發(fā)布時(shí)間：2023-10-11 16:23:38
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的化學(xué)反應(yīng)工程原理樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
由于攪拌槽內(nèi)的流場(chǎng)的流動(dòng)具有復(fù)雜性，目前對(duì)攪拌槽等混合設(shè)備的設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)成分也采用理論計(jì)算的方式，在化工領(lǐng)域中，化工工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)器存在不均勻性等特點(diǎn)，不均勻性隨規(guī)模擴(kuò)大而加重，因此，對(duì)攪拌槽內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行研究是非常有必要的。雖然許多化學(xué)家對(duì)化工領(lǐng)域中的攪拌機(jī)槽內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行了分析研究，如Harvey等人采用二維模擬計(jì)算攪拌槽內(nèi)流場(chǎng)的流體，但隨著技術(shù)的不斷改革與發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)的引進(jìn)，改變了以二維模擬的計(jì)算方式，計(jì)算流體力學(xué)的方法不僅可以節(jié)約化工研究成本，采用實(shí)驗(yàn)手段不能獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算流體力學(xué)方法也可以獲得。Sun等人利用計(jì)算流體力學(xué)中的湍流模型計(jì)算了攪拌槽內(nèi)的氣液兩相流動(dòng)，并且對(duì)其進(jìn)行了三維模擬，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值模擬能有效的計(jì)算攪拌器上部的氣體部分，但是，CFD數(shù)值模擬也存在一定的缺陷，不能有效模擬攪拌器底部區(qū)域。計(jì)算流體力學(xué)CFD與多普勒激光測(cè)速儀LDV有效結(jié)合，可以對(duì)攪拌裝置能更深入的研究，其主要原因是多普勒激光測(cè)速儀測(cè)量的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確驗(yàn)證計(jì)算流體力學(xué)CFD計(jì)算的結(jié)果，同時(shí)多普勒激光測(cè)速儀測(cè)定特定點(diǎn)的速度也可以作為計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算的參考條件。
2.CFD在化學(xué)工程換熱器中的應(yīng)用分析
換熱器是化學(xué)工程中使用最多的設(shè)備，通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)的計(jì)算方式，不僅可以精確、詳細(xì)的測(cè)量換熱設(shè)備內(nèi)流場(chǎng)的流動(dòng)，也可以預(yù)測(cè)換熱器的性能，經(jīng)濟(jì)可靠的換熱器對(duì)化工工業(yè)具有重要作用。對(duì)于化工中的管殼式換熱設(shè)備，其內(nèi)部的幾何形狀設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用計(jì)算流體力學(xué)模擬管殼式換熱設(shè)備的殼側(cè)流場(chǎng)，進(jìn)而充分了解管殼式換熱設(shè)備的殼側(cè)在瞬間變化中的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)，CFD的應(yīng)用有利于分析研究換熱器的基本原理和結(jié)構(gòu)構(gòu)造。
3.CFD在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用研究
在我們以前普通的化學(xué)反應(yīng)來(lái)看，對(duì)于反應(yīng)后的副產(chǎn)物的處理是相當(dāng)困難的，并且如果想處理，其治理成本是相當(dāng)?shù)母?，所以以前那種普通的反應(yīng)無(wú)法從根本上剔除化學(xué)工業(yè)中所帶來(lái)的一系列危害。而我們所提到的綠色化學(xué)工程，就從根本上解決了上述問(wèn)題。
1.1選擇有益材料對(duì)于化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，最重要的還是選料的環(huán)節(jié)，它的好與壞直接影響著化學(xué)反應(yīng)是否友好是否有益。有效的防范，以達(dá)到在過(guò)程以及結(jié)果的一種良性局面。
1.2采用高效高選擇性的反應(yīng)原料對(duì)于化學(xué)工業(yè)來(lái)說(shuō)，化學(xué)反應(yīng)是決定化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)成本和生產(chǎn)難度、充分利用化學(xué)資源等各方面的重要性因素?？梢越档凸I(yè)生產(chǎn)的成本，而且能夠提高產(chǎn)物純度，減少無(wú)效反應(yīng)產(chǎn)物的排放，節(jié)約化學(xué)資源，在化學(xué)工業(yè)中，有機(jī)物的反應(yīng)復(fù)雜，研究機(jī)制不確定，所以選擇合適的反應(yīng)原料，不斷提高工業(yè)技術(shù)是對(duì)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。
1.3使用綠色無(wú)公害的反應(yīng)催化劑催化劑作為化學(xué)反應(yīng)中能改變反應(yīng)速率的的物質(zhì)，在化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用廣泛，綠色化學(xué)就是研究生產(chǎn)高效高質(zhì)量的化學(xué)反應(yīng)，不產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，無(wú)效產(chǎn)物可以做到循環(huán)利用，無(wú)公害。這項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)就是高度依賴(lài)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的催化劑，不斷創(chuàng)新，不斷推動(dòng)綠色化學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相關(guān)機(jī)構(gòu)已經(jīng)著手研究這些優(yōu)良的催化劑.
2尋找高效綠色的化學(xué)催化劑對(duì)提升工業(yè)生產(chǎn)水平的作用
2.1化學(xué)工業(yè)中綠色化學(xué)的應(yīng)用綠色化學(xué)的核心就是要利用化學(xué)原理從源頭消除污染，做到完全無(wú)公害無(wú)污染，因此它又被稱(chēng)為清潔化學(xué)，應(yīng)用范圍廣泛，它涉及有機(jī)合成、催化、生物化學(xué)、分析化學(xué)等學(xué)科。工業(yè)中化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件一般都是高溫高壓，在反應(yīng)過(guò)程中，只有適宜的溫度和壓力才能使用現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的技術(shù)，另外加上綠色化學(xué)的高效催化劑，這項(xiàng)工程才得以不斷發(fā)展。例如上文提到的低維材料碳納米管，催化裂解反應(yīng)中有很大的化學(xué)功效。
2.2化學(xué)工業(yè)中綠色化學(xué)和現(xiàn)代生物結(jié)合的應(yīng)用。講到了催化劑，這就涉及到另外的技術(shù)性學(xué)科生物技術(shù)。生物技術(shù)的就是高科技與高端專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)合的產(chǎn)物，學(xué)科內(nèi)又分為細(xì)胞工程、基因工程、胚胎工程等等。在化學(xué)產(chǎn)業(yè)中主要應(yīng)用于生物化學(xué)。在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，選取有機(jī)的生物材料，主要是動(dòng)植物的原料，另外也會(huì)采用他們經(jīng)過(guò)上千年演變的產(chǎn)物—地下的煤炭等。催化劑主要由人工催化劑和自然催化劑，分別由人工合成以及采用天然動(dòng)植物的生物酶。這樣能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展的需要，同時(shí)也能切合可持續(xù)發(fā)展的指導(dǎo)思想，節(jié)約能源，維持現(xiàn)在生態(tài)平衡的狀態(tài)，推動(dòng)化學(xué)工業(yè)發(fā)展。
