應器到離開為止的全過程就是具有一定動力學特性的反應物系在具有一定傳遞性的裝置中進行蛻變的過程。流體的滾動混合、傳熱、傳質(zhì)是隨反應器的大小、結(jié)構(gòu)形式和和操作方式而改變的。這也是裝置存在“放大效應〞的原因。因此設計、選擇和操作反應器時，必需充分了解反應的動力學特性和裝置的傳遞特性，以及兩者結(jié)合時的相互影響。反應器的設計與分析就是研究不同反應器內(nèi)的傳遞特性及其變化規(guī)律并把它與反應動力學規(guī)律結(jié)合起來，解決反應器的設計、操作優(yōu)化問題。教材中將反應區(qū)分為均相和非均相后，

就分別探討其反應動力學和反應器的設計與分析。

均相反應動力學和理想反應器，特別是理想反應器是反應工程中最基本、最核心的內(nèi)容，它涉及了反應工程中的大量重要基本概念、基本原理和基本方法。如：影響反應速率的因素；反應速率方程式的建立方法；兩種理想滾動模式的特點以及由此造成的兩種理想反應器內(nèi)溫度、濃度、反應速率分布的區(qū)別，進而影響到反應器的生產(chǎn)能力和反應的選擇性；反應器的教學模型一物料、熱量衡算式，在不同反應器不同操作方式下的建立方法；理想反應器的設計計算；如何根據(jù)反應特性和反應器特性進行反應器型式和操作方法的評比等等。熟悉理解把握了這部分內(nèi)容，就打下了良好的基礎(chǔ)，由于這些概念、原理和方法同樣適用于非均相反

應，只是后者更加繁雜而已。

非理想滾動是課程的難點。主要由于概念