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对所研究的化学反应，以简化的或近似的数学表达式来表述反应速率和选择率与温度和浓度等的关系。这本来是物理化学的研究领域，但是化学反应工程工作者由于工业实践的需要，在这方面也进行了大量的工作。不同之处是，化学反应工程工作者着重于建立反应速率的定量关系式，而且更多地依赖于实验测定和数据关联。多年来，已发展了一整套动力学实验研究方法，其中包括各种实验用反应器的使用、实验数据的统计处理方法和实验规划方法等。
对各类常用的反应器内的流动、传热和传质等过程进行理论和实验研究，并力求以数学式予以表达。由于传递过程只是物理的,所以研究时可以避免化学反应,用廉价的模拟物系（如空气、水、砂子等）代替实际反应物系进行实验。这种实验常称为冷态模拟实验，简称冷模实验。传递过程的规律可能因设备尺寸而异，冷模实验所采用的设备应是一系列不同尺寸的装置；为可靠起见，所用设备甚至还包括与工业规模相仿的大型实验装置。各类反应器内的传递过程大都比较复杂，有待更深入地去研究。
对一个特定反应器内进行的特定的化学反应过程，在其反应动力学模型和反应器传递模型都已确定的条件下，将这些数学模型与物料衡算、热量衡算等方程联立求解，就可以预测反应结果和反应器操作性能。由于实际工业反应过程的复杂性，至今尚不能对所有工业反应过程都建立可供实用的反应动力学模型和反应器传递模型。因此，进行化学反应工程的理论研究时，概括性地提出若干个典型的传递过程。例如：伴随着流动发生的各种不同的混合，如返混、微观混合、滴际混合等；反应过程中的传质和传热，包括反应相外传质和传热（传质和反应相继发生）和反应相内传质和传热(反应和传质同时进行)。然后，对各个典型传递过程逐个地进行研究，忽略其他因素，单独地考察其对不同类型反应结果的影响。例如，对反应相外的传质，理论研究得出其判据为达姆科勒数Dα，并已导出当Dα取不同值时外部传质对反应结果的影响程度。同样，对反应相内的传质，也得出了相应的判据西勒模数。这些理论研究成果构成了本学科内容的重要组成部分。这些成果一般并不一定能够直接用于反应器的设计，但是对于分析判断却有重要的指导意义。
由于在已选定的工业反应器中进行的宏观化学反应过程，就是具有一定化学动力学特性的反应物系进入具有一定流动和传递特性的工业装置中进行演变、达到人们期预的状之后离开反应器的全过程，整个过程涉及到多种影响参数及各参数之问相互作用的复杂关系。使宏观过程控制到期预状态，达到工程技术目的，实现技术经济目标，必须搞清上述诸多因素或参数对宏观过程、状态及生产(设计)目标的影响规律、调控的可能性及程度、技术经济效果等。在研究或处理方法上，就是在实验(实践)的基础上，用数学模拟的方法即根据反应的动力学特性和该物系在该反应器中的传递特性及流动特性，抓住影响宏观过程的主要矛盾和矛盾的主要方面。恰当地简化处理那些影响不大的次要因素，建立物系的动态物理模型。再对物理模型进行数学描述—建立宏观过程的数学模型，进而根据特定的初始条件、边界条件对数学模型求解，确定有关设计参数以及模拟放大，实践检验，修正完善。显然，该模型就是化学动力学模型、流动模型、传递模型以及相关的参数计算模型的综合。所以建模及解析无疑是各类反应器设计的中心。
学习的过程要与实际工程联系起来
例如在返混这一概念的学习中，例如，针对丁二烯氯化制二氯丁烯的开发，根据化学反应工程理论指导认识反应特征，温度效应要求反应器内不出现低温区，否则造成反应选择性差，为使反应器内不出现低温区，最直接的方法是将两种物料各自预热，然后进入反应器。但是丁二烯容易在预热器中发生自聚，造成换热面的污染，使换热器不能长期运转。因此，从工程的角度，不宜采用用原料预热的方式，可利用返混使进入反应器的冷料与反应器中的热料迅速混合，使冷料可以立刻提高温度。正如全混流反应器中提到，充分的返混将使反应器内的各处温度和浓度均匀，并等于反应器的出口浓度好温度。
工程分析方法是将化学反应工程中诸如返混，传质，传热等物理因素对反应结果的影响，进行分解处理，而后进行工程分析。工业反应器中的化学反应可以分解为物理过程和化学过程。在化学反应过程中，影响反应结果的因素可分为二类：一是与设备大小无关的反应动力学因素，即化学因素，这是过程的个性。每个反应各不相同。二是与设备大小密切相关的传递过程因素，即工程因素，这是过程的共性，同类反应器的传递特性是相同的。不因进行的反应过程而变化。但与反应器大小密切相关。而从本质上看，工程因素对反应结果的影响，是通过流体流动，传质和传热等物理过程。改变了反应场所的浓度和温度分布，再通过反应动力学的特征间接地影响了反应结果。
反应工程思维方法揭示了上述决策变量对反应结果的影响。实质上是有关工程因素对反应场所温度和浓度的影响，而反应场所的温度和浓度是通过化学反应的温度效应与浓度效应对反应速率，反应选择性产生影响，进而改变了反应结果。因此，我们在教学过程中突出强调反应工程理论思维法运用，强调从分析工程因素的本质入手，针对反应动力学特征来判别工程因素对反应结果的影响，培养采用工程分析法来分析和解决工程问题的能力。只有把握了工程因素本质及反应特征，分析了工程因素对反应结果的影响程度，才能使从反应过程设计和操作上提出优化的工程措施，解决工程问题。
返混这一工程因素，已经知道返混造成了反应器内浓度的变化，使反应物的浓度降低了，那么对反应结果有何影响呢?对这个问题，我们不能简单地下结论，而要根据反应过程的特征，具体问题具体分析。例如，对串联反应而言，浓度降低总是造成反应选择性的下降，故这一工程因素的影响总是不利的：而对平行反应而言，根据反应选择性的动力学特征，主反应级数低于副反应级数时，浓度降低是有利的，故返混的影响是有利的，而反之则是不利的。又如，对于颗粒催化剂内部传递过程而言，由于传质阻力的存在，使催化剂内部的反应物浓度从外往里呈逐渐降低的态势，而产物浓度的变化则相反。尽管内部传递过程与返混是两个截然不同的工程因素，但只要深入分析，从本质上看，内扩散同样是改变了反应场所的浓度，使反应物浓度降低了，这恰好与返混的结果一样，可以预见，内部传递过程对反应结果的影响，也必然与返混的影响一样。工业反应过程中，影响反应结果的工程因素有返混、予混合、传质和传热等，取决于反应器型式、操作方式、操作条件等决策变量。反应工程思维方法揭示了上述决策变量对反应结果的影响，实质上是有关工程因素对反应场所温度和浓度的影响，而反应场所的温度和浓度是通过化学反应的温度效应与浓度效应对反应速率、反应选择性产生影响，进而改变了反应结果。
