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對所研究的化學反應，以簡化的或近似的數學表達式來表述反應速率和選擇率與溫度和濃度等的關系。這本來是物理化學的研究領域，但是化學反應工程工作者由于工業實踐的需要，在這方面也進行了大量的工作。不同之處是，化學反應工程工作者著重于建立反應速率的定量關系式，而且更多地依賴于實驗測定和數據關聯。多年來，已發展了一整套動力學實驗研究方法，其中包括各種實驗用反應器的使用、實驗數據的統計處理方法和實驗規劃方法等。
對各類常用的反應器內的流動、傳熱和傳質等過程進行理論和實驗研究，并力求以數學式予以表達。由于傳遞過程只是物理的,所以研究時可以避免化學反應,用廉價的模擬物系（如空氣、水、砂子等）代替實際反應物系進行實驗。這種實驗常稱為冷態模擬實驗，簡稱冷模實驗。傳遞過程的規律可能因設備尺寸而異，冷模實驗所采用的設備應是一系列不同尺寸的裝置；為可靠起見，所用設備甚至還包括與工業規模相仿的大型實驗裝置。各類反應器內的傳遞過程大都比較復雜，有待更深入地去研究。
對一個特定反應器內進行的特定的化學反應過程，在其反應動力學模型和反應器傳遞模型都已確定的條件下，將這些數學模型與物料衡算、熱量衡算等方程聯立求解，就可以預測反應結果和反應器操作性能。由于實際工業反應過程的復雜性，至今尚不能對所有工業反應過程都建立可供實用的反應動力學模型和反應器傳遞模型。因此，進行化學反應工程的理論研究時，概括性地提出若干個典型的傳遞過程。例如：伴隨著流動發生的各種不同的混合，如返混、微觀混合、滴際混合等；反應過程中的傳質和傳熱，包括反應相外傳質和傳熱（傳質和反應相繼發生）和反應相內傳質和傳熱(反應和傳質同時進行)。然后，對各個典型傳遞過程逐個地進行研究，忽略其他因素，單獨地考察其對不同類型反應結果的影響。例如，對反應相外的傳質，理論研究得出其判據為達姆科勒數Dα，并已導出當Dα取不同值時外部傳質對反應結果的影響程度。同樣，對反應相內的傳質，也得出了相應的判據西勒模數。這些理論研究成果構成了本學科內容的重要組成部分。這些成果一般并不一定能夠直接用于反應器的設計，但是對于分析判斷卻有重要的指導意義。
由于在已選定的工業反應器中進行的宏觀化學反應過程，就是具有一定化學動力學特性的反應物系進入具有一定流動和傳遞特性的工業裝置中進行演變、達到人們期預的狀之后離開反應器的全過程，整個過程涉及到多種影響參數及各參數之問相互作用的復雜關系。使宏觀過程控制到期預狀態，達到工程技術目的，實現技術經濟目標，必須搞清上述諸多因素或參數對宏觀過程、狀態及生產(設計)目標的影響規律、調控的可能性及程度、技術經濟效果等。在研究或處理方法上，就是在實驗(實踐)的基礎上，用數學模擬的方法即根據反應的動力學特性和該物系在該反應器中的傳遞特性及流動特性，抓住影響宏觀過程的主要矛盾和矛盾的主要方面。恰當地簡化處理那些影響不大的次要因素，建立物系的動態物理模型。再對物理模型進行數學描述—建立宏觀過程的數學模型，進而根據特定的初始條件、邊界條件對數學模型求解，確定有關設計參數以及模擬放大，實踐檢驗，修正完善。顯然，該模型就是化學動力學模型、流動模型、傳遞模型以及相關的參數計算模型的綜合。所以建模及解析無疑是各類反應器設計的中心。
學習的過程要與實際工程聯系起來
例如在返混這一概念的學習中，例如，針對丁二烯氯化制二氯丁烯的開發，根據化學反應工程理論指導認識反應特征，溫度效應要求反應器內不出現低溫區，否則造成反應選擇性差，為使反應器內不出現低溫區，最直接的方法是將兩種物料各自預熱，然后進入反應器。但是丁二烯容易在預熱器中發生自聚，造成換熱面的污染，使換熱器不能長期運轉。因此，從工程的角度，不宜采用用原料預熱的方式，可利用返混使進入反應器的冷料與反應器中的熱料迅速混合，使冷料可以立刻提高溫度。正如全混流反應器中提到，充分的返混將使反應器內的各處溫度和濃度均勻，并等于反應器的出口濃度好溫度。
工程分析方法是將化學反應工程中諸如返混，傳質，傳熱等物理因素對反應結果的影響，進行分解處理，而后進行工程分析。工業反應器中的化學反應可以分解為物理過程和化學過程。在化學反應過程中，影響反應結果的因素可分為二類：一是與設備大小無關的反應動力學因素，即化學因素，這是過程的個性。每個反應各不相同。二是與設備大小密切相關的傳遞過程因素，即工程因素，這是過程的共性，同類反應器的傳遞特性是相同的。不因進行的反應過程而變化。但與反應器大小密切相關。而從本質上看，工程因素對反應結果的影響，是通過流體流動，傳質和傳熱等物理過程。改變了反應場所的濃度和溫度分布，再通過反應動力學的特征間接地影響了反應結果。
反應工程思維方法揭示了上述決策變量對反應結果的影響。實質上是有關工程因素對反應場所溫度和濃度的影響，而反應場所的溫度和濃度是通過化學反應的溫度效應與濃度效應對反應速率，反應選擇性產生影響，進而改變了反應結果。因此，我們在教學過程中突出強調反應工程理論思維法運用，強調從分析工程因素的本質入手，針對反應動力學特征來判別工程因素對反應結果的影響，培養采用工程分析法來分析和解決工程問題的能力。只有把握了工程因素本質及反應特征，分析了工程因素對反應結果的影響程度，才能使從反應過程設計和操作上提出優化的工程措施，解決工程問題。
返混這一工程因素，已經知道返混造成了反應器內濃度的變化，使反應物的濃度降低了，那么對反應結果有何影響呢?對這個問題，我們不能簡單地下結論，而要根據反應過程的特征，具體問題具體分析。例如，對串聯反應而言，濃度降低總是造成反應選擇性的下降，故這一工程因素的影響總是不利的：而對平行反應而言，根據反應選擇性的動力學特征，主反應級數低于副反應級數時，濃度降低是有利的，故返混的影響是有利的，而反之則是不利的。又如，對于顆粒催化劑內部傳遞過程而言，由于傳質阻力的存在，使催化劑內部的反應物濃度從外往里呈逐漸降低的態勢，而產物濃度的變化則相反。盡管內部傳遞過程與返混是兩個截然不同的工程因素，但只要深入分析，從本質上看，內擴散同樣是改變了反應場所的濃度，使反應物濃度降低了，這恰好與返混的結果一樣，可以預見，內部傳遞過程對反應結果的影響，也必然與返混的影響一樣。工業反應過程中，影響反應結果的工程因素有返混、予混合、傳質和傳熱等，取決于反應器型式、操作方式、操作條件等決策變量。反應工程思維方法揭示了上述決策變量對反應結果的影響，實質上是有關工程因素對反應場所溫度和濃度的影響，而反應場所的溫度和濃度是通過化學反應的溫度效應與濃度效應對反應速率、反應選擇性產生影響，進而改變了反應結果。
化學工業生產過程包括進行物理變化和化學反應的過程?；瘜W反應過程是生產的關鍵。在工業規模的化學反應器中，化學反應過程與質量、熱量及動量傳遞過程同時進行。這種化學反應與物理變化過程的綜合，稱為宏觀反應過程。研究宏觀反應過程的動力學稱為宏觀反應動力學。宏觀動力學與本征動力學不同之處在于：除了研究化學反應本身以外，還要考慮到質量、熱量、動量傳遞過程對化學反應的交聯作用及相互影響。進行宏觀反應動力學分析，應注意按相的類別、溫度條件和操作方法來分類，多相反應，或稱為非均相反應，涉及反應物及生成物在相際的質量傳遞。變溫反應涉及反應物系的相際及與外界的熱量傳遞；而流體的流動特征對質量傳遞和熱量傳遞有著重大的影響。以宏現動力學為基礎，還要進一步對工業反應裝置的結構設計墁最佳操作條件的確定控制、放大、優化等進行研究，以期應用于生產實踐時獲得良好的技術經濟效果
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）16-0056-02
