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時間：2023-08-25 09:10:35
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對所研究的化學(xué)反應(yīng)，以簡化的或近似的數(shù)學(xué)表達(dá)式來表述反應(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，而且更多地依賴于實驗測定和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。多年來，已發(fā)展了一整套動力學(xué)實驗研究方法，其中包括各種實驗用反應(yīng)器的使用、實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理方法和實驗規(guī)劃方法等。
對各類常用的反應(yīng)器內(nèi)的流動、傳熱和傳質(zhì)等過程進(jìn)行理論和實驗研究，并力求以數(shù)學(xué)式予以表達(dá)。由于傳遞過程只是物理的,所以研究時可以避免化學(xué)反應(yīng),用廉價的模擬物系（如空氣、水、砂子等）代替實際反應(yīng)物系進(jìn)行實驗。這種實驗常稱為冷態(tài)模擬實驗，簡稱冷模實驗。傳遞過程的規(guī)律可能因設(shè)備尺寸而異，冷模實驗所采用的設(shè)備應(yīng)是一系列不同尺寸的裝置；為可靠起見，所用設(shè)備甚至還包括與工業(yè)規(guī)模相仿的大型實驗裝置。各類反應(yīng)器內(nèi)的傳遞過程大都比較復(fù)雜，有待更深入地去研究。
對一個特定反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行的特定的化學(xué)反應(yīng)過程，在其反應(yīng)動力學(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)測反應(yīng)結(jié)果和反應(yīng)器操作性能。由于實際工業(yè)反應(yīng)過程的復(fù)雜性，至今尚不能對所有工業(yè)反應(yīng)過程都建立可供實用的反應(yīng)動力學(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，概括性地提出若干個典型的傳遞過程。例如：伴隨著流動發(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)同時進(jìn)行)。然后，對各個典型傳遞過程逐個地進(jìn)行研究，忽略其他因素，單獨地考察其對不同類型反應(yīng)結(jié)果的影響。例如，對反應(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取不同值時外部傳質(zhì)對反應(yīng)結(jié)果的影響程度。同樣，對反應(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，但是對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)過程，就是具有一定化學(xué)動力學(xué)特性的反應(yīng)物系進(jìn)入具有一定流動和傳遞特性的工業(yè)裝置中進(jìn)行演變、達(dá)到人們期預(yù)的狀之后離開反應(yīng)器的全過程，整個過程涉及到多種影響參數(shù)及各參數(shù)之問相互作用的復(fù)雜關(guān)系。使宏觀過程控制到期預(yù)狀態(tài)，達(dá)到工程技術(shù)目的，實現(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)對宏觀過程、狀態(tài)及生產(chǎn)(設(shè)計)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，就是在實驗(實踐)的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)模擬的方法即根據(jù)反應(yīng)的動力學(xué)特性和該物系在該反應(yīng)器中的傳遞特性及流動特性，抓住影響宏觀過程的主要矛盾和矛盾的主要方面。恰當(dāng)?shù)睾喕幚砟切┯绊懖淮蟮拇我蛩?，建立物系的動態(tài)物理模型。再對物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述—建立宏觀過程的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而根據(jù)特定的初始條件、邊界條件對數(shù)學(xué)模型求解，確定有關(guān)設(shè)計參數(shù)以及模擬放大，實踐檢驗，修正完善。顯然，該模型就是化學(xué)動力學(xué)模型、流動模型、傳遞模型以及相關(guān)的參數(shù)計算模型的綜合。所以建模及解析無疑是各類反應(yīng)器設(shè)計的中心。
學(xué)習(xí)的過程要與實際工程聯(lián)系起來
例如在返混這一概念的學(xué)習(xí)中，例如，針對丁二烯氯化制二氯丁烯的開發(fā)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)工程理論指導(dǎo)認(rèn)識反應(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，使換熱器不能長期運轉(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)可以分解為物理過程和化學(xué)過程。在化學(xué)反應(yīng)過程中，影響反應(yīng)結(jié)果的因素可分為二類：一是與設(shè)備大小無關(guān)的反應(yīng)動力學(xué)因素，即化學(xué)因素，這是過程的個性。每個反應(yīng)各不相同。二是與設(shè)備大小密切相關(guān)的傳遞過程因素，即工程因素，這是過程的共性，同類反應(yīng)器的傳遞特性是相同的。不因進(jìn)行的反應(yīng)過程而變化。但與反應(yīng)器大小密切相關(guān)。而從本質(zhì)上看，工程因素對反應(yīng)結(jié)果的影響，是通過流體流動，傳質(zhì)和傳熱等物理過程。改變了反應(yīng)場所的濃度和溫度分布，再通過反應(yīng)動力學(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反應(yīng)結(jié)果的影響。實質(zhì)上是有關(guān)工程因素對反應(yīng)場所溫度和濃度的影響，而反應(yīng)場所的溫度和濃度是通過化學(xué)反應(yīng)的溫度效應(yīng)與濃度效應(yīng)對反應(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，我們在教學(xué)過程中突出強調(diào)反應(yīng)工程理論思維法運用，強調(diào)從分析工程因素的本質(zhì)入手，針對反應(yīng)動力學(xué)特征來判別工程因素對反應(yīng)結(jié)果的影響，培養(yǎng)采用工程分析法來分析和解決工程問題的能力。只有把握了工程因素本質(zhì)及反應(yīng)特征，分析了工程因素對反應(yīng)結(jié)果的影響程度，才能使從反應(yīng)過程設(shè)計和操作上提出優(yōu)化的工程措施，解決工程問題。
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，那么對反應(yīng)結(jié)果有何影響呢?對這個問題，我們不能簡單地下結(jié)論，而要根據(jù)反應(yīng)過程的特征，具體問題具體分析。例如，對串聯(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：而對平行反應(yīng)而言，根據(jù)反應(yīng)選擇性的動力學(xué)特征，主反應(yīng)級數(shù)低于副反應(yīng)級數(shù)時，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，對于顆粒催化劑內(nèi)部傳遞過程而言，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，而產(chǎn)物濃度的變化則相反。盡管內(nèi)部傳遞過程與返混是兩個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，內(nèi)部傳遞過程對反應(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反應(yīng)結(jié)果的影響，實質(zhì)上是有關(guān)工程因素對反應(yīng)場所溫度和濃度的影響，而反應(yīng)場所的溫度和濃度是通過化學(xué)反應(yīng)的溫度效應(yīng)與濃度效應(yīng)對反應(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)過程包括進(jìn)行物理變化和化學(xué)反應(yīng)的過程?；瘜W(xué)反應(yīng)過程是生產(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)過程與質(zhì)量、熱量及動量傳遞過程同時進(jìn)行。這種化學(xué)反應(yīng)與物理變化過程的綜合，稱為宏觀反應(yīng)過程。研究宏觀反應(yīng)過程的動力學(xué)稱為宏觀反應(yīng)動力學(xué)。宏觀動力學(xué)與本征動力學(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、動量傳遞過程對化學(xué)反應(yīng)的交聯(lián)作用及相互影響。進(jìn)行宏觀反應(yīng)動力學(xué)分析，應(yīng)注意按相的類別、溫度條件和操作方法來分類，多相反應(yīng)，或稱為非均相反應(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；而流體的流動特征對質(zhì)量傳遞和熱量傳遞有著重大的影響。以宏現(xiàn)動力學(xué)為基礎(chǔ)，還要進(jìn)一步對工業(yè)反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計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)實踐時獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果
【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）16-0056-02
化學(xué)反應(yīng)工程是一門涉及高等數(shù)學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、化工傳遞過程、化工分析與合成等多學(xué)科、多領(lǐng)域的科學(xué)，也是一門研究化學(xué)反應(yīng)的工程問題的學(xué)科?；瘜W(xué)反應(yīng)工程是我?；瘜W(xué)工程與工藝本?？频暮诵恼n程，目的是將實驗室中發(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)能力對反應(yīng)器的形狀、尺寸及操作方式進(jìn)行設(shè)計，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。