化学工业生产过程包括进行物理变化和化学反应的过程。化学反应过程是生产的关键。在工业规模的化学反应器中，化学反应过程与质量、热量及动量传递过程同时进行。这种化学反应与物理变化过程的综合，称为宏观反应过程。研究宏观反应过程的动力学称为宏观反应动力学。宏观动力学与本征动力学不同之处在于：除了研究化学反应本身以外，还要考虑到质量、热量、动量传递过程对化学反应的交联作用及相互影响。进行宏观反应动力学分析，应注意按相的类别、温度条件和操作方法来分类，多相反应，或称为非均相反应，涉及反应物及生成物在相际的质量传递。变温反应涉及反应物系的相际及与外界的热量传递；而流体的流动特征对质量传递和热量传递有着重大的影响。以宏现动力学为基础，还要进一步对工业反应装置的结构设计墁最佳操作条件的确定控制、放大、优化等进行研究，以期应用于生产实践时获得良好的技术经济效果
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）16-0056-02
化学反应工程是一门涉及高等数学、化工原理、化工热力学、化工传递过程、化工分析与合成等多学科、多领域的科学，也是一门研究化学反应的工程问题的学科。化学反应工程是我校化学工程与工艺本专科的核心课程，目的是将实验室中发现的化学反应可靠地移植到工业生产中，并且就所确定的反应与预期的生产能力对反应器的形状、尺寸及操作方式进行设计，其应用遍及化学、石油化学、生物化学、医药、冶金及轻工业等许多工业部门。
一 化学反应工程在化工工程中的应用
1.化工工程是否具有可行性是一个最直接、最根本的问题，而解决这一问题的基础是先要了解各反应的速率
对于具有工程意义的系统来说，反应动力学无法用理论计算，而必须通过实验来确定。所谓的反应进行分析，即通过实验测定动力学数据并对之进行数学关联，从而获得反应速度方程。因为大多数重要的工业反应都不是在充分混合的均相中进行的，传热和传质过程对这些反应的进行也有相当大的影响。因此，传递过程动力学与化学动力学的共同作用在化学反应工程中具有非常重要的意义。
化学反应工程学中的动力学就是专门阐明化学反应速度与各个物理因素之间的定量关系。有些从热力学分析认为可行的，如常压、低温合成氨，由于速度太慢而实际上是不可行的，只有研究出好的催化剂才能在适当的温度和压力下以显著速度进行反应，这就是动力学的问题。还有一些过程，从热力学分析认为是不当的，如甲烷裂解制乙炔，在1500℃左右的高温下，乙炔极不稳定，最终似乎只可以得到碳和氢。但如果使它在极短时间（如0.001秒）内反应并立刻淬冷到低温，那就能获得乙炔，工业上也就是这样来实施的，所以在实际应用上起决定性作用的往往是动力学因素。为了实现某一反应，需要选定合适的条件、反应器结构型式以及确定反应器的尺寸和处理能力等，这些都紧紧依赖于对反应动力学特性的认识。动力学是反应工程的一个重要基础，更是化工工程的一个重要基础。
2.化工工程需要工业反应器，而反应器的设计与计算、开发与放大是化学反应工程的一个重要内容
尽管各种产品有不同的生产过程，但作为化工生产的核心——化学反应器是必不可少的。各种不同类型的化学反应器具有不同的反应工程性质，因为在这些反应器中的流体力学及热力学状况可能完全不同。这就要求在进行反应器设计时，要以质量、能量及动量的基本守恒方程式为基础。除了化学动力学以及质量和热量的交换外，反应器中的流体力学及温度变化类型对于反应器的生产能力也会产生影响。
工业装置上采用的反应条件，不一定与小试或中试的一致。如在实验室的小装置内，反应器的直径很小，床层也薄，一般又常以气体通过床层的空间速度作为反应条件的一种标志。但在放大后，床层的高径比往往就不一样了。如要保持相同的空间速度，线速度就需改变，而线速度的大小又影响到压降、流体的混合和传热等情况，从而导致反应的结果不再与小试相同。又如，在小装置中进行某些放热反应时，温度容易控制，但在大装置中，传热和控温往往成为头等难题，甚至根本不可能达到与小装置相同的温度条件，所有这些导致出现“放大效应”。因此，工业装置的反应条件必须结合工程上的考虑才能最合理地确定。在化学反应工程学科建立以前，工业界广泛采用的方法是逐级经验放大的方法，中间试验往往耗资大、历时久。化学反应工程学科建立以后，逐步形成一套新的数学模型方法。目前，逐级经验放大和数学模型两种方法同时并存，各有适用范围，但是，即使是逐级经验放大的方法，也常是以化学反应工程的理论为指导，而不再是纯经验性的了。
3.工业反应过程的优化操作以及反应技术的开发是反应工程在工业方面的重要应用
化工产品只有在反应器中才能产生，想提高产品的产量必然要对反应器的操作条件进行优化。实际工业反应过程未必在最优的条件下操作，即使设计是优化的，在实施时往往有许多难以预料的因素，使原定的优化设计条件在实际操作中未必是优化的。运用化学反应工程理论对现行的工业反应过程进行分析，结合模拟研究，可找出薄弱环节和进一步调优的方向，通过调节和改造以获得最大的经济效益。由此可知，在化工工程中，老厂的增产挖潜、新厂的设计、新工艺、新产品以及新设备的付诸实践，化学反应工程都起着重要的指导作用。反应工程的理论为新反应器和新反应技术的开发指明了方向，研究者可据此寻找合理的设备结构和操作方法。近年来出现的新的石油化工裂解技术和各种新型技术，都得益于反应工程理论的指导。在工业应用中，在定性指导方面已发挥了很大的作用。但是，与理论研究相比，反应器内传递过程的实验研究和数据积累还很薄弱，特别是对于化工生产中经常遇到的多相流动体系的研究还不足。因此，反应工程的研究需要与多相流体力学和多相传递过程的研究相结合，以便相辅相成。同时，化学反应工程向生化、冶金等领域扩展时还会出现新问题，这就需要进一步的研究。
二 化学反应工程课程教学改革
针对目前的高校教学，我认为在此门课程教学与学习中应对以下几方面进行加强：
1.强化计算机的应用
气固相催化反应器是用数学模型法设计计算最成功的实
例之一，常用拟均相模型求解。对拟均相一维模型可以得到微分方程组，此微分方程组可以用数值法求解，常用的数值法有欧拉法、改进欧拉法、龙格—库塔法等。另外要求学生结合所学“化工计算机应用”的课程内容，采用VB计算机语言进行编程，对各种计算方法、边界条件、步长等进行比较，使计算结果稳定、准确。