3結(jié)語(yǔ)
化學(xué)反應(yīng)器根據(jù)其反應(yīng)體系相態(tài)的不同，可以分為均相和多相兩大類(lèi)，與均相反應(yīng)過(guò)程相比，在多相反應(yīng)器中各相之間往往存在著傳遞過(guò)程，包括熱量傳遞和質(zhì)量傳遞，傳遞過(guò)程的存在對(duì)多相反應(yīng)過(guò)程的結(jié)果必然產(chǎn)生與均相反應(yīng)過(guò)程不同的影響。例如在氣固相催化反應(yīng)工程中，氣固相之間存在反應(yīng)物與產(chǎn)物之間的質(zhì)量傳遞，并進(jìn)而發(fā)生熱量傳遞，當(dāng)反應(yīng)過(guò)程較快而外擴(kuò)散過(guò)程較慢時(shí)，過(guò)程表現(xiàn)為外擴(kuò)散控制，無(wú)論本征反應(yīng)速率如何，表觀(guān)反應(yīng)級(jí)數(shù)總為一級(jí)，表觀(guān)活化能總為外擴(kuò)散過(guò)程活化能;又如在氣液相反應(yīng)過(guò)程中，氣相與液相之間也存在著反應(yīng)物及反應(yīng)產(chǎn)物之間的質(zhì)量傳遞，質(zhì)量傳遞過(guò)程的存在也必然影響到反應(yīng)速率，尤其是反應(yīng)速率較快時(shí)更是如此。
雖然兩類(lèi)反應(yīng)器之間存在著一定的差別，但均相反應(yīng)工程無(wú)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(guò)程可認(rèn)為與均相反應(yīng)過(guò)程無(wú)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(dòng)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(shí)建立的軸向擴(kuò)散概念，在建立多相反應(yīng)器模型時(shí)便可以完整地移植過(guò)來(lái);又如平推流和全混流概念，兩類(lèi)反應(yīng)器中都有著極廣的應(yīng)用。
因此，主要針對(duì)“均相反應(yīng)器”開(kāi)發(fā)過(guò)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(shí)際反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)過(guò)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(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)，可見(jiàn)分類(lèi)的方法是本學(xué)科建立的基本方法。通過(guò)分類(lèi)，人們更清楚地認(rèn)識(shí)到各反應(yīng)器之間的異同點(diǎn)，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(lèi);按換熱方式可分為絕熱、等溫和變溫反應(yīng)器三類(lèi);按操作方式可分為間歇、半間歇和連續(xù)反應(yīng)器三類(lèi);而按混合方式又可分為平推流、全混流和非理想流動(dòng)反應(yīng)器三類(lèi)。根據(jù)反應(yīng)器不同的特征對(duì)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(gè)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(jì)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(jì)中的第一步即是根據(jù)反應(yīng)過(guò)程的特點(diǎn)確定反應(yīng)器型式。
由圖3還可以看出，針對(duì)化學(xué)反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)，一般采取兩種方法，一是數(shù)學(xué)模型法，二是經(jīng)驗(yàn)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(shí)際反應(yīng)器分解為兩部分，即過(guò)程和反應(yīng)設(shè)備。過(guò)程包括化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和傳遞過(guò)程，由于反應(yīng)過(guò)程規(guī)律和傳遞過(guò)程規(guī)律相互獨(dú)立，故對(duì)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(lèi)。
為研究化學(xué)反應(yīng)過(guò)程規(guī)律，必須要消除掉傳遞過(guò)程的影響，由于化學(xué)反應(yīng)規(guī)律和設(shè)備大小無(wú)關(guān)，故化學(xué)反應(yīng)規(guī)律可在微型(或臺(tái)式)反應(yīng)器中進(jìn)行。這一點(diǎn)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。化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的性質(zhì)一般包括化學(xué)計(jì)量性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)平衡性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。
化學(xué)反應(yīng)計(jì)量性質(zhì)是反應(yīng)平衡性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)，對(duì)平衡性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的研究都是基于反應(yīng)計(jì)量性質(zhì)明確的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計(jì)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(dú)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(jì)算，尤其是反應(yīng)平衡常數(shù)及平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算。對(duì)可逆放熱反應(yīng)而言，平衡性質(zhì)對(duì)過(guò)程的影響較為復(fù)雜，溫度的升高對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率往往是有利的，但對(duì)平衡而言，平衡常數(shù)隨溫度的升高而降低，所以溫度對(duì)平衡性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的影響呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，從而引起問(wèn)題的復(fù)雜化。通常對(duì)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(gè)反應(yīng)過(guò)程中，存在一最佳溫度曲線(xiàn)，反應(yīng)沿著最佳溫度曲線(xiàn)進(jìn)行，在轉(zhuǎn)化率一定時(shí)，可以使用較少的催化劑。同時(shí)還須認(rèn)識(shí)到，在反應(yīng)后期，即較高轉(zhuǎn)化率接近化學(xué)平衡時(shí)，反應(yīng)過(guò)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(dòng)力學(xué)規(guī)律，化學(xué)反應(yīng)動(dòng)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(guò)程優(yōu)化的重要依據(jù)，因此，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)測(cè)定是十分重要的工作。然而，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的精確測(cè)定是一項(xiàng)獨(dú)立于工藝試驗(yàn)之外的專(zhuān)門(mén)實(shí)驗(yàn)，它不但要求具備滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)精度的特定設(shè)備，而且在具體進(jìn)行時(shí)又有相當(dāng)可觀(guān)的實(shí)際工作量。因此，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)測(cè)定極為重要，其基本思路如圖生所示redlw.com。
