反应工程课程介绍

附件2：《四川大学本科课程简介》（中、英文版）格式课程号：30819030 课程名称： 化学反应工程总学时：48 学 分：3先修课程：高等数学，物理化学，化工原理面向对象：化学工程与工艺，三年级考核方式：平时成绩+期末考试 任课教师：梁斌，徐卡秋，段天平，唐盛伟课程简介：化学反应工程是研究化学反应器或包含化学反应的化工单元设备的学科，是现代化学工程学科的重要学术基础，核心主干课程.概括地讲，反应工程是结合反应装置，应用物理学、化学、工程学和经济学的基本原理与定律，采用现代科学计算方法与手段，综合研究、分析反应器中传递现象和化学反应耦合过程的基本规律，使化学反应能较优地实现工业化，或精细化的一门技术基础学科。具体来说，反应工程主要从工程或现场应用角度研究大规模或微型化系统的反应设备结构中，反应动力学与反应器内部（含催化剂）动量、质量、能量（热量，电荷）传递现象之间的相互作用关系，分析反应装置的特性，获得反应器体积设计，结构优化，和动态操作控制的原理和方法。虽然化学反应工程是1957年才正式命名，但一些思想概念早在三十年代就开始萌芽了。在那以前，化学工程主要建立在单元操作（如流体输送、蒸发、传热等）上，研究工程技术对化学反应有何影响则涉及较少。1937年，德国Damkohler首先研究了扩散、流动与传递对化学反应收率的影响，是化学反应工程的先导，我国科学家袁谓康先生正是在Damkohler先驱基础上，近年凝炼出化学工程的时间多尺度思想。50年代，由于化学工程的发展，化工厂的大型化，综合化，自动化与最优化，提出了许多新的概念，例如“返混”现象，反应器的稳定性等等，特别是电子计算机的迅速发展与应用，使大型非线性方程组的数值求解成为可能，促进了传递现象与化学反应的结合，水到渠成，正式命名了化学反应工程学。四川大学（原成都科技大学）化学反应工程课程，始自60年代开设的“无机物工艺反应过程动力学”.80年代改革开放初期，王建华先生是首批前往美国学习研究反应工程的中国学者之一，受到加州大学戴维斯分校J.M.Smith教授指导。Smith教授所著“ChemicalEngineeringKinetics”在反应工程学科正式诞生前的1956年第一版面世，到1981年第三版，是美国第一代反应工程教材。王先生回国后，与国内同仁一道，极大地促进了反应工程在中国的学术发展。反应工程迄今只有50多年历史，极大推动了化学工程，和邻近学科，如原子能技术，煤炭加工，能源动力、石油化工，冶金工程，制药工艺，生物技术，以及新兴学科，如新材料，新能源，信息技术，环境科学，生命科学等的发展。“三传一反”的基本学术思想，正在前所未有的时间层次，空间广度和深度上演绎出精彩辉煌的篇章。学生学完本课程后，能对反应器内三传现象和化学反应速率之间的相互作用有深厚的理解，掌握依靠数学模型方法对反应器分析的基本原理。能够建立反映反应器基本特征的数学模型。能够对等温操作的理想反应器进行体积设计；正确认识反应器流动模型，停留时间分布，和非理想反应器的数学描述，用于预测实际反应器的转化率；掌握等温催化剂，以及外扩散对多相反应过程影响的数学模型分析原理。懂得对实际非等温理想反应器作物料守恒和能量守恒耦合系统分析的计算方法。学习应用科学计算软件求解反应器二维数学模型耦合偏微分方程组，给出反应器内的空间场量，如流场、压力场，浓度场，和温度场，为反应器结构优化设计提供科学依据。对反应器操作过程受操作参数波动引起的动态现象和开停车过程的操作，掌握反应器非线性系统定态多重性分析的基本方法。教学中，重基本分析方法，如反应速率的拟稳态假定概念速率控制步骤概念，它们是现代化学工程技术中时间多尺度思想的基础；重物理和化学的守恒原理，如物质守恒，能量守恒，它们是分析反应器空间场量和新型反应装置中空间多尺度现象的基础。重视现代科学计算方法和手段对反应工程教学和学术发展的促进作用.希望能结合教师自身的科学研究，以基于研究的学习（Research一basedlearning）,作为教学方法的重要方面.在上课形式上，采用PowerPoint电子课件授课，方便对新近前沿研究领域、成果的介绍。推荐教材或主要参考书（含教材名，主编，出版社，出版年月）：教材：《化学反应工程》（21世纪高等院校教材），四川大学梁斌等主编，科学出版社，2003.参考教材：4thEdition,PrenticeHall1o4thEdition,PrenticeHall反应工程课程介绍(四川大学，化学反应工程)UpperSaddleRiver,NJ2006&化学工业出版社，北京2006.2。 Levenspiel,O.,ChemicalReactionEngineering,3rdEdition,JohnWiley&Sons,1999&化学工业出版社，北京2002.3。 袁谓康，朱开宏，化学反应工程分析，华东理工大学出版社，上海，1995。4。 陈甘棠，化学反应工程，第二版，化学工业出版社，北京，1990.5。 李绍芬，反应工程，化学工业出版社，北京，1990.6。 王建华，化学反应工程，成都科技大学出版社，成都，1988.7。 Smith,J.M.,ChemicalEngineeringKinetics,3rdEdition,McGram一Hill。1981.王建华等译，化学工业出版社&成都科技大学出版社，北京，1988。备注：专业基础课CourseCode:30819030CourseName:ChemicalReactionEngineeringTotalHours:48 Credit:3Textbookname:(Press,Author)Textbook:ChemicalReactionEngineering,ChemicalIndustryPress,LiangB.etal。，2003Referencebooks:1。 Folger,H。S。，ElementsofChemicalReactionEngineering4thEdition,PrenticeHall,UpperSaddleRiver,NJ20062。 Levenspiel,0。,ChemicalReactionEngineering3rdEdition,JohnWiley&Sons,19993。 Smith,J。M。，ChemicalEngineeringKinetics3rdEdition,McGram一Hill。1981.CourseDescription:Comparingwithothercoursesofchemicalengineeringtraining,thiscourseisyoung,buttheresearchfieldofthiscourseisveryactiveThebirthofchemicalreactionengineeringwasintheinternationalconferenceatAmsterdamin1957，whichwasbasicallybecauseitwasimpossibletosolvelargenonlinearalgebraicequationsystemcomefrommathematicalmodelingforchemicalreactorsuntilthethresholdofcomputerassistanceatthattime。