黑龙江自考化学工程独本化学反应工程考试大纲.docx

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黑龙江自考化学工程独本化学反应工程考试大纲

黑龙江省高等教育自学考试

化学工程（081203）专业（独立本科段）

化学反应工程考试大纲

（课程代码5044）

黑龙江省高等教育自学考试委员会办公室

二○○九年十月

化学反应工程考试大纲

适用专业：

化学工程（独立本科段）

学时：

64

一、课程的性质、目的和任务

本门课程为化学工程专业的主干课，是密切结合反应过程工艺实际的专业理论课。

化学反应工程是一门研究化学反应的工程的学科。

它的基本任务是：

通过化学反应中的动力学规律和传递的过程的研究，提出化学反应器的最佳设计方案，从而将一个化学反应最经济，最合理地在工业上得以实现。

通过本门课程的学习，培养学生对各种反应过程工程分析和反应系统设计的能力。

二、课程的基本要求

1正确理解和掌握化学动力学基本理论，分析各种外界因素对化学反应速率的影响。

2掌握多相催化反应动力学的基本概念及不同控制步骤表面过程动力学规律，多相催化中的传递特性。

3运用化学工程有关流体流动，质量传递和能量传递的基本理论分析在化学反应器中所发生的各种物理过程及其对化学反应速率的影响。

4了解化学反应工程的实验方法，学会由动力学实验数据确定化学反应速率方程式。

5掌握停留时间分布理论及几种典型的反应器流动模型。

6掌握各类设计的计算方法，进行反应器的工艺设计。

化反应工程学是涉及到化学热力学，化学动力学，流体力学，传递过程等各主方面知识的综合性课程。

另外反应器设计中要求建立数学模型和进行数学计算。

所以在学习中要掌握和应用必要的高等数学知识和电子计算机技术。

三、课程内容和考核目标

第一章绪论（6学时）

（一）学习目标

了解化学反应工程的研究内容，化学反应的转化率和收率等基本概念，以及化学反应器的类型，化学反应器的操作方式，反应器设计的基本方程和工业反应器的放大等。

（二）课程内容

第一节化学反应工程（1学时）

第二节化学反应的转化率和收率（1学时）

1.反应进度

2.转化率

3.收率与选择性

第三节化学反应器的类型（1学时）

第四节化学反应器的操作方式（1学时）

第五节反应器设计的基本方程（1学时）

第六节工业反应器的放大（1学时）

（三）考核知识点

1.化学反应收率、得率、选择性、转化率、反应进度、反应级数、膨胀因子、传递现象、三传一反、关键组分、单程转化率、瞬时选择性、传递现象等基本概念；

2.反应动力学的主要研究内容；

3.化学反应工程的主要研究对象；

4.化学反应按反应物系的相态分类；

5.工业反应器的三种操作方式；

6.反应器设计最基本的内容；

7.反应器设计的基本方程有哪三类；

8.数学模型法的核心。

（四）考核要求

1.识记

（1）化学反应收率、得率、选择性、转化率、反应进度、反应级数、膨胀因子、传递现象、三传一反、关键组分、单程转化率、瞬时选择性、传递现象等基本概念

（2）反应动力学的主要研究内容

（3）化学反应工程的主要研究对象

2.领会

（1）化学反应按反应物系的相态分类

（2）工业反应器的三种操作方式

3.简单应用

（1）反应器设计最基本的内容及基本方程

（2）数学模型法的核心

第二章反应动力学基础（13学时）

（一）学习目标

本章为全书内容的重点章节，需要熟练掌握一些基本概念，如：

空时、单一反应、复合反应、反应速度、反应速度常数等；了解并掌握影响化学反应速率最敏感因素；动力学参数的种类；催化剂的比表面积与载体的孔半径的关系；助催化剂的种类；催化剂载体的孔半径与扩散阻力的关系；动力学参数的种类；关于物理吸附和化学吸附的区别；化学反应速率方程建立步骤；理想的吸附模型的基本假定等。