2.加强实验教学
如返混是不同停留时间的物料混合，返混降低了反应器中反应物料浓度，影响反应速度、转化率及选择性，所以返混对化学反应结果影响特别大。通过开设相应实验，可以从中看到返混对反应物浓度的影响及停留时间分布的特征，反应器的空速等操作条件对返混程度的影响，对串联全混釜模型与轴向分散模型有了深刻的理解。根据流动模型参数，结合在其中进行反应的特征参数，计算或预测非理想流动状态下反应实际可达到的转化率。
3.与生产实践相结合
本课程以工业反应过程及反应器设备为研究对象，安排学生到工厂实习，这对本课程的学习非常重要。我们连续几年安排学生到中石化茂名分公司实习，在实习前，我们要求学生结合所学“石油炼制工艺学”课程内容，并针对自己实习的车间查阅相关资料，了解反应原料组成和来源；掌握装置的反应过程原理和工艺条件，熟悉装置的设备。在实习基地先组织听取技术人员的安全知识讲座。然后在实习中了解主要装置的工艺流程，熟悉现场的管线——泵——反应器——储罐等的走向，认清部分工艺的简易流程，了解化工生产中所用到的各类反应器、换热器、罐及辅助设备等，使学生对各类反应过程及所涉及的设备有感性认识。通过进厂实习也进一步证明理论与实践密不可分，有利于教学质量的提高。
三 结论
化学反应工程是一门工程类学科，与工程实际紧密联系，数学模型复杂，实践性和应用性很强。课程改革通过结合现代教学方法与手段，引入专业实验和生产实习等实践环节，加深了学生对理论知识的理解，培养了学生综合应用知识的能力及工程意识，提高了分析、解决工程问题的能力，适应了新世纪人才培养模式的需求。
参考文献
[1]刘军.化学反应工程[M].北京：化学工业出版社，2009：1～10
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。
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）04-0104-03
《化学反应工程》是化工工艺专业的核心课程，也是其他相关专业的重要课程，化学反应的工业化实施、反应器的设计和优化等一系列化学工程问题都离不开它的指导。可是，在教学过程中，我们发现不少学生认为该课程难度大、理解困难、不容易掌握，是大学中最难学习的课程之一。这种现象产生的原因：一方面，该课程涉及先期多门课程知识，知识点零散，难点较多，学时数少，要在较少的学时里系统掌握这一门课程，对部分学生来说不是件容易的事情；另一方面，这门课程在大四上学期开设，而这一阶段的学生考研或就业压力比较大，这也使他们不能在学习中投入全部的精力。因此，如何在有限的教学时间内提高学生的学习兴趣、掌握课程内容、培养工程能力、构建创新思维成为《化学反应工程》教学的重点改革内容，我们在教学过程中进行了积极的探索及实践。
一、强化课程重要地位，提高学生学习兴趣
兴趣是最好的老师，学生只有对课程产生极大的兴趣和重视，才会有信心去学好这门课程，才能积极主动地克服学习中遇见的困难。这就要求教师在第一堂绪论课上下工夫。教师应对课程内容有透彻的了解和丰富的教学经验，准确回答好“课程的性质和地位，课程的结构和内容，学好课程的思路和方法”等基本问题。同时教师要把该学科发展前沿的技术和应用现状介绍给学生，让学生一开始接触，就能深刻感受到该课程在生产中的具体应用及重要性，从而激发学生对课程重视程度和学习兴趣。为了完成这一目标，每学期上课之前，针对如何上好绪论课，我们课程组教师要进行一次集体备课，根据各位老师前面上课反馈的信息和经验，对于可能存在的问题和如何能够解决这些问题，大家相互交流，从而互相提高。有相关科研课题的教师根据自己的科研实践，用浅显生动的语言、具体实际的数据结果，回答绪论课中需要解决的问题，有些老师则从化工生产应用和学生化学实验的实验现象来回答上述问题。经过集体备课后，教师们走上讲台，在对本课程内容准确把握的基础上，通过丰富的实际应用事例和充满激情的表述，使学生们能领会到本课程的性质和重要性，同时明白学习本课程应该具备的知识点。由于对第一堂绪论课的高度重视，为学生学好本课程打下了良好基础。
二、理顺课程基本线索，精选课程主要内容
本科《化学反应工程》课程的教学目标要求教师应从教材内容的组成，章节的编排体系，各部分内容的份量和侧重等方面，依据不同专业学习的特点，对课程进行适当的梳理。我校现用教课书为陈甘棠主编的“十一五”国家级规划教材《化学反应工程》第三版，此书内容系统，易于掌握。同时还选择李绍芬教授编写的“九五”国家级重点教材《反应工程》作为教学参考书，此书最大的特点是编入大量生产实际反应的例题和习题，这种理论联系实际的题型，能提高学生的学习兴趣和联系实际的能力。这两本书的编排体系有所不同，学生在学习过程中可以通过比较，更深地理解反应工程的实质。在教授内容的选择上，《化学反应工程》的基础知识，教师应该重点讲授，教学上可安排较多学时，为后续的学习打下坚实的基础。在其他课程学习过的内容如化学反应速度等概念，教师应做概括性介绍，把主要精力放在新知识和学过知识的应用拓展上。部分章节学生可在教师的安排指导下有目的、有计划地在课外进行自学。生化反应工程基础等章节则可以完全不讲。与此同时，学校还根据我校煤化工的特点，以讲座形式聘请客座教授为学生授课，列举典型生产实例进行讲解和分析，提高学生分析和解决实际生产问题的能力。应用化学专业进行科研实践周活动，让学生在科研实践周里熟悉反应器的选型与优化操作。通过对课程内容的精选和课程线索的梳理，使学生在学习过程中具有很强的针对性，大多数学生都能很好的掌握课程的重点内容和要求。
三、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。
四、加强工程技术观念，做到理论实践结合
