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高等反应工程课程的分析思考
编辑:admin   时间:2018-06-26 15:05

高等反应工程课程拓宽了学生在反应工程的知识深度,加深对基本原理和数学模型方法的理解,提高运用反应工程基本原理解决学术问题,以及反应装置设计、使用中遇到的实际问题的能力,并建立系统的理论体系。
1 学习本课程目的意义
高等反应工程课程主要以石油加工、基本有机化工、合成氨生产中的催化反应过程为背景,重点讨论石油加工过程中的多重反应体系动力学、催化剂失活反应动力学、催化反应器设计概论、气- 固相多段绝热和连续换热式反应器、径向流动气-固相反应器、气- 液- 固三相反应及反应器,并介绍催化反应过程的最新进展[1]。高等反应工程最终的目的是让学生将所学知识汇集在一起应用到反应器的研究开发设计方面。高等反应工程对生产工艺流程和反应设备的设计起着至关重要的作用,该书着重于理论原理的系统性。导师安排我们学习这门课,是经过深思熟虑的,也是之前各位师兄师姐的经验。虽然高等反应工程的课时相对较短,但是经过老师的课内外教导之后,我们都受益匪浅,我们现在做的化工实验,好多用到了反应工程的知识,特别是针对反应器的基础理论设计研究。我感到非常的高兴,受益很多, 因为可以学以致用,知道了如何去分析问题, 可以很好地针对实验中遇到的问题。对临近毕业的我们,学习这样一门很重要的课程,既让我们掌握基础理论,学到真正有意义,有用处的东西,同时又具备一定的工程分析水平来丰富我们的知识库和开阔眼界。
2 高等反应工程课程的特点
2.1 理论精炼明了,内容突出
研究生该课程是在学习了高等数学、物理化学、化工原理等专业主干课基础上开设的。与本科课程多有不同,进一步对知识拓展和提高,采用由浅入深、举一反三的模式。在这一门课程刚开始阶段,为了培养我们的创新知识和兴趣,导师首先就将本门课程所涉及的主要目的告诉大家,调动大家的积极性和主动性,使我们有目的、有计划地去学习这门课程。课上通过叙述复杂化学反应体系的定量表征方法,让我们掌握基本反应的原理和高等反应工程的理论,从化学反应热力学、动力学开始认识反应过程规律,结合章节中所学知识及实验研究方法,在正式实验之前,采用PDCA 循环,按照计划、实施、检查、处理的顺序,形成对有个系统全面的认识,为正式实验打下基础。从而确定反应过程的工艺条件和设计反应器的依据。将反应动力学的理论知识、实验方法、实验设备、实验规划和数据处理统一讲解,不但使没有学过这门课程的学生不感到课程内容难以理解,也使学过的学生有新的体会。
2.2 课堂讨论与实际结合
高等反应工程是以无机化工、有机化工、煤化工和石油化工生产中的化学加工过程为背景用自然科学的原理考察、解释和处理工程实践问题,是一门实践性很强的学科,涉及的工程问题多,理论抽象复杂[2]。为调动学生的积极性,导师根据课程的实际内容,每章挤出一节课时间集中讨论,课前结合主要知识点布置一定量的思考题,使学生熟练掌握通过各种参考文献和书籍进行查阅。每次安排学生重点发言,每名学生在本课程学习中至少轮到三次。通过课堂上学生间的自由讨论、争论,由此从不同的角度看问题,使我们掌握基本理论,综合大家的各种意见和看法,使我们有更透彻的理解。此外,在每一次课堂讨论后,指导老师会根据本次论讨结果,合理的分析学生的不足和大家的意见,进行总结评述。下一次课堂讨论开始之前,老师指导学生对上一次讨论进行回顾和归纳,巧妙地将本课程的知识串联起来, 从而比较灵活地运用所学知识解决实际问题。真正的做到我们研究生课程学习不仅是掌握基础理论和专门知识,更是研究生追求知识向追求能力的转变[3]。虽然我们的课堂远离工厂, 但是导师会在课堂上会给我们列举大量实例,并通过将工业基础设施拍摄下来制作成多媒体与相应的课堂教学内容结合,让大家对工业反应器有一个感性的认识,这对我们了解工业设备的帮助很大。
3 案例教学-油脂催化裂化
由于化学反应实验装置与生产装置的不相似性, 数学模型和模拟方法就已成为反应过程研究与开发、设计、放大及优化的主要工具[4]。高等反应工程课程的后期主要的难点是反应器数学模型的建立与求解,在讲解数学模型中,指导老师不厌其烦的讲解数学模型对后期实验开展的重要性。针对我们数学基础薄弱的问题,指导老师强调我们从简单到复杂,着重掌握质量、能量及动量衡算方程。目前,对于学生而言面临的问题是将现有的模型恰当的应用到实际化工过程。因此,导师尽可能的联系实际工业生产装置,让我们讨论工业生产条件和范围,以便于掌握模拟分析的结果。将所学知识融汇到反应设计中,通过对一些工业反应器的设计方程进行推导,设计小型反应器进行工艺试验。课堂上通过植物油热裂解反应得到液态烃燃料探讨催化裂解反应的工艺条件,所得结果用简图表达,设计实验微型反应装置图1。我们将称量好的油脂M1 和催化剂M2 按50:1 的比例由加料装置(3),加入反应装置(1),混合均匀,调节反应温度和控制反应时间。最后裂解所得的混合产物经冷凝装置(4) 冷凝,收集液体产物(5)。反应结束后分别称重液体产物M3和反应器中残余物重M4。计算油脂转化率:ω1=(M1+M2-M4)/W1 ×100%,液体产物收率:ω2=M3/M1 ×100%。

1.反应装置 2.温度探头 3.加料装置 4.冷凝装置 5.收集装置
图1
4 结语
通过学习这门课程,我们掌握了较为完整的反应工程基础理论的知识体系。采用案例分析激发我们独立完成催化反应。课程紧密联系于工业生产实际和科学研究成果,很好的锻炼了我们应用理论分析、思考、解决问题的创新能力。


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