（二）课程内容

第一节化学反应速率（1学时）

第二节反应速率方程（1学时）

1.反应进度

2.转化率

3.收率与选择性

第三节温度对反应速率的影响（1.5学时）

第四节复合反应（1.5学时）

1.反应组分的转化速率和生成速率

2.复合反应的基本类型

3.反应网络

第五节反应速率方程的变换与积分（1.5学时）

1.单一反应

2.复合反应

第六节多相催化与吸附（1.5学时）

1.多相催化作用

2.吸附与脱附

第七节多相催化反应动力学（2学时）

1.定态近似和速率控制步骤

2.多相催化反应速率方程

第八节动力学参数的确定（2学时）

1.积分法

2.微分法

第九节建立速率方程的步骤（1学时）

（三）考核知识点

1.空时、单一反应、复合反应、反应速度、反应速度常数、主催化剂、助催化剂、真实吸附、瞬时选择性、化学吸附、速率方程、物理吸附、动力学参数等基本概念；

2.动力学参数的种类；

3.催化剂的比表面积与载体的孔半径的关系；

4.助催化剂的种类；

5.催化剂载体的孔半径与扩散阻力的关系；

6.关于物理吸附和化学吸附的区别；

7.化学反应速率方程建立步骤；

8.理想的吸附模型的基本假定；

9.影响化学反应速率的因素及最敏感因素；

10.比反应速率及其意义；

11.分子被吸附的条件；

12.固体催化剂组成及两类助催化剂的作用；

13.吸附活化能、脱附活化能与覆盖率的关系；

14.速率方程的建立能否由理论直接导出；

15.对单一反应系统，反应原料配比一定时，反应速率与温度和各反应组分浓度的关系。

（四）考核要求

1.识记

（1）空时、单一反应、复合反应、反应速度、反应速度常数、主催化剂、助催化剂、真实吸附、瞬时选择性、化学吸附、速率方程、物理吸附、动力学参数等基本概念

（2）动力学参数的种类及助催化剂的种类

（3）化学反应速率方程建立步骤

（4）比反应速率及其意义

（5）固体催化剂组成及两类助催化剂的作用

2.领会

（1）催化剂的比表面积与载体的孔半径的关系

（2）催化剂载体的孔半径与扩散阻力的关系

（3）理想的吸附模型的基本假定

（4）分子被吸附的条件

3.简单应用

（1）关于物理吸附和化学吸附的区别

（2）吸附活化能、脱附活化能与覆盖率的关系

（3）影响化学反应速率的因素及最敏感因素

4.综合应用

（1）对单一反应系统，反应原料配比一定时，反应速率与温度和各反应组分浓度的关系

（2）化学反应速率方程的建立能否由理论直接导出

（3）有关化学反应器的计算

第三章釜式反应器（11学时）

（一）学习目标

本章要求熟悉反应时间、热稳定性、空速、空时等基本概念，重点掌握：

空速、空时与反应器的生产能力的关系；间歇反应器的特点；间歇反应器、连续釜式反应器分别所属体系；等温操作与变温操作效果的比较，全混流釜式反应器的热稳定性，稳定定态点的必要条件，以及不同条件下釜式反应器的计算。

