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時(shí)間：2023-08-25 09:10:35
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對(duì)所研究的化學(xué)反應(yīng)，以簡(jiǎn)化的或近似的數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表述反應(yīng)速率和選擇率與溫度和濃度等的關(guān)系。這本來(lái)是物理化學(xué)的研究領(lǐng)域，但是化學(xué)反應(yīng)工程工作者由于工業(yè)實(shí)踐的需要，在這方面也進(jìn)行了大量的工作。不同之處是，化學(xué)反應(yīng)工程工作者著重于建立反應(yīng)速率的定量關(guān)系式，而且更多地依賴(lài)于實(shí)驗(yàn)測(cè)定和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。多年來(lái)，已發(fā)展了一整套動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法，其中包括各種實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)器的使用、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理方法和實(shí)驗(yàn)規(guī)劃方法等。
對(duì)各類(lèi)常用的反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)等過(guò)程進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究，并力求以數(shù)學(xué)式予以表達(dá)。由于傳遞過(guò)程只是物理的,所以研究時(shí)可以避免化學(xué)反應(yīng),用廉價(jià)的模擬物系（如空氣、水、砂子等）代替實(shí)際反應(yīng)物系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)常稱(chēng)為冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)冷模實(shí)驗(yàn)。傳遞過(guò)程的規(guī)律可能因設(shè)備尺寸而異，冷模實(shí)驗(yàn)所采用的設(shè)備應(yīng)是一系列不同尺寸的裝置；為可靠起見(jiàn)，所用設(shè)備甚至還包括與工業(yè)規(guī)模相仿的大型實(shí)驗(yàn)裝置。各類(lèi)反應(yīng)器內(nèi)的傳遞過(guò)程大都比較復(fù)雜，有待更深入地去研究。
對(duì)一個(gè)特定反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的特定的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和反應(yīng)器傳遞模型都已確定的條件下，將這些數(shù)學(xué)模型與物料衡算、熱量衡算等方程聯(lián)立求解，就可以預(yù)測(cè)反應(yīng)結(jié)果和反應(yīng)器操作性能。由于實(shí)際工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的復(fù)雜性，至今尚不能對(duì)所有工業(yè)反應(yīng)過(guò)程都建立可供實(shí)用的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和反應(yīng)器傳遞模型。因此，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)工程的理論研究時(shí)，概括性地提出若干個(gè)典型的傳遞過(guò)程。例如：伴隨著流動(dòng)發(fā)生的各種不同的混合，如返混、微觀混合、滴際混合等；反應(yīng)過(guò)程中的傳質(zhì)和傳熱，包括反應(yīng)相外傳質(zhì)和傳熱（傳質(zhì)和反應(yīng)相繼發(fā)生）和反應(yīng)相內(nèi)傳質(zhì)和傳熱(反應(yīng)和傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行)。然后，對(duì)各個(gè)典型傳遞過(guò)程逐個(gè)地進(jìn)行研究，忽略其他因素，單獨(dú)地考察其對(duì)不同類(lèi)型反應(yīng)結(jié)果的影響。例如，對(duì)反應(yīng)相外的傳質(zhì)，理論研究得出其判據(jù)為達(dá)姆科勒數(shù)Dα，并已導(dǎo)出當(dāng)Dα取不同值時(shí)外部傳質(zhì)對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響程度。同樣，對(duì)反應(yīng)相內(nèi)的傳質(zhì)，也得出了相應(yīng)的判據(jù)西勒模數(shù)。這些理論研究成果構(gòu)成了本學(xué)科內(nèi)容的重要組成部分。這些成果一般并不一定能夠直接用于反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，但是對(duì)于分析判斷卻有重要的指導(dǎo)意義。
由于在已選定的工業(yè)反應(yīng)器中進(jìn)行的宏觀化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，就是具有一定化學(xué)動(dòng)力學(xué)特性的反應(yīng)物系進(jìn)入具有一定流動(dòng)和傳遞特性的工業(yè)裝置中進(jìn)行演變、達(dá)到人們期預(yù)的狀之后離開(kāi)反應(yīng)器的全過(guò)程，整個(gè)過(guò)程涉及到多種影響參數(shù)及各參數(shù)之問(wèn)相互作用的復(fù)雜關(guān)系。使宏觀過(guò)程控制到期預(yù)狀態(tài)，達(dá)到工程技術(shù)目的，實(shí)現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，必須搞清上述諸多因素或參數(shù)對(duì)宏觀過(guò)程、狀態(tài)及生產(chǎn)(設(shè)計(jì))目標(biāo)的影響規(guī)律、調(diào)控的可能性及程度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果等。在研究或處理方法上，就是在實(shí)驗(yàn)(實(shí)踐)的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)模擬的方法即根據(jù)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性和該物系在該反應(yīng)器中的傳遞特性及流動(dòng)特性，抓住影響宏觀過(guò)程的主要矛盾和矛盾的主要方面。恰當(dāng)?shù)睾?jiǎn)化處理那些影響不大的次要因素，建立物系的動(dòng)態(tài)物理模型。再對(duì)物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述—建立宏觀過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而根據(jù)特定的初始條件、邊界條件對(duì)數(shù)學(xué)模型求解，確定有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)以及模擬放大，實(shí)踐檢驗(yàn)，修正完善。顯然，該模型就是化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型、流動(dòng)模型、傳遞模型以及相關(guān)的參數(shù)計(jì)算模型的綜合。所以建模及解析無(wú)疑是各類(lèi)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的中心。
學(xué)習(xí)的過(guò)程要與實(shí)際工程聯(lián)系起來(lái)
例如在返混這一概念的學(xué)習(xí)中，例如，針對(duì)丁二烯氯化制二氯丁烯的開(kāi)發(fā)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)工程理論指導(dǎo)認(rèn)識(shí)反應(yīng)特征，溫度效應(yīng)要求反應(yīng)器內(nèi)不出現(xiàn)低溫區(qū)，否則造成反應(yīng)選擇性差，為使反應(yīng)器內(nèi)不出現(xiàn)低溫區(qū)，最直接的方法是將兩種物料各自預(yù)熱，然后進(jìn)入反應(yīng)器。但是丁二烯容易在預(yù)熱器中發(fā)生自聚，造成換熱面的污染，使換熱器不能長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，從工程的角度，不宜采用用原料預(yù)熱的方式，可利用返混使進(jìn)入反應(yīng)器的冷料與反應(yīng)器中的熱料迅速混合，使冷料可以立刻提高溫度。正如全混流反應(yīng)器中提到，充分的返混將使反應(yīng)器內(nèi)的各處溫度和濃度均勻，并等于反應(yīng)器的出口濃度好溫度。
工程分析方法是將化學(xué)反應(yīng)工程中諸如返混，傳質(zhì)，傳熱等物理因素對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，進(jìn)行分解處理，而后進(jìn)行工程分析。工業(yè)反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)可以分解為物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程。在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，影響反應(yīng)結(jié)果的因素可分為二類(lèi)：一是與設(shè)備大小無(wú)關(guān)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)因素，即化學(xué)因素，這是過(guò)程的個(gè)性。每個(gè)反應(yīng)各不相同。二是與設(shè)備大小密切相關(guān)的傳遞過(guò)程因素，即工程因素，這是過(guò)程的共性，同類(lèi)反應(yīng)器的傳遞特性是相同的。不因進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程而變化。但與反應(yīng)器大小密切相關(guān)。而從本質(zhì)上看，工程因素對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，是通過(guò)流體流動(dòng)，傳質(zhì)和傳熱等物理過(guò)程。改變了反應(yīng)場(chǎng)所的濃度和溫度分布，再通過(guò)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的特征間接地影響了反應(yīng)結(jié)果。
反應(yīng)工程思維方法揭示了上述決策變量對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響。實(shí)質(zhì)上是有關(guān)工程因素對(duì)反應(yīng)場(chǎng)所溫度和濃度的影響，而反應(yīng)場(chǎng)所的溫度和濃度是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的溫度效應(yīng)與濃度效應(yīng)對(duì)反應(yīng)速率，反應(yīng)選擇性產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變了反應(yīng)結(jié)果。因此，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中突出強(qiáng)調(diào)反應(yīng)工程理論思維法運(yùn)用，強(qiáng)調(diào)從分析工程因素的本質(zhì)入手，針對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征來(lái)判別工程因素對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，培養(yǎng)采用工程分析法來(lái)分析和解決工程問(wèn)題的能力。只有把握了工程因素本質(zhì)及反應(yīng)特征，分析了工程因素對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響程度，才能使從反應(yīng)過(guò)程設(shè)計(jì)和操作上提出優(yōu)化的工程措施，解決工程問(wèn)題。
返混這一工程因素，已經(jīng)知道返混造成了反應(yīng)器內(nèi)濃度的變化，使反應(yīng)物的濃度降低了，那么對(duì)反應(yīng)結(jié)果有何影響呢?對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們不能簡(jiǎn)單地下結(jié)論，而要根據(jù)反應(yīng)過(guò)程的特征，具體問(wèn)題具體分析。例如，對(duì)串聯(lián)反應(yīng)而言，濃度降低總是造成反應(yīng)選擇性的下降，故這一工程因素的影響總是不利的：而對(duì)平行反應(yīng)而言，根據(jù)反應(yīng)選擇性的動(dòng)力學(xué)特征，主反應(yīng)級(jí)數(shù)低于副反應(yīng)級(jí)數(shù)時(shí)，濃度降低是有利的，故返混的影響是有利的，而反之則是不利的。又如，對(duì)于顆粒催化劑內(nèi)部傳遞過(guò)程而言，由于傳質(zhì)阻力的存在，使催化劑內(nèi)部的反應(yīng)物濃度從外往里呈逐漸降低的態(tài)勢(shì)，而產(chǎn)物濃度的變化則相反。盡管內(nèi)部傳遞過(guò)程與返混是兩個(gè)截然不同的工程因素，但只要深入分析，從本質(zhì)上看，內(nèi)擴(kuò)散同樣是改變了反應(yīng)場(chǎng)所的濃度，使反應(yīng)物濃度降低了，這恰好與返混的結(jié)果一樣，可以預(yù)見(jiàn)，內(nèi)部傳遞過(guò)程對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，也必然與返混的影響一樣。工業(yè)反應(yīng)過(guò)程中，影響反應(yīng)結(jié)果的工程因素有返混、予混合、傳質(zhì)和傳熱等，取決于反應(yīng)器型式、操作方式、操作條件等決策變量。反應(yīng)工程思維方法揭示了上述決策變量對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，實(shí)質(zhì)上是有關(guān)工程因素對(duì)反應(yīng)場(chǎng)所溫度和濃度的影響，而反應(yīng)場(chǎng)所的溫度和濃度是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的溫度效應(yīng)與濃度效應(yīng)對(duì)反應(yīng)速率、反應(yīng)選擇性產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變了反應(yīng)結(jié)果。
化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程包括進(jìn)行物理變化和化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程是生產(chǎn)的關(guān)鍵。在工業(yè)規(guī)模的化學(xué)反應(yīng)器中，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與質(zhì)量、熱量及動(dòng)量傳遞過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。這種化學(xué)反應(yīng)與物理變化過(guò)程的綜合，稱(chēng)為宏觀反應(yīng)過(guò)程。研究宏觀反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)稱(chēng)為宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。宏觀動(dòng)力學(xué)與本征動(dòng)力學(xué)不同之處在于：除了研究化學(xué)反應(yīng)本身以外，還要考慮到質(zhì)量、熱量、動(dòng)量傳遞過(guò)程對(duì)化學(xué)反應(yīng)的交聯(lián)作用及相互影響。進(jìn)行宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析，應(yīng)注意按相的類(lèi)別、溫度條件和操作方法來(lái)分類(lèi)，多相反應(yīng)，或稱(chēng)為非均相反應(yīng)，涉及反應(yīng)物及生成物在相際的質(zhì)量傳遞。變溫反應(yīng)涉及反應(yīng)物系的相際及與外界的熱量傳遞；而流體的流動(dòng)特征對(duì)質(zhì)量傳遞和熱量傳遞有著重大的影響。以宏現(xiàn)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，還要進(jìn)一步對(duì)工業(yè)反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)墁最佳操作條件的確定控制、放大、優(yōu)化等進(jìn)行研究，以期應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐時(shí)獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果