化學反應工程是一門涉及高等數學、化工原理、化工熱力學、化工傳遞過程、化工分析與合成等多學科、多領域的科學，也是一門研究化學反應的工程問題的學科。化學反應工程是我?；瘜W工程與工藝本?？频暮诵恼n程，目的是將實驗室中發現的化學反應可靠地移植到工業生產中，并且就所確定的反應與預期的生產能力對反應器的形狀、尺寸及操作方式進行設計，其應用遍及化學、石油化學、生物化學、醫藥、冶金及輕工業等許多工業部門。
一 化學反應工程在化工工程中的應用
1.化工工程是否具有可行性是一個最直接、最根本的問題，而解決這一問題的基礎是先要了解各反應的速率
對于具有工程意義的系統來說，反應動力學無法用理論計算，而必須通過實驗來確定。所謂的反應進行分析，即通過實驗測定動力學數據并對之進行數學關聯，從而獲得反應速度方程。因為大多數重要的工業反應都不是在充分混合的均相中進行的，傳熱和傳質過程對這些反應的進行也有相當大的影響。因此，傳遞過程動力學與化學動力學的共同作用在化學反應工程中具有非常重要的意義。
化學反應工程學中的動力學就是專門闡明化學反應速度與各個物理因素之間的定量關系。有些從熱力學分析認為可行的，如常壓、低溫合成氨，由于速度太慢而實際上是不可行的，只有研究出好的催化劑才能在適當的溫度和壓力下以顯著速度進行反應，這就是動力學的問題。還有一些過程，從熱力學分析認為是不當的，如甲烷裂解制乙炔，在1500℃左右的高溫下，乙炔極不穩定，最終似乎只可以得到碳和氫。但如果使它在極短時間（如0.001秒）內反應并立刻淬冷到低溫，那就能獲得乙炔，工業上也就是這樣來實施的，所以在實際應用上起決定性作用的往往是動力學因素。為了實現某一反應，需要選定合適的條件、反應器結構型式以及確定反應器的尺寸和處理能力等，這些都緊緊依賴于對反應動力學特性的認識。動力學是反應工程的一個重要基礎，更是化工工程的一個重要基礎。
2.化工工程需要工業反應器，而反應器的設計與計算、開發與放大是化學反應工程的一個重要內容
盡管各種產品有不同的生產過程，但作為化工生產的核心——化學反應器是必不可少的。各種不同類型的化學反應器具有不同的反應工程性質，因為在這些反應器中的流體力學及熱力學狀況可能完全不同。這就要求在進行反應器設計時，要以質量、能量及動量的基本守恒方程式為基礎。除了化學動力學以及質量和熱量的交換外，反應器中的流體力學及溫度變化類型對于反應器的生產能力也會產生影響。
工業裝置上采用的反應條件，不一定與小試或中試的一致。如在實驗室的小裝置內，反應器的直徑很小，床層也薄，一般又常以氣體通過床層的空間速度作為反應條件的一種標志。但在放大后，床層的高徑比往往就不一樣了。如要保持相同的空間速度，線速度就需改變，而線速度的大小又影響到壓降、流體的混合和傳熱等情況，從而導致反應的結果不再與小試相同。又如，在小裝置中進行某些放熱反應時，溫度容易控制，但在大裝置中，傳熱和控溫往往成為頭等難題，甚至根本不可能達到與小裝置相同的溫度條件，所有這些導致出現“放大效應”。因此，工業裝置的反應條件必須結合工程上的考慮才能最合理地確定。在化學反應工程學科建立以前，工業界廣泛采用的方法是逐級經驗放大的方法，中間試驗往往耗資大、歷時久。化學反應工程學科建立以后，逐步形成一套新的數學模型方法。目前，逐級經驗放大和數學模型兩種方法同時并存，各有適用范圍，但是，即使是逐級經驗放大的方法，也常是以化學反應工程的理論為指導，而不再是純經驗性的了。
3.工業反應過程的優化操作以及反應技術的開發是反應工程在工業方面的重要應用
化工產品只有在反應器中才能產生，想提高產品的產量必然要對反應器的操作條件進行優化。實際工業反應過程未必在最優的條件下操作，即使設計是優化的，在實施時往往有許多難以預料的因素，使原定的優化設計條件在實際操作中未必是優化的。運用化學反應工程理論對現行的工業反應過程進行分析，結合模擬研究，可找出薄弱環節和進一步調優的方向，通過調節和改造以獲得最大的經濟效益。由此可知，在化工工程中，老廠的增產挖潛、新廠的設計、新工藝、新產品以及新設備的付諸實踐，化學反應工程都起著重要的指導作用。反應工程的理論為新反應器和新反應技術的開發指明了方向，研究者可據此尋找合理的設備結構和操作方法。近年來出現的新的石油化工裂解技術和各種新型技術，都得益于反應工程理論的指導。在工業應用中，在定性指導方面已發揮了很大的作用。但是，與理論研究相比，反應器內傳遞過程的實驗研究和數據積累還很薄弱，特別是對于化工生產中經常遇到的多相流動體系的研究還不足。因此，反應工程的研究需要與多相流體力學和多相傳遞過程的研究相結合，以便相輔相成。同時，化學反應工程向生化、冶金等領域擴展時還會出現新問題，這就需要進一步的研究。
二 化學反應工程課程教學改革
針對目前的高校教學，我認為在此門課程教學與學習中應對以下幾方面進行加強：
1.強化計算機的應用
氣固相催化反應器是用數學模型法設計計算最成功的實
例之一，常用擬均相模型求解。對擬均相一維模型可以得到微分方程組，此微分方程組可以用數值法求解，常用的數值法有歐拉法、改進歐拉法、龍格—庫塔法等。另外要求學生結合所學“化工計算機應用”的課程內容，采用VB計算機語言進行編程，對各種計算方法、邊界條件、步長等進行比較，使計算結果穩定、準確。
2.加強實驗教學
如返混是不同停留時間的物料混合，返混降低了反應器中反應物料濃度，影響反應速度、轉化率及選擇性，所以返混對化學反應結果影響特別大。通過開設相應實驗，可以從中看到返混對反應物濃度的影響及停留時間分布的特征，反應器的空速等操作條件對返混程度的影響，對串聯全混釜模型與軸向分散模型有了深刻的理解。根據流動模型參數，結合在其中進行反應的特征參數，計算或預測非理想流動狀態下反應實際可達到的轉化率。
3.與生產實踐相結合
本課程以工業反應過程及反應器設備為研究對象，安排學生到工廠實習，這對本課程的學習非常重要。我們連續幾年安排學生到中石化茂名分公司實習，在實習前，我們要求學生結合所學“石油煉制工藝學”課程內容，并針對自己實習的車間查閱相關資料，了解反應原料組成和來源；掌握裝置的反應過程原理和工藝條件，熟悉裝置的設備。在實習基地先組織聽取技術人員的安全知識講座。然后在實習中了解主要裝置的工藝流程，熟悉現場的管線——泵——反應器——儲罐等的走向，認清部分工藝的簡易流程，了解化工生產中所用到的各類反應器、換熱器、罐及輔助設備等，使學生對各類反應過程及所涉及的設備有感性認識。通過進廠實習也進一步證明理論與實踐密不可分，有利于教學質量的提高。
三 結論
化學反應工程是一門工程類學科，與工程實際緊密聯系，數學模型復雜，實踐性和應用性很強。課程改革通過結合現代教學方法與手段，引入專業實驗和生產實習等實踐環節，加深了學生對理論知識的理解，培養了學生綜合應用知識的能力及工程意識，提高了分析、解決工程問題的能力，適應了新世紀人才培養模式的需求。
參考文獻
[1]劉軍.化學反應工程[M].北京：化學工業出版社，2009：1～10
雖然兩類反應器之間存在著一定的差別，但均相反應工程無疑是多相反應工程的基礎，多相反應工程所涉及的各相中所發生的過程可認為與均相反應過程無異。因此，在均相反應工程中所建立的許多重要概念、理論和方法，完全可以原封不動地應用到多相反應器理論的討論中去，如在均相反應器模擬時建立的軸向擴散概念，在建立多相反應器模型時便可以完整地移植過來;又如平推流和全混流概念，兩類反應器中都有著極廣的應用。
因此，主要針對“均相反應器”開發過程以圖形形式顯示其內在邏輯結構(圖3)，以使學生在學習本課程后能在頭腦中形成化學反應工程學科的完整印象，從而更好地將其應用于實際反應器的開發過程中。