（二）课程内容

第一节釜式反应器的物料衡算式（1学时）

第二节等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）（1.5学时）

1.反应时间及反应体积的计算

2.最优反应时间

第三节等温间歇釜式反应器的计算（复合反应）（1.5学时）

1.平行反应

2.连串反应

第四节连续釜式反应器的反应体积（1学时）

第五节连续釜式反应器的串联与并联（1.5学时）

1.概述

2.串联釜式反应器的计算

3.串联釜式反应器各釜的最佳反应体积比

第六节釜式反应器中复合反应的收率与选择性（1.5学时）

1.总收率与总选择性

2.平行反应

3.连串反应

第七节半间歇釜式反应器（1学时）

第八节变温间歇釜式反应器（1学时）

第九节连续釜式反应器的定态操作（1学时）

1.连续釜式反应器的热量衡算式

2.连续釜式反应器的定态

（三）考核知识点

1.反应时间、热稳定性、空速（体积、质量、液时）、空时、总收率、总选择性、平行反应、连串反应等基本概念；

2.空速、空时与反应器的生产能力的关系；

3.间歇反应器的特点；

4.间歇反应器、连续釜式反应器分别所属体系；

5.等温操作与变温操作效果的比较；

6.等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、复合反应）；

7.连续釜式反应器的反应体积的计算；

8.串联釜式反应器的计算及各釜的最佳反应体积比；

9.连续釜式反应器的定态操作；

10.釜式反应器中复合反应的收率与选择性。

（四）考核要求

1.识记

（1）反应时间、热稳定性、空速（体积、质量、液时）、空时、总收率、总选择性、平行反应、连串反应等基本概念；

（2）间歇反应器的特点

（3）间歇反应器、连续釜式反应器分别所属体系

2.领会

（1）空速、空时与反应器的生产能力的关系

（2）等温操作与变温操作效果的比较

（3）釜式反应器中复合反应的收率与选择性

3.简单应用

（1）等温连续串联的釜式反应器组，串联釜数与串联的釜式反应器组的总有效体积变化关系

（2）等温操作和变温操作的效果比较

（3）连续釜式反应器的定态操作

（4）全混流釜式反应器的热稳定性以及稳定定态点的必要条件

4.综合应用

（1）间歇反应器，反应物的浓度、反应产物的生成速率与反应时间的关系

（2）等温间歇釜式反应器的计算（单一反应、复合反应）

（3）连续釜式反应器的反应体积的计算

（4）串联釜式反应器的计算及各釜的最佳反应体积比

第四章管式反应器（9学时）

（一）学习目标

本章要求掌握活塞流模型假设、返混、混合、拟均相、活塞流反应器、平衡温度、最优温度、独立反应等基本概念及基本理论，能够熟练区分活塞流和全混流的异同，以及对不可逆或可逆反应，如何调和反应温度与反应速度的关系。