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最直接、最根本的問題，而解決這一問題的基礎(chǔ)是先要了解各反應(yīng)的速率
對于具有工程意義的系統(tǒng)來說，反應(yīng)動力學(xué)無法用理論計算，而必須通過實驗來確定。所謂的反應(yīng)進(jìn)行分析，即通過實驗測定動力學(xué)數(shù)據(jù)并對之進(jìn)行數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)，從而獲得反應(yīng)速度方程。因為大多數(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)過程對這些反應(yīng)的進(jìn)行也有相當(dāng)大的影響。因此，傳遞過程動力學(xué)與化學(xué)動力學(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)中的動力學(xué)就是專門闡明化學(xué)反應(yīng)速度與各個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)，這就是動力學(xué)的問題。還有一些過程，從熱力學(xué)分析認(rèn)為是不當(dāng)?shù)模缂淄榱呀庵埔胰?，?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)上也就是這樣來實施的，所以在實際應(yīng)用上起決定性作用的往往是動力學(xué)因素。為了實現(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，這些都緊緊依賴于對反應(yīng)動力學(xué)特性的認(rèn)識。動力學(xué)是反應(yīng)工程的一個重要基礎(chǔ)，更是化工工程的一個重要基礎(chǔ)。
2.化工工程需要工業(yè)反應(yīng)器，而反應(yīng)器的設(shè)計與計算、開發(fā)與放大是化學(xué)反應(yīng)工程的一個重要內(nèi)容
盡管各種產(chǎn)品有不同的生產(chǎn)過程，但作為化工生產(chǎn)的核心——化學(xué)反應(yīng)器是必不可少的。各種不同類型的化學(xué)反應(yīng)器具有不同的反應(yīng)工程性質(zhì)，因為在這些反應(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)計時，要以質(zhì)量、能量及動量的基本守恒方程式為基礎(chǔ)。除了化學(xué)動力學(xué)以及質(zhì)量和熱量的交換外，反應(yīng)器中的流體力學(xué)及溫度變化類型對于反應(yīng)器的生產(chǎn)能力也會產(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。如在實驗室的小裝置內(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，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經(jīng)驗放大的方法，中間試驗往往耗資大、歷時久。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，逐級經(jīng)驗放大和數(shù)學(xué)模型兩種方法同時并存，各有適用范圍，但是，即使是逐級經(jīng)驗放大的方法，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)驗性的了。
3.工業(yè)反應(yīng)過程的優(yōu)化操作以及反應(yīng)技術(shù)的開發(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)量必然要對反應(yīng)器的操作條件進(jìn)行優(yōu)化。實際工業(yè)反應(yīng)過程未必在最優(yōu)的條件下操作，即使設(shè)計是優(yōu)化的，在實施時往往有許多難以預(yù)料的因素，使原定的優(yōu)化設(shè)計條件在實際操作中未必是優(yōu)化的。運用化學(xué)反應(yīng)工程理論對現(xiàn)行的工業(yè)反應(yīng)過程進(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、新工藝、新產(chǎn)品以及新設(shè)備的付諸實踐，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)傳遞過程的實驗研究和數(shù)據(jù)積累還很薄弱，特別是對于化工生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的多相流動體系的研究還不足。因此，反應(yīng)工程的研究需要與多相流體力學(xué)和多相傳遞過程的研究相結(jié)合，以便相輔相成。同時，化學(xué)反應(yīng)工程向生化、冶金等領(lǐng)域擴(kuò)展時還會出現(xiàn)新問題，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
針對目前的高校教學(xué)，我認(rèn)為在此門課程教學(xué)與學(xué)習(xí)中應(yīng)對以下幾方面進(jìn)行加強：
1.強化計算機的應(yīng)用
氣固相催化反應(yīng)器是用數(shù)學(xué)模型法設(shè)計計算最成功的實
例之一，常用擬均相模型求解。對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—庫塔法等。另外要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)“化工計算機應(yīng)用”的課程內(nèi)容，采用VB計算機語言進(jìn)行編程，對各種計算方法、邊界條件、步長等進(jìn)行比較，使計算結(jié)果穩(wěn)定、準(zhǔn)確。
2.加強實驗教學(xué)
如返混是不同停留時間的物料混合，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，所以返混對化學(xué)反應(yīng)結(jié)果影響特別大。通過開設(shè)相應(yīng)實驗，可以從中看到返混對反應(yīng)物濃度的影響及停留時間分布的特征，反應(yīng)器的空速等操作條件對返混程度的影響，對串聯(lián)全混釜模型與軸向分散模型有了深刻的理解。根據(jù)流動模型參數(shù)，結(jié)合在其中進(jìn)行反應(yīng)的特征參數(shù)，計算或預(yù)測非理想流動狀態(tài)下反應(yīng)實際可達(dá)到的轉(zhuǎn)化率。
3.與生產(chǎn)實踐相結(jié)合
本課程以工業(yè)反應(yīng)過程及反應(yīng)器設(shè)備為研究對象，安排學(xué)生到工廠實習(xí)，這對本課程的學(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習(xí)，在實習(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，并針對自己實習(xí)的車間查閱相關(guān)資料，了解反應(yīng)原料組成和來源；掌握裝置的反應(yīng)過程原理和工藝條件，熟悉裝置的設(shè)備。在實習(xí)基地先組織聽取技術(shù)人員的安全知識講座。然后在實習(xí)中了解主要裝置的工藝流程，熟悉現(xiàn)場的管線——泵——反應(yīng)器——儲罐等的走向，認(rèn)清部分工藝的簡易流程，了解化工生產(chǎn)中所用到的各類反應(yīng)器、換熱器、罐及輔助設(shè)備等，使學(xué)生對各類反應(yīng)過程及所涉及的設(shè)備有感性認(rèn)識。通過進(jìn)廠實習(xí)也進(jìn)一步證明理論與實踐密不可分，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高。
三 結(jié)論
化學(xué)反應(yīng)工程是一門工程類學(xué)科，與工程實際緊密聯(lián)系，數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，實踐性和應(yīng)用性很強。課程改革通過結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)方法與手段，引入專業(yè)實驗和生產(chǎn)實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)，加深了學(xué)生對理論知識的理解，培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力及工程意識，提高了分析、解決工程問題的能力，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
雖然兩類反應(yīng)器之間存在著一定的差別，但均相反應(yīng)工程無疑是多相反應(yīng)工程的基礎(chǔ)，多相反應(yīng)工程所涉及的各相中所發(fā)生的過程可認(rèn)為與均相反應(yīng)過程無異。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)器模擬時建立的軸向擴(kuò)散概念，在建立多相反應(yīng)器模型時便可以完整地移植過來;又如平推流和全混流概念，兩類反應(yīng)器中都有著極廣的應(yīng)用。
因此，主要針對“均相反應(yīng)器”開發(fā)過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)用于實際反應(yīng)器的開發(fā)過程中。
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，第一步是必須要對它們進(jìn)行分類，可見分類的方法是本學(xué)科建立的基本方法。通過分類，人們更清楚地認(rèn)識到各反應(yīng)器之間的異同點，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;按換熱方式可分為絕熱、等溫和變溫反應(yīng)器三類;按操作方式可分為間歇、半間歇和連續(xù)反應(yīng)器三類;而按混合方式又可分為平推流、全混流和非理想流動反應(yīng)器三類。根據(jù)反應(yīng)器不同的特征對其進(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)計中的第一步即是根據(jù)反應(yīng)過程的特點確定反應(yīng)器型式。
由圖3還可以看出，針對化學(xué)反應(yīng)器的開發(fā)，一般采取兩種方法，一是數(shù)學(xué)模型法，二是經(jīng)驗放大法。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)用分解的方法將實際反應(yīng)器分解為兩部分，即過程和反應(yīng)設(shè)備。過程包括化學(xué)反應(yīng)過程和傳遞過程，由于反應(yīng)過程規(guī)律和傳遞過程規(guī)律相互獨立，故對其規(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。