重视理论和实践结合将是提高教学质量的一个关键过程。因此在理论教学中，我们必须积极引导学生树立和强化工程观念，加大理论和实践相结合力度。学生在课堂上领悟到所学知识的用武之地，就会表现出更高的学习热情，收到意想不到的学习效果。在教学过程中我们在这方面进行了改革尝试，具体做法是：一方面，教学内容和实际生产相结合。在教学过程中，我们注意选择实际生产中与基本教学内容密切相关并具有代表性的事例进行剖析、讲解，帮助学生对《化学反应工程》课程的理解。例如我们以淮化集团合成氨生产工艺为例，通过有针对性地对生产过程进行分析，使同学们对所学理论知识有了更深的理解和巩固。另一方面，教学内容与科研、专业实验相结合。我们利用专业实验和教师的科研活动，把课程教学从较为抽象的理论变成易于理解和直观的实际过程，加深学生对概念和原理的理解，加强学生的工程观念。有些授课教师把自己的科研与课程有关内容紧密地结合起来，将一些案例引入课堂教学，让学生学习反应工程科研思路方法，并且让部分学生参与到自己的科研活动，学生通过自己动手更深地体会本课程的精髓。近年来，随着我校“对甲酚催化氧化制对羟基苯甲醛研究”、“软化学法制备共掺杂二氧化钛光催化剂的研究”等课题研究的深入，在参与科研工作中，学生大大提高了感性认识和动手能力，培养了学生构建创新思维的能力。不少学生通过参与科研工作这个活动，对《化学反应工程》课程产生了浓厚的兴趣，并且通过自己的努力，在化学工程方向继续进一步的深造。
《化学反应工程》是一门最能体现化学工程与工艺特点的学科，让学生在短时间内掌握并运用它并非易事。只有激发学生的学习兴趣，在教学内容和教学方法上不断进行探索和改进，不断强化工程观念和使用多种教学方法、手段，才能提高学生的学习能力，培养学生的创新能力。我校反应工程专业的教师在近两年的教学活动中进行了初步尝试，并取得了一定的效果，今后我们将进一步进行《化学反应工程》课程改革的探索，提高学生学习《化学反应工程》课程的能力，掌握课程内容，为国家培养更多的化工创新人才。
参考文献：
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[3]粟海锋.化学反应工程课程教学实践的一些体会[J].广西大学学报，2006，（2）：99-102.
化学反应工程是关于工业化学反应过程的科学，是化学工程学科的一个主要分支，属于工程科学，其研究内容主要是反应动力学和反应器的设计与分析。化学反应工程课程与数学、物理和化学等基础课密切相关，也与热力学、动力学和传递过程等存在着交叉关系，加之独立学院学生的基础本身较弱，使得该课程的教学难度更大，普通的授课方式很难达到预期的教学效果，必须采用科学、适当的教学方法，因材施教，以提高教学质量。本文围绕独立学院对化工类人才培养的要求，提出了化学反应工程课程教学方法的选择与应用原则，探讨了“互动式、启发式”教学方式，并与实践相结合的教学模式，以促进化学反应工程课程改革和教学方法创新。
一、坚持“方法论”的教育理念与工程意识相结合的教学思想
化学反应工程是一门综合性非常强的课程，并且与工程实践紧密相联。根据化学反应工程课程教学大纲，要求学生在掌握基本原理的基础上，重点和难点则应放在分析与解决实际问题的方法论上。在理论教学中，应向学生介绍化学反应工程中的基本原理和化学反应器的设计与分析的基本方法，同时也注重让学生了解这些知识如何指导工程实际。在教学过程中强调“方法论”教学[1]，提倡采用“工程分析方法”，融入化学反应工程的基本观点和工程思维方法，培养学生分析工程问题的实际能力，运用以“物质的传递与转化”、“能量的传递与转化”和 “信息的传递与转化”所组成的“三传三转”[2]的新模式进行反应器的优化和放大，解决工程实践问题。在教学过后中坚持“方法论”的教育理念与工程意识相结合的教学思想。
二、教学方法的改革
教学是一门艺术，属于双向行为。教学的主体对象是学生，学生应积极参与、发挥主体能动性并将知识内化为自身能力。作为引导者的教师应以科学的方法论为指导，贯彻“少而精、重基础”和“适用、够用和会用”的教学原则，通过“预习一听课一提问一讨论”的教学模式[3]，采用启发式、提问式、互动式、讨论式等教学方法，最大限度地激发学生自主学习兴趣和学习的积极性。同时，课堂上随时观察学生表情，注重彰显学生的主体地位和个性发展。课后主动了解学生听课效果和学习难点，及时调整教学进度。对于学生普遍反映“课堂能听懂，听后难做题”等现象，适当安排习题课。对学生作业中存在问题进行重点讲解，归纳解题思路和方法，巩固学生所学理论知识。师生通过教学过程的双向互动，达到“教”与“学”的最佳结合。
三、教学手段的改革
由于化学反应工程学的研究对象内在规律较复杂，一般使用数学模型方法或简化反应过程，若采用传统的板书教学手段，学生很难想象，不好学。从而形成了“灌输式”教学方式，让学生感觉这门课程枯燥无味，产生厌学情绪。为了适应现代教育技术发展的需要，满足教学手段改革的需求，通过多年的教学实践总结，在化学反应工程的教学过程中，既要积极开发和应用现代化教学媒体，又要继承传统教学媒体中的合理成分。在教学过程中，采用集文字、实物照片、动画于一体的多媒体课件，利用动画效果把抽象概念形象化，动态地展示设备结构、操作原理、物料流动情况，使教学内容更直观、生动，提高学生兴趣，降低教学难度。与传统的板书教学手段相比，多媒体教学手段的优势在于能够实现“动态的问题形象化”，“微观的问题宏观化”，“抽象的问题具体化”，“表达方式的多样化”，提高教学效果[4]。
四、考试制度的改革
考试不仅具有检测教师教学水平和学生学习效果的作用，更具有引导学生积极学习的“无形指挥棒”作用[5]。考试制度的改革应促进教学内容、方法和手段的改革。通过几年的教学实践，针对传统考试中所出现的种种问题，采用课内考试和课外设计相结合等多种考核方式相结合的考试方案，不仅有效引导学生掌握课程的基本内容，而且在课程教学中加强了实践能力和创新能力的培养。本课程主要采用撰写课程小论文、 开展小型反应器的设计型或操作型问题的训练与考核，充分发挥学生的想象力、提高学生的创新意识。
五、课堂教学与实践相结合
化学反应工程是实践性非常强的课程，首先，课堂教学与专业实验相结合。注重从理论到实践，再到理论的过程，锻炼学生的实践能力与创新能力[6]。在教学过程中我们充分认识到化学反应工程与化工专业实验的统一性，掌握好理论知识能指导实践，而科学实践能帮助我们更好地认识、理解、掌握理论知识，将感性认识上升为理性认识后，再运用到实践中去。其次，在教学过程中与化工实习、生产实践相结合。该课程主要以工业反应过程及反应器设备为研究对象，以达到反应器的开发、设计和放大以及优化操作的目的。因此，安排学生到相应企业实习是非常有必要的。近几年，我们已建立了多家化工生产实习基地，安排学生进厂实习，了解化工生产中所用到的各类反应器及辅助设备等，了解主要装置的工艺流程及操作，使学生对各类反应过程及所涉及的设备有了感性认识，更容易接受理论教学，有利于教学质量的提高。
六、课堂教学与仿真教学相结合