本章还要求熟练利用反应器方程进行设计计算。

（二）课程内容

第一节活塞流假设（1学时）

第二节等温管式反应器设计（2学时）

1.单一反应

2.多个反应

3.拟均相模型

第三节管式与釜式反应器反应体积的比较（1学时）

第四节循环反应器（1学时）

第五节变温管式反应器（2学时）

1.管式反应器的热量衡算式

2.绝热管式反应器

3.非绝热变温管式反应器

第六节管式反应器的最佳温度序列（2学时）

1.单一反应

2.复合反应

（三）考核知识点

1.返混、混合、拟均相、活塞流反应器、平衡温度、最优温度、独立反应等基本概念；

2.活塞流模型的特点；

3.管式反应器的主要操作形式；

4.活塞流假定的反应器与间歇反应器效果比较；

5.拟均相模型的假定条件；

6.在何种条件下应用循环反应器；

7.对变温管式反应器进行的计算建立衡算式时，反应系统的选择对间歇反应器与全混流釜式反应器的异同；

8.有关采用理想管式流动反应器所需体积等的计算；

9.利用拟均相的一维活塞流模型进行推导反应器物料参数的变化规律；

10.对绝热条件下的可逆放热反应，要使转化率、反应速度达到最大应在平衡温度还是最优温度下操作，其对应关系如何；

11.管式反应器中进行可逆放（吸）热反应时，其最佳操作温度序列变化情况。

（四）考核要求

1.识记

（1）返混、混合、拟均相、活塞流反应器、平衡温度、最优温度、独立反应、基元反应等基本概念

（2）活塞流模型的特点

（3）管式反应器的主要操作形式

（4）拟均相模型的假定条件

（5）对绝热条件下的可逆放热反应，要使转化率、反应速度达到最大应在平衡温度还是最优温度下操作，其对应关系如何

2.领会

（1）活塞流假定的反应器与间歇反应器效果比较

（2）在何种条件下应用循环反应器

（3）对变温管式反应器进行的计算建立衡算式时，反应系统的选择对间歇反应器与全混流釜式反应器的异同

（4）管式反应器中进行可逆放（吸）热反应时，其最佳操作温度序列变化情况

3.简单应用

（1）对液相二级反应，应用多个全混釜串联操作串联的釜数与所需的反应有效体积关系。

（2）设计多管并联反应器时，如何考察即能反映整个反应器工况

（3）设计多管并联反应器如何进行简化计算

4.综合应用

（1）有关采用理想管式流动反应器进行基元反应，所需体积等物理量的计算；

（2）利用拟均相的一维活塞流模型进行推导反应器物料参数的变化规律

第五章停留时间分布与反应器的流动模型（10学时）

（一）学习目标

本章要求熟练掌握停留时间、停留时间分布密度函数E（t）、停留时间分布函数、平均停留时间、方差、微观流体、宏观流体、非凝集态、宏观混合、完全凝集态、轴向扩散模型、空时、反应进度、反应时间、完全离析等基本理论及概念，理解方差与停留时间分布的关系，全混流釜式反应器的热稳定性，示踪剂的选择原则以及流体在反应器内的两种不同的停留时间分布等。

（二）课程内容

第一节停留时间分布（1学时）

1.概述

2.停留时间分布的定量描述

第二节停留时间分布的实验测定（1学时）

1.脉冲法

2.阶跃法

第三节停留时间分布的统计特征值（1学时）

第四节理想反应器的停留时间分布（1.5学时）

1.活塞流模型

2.全混流模型

第五节非理想流动现象（1学时）

第六节非理想流动模型（1.5学时）

1.离析流模型

2.多釜串联模型

3.轴向扩散模型

第七节非理想反应器的计算（1学时）

第八节流动反应器中流体的混合（1学时）

（三）考核知识点

1.停留时间、停留时间分布函数的定量描述、停留时间分布密度函数E（t）、平均停留时间、方差；

2.流体的分子扩散与湍流扩散；

3.微观流体、宏观流体、非凝集态、宏观混合、完全凝集态、轴向扩散模型、空时、反应进度、反应时间、完全离析等基本理论及定义；

4.理解方差与停留时间分布的关系；

5.示踪剂的选择原则；

6.流体在反应器内的两种不同的停留时间分布等；

7.利用多釜串联模型计算反应器

8.停留时间分布的统计特征值与系统内返混程度的关系

（四）考核要求

1.识记

（1）流体的分子扩散与湍流扩散

（2）停留时间分布的概述及定量描述

（3）停留时间分布实验的测定方法及其分类（根据示踪剂的不同）

（4）停留时间、停留时间分布密度函数E（t）、平均停留时间、方差等基本概念

（5）微观流体、宏观流体、非凝集态、宏观混合、完全凝集态、空时、反应进度、反应时间、完全离析等

（6）轴向扩散模型的内容

（7）停留时间分布的统计特征值

2.领会

（1）何谓停留时间分布不同

（2）流体在反应器内的两种不同的停留时间分布

（3）停留时间分布的统计特征值与系统内返混程度的关系

3.简单应用

（1）方差与停留时间分布的关系

（2）利用多釜串联模型计算反应器

第六章多相系统中的化学反应与传递现象（8学时）

（一）学习目标

本章要求掌握：

努森扩散、分子扩散（容积扩散）、催化剂的有效系数、催化剂的颗粒密度，真密度、堆积密度等基本概念；理解气固相催化反应的步骤以及起控制作用的步骤速度，气固相催化反应表面反应速率与内扩散速率之比和内扩散阻力关系，区分空隙率与孔容的不同等。