由圖3可知，即使是均相反應器，相互之間也存在著很大的區別，因此，第一步是必須要對它們進行分類，可見分類的方法是本學科建立的基本方法。通過分類，人們更清楚地認識到各反應器之間的異同點，如均相反應器按幾何形狀劃分可分為管式、塔式和釜式反應器三類;按換熱方式可分為絕熱、等溫和變溫反應器三類;按操作方式可分為間歇、半間歇和連續反應器三類;而按混合方式又可分為平推流、全混流和非理想流動反應器三類。根據反應器不同的特征對其進行劃分，所產生的結果可能不同，但由此而獲得一個極為重要的工程概念，即反應器型式。反應器型式在反應器設計優化中屬于三大決策亦量之一，十分重要，在反應器設計中的第一步即是根據反應過程的特點確定反應器型式。
由圖3還可以看出，針對化學反應器的開發，一般采取兩種方法，一是數學模型法，二是經驗放大法。在化學反應工程課程中主要講解的是數學模型法，其基本思路是，應用分解的方法將實際反應器分解為兩部分，即過程和反應設備。過程包括化學反應過程和傳遞過程，由于反應過程規律和傳遞過程規律相互獨立，故對其規律可分別進行研究。而反應設備則主要包含反應器型式和幾何因索兩大類。
為研究化學反應過程規律，必須要消除掉傳遞過程的影響，由于化學反應規律和設備大小無關，故化學反應規律可在微型(或臺式)反應器中進行。這一點非常重要，如化學反應規律在微型反應器中進行研究，則不僅節省了大量的資金，更重要的是在微型設備中易保持純化學因索的影響，獲得的反應性質、規律可以應用到不同規模的任何反應器中?；瘜W反應過程的性質一般包括化學計量性質、化學反應平衡性質及化學反應動力學性質。
化學反應計量性質是反應平衡性質和動力學性質的基礎，對平衡性質和動力學性質的研究都是基于反應計量性質明確的基礎上進行的，計量性質主要包括反應系統中各組分之間的定量關系，及系統中獨立的反應數。
反應平衡性質主要包括反應熱效應和反應極限的計算，尤其是反應平衡常數及平衡轉化率的計算。對可逆放熱反應而言，平衡性質對過程的影響較為復雜，溫度的升高對反應動力學速率往往是有利的，但對平衡而言，平衡常數隨溫度的升高而降低，所以溫度對平衡性質和動力學性質的影響呈現相反的趨勢，從而引起問題的復雜化。通常對可逆放熱反應存在著最佳溫度，且最佳溫度隨組分轉化率的不同而不同，因此，在整個反應過程中，存在一最佳溫度曲線，反應沿著最佳溫度曲線進行，在轉化率一定時，可以使用較少的催化劑。同時還須認識到，在反應后期，即較高轉化率接近化學平衡時，反應過程往往是由平衡因索控制的。
化學反應工程研究的主要內容是化學反應動力學規律，化學反應動力學特性是化學反應器選型、操作方式和操作條件確定及反應過程優化的重要依據，因此，反應動力學測定是十分重要的工作。然而，反應動力學的精確測定是一項獨立于工藝試驗之外的專門實驗，它不但要求具備滿足實驗精度的特定設備，而且在具體進行時又有相當可觀的實際工作量。因此，進行動力學測定極為重要，其基本思路如圖生所示redlw.com。
動力學方程通常分為3種形式，一是純機理型方程，二是半經驗半理論型方程，三是純經驗方程?；谂鲎怖碚?、過渡態理論及分子動態學而推導出來的純機理型方程，一般僅對簡單反應體系適用，當前反應工程學科應用這類動力學方程進行反應器設計的并不多見。工業反應體系往往極為復雜，但作為動力學研究發展的方向，純機理型動力學方程應是每個化學反應工程研究者必須努力的目標;純經驗性的動力學方程如描述微生物生長的Monod模型在反應器設計中亦常常使用，但反應工程學科通常使用的是半經驗半理論的動力學方程，圖生所示指的就是此類方程。
建立動力學方程模型的基本思路一般是先設定一定的基元反應機理，該機理通常分為兩類，一是有限基元反應組合機理，二是鏈式反應機理，在此前提下，根據擬平衡態假設或擬定常態假設，可以推導獲得一定形式的動力學方程。動力學方程通常分為兩種，一是冪函數型，另一種是雙曲函數型。視方程當中是否含有一階微分，動力學方程又可分為積分式和微分式兩種。
在動力學方程確定后，方程中包含兩類物理量，一是伴隨反應過程變化而變化的因索，通常是指反應溫度、反應物濃度及反應時間;另一類是在反應過程中相對穩定的、反映反應過程性質的模型參數。模型參數無法由模型本身獲得，必須通過實驗確定，這也正是該動力學方程被稱為半經驗半理論的原因所在。因為模型參數必須由實驗確定，于是就必然涉及實驗的設計。實驗設計內容通常包含兩個方面，其一是實驗用反應器的選擇，其二是實驗條件的確定。實驗用反應器類型與工業反應器類型大同小異，不同之處僅僅表現在規模程度上，實驗室反應器規模小，通常為11左右，因此，其傳遞過程影響易于消除，任意個對反應結果的影響主要是純化學因索，如此易于反映反應過程的本質。而實驗條件的設計方法包括兩種，當獨立的組分數僅為1個時，實驗可采用單因索法，當獨立的組分因索多于2個時，則往往采取正交實驗設計方法。
通過實驗獲得一系列實驗數據后，接下來的問題是必須求解出動力學模型參數，求解動力學模型參數的方法有積分法和微分法?；诜e分式動力學方程的求解方法稱為積分法，基于微分式動力學方程的求解方法則稱為微分法。在大多數實際情況下，模型參數求解方法采用的都是微分法redlw.com。
當反應動力學規律確定后，必須要研究在實際工業規模反應器中通常出現的傳遞過程規律。為研究傳遞過程規律，通常可以在沒有化學反應的情況下進行，這是因為傳遞過程是反應器的屬性，基本上不因化學反應的存在與否而異。對于一個特定的工業反應過程，化學反應規律是其個性，而反應器中的傳遞規律則是其共性。因此，傳遞規律受設備尺寸的影響較大，必須在大型裝置中進行。由于需要考察的只是傳遞過程，不需實現化學反應，完全可以利用惰性物料進行試驗，以探明傳遞過程規律。正因如此，這種試驗通常稱為冷模試驗。
進行冷模試驗研究傳遞過程規律時需要關注的一個重要問題是:所選模擬設備的大小，即傳遞過程應在多大規模的模擬設備中進行?為保證所獲得的傳遞參數準確、有效，所遵循的原則是必須保持在模擬設備中發生的傳遞過程與實際反應器中所發生的傳遞過程應“相似”，即符合“相似性原理”。冷模試驗設備的大小必須依據此原理進行選擇和設計。
在對反應過程和傳遞過程進行了充分的研究后，需要對相關成果進行綜合處理，這一階段主要是在計算機上進行模擬并完成的，如圖5所示。
同時，為驗證模擬結果是否可靠，還必須進行中等規模的試驗，即中試，又名熱模試驗。熱模試驗存在3個問題需要解決，一是試驗規模，二是試驗的完整性，三是運行周期。如果熱模試驗結果與模型計算結果相符，說明模型正確，能夠反映實際規律;如果不相符，則需要修正模型，直至與熱模試驗結果相符為止。
具備了傳遞過程規律和小試測定的反應過程規律，并且經過了熱模試驗驗證，就能直接設計工業反應器了，這樣就不存在設備的放大問題。數學模型方法本身可以直接通過計算就能獲得大型反應器的設計，說明工業反應過程的開發并不必然地必須經過由小型反應器到中間規模反應器再到工業規模反應器的整個過程。
最后應當要注意的是，數學模型法要想獲得成功，必須要具備2個基本前提:一是它要求有可靠的反應動力學方程;二是還要有大型裝置中的傳遞方程，兩者缺一不可。
例如，固定床反應器，雖然不少反應的動力學模型研究較為完整，然而由于具體工業反應器模型參數難以正確測定，尤其對復雜的工業反應，其本征動力學參數也難以把握，因此，對固定床反應器的數學模擬放大，迄今尚未有比較滿意的工業應用。
化學反應動力學測定雖然有相當大的工作量，但它畢竟可以在小裝置中進行。而工業反應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和必要的熱模檢驗，還需要工業規模的測試數據和工程研究的長期經驗積累。因此，當沒有可靠的大型設備傳遞模型時，數學模擬放大只能是紙上談兵。此時，精確的動力學測定必然是徒勞的。當然，這并不意味著不需要有關的動力學知識和對反應動力學特征的認識。一個開發者應當充分具備動力學基礎知識，并據此巧妙地安排工藝試驗，以便把握反應動力學特征和有關影響因索，為工業反應器的選型和優化服務redlw.com。