動(dòng)力學(xué)方程通常分為3種形式，一是純機(jī)理型方程，二是半經(jīng)驗(yàn)半理論型方程，三是純經(jīng)驗(yàn)方程?；谂鲎怖碚摗⑦^(guò)渡態(tài)理論及分子動(dòng)態(tài)學(xué)而推導(dǎo)出來(lái)的純機(jī)理型方程，一般僅對(duì)簡(jiǎn)單反應(yīng)體系適用，當(dāng)前反應(yīng)工程學(xué)科應(yīng)用這類(lèi)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行反應(yīng)器設(shè)計(jì)的并不多見(jiàn)。工業(yè)反應(yīng)體系往往極為復(fù)雜，但作為動(dòng)力學(xué)研究發(fā)展的方向，純機(jī)理型動(dòng)力學(xué)方程應(yīng)是每個(gè)化學(xué)反應(yīng)工程研究者必須努力的目標(biāo);純經(jīng)驗(yàn)性的動(dòng)力學(xué)方程如描述微生物生長(zhǎng)的Monod模型在反應(yīng)器設(shè)計(jì)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(yàn)半理論的動(dòng)力學(xué)方程，圖生所示指的就是此類(lèi)方程。
建立動(dòng)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(jī)理，該機(jī)理通常分為兩類(lèi)，一是有限基元反應(yīng)組合機(jī)理，二是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)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(dòng)力學(xué)方程。動(dòng)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(dòng)力學(xué)方程又可分為積分式和微分式兩種。
在動(dòng)力學(xué)方程確定后，方程中包含兩類(lèi)物理量，一是伴隨反應(yīng)過(guò)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(shí)間;另一類(lèi)是在反應(yīng)過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定的、反映反應(yīng)過(guò)程性質(zhì)的模型參數(shù)。模型參數(shù)無(wú)法由模型本身獲得，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，這也正是該動(dòng)力學(xué)方程被稱(chēng)為半經(jīng)驗(yàn)半理論的原因所在。因?yàn)槟Ｐ蛥?shù)必須由實(shí)驗(yàn)確定，于是就必然涉及實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容通常包含兩個(gè)方面，其一是實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)器的選擇，其二是實(shí)驗(yàn)條件的確定。實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)器類(lèi)型與工業(yè)反應(yīng)器類(lèi)型大同小異，不同之處僅僅表現(xiàn)在規(guī)模程度上，實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器規(guī)模小，通常為11左右，因此，其傳遞過(guò)程影響易于消除，任意個(gè)對(duì)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(guò)程的本質(zhì)。而實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)計(jì)方法包括兩種，當(dāng)獨(dú)立的組分?jǐn)?shù)僅為1個(gè)時(shí)，實(shí)驗(yàn)可采用單因索法，當(dāng)獨(dú)立的組分因索多于2個(gè)時(shí)，則往往采取正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，接下來(lái)的問(wèn)題是必須求解出動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)，求解動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)的方法有積分法和微分法?；诜e分式動(dòng)力學(xué)方程的求解方法稱(chēng)為積分法，基于微分式動(dòng)力學(xué)方程的求解方法則稱(chēng)為微分法。在大多數(shù)實(shí)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(dòng)力學(xué)規(guī)律確定后，必須要研究在實(shí)際工業(yè)規(guī)模反應(yīng)器中通常出現(xiàn)的傳遞過(guò)程規(guī)律。為研究傳遞過(guò)程規(guī)律，通?？梢栽跊](méi)有化學(xué)反應(yīng)的情況下進(jìn)行，這是因?yàn)閭鬟f過(guò)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(duì)于一個(gè)特定的工業(yè)反應(yīng)過(guò)程，化學(xué)反應(yīng)規(guī)律是其個(gè)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(guò)程，不需實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，完全可以利用惰性物料進(jìn)行試驗(yàn)，以探明傳遞過(guò)程規(guī)律。正因如此，這種試驗(yàn)通常稱(chēng)為冷模試驗(yàn)。
進(jìn)行冷模試驗(yàn)研究傳遞過(guò)程規(guī)律時(shí)需要關(guān)注的一個(gè)重要問(wèn)題是:所選模擬設(shè)備的大小，即傳遞過(guò)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(guò)程與實(shí)際反應(yīng)器中所發(fā)生的傳遞過(guò)程應(yīng)“相似”，即符合“相似性原理”。冷模試驗(yàn)設(shè)備的大小必須依據(jù)此原理進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。
在對(duì)反應(yīng)過(guò)程和傳遞過(guò)程進(jìn)行了充分的研究后，需要對(duì)相關(guān)成果進(jìn)行綜合處理，這一階段主要是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬并完成的，如圖5所示。
同時(shí)，為驗(yàn)證模擬結(jié)果是否可靠，還必須進(jìn)行中等規(guī)模的試驗(yàn)，即中試，又名熱模試驗(yàn)。熱模試驗(yàn)存在3個(gè)問(wèn)題需要解決，一是試驗(yàn)規(guī)模，二是試驗(yàn)的完整性，三是運(yùn)行周期。如果熱模試驗(yàn)結(jié)果與模型計(jì)算結(jié)果相符，說(shuō)明模型正確，能夠反映實(shí)際規(guī)律;如果不相符，則需要修正模型，直至與熱模試驗(yàn)結(jié)果相符為止。
具備了傳遞過(guò)程規(guī)律和小試測(cè)定的反應(yīng)過(guò)程規(guī)律，并且經(jīng)過(guò)了熱模試驗(yàn)驗(yàn)證，就能直接設(shè)計(jì)工業(yè)反應(yīng)器了，這樣就不存在設(shè)備的放大問(wèn)題。數(shù)學(xué)模型方法本身可以直接通過(guò)計(jì)算就能獲得大型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，說(shuō)明工業(yè)反應(yīng)過(guò)程的開(kāi)發(fā)并不必然地必須經(jīng)過(guò)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(gè)過(guò)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(gè)基本前提:一是它要求有可靠的反應(yīng)動(dòng)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(dòng)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(cè)定，尤其對(duì)復(fù)雜的工業(yè)反應(yīng)，其本征動(dòng)力學(xué)參數(shù)也難以把握，因此，對(duì)固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模擬放大，迄今尚未有比較滿(mǎn)意的工業(yè)應(yīng)用。