【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2013）16-0056-02
化學(xué)反應(yīng)工程是一門(mén)涉及高等數(shù)學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、化工傳遞過(guò)程、化工分析與合成等多學(xué)科、多領(lǐng)域的科學(xué)，也是一門(mén)研究化學(xué)反應(yīng)的工程問(wèn)題的學(xué)科?；瘜W(xué)反應(yīng)工程是我?；瘜W(xué)工程與工藝本專(zhuān)科的核心課程，目的是將實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)可靠地移植到工業(yè)生產(chǎn)中，并且就所確定的反應(yīng)與預(yù)期的生產(chǎn)能力對(duì)反應(yīng)器的形狀、尺寸及操作方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，其應(yīng)用遍及化學(xué)、石油化學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)藥、冶金及輕工業(yè)等許多工業(yè)部門(mén)。
一 化學(xué)反應(yīng)工程在化工工程中的應(yīng)用
1.化工工程是否具有可行性是一個(gè)最直接、最根本的問(wèn)題，而解決這一問(wèn)題的基礎(chǔ)是先要了解各反應(yīng)的速率
對(duì)于具有工程意義的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)無(wú)法用理論計(jì)算，而必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。所謂的反應(yīng)進(jìn)行分析，即通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)并對(duì)之進(jìn)行數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)，從而獲得反應(yīng)速度方程。因?yàn)榇蠖鄶?shù)重要的工業(yè)反應(yīng)都不是在充分混合的均相中進(jìn)行的，傳熱和傳質(zhì)過(guò)程對(duì)這些反應(yīng)的進(jìn)行也有相當(dāng)大的影響。因此，傳遞過(guò)程動(dòng)力學(xué)與化學(xué)動(dòng)力學(xué)的共同作用在化學(xué)反應(yīng)工程中具有非常重要的意義。
化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)中的動(dòng)力學(xué)就是專(zhuān)門(mén)闡明化學(xué)反應(yīng)速度與各個(gè)物理因素之間的定量關(guān)系。有些從熱力學(xué)分析認(rèn)為可行的，如常壓、低溫合成氨，由于速度太慢而實(shí)際上是不可行的，只有研究出好的催化劑才能在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ο乱燥@著速度進(jìn)行反應(yīng)，這就是動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題。還有一些過(guò)程，從熱力學(xué)分析認(rèn)為是不當(dāng)?shù)?，如甲烷裂解制乙炔，?500℃左右的高溫下，乙炔極不穩(wěn)定，最終似乎只可以得到碳和氫。但如果使它在極短時(shí)間（如0.001秒）內(nèi)反應(yīng)并立刻淬冷到低溫，那就能獲得乙炔，工業(yè)上也就是這樣來(lái)實(shí)施的，所以在實(shí)際應(yīng)用上起決定性作用的往往是動(dòng)力學(xué)因素。為了實(shí)現(xiàn)某一反應(yīng)，需要選定合適的條件、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)型式以及確定反應(yīng)器的尺寸和處理能力等，這些都緊緊依賴(lài)于對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)。動(dòng)力學(xué)是反應(yīng)工程的一個(gè)重要基礎(chǔ)，更是化工工程的一個(gè)重要基礎(chǔ)。
2.化工工程需要工業(yè)反應(yīng)器，而反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算、開(kāi)發(fā)與放大是化學(xué)反應(yīng)工程的一個(gè)重要內(nèi)容
盡管各種產(chǎn)品有不同的生產(chǎn)過(guò)程，但作為化工生產(chǎn)的核心——化學(xué)反應(yīng)器是必不可少的。各種不同類(lèi)型的化學(xué)反應(yīng)器具有不同的反應(yīng)工程性質(zhì)，因?yàn)樵谶@些反應(yīng)器中的流體力學(xué)及熱力學(xué)狀況可能完全不同。這就要求在進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)，要以質(zhì)量、能量及動(dòng)量的基本守恒方程式為基礎(chǔ)。除了化學(xué)動(dòng)力學(xué)以及質(zhì)量和熱量的交換外，反應(yīng)器中的流體力學(xué)及溫度變化類(lèi)型對(duì)于反應(yīng)器的生產(chǎn)能力也會(huì)產(chǎn)生影響。
工業(yè)裝置上采用的反應(yīng)條件，不一定與小試或中試的一致。如在實(shí)驗(yàn)室的小裝置內(nèi)，反應(yīng)器的直徑很小，床層也薄，一般又常以氣體通過(guò)床層的空間速度作為反應(yīng)條件的一種標(biāo)志。但在放大后，床層的高徑比往往就不一樣了。如要保持相同的空間速度，線速度就需改變，而線速度的大小又影響到壓降、流體的混合和傳熱等情況，從而導(dǎo)致反應(yīng)的結(jié)果不再與小試相同。又如，在小裝置中進(jìn)行某些放熱反應(yīng)時(shí)，溫度容易控制，但在大裝置中，傳熱和控溫往往成為頭等難題，甚至根本不可能達(dá)到與小裝置相同的溫度條件，所有這些導(dǎo)致出現(xiàn)“放大效應(yīng)”。因此，工業(yè)裝置的反應(yīng)條件必須結(jié)合工程上的考慮才能最合理地確定。在化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科建立以前，工業(yè)界廣泛采用的方法是逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大的方法，中間試驗(yàn)往往耗資大、歷時(shí)久。化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科建立以后，逐步形成一套新的數(shù)學(xué)模型方法。目前，逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大和數(shù)學(xué)模型兩種方法同時(shí)并存，各有適用范圍，但是，即使是逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大的方法，也常是以化學(xué)反應(yīng)工程的理論為指導(dǎo)，而不再是純經(jīng)驗(yàn)性的了。
3.工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的優(yōu)化操作以及反應(yīng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)是反應(yīng)工程在工業(yè)方面的重要應(yīng)用
化工產(chǎn)品只有在反應(yīng)器中才能產(chǎn)生，想提高產(chǎn)品的產(chǎn)量必然要對(duì)反應(yīng)器的操作條件進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)際工業(yè)反應(yīng)過(guò)程未必在最優(yōu)的條件下操作，即使設(shè)計(jì)是優(yōu)化的，在實(shí)施時(shí)往往有許多難以預(yù)料的因素，使原定的優(yōu)化設(shè)計(jì)條件在實(shí)際操作中未必是優(yōu)化的。運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程理論對(duì)現(xiàn)行的工業(yè)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行分析，結(jié)合模擬研究，可找出薄弱環(huán)節(jié)和進(jìn)一步調(diào)優(yōu)的方向，通過(guò)調(diào)節(jié)和改造以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。由此可知，在化工工程中，老廠的增產(chǎn)挖潛、新廠的設(shè)計(jì)、新工藝、新產(chǎn)品以及新設(shè)備的付諸實(shí)踐，化學(xué)反應(yīng)工程都起著重要的指導(dǎo)作用。反應(yīng)工程的理論為新反應(yīng)器和新反應(yīng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)指明了方向，研究者可據(jù)此尋找合理的設(shè)備結(jié)構(gòu)和操作方法。近年來(lái)出現(xiàn)的新的石油化工裂解技術(shù)和各種新型技術(shù)，都得益于反應(yīng)工程理論的指導(dǎo)。在工業(yè)應(yīng)用中，在定性指導(dǎo)方面已發(fā)揮了很大的作用。但是，與理論研究相比，反應(yīng)器內(nèi)傳遞過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)積累還很薄弱，特別是對(duì)于化工生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的多相流動(dòng)體系的研究還不足。因此，反應(yīng)工程的研究需要與多相流體力學(xué)和多相傳遞過(guò)程的研究相結(jié)合，以便相輔相成。同時(shí)，化學(xué)反應(yīng)工程向生化、冶金等領(lǐng)域擴(kuò)展時(shí)還會(huì)出現(xiàn)新問(wèn)題，這就需要進(jìn)一步的研究。
二 化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)改革
針對(duì)目前的高校教學(xué)，我認(rèn)為在此門(mén)課程教學(xué)與學(xué)習(xí)中應(yīng)對(duì)以下幾方面進(jìn)行加強(qiáng)：
1.強(qiáng)化計(jì)算機(jī)的應(yīng)用
氣固相催化反應(yīng)器是用數(shù)學(xué)模型法設(shè)計(jì)計(jì)算最成功的實(shí)
例之一，常用擬均相模型求解。對(duì)擬均相一維模型可以得到微分方程組，此微分方程組可以用數(shù)值法求解，常用的數(shù)值法有歐拉法、改進(jìn)歐拉法、龍格—庫(kù)塔法等。另外要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)“化工計(jì)算機(jī)應(yīng)用”的課程內(nèi)容，采用VB計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行編程，對(duì)各種計(jì)算方法、邊界條件、步長(zhǎng)等進(jìn)行比較，使計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定、準(zhǔn)確。
2.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)
如返混是不同停留時(shí)間的物料混合，返混降低了反應(yīng)器中反應(yīng)物料濃度，影響反應(yīng)速度、轉(zhuǎn)化率及選擇性，所以返混對(duì)化學(xué)反應(yīng)結(jié)果影響特別大。通過(guò)開(kāi)設(shè)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，可以從中看到返混對(duì)反應(yīng)物濃度的影響及停留時(shí)間分布的特征，反應(yīng)器的空速等操作條件對(duì)返混程度的影響，對(duì)串聯(lián)全混釜模型與軸向分散模型有了深刻的理解。根據(jù)流動(dòng)模型參數(shù)，結(jié)合在其中進(jìn)行反應(yīng)的特征參數(shù)，計(jì)算或預(yù)測(cè)非理想流動(dòng)狀態(tài)下反應(yīng)實(shí)際可達(dá)到的轉(zhuǎn)化率。
3.與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合
本課程以工業(yè)反應(yīng)過(guò)程及反應(yīng)器設(shè)備為研究對(duì)象，安排學(xué)生到工廠實(shí)習(xí)，這對(duì)本課程的學(xué)習(xí)非常重要。我們連續(xù)幾年安排學(xué)生到中石化茂名分公司實(shí)習(xí)，在實(shí)習(xí)前，我們要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)“石油煉制工藝學(xué)”課程內(nèi)容，并針對(duì)自己實(shí)習(xí)的車(chē)間查閱相關(guān)資料，了解反應(yīng)原料組成和來(lái)源；掌握裝置的反應(yīng)過(guò)程原理和工藝條件，熟悉裝置的設(shè)備。在實(shí)習(xí)基地先組織聽(tīng)取技術(shù)人員的安全知識(shí)講座。然后在實(shí)習(xí)中了解主要裝置的工藝流程，熟悉現(xiàn)場(chǎng)的管線——泵——反應(yīng)器——儲(chǔ)罐等的走向，認(rèn)清部分工藝的簡(jiǎn)易流程，了解化工生產(chǎn)中所用到的各類(lèi)反應(yīng)器、換熱器、罐及輔助設(shè)備等，使學(xué)生對(duì)各類(lèi)反應(yīng)過(guò)程及所涉及的設(shè)備有感性認(rèn)識(shí)。通過(guò)進(jìn)廠實(shí)習(xí)也進(jìn)一步證明理論與實(shí)踐密不可分，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高。
三 結(jié)論
化學(xué)反應(yīng)工程是一門(mén)工程類(lèi)學(xué)科，與工程實(shí)際緊密聯(lián)系，數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)。課程改革通過(guò)結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)方法與手段，引入專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力及工程意識(shí)，提高了分析、解決工程問(wèn)題的能力，適應(yīng)了新世紀(jì)人才培養(yǎng)模式的需求。
參考文獻(xiàn)
[1]劉軍.化學(xué)反應(yīng)工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：1～10
雖然兩類(lèi)反應(yīng)器之間存在著一定的差別，但均相反應(yīng)工程無(wú)疑是多相反應(yīng)工程的基礎(chǔ)，多相反應(yīng)工程所涉及的各相中所發(fā)生的過(guò)程可認(rèn)為與均相反應(yīng)過(guò)程無(wú)異。因此，在均相反應(yīng)工程中所建立的許多重要概念、理論和方法，完全可以原封不動(dòng)地應(yīng)用到多相反應(yīng)器理論的討論中去，如在均相反應(yīng)器模擬時(shí)建立的軸向擴(kuò)散概念，在建立多相反應(yīng)器模型時(shí)便可以完整地移植過(guò)來(lái);又如平推流和全混流概念，兩類(lèi)反應(yīng)器中都有著極廣的應(yīng)用。
因此，主要針對(duì)“均相反應(yīng)器”開(kāi)發(fā)過(guò)程以圖形形式顯示其內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)(圖3)，以使學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程后能在頭腦中形成化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科的完整印象，從而更好地將其應(yīng)用于實(shí)際反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)過(guò)程中。
由圖3可知，即使是均相反應(yīng)器，相互之間也存在著很大的區(qū)別，因此，第一步是必須要對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)，可見(jiàn)分類(lèi)的方法是本學(xué)科建立的基本方法。通過(guò)分類(lèi)，人們更清楚地認(rèn)識(shí)到各反應(yīng)器之間的異同點(diǎn)，如均相反應(yīng)器按幾何形狀劃分可分為管式、塔式和釜式反應(yīng)器三類(lèi);按換熱方式可分為絕熱、等溫和變溫反應(yīng)器三類(lèi);按操作方式可分為間歇、半間歇和連續(xù)反應(yīng)器三類(lèi);而按混合方式又可分為平推流、全混流和非理想流動(dòng)反應(yīng)器三類(lèi)。根據(jù)反應(yīng)器不同的特征對(duì)其進(jìn)行劃分，所產(chǎn)生的結(jié)果可能不同，但由此而獲得一個(gè)極為重要的工程概念，即反應(yīng)器型式。反應(yīng)器型式在反應(yīng)器設(shè)計(jì)優(yōu)化中屬于三大決策亦量之一，十分重要，在反應(yīng)器設(shè)計(jì)中的第一步即是根據(jù)反應(yīng)過(guò)程的特點(diǎn)確定反應(yīng)器型式。