仿真教学是理论和实践间的桥梁，实现了理论知识与创造能力的有机结合，既是实践教学手段，也是实践教学内容[7]。仿真技术在工程实践教学中的广泛应用，改变了传统课堂教学与实验教学的内容和手段，对于学生实现理论与实践的结合起到了重要作用。我们通过化工生产中具有代表性的大型合成氨装置的过程模拟，将化工单元操作、化学反应、过程控制、能源综合利用等现代化工过程进行整合模拟训练，为拓展学生的思维空间，培养创新能力，提供了良好的教学环境。
七、结语
化学反应工程是化学工程与工艺专业的核心课程，理论抽象，数学模型复杂，实践性和应用性很强。采用多种教学方法相结合，传统教学手段和多媒体教学手段相结合的方式，充分提高学生学习的主观能动性与学习效率。将理论教学与仿真教学、专业实验和生产实习等实践环节相结合，加深了学生对理论知识的理解，提高了分析、解决工程问题的能力。结合时展需求，积极更新教育观念，培养满足化学工业发展所需的应用型人才。
参考文献
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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。
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）18-0176-02
化学反应工程是关于如何在工业规模上实现化学反应过程，以期最有效地把原料转化为尽可能多的目标产品，争取实现经济效益，满足国民经济需要的一门学科。它的研究对象为工业反应过程，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。其研究方法是结合实验数据，通过模型化方法解决反应器的开发放大、结构选型、尺寸设计、操作优化等实际问题[1，2]。化学反应工程实验内容包括反应动力学测定、反应器流动状态测定等实验。采用真实实验装置进行实验，存在实验时间较长，实验参数不易确定，生成物检测困难等问题，而且一般同种设备只有一套，数个学生共同操作一个实验，不能进行充分的锻炼。随着计算机技术的发展，利用辅助软件进行教学以越来越显示出其优越性[3，4，5]。在化学反应工程这门课程中，可以采用化工虚拟仿真实验软件和流程模拟软件Aspen进行辅助教学，并取得了良好的辅助效果。
一、化工虚拟仿真实验软件
虚拟仿真实验是实验教学的重要补充，具有直观性、系统性、综合性、安全性、经济性的特点，能给学生提供全面的技能训练，获取完善的知识体系、完备的综合能力。
在真实的实验当中由于受教学资金的限制，实验设备台套数不足或设备陈旧，学生实验难以充分开展。而虚拟仿真实验可以快速扩容、更新升级。在真实实验平台中，部分按照人才培养计划要求必须开展的实验项目由于高危险、高成本、高消耗及高污染等问题无法开展。采用虚拟仿真软件，可以节约实验成本，以安全环保的形式强化实践训练。
传统的实验预习方法陈旧不能调动学生的积极性，用虚拟仿真实验考核来代替传统实验的预习，让学生自主通过虚拟实验知识学习系统，完成对重要知识点的学习；同时在仿真软件中练习操作，操作过程中后台会对操作结果自动评分，学生完成操作后可以提交虚拟实验仿真报告，从而大大提高预习效果。
反应过程要受到温度、压力、流动状况等多种因素的影响，且各因素之间具有很强的耦合性。在实际实验中，通过改变参数实现反应过程的最优化，要耗费大量的人力物力。而通过虚拟实验，可以快速改变参数，获得实验结果，探索反应过程的规律。把虚拟实验结果带到实际实验中加以验证。通过虚实结合，能有效提高真实实验效率和结果最优化。
学校现在有乙苯脱氢制苯乙烯、多釜串联反应器返混的测定、填料塔液相轴向混合实验、气固催化固定床实验、反应精馏制乙酸乙酯、煤制油、甲醇合成七套反应工程类的虚拟仿真实验项目。通过虚拟仿真练习，开拓了学生的视野，提升了知识结构，培养了综合设计和创新能力。
二、Aspen软件
Aspen是一个通用的流程模拟软件，采用模块化的建模方式，可以对化工生产中反应、混合、分离、换热、流体输入等单元操作进行模拟计算。在反应模块，有7个内置的反应器模型，其中生产能力类反应器2种（Rstoic、RYield）、热力学平衡类反应器2种（REquil、RGibbs）和化学动力学类反应器3种（RCSTR、RPlug和RBatch），涵盖了化学反应工程中所有的常用模型。具体的功能如表1所示。动力学模型包括内置的幂次定律、LHHW（Langmuir-Hinschelwood-Hougen-Watson）动力学或用户自定义的动力学。自定义的动力学可以用Fortran子程序或者excel工作表格定义。通过这些模块可以计算质量和能量平衡、反应热、产品选择性、反应程度和相平衡结果。
Aspen采用向导式的操作界面，逐步输入反应体系组分、物性方法、进口流股信息、反应器模块信息就可以进行模拟计算。反应器模块中需要根据选定的模块输入反应方程式、转化率、收率、反应温度、压力、反应动力学、反应器尺寸中的部分信息。
学生可以通过Aspen软件搭建所需的反应体系模型，比固定的虚拟仿真软件更加灵活，更有助于理解化学反应工程的基础知识。Aspen软件应用于反应工程教学，也避免了复杂的数学推导以及数值求解问题，使得反应过程尽可能的形象化，有助于学生对反应过程的理解并激发学生学习兴趣。
三、结论
1.化学反应工程是一门理论和实践性均非常强的学科，采用虚拟仿真实验软件进行辅助实验教学，更加直观、便捷、安全和经济，能给学生提供全面的技能训练，并获取完善的知识体系和完备的综合能力。
2.Aspen软件是综合性强的系统软件，学生可以根据需要建立合适的反应器模型，并可以方便地进行调试和比较，完全避免了复杂的数学推导以及数值求解问题，加深了学生对反应工程的理解。
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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
中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）16-0159-02
