化学反应工程课程教学大纲  

英文名称：Chemidal Reaction Engineering                       课程编码：18000054  

学    时：40                                       学    分：2.5  

课程性质：必修                                             课程类别：专业基础课  

先修课程：无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、化工原理  

开课学期：第五学期  

适用专业：化学工程与工艺；应用化学  

一、课程教学目标  

通过本课程的理论教学和相关训练，最终使学生具备下列能力：  

1、能够运用化学反应工程中的基本概念和基本原理分析解决化学反应过程中的问题，运用化学反应工程的思维与研究方法正确表达化工生产中的复杂工程问题；  

2、能够基于化学反应工程基本原理和方法对复杂工程问题进行合理描述，并运用化学反应工程的思维方法识别和判断反应特性、反应器组合、加料方式和反应器热稳定性等关键问题，提出优化解决方案；  

3、能够运用化学反应工程的思维方法，判断反应器变量对评价指标的影响，针对反应过程的特性，确定反应器型式和操作条件，解决工业反应器设计优化中的复杂工程问题。  

二、课程教学目标与毕业要求的对应关系  

毕业要求	关联程度	毕业要求的指标点	教学         目标
1. 工程知识	L	1.3掌握化工生产过程的基本概念、基本原理以及工艺流程，能够综合运用专业知识解决化工生产中的复杂工程问题。	1
2、问题分析	H	2.1能运用数学、物理等自然科学及工程科学的基础知识和基本原理识别、表达、分析化工生产过程中一般性化学工程问题。	2
3. 设计/开发解决方案	M	3.2具备典型化工装置、化工过程、工艺与单元设备设计和开发的基本能力，掌握化工过程模拟优化方法，能够对复杂化学工程问题的解决方案进行综合设计。	3

   

三、课程的基本内容  

1、绪论 （支撑教学目标1）    

教学目标：    

1）能够对化学反应工程学科的发展概况有基本了解；  

2）熟悉化学反应工程的内容及基本方法；  

3）能够了解化学反应工程国内发展史和国内代表人物事迹。  

本章主要内容：    

化学反应工程课程的性质及任务；课程相关的知识、理论、技术等的发展概况；课程的内容、学习要求及学习方法；课程的范畴、基本方法及其学科系统和编排。通过学习课程思政的相关典型案例、国内学科发展史和国内代表人物事迹来提升学生的专业认知和民族自豪感。  

教学方法：讲授法、案例分析法；    

2、均相反应动力学基础（支撑教学目标1）    

教学目标：    

1）熟悉不同形式动力学模型的写法；掌握化学反应速率的概念与动力学模型参数的意义；  

2）掌握反应速率的温度效应和活化能的意义；辨别反应速率的浓度效应和反应级数的意义；  

3）了解典型化学反应动力学方程，能够描述典型化学反应的特点；  

4）掌握化学反应动力学的建立方法，能够应用计算机辅助设计动力学模型；  

本章主要内容：    

均相反应动力学概念和分类，液相均相反应以侯氏制碱法为例，并介绍侯德榜先生的求学、科研和救国经历提升学生的民族自豪感。化学反应速率相关知识，单一反应和各种复合反应的动力学特征及其动力学方程的建立方法。  

教学方法：讲授法、案例分析法为主；  

3、均相反应过程 （支撑教学目标2）    

教学目标：    

1）能够掌握三种简单反应器的特征及其设计方程；   

2）掌握组合反应器的不同组合方式及其特点；  

3）掌握全混流反应器的热稳定性的相关知识，并能应用这些知识解决一些实际问题；  

4）能根据化学反应的类型正确选择反应器类型、操作方式、加料方式、原料浓度等；  

本章主要内容：    

间歇反应器、平推流反应器和连续釜式反应器的特征及其相关计算。典型平推流反应器内容介绍：乙烯裂解炉的主要类型和我国乙烯裂解炉的开发情况，由此了解我国石油化工的发展史，提升学生的专业认知。等温间歇反应器反应时间、反应体积的计算方法；流动反应器空时和空速的概念及其应用；定态下连续釜式反应器反应体积及产物组成的计算方法；连续釜式反应器串联或并联操作的计算；连续釜式反应器热量衡算式建立及应用；全混流反应器的多定态特性、着火现象和熄火现象。  

教学方法：讲授法、案例分析法为主；  

4、非理想流动（支撑教学目标2）    

教学目标：    

1）掌握非理想流动的相关概念及其意义；  

2）掌握停留时间分布各种特征值的物理意义，并能够利用实验数据计算得到各种特征值；   

3）掌握轴向扩散模型、多釜串联模型的概念及模型参数的物理意义。并能够运用模型参数解决问题；  

本章主要内容：    

停留时间分布及其实验测定方法，多釜串联数学模型。流动系统物料停留时间分布的意义及其数学表达式；返混的概念；停留时间分布的实验测定方法；两种理想流动反应器的停留时间分布；多釜串联、轴向扩散模型和离析流模型的物理意义和数学模型建立的基本思路。等温非理想反应器进行简单反应时最终转化率的计算方法。通过学习数学模型的建立来引出我国著名数学家的人生成长历程，培养学生良好的职业素养和社会责任感。  