為研究化學(xué)反應(yīng)過程規(guī)律，必須要消除掉傳遞過程的影響，由于化學(xué)反應(yīng)規(guī)律和設(shè)備大小無關(guān)，故化學(xué)反應(yīng)規(guī)律可在微型(或臺式)反應(yīng)器中進(jìn)行。這一點非常重要，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)過程的性質(zhì)一般包括化學(xué)計量性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)平衡性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)性質(zhì)。
化學(xué)反應(yīng)計量性質(zhì)是反應(yīng)平衡性質(zhì)和動力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)，對平衡性質(zhì)和動力學(xué)性質(zhì)的研究都是基于反應(yīng)計量性質(zhì)明確的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計量性質(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)極限的計算，尤其是反應(yīng)平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率的計算。對可逆放熱反應(yīng)而言，平衡性質(zhì)對過程的影響較為復(fù)雜，溫度的升高對反應(yīng)動力學(xué)速率往往是有利的，但對平衡而言，平衡常數(shù)隨溫度的升高而降低，所以溫度對平衡性質(zhì)和動力學(xué)性質(zhì)的影響呈現(xiàn)相反的趨勢，從而引起問題的復(fù)雜化。通常對可逆放熱反應(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，在整個反應(yīng)過程中，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，可以使用較少的催化劑。同時還須認(rèn)識到，在反應(yīng)后期，即較高轉(zhuǎn)化率接近化學(xué)平衡時，反應(yīng)過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)動力學(xué)規(guī)律，化學(xué)反應(yīng)動力學(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)過程優(yōu)化的重要依據(jù)，因此，反應(yīng)動力學(xué)測定是十分重要的工作。然而，反應(yīng)動力學(xué)的精確測定是一項獨立于工藝試驗之外的專門實驗，它不但要求具備滿足實驗精度的特定設(shè)備，而且在具體進(jìn)行時又有相當(dāng)可觀的實際工作量。因此，進(jìn)行動力學(xué)測定極為重要，其基本思路如圖生所示redlw.com。
動力學(xué)方程通常分為3種形式，一是純機理型方程，二是半經(jīng)驗半理論型方程，三是純經(jīng)驗方程?；谂鲎怖碚?、過渡態(tài)理論及分子動態(tài)學(xué)而推導(dǎo)出來的純機理型方程，一般僅對簡單反應(yīng)體系適用，當(dāng)前反應(yīng)工程學(xué)科應(yīng)用這類動力學(xué)方程進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計的并不多見。工業(yè)反應(yīng)體系往往極為復(fù)雜，但作為動力學(xué)研究發(fā)展的方向，純機理型動力學(xué)方程應(yīng)是每個化學(xué)反應(yīng)工程研究者必須努力的目標(biāo);純經(jīng)驗性的動力學(xué)方程如描述微生物生長的Monod模型在反應(yīng)器設(shè)計中亦常常使用，但反應(yīng)工程學(xué)科通常使用的是半經(jīng)驗半理論的動力學(xué)方程，圖生所示指的就是此類方程。
建立動力學(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)機理，該機理通常分為兩類，一是有限基元反應(yīng)組合機理，二是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機理，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)獲得一定形式的動力學(xué)方程。動力學(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，動力學(xué)方程又可分為積分式和微分式兩種。
在動力學(xué)方程確定后，方程中包含兩類物理量，一是伴隨反應(yīng)過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)時間;另一類是在反應(yīng)過程中相對穩(wěn)定的、反映反應(yīng)過程性質(zhì)的模型參數(shù)。模型參數(shù)無法由模型本身獲得，必須通過實驗確定，這也正是該動力學(xué)方程被稱為半經(jīng)驗半理論的原因所在。因為模型參數(shù)必須由實驗確定，于是就必然涉及實驗的設(shè)計。實驗設(shè)計內(nèi)容通常包含兩個方面，其一是實驗用反應(yīng)器的選擇，其二是實驗條件的確定。實驗用反應(yīng)器類型與工業(yè)反應(yīng)器類型大同小異，不同之處僅僅表現(xiàn)在規(guī)模程度上，實驗室反應(yīng)器規(guī)模小，通常為11左右，因此，其傳遞過程影響易于消除，任意個對反應(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)過程的本質(zhì)。而實驗條件的設(shè)計方法包括兩種，當(dāng)獨立的組分?jǐn)?shù)僅為1個時，實驗可采用單因索法，當(dāng)獨立的組分因索多于2個時，則往往采取正交實驗設(shè)計方法。
通過實驗獲得一系列實驗數(shù)據(jù)后，接下來的問題是必須求解出動力學(xué)模型參數(shù)，求解動力學(xué)模型參數(shù)的方法有積分法和微分法?；诜e分式動力學(xué)方程的求解方法稱為積分法，基于微分式動力學(xué)方程的求解方法則稱為微分法。在大多數(shù)實際情況下，模型參數(shù)求解方法采用的都是微分法redlw.com。
當(dāng)反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律確定后，必須要研究在實際工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器中通常出現(xiàn)的傳遞過程規(guī)律。為研究傳遞過程規(guī)律，通常可以在沒有化學(xué)反應(yīng)的情況下進(jìn)行，這是因為傳遞過程是反應(yīng)器的屬性，基本上不因化學(xué)反應(yīng)的存在與否而異。對于一個特定的工業(yè)反應(yīng)過程，化學(xué)反應(yīng)規(guī)律是其個性，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程，不需實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，完全可以利用惰性物料進(jìn)行試驗，以探明傳遞過程規(guī)律。正因如此，這種試驗通常稱為冷模試驗。
進(jìn)行冷模試驗研究傳遞過程規(guī)律時需要關(guān)注的一個重要問題是:所選模擬設(shè)備的大小，即傳遞過程應(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)生的傳遞過程與實際反應(yīng)器中所發(fā)生的傳遞過程應(yīng)“相似”，即符合“相似性原理”。冷模試驗設(shè)備的大小必須依據(jù)此原理進(jìn)行選擇和設(shè)計。
在對反應(yīng)過程和傳遞過程進(jìn)行了充分的研究后，需要對相關(guān)成果進(jìn)行綜合處理，這一階段主要是在計算機上進(jìn)行模擬并完成的，如圖5所示。
同時，為驗證模擬結(jié)果是否可靠，還必須進(jìn)行中等規(guī)模的試驗，即中試，又名熱模試驗。熱模試驗存在3個問題需要解決，一是試驗規(guī)模，二是試驗的完整性，三是運行周期。如果熱模試驗結(jié)果與模型計算結(jié)果相符，說明模型正確，能夠反映實際規(guī)律;如果不相符，則需要修正模型，直至與熱模試驗結(jié)果相符為止。
具備了傳遞過程規(guī)律和小試測定的反應(yīng)過程規(guī)律，并且經(jīng)過了熱模試驗驗證，就能直接設(shè)計工業(yè)反應(yīng)器了，這樣就不存在設(shè)備的放大問題。數(shù)學(xué)模型方法本身可以直接通過計算就能獲得大型反應(yīng)器的設(shè)計，說明工業(yè)反應(yīng)過程的開發(fā)并不必然地必須經(jīng)過由小型反應(yīng)器到中間規(guī)模反應(yīng)器再到工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器的整個過程。
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個基本前提:一是它要求有可靠的反應(yīng)動力學(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)難以正確測定，尤其對復(fù)雜的工業(yè)反應(yīng)，其本征動力學(xué)參數(shù)也難以把握，因此，對固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模擬放大，迄今尚未有比較滿意的工業(yè)應(yīng)用。
化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)測定雖然有相當(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和必要的熱模檢驗，還需要工業(yè)規(guī)模的測試數(shù)據(jù)和工程研究的長期經(jīng)驗積累。因此，當(dāng)沒有可靠的大型設(shè)備傳遞模型時，數(shù)學(xué)模擬放大只能是紙上談兵。此時，精確的動力學(xué)測定必然是徒勞的。當(dāng)然，這并不意味著不需要有關(guān)的動力學(xué)知識和對反應(yīng)動力學(xué)特征的認(rèn)識。一個開發(fā)者應(yīng)當(dāng)充分具備動力學(xué)基礎(chǔ)知識，并據(jù)此巧妙地安排工藝試驗，以便把握反應(yīng)動力學(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，從化學(xué)反應(yīng)工程的觀點出發(fā)，機理的、定性的、半定量的動力學(xué)特征研究應(yīng)當(dāng)是結(jié)合工藝試驗進(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，精確的動力學(xué)實驗才是必要的，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，在剖析化學(xué)反應(yīng)工程課程各知識點及相互邏輯關(guān)系時，本研究采用了分類、分解和綜合的思維方式，而分類、分解其實屬于分析的方法。所以，分析、綜合是反應(yīng)過程開發(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)用到實際的化工過程開發(fā)中時，也可用圖6簡略地表示。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。