（二）课程内容

第一节多相催化反应过程步骤（1.5学时）

1.固体催化剂的宏观结构及性质

2.过程步骤

第二节流体与催化剂颗粒外表面间的传质与传热（1.5学时）

1.传递系数

2.流体与颗粒外表面间的浓度差和温度差

3.外扩散对多相催化反应的影响

第三节气体在多孔介质中的扩散（1学时）

1.孔扩散

2.多孔颗粒中的扩散

第四节多孔催化剂中的扩散与反应（1学时）

1.多孔催化剂内反应组分的浓度分布

2.内扩散有效因子

3.非一级反应的内扩散有效因子

4.内外扩散都有影响时的有效因子

第五节内扩散对复合反应选择性的影响（1学时）

第六节多相催化反应过程中扩散影响的判定（1学时）

1.外扩散影响的判定

2.内扩散影响的判定

第七节扩散干扰下的动力学假象（1学时）

（三）考核知识点

1.努森扩散、分子扩散（容积扩散）、催化剂的有效系数、催化剂的颗粒密度，真密度、堆积密度等基本概念；

2.气固相催化反应的步骤以及起控制作用的步骤速度；

3.气固相催化反应表面反应速率与内扩散速率之比和内扩散阻力关系；

4.固相催化反应与内扩散有效因子的关系；

5.梯尔模数的物理意义；

6.对气固相催化反应，梯尔模数与催化剂内扩散速度的关系；

7.催化剂的颗粒密度，真密度、堆积密度的比较；

8.内扩散与催化剂颗粒内浓度的关系；

9.对气固相催化反应，若为平行反应，主、副反应级数的大小与内扩散时反应选择性的关系；

10.区分空隙率与孔容的不同等。

（四）考核要求

1.识记

（1）努森扩散、分子扩散（容积扩散）、催化剂的有效系数、催化剂的颗粒密度，真密度、堆积密度等基本概念

（2）催化剂的有效系数表达的内容及其产生原因

（3）催化剂内扩散有效因子表达的意义

（4）梯尔模数的物理意义

（5）催化剂的颗粒密度，真密度、堆积密度的比较

（6）区分空隙率与孔容的不同

2.领会

（1）气固相催化反应的步骤以及起控制作用的步骤速度

（2）固相催化反应与内扩散有效因子的关系

（3）对气固相催化反应，梯尔模数与催化剂内扩散速度的关系

3.简单应用

（1）内扩散与催化剂颗粒内浓度的关系

（2）气固相催化反应表面反应速率与内扩散速率之比和内扩散阻力关系

4.综合应用

（1）对气固相催化反应，若为平行反应，主、副反应级数的大小与内扩散时反应选择性的关系

（2）如何判定催化剂是否消除了内扩散阻力影响

第七章多相催化反应器的设计与分析（8学时）

（一）学习目标

本章内容主要包括：

固定床内的传递现象，固定床反应器的数学模型，绝热式固定床反应器，换热式固定床反应器，自热式固定床反应器，参数敏感性，流化床反应器以及实验室所用的反应器等，只作一般性了解，不在考试要求范围。