化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)測(cè)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(yàn)和必要的熱模檢驗(yàn)，還需要工業(yè)規(guī)模的測(cè)試數(shù)據(jù)和工程研究的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)積累。因此，當(dāng)沒(méi)有可靠的大型設(shè)備傳遞模型時(shí)，數(shù)學(xué)模擬放大只能是紙上談兵。此時(shí)，精確的動(dòng)力學(xué)測(cè)定必然是徒勞的。當(dāng)然，這并不意味著不需要有關(guān)的動(dòng)力學(xué)知識(shí)和對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征的認(rèn)識(shí)。一個(gè)開(kāi)發(fā)者應(yīng)當(dāng)充分具備動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并據(jù)此巧妙地安排工藝試驗(yàn)，以便把握反應(yīng)動(dòng)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(jiàn)，從化學(xué)反應(yīng)工程的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，機(jī)理的、定性的、半定量的動(dòng)力學(xué)特征研究應(yīng)當(dāng)是結(jié)合工藝試驗(yàn)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(shí)，精確的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shuō)，在剖析化學(xué)反應(yīng)工程課程各知識(shí)點(diǎn)及相互邏輯關(guān)系時(shí)，本研究采用了分類(lèi)、分解和綜合的思維方式，而分類(lèi)、分解其實(shí)屬于分析的方法。所以，分析、綜合是反應(yīng)過(guò)程開(kāi)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(duì)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(shí)際的化工過(guò)程開(kāi)發(fā)中時(shí)，也可用圖6簡(jiǎn)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。
3 結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：化學(xué)工程;石油化工;節(jié)能
不論是在生產(chǎn)領(lǐng)域還是石油化工當(dāng)中，均必須要依賴(lài)于化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)當(dāng)中的提純與分離技術(shù)是生產(chǎn)階段最為關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)策略，其對(duì)于整體石油化工生產(chǎn)工作有著無(wú)可替代的價(jià)值作用。若要想確保能夠順利完成對(duì)整體石油化工生產(chǎn)就必須要對(duì)質(zhì)量傳遞及化學(xué)反應(yīng)要有一定的了解，以及應(yīng)用到相關(guān)的換熱設(shè)備、流體傳送設(shè)備，以便能夠更好地開(kāi)展節(jié)能工作。據(jù)此，下文將就上述原理與設(shè)備展開(kāi)具體分析，以期能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)石油化工生產(chǎn)達(dá)到良好的節(jié)能效果。
1節(jié)能原理
1.1質(zhì)量傳遞與節(jié)能
石油化工的分離主要是以精餾方式為主，這同時(shí)也是質(zhì)量傳遞的關(guān)鍵所在。依據(jù)熱力學(xué)原理可了解到，完全差異化的物流混合是一種自發(fā)性的行為，有著明顯的不可逆性；相反的，若要將混合物分離為各種構(gòu)成成本完全不同的產(chǎn)品之時(shí)，便要耗損掉一部分的外部能量。在蒸餾階段物質(zhì)位于不同相間的轉(zhuǎn)移是處在溫度與壓力均保持恒定的狀態(tài)下所實(shí)施的，相轉(zhuǎn)移階段的推動(dòng)力量為化學(xué)勢(shì)，其在應(yīng)對(duì)相變以及化學(xué)改變之時(shí)作用價(jià)值巨大。在精餾處理階段，蒸汽采用特定壓力降通過(guò)精餾塔是導(dǎo)致不可逆的關(guān)鍵因素之一。其次為再沸器與冷凝器各自通過(guò)特定溫度變化差異加入以及將熱量轉(zhuǎn)移，更為關(guān)鍵的一方面原因是氣體與液體的兩相接觸亦或是在發(fā)生混合之后由于遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能夠滿(mǎn)足于相平衡從而導(dǎo)致精餾階段的不可逆性明顯升高。因而，減小流體流動(dòng)所出現(xiàn)的壓力降，降低在熱傳導(dǎo)階段的溫差值，降低質(zhì)量傳遞使得濃度差，都能夠確保精餾階段的功耗大大降低，促使被耗損的功耗大幅度降低。
1.2化學(xué)反應(yīng)與節(jié)能
在化學(xué)反應(yīng)階段當(dāng)中也會(huì)受到動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)等原理的支配。化學(xué)反應(yīng)的速率及平衡性是存在密切相關(guān)性的，具體可由反應(yīng)速率將化學(xué)平衡導(dǎo)出，然而卻不能反推。因而化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)相較于反應(yīng)熱力學(xué)是更加底層的一項(xiàng)核心基礎(chǔ)。熱力學(xué)純粹是給出了化學(xué)反應(yīng)的一種可能性，要達(dá)到這樣一種可能性還需要能夠由更高的動(dòng)力學(xué)角度來(lái)探討化學(xué)反應(yīng)速率與有關(guān)影響因素。在化學(xué)反應(yīng)階段，絕大部分狀況下均會(huì)同時(shí)出現(xiàn)熱量放出亦或是吸入現(xiàn)象。怎樣能夠高效化地應(yīng)用或供應(yīng)反應(yīng)熱量將是在化學(xué)反應(yīng)階段實(shí)現(xiàn)節(jié)能最為關(guān)鍵的一方面內(nèi)容。針對(duì)吸熱反應(yīng)，應(yīng)當(dāng)盡可能科學(xué)化地進(jìn)行熱量供應(yīng)。吸熱反應(yīng)溫度也應(yīng)將其最大程度地減小，以便于能夠更好地應(yīng)用過(guò)程剩余熱量抑或是采取汽輪機(jī)抽氣予以熱量供應(yīng)，降低對(duì)高品質(zhì)燃料的損耗。針對(duì)放熱反應(yīng)現(xiàn)象，便需要盡可能確保對(duì)反應(yīng)熱的科學(xué)化應(yīng)用。放熱反應(yīng)溫度必須要在允許的范圍內(nèi)達(dá)到最大值，以期能夠確保所回收到的熱量有著較高的品質(zhì)?；瘜W(xué)反應(yīng)設(shè)備是開(kāi)展化學(xué)反應(yīng)最為關(guān)鍵的部分，在絕大多數(shù)的反應(yīng)階段當(dāng)中往往都會(huì)同時(shí)存在有流體流動(dòng)、熱傳導(dǎo)、質(zhì)量傳遞等流程，其中每一項(xiàng)流程均會(huì)不同程度地產(chǎn)生一定的阻力，且還要耗損一定的能量。因此，對(duì)反應(yīng)裝置予以適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，降低阻力，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)能量耗損的有效減小。
2節(jié)能設(shè)備
2.1換熱設(shè)備節(jié)能
這一設(shè)備最終重要的一項(xiàng)功能即為實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量的高效化傳導(dǎo)，并且在熱量傳導(dǎo)之時(shí)有可能還會(huì)因?yàn)閭鳠岱绞饺源嬗幸欢ǖ娜毕荻斐蔁崃縼G失。要想解決這一問(wèn)題便應(yīng)當(dāng)就熱量傳導(dǎo)過(guò)程之中的溫度差予以適當(dāng)?shù)膬?yōu)化協(xié)調(diào)，促使溫度能夠始終處在較為穩(wěn)定的狀況之下。熱量傳導(dǎo)還存在有順流、逆流、交差流以及混合流等多種形式，特別是在逆流階段所出現(xiàn)的溫差變化是最為明顯的，在順流階段所出現(xiàn)的溫度變化是最不顯著的。因而，為了盡可能地增強(qiáng)熱量傳導(dǎo)效應(yīng)，還應(yīng)盡可能地選用逆流傳熱形式，并借此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)熱量損耗的降低。提高換熱設(shè)備換熱面積，促使其熱傳導(dǎo)效應(yīng)能夠盡可能增強(qiáng)。革新傳導(dǎo)設(shè)備結(jié)構(gòu)，并借此來(lái)提高單位體積內(nèi)的傳熱面積，進(jìn)而促使換熱器工作效率能夠盡可能地得以提升。若可選用部分直徑相對(duì)偏小的傳送管道，還可將管道采取密切排列的方式，采用形狀適當(dāng)?shù)某崞軄?lái)提高熱傳導(dǎo)面積，增強(qiáng)熱傳導(dǎo)效率。要想提升熱傳導(dǎo)能量最有效的方式途徑即為增強(qiáng)熱傳導(dǎo)系數(shù)，這同時(shí)也是在熱傳導(dǎo)設(shè)備節(jié)能研究領(lǐng)域最為關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容。而對(duì)于熱傳導(dǎo)效率的提升就必須要新增一部分的冷熱流體以及和管壁間的換熱系數(shù)，尤其是針對(duì)換熱性能相對(duì)不足的那一部分，可將其管道壁壘的表面設(shè)置為粗糙結(jié)構(gòu)，以期能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)底層流體熱傳導(dǎo)效率的影響。此外，還可在管道內(nèi)新增部分插件，引導(dǎo)其轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)生成一部分的熱量。