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）04-0104-03
《化學(xué)反應(yīng)工程》是化工工藝專業(yè)的核心課程，也是其他相關(guān)專業(yè)的重要課程，化學(xué)反應(yīng)的工業(yè)化實施、反應(yīng)器的設(shè)計和優(yōu)化等一系列化學(xué)工程問題都離不開它的指導(dǎo)?？墒?，在教學(xué)過程中，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課程知識，知識點零散，難點較多，學(xué)時數(shù)少，要在較少的學(xué)時里系統(tǒng)掌握這一門課程，對部分學(xué)生來說不是件容易的事情；另一方面，這門課程在大四上學(xué)期開設(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)的重點改革內(nèi)容，我們在教學(xué)過程中進(jìn)行了積極的探索及實踐。
一、強化課程重要地位，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
興趣是最好的老師，學(xué)生只有對課程產(chǎn)生極大的興趣和重視，才會有信心去學(xué)好這門課程，才能積極主動地克服學(xué)習(xí)中遇見的困難。這就要求教師在第一堂緒論課上下工夫。教師應(yīng)對課程內(nèi)容有透徹的了解和豐富的教學(xué)經(jīng)驗，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”等基本問題。同時教師要把該學(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，對于可能存在的問題和如何能夠解決這些問題，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)自己的科研實踐，用淺顯生動的語言、具體實際的數(shù)據(jù)結(jié)果，回答緒論課中需要解決的問題，有些老師則從化工生產(chǎn)應(yīng)用和學(xué)生化學(xué)實驗的實驗現(xiàn)象來回答上述問題。經(jīng)過集體備課后，教師們走上講臺，在對本課程內(nèi)容準(zhǔn)確把握的基礎(chǔ)上，通過豐富的實際應(yīng)用事例和充滿激情的表述，使學(xué)生們能領(lǐng)會到本課程的性質(zhì)和重要性，同時明白學(xué)習(xí)本課程應(yīng)該具備的知識點。由于對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)不同專業(yè)學(xué)習(xí)的特點，對課程進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖崂?。我校現(xiàn)用教課書為陳甘棠主編的“十一五”國家級規(guī)劃教材《化學(xué)反應(yīng)工程》第三版，此書內(nèi)容系統(tǒng)，易于掌握。同時還選擇李紹芬教授編寫的“九五”國家級重點教材《反應(yīng)工程》作為教學(xué)參考書，此書最大的特點是編入大量生產(chǎn)實際反應(yīng)的例題和習(xí)題，這種理論聯(lián)系實際的題型，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和聯(lián)系實際的能力。這兩本書的編排體系有所不同，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以通過比較，更深地理解反應(yīng)工程的實質(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，教師應(yīng)該重點講授，教學(xué)上可安排較多學(xué)時，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。在其他課程學(xué)習(xí)過的內(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和學(xué)過知識的應(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，學(xué)校還根據(jù)我校煤化工的特點，以講座形式聘請客座教授為學(xué)生授課，列舉典型生產(chǎn)實例進(jìn)行講解和分析，提高學(xué)生分析和解決實際生產(chǎn)問題的能力。應(yīng)用化學(xué)專業(yè)進(jìn)行科研實踐周活動，讓學(xué)生在科研實踐周里熟悉反應(yīng)器的選型與優(yōu)化操作。通過對課程內(nèi)容的精選和課程線索的梳理，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中具有很強的針對性，大多數(shù)學(xué)生都能很好的掌握課程的重點內(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)生對基本概念能準(zhǔn)確理解，基本方法能學(xué)以致用，就要對教學(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，滿足少學(xué)時多內(nèi)容的教學(xué)任務(wù)，做到各章節(jié)重點和難點突出，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”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，針對不同章節(jié)可采用對比法、歸納法、提問法等方法來調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。如通過具體事例的講解，應(yīng)用對比與歸納法結(jié)合的方法對均相反應(yīng)器型式和操作方法進(jìn)行評選。對于某些有難度同時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，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，可以將工廠一些實際例子和生產(chǎn)現(xiàn)場搬到課堂，學(xué)生通過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)，同時也能了解反應(yīng)器內(nèi)傳質(zhì)與傳熱狀況，對于反應(yīng)器的設(shè)計、放大與優(yōu)化建立必要的感性認(rèn)識。如對合成氨反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和流體流動的展示，激發(fā)了學(xué)生對反應(yīng)工程課程的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情。經(jīng)過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、加強工程技術(shù)觀念，做到理論實踐結(jié)合
重視理論和實踐結(jié)合將是提高教學(xué)質(zhì)量的一個關(guān)鍵過程。因此在理論教學(xué)中，我們必須積極引導(dǎo)學(xué)生樹立和強化工程觀念，加大理論和實踐相結(jié)合力度。學(xué)生在課堂上領(lǐng)悟到所學(xué)知識的用武之地，就會表現(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)過程中我們在這方面進(jìn)行了改革嘗試，具體做法是：一方面，教學(xué)內(nèi)容和實際生產(chǎn)相結(jié)合。在教學(xué)過程中，我們注意選擇實際生產(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《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，通過有針對性地對生產(chǎn)過程進(jìn)行分析，使同學(xué)們對所學(xué)理論知識有了更深的理解和鞏固。另一方面，教學(xué)內(nèi)容與科研、專業(yè)實驗相結(jié)合。我們利用專業(yè)實驗和教師的科研活動，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際過程，加深學(xué)生對概念和原理的理解，加強學(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，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，學(xué)生通過自己動手更深地體會本課程的精髓。近年來，隨著我?！皩追哟呋趸茖αu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)識和動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生構(gòu)建創(chuàng)新思維的能力。不少學(xué)生通過參與科研工作這個活動，對《化學(xué)反應(yīng)工程》課程產(chǎn)生了濃厚的興趣，并且通過自己的努力，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》是一門最能體現(xiàn)化學(xué)工程與工藝特點的學(xué)科，讓學(xué)生在短時間內(nèi)掌握并運用它并非易事。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)工程專業(yè)的教師在近兩年的教學(xué)活動中進(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，為國家培養(yǎng)更多的化工創(chuàng)新人才。
參考文獻(xiàn)：
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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)過程的科學(xué)，是化學(xué)工程學(xué)科的一個主要分支，屬于工程科學(xué)，其研究內(nèi)容主要是反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器的設(shè)計與分析?；瘜W(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)、動力學(xué)和傳遞過程等存在著交叉關(guān)系，加之獨立學(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。本文圍繞獨立學(xué)院對化工類人才培養(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“互動式、啟發(fā)式”教學(xué)方式，并與實踐相結(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、堅持“方法論”的教育理念與工程意識相結(jié)合的教學(xué)思想