化学反应工程课程是一门涉及物理化学、化工热力学、化工原理、优化与控制等知识领域，内容新颖而难点较多的专业基础课，是理论性、综合性和工程性都很强的课程，是化学工程与工艺专业的核心课程。该课程对于培养学生的工程能力，提高学生分析、解决实际工程问题的综合能力具有十分重要的作用。化学反应工程的研究对象是工业反应过程，其基本内容包括反应动力学和反应器设计与分析两大部分。工业反应过程中的动力学不仅包含反应的本征动力学，还涉及工业反应过程中的流动、传热及传质；反应器设计与分析，不仅要进行反应器结构设计、反应体积计算，还要根据工艺过程的特点和工程实际情况，进行最优操作条件确定、最佳工况分析控制等。此外，该课程还涉及到工艺过程的安全性和经济性。由此看来，该课程的内容涉及多门学科、交叉性强。因此，教师在课堂教学中，不仅要向学生传授化学反应工程的基础知识，还要潜移默化地强化学生的工程意识、安全意识以及经济意识，提高学生分析问题和解决问题的综合能力，使学生毕业后能够学以致用，更好地适应社会需要，成为高素质的化工技术人才。
一、工程意识的强化
作为一门工程性很强的课程，让学生建立起工程观念和掌握解决工程问题的方法显得尤为重要。作为教师，在课堂教学过程中，应结合课程的具体内容，系统地阐述、剖析和总结所涉及的工程实际问题，给学生以启迪和引导，强化学生的工程实践意识。化工过程的工程性尤其表现在实际问题上，往往涉及多种工程因素，各种因素之间存在着交互影响。在处理问题时常采取合理的近似，抓住主要矛盾，揭示过程的基本规律，以指导解决工程问题。例如，气固相催化反应过程的宏观反应速率，不仅受到反应物浓度、温度等的影响，还受到催化剂结构以及传质、传热等因素的影响。反应工程采用的处理方法是：引入内扩散有效因子来反映催化剂颗粒内传递过程对反应的影响，用曲折因子描述催化剂内复杂的孔结构，对球型或无限长圆柱或薄片催化剂建立其内扩散的一维模型，从而得到等温一级不可逆反应内扩散有效因子的解析。由此可以揭示内扩散过程的基本规律，表明宏观反应速率与本征反应以及内、外扩散之间的关系，给工业催化剂颗粒大小、形状和结构设计指明方向。工程问题的研究往往是从理想化模型入手，然后再一步步深化到复杂的实际问题。例如，对连续流动反应器的设计计算，首先从两种理想情况――全混流反应器（CSTR）和活塞流反应器（PFR）入手，建立其理想化的模型方程，对模型方程进行求解计算。但是，并不是所有的连续釜式反应器都具有CSTR的特性，也不是所有的管式反应器都符合PFR的假设。要计算非理想流动反应器的转化率及收率，应该依据反应器的停留时间分布，采用对理想流动模型进行修正，或者是将理想流动模型与滞留区、沟流、短路等作不同组合的方法，建立适宜的流动模型，然后进行求解计算。由理想流动模型到非理想流动模型设计计算的转变，学生往往不易接受和掌握，这是在授课过程中尤其要强调的。对工业反应过程进行研究，要注重将对过程中本征化学反应的研究以及对过程中诸如返混、传质、传热等物理过程的研究相结合，即将化学因素和工程因素相结合，进行综合分析，指导反应器设计及操作。例如，对于中间产物P为目的产物的连串反应：APQ，要提高目的产物P的选择性，需要在较高的反应物A浓度和较低的中间产物P浓度下进行。而反应器中的返混会造成反应物浓度普遍降低、生成物浓度普遍升高，因此返混对该连串反应是不利的。采用连续操作时，应该选择接近活塞流的管式反应器，或接近全混流的多级釜式反应器串联；在加料方式上，分段或分批加料会使反应器中A浓度下降，不利于P选择性的提高。诸如此类化学因素与工程因素的结合，往往是学生的薄弱环节，应通过教学过程中多个类似事例的分析总结，逐步强化学生的工程意识，提高综合分析能力。
二、安全意识的强化
化工生产一般都具有易燃、易爆、易中毒等特点，大型化工企业生产过程多具有工艺复杂、连续性强、安全隐患多的特点，一旦发生事故则波及面广、影响范围大、后果严重。安全生产要贯穿于生产的全过程，从项目的设计、施工、安装到竣工验收、试运转、投入生产，各个环节都应以安全为前提。在课堂教学过程中，要强化安全意识，使学生懂得安全与生产技术密切相关，设备设计计算、操作条件的确立和优化必须以安全为主。在讲授到反应器的飞温及参数敏感性时，尤其要强调安全的重要性，一个设计合理的反应器必须在稳定而又不敏感的状态下操作。许多石油化工产品的生产采用催化氧化工艺，例如，乙烯在银催化剂上氧化合成环氧乙烷是强放热复合反应，主要副反应是深度氧化生成二氧化碳和水，副反应的热效应和活化能都大于主反应，一旦反应温度超过某一数值，副反应加剧，温度剧烈升高，又加剧了深度氧化副反应，造成系统温度迅速升高的飞温现象，控制不当，会引起爆炸。另外，在实际工业过程中，各种工艺参数如进料温度、进料浓度、进料流量、冷却介质温度和空速等不可避免地存在着扰动，如果在参数敏感区域操作，微小的波动就可能导致“热点”温度发生很大的变化，甚至造成飞温和事故。对于具有强放热深度氧化副反应的有机物催化氧化反应，这一点必须重视[1]。因此，在反应器设计及操作中，应首先考虑稳定性和参数敏感性条件的限制，这是关系到生产安全的大问题。在讲授反应器热稳定性内容时，涉及到着火点与熄火点，教师应引导学生分析着火与熄火现象对反应器操作控制的重要性，特别是开停工的时候尤其应该重视。例如，在熄火点附近操作时，操作条件稍有波动，则易产生降温以致温度过低，会造成反应速率降低甚至终止反应。操作温度若是在着火点附近，进料温度稍有改变，便会产生超温，可能出现烧坏催化剂或者发生爆炸事故[2]。因此，从设备设计到操作条件的确定，都应以安全作为前提。从课程学习阶段就培养学生的安全意识尤为重要。
三、经济意识的强化
一种化工产品的获得常常有多种途径，不同途径所消耗的资源是不同的。对于确定的工艺路径，如果所采用反应器的型式、操作条件、催化剂结构等不同，所消耗的人力、物力、财力等就会有相当大的差别。因此，要对化工过程进行优化，即在满足安全（如爆炸限、催化剂、设备材质的耐温极限）、环保（如有害物质的最高排放量）、产品质量等方面的前提下，寻求能达到最经济的过程结构、设备型式和设备尺寸以及操作条件。反应器的操作状况对化工生产过程的技术经济指标往往具有决定性的影响，而经济指标归根结底又是由技术指标决定的[3]。化工工艺人员进行化工设计的主要任务就是根据工艺过程的特点，确定设备型式和设备尺寸、最佳操作条件等内容。因此，对学生进行经济意识的强化是很有必要的。在工艺条件的确定方面所涉及到的基础知识，学生一般都学过，关键是不知何时用或者如何应用，不会综合分析，这就需要教师多用事例进行分析说明，使之潜移默化地逐渐掌握。