2.2流體傳送設(shè)備節(jié)能
2.2.1泵節(jié)能
在流體流動(dòng)或者是在傳輸階段內(nèi)，都會(huì)在一定程度上和傳輸管道內(nèi)壁產(chǎn)生撞擊摩擦，從而便會(huì)造成部分能量轉(zhuǎn)換成了熱能，致使能源耗損量大大提高。依據(jù)能量守恒定律來(lái)就流動(dòng)情況展開(kāi)分析，需針對(duì)流體的流動(dòng)速度采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?，從而盡可能地降低管道當(dāng)中的額外閥門(mén)零件，若有需要還可適當(dāng)新增一些減阻劑來(lái)減小流體耗損能量。另外，還可選用更高質(zhì)量同時(shí)效率也更高的泵，來(lái)促使流體當(dāng)中所通過(guò)的零部件其表面能夠更加光滑，降低摩擦系數(shù)并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)流體能量耗損的全面降低。
2.2.2壓縮機(jī)節(jié)能
在生產(chǎn)石油化工之時(shí)，除過(guò)離心式壓縮機(jī)外常常還會(huì)應(yīng)用到復(fù)式壓縮設(shè)備，盡管此兩種壓縮設(shè)備在原理以及節(jié)能的方式上存在著一定的差異性，然而其在實(shí)施壓縮之時(shí)，均可促使有效能受損。導(dǎo)致這一問(wèn)題現(xiàn)象出現(xiàn)的關(guān)鍵因素是由于采取了非等溫壓縮處理方式。因此，若要確保壓縮設(shè)備能夠達(dá)到更好的節(jié)能效果，便需要對(duì)壓縮設(shè)備的結(jié)構(gòu)予以調(diào)整，促使其轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗉?jí)別壓縮，在傳輸下級(jí)過(guò)程內(nèi)逐漸冷卻，從而也便能夠最大程度地促使壓縮設(shè)備接近于等溫壓縮，可較為高效的降低能量損失，極大地降低額外的能量浪費(fèi)。
2.2.3離心式壓縮機(jī)節(jié)能
這一種類(lèi)型的設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)能量損失的環(huán)節(jié)主要為流動(dòng)、沖擊、輪阻等環(huán)節(jié)。若要促使這一設(shè)備能夠達(dá)到更為優(yōu)異的節(jié)能效果，便需轉(zhuǎn)變其操作方式及設(shè)計(jì)方案。具體包括：利用對(duì)吸入過(guò)程壓力的提升，來(lái)減小在吸入過(guò)程內(nèi)所出現(xiàn)的熱能，降低葉輪阻力，轉(zhuǎn)變?nèi)~輪及葉片角度，以促使其能量耗損可得以顯著減小。
3結(jié)語(yǔ)
總而言之，隨著當(dāng)今世界能源危機(jī)問(wèn)題的日漸嚴(yán)重，資源短缺問(wèn)題不斷凸顯，節(jié)能技術(shù)的重要性也上升到了空前的高度。節(jié)能技術(shù)有著多種形式與類(lèi)型，每一種節(jié)能技術(shù)也都有著其最為顯著的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，科學(xué)應(yīng)用好有關(guān)的節(jié)能技術(shù)，盡最大努力減小能源耗損將是未來(lái)在能源應(yīng)用領(lǐng)域最為重要的一項(xiàng)研究?jī)?nèi)容。石油化工資源作為一種不可再生能源，其完全枯竭只是時(shí)間長(zhǎng)短問(wèn)題，對(duì)此就必須要在這一方面大力加強(qiáng)有關(guān)的研究工作，由每一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)降低浪費(fèi)，以期最終能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)經(jīng)濟(jì)成本的節(jié)約。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；研究發(fā)展；環(huán)境保護(hù)；應(yīng)用
1、綠色化學(xué)的基本概念
綠色化學(xué)是利用化學(xué)原理來(lái)防止污染的一門(mén)學(xué)科，也稱(chēng)環(huán)境無(wú)害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué)，在綠色化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)稱(chēng)為綠色技術(shù)、環(huán)境友好技術(shù)或清潔生產(chǎn)技術(shù)。綠色化學(xué)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)“零”排放，不產(chǎn)生污染。綠色化學(xué)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，包括節(jié)約原材料和能源、淘汰有毒原料、減降廢物的數(shù)量和毒性。 綠色化學(xué)通過(guò)改變化學(xué)品或生產(chǎn)過(guò)程的內(nèi)在本質(zhì)，來(lái)減少或消除有害物質(zhì)的使用或產(chǎn)生，是非?？茖W(xué)的，是化學(xué)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。
2、綠色化學(xué)的原則
綠色化學(xué)經(jīng)過(guò)先驅(qū)者10多年的研究與探索，總結(jié)出了綠色化學(xué)的一些理論和原則，為綠色化學(xué)的今后研究工作奠定了墓礎(chǔ)。P.T .A nastas和J.C. W aner提出的12條綠色化學(xué)的原則目前為國(guó)際化學(xué)界所公認(rèn)，它反映了近年來(lái)在綠色化學(xué)領(lǐng)域中所開(kāi)展的多方面的研究工作內(nèi)容，同時(shí)也指明了未來(lái)發(fā)展綠色化學(xué)的方向。
3、綠色化學(xué)主要研究?jī)?nèi)容
綠色化學(xué)的研究主要是圍繞化學(xué)反應(yīng)、原料、催化劑、溶劑和產(chǎn)品的綠色化開(kāi)展的，具體包括：新合成方法和路線(xiàn)的研究，特別是新型催化劑和催化過(guò)程的研究；新化學(xué)原料的研究，包括生物質(zhì)資源的沽凈轉(zhuǎn)化和綜合利用；新反應(yīng)條件及過(guò)程的研究，包括對(duì)超臨界流體、環(huán)境無(wú)害的介質(zhì)等的研究；綠色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研制的研究。
4、綠色化學(xué)的主要研究對(duì)象
4.1 原料的綠色化
現(xiàn)有的化工生產(chǎn)中，仍有不少產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中使用著劇毒原料。為了確保環(huán)境安全和人類(lèi)的健康，尋找無(wú)毒、無(wú)害的原料來(lái)生產(chǎn)人類(lèi)所需的化工產(chǎn)品，是十分必要的。
4.2 化學(xué)反應(yīng)的綠色化
提高化學(xué)反應(yīng)效率符合化學(xué)反應(yīng)綠色化的要求，化學(xué)反應(yīng)的綠色化包括 （1）原子經(jīng)濟(jì)性。即最大限度地利用原料和最大限度地減少?gòu)U物的排放，減少環(huán)境污染。 （2）反應(yīng)的選擇性?；瘜W(xué)反應(yīng)的選擇性包括位置選擇性、化學(xué)選擇性和立體選擇性。
4.3 產(chǎn)品的綠色化
產(chǎn)品的綠色化是綠色化學(xué)的關(guān)鍵部分，其實(shí)質(zhì)就是大力研制并且提供人身更安全的環(huán)境友好型化工產(chǎn)品，如新的海洋生物防垢劑、THPS殺菌劑、滅火制冷劑、二酰基肼殺蟲(chóng)劑等?？山到馑芰?、環(huán)境友好農(nóng)藥、綠色燃料、綠色涂料、CFCs替代物等等都是很有發(fā)展前景的綠色產(chǎn)品，隨著技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的產(chǎn)品將會(huì)取代原來(lái)的對(duì)環(huán)境有害的產(chǎn)品。
4.4 催化劑的綠色化