由圖3還可以看出，針對(duì)化學(xué)反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)，一般采取兩種方法，一是數(shù)學(xué)模型法，二是經(jīng)驗(yàn)放大法。在化學(xué)反應(yīng)工程課程中主要講解的是數(shù)學(xué)模型法，其基本思路是，應(yīng)用分解的方法將實(shí)際反應(yīng)器分解為兩部分，即過(guò)程和反應(yīng)設(shè)備。過(guò)程包括化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和傳遞過(guò)程，由于反應(yīng)過(guò)程規(guī)律和傳遞過(guò)程規(guī)律相互獨(dú)立，故對(duì)其規(guī)律可分別進(jìn)行研究。而反應(yīng)設(shè)備則主要包含反應(yīng)器型式和幾何因索兩大類(lèi)。
為研究化學(xué)反應(yīng)過(guò)程規(guī)律，必須要消除掉傳遞過(guò)程的影響，由于化學(xué)反應(yīng)規(guī)律和設(shè)備大小無(wú)關(guān)，故化學(xué)反應(yīng)規(guī)律可在微型(或臺(tái)式)反應(yīng)器中進(jìn)行。這一點(diǎn)非常重要，如化學(xué)反應(yīng)規(guī)律在微型反應(yīng)器中進(jìn)行研究，則不僅節(jié)省了大量的資金，更重要的是在微型設(shè)備中易保持純化學(xué)因索的影響，獲得的反應(yīng)性質(zhì)、規(guī)律可以應(yīng)用到不同規(guī)模的任何反應(yīng)器中?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程的性質(zhì)一般包括化學(xué)計(jì)量性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)平衡性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。
化學(xué)反應(yīng)計(jì)量性質(zhì)是反應(yīng)平衡性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)，對(duì)平衡性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的研究都是基于反應(yīng)計(jì)量性質(zhì)明確的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計(jì)量性質(zhì)主要包括反應(yīng)系統(tǒng)中各組分之間的定量關(guān)系，及系統(tǒng)中獨(dú)立的反應(yīng)數(shù)。
反應(yīng)平衡性質(zhì)主要包括反應(yīng)熱效應(yīng)和反應(yīng)極限的計(jì)算，尤其是反應(yīng)平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算。對(duì)可逆放熱反應(yīng)而言，平衡性質(zhì)對(duì)過(guò)程的影響較為復(fù)雜，溫度的升高對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率往往是有利的，但對(duì)平衡而言，平衡常數(shù)隨溫度的升高而降低，所以溫度對(duì)平衡性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的影響呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，從而引起問(wèn)題的復(fù)雜化。通常對(duì)可逆放熱反應(yīng)存在著最佳溫度，且最佳溫度隨組分轉(zhuǎn)化率的不同而不同，因此，在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，存在一最佳溫度曲線，反應(yīng)沿著最佳溫度曲線進(jìn)行，在轉(zhuǎn)化率一定時(shí)，可以使用較少的催化劑。同時(shí)還須認(rèn)識(shí)到，在反應(yīng)后期，即較高轉(zhuǎn)化率接近化學(xué)平衡時(shí)，反應(yīng)過(guò)程往往是由平衡因索控制的。
化學(xué)反應(yīng)工程研究的主要內(nèi)容是化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性是化學(xué)反應(yīng)器選型、操作方式和操作條件確定及反應(yīng)過(guò)程優(yōu)化的重要依據(jù)，因此，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)測(cè)定是十分重要的工作。然而，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的精確測(cè)定是一項(xiàng)獨(dú)立于工藝試驗(yàn)之外的專(zhuān)門(mén)實(shí)驗(yàn)，它不但要求具備滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)精度的特定設(shè)備，而且在具體進(jìn)行時(shí)又有相當(dāng)可觀的實(shí)際工作量。因此，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)測(cè)定極為重要，其基本思路如圖生所示redlw.com。
動(dòng)力學(xué)方程通常分為3種形式，一是純機(jī)理型方程，二是半經(jīng)驗(yàn)半理論型方程，三是純經(jīng)驗(yàn)方程?；谂鲎怖碚?、過(guò)渡態(tài)理論及分子動(dòng)態(tài)學(xué)而推導(dǎo)出來(lái)的純機(jī)理型方程，一般僅對(duì)簡(jiǎn)單反應(yīng)體系適用，當(dāng)前反應(yīng)工程學(xué)科應(yīng)用這類(lèi)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計(jì)的并不多見(jiàn)。工業(yè)反應(yīng)體系往往極為復(fù)雜，但作為動(dòng)力學(xué)研究發(fā)展的方向，純機(jī)理型動(dòng)力學(xué)方程應(yīng)是每個(gè)化學(xué)反應(yīng)工程研究者必須努力的目標(biāo);純經(jīng)驗(yàn)性的動(dòng)力學(xué)方程如描述微生物生長(zhǎng)的Monod模型在反應(yīng)器設(shè)計(jì)中亦常常使用，但反應(yīng)工程學(xué)科通常使用的是半經(jīng)驗(yàn)半理論的動(dòng)力學(xué)方程，圖生所示指的就是此類(lèi)方程。
建立動(dòng)力學(xué)方程模型的基本思路一般是先設(shè)定一定的基元反應(yīng)機(jī)理，該機(jī)理通常分為兩類(lèi)，一是有限基元反應(yīng)組合機(jī)理，二是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理，在此前提下，根據(jù)擬平衡態(tài)假設(shè)或擬定常態(tài)假設(shè)，可以推導(dǎo)獲得一定形式的動(dòng)力學(xué)方程。動(dòng)力學(xué)方程通常分為兩種，一是冪函數(shù)型，另一種是雙曲函數(shù)型。視方程當(dāng)中是否含有一階微分，動(dòng)力學(xué)方程又可分為積分式和微分式兩種。
在動(dòng)力學(xué)方程確定后，方程中包含兩類(lèi)物理量，一是伴隨反應(yīng)過(guò)程變化而變化的因索，通常是指反應(yīng)溫度、反應(yīng)物濃度及反應(yīng)時(shí)間;另一類(lèi)是在反應(yīng)過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定的、反映反應(yīng)過(guò)程性質(zhì)的模型參數(shù)。模型參數(shù)無(wú)法由模型本身獲得，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，這也正是該動(dòng)力學(xué)方程被稱(chēng)為半經(jīng)驗(yàn)半理論的原因所在。因?yàn)槟Ｐ蛥?shù)必須由實(shí)驗(yàn)確定，于是就必然涉及實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容通常包含兩個(gè)方面，其一是實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)器的選擇，其二是實(shí)驗(yàn)條件的確定。實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)器類(lèi)型與工業(yè)反應(yīng)器類(lèi)型大同小異，不同之處僅僅表現(xiàn)在規(guī)模程度上，實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器規(guī)模小，通常為11左右，因此，其傳遞過(guò)程影響易于消除，任意個(gè)對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響主要是純化學(xué)因索，如此易于反映反應(yīng)過(guò)程的本質(zhì)。而實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)計(jì)方法包括兩種，當(dāng)獨(dú)立的組分?jǐn)?shù)僅為1個(gè)時(shí)，實(shí)驗(yàn)可采用單因索法，當(dāng)獨(dú)立的組分因索多于2個(gè)時(shí)，則往往采取正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，接下來(lái)的問(wèn)題是必須求解出動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)，求解動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)的方法有積分法和微分法?；诜e分式動(dòng)力學(xué)方程的求解方法稱(chēng)為積分法，基于微分式動(dòng)力學(xué)方程的求解方法則稱(chēng)為微分法。在大多數(shù)實(shí)際情況下，模型參數(shù)求解方法采用的都是微分法redlw.com。
當(dāng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律確定后，必須要研究在實(shí)際工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器中通常出現(xiàn)的傳遞過(guò)程規(guī)律。為研究傳遞過(guò)程規(guī)律，通?？梢栽跊](méi)有化學(xué)反應(yīng)的情況下進(jìn)行，這是因?yàn)閭鬟f過(guò)程是反應(yīng)器的屬性，基本上不因化學(xué)反應(yīng)的存在與否而異。對(duì)于一個(gè)特定的工業(yè)反應(yīng)過(guò)程，化學(xué)反應(yīng)規(guī)律是其個(gè)性，而反應(yīng)器中的傳遞規(guī)律則是其共性。因此，傳遞規(guī)律受設(shè)備尺寸的影響較大，必須在大型裝置中進(jìn)行。由于需要考察的只是傳遞過(guò)程，不需實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，完全可以利用惰性物料進(jìn)行試驗(yàn)，以探明傳遞過(guò)程規(guī)律。正因如此，這種試驗(yàn)通常稱(chēng)為冷模試驗(yàn)。
進(jìn)行冷模試驗(yàn)研究傳遞過(guò)程規(guī)律時(shí)需要關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題是:所選模擬設(shè)備的大小，即傳遞過(guò)程應(yīng)在多大規(guī)模的模擬設(shè)備中進(jìn)行?為保證所獲得的傳遞參數(shù)準(zhǔn)確、有效，所遵循的原則是必須保持在模擬設(shè)備中發(fā)生的傳遞過(guò)程與實(shí)際反應(yīng)器中所發(fā)生的傳遞過(guò)程應(yīng)“相似”，即符合“相似性原理”。冷模試驗(yàn)設(shè)備的大小必須依據(jù)此原理進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。
在對(duì)反應(yīng)過(guò)程和傳遞過(guò)程進(jìn)行了充分的研究后，需要對(duì)相關(guān)成果進(jìn)行綜合處理，這一階段主要是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬并完成的，如圖5所示。
同時(shí)，為驗(yàn)證模擬結(jié)果是否可靠，還必須進(jìn)行中等規(guī)模的試驗(yàn)，即中試，又名熱模試驗(yàn)。熱模試驗(yàn)存在3個(gè)問(wèn)題需要解決，一是試驗(yàn)規(guī)模，二是試驗(yàn)的完整性，三是運(yùn)行周期。如果熱模試驗(yàn)結(jié)果與模型計(jì)算結(jié)果相符，說(shuō)明模型正確，能夠反映實(shí)際規(guī)律;如果不相符，則需要修正模型，直至與熱模試驗(yàn)結(jié)果相符為止。
具備了傳遞過(guò)程規(guī)律和小試測(cè)定的反應(yīng)過(guò)程規(guī)律，并且經(jīng)過(guò)了熱模試驗(yàn)驗(yàn)證，就能直接設(shè)計(jì)工業(yè)反應(yīng)器了，這樣就不存在設(shè)備的放大問(wèn)題。數(shù)學(xué)模型方法本身可以直接通過(guò)計(jì)算就能獲得大型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，說(shuō)明工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的開(kāi)發(fā)并不必然地必須經(jīng)過(guò)由小型反應(yīng)器到中間規(guī)模反應(yīng)器再到工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器的整個(gè)過(guò)程。
最后應(yīng)當(dāng)要注意的是，數(shù)學(xué)模型法要想獲得成功，必須要具備2個(gè)基本前提:一是它要求有可靠的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程;二是還要有大型裝置中的傳遞方程，兩者缺一不可。
例如，固定床反應(yīng)器，雖然不少反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型研究較為完整，然而由于具體工業(yè)反應(yīng)器模型參數(shù)難以正確測(cè)定，尤其對(duì)復(fù)雜的工業(yè)反應(yīng)，其本征動(dòng)力學(xué)參數(shù)也難以把握，因此，對(duì)固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模擬放大，迄今尚未有比較滿(mǎn)意的工業(yè)應(yīng)用。
化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)測(cè)定雖然有相當(dāng)大的工作量，但它畢竟可以在小裝置中進(jìn)行。而工業(yè)反應(yīng)器的傳遞模型卻不是小裝置所能解決的，它不但要求大型冷模試驗(yàn)和必要的熱模檢驗(yàn)，還需要工業(yè)規(guī)模的測(cè)試數(shù)據(jù)和工程研究的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)積累。因此，當(dāng)沒(méi)有可靠的大型設(shè)備傳遞模型時(shí)，數(shù)學(xué)模擬放大只能是紙上談兵。此時(shí)，精確的動(dòng)力學(xué)測(cè)定必然是徒勞的。當(dāng)然，這并不意味著不需要有關(guān)的動(dòng)力學(xué)知識(shí)和對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征的認(rèn)識(shí)。一個(gè)開(kāi)發(fā)者應(yīng)當(dāng)充分具備動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并據(jù)此巧妙地安排工藝試驗(yàn)，以便把握反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征和有關(guān)影響因索，為工業(yè)反應(yīng)器的選型和優(yōu)化服務(wù)redlw.com。
由此可見(jiàn)，從化學(xué)反應(yīng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，機(jī)理的、定性的、半定量的動(dòng)力學(xué)特征研究應(yīng)當(dāng)是結(jié)合工藝試驗(yàn)進(jìn)行的重要任務(wù)。只有當(dāng)工業(yè)反應(yīng)器的傳遞模型足夠可靠時(shí)，精確的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)才是必要的，并可用于數(shù)學(xué)模擬放大。
2 化學(xué)反應(yīng)工程思維方式
如上所說(shuō)，在剖析化學(xué)反應(yīng)工程課程各知識(shí)點(diǎn)及相互邏輯關(guān)系時(shí)，本研究采用了分類(lèi)、分解和綜合的思維方式，而分類(lèi)、分解其實(shí)屬于分析的方法。所以，分析、綜合是反應(yīng)過(guò)程開(kāi)發(fā)中的基本方法，應(yīng)深加注意，其中尤以分析方法更是在各種科學(xué)思維方式中處于最基本的地位。對(duì)于圖3、圖5所示的化學(xué)反應(yīng)工程邏輯結(jié)構(gòu)，當(dāng)將它們具體應(yīng)用到實(shí)際的化工過(guò)程開(kāi)發(fā)中時(shí)，也可用圖6簡(jiǎn)略地表示。圖6表示了化學(xué)反應(yīng)工程課程所提供的特有的工程思維方式。