化學(xué)反應(yīng)工程是一門綜合性非常強的課程，并且與工程實踐緊密相聯(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，重點和難點則應(yīng)放在分析與解決實際問題的方法論上。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)計與分析的基本方法，同時也注重讓學(xué)生了解這些知識如何指導(dǎo)工程實際。在教學(xué)過程中強調(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)工程的基本觀點和工程思維方法，培養(yǎng)學(xué)生分析工程問題的實際能力，運用以“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，解決工程實踐問題。在教學(xué)過后中堅持“方法論”的教育理念與工程意識相結(jié)合的教學(xué)思想。
二、教學(xué)方法的改革
教學(xué)是一門藝術(shù)，屬于雙向行為。教學(xué)的主體對象是學(xué)生，學(xué)生應(yīng)積極參與、發(fā)揮主體能動性并將知識內(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、夠用和會用”的教學(xué)原則，通過“預(yù)習(xí)一聽課一提問一討論”的教學(xué)模式[3]，采用啟發(fā)式、提問式、互動式、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，課堂上隨時觀察學(xué)生表情，注重彰顯學(xué)生的主體地位和個性發(fā)展。課后主動了解學(xué)生聽課效果和學(xué)習(xí)難點，及時調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。對于學(xué)生普遍反映“課堂能聽懂，聽后難做題”等現(xiàn)象，適當(dāng)安排習(xí)題課。對學(xué)生作業(yè)中存在問題進(jìn)行重點講解，歸納解題思路和方法，鞏固學(xué)生所學(xué)理論知識。師生通過教學(xué)過程的雙向互動，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)模型方法或簡化反應(yīng)過程，若采用傳統(tǒng)的板書教學(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)生感覺這門課程枯燥無味，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，滿足教學(xué)手段改革的需求，通過多年的教學(xué)實踐總結(jié)，在化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)過程中，既要積極開發(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)過程中，采用集文字、實物照片、動畫于一體的多媒體課件，利用動畫效果把抽象概念形象化，動態(tài)地展示設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作原理、物料流動情況，使教學(xué)內(nèi)容更直觀、生動，提高學(xué)生興趣，降低教學(xué)難度。與傳統(tǒng)的板書教學(xué)手段相比，多媒體教學(xué)手段的優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)“動態(tài)的問題形象化”，“微觀的問題宏觀化”，“抽象的問題具體化”，“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。通過幾年的教學(xué)實踐，針對傳統(tǒng)考試中所出現(xiàn)的種種問題，采用課內(nèi)考試和課外設(shè)計相結(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)中加強了實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本課程主要采用撰寫課程小論文、 開展小型反應(yīng)器的設(shè)計型或操作型問題的訓(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。
五、課堂教學(xué)與實踐相結(jié)合
化學(xué)反應(yīng)工程是實踐性非常強的課程，首先，課堂教學(xué)與專業(yè)實驗相結(jié)合。注重從理論到實踐，再到理論的過程，鍛煉學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新能力[6]。在教學(xué)過程中我們充分認(rèn)識到化學(xué)反應(yīng)工程與化工專業(yè)實驗的統(tǒng)一性，掌握好理論知識能指導(dǎo)實踐，而科學(xué)實踐能幫助我們更好地認(rèn)識、理解、掌握理論知識，將感性認(rèn)識上升為理性認(rèn)識后，再運用到實踐中去。其次，在教學(xué)過程中與化工實習(xí)、生產(chǎn)實踐相結(jié)合。該課程主要以工業(yè)反應(yīng)過程及反應(yīng)器設(shè)備為研究對象，以達(dá)到反應(yīng)器的開發(fā)、設(shè)計和放大以及優(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)實習(xí)基地，安排學(xué)生進(jìn)廠實習(xí)，了解化工生產(chǎn)中所用到的各類反應(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)生對各類反應(yīng)過程及所涉及的設(shè)備有了感性認(rèn)識，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)是理論和實踐間的橋梁，實現(xiàn)了理論知識與創(chuàng)造能力的有機結(jié)合，既是實踐教學(xué)手段，也是實踐教學(xué)內(nèi)容[7]。仿真技術(shù)在工程實踐教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)課堂教學(xué)與實驗教學(xué)的內(nèi)容和手段，對于學(xué)生實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合起到了重要作用。我們通過化工生產(chǎn)中具有代表性的大型合成氨裝置的過程模擬，將化工單元操作、化學(xué)反應(yīng)、過程控制、能源綜合利用等現(xiàn)代化工過程進(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
化學(xué)反應(yīng)工程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的核心課程，理論抽象，數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，實踐性和應(yīng)用性很強。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)的主觀能動性與學(xué)習(xí)效率。將理論教學(xué)與仿真教學(xué)、專業(yè)實驗和生產(chǎn)實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，加深了學(xué)生對理論知識的理解，提高了分析、解決工程問題的能力。結(jié)合時展需求，積極更新教育觀念，培養(yǎng)滿足化學(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）計算反應(yīng)工程
新世紀(jì)以來，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。這樣就為在反應(yīng)工程中有效計算機技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。在分子計算、大尺度集成、操作與過程的模擬、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，人們得以更加簡捷、有效的對化學(xué)反應(yīng)過程全面、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)用計算機技術(shù)可大大改善研究效果。在工業(yè)石油的催、裂化中，人們通過對重質(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，工程試驗的針對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、對實際設(shè)備完成各處的顆粒分布。然后，以此作為初始及邊界進(jìn)行運算、進(jìn)行細(xì)化。該過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，試驗人員能夠據(jù)此更精準(zhǔn)對反應(yīng)器進(jìn)行放大和設(shè)計優(yōu)化。
（二）向分子反應(yīng)工程的轉(zhuǎn)化
技術(shù)及計算技術(shù)在不斷提高著，使得人們對反應(yīng)過程的認(rèn)識逐漸深化?；瘜W(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。同時，該方法論能夠?qū)⑵渑c過程強化論有機聯(lián)系起來，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。
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：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)模上實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)過程，以期最有效地把原料轉(zhuǎn)化為盡可能多的目標(biāo)產(chǎn)品，爭取實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，滿足國民經(jīng)濟(jì)需要的一門學(xué)科。它的研究對象為工業(yè)反應(yīng)過程，研究過程速率及其變化規(guī)律、傳遞規(guī)律及其對化學(xué)反應(yīng)的影響。其研究方法是結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，通過模型化方法解決反應(yīng)器的開發(fā)放大、結(jié)構(gòu)選型、尺寸設(shè)計、操作優(yōu)化等實際問題[1，2]?；瘜W(xué)反應(yīng)工程實驗內(nèi)容包括反應(yīng)動力學(xué)測定、反應(yīng)器流動狀態(tài)測定等實驗。采用真實實驗裝置進(jìn)行實驗，存在實驗時間較長，實驗參數(shù)不易確定，生成物檢測困難等問題，而且一般同種設(shè)備只有一套，數(shù)個學(xué)生共同操作一個實驗，不能進(jìn)行充分的鍛煉。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，利用輔助軟件進(jìn)行教學(xué)以越來越顯示出其優(yōu)越性[3，4，5]。在化學(xué)反應(yīng)工程這門課程中，可以采用化工虛擬仿真實驗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、化工虛擬仿真實驗軟件