目前在許多化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)工藝中，常采用對(duì)設(shè)備腐蝕較大，污染環(huán)境、危害人體健康和社會(huì)安全的化學(xué)原材料作為催化劑，目前圍繞催化劑的綠色化展開(kāi)的研究主要有：仿酶催化劑、固體酸催化、水溶性有機(jī)金屬配合催化劑及多相催化體系。
4.5 溶劑的綠色化
溶劑在化學(xué)品生產(chǎn)過(guò)程中，廣泛的用做反應(yīng)分離的介質(zhì)或用做清洗劑。當(dāng)前廣泛使用的溶劑是揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），其在使用過(guò)程中有的會(huì)引起地面臭氧的形成，有的會(huì)引起水源污染。
4.6 化學(xué)設(shè)計(jì)的綠色化
化學(xué)設(shè)計(jì)的綠色化是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助的綠色化學(xué)設(shè)計(jì)。其做法是：首先建立一個(gè)盡可能全的化學(xué)反應(yīng)的資料庫(kù)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行可能的化學(xué)反應(yīng)的組合；其次確定目標(biāo)產(chǎn)物和可能采用的原料；第三讓計(jì)算機(jī)找出能生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)及所需原料，第四以上一步的原料為目標(biāo)產(chǎn)物再做搜尋，找出該目標(biāo)產(chǎn)物的合成反應(yīng)原料，直到得出預(yù)定的原料；最后比較各條可能的反應(yīng)路線(xiàn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性及環(huán)境效應(yīng)，從中選出最佳途徑。
4.7 合成技術(shù)的綠色化
合成技術(shù)的綠色化是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的，其宗旨是要減少有毒有害物質(zhì)的使用，該技術(shù)采用一些特別的非傳統(tǒng)的化學(xué)方法，獲得多種環(huán)境效果，改善產(chǎn)品的選擇性，降低單位產(chǎn)品的能耗。其中電化學(xué)發(fā)是新世紀(jì)潔凈技術(shù)的重要方法，該方法在化學(xué)反應(yīng)中無(wú)需使用有毒有害試劑，而且還可以使反應(yīng)在常溫、常壓下進(jìn)行，所以，電化學(xué)方法在潔凈合成中個(gè)有獨(dú)特的魅力。
5、綠色化學(xué)的新技術(shù)和新工藝
5.1 催化技術(shù)
催化劑，不僅可以加速反應(yīng)的過(guò)程，極大地改善化學(xué)反應(yīng)的選擇性和提高轉(zhuǎn)化率，提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，而且能從根本上減少或消除副產(chǎn)物的產(chǎn)生，減少污染，最大限度地利用各種資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，這是綠色化學(xué)研究所追求的目標(biāo)。
5.2 生物技術(shù)
生物技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)最具有發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)之一，是當(dāng)代科學(xué)的高新技術(shù)，生物技術(shù)在醫(yī)藥、食品、能源、冶金、化工、精細(xì)化學(xué)品的制造等方面具有廣泛的應(yīng)用。它的最大特點(diǎn)在于能充分利用生物質(zhì)資源，節(jié)約能源，易于實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，而且可以實(shí)現(xiàn)一般化工技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的化工過(guò)程。生物技術(shù)主要包括：基因工程、細(xì)胞工程、酶工程和微生物工程。
5.3 超聲技術(shù)
超聲技術(shù)，即聲化學(xué)，它是聲學(xué)和化學(xué)的交叉滲透而產(chǎn)生的一門(mén)新興交叉學(xué)科。聲化學(xué)能改變反應(yīng)的進(jìn)程，提高反應(yīng)的選擇性，增加化學(xué)反應(yīng)的速率和產(chǎn)率，降低能耗和較少?gòu)U物的排放，因此聲化學(xué)技術(shù)作為一種安全無(wú)害的“綠色技術(shù)”，在合成化學(xué)中具有廣泛的應(yīng)用。
2009年 4 月 26 日
一、實(shí)習(xí)目的：
建筑環(huán)境與設(shè)備工程專(zhuān)業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)，是重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)可以使學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)從事的領(lǐng)域和業(yè)務(wù)，本專(zhuān)業(yè)的工程情況建立一定的感性認(rèn)識(shí)，使同學(xué)們明確自己的專(zhuān)業(yè)范圍，了解專(zhuān)業(yè)一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)管理、調(diào)試等方面的知識(shí)。為以后的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。
二、實(shí)習(xí)內(nèi)容：
1、氣源部分
熟悉天然氣鍋爐的構(gòu)造、工作原理、主要參數(shù);熟悉天然氣鍋爐的工藝流程及設(shè)備、發(fā)生站流程及設(shè)備;
地點(diǎn)：**區(qū)**總公司地下供暖系統(tǒng)
時(shí)間：2009年4月24日
天氣雖然惡劣，風(fēng)力很大，但是我們對(duì)知識(shí)的渴求絲毫不減，在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)行下，我們一行來(lái)到**公司。在實(shí)習(xí)過(guò)程中。我抱著虛心的態(tài)度，積極地記下并了解各種設(shè)備的結(jié)構(gòu)，及時(shí)向老師請(qǐng)教自己不理解的疑問(wèn)，去總結(jié)我們認(rèn)識(shí)上許多錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。 由于在觀(guān)摩之前我查閱了相關(guān)資料，所以對(duì)于老師的講解較為理解，對(duì)我**地下天然氣鍋爐房的供暖原理，我有較清楚的認(rèn)識(shí)。
天然氣鍋爐由三部分組成：燃燒設(shè)備、換熱設(shè)備、自動(dòng)控制和安全保護(hù)裝置。燃燒設(shè)備主要是由燃?xì)馊紵鳌Ⅻc(diǎn)火裝置、燃燒室、送風(fēng)與排煙系統(tǒng)組成。
目前國(guó)內(nèi)鍋爐的內(nèi)部換熱設(shè)備有兩種，一種是采用套管換熱器，也就是生活熱水套在采暖換熱器內(nèi)，直接由火來(lái)加熱;另一種結(jié)構(gòu)形式是生活熱水采用間接加熱，即通過(guò)板式換熱器來(lái)?yè)Q熱。自動(dòng)控制及安全保護(hù)裝置主要有風(fēng)壓開(kāi)關(guān)、流量開(kāi)關(guān)、熄火保護(hù)、缺水保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、溫度傳感器和控制器等組成。燃?xì)獗趻戾仩t的工作可以簡(jiǎn)單看成由兩個(gè)過(guò)程組成：一個(gè)是燃燒過(guò)程，就是將燃料與空氣混合著火燃燒釋放出化學(xué)反應(yīng)熱的過(guò)程;另外一個(gè)是傳熱過(guò)程，就是指把燃料燃燒釋放的化學(xué)反應(yīng)熱通過(guò)受熱面?zhèn)鬟f給水的過(guò)程。
當(dāng)燃?xì)夤┙o閥打開(kāi)，按下啟動(dòng)按鈕，燃?xì)獗趻戾仩t將自動(dòng)完成整個(gè)燃燒和換熱過(guò)程。首先是風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，風(fēng)壓開(kāi)關(guān)工作，空氣進(jìn)入進(jìn)行20秒的前吹掃，然后燃?xì)怆姶砰y打開(kāi)，燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)馊紵?，同時(shí)點(diǎn)火變壓器開(kāi)始工作，將220V電壓變成6000V以上高電壓，兩個(gè)點(diǎn)火電極彼此放電(若一個(gè)電極則是對(duì)地放電)形成電弧把燃?xì)庖?，熄火保護(hù)裝置執(zhí)行保護(hù)工作監(jiān)視燃燒室火焰狀況。燃?xì)庠谌紵抑腥紵?把換熱器中的鍋水加熱，鍋水溫度升高用于供暖或?qū)⑸顭崴訜幔?水把燃?xì)馊紵纬傻幕瘜W(xué)反應(yīng)熱進(jìn)行有效吸收，完成熱量的傳遞過(guò)程。