由此可見，從化學反應工程的觀點出發，機理的、定性的、半定量的動力學特征研究應當是結合工藝試驗進行的重要任務。只有當工業反應器的傳遞模型足夠可靠時，精確的動力學實驗才是必要的，并可用于數學模擬放大。
2 化學反應工程思維方式
如上所說，在剖析化學反應工程課程各知識點及相互邏輯關系時，本研究采用了分類、分解和綜合的思維方式，而分類、分解其實屬于分析的方法。所以，分析、綜合是反應過程開發中的基本方法，應深加注意，其中尤以分析方法更是在各種科學思維方式中處于最基本的地位。對于圖3、圖5所示的化學反應工程邏輯結構，當將它們具體應用到實際的化工過程開發中時，也可用圖6簡略地表示。圖6表示了化學反應工程課程所提供的特有的工程思維方式。
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）04-0104-03
《化學反應工程》是化工工藝專業的核心課程，也是其他相關專業的重要課程，化學反應的工業化實施、反應器的設計和優化等一系列化學工程問題都離不開它的指導?？墒?，在教學過程中，我們發現不少學生認為該課程難度大、理解困難、不容易掌握，是大學中最難學習的課程之一。這種現象產生的原因：一方面，該課程涉及先期多門課程知識，知識點零散，難點較多，學時數少，要在較少的學時里系統掌握這一門課程，對部分學生來說不是件容易的事情；另一方面，這門課程在大四上學期開設，而這一階段的學生考研或就業壓力比較大，這也使他們不能在學習中投入全部的精力。因此，如何在有限的教學時間內提高學生的學習興趣、掌握課程內容、培養工程能力、構建創新思維成為《化學反應工程》教學的重點改革內容，我們在教學過程中進行了積極的探索及實踐。
一、強化課程重要地位，提高學生學習興趣
興趣是最好的老師，學生只有對課程產生極大的興趣和重視，才會有信心去學好這門課程，才能積極主動地克服學習中遇見的困難。這就要求教師在第一堂緒論課上下工夫。教師應對課程內容有透徹的了解和豐富的教學經驗，準確回答好“課程的性質和地位，課程的結構和內容，學好課程的思路和方法”等基本問題。同時教師要把該學科發展前沿的技術和應用現狀介紹給學生，讓學生一開始接觸，就能深刻感受到該課程在生產中的具體應用及重要性，從而激發學生對課程重視程度和學習興趣。為了完成這一目標，每學期上課之前，針對如何上好緒論課，我們課程組教師要進行一次集體備課，根據各位老師前面上課反饋的信息和經驗，對于可能存在的問題和如何能夠解決這些問題，大家相互交流，從而互相提高。有相關科研課題的教師根據自己的科研實踐，用淺顯生動的語言、具體實際的數據結果，回答緒論課中需要解決的問題，有些老師則從化工生產應用和學生化學實驗的實驗現象來回答上述問題。經過集體備課后，教師們走上講臺，在對本課程內容準確把握的基礎上，通過豐富的實際應用事例和充滿激情的表述，使學生們能領會到本課程的性質和重要性，同時明白學習本課程應該具備的知識點。由于對第一堂緒論課的高度重視，為學生學好本課程打下了良好基礎。
二、理順課程基本線索，精選課程主要內容
本科《化學反應工程》課程的教學目標要求教師應從教材內容的組成，章節的編排體系，各部分內容的份量和側重等方面，依據不同專業學習的特點，對課程進行適當的梳理。我校現用教課書為陳甘棠主編的“十一五”國家級規劃教材《化學反應工程》第三版，此書內容系統，易于掌握。同時還選擇李紹芬教授編寫的“九五”國家級重點教材《反應工程》作為教學參考書，此書最大的特點是編入大量生產實際反應的例題和習題，這種理論聯系實際的題型，能提高學生的學習興趣和聯系實際的能力。這兩本書的編排體系有所不同，學生在學習過程中可以通過比較，更深地理解反應工程的實質。在教授內容的選擇上，《化學反應工程》的基礎知識，教師應該重點講授，教學上可安排較多學時，為后續的學習打下堅實的基礎。在其他課程學習過的內容如化學反應速度等概念，教師應做概括性介紹，把主要精力放在新知識和學過知識的應用拓展上。部分章節學生可在教師的安排指導下有目的、有計劃地在課外進行自學。生化反應工程基礎等章節則可以完全不講。與此同時，學校還根據我校煤化工的特點，以講座形式聘請客座教授為學生授課，列舉典型生產實例進行講解和分析，提高學生分析和解決實際生產問題的能力。應用化學專業進行科研實踐周活動，讓學生在科研實踐周里熟悉反應器的選型與優化操作。通過對課程內容的精選和課程線索的梳理，使學生在學習過程中具有很強的針對性，大多數學生都能很好的掌握課程的重點內容和要求。
三、精心組織教學方法，采用多種教學手段
《化學反應工程》內容繁雜，難點較多，有基本的概念描述，也有枯燥的公式演繹。為了保證學生對基本概念能準確理解，基本方法能學以致用，就要對教學方法和教學手段進行改革。教師要精心研究教學方法，采用多種教學手段，滿足少學時多內容的教學任務，做到各章節重點和難點突出，使學生易于理解和掌握。首先，在講課方式上，應用不同的教學方法，充分體現教師“啟發引導”和學生“積極主動”的現代教育基本原則。采用啟發式教學法，使學生在學習過程中始終處于積極的思維狀態。在啟發式教學的基礎上，針對不同章節可采用對比法、歸納法、提問法等方法來調動學生的學習積極性和主動性。如通過具體事例的講解，應用對比與歸納法結合的方法對均相反應器型式和操作方法進行評選。對于某些有難度同時又在幾種情況下反復出現的概念，采取學生和老師現場探討形式，而后由學生自己總結結果。這樣活躍了課堂教學氣氛，提高了教學效果。再次，采用靈活多樣的教學手段是教學方法改革的重要措施。根據授課內容的特點，有選擇性地使用多種手段進行教學可以起到事半功倍的效果。多媒體在教學上應用，可以將工廠一些實際例子和生產現場搬到課堂，學生通過逼真的影像資訊不僅可以看清楚反應器的內部結構，同時也能了解反應器內傳質與傳熱狀況，對于反應器的設計、放大與優化建立必要的感性認識。如對合成氨反應器內部結構和流體流動的展示，激發了學生對反應工程課程的學習興趣和學習熱情。經過近兩年多位老師的共同努力，本課程多媒體教案制作完成，經過課堂的使用，同學們反應良好，可以明顯地提高教學效率。
四、加強工程技術觀念，做到理論實踐結合
重視理論和實踐結合將是提高教學質量的一個關鍵過程。因此在理論教學中，我們必須積極引導學生樹立和強化工程觀念，加大理論和實踐相結合力度。學生在課堂上領悟到所學知識的用武之地，就會表現出更高的學習熱情，收到意想不到的學習效果。在教學過程中我們在這方面進行了改革嘗試，具體做法是：一方面，教學內容和實際生產相結合。在教學過程中，我們注意選擇實際生產中與基本教學內容密切相關并具有代表性的事例進行剖析、講解，幫助學生對《化學反應工程》課程的理解。例如我們以淮化集團合成氨生產工藝為例，通過有針對性地對生產過程進行分析，使同學們對所學理論知識有了更深的理解和鞏固。另一方面，教學內容與科研、專業實驗相結合。我們利用專業實驗和教師的科研活動，把課程教學從較為抽象的理論變成易于理解和直觀的實際過程，加深學生對概念和原理的理解，加強學生的工程觀念。有些授課教師把自己的科研與課程有關內容緊密地結合起來，將一些案例引入課堂教學，讓學生學習反應工程科研思路方法，并且讓部分學生參與到自己的科研活動，學生通過自己動手更深地體會本課程的精髓。近年來，隨著我?！皩追哟呋趸茖αu基苯甲醛研究”、“軟化學法制備共摻雜二氧化鈦光催化劑的研究”等課題研究的深入，在參與科研工作中，學生大大提高了感性認識和動手能力，培養了學生構建創新思維的能力。不少學生通過參與科研工作這個活動，對《化學反應工程》課程產生了濃厚的興趣，并且通過自己的努力，在化學工程方向繼續進一步的深造。