虛擬仿真實驗是實驗教學(xué)的重要補充，具有直觀性、系統(tǒng)性、綜合性、安全性、經(jīng)濟(jì)性的特點，能給學(xué)生提供全面的技能訓(xùn)練，獲取完善的知識體系、完備的綜合能力。
在真實的實驗當(dāng)中由于受教學(xué)資金的限制，實驗設(shè)備臺套數(shù)不足或設(shè)備陳舊，學(xué)生實驗難以充分開展。而虛擬仿真實驗可以快速擴(kuò)容、更新升級。在真實實驗平臺中，部分按照人才培養(yǎng)計劃要求必須開展的實驗項目由于高危險、高成本、高消耗及高污染等問題無法開展。采用虛擬仿真軟件，可以節(jié)約實驗成本，以安全環(huán)保的形式強化實踐訓(xùn)練。
傳統(tǒng)的實驗預(yù)習(xí)方法陳舊不能調(diào)動學(xué)生的積極性，用虛擬仿真實驗考核來代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗的預(yù)習(xí)，讓學(xué)生自主通過虛擬實驗知識學(xué)習(xí)系統(tǒng)，完成對重要知識點的學(xué)習(xí)；同時在仿真軟件中練習(xí)操作，操作過程中后臺會對操作結(jié)果自動評分，學(xué)生完成操作后可以提交虛擬實驗仿真報告，從而大大提高預(yù)習(xí)效果。
反應(yīng)過程要受到溫度、壓力、流動狀況等多種因素的影響，且各因素之間具有很強的耦合性。在實際實驗中，通過改變參數(shù)實現(xiàn)反應(yīng)過程的最優(yōu)化，要耗費大量的人力物力。而通過虛擬實驗，可以快速改變參數(shù)，獲得實驗結(jié)果，探索反應(yīng)過程的規(guī)律。把虛擬實驗結(jié)果帶到實際實驗中加以驗證。通過虛實結(jié)合，能有效提高真實實驗效率和結(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)器返混的測定、填料塔液相軸向混合實驗、氣固催化固定床實驗、反應(yīng)精餾制乙酸乙酯、煤制油、甲醇合成七套反應(yīng)工程類的虛擬仿真實驗項目。通過虛擬仿真練習(xí)，開拓了學(xué)生的視野，提升了知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了綜合設(shè)計和創(chuàng)新能力。
二、Aspen軟件
Aspen是一個通用的流程模擬軟件，采用模塊化的建模方式，可以對化工生產(chǎn)中反應(yīng)、混合、分離、換熱、流體輸入等單元操作進(jìn)行模擬計算。在反應(yīng)模塊，有7個內(nèi)置的反應(yīng)器模型，其中生產(chǎn)能力類反應(yīng)器2種（Rstoic、RYield）、熱力學(xué)平衡類反應(yīng)器2種（REquil、RGibbs）和化學(xué)動力學(xué)類反應(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。動力學(xué)模型包括內(nèi)置的冪次定律、LHHW（Langmuir-Hinschelwood-Hougen-Watson）動力學(xué)或用戶自定義的動力學(xué)。自定義的動力學(xué)可以用Fortran子程序或者excel工作表格定義。通過這些模塊可以計算質(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)動力學(xué)、反應(yīng)器尺寸中的部分信息。
學(xué)生可以通過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。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)值求解問題，使得反應(yīng)過程盡可能的形象化，有助于學(xué)生對反應(yīng)過程的理解并激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。
三、結(jié)論
1.化學(xué)反應(yīng)工程是一門理論和實踐性均非常強的學(xué)科，采用虛擬仿真實驗軟件進(jìn)行輔助實驗教學(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，并獲取完善的知識體系和完備的綜合能力。
2.Aspen軟件是綜合性強的系統(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)值求解問題，加深了學(xué)生對反應(yīng)工程的理解。
參考文獻(xiàn)：
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工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，對于工業(yè)生產(chǎn)也提出了更高的要求。然而，當(dāng)前我國工業(yè)發(fā)展面臨著資源價格飛漲，環(huán)境污染日益嚴(yán)峻的情況，這也使得全社會對于工業(yè)生產(chǎn)越來越關(guān)注。怎樣有效的處理好工業(yè)污染物，防止其對環(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)者都在研究的問題。綠色化學(xué)工程是在社會迫切需要的情況下誕生的新型項目，這個項目的目標(biāo)是：對日?；瘜W(xué)生產(chǎn)當(dāng)中的一些資源浪費及環(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)過程中的資源浪費得到很大的改善。
一、綠色化學(xué)工業(yè)的概念
綠色化學(xué)又被稱為無污染化學(xué)，以此為理念而開發(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，人們對環(huán)境造成的破壞促使了對綠色化學(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)境下對自然的破壞。從根本上來說，綠色化學(xué)是預(yù)防環(huán)境污染；而環(huán)境化學(xué)則是對污染后的環(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別的。
目前，對綠色化學(xué)進(jìn)行研究的重要發(fā)現(xiàn)和實踐活動為綠色化工技術(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)行工作時不會產(chǎn)生污染物，達(dá)到對化學(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，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，還是可以逐漸實現(xiàn)此種設(shè)想的。
二、綠色化學(xué)工程與工藝的開發(fā)
在傳統(tǒng)化學(xué)的生產(chǎn)過程中，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)工藝一直處于被動生產(chǎn)。應(yīng)用這樣的化學(xué)工藝對污染物進(jìn)行處理無法取得理想的效果，資源優(yōu)化也無法得到有效實現(xiàn)?；瘜W(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)用可有效彌補傳統(tǒng)化學(xué)工程中存在的缺陷，其通過對相關(guān)科學(xué)技術(shù)及先進(jìn)方法的利用，對化工生產(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家不可再生能源的消耗，同時還導(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)過程中，可使用綠色化學(xué)物質(zhì)、自然物質(zhì)等無染污、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)過程中，可使其轉(zhuǎn)化為酮、醇、酸類等多種化學(xué)品。在整個轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中，這些原料僅會產(chǎn)生一定量的氫氣，而不會有任何一種有害、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)才能得以實現(xiàn)。在化工生產(chǎn)過程中，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、時間、特點等均會對化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生不同程度的影響。在化學(xué)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最為普遍的反應(yīng)形式為氧化反應(yīng)。在氧化反應(yīng)過程中會有大量的熱產(chǎn)生，所有化學(xué)原料均會在熱的催化作用下發(fā)生變質(zhì)，因此會大大降低化學(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，同時還可有效促進(jìn)生產(chǎn)物同分異構(gòu)反應(yīng)時間增加。
（三）使用無毒無害催化原料
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)過程中均離不開催化劑的使用。將催化劑應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)過程中，可有效加快反應(yīng)速度，縮短法寧時間。所以，在化工生產(chǎn)過程中使用無毒無害的催化原料成為推動綠色化學(xué)工程與工藝不斷深入發(fā)展的重要前提條件之一。目前，我國相關(guān)部門已經(jīng)高度重視對催化原料的選擇及應(yīng)用進(jìn)行深入研究。越來越多的催化劑得到開發(fā)和研制，化學(xué)反應(yīng)過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)過程中的應(yīng)用越來越廣泛。無毒無害催化原料的應(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)代社會的發(fā)展，而且有助于環(huán)境友好型社會的構(gòu)建。當(dāng)前世界面臨著資源和能源的短缺，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不能以犧牲環(huán)境為代價，這就需要化學(xué)工程與化學(xué)工藝共同發(fā)展，滿足我國資源節(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，積極開發(fā)新能源，走環(huán)境友好型道路。