Theprominentcharacteristicofchemicalreactionengineeringisthecouplingoftransportphenomenaandchemicalreactionkineticswhichismodeledbypartialdifferentialequationsandsolvednumericallybyvirtueofcomputer.Thedisciplineofchemicalreactionengineeringconcernswiththeexploitationofchemicalreactionsonacommercialscale,orforthepointofcareapplicationofchemicalreactionunits.Itsgoalisthesuccessfuldesignandperformanceofchemicalreactorsorunits.Reactordesignusesknowledgeformavarietyofareas——thermodynamics,chemicalkinetics,transportphenomena,andeconomics.Chemicalreactionengineeringisthesynthesisofallthesefactorssuchthatconservationlawsareappliedtomodeltheinteractionsofthesefactorsmathematically,andthustoanalyzethesteady——statecharacteristicsanddynamicbehaviorsofchemicalreactorsorunitsinperformanceorapplication,withtheaimsofproperlydesigningtheirsizesandstructures,controllingtheirfunctionalperformanceintheoptimalandsafestmanner.Asthebackboneofchemicalengineeringtraining,studentsshouldhavegoodunderstandingforanalyzingtheinteractionsbetweenmomentum,mass,andenergytransferandthereactionkinetics,beofreasoningpowerofmathematicalmodelingforchemicalreactors.Inessence,theskillofseizingtheisothermalidealreactors,includingbatchreactor,continuouslystirredtankreactor(CSTR),andplugflowreactor(PFR)mustbecastspecialattentionsforflowingpattern,residencetimedistribution,andmodelsfornonidealreactorsshouldbegiventopredictconversionratioofreactors;mathematicalanalyzingfortheisothermalsolidcatalystsinthetypicalgeometricalformandtheeffectsofexternaldiffusiononheterogeneousreactionsshouldbespeciallytrainedmodelingandsimulationforsteady——statenonisothermalideal-basedreactorsareencouragedtobeattemptedwiththeassistanceofcommercialsoftwarepackagesuchasCOMSOL,bywhichthestreamlines,fieldsofspeciesconcentrations,andtemperatureswouldbeplotted;additionally,themultiplicityofchemicalreactorscanbebrieflyintroduced,whichisthebasisforunderstandingthedisturbanceinoperation,starting-upandshuttingdownreactorsoForteaching,ourbasicpolicyisresearch-basedlearningoWeencouragescientificresearchsupportcourseteachingoForexample,pseudosteady-stateassumptioninthestudiesoncatalyticreactionkinetics,theeffectsofexternaldiffusiononheterogeneousreactions,anddiffusionandreactionisthebasisforthetemporalmultiscaleconception,usingconservation反应工程课程介绍(四川大学，化学反应工程)lawstomodelandanalyzethereactorstructurecanfacilitatetheunderstandingofspatialmultiscalephenomena。Softwarepackagesfornumericalsolutionofthereactormodelequationsareappreciated.Ourcourseofchemicalreactionengineeringhadbeengivenin1960s,andwasknownas“ReactionKineticsinInorganicChemicalProcess”atthattime.Intheearlydaysof1980s,JianhuaWang,theprofessorteachingthiscourseinourdepartment,wasoneofafewChinesescholarsgoingtoUStolearnchemicalengineering.Prof.WangwenttoJoeMaukSmith’sgroup,U.C.Davis,tostudyChemicalReactionEngineeringoProf.Smith(1916一2009)wasrenownedforreact