（二）课程内容

第一节固定床内的传递现象（1学时）

1.固定床内的流体流动

2.质量和热量的轴向扩散

3.径向传质与传热

第二节固定床反应器的数学模型（0.5学时）

第三节绝热式固定床反应器（1.5学时）

1.绝热反应器的类型

2.固定床绝热反应器的催化剂用量

3.多段绝热式固定床反应器

第四节换热式固定床反应器（1学时）

1.引言

2.进行单一反应时的分析

3.进行复合反应时的分析

第五节自热式固定床反应器（1学时）

1.反应物料的流向

2.数学模拟

第六节参数敏感性（1学时）

第七节流化床反应器（1学时）

1.流态化

2.流化床催化反应器

第八节实验室催化反应器（1学时）

1.基本要求

2.主要类型

第八章多相反应器

（一）学习目标

本章主要讲述：

气液反应器的主要类型，鼓泡塔的设计，搅拌釜式反应器的设计、气液固反应、滴流床反应器以及浆态反应器等内容。

本章只作一般性了解，不在考试要求范围。

（二）课程内容

第一节气液反应

第二节气液反应器

1.主要类型

2.鼓泡塔的设计

3.搅拌釜式反应器的设计

第三节气液固反应

1.概述

2.气液固相催化反应的传递步骤与速率

第四节滴流床反应器

1.概述

2.数学模型

第五节浆态反应器

1.类型

2.传质与反应

3.机械搅拌釜的设计

第九章生化反应工程基础

（一）学习目标

本章主要包括：

酶催化反应及动力学，微生物的反应过程动力学，酶和细胞的固定化，固定化生物催化剂的催化动力学，生化反应器类型及计算等内容，本章不在考试要求范围，只作一般性了解。

（二）课程内容

第一节概述

第二节生化反应动力学基础

1.酶催化反应及其动力学

2.微生物的反应过程动力学

第三节固定化生物催化剂

1.概述

2.酶和细胞的固定化

3.固定化生物催化剂的催化动力学

第四节生化反应器

1.生化反应器类型

2.生化反应器的计算

第一十章聚合反应工程基础

（一）学习目标

本章内容主要包括：

聚合反应动力学分析，聚合反应分类，聚合度及其分布，均相自由基聚合反应，缩聚反应，影响聚合反应速率的因素，聚合过程热效应特点，解决聚合过程传热与流动的措施，传热系数与传质系数，聚合反应器的设计与分析和它的数学模型等。

本章内容只作为一般了解，不在考试要求范围。

（二）课程内容

第一节概述

第二节聚合反应动力学分析

1.聚合反应分类

2.聚合度及其分布

3.均相自由基聚合反应

4.缩聚反应

5.影响聚合反应速率的因素

第三节聚合过程的传热与传质分析

1.聚合过程热效应特点

2.决聚合过程传热与流动的措施

3.传热系数与传质系数

第四节聚合反应器的设计与分析

1.聚合反应器与搅拌器

2.数学模型

3.聚合反应器的计算与分析

第一十一章电化学反应工程基础

（一）学习目标

本章主要讲述了电化学反应的特点，电化学反应工程的质量指标，电化学反应工程中的特殊问题等内容。

本章内容只作为一般了解，不在考试要求范围。

（二）课程内容

第一节引言

1.电化学反应的特点

2.电化学反应工程的质量指标

第二节电化学反应工程中的特殊问题

1.电极表面的电位及电流分布

2.析气效应

3.电化学工程中的传质过程

4.电化学工程中的热传递与热衡算

第三节电化学反应器

1.电化学反应器的类型

2.电化学反应器的工作特性

3.电化学反应器的联结与组合

四、学习教材和主要参考书

教材：

《反应工程》（第二版），李绍芬编著，化学工业出版社，2000年6月第2版。

参考书：

《化学反应工程》，朱炳辰主编，化学工业出版社，2001年。

五、有关说明与实施要求

（一）关于“课程内容与考核目标”中读者居有关提法的说明

在本大纲的“考核知识点与考核要求中，对各个知识点按四个能力层次（“识记”、“领会”、“简单应用”、“综合应用”）分别提出要求，这些层次之间具有递进等关系。

四个能力层次的含义：

识记：

要求能够识别和记忆本课程中规定的有关知识点的主要内容（如定义、定理、定律、表达式、公式、原则、重要结论、方法、步骤及特征、特点等），并能根据考核的不同要求，做出正确的表述、选择和判断。

领会：

要求能够领悟和理解本课程中规定的有关知识点的内涵和外延，熟悉其内容要点和它们之间的联系，并能根据考核的不同要求，做出正确的解释、说明和论述。

简单应用：

要求能够运用本课程中规定的少量知识点，分析和解决一般应用问题。

如简单的计算、绘图和分析、论证等。

综合应用：

要求能够运用本课程梦轩阁中规定的多个知识点，分析和解决较复杂的应用问题。

如简单计算、绘图、简单设计、编程和分析、论证等。

（二）自学方法指导

本课程是一门基础知识与应用技能并重的课程，因而在学习方法上也有其自身的特点。

概括地说就是：

对基本概念性的知识要弄清楚，对基本应用的操作要上机反复练习，对书中的习题要认真独立完成，还要注意归纳总结，勤做笔记，以巩固所学知识。

在学完全部内容之后可再做一些综合练习，以使自己的操作技能得