參考文獻(xiàn)
中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）16-0159-02
化學(xué)反應(yīng)工程課程是一門涉及物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理、優(yōu)化與控制等知識領(lǐng)域，內(nèi)容新穎而難點較多的專業(yè)基礎(chǔ)課，是理論性、綜合性和工程性都很強的課程，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的核心課程。該課程對于培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，提高學(xué)生分析、解決實際工程問題的綜合能力具有十分重要的作用?；瘜W(xué)反應(yīng)工程的研究對象是工業(yè)反應(yīng)過程，其基本內(nèi)容包括反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)器設(shè)計與分析兩大部分。工業(yè)反應(yīng)過程中的動力學(xué)不僅包含反應(yīng)的本征動力學(xué)，還涉及工業(yè)反應(yīng)過程中的流動、傳熱及傳質(zhì)；反應(yīng)器設(shè)計與分析，不僅要進(jìn)行反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計、反應(yīng)體積計算，還要根據(jù)工藝過程的特點和工程實際情況，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程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。由此看來，該課程的內(nèi)容涉及多門學(xué)科、交叉性強。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，還要潛移默化地強化學(xué)生的工程意識、安全意識以及經(jīng)濟(jì)意識，提高學(xué)生分析問題和解決問題的綜合能力，使學(xué)生畢業(yè)后能夠?qū)W以致用，更好地適應(yīng)社會需要，成為高素質(zhì)的化工技術(shù)人才。
一、工程意識的強化
作為一門工程性很強的課程，讓學(xué)生建立起工程觀念和掌握解決工程問題的方法顯得尤為重要。作為教師，在課堂教學(xué)過程中，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)所涉及的工程實際問題，給學(xué)生以啟迪和引導(dǎo)，強化學(xué)生的工程實踐意識?；み^程的工程性尤其表現(xiàn)在實際問題上，往往涉及多種工程因素，各種因素之間存在著交互影響。在處理問題時常采取合理的近似，抓住主要矛盾，揭示過程的基本規(guī)律，以指導(dǎo)解決工程問題。例如，氣固相催化反應(yīng)過程的宏觀反應(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)散有效因子來反映催化劑顆粒內(nèi)傳遞過程對反應(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)，對球型或無限長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)計指明方向。工程問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)雜的實際問題。例如，對連續(xù)流動反應(yīng)器的設(shè)計計算，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，對模型方程進(jìn)行求解計算。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)。要計算非理想流動反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率及收率，應(yīng)該依據(jù)反應(yīng)器的停留時間分布，采用對理想流動模型進(jìn)行修正，或者是將理想流動模型與滯留區(qū)、溝流、短路等作不同組合的方法，建立適宜的流動模型，然后進(jìn)行求解計算。由理想流動模型到非理想流動模型設(shè)計計算的轉(zhuǎn)變，學(xué)生往往不易接受和掌握，這是在授課過程中尤其要強調(diào)的。對工業(yè)反應(yīng)過程進(jìn)行研究，要注重將對過程中本征化學(xué)反應(yīng)的研究以及對過程中諸如返混、傳質(zhì)、傳熱等物理過程的研究相結(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)計及操作。例如，對于中間產(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，因此返混對該連串反應(yīng)是不利的。采用連續(xù)操作時，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釜式反應(yīng)器串聯(lián)；在加料方式上，分段或分批加料會使反應(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)通過教學(xué)過程中多個類似事例的分析總結(jié)，逐步強化學(xué)生的工程意識，提高綜合分析能力。
二、安全意識的強化
化工生產(chǎn)一般都具有易燃、易爆、易中毒等特點，大型化工企業(yè)生產(chǎn)過程多具有工藝復(fù)雜、連續(xù)性強、安全隱患多的特點，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)的全過程，從項目的設(shè)計、施工、安裝到竣工驗收、試運轉(zhuǎn)、投入生產(chǎn)，各個環(huán)節(jié)都應(yīng)以安全為前提。在課堂教學(xué)過程中，要強化安全意識，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)計計算、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，尤其要強調(diào)安全的重要性，一個設(shè)計合理的反應(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)，會引起爆炸。另外，在實際工業(yè)過程中，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，如果在參數(shù)敏感區(qū)域操作，微小的波動就可能導(dǎo)致“熱點”溫度發(fā)生很大的變化，甚至造成飛溫和事故。對于具有強放熱深度氧化副反應(yīng)的有機物催化氧化反應(yīng)，這一點必須重視[1]。因此，在反應(yīng)器設(shè)計及操作中，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)安全的大問題。在講授反應(yīng)器熱穩(wěn)定性內(nèi)容時，涉及到著火點與熄火點，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析著火與熄火現(xiàn)象對反應(yīng)器操作控制的重要性，特別是開停工的時候尤其應(yīng)該重視。例如，在熄火點附近操作時，操作條件稍有波動，則易產(chǎn)生降溫以致溫度過低，會造成反應(yīng)速率降低甚至終止反應(yīng)。操作溫度若是在著火點附近，進(jìn)料溫度稍有改變，便會產(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)生的安全意識尤為重要。
三、經(jīng)濟(jì)意識的強化
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、財力等就會有相當(dāng)大的差別。因此，要對化工過程進(jìn)行優(yōu)化，即在滿足安全（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)器的操作狀況對化工生產(chǎn)過程的技術(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)計的主要任務(wù)就是根據(jù)工藝過程的特點，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，對學(xué)生進(jìn)行經(jīng)濟(jì)意識的強化是很有必要的。在工藝條件的確定方面所涉及到的基礎(chǔ)知識，學(xué)生一般都學(xué)過，關(guān)鍵是不知何時用或者如何應(yīng)用，不會綜合分析，這就需要教師多用事例進(jìn)行分析說明，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)壓力影響工藝過程的動力消耗以及設(shè)備投資，最佳操作壓力的大小與工藝過程的特點、催化劑的活性溫度等有關(guān)。①從能耗上看：壓力大小將影響原料氣壓縮功、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看：對于體積減小、可逆放熱的氣固相催化反應(yīng)，壓力升高，對平衡有利，溫度升高對平衡不利。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)來達(dá)到較高出口轉(zhuǎn)化率的要求。此時，其后續(xù)分離過程、循環(huán)過程有可能簡化，以降低設(shè)備費用及操作成本。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)的原則來確定。又比如，對氣固相催化反應(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，對于體積流速一定的氣體通過床層時的壓力增大，從而增加過程的動力消耗。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，更應(yīng)該通過對具體事例的分析，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識工程問題的特點，掌握將基礎(chǔ)理論應(yīng)用于解決實際工程問題的方法；使學(xué)生意識到工藝過程的設(shè)計計算、操作條件的確立要以安全生產(chǎn)為前提；要學(xué)會按著工藝過程的特點進(jìn)行綜合分析，以確定工藝過程的技術(shù)指標(biāo)，使工藝過程更加經(jīng)濟(jì)可行。總之，要強化學(xué)生的工程意識、安全意識以及經(jīng)濟(jì)意識，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的綜合能力，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，它是將理論應(yīng)用于實踐的一個過程?，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)為動力，但是燃燒化石燃料不僅使得不可再生資源的減少，更對自然環(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，面對化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，及時地做出科學(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)過程中會產(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便利的同時，也帶來了大量的生活垃圾，由于很多生活垃圾都是高分子化學(xué)材料，處理起來非常困難，如果將它們直接采取填埋的方式處理，將很長時間難以降解，這會對土壤造成嚴(yán)重的污染?；どa(chǎn)過程中不僅會對當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、水源造成污染，而且對空氣也會有很嚴(yán)重的影響?；ば袠I(yè)主要以燃燒化石燃料為主。燃燒化石燃料會生成大量的二氧化碳、二氧化硫和固態(tài)顆粒物，不僅會造成溫室效應(yīng)加劇的后果，還會形成霧霾、酸雨等惡劣現(xiàn)象，給人們經(jīng)濟(jì)和健康帶來巨大的損失。