《化學反應工程》是一門最能體現化學工程與工藝特點的學科，讓學生在短時間內掌握并運用它并非易事。只有激發學生的學習興趣，在教學內容和教學方法上不斷進行探索和改進，不斷強化工程觀念和使用多種教學方法、手段，才能提高學生的學習能力，培養學生的創新能力。我校反應工程專業的教師在近兩年的教學活動中進行了初步嘗試，并取得了一定的效果，今后我們將進一步進行《化學反應工程》課程改革的探索，提高學生學習《化學反應工程》課程的能力，掌握課程內容，為國家培養更多的化工創新人才。
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化學反應工程是關于工業化學反應過程的科學，是化學工程學科的一個主要分支，屬于工程科學，其研究內容主要是反應動力學和反應器的設計與分析?；瘜W反應工程課程與數學、物理和化學等基礎課密切相關，也與熱力學、動力學和傳遞過程等存在著交叉關系，加之獨立學院學生的基礎本身較弱，使得該課程的教學難度更大，普通的授課方式很難達到預期的教學效果，必須采用科學、適當的教學方法，因材施教，以提高教學質量。本文圍繞獨立學院對化工類人才培養的要求，提出了化學反應工程課程教學方法的選擇與應用原則，探討了“互動式、啟發式”教學方式，并與實踐相結合的教學模式，以促進化學反應工程課程改革和教學方法創新。
一、堅持“方法論”的教育理念與工程意識相結合的教學思想
化學反應工程是一門綜合性非常強的課程，并且與工程實踐緊密相聯。根據化學反應工程課程教學大綱，要求學生在掌握基本原理的基礎上，重點和難點則應放在分析與解決實際問題的方法論上。在理論教學中，應向學生介紹化學反應工程中的基本原理和化學反應器的設計與分析的基本方法，同時也注重讓學生了解這些知識如何指導工程實際。在教學過程中強調“方法論”教學[1]，提倡采用“工程分析方法”，融入化學反應工程的基本觀點和工程思維方法，培養學生分析工程問題的實際能力，運用以“物質的傳遞與轉化”、“能量的傳遞與轉化”和 “信息的傳遞與轉化”所組成的“三傳三轉”[2]的新模式進行反應器的優化和放大，解決工程實踐問題。在教學過后中堅持“方法論”的教育理念與工程意識相結合的教學思想。
二、教學方法的改革
教學是一門藝術，屬于雙向行為。教學的主體對象是學生，學生應積極參與、發揮主體能動性并將知識內化為自身能力。作為引導者的教師應以科學的方法論為指導，貫徹“少而精、重基礎”和“適用、夠用和會用”的教學原則，通過“預習一聽課一提問一討論”的教學模式[3]，采用啟發式、提問式、互動式、討論式等教學方法，最大限度地激發學生自主學習興趣和學習的積極性。同時，課堂上隨時觀察學生表情，注重彰顯學生的主體地位和個性發展。課后主動了解學生聽課效果和學習難點，及時調整教學進度。對于學生普遍反映“課堂能聽懂，聽后難做題”等現象，適當安排習題課。對學生作業中存在問題進行重點講解，歸納解題思路和方法，鞏固學生所學理論知識。師生通過教學過程的雙向互動，達到“教”與“學”的最佳結合。
三、教學手段的改革
由于化學反應工程學的研究對象內在規律較復雜，一般使用數學模型方法或簡化反應過程，若采用傳統的板書教學手段，學生很難想象，不好學。從而形成了“灌輸式”教學方式，讓學生感覺這門課程枯燥無味，產生厭學情緒。為了適應現代教育技術發展的需要，滿足教學手段改革的需求，通過多年的教學實踐總結，在化學反應工程的教學過程中，既要積極開發和應用現代化教學媒體，又要繼承傳統教學媒體中的合理成分。在教學過程中，采用集文字、實物照片、動畫于一體的多媒體課件，利用動畫效果把抽象概念形象化，動態地展示設備結構、操作原理、物料流動情況，使教學內容更直觀、生動，提高學生興趣，降低教學難度。與傳統的板書教學手段相比，多媒體教學手段的優勢在于能夠實現“動態的問題形象化”，“微觀的問題宏觀化”，“抽象的問題具體化”，“表達方式的多樣化”，提高教學效果[4]。
四、考試制度的改革
考試不僅具有檢測教師教學水平和學生學習效果的作用，更具有引導學生積極學習的“無形指揮棒”作用[5]?？荚囍贫鹊母母飸龠M教學內容、方法和手段的改革。通過幾年的教學實踐，針對傳統考試中所出現的種種問題，采用課內考試和課外設計相結合等多種考核方式相結合的考試方案，不僅有效引導學生掌握課程的基本內容，而且在課程教學中加強了實踐能力和創新能力的培養。本課程主要采用撰寫課程小論文、 開展小型反應器的設計型或操作型問題的訓練與考核，充分發揮學生的想象力、提高學生的創新意識。
五、課堂教學與實踐相結合
化學反應工程是實踐性非常強的課程，首先，課堂教學與專業實驗相結合。注重從理論到實踐，再到理論的過程，鍛煉學生的實踐能力與創新能力[6]。在教學過程中我們充分認識到化學反應工程與化工專業實驗的統一性，掌握好理論知識能指導實踐，而科學實踐能幫助我們更好地認識、理解、掌握理論知識，將感性認識上升為理性認識后，再運用到實踐中去。其次，在教學過程中與化工實習、生產實踐相結合。該課程主要以工業反應過程及反應器設備為研究對象，以達到反應器的開發、設計和放大以及優化操作的目的。因此，安排學生到相應企業實習是非常有必要的。近幾年，我們已建立了多家化工生產實習基地，安排學生進廠實習，了解化工生產中所用到的各類反應器及輔助設備等，了解主要裝置的工藝流程及操作，使學生對各類反應過程及所涉及的設備有了感性認識，更容易接受理論教學，有利于教學質量的提高。
六、課堂教學與仿真教學相結合
仿真教學是理論和實踐間的橋梁，實現了理論知識與創造能力的有機結合，既是實踐教學手段，也是實踐教學內容[7]。仿真技術在工程實踐教學中的廣泛應用，改變了傳統課堂教學與實驗教學的內容和手段，對于學生實現理論與實踐的結合起到了重要作用。我們通過化工生產中具有代表性的大型合成氨裝置的過程模擬，將化工單元操作、化學反應、過程控制、能源綜合利用等現代化工過程進行整合模擬訓練，為拓展學生的思維空間，培養創新能力，提供了良好的教學環境。
七、結語
化學反應工程是化學工程與工藝專業的核心課程，理論抽象，數學模型復雜，實踐性和應用性很強。采用多種教學方法相結合，傳統教學手段和多媒體教學手段相結合的方式，充分提高學生學習的主觀能動性與學習效率。將理論教學與仿真教學、專業實驗和生產實習等實踐環節相結合，加深了學生對理論知識的理解，提高了分析、解決工程問題的能力。結合時展需求，積極更新教育觀念，培養滿足化學工業發展所需的應用型人才。
參考文獻
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二、化學反應工程新領域
（一）計算反應工程
新世紀以來，流體力學、量子力學等基礎研究在飛速發展、并日益成熟起來。這樣就為在反應工程中有效計算機技術奠定了基礎。在分子計算、大尺度集成、操作與過程的模擬、智能化發展等處，都可以看到數學軟件在被廣泛應用的身影。這樣一來，人們得以更加簡捷、有效的對化學反應過程全面、立體的模擬，加快了化學反應工程的發展速度[5]。比如，在對發展經濟中其著重要作用的石油催、裂化領域，應用計算機技術可大大改善研究效果。在工業石油的催、裂化中，人們通過對重質渣油進行化學處理，將其轉化成有經濟價值的輕質油、高辛烷值油。若使用MIP反應器，石油裂化、異構化、脫氫反應可不限于一次。這樣一來，工程試驗的針對性及自由度得以提高，很好的改善了產品的特性及其分布。根據多尺度思路，在幾秒內就可以依據宏觀模型、對實際設備完成各處的顆粒分布。然后，以此作為初始及邊界進行運算、進行細化。該過程主要是用一些層次較低的模型進行模擬的。按照這樣的思路，可進行層層細化，反應器內一切細節得以展示。這樣一來，試驗人員能夠據此更精準對反應器進行放大和設計優化。