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）04-0104-03
《化學(xué)反應(yīng)工程》是化工工藝專(zhuān)業(yè)的核心課程，也是其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)的重要課程，化學(xué)反應(yīng)的工業(yè)化實(shí)施、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和優(yōu)化等一系列化學(xué)工程問(wèn)題都離不開(kāi)它的指導(dǎo)?？墒?，在教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)不少學(xué)生認(rèn)為該課程難度大、理解困難、不容易掌握，是大學(xué)中最難學(xué)習(xí)的課程之一。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：一方面，該課程涉及先期多門(mén)課程知識(shí)，知識(shí)點(diǎn)零散，難點(diǎn)較多，學(xué)時(shí)數(shù)少，要在較少的學(xué)時(shí)里系統(tǒng)掌握這一門(mén)課程，對(duì)部分學(xué)生來(lái)說(shuō)不是件容易的事情；另一方面，這門(mén)課程在大四上學(xué)期開(kāi)設(shè)，而這一階段的學(xué)生考研或就業(yè)壓力比較大，這也使他們不能在學(xué)習(xí)中投入全部的精力。因此，如何在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、掌握課程內(nèi)容、培養(yǎng)工程能力、構(gòu)建創(chuàng)新思維成為《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)的重點(diǎn)改革內(nèi)容，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中進(jìn)行了積極的探索及實(shí)踐。
一、強(qiáng)化課程重要地位，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
興趣是最好的老師，學(xué)生只有對(duì)課程產(chǎn)生極大的興趣和重視，才會(huì)有信心去學(xué)好這門(mén)課程，才能積極主動(dòng)地克服學(xué)習(xí)中遇見(jiàn)的困難。這就要求教師在第一堂緒論課上下工夫。教師應(yīng)對(duì)課程內(nèi)容有透徹的了解和豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確回答好“課程的性質(zhì)和地位，課程的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，學(xué)好課程的思路和方法”等基本問(wèn)題。同時(shí)教師要把該學(xué)科發(fā)展前沿的技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀介紹給學(xué)生，讓學(xué)生一開(kāi)始接觸，就能深刻感受到該課程在生產(chǎn)中的具體應(yīng)用及重要性，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)課程重視程度和學(xué)習(xí)興趣。為了完成這一目標(biāo)，每學(xué)期上課之前，針對(duì)如何上好緒論課，我們課程組教師要進(jìn)行一次集體備課，根據(jù)各位老師前面上課反饋的信息和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于可能存在的問(wèn)題和如何能夠解決這些問(wèn)題，大家相互交流，從而互相提高。有相關(guān)科研課題的教師根據(jù)自己的科研實(shí)踐，用淺顯生動(dòng)的語(yǔ)言、具體實(shí)際的數(shù)據(jù)結(jié)果，回答緒論課中需要解決的問(wèn)題，有些老師則從化工生產(chǎn)應(yīng)用和學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)回答上述問(wèn)題。經(jīng)過(guò)集體備課后，教師們走上講臺(tái)，在對(duì)本課程內(nèi)容準(zhǔn)確把握的基礎(chǔ)上，通過(guò)豐富的實(shí)際應(yīng)用事例和充滿(mǎn)激情的表述，使學(xué)生們能領(lǐng)會(huì)到本課程的性質(zhì)和重要性，同時(shí)明白學(xué)習(xí)本課程應(yīng)該具備的知識(shí)點(diǎn)。由于對(duì)第一堂緒論課的高度重視，為學(xué)生學(xué)好本課程打下了良好基礎(chǔ)。
二、理順課程基本線索，精選課程主要內(nèi)容
本科《化學(xué)反應(yīng)工程》課程的教學(xué)目標(biāo)要求教師應(yīng)從教材內(nèi)容的組成，章節(jié)的編排體系，各部分內(nèi)容的份量和側(cè)重等方面，依據(jù)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，對(duì)課程進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖崂?。我?，F(xiàn)用教課書(shū)為陳甘棠主編的“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《化學(xué)反應(yīng)工程》第三版，此書(shū)內(nèi)容系統(tǒng)，易于掌握。同時(shí)還選擇李紹芬教授編寫(xiě)的“九五”國(guó)家級(jí)重點(diǎn)教材《反應(yīng)工程》作為教學(xué)參考書(shū)，此書(shū)最大的特點(diǎn)是編入大量生產(chǎn)實(shí)際反應(yīng)的例題和習(xí)題，這種理論聯(lián)系實(shí)際的題型，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和聯(lián)系實(shí)際的能力。這兩本書(shū)的編排體系有所不同，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中可以通過(guò)比較，更深地理解反應(yīng)工程的實(shí)質(zhì)。在教授內(nèi)容的選擇上，《化學(xué)反應(yīng)工程》的基礎(chǔ)知識(shí)，教師應(yīng)該重點(diǎn)講授，教學(xué)上可安排較多學(xué)時(shí)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在其他課程學(xué)習(xí)過(guò)的內(nèi)容如化學(xué)反應(yīng)速度等概念，教師應(yīng)做概括性介紹，把主要精力放在新知識(shí)和學(xué)過(guò)知識(shí)的應(yīng)用拓展上。部分章節(jié)學(xué)生可在教師的安排指導(dǎo)下有目的、有計(jì)劃地在課外進(jìn)行自學(xué)。生化反應(yīng)工程基礎(chǔ)等章節(jié)則可以完全不講。與此同時(shí)，學(xué)校還根據(jù)我校煤化工的特點(diǎn)，以講座形式聘請(qǐng)客座教授為學(xué)生授課，列舉典型生產(chǎn)實(shí)例進(jìn)行講解和分析，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力。應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行科研實(shí)踐周活動(dòng)，讓學(xué)生在科研實(shí)踐周里熟悉反應(yīng)器的選型與優(yōu)化操作。通過(guò)對(duì)課程內(nèi)容的精選和課程線索的梳理，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中具有很強(qiáng)的針對(duì)性，大多數(shù)學(xué)生都能很好的掌握課程的重點(diǎn)內(nèi)容和要求。
三、精心組織教學(xué)方法，采用多種教學(xué)手段
《化學(xué)反應(yīng)工程》內(nèi)容繁雜，難點(diǎn)較多，有基本的概念描述，也有枯燥的公式演繹。為了保證學(xué)生對(duì)基本概念能準(zhǔn)確理解，基本方法能學(xué)以致用，就要對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行改革。教師要精心研究教學(xué)方法，采用多種教學(xué)手段，滿(mǎn)足少學(xué)時(shí)多內(nèi)容的教學(xué)任務(wù)，做到各章節(jié)重點(diǎn)和難點(diǎn)突出，使學(xué)生易于理解和掌握。首先，在講課方式上，應(yīng)用不同的教學(xué)方法，充分體現(xiàn)教師“啟發(fā)引導(dǎo)”和學(xué)生“積極主動(dòng)”的現(xiàn)代教育基本原則。采用啟發(fā)式教學(xué)法，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中始終處于積極的思維狀態(tài)。在啟發(fā)式教學(xué)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同章節(jié)可采用對(duì)比法、歸納法、提問(wèn)法等方法來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。如通過(guò)具體事例的講解，應(yīng)用對(duì)比與歸納法結(jié)合的方法對(duì)均相反應(yīng)器型式和操作方法進(jìn)行評(píng)選。對(duì)于某些有難度同時(shí)又在幾種情況下反復(fù)出現(xiàn)的概念，采取學(xué)生和老師現(xiàn)場(chǎng)探討形式，而后由學(xué)生自己總結(jié)結(jié)果。這樣活躍了課堂教學(xué)氣氛，提高了教學(xué)效果。再次，采用靈活多樣的教學(xué)手段是教學(xué)方法改革的重要措施。根據(jù)授課內(nèi)容的特點(diǎn)，有選擇性地使用多種手段進(jìn)行教學(xué)可以起到事半功倍的效果。多媒體在教學(xué)上應(yīng)用，可以將工廠一些實(shí)際例子和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)搬到課堂，學(xué)生通過(guò)逼真的影像資訊不僅可以看清楚反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)也能了解反應(yīng)器內(nèi)傳質(zhì)與傳熱狀況，對(duì)于反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、放大與優(yōu)化建立必要的感性認(rèn)識(shí)。如對(duì)合成氨反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和流體流動(dòng)的展示，激發(fā)了學(xué)生對(duì)反應(yīng)工程課程的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情。經(jīng)過(guò)近兩年多位老師的共同努力，本課程多媒體教案制作完成，經(jīng)過(guò)課堂的使用，同學(xué)們反應(yīng)良好，可以明顯地提高教學(xué)效率。
四、加強(qiáng)工程技術(shù)觀念，做到理論實(shí)踐結(jié)合
重視理論和實(shí)踐結(jié)合將是提高教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程。因此在理論教學(xué)中，我們必須積極引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立和強(qiáng)化工程觀念，加大理論和實(shí)踐相結(jié)合力度。學(xué)生在課堂上領(lǐng)悟到所學(xué)知識(shí)的用武之地，就會(huì)表現(xiàn)出更高的學(xué)習(xí)熱情，收到意想不到的學(xué)習(xí)效果。在教學(xué)過(guò)程中我們?cè)谶@方面進(jìn)行了改革嘗試，具體做法是：一方面，教學(xué)內(nèi)容和實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合。在教學(xué)過(guò)程中，我們注意選擇實(shí)際生產(chǎn)中與基本教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)并具有代表性的事例進(jìn)行剖析、講解，幫助學(xué)生對(duì)《化學(xué)反應(yīng)工程》課程的理解。例如我們以淮化集團(tuán)合成氨生產(chǎn)工藝為例，通過(guò)有針對(duì)性地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析，使同學(xué)們對(duì)所學(xué)理論知識(shí)有了更深的理解和鞏固。另一方面，教學(xué)內(nèi)容與科研、專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。我們利用專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)和教師的科研活動(dòng)，把課程教學(xué)從較為抽象的理論變成易于理解和直觀的實(shí)際過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)概念和原理的理解，加強(qiáng)學(xué)生的工程觀念。有些授課教師把自己的科研與課程有關(guān)內(nèi)容緊密地結(jié)合起來(lái)，將一些案例引入課堂教學(xué)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)反應(yīng)工程科研思路方法，并且讓部分學(xué)生參與到自己的科研活動(dòng)，學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手更深地體會(huì)本課程的精髓。近年來(lái)，隨著我?！皩?duì)甲酚催化氧化制對(duì)羥基苯甲醛研究”、“軟化學(xué)法制備共摻雜二氧化鈦光催化劑的研究”等課題研究的深入，在參與科研工作中，學(xué)生大大提高了感性認(rèn)識(shí)和動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生構(gòu)建創(chuàng)新思維的能力。不少學(xué)生通過(guò)參與科研工作這個(gè)活動(dòng)，對(duì)《化學(xué)反應(yīng)工程》課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，并且通過(guò)自己的努力，在化學(xué)工程方向繼續(xù)進(jìn)一步的深造。
《化學(xué)反應(yīng)工程》是一門(mén)最能體現(xiàn)化學(xué)工程與工藝特點(diǎn)的學(xué)科，讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)掌握并運(yùn)用它并非易事。只有激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上不斷進(jìn)行探索和改進(jìn)，不斷強(qiáng)化工程觀念和使用多種教學(xué)方法、手段，才能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。我校反應(yīng)工程專(zhuān)業(yè)的教師在近兩年的教學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行了初步嘗試，并取得了一定的效果，今后我們將進(jìn)一步進(jìn)行《化學(xué)反應(yīng)工程》課程改革的探索，提高學(xué)生學(xué)習(xí)《化學(xué)反應(yīng)工程》課程的能力，掌握課程內(nèi)容，為國(guó)家培養(yǎng)更多的化工創(chuàng)新人才。
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化學(xué)反應(yīng)工程是關(guān)于工業(yè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的科學(xué)，是化學(xué)工程學(xué)科的一個(gè)主要分支，屬于工程科學(xué)，其研究?jī)?nèi)容主要是反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與分析。化學(xué)反應(yīng)工程課程與數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)等基礎(chǔ)課密切相關(guān)，也與熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和傳遞過(guò)程等存在著交叉關(guān)系，加之獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的基礎(chǔ)本身較弱，使得該課程的教學(xué)難度更大，普通的授課方式很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，必須采用科學(xué)、適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，因材施教，以提高教學(xué)質(zhì)量。本文圍繞獨(dú)立學(xué)院對(duì)化工類(lèi)人才培養(yǎng)的要求，提出了化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)方法的選擇與應(yīng)用原則，探討了“互動(dòng)式、啟發(fā)式”教學(xué)方式，并與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)工程課程改革和教學(xué)方法創(chuàng)新。