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)無法最大限度地滿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)用在實際生產(chǎn)過程中，因此在具體工藝中會遇到很多問題。例如化學(xué)反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化率太低，化工生產(chǎn)過程中連續(xù)性較低等。這些問題都可能導(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)過程中效率比較低的一個重要原因。
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
每一個化工工藝都是化學(xué)反應(yīng)的放大過程，但是又要比簡單的化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜得多。就像化學(xué)反應(yīng)的各個參數(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)。而每一個化學(xué)反應(yīng)都會有其最佳的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等參數(shù)，同理，化工生產(chǎn)過程中的最佳反應(yīng)條件決定著化工生產(chǎn)過程中的質(zhì)量。因此，要想實現(xiàn)提高化工生產(chǎn)過程效率的目的，也應(yīng)該最大限度地創(chuàng)造一個最佳的化工反應(yīng)環(huán)境，同時應(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。通過調(diào)整化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)參數(shù)和條件可以實現(xiàn)對化工生產(chǎn)過程中效率的改進(jìn)。而化工工藝要想實現(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，化工生產(chǎn)工藝走向綠色安全是大勢所趨，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)過程中會產(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)過程中的廢料時應(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來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，將其對環(huán)境和人類的危害降到最低。
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)面臨很多的問題，而且大量燃燒化石燃料也會對自然環(huán)境和我們?nèi)祟惖慕】祹砭薮笥绊?，因此尋求別的能源來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)的長久穩(wěn)定發(fā)展，也避免了傳統(tǒng)化工行業(yè)對人類和自然環(huán)境帶來的惡劣影響。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
通過對我國當(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)過程中還存在很多的問題正待我們?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，這是考驗人類生存和自然環(huán)境共同長久發(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，對傳統(tǒng)化工工藝中存在的問題進(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)定的推動社會建設(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，它是將理論應(yīng)用于實踐的一個過程。現(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)為動力，但是燃燒化石燃料不僅使得不可再生資源的減少，更對自然環(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，面對化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，及時地做出科學(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)過程中會產(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便利的同時，也帶來了大量的生活垃圾，由于很多生活垃圾都是高分子化學(xué)材料，處理起來非常困難，如果將它們直接采取填埋的方式處理，將很長時間難以降解，這會對土壤造成嚴(yán)重的污染?；どa(chǎn)過程中不僅會對當(dāng)?shù)氐耐临|(zhì)、水源造成污染，而且對空氣也會有很嚴(yán)重的影響?；ば袠I(yè)主要以燃燒化石燃料為主。燃燒化石燃料會生成大量的二氧化碳、二氧化硫和固態(tài)顆粒物，不僅會造成溫室效應(yīng)加劇的后果，還會形成霧霾、酸雨等惡劣現(xiàn)象，給人們經(jīng)濟(jì)和健康帶來巨大的損失。
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)無法最大限度地滿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)用在實際生產(chǎn)過程中，因此在具體工藝中會遇到很多問題。例如化學(xué)反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化率太低，化工生產(chǎn)過程中連續(xù)性較低等。這些問題都可能導(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)過程中效率比較低的一個重要原因。
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
每一個化工工藝都是化學(xué)反應(yīng)的放大過程，但是又要比簡單的化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜得多。就像化學(xué)反應(yīng)的各個參數(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)。而每一個化學(xué)反應(yīng)都會有其最佳的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等參數(shù)，同理，化工生產(chǎn)過程中的最佳反應(yīng)條件決定著化工生產(chǎn)過程中的質(zhì)量。因此，要想實現(xiàn)提高化工生產(chǎn)過程效率的目的，也應(yīng)該最大限度地創(chuàng)造一個最佳的化工反應(yīng)環(huán)境，同時應(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。通過調(diào)整化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)參數(shù)和條件可以實現(xiàn)對化工生產(chǎn)過程中效率的改進(jìn)。而化工工藝要想實現(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，化工生產(chǎn)工藝走向綠色安全是大勢所趨，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)過程中會產(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)過程中的廢料時應(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來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，將其對環(huán)境和人類的危害降到最低。
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)面臨很多的問題，而且大量燃燒化石燃料也會對自然環(huán)境和我們?nèi)祟惖慕】祹砭薮笥绊?，因此尋求別的能源來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)的長久穩(wěn)定發(fā)展，也避免了傳統(tǒng)化工行業(yè)對人類和自然環(huán)境帶來的惡劣影響。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
通過對我國當(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)過程中還存在很多的問題正待我們?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，這是考驗人類生存和自然環(huán)境共同長久發(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，對傳統(tǒng)化工工藝中存在的問題進(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)定的推動社會建設(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.