例如，关于气固相催化反应最佳操作压力的确定：反应压力影响工艺过程的动力消耗以及设备投资，最佳操作压力的大小与工艺过程的特点、催化剂的活性温度等有关。①从能耗上看：压力大小将影响原料气压缩功、循环气压缩功以及产品分离的功消耗。②从催化剂活性温度来看：对于体积减小、可逆放热的气固相催化反应，压力升高，对平衡有利，温度升高对平衡不利。但若由于催化剂温度范围的限制，必须达到一定的反应温度，则只能用提高压力，以提高平衡常数来达到较高出口转化率的要求。此时，其后续分离过程、循环过程有可能简化，以降低设备费用及操作成本。因此，最佳操作压力的高低，应综合考虑多种因素，按着总体经济效果最优的原则来确定。又比如，对气固相催化反应，固体催化剂颗粒尺寸（相当直径ds）是一个重要参数，它影响到宏观反应速率和反应器压降。如ds小，则内扩散影响小，宏观反应速率高，催化剂用量减少。但ds小，床层空隙率低，对于体积流速一定的气体通过床层时的压力增大，从而增加过程的动力消耗。因此，ds的大小，要考虑到气流、床层特性以及其他具体情况，综合分析来确定。
在化学反应工程课堂教学中，教师不仅要向学生传授化学反应工程的基础知识，更应该通过对具体事例的分析，启发学生认识工程问题的特点，掌握将基础理论应用于解决实际工程问题的方法；使学生意识到工艺过程的设计计算、操作条件的确立要以安全生产为前提；要学会按着工艺过程的特点进行综合分析，以确定工艺过程的技术指标，使工艺过程更加经济可行。总之，要强化学生的工程意识、安全意识以及经济意识，培养学生分析问题、解决问题的综合能力，使学生毕业后能够学以致用，很快地满足工作需要。
参考文献：
化学工程通常就是指为达到一定效果在理论基础上进行的一系列化学生产活动，它是将理论应用于实践的一个过程。现如今化工行业除了包括石油化工、催化制造等传统化工，还囊括了生物制药、纳米技术等现代化工。但目前化工生产行业还是主要以化石燃料等传统化学工业为动力，但是燃烧化石燃料不仅使得不可再生资源的减少，更对自然环境造成重大的污染。很显然，这和人们日渐追求绿色环保的观念产生矛盾。因此，面对化工生产过程中产生的环境污染问题，及时地做出科学合理的改进措施已经变得至关重要。
1化工生产行业当前现状
1.1对环境造成重大污染
化工行业是目前当今世界最主要的污染源之一。首先，化工生产过程中会产生很多的废水。废气和固体废弃物，如果不加以合理处理直接排放到水源里，那么对当地的地下水生态系统造成的后果将不堪设想。其次，化工行业在生产大量日常生活品为人们带来便利的同时，也带来了大量的生活垃圾，由于很多生活垃圾都是高分子化学材料，处理起来非常困难，如果将它们直接采取填埋的方式处理，将很长时间难以降解，这会对土壤造成严重的污染。化工生产过程中不仅会对当地的土质、水源造成污染，而且对空气也会有很严重的影响。化工行业主要以燃烧化石燃料为主。燃烧化石燃料会生成大量的二氧化碳、二氧化硫和固态颗粒物，不仅会造成温室效应加剧的后果，还会形成雾霾、酸雨等恶劣现象，给人们经济和健康带来巨大的损失。
1.2化工生产效率太低
随着人们生活水平的提高，传统的化工生产工艺已经无法最大限度地满足人们的日常需要了，这是由于化工生产工艺本身的缺陷造成的。化工生产工艺是将理论的化学反应放大应用在实际生产过程中，因此在具体工艺中会遇到很多问题。例如化学反应过程中转化率太低，化工生产过程中连续性较低等。这些问题都可能导致化学反应不充分，最终造成化工生产效率比较低。另外，反应设备的效率太低也是造成化工生产过程中效率比较低的一个重要原因。
2化工生产行业改进措施
2.1优化化学反应环境
每一个化工工艺都是化学反应的放大过程，但是又要比简单的化学反应复杂得多。就像化学反应的各个参数一样，反应条件也是化工生产中最为重要的环节。而每一个化学反应都会有其最佳的反应温度、反应时间等参数，同理，化工生产过程中的最佳反应条件决定着化工生产过程中的质量。因此，要想实现提高化工生产过程效率的目的，也应该最大限度地创造一个最佳的化工反应环境，同时应该尽可能避免各种副反应的出现。另外，在适当的情况下，也要使用恰当的催化剂以提高化工生产过程中的速率。
2.2改进化工生产工艺
在化工工艺的改进方面，不仅要提高反应生产过程的效率，更应该注重化工生产工艺的绿色安全环保。通过调整化学反应的反应参数和条件可以实现对化工生产过程中效率的改进。而化工工艺要想实现绿色环保，就需要寻求一些新的途径，例如，更加绿色环保的化学反应，使用最少的生产原料，生成对环境友好的产物等。在日趋崇尚绿色环保的当今社会，化工生产工艺走向绿色安全是大势所趋，而绿色安全环保的生产工艺也能带领化工行业走上新的辉煌。
2.3合理处置生产废料
化工生产过程中会产生大量的废水、废气和固体废弃物，而这些废料通常都是对自然环境和人体有严重危害的。所以在处置这些化工生产过程中的废料时应该格外注意。通常处理这些废料主要采用物理法和化学法，但是二者各有利弊，物理法较为环保，而化学法较为彻底，具体是由废料的种类来决定采用哪种方法处置。另外，生物法处理化工废料也逐渐受到科学家们的关注，生物法处理化工废料既绿色环保又反应彻底，是一种较为理想的处理办法。综上所述，无论采取何种方法处理化工废料，都应该秉持绿色安全的原则，将其对环境和人类的危害降到最低。
2.4寻求化工新能源
当今化工生产行业仍然是主要以燃烧化石燃料为主。但是化石燃料作为不可再生资源已经面临很多的问题，而且大量燃烧化石燃料也会对自然环境和我们人类的健康带来巨大影响，因此寻求别的能源来替代不可再生的化石燃料已经迫在眉睫。新的可再生能源不仅保障了化工生产的长久稳定发展，也避免了传统化工行业对人类和自然环境带来的恶劣影响。而科学家们也在这一方面取得了较好的成果，例如，电化工、生物化工、纳米技术等。我们有理由相信在科学家们的不懈努力下，将新能源大量普及并应用于化工领域指日可待。
3结语
通过对我国当前化工生产行业现状的了解和分析，我们发现化工生产过程中还存在很多的问题正待我们去研究和解决。我们要想改良化工工艺就需要对科学进行不断探索，要想维持自然环境的不被污染，就需要找到更加科学环保的办法保护自然环境，这是考验人类生存和自然环境共同长久发展的重大课题。而现在的我们要做的就是认真探索，寻求突破创新，对传统化工工艺中存在的问题进行研究并改进，最终保障化工行业的绿色健康可持续发展,这样我们才能稳定的推动社会建设。
参考文献：
[1]李珺瑶.化学工程中的化工生产工艺[J].化工管理,2017,(06):90.
