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天津市高等教育自学考试课程考试大纲
课程名称：化学反应工程 2002年6月版 课程代码：0712
天津市高等教育自学考试课程考试大纲
课程名称： 化学反应工程 课程代码： 0712
第一部分 课程性质与设置目的
一、课程性质与特点
本课程是高等教育自学考试化学工程专业所开设的专业课之一，它是一门理论联系实际、应用性较强的课程。本课程以反应动力学和反应器设计与分析为基本内容，是以工业反应工程为主要研究对象，在物理化学的基础上研究过程速率及变化规律、传递规律及其对化学反应的影响，以进行反应器的开发、设计、放大及优化操作。
二、课程设置的目的和要求
设置本课程，为了使考生能够牢固掌握反应工程的基本概念、基本原理和计算方法，能够运用所学理论知识合理确定反应器型式和进行反应器的设计计算；根据具体情况对反应器的操作进行优化；对反应过程中的某些现象进行简单分析，从而指导设计与生产。
通过本课程的学习，要求考生正确理解反应工程有关基本概念、基本原理，掌握化学反应学科的学习方法及理论联系实际方法，提高分析问题和解决问题的能力。
三、与本专业其他课程的关系
《化学反应工程》是化工类专业大学本科学生必修的专业技术基础课程，它与化学工程专业的许多其他课程有着密切的关系。《物理化学》、《化工热力学》、《化工原理》、《化工传递过程》是本课程的基础，并与《化工系统工程》互相衔接配合。
第二部分 课程内容与考核目标
第一章 绪论
一、学习目的与要求
通过本章的学习，要求考生初步认识化学反应工程的研究对象、内容及方法等本知识，正确并熟练掌握反应进度、转化率、收率与选择性等基本概念，了解化学反应器的分类及工业反应器的放大等有关内容。
二、考核知识点与考核目标
（一）化学反应工程的研究对象、内容及方法（一般）
了解：化学反应工程的研究对象
化学反应工程的研究内容
化学反应工程的研究方法
（二）化学反应器的分类（一般）
了解：化学反应器的分类方法
化学反应器按结构型式分类的各种型式及特点
化学反应器按操作方式分类的各种型式及特点
（三）化学反应的反应进度、转化率、收率及选择性（重点）
应用：关键组分的基本概念及其选取原则
反应进度、转化率、收率及选择性的概念、计算方法及其在反应器设计计算中的应用
化学反应的转化率、收率及选择性的相互关系
（四）反应器设计基本方程（次重点）
了解：反应器设计的基本内容
理解：控制体积的概念及选择
（五）工业反应器的放大（一般）
了解：逐级经验放大方法
理解：数学模型法的实质及一般步骤

第二章 反应动力学基础

一、学习目的与要求
通过本章学习，正确掌握化学反应速率方程的基本表示方式，反应速率方程的变换及应用；复合反应系统中反应组分的转化或生成速率的计算方法及平行、连串、可逆反应的动力学特征。了解气-固催化反应的基本知识，掌握理想吸附模型以及用以推导幂函数型速率方程的方法。
二、考核知识点与考核目标
（一）化学反应速率（次重点）
理解：化学反应速率的定义
间歇反应系统和连续反应系统的反应速率表达方式
非均相反应的反应速率的各种表达方式以及相互关系
（二）反应速率方程（重点）
理解：反应速率概念
反应级数以及反应速率常数表达的意义
可逆反应的反应速率、温度及转化率间的关系以
了解可逆放热反应的最佳反应温度的确定方法
应用：反应速率常数与温度的关系（阿累尼乌斯公式）
（一）复合反应（次重点）
了解：复合反应的分类及各类反应的特点
理解：复合反应的概念
复合反应系统中反应组分的转化速率或生成速率的计算方法
瞬时选择性的概念
平行、连串反应的瞬时选择性表达式
（二）反应速率方程的变换与积分（重点）
理解：区分恒容及变容反应过程
单一反应
恒容情况下各组分浓度（或分压、或摩尔分率）与转化率的关系
变容情况下各组分浓度（或分压、或摩尔分率）与转化率的关系
（三）多相催化与吸附（一般）
了解：物理吸附与化学吸附的特点
固体催化剂的基本组成及各部分的作用
真实吸附的概念
理解：理想吸附模型假设
（三）多相催化反应动力学（重点）
理解：定态近似及速率控制步骤假设的内容
应用：在不同控制步骤下，反应速率方程表达式的推导
（四）动力学参数的确定（一般）
了解：积分法、微分法的特点及思路
（五）反应速率方程的建立步骤（一般）
了解：建立速率方程的基本步骤