一、堅(jiān)持“方法論”的教育理念與工程意識(shí)相結(jié)合的教學(xué)思想
化學(xué)反應(yīng)工程是一門(mén)綜合性非常強(qiáng)的課程，并且與工程實(shí)踐緊密相聯(lián)。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)工程課程教學(xué)大綱，要求學(xué)生在掌握基本原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)和難點(diǎn)則應(yīng)放在分析與解決實(shí)際問(wèn)題的方法論上。在理論教學(xué)中，應(yīng)向?qū)W生介紹化學(xué)反應(yīng)工程中的基本原理和化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與分析的基本方法，同時(shí)也注重讓學(xué)生了解這些知識(shí)如何指導(dǎo)工程實(shí)際。在教學(xué)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)“方法論”教學(xué)[1]，提倡采用“工程分析方法”，融入化學(xué)反應(yīng)工程的基本觀點(diǎn)和工程思維方法，培養(yǎng)學(xué)生分析工程問(wèn)題的實(shí)際能力，運(yùn)用以“物質(zhì)的傳遞與轉(zhuǎn)化”、“能量的傳遞與轉(zhuǎn)化”和 “信息的傳遞與轉(zhuǎn)化”所組成的“三傳三轉(zhuǎn)”[2]的新模式進(jìn)行反應(yīng)器的優(yōu)化和放大，解決工程實(shí)踐問(wèn)題。在教學(xué)過(guò)后中堅(jiān)持“方法論”的教育理念與工程意識(shí)相結(jié)合的教學(xué)思想。
二、教學(xué)方法的改革
教學(xué)是一門(mén)藝術(shù)，屬于雙向行為。教學(xué)的主體對(duì)象是學(xué)生，學(xué)生應(yīng)積極參與、發(fā)揮主體能動(dòng)性并將知識(shí)內(nèi)化為自身能力。作為引導(dǎo)者的教師應(yīng)以科學(xué)的方法論為指導(dǎo)，貫徹“少而精、重基礎(chǔ)”和“適用、夠用和會(huì)用”的教學(xué)原則，通過(guò)“預(yù)習(xí)一聽(tīng)課一提問(wèn)一討論”的教學(xué)模式[3]，采用啟發(fā)式、提問(wèn)式、互動(dòng)式、討論式等教學(xué)方法，最大限度地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí)，課堂上隨時(shí)觀察學(xué)生表情，注重彰顯學(xué)生的主體地位和個(gè)性發(fā)展。課后主動(dòng)了解學(xué)生聽(tīng)課效果和學(xué)習(xí)難點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。對(duì)于學(xué)生普遍反映“課堂能聽(tīng)懂，聽(tīng)后難做題”等現(xiàn)象，適當(dāng)安排習(xí)題課。對(duì)學(xué)生作業(yè)中存在問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)講解，歸納解題思路和方法，鞏固學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)。師生通過(guò)教學(xué)過(guò)程的雙向互動(dòng)，達(dá)到“教”與“學(xué)”的最佳結(jié)合。
三、教學(xué)手段的改革
由于化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的研究對(duì)象內(nèi)在規(guī)律較復(fù)雜，一般使用數(shù)學(xué)模型方法或簡(jiǎn)化反應(yīng)過(guò)程，若采用傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)手段，學(xué)生很難想象，不好學(xué)。從而形成了“灌輸式”教學(xué)方式，讓學(xué)生感覺(jué)這門(mén)課程枯燥無(wú)味，產(chǎn)生厭學(xué)情緒。為了適應(yīng)現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展的需要，滿(mǎn)足教學(xué)手段改革的需求，通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐總結(jié)，在化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)過(guò)程中，既要積極開(kāi)發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)代化教學(xué)媒體，又要繼承傳統(tǒng)教學(xué)媒體中的合理成分。在教學(xué)過(guò)程中，采用集文字、實(shí)物照片、動(dòng)畫(huà)于一體的多媒體課件，利用動(dòng)畫(huà)效果把抽象概念形象化，動(dòng)態(tài)地展示設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作原理、物料流動(dòng)情況，使教學(xué)內(nèi)容更直觀、生動(dòng)，提高學(xué)生興趣，降低教學(xué)難度。與傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)手段相比，多媒體教學(xué)手段的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)“動(dòng)態(tài)的問(wèn)題形象化”，“微觀的問(wèn)題宏觀化”，“抽象的問(wèn)題具體化”，“表達(dá)方式的多樣化”，提高教學(xué)效果[4]。
四、考試制度的改革
考試不僅具有檢測(cè)教師教學(xué)水平和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的作用，更具有引導(dǎo)學(xué)生積極學(xué)習(xí)的“無(wú)形指揮棒”作用[5]?？荚囍贫鹊母母飸?yīng)促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、方法和手段的改革。通過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，針對(duì)傳統(tǒng)考試中所出現(xiàn)的種種問(wèn)題，采用課內(nèi)考試和課外設(shè)計(jì)相結(jié)合等多種考核方式相結(jié)合的考試方案，不僅有效引導(dǎo)學(xué)生掌握課程的基本內(nèi)容，而且在課程教學(xué)中加強(qiáng)了實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本課程主要采用撰寫(xiě)課程小論文、 開(kāi)展小型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)型或操作型問(wèn)題的訓(xùn)練與考核，充分發(fā)揮學(xué)生的想象力、提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。
五、課堂教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合
化學(xué)反應(yīng)工程是實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，首先，課堂教學(xué)與專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。注重從理論到實(shí)踐，再到理論的過(guò)程，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力[6]。在教學(xué)過(guò)程中我們充分認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)工程與化工專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一性，掌握好理論知識(shí)能指導(dǎo)實(shí)踐，而科學(xué)實(shí)踐能幫助我們更好地認(rèn)識(shí)、理解、掌握理論知識(shí)，將感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)后，再運(yùn)用到實(shí)踐中去。其次，在教學(xué)過(guò)程中與化工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合。該課程主要以工業(yè)反應(yīng)過(guò)程及反應(yīng)器設(shè)備為研究對(duì)象，以達(dá)到反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和放大以及優(yōu)化操作的目的。因此，安排學(xué)生到相應(yīng)企業(yè)實(shí)習(xí)是非常有必要的。近幾年，我們已建立了多家化工生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地，安排學(xué)生進(jìn)廠實(shí)習(xí)，了解化工生產(chǎn)中所用到的各類(lèi)反應(yīng)器及輔助設(shè)備等，了解主要裝置的工藝流程及操作，使學(xué)生對(duì)各類(lèi)反應(yīng)過(guò)程及所涉及的設(shè)備有了感性認(rèn)識(shí)，更容易接受理論教學(xué)，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高。
六、課堂教學(xué)與仿真教學(xué)相結(jié)合
仿真教學(xué)是理論和實(shí)踐間的橋梁，實(shí)現(xiàn)了理論知識(shí)與創(chuàng)造能力的有機(jī)結(jié)合，既是實(shí)踐教學(xué)手段，也是實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容[7]。仿真技術(shù)在工程實(shí)踐教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和手段，對(duì)于學(xué)生實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合起到了重要作用。我們通過(guò)化工生產(chǎn)中具有代表性的大型合成氨裝置的過(guò)程模擬，將化工單元操作、化學(xué)反應(yīng)、過(guò)程控制、能源綜合利用等現(xiàn)代化工過(guò)程進(jìn)行整合模擬訓(xùn)練，為拓展學(xué)生的思維空間，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，提供了良好的教學(xué)環(huán)境。
七、結(jié)語(yǔ)
化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)的核心課程，理論抽象，數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)。采用多種教學(xué)方法相結(jié)合，傳統(tǒng)教學(xué)手段和多媒體教學(xué)手段相結(jié)合的方式，充分提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性與學(xué)習(xí)效率。將理論教學(xué)與仿真教學(xué)、專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高了分析、解決工程問(wèn)題的能力。結(jié)合時(shí)展需求，積極更新教育觀念，培養(yǎng)滿(mǎn)足化學(xué)工業(yè)發(fā)展所需的應(yīng)用型人才。
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二、化學(xué)反應(yīng)工程新領(lǐng)域
（一）計(jì)算反應(yīng)工程
新世紀(jì)以來(lái)，流體力學(xué)、量子力學(xué)等基礎(chǔ)研究在飛速發(fā)展、并日益成熟起來(lái)。這樣就為在反應(yīng)工程中有效計(jì)算機(jī)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。在分子計(jì)算、大尺度集成、操作與過(guò)程的模擬、智能化發(fā)展等處，都可以看到數(shù)學(xué)軟件在被廣泛應(yīng)用的身影。這樣一來(lái)，人們得以更加簡(jiǎn)捷、有效的對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程全面、立體的模擬，加快了化學(xué)反應(yīng)工程的發(fā)展速度[5]。比如，在對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)中其著重要作用的石油催、裂化領(lǐng)域，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)可大大改善研究效果。在工業(yè)石油的催、裂化中，人們通過(guò)對(duì)重質(zhì)渣油進(jìn)行化學(xué)處理，將其轉(zhuǎn)化成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的輕質(zhì)油、高辛烷值油。若使用MIP反應(yīng)器，石油裂化、異構(gòu)化、脫氫反應(yīng)可不限于一次。這樣一來(lái)，工程試驗(yàn)的針對(duì)性及自由度得以提高，很好的改善了產(chǎn)品的特性及其分布。根據(jù)多尺度思路，在幾秒內(nèi)就可以依據(jù)宏觀模型、對(duì)實(shí)際設(shè)備完成各處的顆粒分布。然后，以此作為初始及邊界進(jìn)行運(yùn)算、進(jìn)行細(xì)化。該過(guò)程主要是用一些層次較低的模型進(jìn)行模擬的。按照這樣的思路，可進(jìn)行層層細(xì)化，反應(yīng)器內(nèi)一切細(xì)節(jié)得以展示。這樣一來(lái)，試驗(yàn)人員能夠據(jù)此更精準(zhǔn)對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行放大和設(shè)計(jì)優(yōu)化。
（二）向分子反應(yīng)工程的轉(zhuǎn)化
技術(shù)及計(jì)算技術(shù)在不斷提高著，使得人們對(duì)反應(yīng)過(guò)程的認(rèn)識(shí)逐漸深化。化學(xué)設(shè)備水平不斷提高，讓研究人員能夠有效觀察到分子、原子；隨之理論水平的不斷提高，也使得人們實(shí)現(xiàn)了多尺度的模擬。在化學(xué)工程領(lǐng)域，若在分子、原子基礎(chǔ)上，可以使得化學(xué)合成及反應(yīng)過(guò)程得以有效構(gòu)建。而現(xiàn)在，在很多領(lǐng)域已經(jīng)將該設(shè)想化為了現(xiàn)實(shí)。同時(shí)，該方法論能夠?qū)⑵渑c過(guò)程強(qiáng)化論有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，以最大可能的提高效率，促進(jìn)了節(jié)能減排的發(fā)展。此外，若在化學(xué)反應(yīng)工程中運(yùn)用分子反應(yīng)工程技術(shù)，可以使得前景更為廣闊。
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）18-0176-02
化學(xué)反應(yīng)工程是關(guān)于如何在工業(yè)規(guī)模上實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，以期最有效地把原料轉(zhuǎn)化為盡可能多的目標(biāo)產(chǎn)品，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)需要的一門(mén)學(xué)科。它的研究對(duì)象為工業(yè)反應(yīng)過(guò)程，研究過(guò)程速率及其變化規(guī)律、傳遞規(guī)律及其對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響。其研究方法是結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)模型化方法解決反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)放大、結(jié)構(gòu)選型、尺寸設(shè)計(jì)、操作優(yōu)化等實(shí)際問(wèn)題[1，2]?；瘜W(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括反應(yīng)動(dòng)力學(xué)測(cè)定、反應(yīng)器流動(dòng)狀態(tài)測(cè)定等實(shí)驗(yàn)。采用真實(shí)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，存在實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)參數(shù)不易確定，生成物檢測(cè)困難等問(wèn)題，而且一般同種設(shè)備只有一套，數(shù)個(gè)學(xué)生共同操作一個(gè)實(shí)驗(yàn)，不能進(jìn)行充分的鍛煉。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用輔助軟件進(jìn)行教學(xué)以越來(lái)越顯示出其優(yōu)越性[3，4，5]。在化學(xué)反應(yīng)工程這門(mén)課程中，可以采用化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件和流程模擬軟件Aspen進(jìn)行輔助教學(xué)，并取得了良好的輔助效果。