教学方法：讲授法、案例分析法为主；  

5、催化剂与催化动力学基础（支撑教学目标3）    

教学目标：    

1）了解催化剂的主要结构参数概念与意义；理解速率控制步骤的概念；能够分析催化反应进行的全过程；  

2）能够建立理想吸附与非理想吸附模型，并建立动力学模型；   

3）能够进行微分反应器、积分反应器的相关计算，并运用动力学模型参数解决典型非理想反应器问题；  

本章主要内容：    

通过讲授典型有关催化剂的事故案例引发学生思考，师生共同探讨如何预防事故产生，培养学生的职业素养和责任意识。多相催化反应过程，催化剂中的传质与传热。多相催化反应过程的步骤和判断速率控制步骤的方法。流体与催化剂颗粒外表面之间的传质与传热对多相催化反应速率及选择性的影响。气体在多孔颗粒中的扩散类型及有效扩散系数的概念。  

教学方法：讲授法、案例分析法为主；  

6、固定床反应器（支撑教学目标3）  

教学目标：    

1）了解固定床反应器的特征，能够进行固定床反应器的一些相关计算；  

2）能够应用固定床反应器拟均相一维模型解决一些相关问题；   

本章主要内容：    

固定床反应器特征及其相关计算；固定床反应器拟均相一维模型的建立和应用。固定床催化反应器的主要类型及其结构特点；多段绝热式固定床反应器的优化原则；换热式固定床反应器床层轴向温度的变化规律及其影响因素。讲解典型固定床反应器煤制甲醇合成塔。  

教学方法：讲授法、案例分析法为主，任务驱动法为辅；  

7、流化床反应器（支撑教学目标3）    

教学目标：    

1）了解硫化床反应器的基本特征，并熟悉硫化床反应器的开发与放大；  

2）能够应用所学硫化床反应器的相关知识分析一些相关工业反应器；   

本章主要内容：    

硫化床中的传质和传热；硫化床反应器的模拟和放大；颗粒的硫化态性能以及硫化态技术的突出优点；硫化床反应器的开发与放大。  

教学方法：讲授法、讨论法及案例分析法为主；  

四、教学安排  

本课程学时分配如下表所示：  

   

五、教学方法  

课程实施启发与讨论式教学方法，具体如下：  

（1）教学中多引入各种化学反应器的应用实例，让学生对所学内容获得感性认知；  

（2）讲授法、讨论法及案例分析法等相结合，精心安排和组织课堂教学的ppt、线上测试等，培养学生的独立思考和自学能力；  

（3）在课程教学中融入思想政治教育元素，使学生在学习化学反应工程知识的过程中提高思想道德修养、政治觉悟、专业认知和民族自豪感，进而培养学生良好的职业素养和社会责任感，增强学生的家国情怀、责任担当以及爱国敬业精神。  

六、教学目标达成度评价  

（1）教学目标1的达成度通过线上网络教学平台测试和期末考试的方式进行考评，考试主要题型为选择题、判断题和简答题，这部分占总成绩的30%。  

主要支撑毕业要求的1.3；  

（2）教学目标2的达成度通过线上网络教学平台测试和期末考试的方式考评，考试主要题型为选择题、看图回答问题，这部分占总成绩的30%；  

主要支撑毕业要求的2.1；  

（3）教学目标3的达成度通过线上网络教学平台测试和期末考试的方式考评，考试主要题型为计算题，这部分占总成绩的40%；  

主要支撑毕业要求的3.2。  

七、成绩评定  

课程成绩包括两部分，分别为线上网络教学平台测试40%+期末考试60%。具体要求及成绩评定方法如下：  

1、线上网络教学平台测试：共进行两次线上网络教学平台测试，主要考察学生对相应章节内容基本概念和理论知识的掌握情况。  

2、期末考试：主要系统考查学生对化学反应工程学科的理论体系、研究方法及相关知识在反应过程操作优化、反应器的设计与放大以及化工反应技术开发方面的应用能力。  

八、课程教材及主要参考书  

    1、建议教材    

[1] 陈甘棠. 化学反应工程（第3版）. 北京: 化学工业出版社, 2007  

2、主要参考书    

[1] 许志美. 化学反应工程（第1版）. 北京: 化学工业出版社, 2019  

[2] 李绍芬. 化学反应工程（第3版）. 北京: 化学工业出版社, 2012  

九、附件  

附1：评分标准  

附2：考核过程  

   

制定人：唐  克  

审定人：赵永华  

批准人：张震斌  

二〇一七年七月  

附件1．评分标准    

（1）线上测试成绩评分标准  

按百分制评分，总评后折算成相应分数。  

化学反应工程线上测试成绩评分标准表    

（3）期末考试  

闭卷考试，按照测试的答案或要求，按百分制评分，总评后折算成相应分数。  

化学反应工程期末成绩评分标准表  

附件2考核过程    

1. 线上网络教学平台测试    

在线网络教学平台测试主要通过2次阶段考试来综合评定学生对各章基础知识的掌握情况，每次阶段考试占总成绩的20%。阶段考试内容主要是判断题和单项选择题共40题，其中判断题10道、单项选择题30道。题目涉及的内容包括化学反应工程的基础知识、基本概念等。为了避免考试抄袭，采取以下的措施：①利用学生的课余时间，5个班同时在一个教室考试；②每次考试虽然试题完全相同，但系统设置成题号以及选项打乱，保证前后左右的考生在同一时间的试题及选项不一致。  

（支撑毕业要求指标点1.3、2.1、3.2）  

2.期末考试    

采用任课教师出题的方式。考试题型包括选择题、判断题、看图回答问题、计算题、推导证明题等。  

（支撑毕业要求指标点1.3、2.1、3.2）