第三章 釜式反应器
一、学习目的与要求
通过本章学习，正确掌握间歇釜式反应器与连续流动釜式反应器的性能特征及设计方法（物料及热量衡算），能够对反应器设计中的收率、选择性以及优化操作等问题进行分析计算。了解连续釜式反应器中热稳定性及其相关概念。
二、考核知识点与考核目标
（一）等温间歇釜式反应器的计算（单一反应）（重点）
理解：最优反应时间的确定
应用：间歇反应器的特点及有关设计计算的基础方程
反应时间与由操作时间确定反应体积的计算方法
（二）等温间歇釜式反应器的计算（复合反应）（重点）
应用：平行、连串反应的反应器的设计与计算
（三）连续釜式反应器（全混流反应器）的反应体积（重点）
理解：空时、空速的基本概念
定态下，全混流反应器的特征及有关的设计计算的基础方程
应用：定态下，全混流反应器的反应体积的计算
（四）连续釜式反应器（全混流反应器）的串联与并联（重点）
理解：多个全混流反应器串联，各反应器出口转化率的优化
应用：定态下串联或并联全混流反应器的计算
（五）釜式反应器中复合反应的收率与选择性（重点）
应用：全混流反应器中进行平行或连串反应的反应体积、目的产物的收率与选择性或反应产物的分布
（六）变温间歇釜式反应器（次重点）
理解：变温间歇釜式反应器反应时间的计算
（七）连续釜式反应器的定态操作（一般）
了解：什么是反应器的热稳定性
着火点与熄火点
分析定态操作点的热稳定性
全混流反应器的热稳定条件
操作条件对热稳定性的影响
理解：全混流反应器的热量衡算式的建立与应用

第四章 管式反应器
一、学习目的与要求
通过本章学习，正确理解理想管式反应器的性能特征；掌握等温及非等温理想管式反应器的设计计算；并能根据反应的特点及理想反应器的特征正确选择反应器的型式，操作方式；能根据化学反应特点确定活塞流反应器的最佳操作温度分布；了解循环反应器的有关概念。
二、考核知识点与考核目标
（一）等温管式（活塞流）反应器的计算（重点）
理解：活塞流反应器的特征，有关的设计计算的基础方程建立
应用：定态下活塞流反应器反应体积及反应产物分布等的计算
（二）变温管式（活塞流）反应器的计算（次重点）
理解：活塞流反应器的热量衡算式与应用
（三）管式（活塞流）反应器与釜式反应器的比较（重点）
应用：通过图示或计算，在相同操作条件下，比较管式与釜式反应器的反应体积
根据不同化学反应类型选定合理的反应器类型、反应器组合方式、加料方式、原料浓度及温度
（四）管式反应器的最佳温度序列（一般）
了解：活塞流反应器的最佳操作温度分布
（五）循环反应器（一般）
了解：循环比的概念
循环反应器的设计方程

第五章 停留时间分布与反应器的流动模型
一、学习目的与要求
通过本章学习，正确理解停留时间、理想流动与非理想流动、宏观流体与微观流体等概念，掌握连续流动反应器中流体停留时间分布的定量描述及其实验测定方法；掌握理想流动模型；了解非理想流动的流体流动模型；能应用离析流模型和多釜串联模型对在实际反应器中进行的反应过程的转化率进行计算。
二、考核知识点与考核目标
（一）停留时间分布（重点）
理解：停留时间的概念
停留时间分布函数F(t)、停留时间分布密度E(t)的概念、性质、物理意义及相互关系
无因次停留时间分布函数与分布密度表示方法
（二）停留时间分布的实验测定（重点）
了解：停留时间分布的实验测定方法的种类
示踪剂的选择原则
理解：脉冲法、阶跃法（含升阶和降阶法）的实验方法及特点
由脉冲实验结果确定停留时间分布函数及分布密度
由阶跃实验结果确定停留时间分布函数及分布密度
（三）停留时间分布的统计特征值（次重点）
应用：停留时间分布的数学期望（平均停留时间）的计算
停留时间分布的方差与无因次方差的计算
（四）理想反应器的停留时间分布（重点）
理解：活塞流的停留时间分布函数、分布密度的表达式及曲线表示
全混流的停留时间分布函数、分布密度的表达式及曲线表示
（五）非理想流动（一般）
了解：何谓非理想流动
非理想流动现象产生的原因
（六）非理想流动模型及非理想反应器的计算（重点）
了解：轴向扩散模型假定的内容及彼克列数（Pe）的物理意义
离析流模型、多釜串联模型的基本假设
应用：多釜串联模型、轴向扩散模型的模型参数的确定方法
采用离析流模型、多釜串联模型计算实际反应器的转化率
（七）流动反应器中流体的混合（一般）
了解：何谓宏观流体与微观流体
混合状态对化学反应产生的影响（定性）