2、輸配部分
熟悉城市管網(wǎng)的布置特點(diǎn)、壓力級(jí)制和各種構(gòu)筑物(門(mén)站或儲(chǔ)配站、區(qū)域調(diào)壓站)的工藝流程、工作原理及站內(nèi)主要設(shè)備。熟悉液化石油氣儲(chǔ)配站的布置、工藝流程及運(yùn)行原理。
(一)存在的問(wèn)題分析
1.學(xué)生情況高等職業(yè)教育一般學(xué)制三年，學(xué)生年齡在20歲左右，與本科學(xué)生相比，高職學(xué)生生源質(zhì)量相對(duì)較差;部分學(xué)生基礎(chǔ)差，而且沒(méi)有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。前期在高職學(xué)習(xí)的兩年里，由于高職院校的定位與本科院校有差異，從而造成學(xué)生對(duì)相應(yīng)課程的掌握程度不夠，有些學(xué)生仍沒(méi)有養(yǎng)成好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)習(xí)能力相對(duì)較差。
2.課程銜接本科教育培養(yǎng)的是研究設(shè)計(jì)型人才，理論知識(shí)的廣度和深度遠(yuǎn)超出專(zhuān)科的要求。高職專(zhuān)科教育培養(yǎng)的是應(yīng)用操作型的人才，理論知識(shí)貫徹“必需”和“夠用”的原則，強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力和實(shí)際操作能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練。因此，專(zhuān)科院校的課程設(shè)置中，基礎(chǔ)理論知識(shí)的課時(shí)數(shù)和學(xué)習(xí)深度遠(yuǎn)比不上本科院校，有些課程沒(méi)有開(kāi)設(shè)。［7］對(duì)于本學(xué)院參加自學(xué)考試“專(zhuān)接本”的學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于對(duì)“高等數(shù)學(xué)”、“物理化學(xué)”等先期課程的知識(shí)掌握得不夠扎實(shí)，加上本身的抽象思維能力差、工程課程基礎(chǔ)薄弱等原因，從而使得其在“化學(xué)反應(yīng)工程”課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題較多，一時(shí)難以適應(yīng)。
(二)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)定和教材選取
1.教學(xué)內(nèi)容設(shè)定的思想“化學(xué)反應(yīng)工程”課程的內(nèi)容十分豐富，在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)要將所有內(nèi)容都講授完很困難。對(duì)于參加自學(xué)考試“專(zhuān)接本”的學(xué)生來(lái)說(shuō)，由于學(xué)習(xí)的時(shí)間緊，學(xué)完全部?jī)?nèi)容有些困難，這樣就需要對(duì)內(nèi)容進(jìn)行精簡(jiǎn)提煉。由于自學(xué)考試“專(zhuān)接本”目的明確，教學(xué)內(nèi)容設(shè)定時(shí)，應(yīng)緊扣江蘇省高等教育自學(xué)考試“化學(xué)反應(yīng)工程”科目的考試大綱的要求，根據(jù)大綱要求來(lái)設(shè)定教學(xué)內(nèi)容并組織實(shí)施，以做到有的放矢，從而提高教學(xué)效率。
2.教學(xué)內(nèi)容的具體設(shè)置根據(jù)大綱的要求，均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和理想反應(yīng)器、非理想流動(dòng)、非均相反應(yīng)這幾部分內(nèi)容是考核的重點(diǎn)，也自然是教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)。下面對(duì)這幾部分進(jìn)行分解，以確定具體實(shí)施的教學(xué)內(nèi)容。均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和理想反應(yīng)器著重介紹:影響反應(yīng)速率的因素;反應(yīng)速率方程式的建立方法;兩種理想流動(dòng)模式的特點(diǎn)以及由此造成的兩種理想反應(yīng)器內(nèi)溫度、濃度、反應(yīng)速率分布的區(qū)別，進(jìn)而影響到反應(yīng)器的生產(chǎn)能力和反應(yīng)的選擇性;反應(yīng)器的教學(xué)模型———物料、熱量衡算式，在不同反應(yīng)器不同操作方式下的建立方法;理想反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算;如何根據(jù)反應(yīng)特性和反應(yīng)器特性進(jìn)行反應(yīng)器型式和操作方法的評(píng)選等等。非理想流動(dòng)部分的重點(diǎn)是:搞清楚反應(yīng)器內(nèi)返混的概念，返混與停留時(shí)間分布的區(qū)別和聯(lián)系;停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)和停留時(shí)間分布函數(shù)F(t)的物理意義;理想反應(yīng)器的E(t)和F(t);如何由示蹤實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定E(t)或F(t)和分布函數(shù)的特征值，并由此確定非理想流動(dòng)模型的模型參數(shù)。非均相反應(yīng)主要是熟悉掌握氣固催化反應(yīng)和固定床反應(yīng)器。非均相反應(yīng)部分的重點(diǎn)是:如何判別是否存在內(nèi)擴(kuò)散影響，內(nèi)擴(kuò)期的影響程度如何，以及在有內(nèi)擴(kuò)散影響下如何確定催化劑的有效系數(shù)。
3.教材選取本門(mén)課程的講授過(guò)程中采用以主要教材為主、參考教材為輔的理念，要求學(xué)生對(duì)大綱涉及內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)、深入地閱讀、思考。選用的主要教材為陳甘棠先生主編的“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《化學(xué)反應(yīng)工程》第三版，該教材內(nèi)容全面豐富。
(三)課程教學(xué)實(shí)施
1.參考考試大綱和歷年試題，以基礎(chǔ)知識(shí)為主組織教學(xué)根據(jù)考試大綱要求，本門(mén)課程自學(xué)考試試題側(cè)重于檢驗(yàn)基本概念、基本原理和基本計(jì)算方法的理解掌握和靈活應(yīng)用的程度。試題面覆蓋各章，但體現(xiàn)重點(diǎn)章節(jié)。體現(xiàn)對(duì)內(nèi)容了解、理解、掌握三個(gè)深度的要求。另外，根據(jù)對(duì)前幾年本課程自學(xué)考試的試卷的分析，發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)部分的題目考查的都是基礎(chǔ)知識(shí)，所以基礎(chǔ)知識(shí)是根本。教學(xué)過(guò)程中，注重基礎(chǔ)知識(shí)的講授。通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的深入講解，使學(xué)生較好掌握基礎(chǔ)知識(shí)并在此基礎(chǔ)上能舉一反三。如:化學(xué)反應(yīng)速率的表達(dá)式，貫穿反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基本知識(shí)，形式雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但根據(jù)條件的不同，會(huì)有多種變化形式，講解時(shí)要求學(xué)生把握基本，再依據(jù)所給條件進(jìn)行相應(yīng)變化，以期達(dá)到融會(huì)貫通的效果。授課時(shí)，要求學(xué)生按章做讀書(shū)筆記，理出主要的概念、原理、公式和方法。
2.注重習(xí)題的訓(xùn)練學(xué)習(xí)反應(yīng)工程者，往往能看懂書(shū)上的概念，但不會(huì)做題目。因而必須盡可能多做習(xí)題。首先可從看懂教材中例題入手，然后可以選擇一些反應(yīng)工程例題與習(xí)題書(shū)上的例題進(jìn)行試做，將結(jié)果與題解對(duì)照。在獨(dú)立解題時(shí)，對(duì)于計(jì)算復(fù)雜的題目，可以只列出解題思路。同時(shí)，由于實(shí)際考試時(shí)的題型分為選擇題、填充題、名詞解釋、簡(jiǎn)答題和計(jì)算題等多種形式，學(xué)生做習(xí)題時(shí)也要多接觸各類(lèi)題型;學(xué)生做過(guò)習(xí)題后，教師對(duì)典型的題型進(jìn)行集中講解，以幫助學(xué)生理清不同題型的解題思路和掌握相應(yīng)的解題方法。在總復(fù)習(xí)階段，教師詳細(xì)分析講解一到兩套模擬試題，學(xué)生獨(dú)立完成幾套模擬試題的練習(xí)是非常重要的環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)生清醒了解自己對(duì)課程知識(shí)的掌握程度，利于復(fù)習(xí)提高。