（二）向分子反應工程的轉化
技術及計算技術在不斷提高著，使得人們對反應過程的認識逐漸深化?；瘜W設備水平不斷提高，讓研究人員能夠有效觀察到分子、原子；隨之理論水平的不斷提高，也使得人們實現了多尺度的模擬。在化學工程領域，若在分子、原子基礎上，可以使得化學合成及反應過程得以有效構建。而現在，在很多領域已經將該設想化為了現實。同時，該方法論能夠將其與過程強化論有機聯系起來，以最大可能的提高效率，促進了節能減排的發展。此外，若在化學反應工程中運用分子反應工程技術，可以使得前景更為廣闊。
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化學反應工程是關于如何在工業規模上實現化學反應過程，以期最有效地把原料轉化為盡可能多的目標產品，爭取實現經濟效益，滿足國民經濟需要的一門學科。它的研究對象為工業反應過程，研究過程速率及其變化規律、傳遞規律及其對化學反應的影響。其研究方法是結合實驗數據，通過模型化方法解決反應器的開發放大、結構選型、尺寸設計、操作優化等實際問題[1，2]?；瘜W反應工程實驗內容包括反應動力學測定、反應器流動狀態測定等實驗。采用真實實驗裝置進行實驗，存在實驗時間較長，實驗參數不易確定，生成物檢測困難等問題，而且一般同種設備只有一套，數個學生共同操作一個實驗，不能進行充分的鍛煉。隨著計算機技術的發展，利用輔助軟件進行教學以越來越顯示出其優越性[3，4，5]。在化學反應工程這門課程中，可以采用化工虛擬仿真實驗軟件和流程模擬軟件Aspen進行輔助教學，并取得了良好的輔助效果。
一、化工虛擬仿真實驗軟件
虛擬仿真實驗是實驗教學的重要補充，具有直觀性、系統性、綜合性、安全性、經濟性的特點，能給學生提供全面的技能訓練，獲取完善的知識體系、完備的綜合能力。
在真實的實驗當中由于受教學資金的限制，實驗設備臺套數不足或設備陳舊，學生實驗難以充分開展。而虛擬仿真實驗可以快速擴容、更新升級。在真實實驗平臺中，部分按照人才培養計劃要求必須開展的實驗項目由于高危險、高成本、高消耗及高污染等問題無法開展。采用虛擬仿真軟件，可以節約實驗成本，以安全環保的形式強化實踐訓練。
傳統的實驗預習方法陳舊不能調動學生的積極性，用虛擬仿真實驗考核來代替傳統實驗的預習，讓學生自主通過虛擬實驗知識學習系統，完成對重要知識點的學習；同時在仿真軟件中練習操作，操作過程中后臺會對操作結果自動評分，學生完成操作后可以提交虛擬實驗仿真報告，從而大大提高預習效果。
反應過程要受到溫度、壓力、流動狀況等多種因素的影響，且各因素之間具有很強的耦合性。在實際實驗中，通過改變參數實現反應過程的最優化，要耗費大量的人力物力。而通過虛擬實驗，可以快速改變參數，獲得實驗結果，探索反應過程的規律。把虛擬實驗結果帶到實際實驗中加以驗證。通過虛實結合，能有效提高真實實驗效率和結果最優化。
學?，F在有乙苯脫氫制苯乙烯、多釜串聯反應器返混的測定、填料塔液相軸向混合實驗、氣固催化固定床實驗、反應精餾制乙酸乙酯、煤制油、甲醇合成七套反應工程類的虛擬仿真實驗項目。通過虛擬仿真練習，開拓了學生的視野，提升了知識結構，培養了綜合設計和創新能力。
二、Aspen軟件
Aspen是一個通用的流程模擬軟件，采用模塊化的建模方式，可以對化工生產中反應、混合、分離、換熱、流體輸入等單元操作進行模擬計算。在反應模塊，有7個內置的反應器模型，其中生產能力類反應器2種（Rstoic、RYield）、熱力學平衡類反應器2種（REquil、RGibbs）和化學動力學類反應器3種（RCSTR、RPlug和RBatch），涵蓋了化學反應工程中所有的常用模型。具體的功能如表1所示。動力學模型包括內置的冪次定律、LHHW（Langmuir-Hinschelwood-Hougen-Watson）動力學或用戶自定義的動力學。自定義的動力學可以用Fortran子程序或者excel工作表格定義。通過這些模塊可以計算質量和能量平衡、反應熱、產品選擇性、反應程度和相平衡結果。
Aspen采用向導式的操作界面，逐步輸入反應體系組分、物性方法、進口流股信息、反應器模塊信息就可以進行模擬計算。反應器模塊中需要根據選定的模塊輸入反應方程式、轉化率、收率、反應溫度、壓力、反應動力學、反應器尺寸中的部分信息。
學生可以通過Aspen軟件搭建所需的反應體系模型，比固定的虛擬仿真軟件更加靈活，更有助于理解化學反應工程的基礎知識。Aspen軟件應用于反應工程教學，也避免了復雜的數學推導以及數值求解問題，使得反應過程盡可能的形象化，有助于學生對反應過程的理解并激發學生學習興趣。
三、結論
1.化學反應工程是一門理論和實踐性均非常強的學科，采用虛擬仿真實驗軟件進行輔助實驗教學，更加直觀、便捷、安全和經濟，能給學生提供全面的技能訓練，并獲取完善的知識體系和完備的綜合能力。
2.Aspen軟件是綜合性強的系統軟件，學生可以根據需要建立合適的反應器模型，并可以方便地進行調試和比較，完全避免了復雜的數學推導以及數值求解問題，加深了學生對反應工程的理解。
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工業是國民經濟的基礎，隨著社會經濟的不斷快速發展，對于工業生產也提出了更高的要求。然而，當前我國工業發展面臨著資源價格飛漲，環境污染日益嚴峻的情況，這也使得全社會對于工業生產越來越關注。怎樣有效的處理好工業污染物，防止其對環境的二次污染，怎么有效的利用好數量龐大的生活廢品，是當前許多學者都在研究的問題。綠色化學工程是在社會迫切需要的情況下誕生的新型項目，這個項目的目標是：對日常化學生產當中的一些資源浪費及環境污染進行有效的處理，從而使得化工污染得到有效緩解，化工生產過程中的資源浪費得到很大的改善。
一、綠色化學工業的概念
綠色化學又被稱為無污染化學，以此為理念而開發出的技術就是綠色化學工程技術，采用化學原理從根本上降低化學工業對環境造成的破壞。化工業發展的基礎是綠色化學工程，它已成為了未來化學工業發展方向的重要研究目標之一，綠色化學具有以下兩種特性：首先，綠色化學的根本思想在于保護環境，使自然資源可持續發展，讓人與自然之間的關系和諧，人們對環境造成的破壞促使了對綠色化學的研究；其次，綠色化學是將環境改變的技術，發展下的綠色化學技術以逐漸可以應付各種環境下對自然的破壞。從根本上來說，綠色化學是預防環境污染；而環境化學則是對污染后的環境進行改善和治理。兩者之間是根本不一樣的，在最終目的上也是千差萬別的。
目前，對綠色化學進行研究的重要發現和實踐活動為綠色化工技術?；驹硎遣捎迷现械脑舆M行轉化，這就使化學工業在進行工作時不會產生污染物，達到對化學工業污染物的零排放。并且，在進行化學工業工作時，不使用任何具有危害性和毒性的原材料，這樣可以生產出對環境不造成破壞的產品。這種技術目前處于理論狀況，但是在眾多科研人員的努力探索下，還是可以逐漸實現此種設想的。
二、綠色化學工程與工藝的開發
在傳統化學的生產過程中，在有毒、有害物質的處理上存在較為嚴重的滯后性，因此導致化學工藝一直處于被動生產。應用這樣的化學工藝對污染物進行處理無法取得理想的效果，資源優化也無法得到有效實現?；瘜W工藝的應用不但導致化學生產污染物成本提高，還導致污染物處理效率嚴重下降。綠色化學工程的應用可有效彌補傳統化學工程中存在的缺陷，其通過對相關科學技術及先進方法的利用，對化工生產相關污染物進行除塵、脫硫等處理。綠色化學工程與工藝具體實施方法主要有以下幾種。
（一）采用綠色化學原料