第六章 多相系统中的化学反应与传递现象
一、学习目的与要求
通过本章的学习，正确理解宏观动力学的概念；掌握气-固相催化反应进程的基本过程，建立有关宏观催化反应的基本概念，外扩散有效因子与内扩散有效因子的确定方法及其影响因素的分析，消除内、外扩散影响可采取的措施。
二、考核知识点与考核目标
（一）多相催化反应过程步骤（次重点）
了解：固体催化剂的宏观结构特征
理解：催化剂颗粒内、外反应物(或产物)的浓度分布
在不同过程控制下的催化剂颗粒内、外反应物(或产物)的浓度分布
气-固相催化反应进行的基本过程
孔容、孔径、比表面积、空隙率、形状系数、催化剂密度（颗粒密度、真密度与堆密度）、非球形催化剂的当量直径的概念、求取及相互关系
（二）流体与催化剂颗粒外表面间的传质与传热（次重点）
了解：外扩散阻力对复合反应（平行或连串）选择性的影响
理解：流体与催化剂颗粒外表面的传质与传热速率表达式
定态下，流体与颗粒外表面间的浓度差与温度差的确定
外扩散有效因子的定义及确定方法
一级不可逆反应的外扩散有效因子表达式
丹克莱尔准数（Da）的表达式及物理意义
外扩散有效因子的影响因素及其对外扩散有效因子影响
（三）气体在多孔介质中的扩散（次重点）
了解：分子扩散与努森扩散
曲节因子
理解：分子扩散与努森扩散的判别
努森扩散的扩散系数（DK）的计算
气体分子平均自由程λ的估算
复合扩散系数的计算
催化剂颗粒扩散有效因子的计算方法
（四）多孔催化剂中的扩散与反应（重点）
了解：梯尔模数的物理意义
理解：内扩散有效因子的定义
应用：片状和球形催化剂颗粒的内扩散有效因子的计算
内外扩散都有影响时的有效因子
内扩散有效因子的影响因素
（五）内扩散对复合反应选择性的影响（次重点）
理解：内扩散对平行或连串反应的选择性的影响（定性）
（六）多相催化反应过程中扩散影响的判定（重点）
应用：如何判别内、外扩散的影响
减少内、外扩散影响的主要措施
（七）扩散干扰下的动力学假象（一般）
理解：外扩散影响严重时宏观反应速率方程的反应级数与活化能如何变化
内扩散影响严重时宏观反应速率方程的反应级数与活化能如何变化

第七章 多相催化反应器的设计与分析
一、学习目的与要求
通过本章学习，了解固定床反应器中传递特性及描述固定床反应器的各种数学模型；掌握绝热式固定床反应器催化剂体积计算，讨论反应器最佳操作条件方法；并初步了解参数敏感性问题
二、考核知识点与考核目标
（一）固定床反应器的传递特性（一般）
了解：什么是壁效应
固定床反应器中床层压力降的影响因素
轴向质扩散、轴向热扩散彼克列数与径向彼克列数
（二）固定床反应器的数学模型（一般）
了解：什么是非均相模型与拟均相模型
什么是一维与二维模型
理解：固定床反应器的一维、拟均相、活塞流模型方程及相应边界条件
（三）绝热式固定床反应器（重点）
了解：什么是绝热式固定床反应器
绝热式固定床反应器的类型及工艺特征
理解：中间接换热式多段绝热固定床反应器中进行可逆放热反应的
T—XA（转化率）图
应用：绝热式固定床反应器的催化剂用量计算
何谓绝热温升及其计算
（四）换热式固定床反应器（次重点）
了解：换热式固定床反应器的结构特征
理解：换热式固定床反应器的一维、拟均相、活塞流模型方程
什么是热点
（五）参数敏感性（一般）
了解：何谓参数敏感性问题
第三部分 有关说明与实施要求
一、考核目标的能力层次表述
本课程的考核目标共分为三个能力层次：了解、理解、应用，它们之间是递进等级的关系，后者必须建立在前者基础上。其具体含义为：
了解：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。
理解：在了解的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。
应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法分析和解决有关的理论问题和实际问题。一般分为“简单应用”和“综合应用”，其中“简单应用”指在理解的基础上能用学过的一两个知识点分析和解决简单的问题；“综合应用”指在简单应用的基础上能用学过的多个知识点综合分析和解决比较复杂的问题，是最高层次的要求。