一、化工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要補(bǔ)充，具有直觀性、系統(tǒng)性、綜合性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，能給學(xué)生提供全面的技能訓(xùn)練，獲取完善的知識(shí)體系、完備的綜合能力。
在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中由于受教學(xué)資金的限制，實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)不足或設(shè)備陳舊，學(xué)生實(shí)驗(yàn)難以充分開(kāi)展。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以快速擴(kuò)容、更新升級(jí)。在真實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，部分按照人才培養(yǎng)計(jì)劃要求必須開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由于高危險(xiǎn)、高成本、高消耗及高污染等問(wèn)題無(wú)法開(kāi)展。采用虛擬仿真軟件，可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，以安全環(huán)保的形式強(qiáng)化實(shí)踐訓(xùn)練。
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)方法陳舊不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)考核來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)，讓學(xué)生自主通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)知識(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，完成對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)；同時(shí)在仿真軟件中練習(xí)操作，操作過(guò)程中后臺(tái)會(huì)對(duì)操作結(jié)果自動(dòng)評(píng)分，學(xué)生完成操作后可以提交虛擬實(shí)驗(yàn)仿真報(bào)告，從而大大提高預(yù)習(xí)效果。
反應(yīng)過(guò)程要受到溫度、壓力、流動(dòng)狀況等多種因素的影響，且各因素之間具有很強(qiáng)的耦合性。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)改變參數(shù)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程的最優(yōu)化，要耗費(fèi)大量的人力物力。而通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，可以快速改變參數(shù)，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，探索反應(yīng)過(guò)程的規(guī)律。把虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶到實(shí)際實(shí)驗(yàn)中加以驗(yàn)證。通過(guò)虛實(shí)結(jié)合，能有效提高真實(shí)實(shí)驗(yàn)效率和結(jié)果最優(yōu)化。
學(xué)?，F(xiàn)在有乙苯脫氫制苯乙烯、多釜串聯(lián)反應(yīng)器返混的測(cè)定、填料塔液相軸向混合實(shí)驗(yàn)、氣固催化固定床實(shí)驗(yàn)、反應(yīng)精餾制乙酸乙酯、煤制油、甲醇合成七套反應(yīng)工程類(lèi)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)虛擬仿真練習(xí)，開(kāi)拓了學(xué)生的視野，提升了知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力。
二、Aspen軟件
Aspen是一個(gè)通用的流程模擬軟件，采用模塊化的建模方式，可以對(duì)化工生產(chǎn)中反應(yīng)、混合、分離、換熱、流體輸入等單元操作進(jìn)行模擬計(jì)算。在反應(yīng)模塊，有7個(gè)內(nèi)置的反應(yīng)器模型，其中生產(chǎn)能力類(lèi)反應(yīng)器2種（Rstoic、RYield）、熱力學(xué)平衡類(lèi)反應(yīng)器2種（REquil、RGibbs）和化學(xué)動(dòng)力學(xué)類(lèi)反應(yīng)器3種（RCSTR、RPlug和RBatch），涵蓋了化學(xué)反應(yīng)工程中所有的常用模型。具體的功能如表1所示。動(dòng)力學(xué)模型包括內(nèi)置的冪次定律、LHHW（Langmuir-Hinschelwood-Hougen-Watson）動(dòng)力學(xué)或用戶(hù)自定義的動(dòng)力學(xué)。自定義的動(dòng)力學(xué)可以用Fortran子程序或者excel工作表格定義。通過(guò)這些模塊可以計(jì)算質(zhì)量和能量平衡、反應(yīng)熱、產(chǎn)品選擇性、反應(yīng)程度和相平衡結(jié)果。
Aspen采用向?qū)降牟僮鹘缑?，逐步輸入反?yīng)體系組分、物性方法、進(jìn)口流股信息、反應(yīng)器模塊信息就可以進(jìn)行模擬計(jì)算。反應(yīng)器模塊中需要根據(jù)選定的模塊輸入反應(yīng)方程式、轉(zhuǎn)化率、收率、反應(yīng)溫度、壓力、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)器尺寸中的部分信息。
學(xué)生可以通過(guò)Aspen軟件搭建所需的反應(yīng)體系模型，比固定的虛擬仿真軟件更加靈活，更有助于理解化學(xué)反應(yīng)工程的基礎(chǔ)知識(shí)。Aspen軟件應(yīng)用于反應(yīng)工程教學(xué)，也避免了復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)以及數(shù)值求解問(wèn)題，使得反應(yīng)過(guò)程盡可能的形象化，有助于學(xué)生對(duì)反應(yīng)過(guò)程的理解并激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。
三、結(jié)論
1.化學(xué)反應(yīng)工程是一門(mén)理論和實(shí)踐性均非常強(qiáng)的學(xué)科，采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更加直觀、便捷、安全和經(jīng)濟(jì)，能給學(xué)生提供全面的技能訓(xùn)練，并獲取完善的知識(shí)體系和完備的綜合能力。
2.Aspen軟件是綜合性強(qiáng)的系統(tǒng)軟件，學(xué)生可以根據(jù)需要建立合適的反應(yīng)器模型，并可以方便地進(jìn)行調(diào)試和比較，完全避免了復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)以及數(shù)值求解問(wèn)題，加深了學(xué)生對(duì)反應(yīng)工程的理解。
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工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)也提出了更高的要求。然而，當(dāng)前我國(guó)工業(yè)發(fā)展面臨著資源價(jià)格飛漲，環(huán)境污染日益嚴(yán)峻的情況，這也使得全社會(huì)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)越來(lái)越關(guān)注。怎樣有效的處理好工業(yè)污染物，防止其對(duì)環(huán)境的二次污染，怎么有效的利用好數(shù)量龐大的生活廢品，是當(dāng)前許多學(xué)者都在研究的問(wèn)題。綠色化學(xué)工程是在社會(huì)迫切需要的情況下誕生的新型項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是：對(duì)日?；瘜W(xué)生產(chǎn)當(dāng)中的一些資源浪費(fèi)及環(huán)境污染進(jìn)行有效的處理，從而使得化工污染得到有效緩解，化工生產(chǎn)過(guò)程中的資源浪費(fèi)得到很大的改善。
一、綠色化學(xué)工業(yè)的概念
綠色化學(xué)又被稱(chēng)為無(wú)污染化學(xué)，以此為理念而開(kāi)發(fā)出的技術(shù)就是綠色化學(xué)工程技術(shù)，采用化學(xué)原理從根本上降低化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)境造成的破壞?；I(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)是綠色化學(xué)工程，它已成為了未來(lái)化學(xué)工業(yè)發(fā)展方向的重要研究目標(biāo)之一，綠色化學(xué)具有以下兩種特性：首先，綠色化學(xué)的根本思想在于保護(hù)環(huán)境，使自然資源可持續(xù)發(fā)展，讓人與自然之間的關(guān)系和諧，人們對(duì)環(huán)境造成的破壞促使了對(duì)綠色化學(xué)的研究；其次，綠色化學(xué)是將環(huán)境改變的技術(shù)，發(fā)展下的綠色化學(xué)技術(shù)以逐漸可以應(yīng)付各種環(huán)境下對(duì)自然的破壞。從根本上來(lái)說(shuō)，綠色化學(xué)是預(yù)防環(huán)境污染；而環(huán)境化學(xué)則是對(duì)污染后的環(huán)境進(jìn)行改善和治理。兩者之間是根本不一樣的，在最終目的上也是千差萬(wàn)別的。
目前，對(duì)綠色化學(xué)進(jìn)行研究的重要發(fā)現(xiàn)和實(shí)踐活動(dòng)為綠色化工技術(shù)?；驹硎遣捎迷现械脑舆M(jìn)行轉(zhuǎn)化，這就使化學(xué)工業(yè)在進(jìn)行工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生污染物，達(dá)到對(duì)化學(xué)工業(yè)污染物的零排放。并且，在進(jìn)行化學(xué)工業(yè)工作時(shí)，不使用任何具有危害性和毒性的原材料，這樣可以生產(chǎn)出對(duì)環(huán)境不造成破壞的產(chǎn)品。這種技術(shù)目前處于理論狀況，但是在眾多科研人員的努力探索下，還是可以逐漸實(shí)現(xiàn)此種設(shè)想的。
二、綠色化學(xué)工程與工藝的開(kāi)發(fā)
在傳統(tǒng)化學(xué)的生產(chǎn)過(guò)程中，在有毒、有害物質(zhì)的處理上存在較為嚴(yán)重的滯后性，因此導(dǎo)致化學(xué)工藝一直處于被動(dòng)生產(chǎn)。應(yīng)用這樣的化學(xué)工藝對(duì)污染物進(jìn)行處理無(wú)法取得理想的效果，資源優(yōu)化也無(wú)法得到有效實(shí)現(xiàn)。化學(xué)工藝的應(yīng)用不但導(dǎo)致化學(xué)生產(chǎn)污染物成本提高，還導(dǎo)致污染物處理效率嚴(yán)重下降。綠色化學(xué)工程的應(yīng)用可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)化學(xué)工程中存在的缺陷，其通過(guò)對(duì)相關(guān)科學(xué)技術(shù)及先進(jìn)方法的利用，對(duì)化工生產(chǎn)相關(guān)污染物進(jìn)行除塵、脫硫等處理。綠色化學(xué)工程與工藝具體實(shí)施方法主要有以下幾種。
（一）采用綠色化學(xué)原料
在化工生產(chǎn)工藝及具體流程中，化學(xué)生產(chǎn)原料是起著決定性作用的主要因素，在傳統(tǒng)化學(xué)工程中，所用原料大部分為不可再生能源。采用這些原料不但大大提高國(guó)家不可再生能源的消耗，同時(shí)還導(dǎo)致污染物的排放量大大增加，加重生態(tài)環(huán)境污染程度。將綠色化學(xué)原料作為化工生產(chǎn)材料是綠色化學(xué)工程重要研發(fā)內(nèi)容之一。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，可使用綠色化學(xué)物質(zhì)、自然物質(zhì)等無(wú)染污、可再生的化學(xué)原料。典型的綠色化學(xué)原料主要有蘆葦、苞米桿、纖維植物等。將這些作為原料投入到化工生產(chǎn)過(guò)程中，可使其轉(zhuǎn)化為酮、醇、酸類(lèi)等多種化學(xué)品。在整個(gè)轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中，這些原料僅會(huì)產(chǎn)生一定量的氫氣，而不會(huì)有任何一種有害、有毒的物質(zhì)產(chǎn)生。
（二）提高化學(xué)反應(yīng)的選擇性
在化學(xué)工程的物質(zhì)反應(yīng)中，化學(xué)反應(yīng)作為必不可少的重要組成部分存在。所有化學(xué)原料的轉(zhuǎn)化均是需要化學(xué)反應(yīng)才能得以實(shí)現(xiàn)。在化工生產(chǎn)過(guò)程中，合理選擇有效的化學(xué)反應(yīng)形式可有效促進(jìn)化學(xué)工程生產(chǎn)效率及質(zhì)量得到提高。對(duì)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生影響的因素有很多種，反應(yīng)原料、環(huán)境、時(shí)間、特點(diǎn)等均會(huì)對(duì)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生不同程度的影響。在化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用最為普遍的反應(yīng)形式為氧化反應(yīng)。在氧化反應(yīng)過(guò)程中會(huì)有大量的熱產(chǎn)生，所有化學(xué)原料均會(huì)在熱的催化作用下發(fā)生變質(zhì)，因此會(huì)大大降低化學(xué)品的生產(chǎn)質(zhì)量。在綠色化學(xué)工程中，應(yīng)用新型的反應(yīng)形式，這種新型反應(yīng)形式為烴類(lèi)氧化反應(yīng)。這種反應(yīng)形式的應(yīng)用不僅可促進(jìn)催化物反應(yīng)催化能力得到提高，同時(shí)還可有效促進(jìn)生產(chǎn)物同分異構(gòu)反應(yīng)時(shí)間增加。
（三）使用無(wú)毒無(wú)害催化原料
隨著化學(xué)工業(yè)發(fā)展速度的不斷加快，將化學(xué)反應(yīng)合理的應(yīng)用于化工生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)成為促進(jìn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要前提之一。在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中均離不開(kāi)催化劑的使用。將催化劑應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，可有效加快反應(yīng)速度，縮短法寧時(shí)間。所以，在化工生產(chǎn)過(guò)程中使用無(wú)毒無(wú)害的催化原料成為推動(dòng)綠色化學(xué)工程與工藝不斷深入發(fā)展的重要前提條件之一。目前，我國(guó)相關(guān)部門(mén)已經(jīng)高度重視對(duì)催化原料的選擇及應(yīng)用進(jìn)行深入研究。越來(lái)越多的催化劑得到開(kāi)發(fā)和研制，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中使用的催化原料不斷得到改善，分子篩除催化劑等優(yōu)良催化原料在化工生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。無(wú)毒無(wú)害催化原料的應(yīng)用可有效提高化學(xué)反應(yīng)效率，降低能源消耗量，同時(shí)也可減少環(huán)境污染。
三、結(jié)論
化學(xué)工程與工藝的發(fā)展不僅影響著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，而且有助于環(huán)境友好型社會(huì)的構(gòu)建。當(dāng)前世界面臨著資源和能源的短缺，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)，這就需要化學(xué)工程與化學(xué)工藝共同發(fā)展，滿(mǎn)足我國(guó)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的需要。化學(xué)工程與工藝的行業(yè)領(lǐng)域需要積極配合國(guó)家提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。轉(zhuǎn)變可持續(xù)發(fā)展的概念。重視化學(xué)工程與工藝發(fā)展的環(huán)保性，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的化學(xué)工程與工藝，減少環(huán)境的污染，積極開(kāi)發(fā)新能源，走環(huán)境友好型道路。