3.傳統(tǒng)授課方式和多媒體教學(xué)相結(jié)合采用多媒體技術(shù)，能用圖、文、聲、像和動(dòng)態(tài)視頻等效果直觀(guān)地把傳統(tǒng)媒體技術(shù)條件下難以表述的現(xiàn)象與過(guò)程主動(dòng)而形象地顯現(xiàn)出來(lái)，所以采用多媒體技術(shù)來(lái)輔助教學(xué)，通過(guò)形象的手段來(lái)表達(dá)抽象的內(nèi)容，往往可以收到事半功倍的效果。由于本課程涉及的內(nèi)容相對(duì)抽象，學(xué)生開(kāi)始學(xué)習(xí)時(shí)，往往難以理解和掌握。采用形象的多媒體教學(xué)，能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，起到較好的效果。如對(duì)于各種反應(yīng)器的型式和結(jié)構(gòu)、流動(dòng)模型、氣固相催化反應(yīng)步驟等知識(shí)點(diǎn)，采用多媒體動(dòng)畫(huà)能幫助學(xué)生更形象、直觀(guān)地理解所學(xué)內(nèi)容。
4.培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力高職教學(xué)要求學(xué)生識(shí)記的比重相對(duì)較大，理解掌握的內(nèi)容相對(duì)較少，學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力相對(duì)較差，習(xí)慣被動(dòng)地接受知識(shí)。“化學(xué)反應(yīng)工程”課程的知識(shí)理論性相對(duì)較強(qiáng)，處理問(wèn)題時(shí)要求學(xué)生有較強(qiáng)的獨(dú)立思維和抽象思維能力。因此，課程的講授時(shí)注重對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。進(jìn)行課程講授時(shí)根據(jù)教材的特點(diǎn)，對(duì)教材要點(diǎn)、難點(diǎn)、關(guān)鍵之處羅列提綱，通過(guò)設(shè)疑、引讀，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成預(yù)習(xí)、自學(xué)的習(xí)慣。同時(shí)，由于時(shí)間的關(guān)系，課程講授時(shí)相對(duì)較快，會(huì)有部分學(xué)生跟不上節(jié)奏，這樣就要求學(xué)生在課后能養(yǎng)成自學(xué)的習(xí)慣，能根據(jù)自學(xué)考試大綱的要求，結(jié)合教師的講授，有針對(duì)性地進(jìn)行自學(xué)。
二、課程教學(xué)效果
通過(guò)以上對(duì)“化學(xué)反應(yīng)工程”課程的教學(xué)實(shí)施，學(xué)生基本能較好地掌握課程的基礎(chǔ)知識(shí)和內(nèi)容，除個(gè)別學(xué)生因后來(lái)中途綴學(xué)外，絕大部分學(xué)生都能順利通過(guò)自學(xué)考試，從而達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)。圖1為本校“化學(xué)反應(yīng)工程”自考近年來(lái)的通過(guò)率，全省平均通過(guò)率為65－70%左右。從圖1可以看出，本校“化學(xué)反應(yīng)工程”的自考通過(guò)率高于全省平均水平，課程教學(xué)取得一定的效果。
三、結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了3個(gè)化學(xué)小發(fā)明。第1個(gè)是外置藥桶型泡沫滅火器，它可以反復(fù)使用并可隨關(guān)隨停；第2個(gè)是新型啟普發(fā)生器，它適用液體和液體反應(yīng)隨用隨制氣體；第3個(gè)是冰雪天汽車(chē)上坡防滑橡膠履帶，它利用化學(xué)反應(yīng)放熱解決了雨天上坡路面濕滑的問(wèn)題。
生活中一些看似難以解決的問(wèn)題，通過(guò)細(xì)致觀(guān)察，理智分析，就會(huì)捕捉到一閃即逝的靈感，找到巧妙的解決方法，經(jīng)歷探究過(guò)程中無(wú)數(shù)次的失敗或成功，會(huì)感受到小發(fā)明的無(wú)窮魅力。
1外置藥桶型泡沫滅火器
正常的泡沫滅火器內(nèi)有兩個(gè)內(nèi)膽，分別盛放兩種液體，它們是硫酸鋁和碳酸氫鈉溶液，兩種溶液互不接觸，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。需要工作時(shí)，把滅火器倒立，兩種溶液混合在一起，就會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w，如圖1所示。其化學(xué)反應(yīng)方程式為：Al2（SO4
傳統(tǒng)的泡沫滅火器平時(shí)不能碰倒，否則就會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，直至泡沫滅火器內(nèi)部材料用盡。筆者的改進(jìn)就是在桶蓋上安裝外置藥液瓶，內(nèi)部改進(jìn)為3個(gè)室，上面一個(gè)為NaHCO3盛液室，另一個(gè)為Al2（SO4）3盛液室，最下部為反應(yīng)室，模型如圖2所示。
使用前封閉輸液開(kāi)關(guān)，安裝兩個(gè)外置藥桶，一個(gè)裝滿(mǎn)碳酸氫鈉溶液，另一個(gè)裝滿(mǎn)硫酸鋁溶液。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)條件，碳酸氫鈉藥桶的體積大約是硫酸鋁藥桶體積的6倍。使用時(shí)，打開(kāi)輸液開(kāi)關(guān)，液體進(jìn)入各自的盛液室，撥動(dòng)單向門(mén)聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)，液體進(jìn)入反應(yīng)室開(kāi)始劇烈反應(yīng)，通過(guò)導(dǎo)管?chē)姵鰵怏w，單向門(mén)可以利用反應(yīng)室氣壓控制液體流入速度，防止壓強(qiáng)過(guò)大引起爆炸。需要停止時(shí)，封閉氣體出口，單向門(mén)開(kāi)關(guān)封閉液體，藥液不進(jìn)入反應(yīng)室，反應(yīng)停止。長(zhǎng)期不用時(shí)，關(guān)閉聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)及輸液開(kāi)關(guān)即可。
2新型啟普發(fā)生器
實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的啟普發(fā)生器要求是塊狀固體與液體反應(yīng)制備氣體，利用氣壓升高使固液分離，從而使反應(yīng)中止，以達(dá)到隨用隨制，隨關(guān)隨停的效果。其原理如圖3所示。
筆者設(shè)計(jì)的啟普發(fā)生器結(jié)構(gòu)如圖4所示。容器分上下兩室，上室A盛液體，下室B可放置固體或液體。上下室通過(guò)一根倒U型管連通，通過(guò)虹吸現(xiàn)象可以使A室液體滴入B室，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體越來(lái)越多時(shí)，氣壓使液體不再滴入，反應(yīng)停止，達(dá)到控制反應(yīng)的效果。
短管下安裝一個(gè)浮沉子防止氣體進(jìn)入A室逃逸。浮塵子上部為錐形容器（上部封閉一些氣體，下端開(kāi)有小孔），下部為鏤空小球，中間由細(xì)線(xiàn)相連。當(dāng)加裝A液體時(shí)，浮沉子上浮，液體透過(guò)鏤空小球進(jìn)入U(xiǎn)型管滴入B室，開(kāi)始化學(xué)反應(yīng)制備氣體；當(dāng)關(guān)閉氣體出口時(shí)，B室氣壓高于錐形瓶?jī)?nèi)氣壓，液體通過(guò)小孔進(jìn)入錐形瓶，浮塵子由于重力增大下沉，封閉U型管，防止氣體進(jìn)入上層容器。
這種新型啟普發(fā)生器，不但可以完成傳統(tǒng)啟普發(fā)生器液體與固體反應(yīng)制取氫氣、二氧化碳、硫化氫等氣體實(shí)驗(yàn)，也可以完成液體與液體反應(yīng)制取二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮、氨氣等氣體實(shí)驗(yàn)。
3冰雪天汽車(chē)上坡防滑橡膠履帶
一場(chǎng)冰雪過(guò)后，高架橋上坡路面摩擦力迅速變小，部分汽車(chē)開(kāi)不上去，造成道路擁堵。傳統(tǒng)解決辦法是撒鹽化雪或鋪設(shè)草墊，不但污染環(huán)境而且腐蝕橋梁。筆者設(shè)計(jì)的防滑橡膠履帶可由工程車(chē)鋪到引橋上，防滑履帶下安裝遇空氣自發(fā)熱的化學(xué)藥品，融冰后可以緊貼路面，天氣轉(zhuǎn)暖后由工程車(chē)收回，裝上發(fā)熱材料反復(fù)使用，其模型如圖5所示。