二、指定教材
《反应工程》 李绍芬主编 化学工业出版社 2000年版

三、自学方法指导
1、考生自学时，应先仔细阅读本大纲。明确大纲规定的课程内容和考试目标及所列各章中考核的知识点和考核要求，以便突出重点，有的放矢地掌握课程内容。
2、在了解考试大纲内容的基础上，根据考核知识点和考核要求，认真阅读教材，把握各章节的具体内容，吃透每个知识点，对基本概念和基本原理必须深刻理解，对基本方法牢固掌握，并融会贯通，在头脑中形成完整的内容体系。
3、在自学各章节内容时，能够在理解的基础上加以记忆，切勿死记硬背；同时在对一些知识内容进行理解把握时，联系实际问题思考，从而达到深层次的认识水平。
4、在本课程的学习过程中，不可避免的要涉及到数学问题，但只限于初等数学与微积分以及常微分方程，及少量的概率论和数理统计方面的基本知识。因此，在自学过程中也应对相关数学知识进行复习，以便熟练运用。
5、为了提高自学效果，应结合自学内容，尽可能地多看一些例题和动手做一些练习。在指定教材中，每章中均提供了例题，这些例题多为工业生产实际反应的例子，具有代表性，考生应在自学过程中仔细阅读，从而帮助理解概念和应用知识；此外，在各章末均附有丰富的习题，动手做练习是达到理解、记忆、应知应会的好办法。

四、社会助学的要求
1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。
2、应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目。
3、辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。
4、辅导时，应对学习方法进行指导。提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。
5、辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。
6、注意对应考者能力的培养，特别是对自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，解决问题的能力。
7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中回存在不同难度的试题。
8、助学学时：本课程共7学分，建议总课时不少于126学时，其中助学学时分配如下：
章次
课程内容
助学学时
1
绪 论
4
2
反应动力学基础
16
3
釜式反应器
26
4
管式反应器
24
5
停留时间分布与反应器的流动模型
24
6
多相系统中的化学反应与传递现象
18
7
多相催化反应器的设计与分析
12

机 动
2
总计

126

五、关于命题考试的若干规定
1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。
2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“了解”为10%、“理解”为30%、“应用”为60%。
3、试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为2：3：3：2。
4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占65%，次重点占25%，一般占10%。
5、本课程命题采用的基本题型包括单项选择题、填空题、简答题、计算题等。
6、考试采用闭卷笔试，考试时间150分钟，采用百分制评分，60分为及格。

六、题型示例
² 选择题
平行反应，P为目的产物，其中三个反应的反应级数分别为：n1=1，n2=0，n3=2，反应活化能分别为：E1=35，E2=15，E3=25。当A达到相同的转化率时（其他条件相同），为使反应具有良好的选择性，反应器应选择：
①活塞流反应器； ② 全混流反应器；
③ 活塞流与全混流反应器组合； ④2个全混流反应器串联
² 填空题
在活塞流反应器中进行一级不可逆反应，反应物的进口浓度为CA0，转化率为XA，当反应器体积为原来的n倍时，反应物A出口的浓度为 ，转化率为 。
² 简答题
i. 简述气—固相催化反应过程的宏观过程。
ii. 绘出活塞流情况下，停留时间分布函数与分布密度曲线。
² 计算题
在活塞流反应器中，等温下进行液相反应 2A → C + B。进料量为5m3/h，反应器进口处组分A的浓度为CA0=5 Kmol/m3，B和C的浓度均为零，已知反应的动力学方程可表示为

若B的最终浓度达到2Kmol/m3，求所需的反应器体积？若反应在全混流反应器中进行，若其它条件保持不变，则所需的反应器体积又为多少？假定该系统密度恒定。
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