在化工生產工藝及具體流程中，化學生產原料是起著決定性作用的主要因素，在傳統化學工程中，所用原料大部分為不可再生能源。采用這些原料不但大大提高國家不可再生能源的消耗，同時還導致污染物的排放量大大增加，加重生態環境污染程度。將綠色化學原料作為化工生產材料是綠色化學工程重要研發內容之一。在化工生產過程中，可使用綠色化學物質、自然物質等無染污、可再生的化學原料。典型的綠色化學原料主要有蘆葦、苞米桿、纖維植物等。將這些作為原料投入到化工生產過程中，可使其轉化為酮、醇、酸類等多種化學品。在整個轉化反應過程中，這些原料僅會產生一定量的氫氣，而不會有任何一種有害、有毒的物質產生。
（二）提高化學反應的選擇性
在化學工程的物質反應中，化學反應作為必不可少的重要組成部分存在。所有化學原料的轉化均是需要化學反應才能得以實現。在化工生產過程中，合理選擇有效的化學反應形式可有效促進化學工程生產效率及質量得到提高。對化學反應產生影響的因素有很多種，反應原料、環境、時間、特點等均會對化學反應產生不同程度的影響。在化學生產過程中應用最為普遍的反應形式為氧化反應。在氧化反應過程中會有大量的熱產生，所有化學原料均會在熱的催化作用下發生變質，因此會大大降低化學品的生產質量。在綠色化學工程中，應用新型的反應形式，這種新型反應形式為烴類氧化反應。這種反應形式的應用不僅可促進催化物反應催化能力得到提高，同時還可有效促進生產物同分異構反應時間增加。
（三）使用無毒無害催化原料
隨著化學工業發展速度的不斷加快，將化學反應合理的應用于化工生產過程中已經成為促進工業可持續發展的重要前提之一。在化學反應過程中均離不開催化劑的使用。將催化劑應用于化學反應過程中，可有效加快反應速度，縮短法寧時間。所以，在化工生產過程中使用無毒無害的催化原料成為推動綠色化學工程與工藝不斷深入發展的重要前提條件之一。目前，我國相關部門已經高度重視對催化原料的選擇及應用進行深入研究。越來越多的催化劑得到開發和研制，化學反應過程中使用的催化原料不斷得到改善，分子篩除催化劑等優良催化原料在化工生產過程中的應用越來越廣泛。無毒無害催化原料的應用可有效提高化學反應效率，降低能源消耗量，同時也可減少環境污染。
三、結論
化學工程與工藝的發展不僅影響著現代社會的發展，而且有助于環境友好型社會的構建。當前世界面臨著資源和能源的短缺，社會經濟的發展不能以犧牲環境為代價，這就需要化學工程與化學工藝共同發展，滿足我國資源節約和環境保護的需要?；瘜W工程與工藝的行業領域需要積極配合國家提出的可持續發展戰略。轉變可持續發展的概念。重視化學工程與工藝發展的環保性，轉變傳統的化學工程與工藝，減少環境的污染，積極開發新能源，走環境友好型道路。
參考文獻
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化學反應工程課程是一門涉及物理化學、化工熱力學、化工原理、優化與控制等知識領域，內容新穎而難點較多的專業基礎課，是理論性、綜合性和工程性都很強的課程，是化學工程與工藝專業的核心課程。該課程對于培養學生的工程能力，提高學生分析、解決實際工程問題的綜合能力具有十分重要的作用。化學反應工程的研究對象是工業反應過程，其基本內容包括反應動力學和反應器設計與分析兩大部分。工業反應過程中的動力學不僅包含反應的本征動力學，還涉及工業反應過程中的流動、傳熱及傳質；反應器設計與分析，不僅要進行反應器結構設計、反應體積計算，還要根據工藝過程的特點和工程實際情況，進行最優操作條件確定、最佳工況分析控制等。此外，該課程還涉及到工藝過程的安全性和經濟性。由此看來，該課程的內容涉及多門學科、交叉性強。因此，教師在課堂教學中，不僅要向學生傳授化學反應工程的基礎知識，還要潛移默化地強化學生的工程意識、安全意識以及經濟意識，提高學生分析問題和解決問題的綜合能力，使學生畢業后能夠學以致用，更好地適應社會需要，成為高素質的化工技術人才。
一、工程意識的強化
作為一門工程性很強的課程，讓學生建立起工程觀念和掌握解決工程問題的方法顯得尤為重要。作為教師，在課堂教學過程中，應結合課程的具體內容，系統地闡述、剖析和總結所涉及的工程實際問題，給學生以啟迪和引導，強化學生的工程實踐意識?；み^程的工程性尤其表現在實際問題上，往往涉及多種工程因素，各種因素之間存在著交互影響。在處理問題時常采取合理的近似，抓住主要矛盾，揭示過程的基本規律，以指導解決工程問題。例如，氣固相催化反應過程的宏觀反應速率，不僅受到反應物濃度、溫度等的影響，還受到催化劑結構以及傳質、傳熱等因素的影響。反應工程采用的處理方法是：引入內擴散有效因子來反映催化劑顆粒內傳遞過程對反應的影響，用曲折因子描述催化劑內復雜的孔結構，對球型或無限長圓柱或薄片催化劑建立其內擴散的一維模型，從而得到等溫一級不可逆反應內擴散有效因子的解析。由此可以揭示內擴散過程的基本規律，表明宏觀反應速率與本征反應以及內、外擴散之間的關系，給工業催化劑顆粒大小、形狀和結構設計指明方向。工程問題的研究往往是從理想化模型入手，然后再一步步深化到復雜的實際問題。例如，對連續流動反應器的設計計算，首先從兩種理想情況――全混流反應器（CSTR）和活塞流反應器（PFR）入手，建立其理想化的模型方程，對模型方程進行求解計算。但是，并不是所有的連續釜式反應器都具有CSTR的特性，也不是所有的管式反應器都符合PFR的假設。要計算非理想流動反應器的轉化率及收率，應該依據反應器的停留時間分布，采用對理想流動模型進行修正，或者是將理想流動模型與滯留區、溝流、短路等作不同組合的方法，建立適宜的流動模型，然后進行求解計算。由理想流動模型到非理想流動模型設計計算的轉變，學生往往不易接受和掌握，這是在授課過程中尤其要強調的。對工業反應過程進行研究，要注重將對過程中本征化學反應的研究以及對過程中諸如返混、傳質、傳熱等物理過程的研究相結合，即將化學因素和工程因素相結合，進行綜合分析，指導反應器設計及操作。例如，對于中間產物P為目的產物的連串反應：APQ，要提高目的產物P的選擇性，需要在較高的反應物A濃度和較低的中間產物P濃度下進行。而反應器中的返混會造成反應物濃度普遍降低、生成物濃度普遍升高，因此返混對該連串反應是不利的。采用連續操作時，應該選擇接近活塞流的管式反應器，或接近全混流的多級釜式反應器串聯；在加料方式上，分段或分批加料會使反應器中A濃度下降，不利于P選擇性的提高。諸如此類化學因素與工程因素的結合，往往是學生的薄弱環節，應通過教學過程中多個類似事例的分析總結，逐步強化學生的工程意識，提高綜合分析能力。
二、安全意識的強化
化工生產一般都具有易燃、易爆、易中毒等特點，大型化工企業生產過程多具有工藝復雜、連續性強、安全隱患多的特點，一旦發生事故則波及面廣、影響范圍大、后果嚴重。安全生產要貫穿于生產的全過程，從項目的設計、施工、安裝到竣工驗收、試運轉、投入生產，各個環節都應以安全為前提。在課堂教學過程中，要強化安全意識，使學生懂得安全與生產技術密切相關，設備設計計算、操作條件的確立和優化必須以安全為主。在講授到反應器的飛溫及參數敏感性時，尤其要強調安全的重要性，一個設計合理的反應器必須在穩定而又不敏感的狀態下操作。許多石油化工產品的生產采用催化氧化工藝，例如，乙烯在銀催化劑上氧化合成環氧乙烷是強放熱復合反應，主要副反應是深度氧化生成二氧化碳和水，副反應的熱效應和活化能都大于主反應，一旦反應溫度超過某一數值，副反應加劇，溫度劇烈升高，又加劇了深度氧化副反應，造成系統溫度迅速升高的飛溫現象，控制不當，會引起爆炸。另外，在實際工業過程中，各種工藝參數如進料溫度、進料濃度、進料流量、冷卻介質溫度和空速等不可避免地存在著擾動，如果在參數敏感區域操作，微小的波動就可能導致“熱點”溫度發生很大的變化，甚至造成飛溫和事故。對于具有強放熱深度氧化副反應的有機物催化氧化反應，這一點必須重視[1]。因此，在反應器設計及操作中，應首先考慮穩定性和參數敏感性條件的限制，這是關系到生產安全的大問題。在講授反應器熱穩定性內容時，涉及到著火點與熄火點，教師應引導學生分析著火與熄火現象對反應器操作控制的重要性，特別是開停工的時候尤其應該重視。例如，在熄火點附近操作時，操作條件稍有波動，則易產生降溫以致溫度過低，會造成反應速率降低甚至終止反應。操作溫度若是在著火點附近，進料溫度稍有改變，便會產生超溫，可能出現燒壞催化劑或者發生爆炸事故[2]。因此，從設備設計到操作條件的確定，都應以安全作為前提。從課程學習階段就培養學生的安全意識尤為重要。