參考文獻(xiàn)
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）16-0159-02
化學(xué)反應(yīng)工程課程是一門(mén)涉及物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理、優(yōu)化與控制等知識(shí)領(lǐng)域，內(nèi)容新穎而難點(diǎn)較多的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，是理論性、綜合性和工程性都很強(qiáng)的課程，是化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)的核心課程。該課程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，提高學(xué)生分析、解決實(shí)際工程問(wèn)題的綜合能力具有十分重要的作用?；瘜W(xué)反應(yīng)工程的研究對(duì)象是工業(yè)反應(yīng)過(guò)程，其基本內(nèi)容包括反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析兩大部分。工業(yè)反應(yīng)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)不僅包含反應(yīng)的本征動(dòng)力學(xué)，還涉及工業(yè)反應(yīng)過(guò)程中的流動(dòng)、傳熱及傳質(zhì)；反應(yīng)器設(shè)計(jì)與分析，不僅要進(jìn)行反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、反應(yīng)體積計(jì)算，還要根據(jù)工藝過(guò)程的特點(diǎn)和工程實(shí)際情況，進(jìn)行最優(yōu)操作條件確定、最佳工況分析控制等。此外，該課程還涉及到工藝過(guò)程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。由此看來(lái)，該課程的內(nèi)容涉及多門(mén)學(xué)科、交叉性強(qiáng)。因此，教師在課堂教學(xué)中，不僅要向?qū)W生傳授化學(xué)反應(yīng)工程的基礎(chǔ)知識(shí)，還要潛移默化地強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)、安全意識(shí)以及經(jīng)濟(jì)意識(shí)，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力，使學(xué)生畢業(yè)后能夠?qū)W以致用，更好地適應(yīng)社會(huì)需要，成為高素質(zhì)的化工技術(shù)人才。
一、工程意識(shí)的強(qiáng)化
作為一門(mén)工程性很強(qiáng)的課程，讓學(xué)生建立起工程觀念和掌握解決工程問(wèn)題的方法顯得尤為重要。作為教師，在課堂教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合課程的具體內(nèi)容，系統(tǒng)地闡述、剖析和總結(jié)所涉及的工程實(shí)際問(wèn)題，給學(xué)生以啟迪和引導(dǎo)，強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)。化工過(guò)程的工程性尤其表現(xiàn)在實(shí)際問(wèn)題上，往往涉及多種工程因素，各種因素之間存在著交互影響。在處理問(wèn)題時(shí)常采取合理的近似，抓住主要矛盾，揭示過(guò)程的基本規(guī)律，以指導(dǎo)解決工程問(wèn)題。例如，氣固相催化反應(yīng)過(guò)程的宏觀反應(yīng)速率，不僅受到反應(yīng)物濃度、溫度等的影響，還受到催化劑結(jié)構(gòu)以及傳質(zhì)、傳熱等因素的影響。反應(yīng)工程采用的處理方法是：引入內(nèi)擴(kuò)散有效因子來(lái)反映催化劑顆粒內(nèi)傳遞過(guò)程對(duì)反應(yīng)的影響，用曲折因子描述催化劑內(nèi)復(fù)雜的孔結(jié)構(gòu)，對(duì)球型或無(wú)限長(zhǎng)圓柱或薄片催化劑建立其內(nèi)擴(kuò)散的一維模型，從而得到等溫一級(jí)不可逆反應(yīng)內(nèi)擴(kuò)散有效因子的解析。由此可以揭示內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程的基本規(guī)律，表明宏觀反應(yīng)速率與本征反應(yīng)以及內(nèi)、外擴(kuò)散之間的關(guān)系，給工業(yè)催化劑顆粒大小、形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指明方向。工程問(wèn)題的研究往往是從理想化模型入手，然后再一步步深化到復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題。例如，對(duì)連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算，首先從兩種理想情況――全混流反應(yīng)器（CSTR）和活塞流反應(yīng)器（PFR）入手，建立其理想化的模型方程，對(duì)模型方程進(jìn)行求解計(jì)算。但是，并不是所有的連續(xù)釜式反應(yīng)器都具有CSTR的特性，也不是所有的管式反應(yīng)器都符合PFR的假設(shè)。要計(jì)算非理想流動(dòng)反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率及收率，應(yīng)該依據(jù)反應(yīng)器的停留時(shí)間分布，采用對(duì)理想流動(dòng)模型進(jìn)行修正，或者是將理想流動(dòng)模型與滯留區(qū)、溝流、短路等作不同組合的方法，建立適宜的流動(dòng)模型，然后進(jìn)行求解計(jì)算。由理想流動(dòng)模型到非理想流動(dòng)模型設(shè)計(jì)計(jì)算的轉(zhuǎn)變，學(xué)生往往不易接受和掌握，這是在授課過(guò)程中尤其要強(qiáng)調(diào)的。對(duì)工業(yè)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行研究，要注重將對(duì)過(guò)程中本征化學(xué)反應(yīng)的研究以及對(duì)過(guò)程中諸如返混、傳質(zhì)、傳熱等物理過(guò)程的研究相結(jié)合，即將化學(xué)因素和工程因素相結(jié)合，進(jìn)行綜合分析，指導(dǎo)反應(yīng)器設(shè)計(jì)及操作。例如，對(duì)于中間產(chǎn)物P為目的產(chǎn)物的連串反應(yīng)：APQ，要提高目的產(chǎn)物P的選擇性，需要在較高的反應(yīng)物A濃度和較低的中間產(chǎn)物P濃度下進(jìn)行。而反應(yīng)器中的返混會(huì)造成反應(yīng)物濃度普遍降低、生成物濃度普遍升高，因此返混對(duì)該連串反應(yīng)是不利的。采用連續(xù)操作時(shí)，應(yīng)該選擇接近活塞流的管式反應(yīng)器，或接近全混流的多級(jí)釜式反應(yīng)器串聯(lián)；在加料方式上，分段或分批加料會(huì)使反應(yīng)器中A濃度下降，不利于P選擇性的提高。諸如此類(lèi)化學(xué)因素與工程因素的結(jié)合，往往是學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)通過(guò)教學(xué)過(guò)程中多個(gè)類(lèi)似事例的分析總結(jié)，逐步強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)，提高綜合分析能力。
二、安全意識(shí)的強(qiáng)化
化工生產(chǎn)一般都具有易燃、易爆、易中毒等特點(diǎn)，大型化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程多具有工藝復(fù)雜、連續(xù)性強(qiáng)、安全隱患多的特點(diǎn)，一旦發(fā)生事故則波及面廣、影響范圍大、后果嚴(yán)重。安全生產(chǎn)要貫穿于生產(chǎn)的全過(guò)程，從項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、安裝到竣工驗(yàn)收、試運(yùn)轉(zhuǎn)、投入生產(chǎn)，各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)以安全為前提。在課堂教學(xué)過(guò)程中，要強(qiáng)化安全意識(shí)，使學(xué)生懂得安全與生產(chǎn)技術(shù)密切相關(guān)，設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算、操作條件的確立和優(yōu)化必須以安全為主。在講授到反應(yīng)器的飛溫及參數(shù)敏感性時(shí)，尤其要強(qiáng)調(diào)安全的重要性，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的反應(yīng)器必須在穩(wěn)定而又不敏感的狀態(tài)下操作。許多石油化工產(chǎn)品的生產(chǎn)采用催化氧化工藝，例如，乙烯在銀催化劑上氧化合成環(huán)氧乙烷是強(qiáng)放熱復(fù)合反應(yīng)，主要副反應(yīng)是深度氧化生成二氧化碳和水，副反應(yīng)的熱效應(yīng)和活化能都大于主反應(yīng)，一旦反應(yīng)溫度超過(guò)某一數(shù)值，副反應(yīng)加劇，溫度劇烈升高，又加劇了深度氧化副反應(yīng)，造成系統(tǒng)溫度迅速升高的飛溫現(xiàn)象，控制不當(dāng)，會(huì)引起爆炸。另外，在實(shí)際工業(yè)過(guò)程中，各種工藝參數(shù)如進(jìn)料溫度、進(jìn)料濃度、進(jìn)料流量、冷卻介質(zhì)溫度和空速等不可避免地存在著擾動(dòng)，如果在參數(shù)敏感區(qū)域操作，微小的波動(dòng)就可能導(dǎo)致“熱點(diǎn)”溫度發(fā)生很大的變化，甚至造成飛溫和事故。對(duì)于具有強(qiáng)放熱深度氧化副反應(yīng)的有機(jī)物催化氧化反應(yīng)，這一點(diǎn)必須重視[1]。因此，在反應(yīng)器設(shè)計(jì)及操作中，應(yīng)首先考慮穩(wěn)定性和參數(shù)敏感性條件的限制，這是關(guān)系到生產(chǎn)安全的大問(wèn)題。在講授反應(yīng)器熱穩(wěn)定性?xún)?nèi)容時(shí)，涉及到著火點(diǎn)與熄火點(diǎn)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析著火與熄火現(xiàn)象對(duì)反應(yīng)器操作控制的重要性，特別是開(kāi)停工的時(shí)候尤其應(yīng)該重視。例如，在熄火點(diǎn)附近操作時(shí)，操作條件稍有波動(dòng)，則易產(chǎn)生降溫以致溫度過(guò)低，會(huì)造成反應(yīng)速率降低甚至終止反應(yīng)。操作溫度若是在著火點(diǎn)附近，進(jìn)料溫度稍有改變，便會(huì)產(chǎn)生超溫，可能出現(xiàn)燒壞催化劑或者發(fā)生爆炸事故[2]。因此，從設(shè)備設(shè)計(jì)到操作條件的確定，都應(yīng)以安全作為前提。從課程學(xué)習(xí)階段就培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)尤為重要。
三、經(jīng)濟(jì)意識(shí)的強(qiáng)化
一種化工產(chǎn)品的獲得常常有多種途徑，不同途徑所消耗的資源是不同的。對(duì)于確定的工藝路徑，如果所采用反應(yīng)器的型式、操作條件、催化劑結(jié)構(gòu)等不同，所消耗的人力、物力、財(cái)力等就會(huì)有相當(dāng)大的差別。因此，要對(duì)化工過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，即在滿(mǎn)足安全（如爆炸限、催化劑、設(shè)備材質(zhì)的耐溫極限）、環(huán)保（如有害物質(zhì)的最高排放量）、產(chǎn)品質(zhì)量等方面的前提下，尋求能達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的過(guò)程結(jié)構(gòu)、設(shè)備型式和設(shè)備尺寸以及操作條件。反應(yīng)器的操作狀況對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)往往具有決定性的影響，而經(jīng)濟(jì)指標(biāo)歸根結(jié)底又是由技術(shù)指標(biāo)決定的[3]?；すに嚾藛T進(jìn)行化工設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是根據(jù)工藝過(guò)程的特點(diǎn)，確定設(shè)備型式和設(shè)備尺寸、最佳操作條件等內(nèi)容。因此，對(duì)學(xué)生進(jìn)行經(jīng)濟(jì)意識(shí)的強(qiáng)化是很有必要的。在工藝條件的確定方面所涉及到的基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生一般都學(xué)過(guò)，關(guān)鍵是不知何時(shí)用或者如何應(yīng)用，不會(huì)綜合分析，這就需要教師多用事例進(jìn)行分析說(shuō)明，使之潛移默化地逐漸掌握。例如，關(guān)于氣固相催化反應(yīng)最佳操作壓力的確定：反應(yīng)壓力影響工藝過(guò)程的動(dòng)力消耗以及設(shè)備投資，最佳操作壓力的大小與工藝過(guò)程的特點(diǎn)、催化劑的活性溫度等有關(guān)。①?gòu)哪芎纳峡矗簤毫Υ笮⒂绊懺蠚鈮嚎s功、循環(huán)氣壓縮功以及產(chǎn)品分離的功消耗。②從催化劑活性溫度來(lái)看：對(duì)于體積減小、可逆放熱的氣固相催化反應(yīng)，壓力升高，對(duì)平衡有利，溫度升高對(duì)平衡不利。但若由于催化劑溫度范圍的限制，必須達(dá)到一定的反應(yīng)溫度，則只能用提高壓力，以提高平衡常數(shù)來(lái)達(dá)到較高出口轉(zhuǎn)化率的要求。此時(shí)，其后續(xù)分離過(guò)程、循環(huán)過(guò)程有可能簡(jiǎn)化，以降低設(shè)備費(fèi)用及操作成本。因此，最佳操作壓力的高低，應(yīng)綜合考慮多種因素，按著總體經(jīng)濟(jì)效果最優(yōu)的原則來(lái)確定。又比如，對(duì)氣固相催化反應(yīng)，固體催化劑顆粒尺寸（相當(dāng)直徑ds）是一個(gè)重要參數(shù)，它影響到宏觀反應(yīng)速率和反應(yīng)器壓降。如ds小，則內(nèi)擴(kuò)散影響小，宏觀反應(yīng)速率高，催化劑用量減少。但ds小，床層空隙率低，對(duì)于體積流速一定的氣體通過(guò)床層時(shí)的壓力增大，從而增加過(guò)程的動(dòng)力消耗。因此，ds的大小，要考慮到氣流、床層特性以及其他具體情況，綜合分析來(lái)確定。
在化學(xué)反應(yīng)工程課堂教學(xué)中，教師不僅要向?qū)W生傳授化學(xué)反應(yīng)工程的基礎(chǔ)知識(shí)，更應(yīng)該通過(guò)對(duì)具體事例的分析，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)工程問(wèn)題的特點(diǎn)，掌握將基礎(chǔ)理論應(yīng)用于解決實(shí)際工程問(wèn)題的方法；使學(xué)生意識(shí)到工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)計(jì)算、操作條件的確立要以安全生產(chǎn)為前提；要學(xué)會(huì)按著工藝過(guò)程的特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，以確定工藝過(guò)程的技術(shù)指標(biāo)，使工藝過(guò)程更加經(jīng)濟(jì)可行?？傊獜?qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)、安全意識(shí)以及經(jīng)濟(jì)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力，使學(xué)生畢業(yè)后能夠?qū)W以致用，很快地滿(mǎn)足工作需要。
參考文獻(xiàn)：
化學(xué)工程通常就是指為達(dá)到一定效果在理論基礎(chǔ)上進(jìn)行的一系列化學(xué)生產(chǎn)活動(dòng)，它是將理論應(yīng)用于實(shí)踐的一個(gè)過(guò)程?，F(xiàn)如今化工行業(yè)除了包括石油化工、催化制造等傳統(tǒng)化工，還囊括了生物制藥、納米技術(shù)等現(xiàn)代化工。但目前化工生產(chǎn)行業(yè)還是主要以化石燃料等傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)為動(dòng)力，但是燃燒化石燃料不僅使得不可再生資源的減少，更對(duì)自然環(huán)境造成重大的污染。很顯然，這和人們?nèi)諠u追求綠色環(huán)保的觀念產(chǎn)生矛盾。因此，面對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題，及時(shí)地做出科學(xué)合理的改進(jìn)措施已經(jīng)變得至關(guān)重要。
