化學反應工程師化工生產(chǎn)中的重要課程,下面小編就為大家?guī)砹嘶瘜W反應工程教學分析,感興趣的朋友可以看一看哦!
[摘要]化學反應工程是化工類專業(yè)的核心課程之一,也是化工生產(chǎn)中關鍵的工業(yè)反應過程的技術基礎;瘜W反應工程應用理論推演、結合工程實際的研究方法,給出可用于工程設計及放大的宏觀規(guī)律與數(shù)學模型。學習化學反應工程學要掌握它處理問題的方法,提高分析問題和解決問題的能力。本文根據(jù)本課程的特點以及我校實際情況,從教材選用、突出重點難點、結合實驗教學等方面對化學反應工程的教學進行探討。
化學反應工程是一門工程技術學科,是化學工程與工藝專業(yè)的核心課程之一,該課程與物理化學、化工熱力學、化工原理等課程緊密相關;瘜W反應工程是使化學反應實現(xiàn)工業(yè)化的一門學科,化學反應工程的研究,一方面要認識、判斷各種化學反應的熱力學和動力學規(guī)律;另一方面還要歸納各種物理因素對化學反應過程的影響,然后綜合和總結出一些具有普遍意義的觀點和概念,用以指導工業(yè)反應過程的生產(chǎn)和開發(fā)研究;恿W主要研究在工業(yè)生產(chǎn)條件下,化學反應進行的機理和速率,而在不同的反應器內(nèi)傳遞過程和影響影響化學動力學的主要因素-溫度和濃度的變化規(guī)律是各不相同的,所以反應工程學的另一任務就是研究反應器內(nèi)這些因素的變化規(guī)律,找出最優(yōu)工況和最好的反應器形式,以獲得最大的經(jīng)濟效益[1];瘜W反應工程以工業(yè)反應過程為主要研究對象,具體研究內(nèi)容涉及均相反應以及非均相反應動力學特性,以及流動、傳遞過程對反應的影響,討論反應器的選型、設計計算和最優(yōu)化;瘜W反應工程對化學產(chǎn)品及過程的開發(fā)和反應器的設計放大起著重要的作用;瘜W反應工程涉及到的數(shù)學模型較多,反應器種類繁多,難點較多。本文從以下幾點進行探討。
1選用教材
化學反應工程教材較多,我校使用的教材是郭鍇主編的《化學反應工程》第三版,該教材的特點是內(nèi)容精煉,基本概念準確、清晰,基本原理分析透徹,基本方法能學以致用,突出課程的重點和難點[2]。該教材內(nèi)容包括緒論、均相單一反應動力學和理想反應器,復合反應與反應器選型,非理想流動反應器,氣固相催化反應本征動力學,氣固相催化反應宏觀動力學,氣固相催化反應固定床反應器,氣固相催化反應流化床反應器,氣液相反應過程與反應器,反應器的熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性。該教材內(nèi)容編排由均相反應到非均相反應,由理想反應器到非理想反應器,內(nèi)容安排由簡單到復雜易于學生理解接受,課后習題較多而且題型豐富,難度跨度大,有助于學生對教材內(nèi)容的鞏固;瘜W反應工程課程涉及的內(nèi)容較多,一本教材內(nèi)容總是有限的,我們在教學過程中以其它教材作為輔助教材,如朱炳辰主編的《化學反應工程》,靳海波主編的《化學反應工程》等。我們在課堂講授過程中對書本內(nèi)容進行適當補充和調整,精選教學內(nèi)容,并對教學內(nèi)容進行優(yōu)化整合[3-4],并適當增加一些例題和習題使學生對于教材內(nèi)容更容易理解和接受。
2注重理論講解,突出重點難點
化學反應工程理論推導復雜,公式較多,學生不易理解掌握,不同的教材對同一原理的理解也不盡相同,這時就要選擇一種最簡單易于理解的講授方法;瘜W反應工程各章節(jié)中都介紹有好幾種反應器模型,第一章介紹的三種理想反應器的計算雖然內(nèi)容不難,但是這一章內(nèi)容是這門課程的基礎,后邊各章節(jié)內(nèi)容均與本章有關聯(lián),因此一定要讓學生非常熟練地掌握這幾種反應器的原理和計算。平推流反應器和全混流反應器雖然都是連續(xù)操作但是反應器類型不一樣,因此計算式不同。但是間歇反應器和平推流反應器兩種反應器類型相同操作方式不同而計算式相同,要更好地區(qū)分這兩種反應器,可以從間歇反應器是分批操作的概念進行強調,換一種思路進行理解,并把兩種方法計算結果進行比較,可以發(fā)現(xiàn)兩種計算式最終的表達式相同,這樣能讓學生更好地理解間歇反應器的計算[5]。第四章中氣固相催化反應本征動力學方程式的推導也是一個難點,該章內(nèi)容看似和前邊幾章均相反應關聯(lián)不大,但是通過對比讓學生理解動力學方程式通式是相同的,只是氣固相催化反應表達式比均相反應多了一個吸附項,這樣把非均相反應和均相反應關聯(lián)起來更容易理解。
3課堂教學緊密結合實驗教學
為配合本課程的學習,幫助學生鞏固所學的理論知識和進一步加深對基礎理論的認識,培養(yǎng)學生對實驗現(xiàn)象進行分析和實驗數(shù)據(jù)處理的能力,我校開設了一些實驗課程。同學們在課堂上學習了停留時間分布的測定理論知識之后,在實驗室操作了“多釜串聯(lián)反應器液體停留時間分布測定實驗”,停留時間分布的測定不僅廣泛應用于化學反應工程過程,而且應用于涉及流動過程的其它領域。該實驗是用脈沖輸入法在單釜反應器和三釜串聯(lián)反應器中測定停留時間分布規(guī)律并計算特征值和模型參數(shù)N,這部分理論內(nèi)容較抽象,該實驗涉及到本教材一至三章內(nèi)容,在實驗講解時可以讓學生更好地理解單釜反應器和多釜串聯(lián)反應器的原理和操作特點,脈沖法和階躍法側停留時間分布規(guī)律的區(qū)別,以及停留時間分布特征值的計算,加深對虛擬值模型參數(shù)N的理解,并通過實驗數(shù)據(jù)處理對最終結果進行比較。這樣一個實驗將教材中復雜、抽象的停留時間分布測定方法和數(shù)據(jù)處理過程變?yōu)榫唧w的操作和結果分析過程,使這部分抽象的內(nèi)容具體化,使學生容易理解。
4結語
化學反應工程作為一門交叉學科,涉及內(nèi)容較多,難點突出,本文結合化學反應工程的課程特點和教學實踐,探討了化學反應工程教學的三個方面。我們力求在教學過程中做到化繁為簡,提升教學效果,優(yōu)化課堂教學質量。
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