化学工程通常就是指为达到一定效果在理论基础上进行的一系列化学生产活动，它是将理论应用于实践的一个过程。现如今化工行业除了包括石油化工、催化制造等传统化工，还囊括了生物制药、纳米技术等现代化工。但目前化工生产行业还是主要以化石燃料等传统化学工业为动力，但是燃烧化石燃料不仅使得不可再生资源的减少，更对自然环境造成重大的污染。很显然，这和人们日渐追求绿色环保的观念产生矛盾。因此，面对化工生产过程中产生的环境污染问题，及时地做出科学合理的改进措施已经变得至关重要。
1化工生产行业当前现状
1.1对环境造成重大污染
化工行业是目前当今世界最主要的污染源之一。首先，化工生产过程中会产生很多的废水。废气和固体废弃物，如果不加以合理处理直接排放到水源里，那么对当地的地下水生态系统造成的后果将不堪设想。其次，化工行业在生产大量日常生活品为人们带来便利的同时，也带来了大量的生活垃圾，由于很多生活垃圾都是高分子化学材料，处理起来非常困难，如果将它们直接采取填埋的方式处理，将很长时间难以降解，这会对土壤造成严重的污染。化工生产过程中不仅会对当地的土质、水源造成污染，而且对空气也会有很严重的影响。化工行业主要以燃烧化石燃料为主。燃烧化石燃料会生成大量的二氧化碳、二氧化硫和固态颗粒物，不仅会造成温室效应加剧的后果，还会形成雾霾、酸雨等恶劣现象，给人们经济和健康带来巨大的损失。
1.2化工生产效率太低
随着人们生活水平的提高，传统的化工生产工艺已经无法最大限度地满足人们的日常需要了，这是由于化工生产工艺本身的缺陷造成的。化工生产工艺是将理论的化学反应放大应用在实际生产过程中，因此在具体工艺中会遇到很多问题。例如化学反应过程中转化率太低，化工生产过程中连续性较低等。这些问题都可能导致化学反应不充分，最终造成化工生产效率比较低。另外，反应设备的效率太低也是造成化工生产过程中效率比较低的一个重要原因。
2化工生产行业改进措施
2.1优化化学反应环境
每一个化工工艺都是化学反应的放大过程，但是又要比简单的化学反应复杂得多。就像化学反应的各个参数一样，反应条件也是化工生产中最为重要的环节。而每一个化学反应都会有其最佳的反应温度、反应时间等参数，同理，化工生产过程中的最佳反应条件决定着化工生产过程中的质量。因此，要想实现提高化工生产过程效率的目的，也应该最大限度地创造一个最佳的化工反应环境，同时应该尽可能避免各种副反应的出现。另外，在适当的情况下，也要使用恰当的催化剂以提高化工生产过程中的速率。
2.2改进化工生产工艺
在化工工艺的改进方面，不仅要提高反应生产过程的效率，更应该注重化工生产工艺的绿色安全环保。通过调整化学反应的反应参数和条件可以实现对化工生产过程中效率的改进。而化工工艺要想实现绿色环保，就需要寻求一些新的途径，例如，更加绿色环保的化学反应，使用最少的生产原料，生成对环境友好的产物等。在日趋崇尚绿色环保的当今社会，化工生产工艺走向绿色安全是大势所趋，而绿色安全环保的生产工艺也能带领化工行业走上新的辉煌。
2.3合理处置生产废料
化工生产过程中会产生大量的废水、废气和固体废弃物，而这些废料通常都是对自然环境和人体有严重危害的。所以在处置这些化工生产过程中的废料时应该格外注意。通常处理这些废料主要采用物理法和化学法，但是二者各有利弊，物理法较为环保，而化学法较为彻底，具体是由废料的种类来决定采用哪种方法处置。另外，生物法处理化工废料也逐渐受到科学家们的关注，生物法处理化工废料既绿色环保又反应彻底，是一种较为理想的处理办法。综上所述，无论采取何种方法处理化工废料，都应该秉持绿色安全的原则，将其对环境和人类的危害降到最低。
2.4寻求化工新能源
当今化工生产行业仍然是主要以燃烧化石燃料为主。但是化石燃料作为不可再生资源已经面临很多的问题，而且大量燃烧化石燃料也会对自然环境和我们人类的健康带来巨大影响，因此寻求别的能源来替代不可再生的化石燃料已经迫在眉睫。新的可再生能源不仅保障了化工生产的长久稳定发展，也避免了传统化工行业对人类和自然环境带来的恶劣影响。而科学家们也在这一方面取得了较好的成果，例如，电化工、生物化工、纳米技术等。我们有理由相信在科学家们的不懈努力下，将新能源大量普及并应用于化工领域指日可待。
3结束语
通过对我国当前化工生产行业现状的了解和分析，我们发现化工生产过程中还存在很多的问题正待我们去研究和解决。我们要想改良化工工艺就需要对科学进行不断探索，要想维持自然环境的不被污染，就需要找到更加科学环保的办法保护自然环境，这是考验人类生存和自然环境共同长久发展的重大课题。而现在的我们要做的就是认真探索，寻求突破创新，对传统化工工艺中存在的问题进行研究并改进，最终保障化工行业的绿色健康可持续发展,这样我们才能稳定的推动社会建设。
参考文献：
[1]李珺瑶.化学工程中的化工生产工艺[J].化工管理,2017,(06):90.