1化工生產(chǎn)行業(yè)當(dāng)前現(xiàn)狀
1.1對(duì)環(huán)境造成重大污染
化工行業(yè)是目前當(dāng)今世界最主要的污染源之一。首先，化工生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多的廢水。廢氣和固體廢棄物，如果不加以合理處理直接排放到水源里，那么對(duì)當(dāng)?shù)氐牡叵滤鷳B(tài)系統(tǒng)造成的后果將不堪設(shè)想。其次，化工行業(yè)在生產(chǎn)大量日常生活品為人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了大量的生活垃圾，由于很多生活垃圾都是高分子化學(xué)材料，處理起來(lái)非常困難，如果將它們直接采取填埋的方式處理，將很長(zhǎng)時(shí)間難以降解，這會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重的污染。化工生產(chǎn)過(guò)程中不僅會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、水源造成污染，而且對(duì)空氣也會(huì)有很?chē)?yán)重的影響?；ば袠I(yè)主要以燃燒化石燃料為主。燃燒化石燃料會(huì)生成大量的二氧化碳、二氧化硫和固態(tài)顆粒物，不僅會(huì)造成溫室效應(yīng)加劇的后果，還會(huì)形成霧霾、酸雨等惡劣現(xiàn)象，給人們經(jīng)濟(jì)和健康帶來(lái)巨大的損失。
1.2化工生產(chǎn)效率太低
隨著人們生活水平的提高，傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)工藝已經(jīng)無(wú)法最大限度地滿(mǎn)足人們的日常需要了，這是由于化工生產(chǎn)工藝本身的缺陷造成的?；どa(chǎn)工藝是將理論的化學(xué)反應(yīng)放大應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，因此在具體工藝中會(huì)遇到很多問(wèn)題。例如化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)化率太低，化工生產(chǎn)過(guò)程中連續(xù)性較低等。這些問(wèn)題都可能導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)不充分，最終造成化工生產(chǎn)效率比較低。另外，反應(yīng)設(shè)備的效率太低也是造成化工生產(chǎn)過(guò)程中效率比較低的一個(gè)重要原因。
2化工生產(chǎn)行業(yè)改進(jìn)措施
2.1優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)環(huán)境
每一個(gè)化工工藝都是化學(xué)反應(yīng)的放大過(guò)程，但是又要比簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜得多。就像化學(xué)反應(yīng)的各個(gè)參數(shù)一樣，反應(yīng)條件也是化工生產(chǎn)中最為重要的環(huán)節(jié)。而每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都會(huì)有其最佳的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)，同理，化工生產(chǎn)過(guò)程中的最佳反應(yīng)條件決定著化工生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量。因此，要想實(shí)現(xiàn)提高化工生產(chǎn)過(guò)程效率的目的，也應(yīng)該最大限度地創(chuàng)造一個(gè)最佳的化工反應(yīng)環(huán)境，同時(shí)應(yīng)該盡可能避免各種副反應(yīng)的出現(xiàn)。另外，在適當(dāng)?shù)那闆r下，也要使用恰當(dāng)?shù)拇呋瘎┮蕴岣呋どa(chǎn)過(guò)程中的速率。
2.2改進(jìn)化工生產(chǎn)工藝
在化工工藝的改進(jìn)方面，不僅要提高反應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程的效率，更應(yīng)該注重化工生產(chǎn)工藝的綠色安全環(huán)保。通過(guò)調(diào)整化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)參數(shù)和條件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程中效率的改進(jìn)。而化工工藝要想實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，就需要尋求一些新的途徑，例如，更加綠色環(huán)保的化學(xué)反應(yīng)，使用最少的生產(chǎn)原料，生成對(duì)環(huán)境友好的產(chǎn)物等。在日趨崇尚綠色環(huán)保的當(dāng)今社會(huì)，化工生產(chǎn)工藝走向綠色安全是大勢(shì)所趨，而綠色安全環(huán)保的生產(chǎn)工藝也能帶領(lǐng)化工行業(yè)走上新的輝煌。
2.3合理處置生產(chǎn)廢料
化工生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水、廢氣和固體廢棄物，而這些廢料通常都是對(duì)自然環(huán)境和人體有嚴(yán)重危害的。所以在處置這些化工生產(chǎn)過(guò)程中的廢料時(shí)應(yīng)該格外注意。通常處理這些廢料主要采用物理法和化學(xué)法，但是二者各有利弊，物理法較為環(huán)保，而化學(xué)法較為徹底，具體是由廢料的種類(lèi)來(lái)決定采用哪種方法處置。另外，生物法處理化工廢料也逐漸受到科學(xué)家們的關(guān)注，生物法處理化工廢料既綠色環(huán)保又反應(yīng)徹底，是一種較為理想的處理辦法。綜上所述，無(wú)論采取何種方法處理化工廢料，都應(yīng)該秉持綠色安全的原則，將其對(duì)環(huán)境和人類(lèi)的危害降到最低。
2.4尋求化工新能源
當(dāng)今化工生產(chǎn)行業(yè)仍然是主要以燃燒化石燃料為主。但是化石燃料作為不可再生資源已經(jīng)面臨很多的問(wèn)題，而且大量燃燒化石燃料也會(huì)對(duì)自然環(huán)境和我們?nèi)祟?lèi)的健康帶來(lái)巨大影響，因此尋求別的能源來(lái)替代不可再生的化石燃料已經(jīng)迫在眉睫。新的可再生能源不僅保障了化工生產(chǎn)的長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展，也避免了傳統(tǒng)化工行業(yè)對(duì)人類(lèi)和自然環(huán)境帶來(lái)的惡劣影響。而科學(xué)家們也在這一方面取得了較好的成果，例如，電化工、生物化工、納米技術(shù)等。我們有理由相信在科學(xué)家們的不懈努力下，將新能源大量普及并應(yīng)用于化工領(lǐng)域指日可待。
3結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)我國(guó)當(dāng)前化工生產(chǎn)行業(yè)現(xiàn)狀的了解和分析，我們發(fā)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程中還存在很多的問(wèn)題正待我們?nèi)パ芯亢徒鉀Q。我們要想改良化工工藝就需要對(duì)科學(xué)進(jìn)行不斷探索，要想維持自然環(huán)境的不被污染，就需要找到更加科學(xué)環(huán)保的辦法保護(hù)自然環(huán)境，這是考驗(yàn)人類(lèi)生存和自然環(huán)境共同長(zhǎng)久發(fā)展的重大課題。而現(xiàn)在的我們要做的就是認(rèn)真探索，尋求突破創(chuàng)新，對(duì)傳統(tǒng)化工工藝中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究并改進(jìn)，最終保障化工行業(yè)的綠色健康可持續(xù)發(fā)展,這樣我們才能穩(wěn)定的推動(dòng)社會(huì)建設(shè)。
參考文獻(xiàn)：
[1]李珺瑤.化學(xué)工程中的化工生產(chǎn)工藝[J].化工管理,2017,(06):90.
化學(xué)工程通常就是指為達(dá)到一定效果在理論基礎(chǔ)上進(jìn)行的一系列化學(xué)生產(chǎn)活動(dòng)，它是將理論應(yīng)用于實(shí)踐的一個(gè)過(guò)程?，F(xiàn)如今化工行業(yè)除了包括石油化工、催化制造等傳統(tǒng)化工，還囊括了生物制藥、納米技術(shù)等現(xiàn)代化工。但目前化工生產(chǎn)行業(yè)還是主要以化石燃料等傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)為動(dòng)力，但是燃燒化石燃料不僅使得不可再生資源的減少，更對(duì)自然環(huán)境造成重大的污染。很顯然，這和人們?nèi)諠u追求綠色環(huán)保的觀念產(chǎn)生矛盾。因此，面對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題，及時(shí)地做出科學(xué)合理的改進(jìn)措施已經(jīng)變得至關(guān)重要。
1化工生產(chǎn)行業(yè)當(dāng)前現(xiàn)狀
1.1對(duì)環(huán)境造成重大污染
化工行業(yè)是目前當(dāng)今世界最主要的污染源之一。首先，化工生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多的廢水。廢氣和固體廢棄物，如果不加以合理處理直接排放到水源里，那么對(duì)當(dāng)?shù)氐牡叵滤鷳B(tài)系統(tǒng)造成的后果將不堪設(shè)想。其次，化工行業(yè)在生產(chǎn)大量日常生活品為人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也帶來(lái)了大量的生活垃圾，由于很多生活垃圾都是高分子化學(xué)材料，處理起來(lái)非常困難，如果將它們直接采取填埋的方式處理，將很長(zhǎng)時(shí)間難以降解，這會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重的污染。化工生產(chǎn)過(guò)程中不僅會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、水源造成污染，而且對(duì)空氣也會(huì)有很?chē)?yán)重的影響?；ば袠I(yè)主要以燃燒化石燃料為主。燃燒化石燃料會(huì)生成大量的二氧化碳、二氧化硫和固態(tài)顆粒物，不僅會(huì)造成溫室效應(yīng)加劇的后果，還會(huì)形成霧霾、酸雨等惡劣現(xiàn)象，給人們經(jīng)濟(jì)和健康帶來(lái)巨大的損失。
1.2化工生產(chǎn)效率太低
隨著人們生活水平的提高，傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)工藝已經(jīng)無(wú)法最大限度地滿(mǎn)足人們的日常需要了，這是由于化工生產(chǎn)工藝本身的缺陷造成的?；どa(chǎn)工藝是將理論的化學(xué)反應(yīng)放大應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，因此在具體工藝中會(huì)遇到很多問(wèn)題。例如化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)化率太低，化工生產(chǎn)過(guò)程中連續(xù)性較低等。這些問(wèn)題都可能導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)不充分，最終造成化工生產(chǎn)效率比較低。另外，反應(yīng)設(shè)備的效率太低也是造成化工生產(chǎn)過(guò)程中效率比較低的一個(gè)重要原因。
2化工生產(chǎn)行業(yè)改進(jìn)措施
2.1優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)環(huán)境
每一個(gè)化工工藝都是化學(xué)反應(yīng)的放大過(guò)程，但是又要比簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜得多。就像化學(xué)反應(yīng)的各個(gè)參數(shù)一樣，反應(yīng)條件也是化工生產(chǎn)中最為重要的環(huán)節(jié)。而每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都會(huì)有其最佳的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)，同理，化工生產(chǎn)過(guò)程中的最佳反應(yīng)條件決定著化工生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量。因此，要想實(shí)現(xiàn)提高化工生產(chǎn)過(guò)程效率的目的，也應(yīng)該最大限度地創(chuàng)造一個(gè)最佳的化工反應(yīng)環(huán)境，同時(shí)應(yīng)該盡可能避免各種副反應(yīng)的出現(xiàn)。另外，在適當(dāng)?shù)那闆r下，也要使用恰當(dāng)?shù)拇呋瘎┮蕴岣呋どa(chǎn)過(guò)程中的速率。
2.2改進(jìn)化工生產(chǎn)工藝
在化工工藝的改進(jìn)方面，不僅要提高反應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程的效率，更應(yīng)該注重化工生產(chǎn)工藝的綠色安全環(huán)保。通過(guò)調(diào)整化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)參數(shù)和條件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程中效率的改進(jìn)。而化工工藝要想實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，就需要尋求一些新的途徑，例如，更加綠色環(huán)保的化學(xué)反應(yīng)，使用最少的生產(chǎn)原料，生成對(duì)環(huán)境友好的產(chǎn)物等。在日趨崇尚綠色環(huán)保的當(dāng)今社會(huì)，化工生產(chǎn)工藝走向綠色安全是大勢(shì)所趨，而綠色安全環(huán)保的生產(chǎn)工藝也能帶領(lǐng)化工行業(yè)走上新的輝煌。
2.3合理處置生產(chǎn)廢料
化工生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水、廢氣和固體廢棄物，而這些廢料通常都是對(duì)自然環(huán)境和人體有嚴(yán)重危害的。所以在處置這些化工生產(chǎn)過(guò)程中的廢料時(shí)應(yīng)該格外注意。通常處理這些廢料主要采用物理法和化學(xué)法，但是二者各有利弊，物理法較為環(huán)保，而化學(xué)法較為徹底，具體是由廢料的種類(lèi)來(lái)決定采用哪種方法處置。另外，生物法處理化工廢料也逐漸受到科學(xué)家們的關(guān)注，生物法處理化工廢料既綠色環(huán)保又反應(yīng)徹底，是一種較為理想的處理辦法。綜上所述，無(wú)論采取何種方法處理化工廢料，都應(yīng)該秉持綠色安全的原則，將其對(duì)環(huán)境和人類(lèi)的危害降到最低。
2.4尋求化工新能源
當(dāng)今化工生產(chǎn)行業(yè)仍然是主要以燃燒化石燃料為主。但是化石燃料作為不可再生資源已經(jīng)面臨很多的問(wèn)題，而且大量燃燒化石燃料也會(huì)對(duì)自然環(huán)境和我們?nèi)祟?lèi)的健康帶來(lái)巨大影響，因此尋求別的能源來(lái)替代不可再生的化石燃料已經(jīng)迫在眉睫。新的可再生能源不僅保障了化工生產(chǎn)的長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展，也避免了傳統(tǒng)化工行業(yè)對(duì)人類(lèi)和自然環(huán)境帶來(lái)的惡劣影響。而科學(xué)家們也在這一方面取得了較好的成果，例如，電化工、生物化工、納米技術(shù)等。我們有理由相信在科學(xué)家們的不懈努力下，將新能源大量普及并應(yīng)用于化工領(lǐng)域指日可待。
3結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)我國(guó)當(dāng)前化工生產(chǎn)行業(yè)現(xiàn)狀的了解和分析，我們發(fā)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程中還存在很多的問(wèn)題正待我們?nèi)パ芯亢徒鉀Q。我們要想改良化工工藝就需要對(duì)科學(xué)進(jìn)行不斷探索，要想維持自然環(huán)境的不被污染，就需要找到更加科學(xué)環(huán)保的辦法保護(hù)自然環(huán)境，這是考驗(yàn)人類(lèi)生存和自然環(huán)境共同長(zhǎng)久發(fā)展的重大課題。而現(xiàn)在的我們要做的就是認(rèn)真探索，尋求突破創(chuàng)新，對(duì)傳統(tǒng)化工工藝中存在的問(wèn)題進(jìn)行研究并改進(jìn)，最終保障化工行業(yè)的綠色健康可持續(xù)發(fā)展,這樣我們才能穩(wěn)定的推動(dòng)社會(huì)建設(shè)。
參考文獻(xiàn)：
[1]李珺瑤.化學(xué)工程中的化工生產(chǎn)工藝[J].化工管理,2017,(06):90.