三、經濟意識的強化
一種化工產品的獲得常常有多種途徑，不同途徑所消耗的資源是不同的。對于確定的工藝路徑，如果所采用反應器的型式、操作條件、催化劑結構等不同，所消耗的人力、物力、財力等就會有相當大的差別。因此，要對化工過程進行優化，即在滿足安全（如爆炸限、催化劑、設備材質的耐溫極限）、環保（如有害物質的最高排放量）、產品質量等方面的前提下，尋求能達到最經濟的過程結構、設備型式和設備尺寸以及操作條件。反應器的操作狀況對化工生產過程的技術經濟指標往往具有決定性的影響，而經濟指標歸根結底又是由技術指標決定的[3]?；すに嚾藛T進行化工設計的主要任務就是根據工藝過程的特點，確定設備型式和設備尺寸、最佳操作條件等內容。因此，對學生進行經濟意識的強化是很有必要的。在工藝條件的確定方面所涉及到的基礎知識，學生一般都學過，關鍵是不知何時用或者如何應用，不會綜合分析，這就需要教師多用事例進行分析說明，使之潛移默化地逐漸掌握。例如，關于氣固相催化反應最佳操作壓力的確定：反應壓力影響工藝過程的動力消耗以及設備投資，最佳操作壓力的大小與工藝過程的特點、催化劑的活性溫度等有關。①從能耗上看：壓力大小將影響原料氣壓縮功、循環氣壓縮功以及產品分離的功消耗。②從催化劑活性溫度來看：對于體積減小、可逆放熱的氣固相催化反應，壓力升高，對平衡有利，溫度升高對平衡不利。但若由于催化劑溫度范圍的限制，必須達到一定的反應溫度，則只能用提高壓力，以提高平衡常數來達到較高出口轉化率的要求。此時，其后續分離過程、循環過程有可能簡化，以降低設備費用及操作成本。因此，最佳操作壓力的高低，應綜合考慮多種因素，按著總體經濟效果最優的原則來確定。又比如，對氣固相催化反應，固體催化劑顆粒尺寸（相當直徑ds）是一個重要參數，它影響到宏觀反應速率和反應器壓降。如ds小，則內擴散影響小，宏觀反應速率高，催化劑用量減少。但ds小，床層空隙率低，對于體積流速一定的氣體通過床層時的壓力增大，從而增加過程的動力消耗。因此，ds的大小，要考慮到氣流、床層特性以及其他具體情況，綜合分析來確定。
在化學反應工程課堂教學中，教師不僅要向學生傳授化學反應工程的基礎知識，更應該通過對具體事例的分析，啟發學生認識工程問題的特點，掌握將基礎理論應用于解決實際工程問題的方法；使學生意識到工藝過程的設計計算、操作條件的確立要以安全生產為前提；要學會按著工藝過程的特點進行綜合分析，以確定工藝過程的技術指標，使工藝過程更加經濟可行?？傊?，要強化學生的工程意識、安全意識以及經濟意識，培養學生分析問題、解決問題的綜合能力，使學生畢業后能夠學以致用，很快地滿足工作需要。
參考文獻：
化學工程通常就是指為達到一定效果在理論基礎上進行的一系列化學生產活動，它是將理論應用于實踐的一個過程?，F如今化工行業除了包括石油化工、催化制造等傳統化工，還囊括了生物制藥、納米技術等現代化工。但目前化工生產行業還是主要以化石燃料等傳統化學工業為動力，但是燃燒化石燃料不僅使得不可再生資源的減少，更對自然環境造成重大的污染。很顯然，這和人們日漸追求綠色環保的觀念產生矛盾。因此，面對化工生產過程中產生的環境污染問題，及時地做出科學合理的改進措施已經變得至關重要。
1化工生產行業當前現狀
1.1對環境造成重大污染
化工行業是目前當今世界最主要的污染源之一。首先，化工生產過程中會產生很多的廢水。廢氣和固體廢棄物，如果不加以合理處理直接排放到水源里，那么對當地的地下水生態系統造成的后果將不堪設想。其次，化工行業在生產大量日常生活品為人們帶來便利的同時，也帶來了大量的生活垃圾，由于很多生活垃圾都是高分子化學材料，處理起來非常困難，如果將它們直接采取填埋的方式處理，將很長時間難以降解，這會對土壤造成嚴重的污染。化工生產過程中不僅會對當地的土質、水源造成污染，而且對空氣也會有很嚴重的影響?；ば袠I主要以燃燒化石燃料為主。燃燒化石燃料會生成大量的二氧化碳、二氧化硫和固態顆粒物，不僅會造成溫室效應加劇的后果，還會形成霧霾、酸雨等惡劣現象，給人們經濟和健康帶來巨大的損失。
1.2化工生產效率太低
隨著人們生活水平的提高，傳統的化工生產工藝已經無法最大限度地滿足人們的日常需要了，這是由于化工生產工藝本身的缺陷造成的?；どa工藝是將理論的化學反應放大應用在實際生產過程中，因此在具體工藝中會遇到很多問題。例如化學反應過程中轉化率太低，化工生產過程中連續性較低等。這些問題都可能導致化學反應不充分，最終造成化工生產效率比較低。另外，反應設備的效率太低也是造成化工生產過程中效率比較低的一個重要原因。
2化工生產行業改進措施
2.1優化化學反應環境
每一個化工工藝都是化學反應的放大過程，但是又要比簡單的化學反應復雜得多。就像化學反應的各個參數一樣，反應條件也是化工生產中最為重要的環節。而每一個化學反應都會有其最佳的反應溫度、反應時間等參數，同理，化工生產過程中的最佳反應條件決定著化工生產過程中的質量。因此，要想實現提高化工生產過程效率的目的，也應該最大限度地創造一個最佳的化工反應環境，同時應該盡可能避免各種副反應的出現。另外，在適當的情況下，也要使用恰當的催化劑以提高化工生產過程中的速率。
2.2改進化工生產工藝
在化工工藝的改進方面，不僅要提高反應生產過程的效率，更應該注重化工生產工藝的綠色安全環保。通過調整化學反應的反應參數和條件可以實現對化工生產過程中效率的改進。而化工工藝要想實現綠色環保，就需要尋求一些新的途徑，例如，更加綠色環保的化學反應，使用最少的生產原料，生成對環境友好的產物等。在日趨崇尚綠色環保的當今社會，化工生產工藝走向綠色安全是大勢所趨，而綠色安全環保的生產工藝也能帶領化工行業走上新的輝煌。
2.3合理處置生產廢料
化工生產過程中會產生大量的廢水、廢氣和固體廢棄物，而這些廢料通常都是對自然環境和人體有嚴重危害的。所以在處置這些化工生產過程中的廢料時應該格外注意。通常處理這些廢料主要采用物理法和化學法，但是二者各有利弊，物理法較為環保，而化學法較為徹底，具體是由廢料的種類來決定采用哪種方法處置。另外，生物法處理化工廢料也逐漸受到科學家們的關注，生物法處理化工廢料既綠色環保又反應徹底，是一種較為理想的處理辦法。綜上所述，無論采取何種方法處理化工廢料，都應該秉持綠色安全的原則，將其對環境和人類的危害降到最低。
2.4尋求化工新能源
當今化工生產行業仍然是主要以燃燒化石燃料為主。但是化石燃料作為不可再生資源已經面臨很多的問題，而且大量燃燒化石燃料也會對自然環境和我們人類的健康帶來巨大影響，因此尋求別的能源來替代不可再生的化石燃料已經迫在眉睫。新的可再生能源不僅保障了化工生產的長久穩定發展，也避免了傳統化工行業對人類和自然環境帶來的惡劣影響。而科學家們也在這一方面取得了較好的成果，例如，電化工、生物化工、納米技術等。我們有理由相信在科學家們的不懈努力下，將新能源大量普及并應用于化工領域指日可待。
3結語
通過對我國當前化工生產行業現狀的了解和分析，我們發現化工生產過程中還存在很多的問題正待我們去研究和解決。我們要想改良化工工藝就需要對科學進行不斷探索，要想維持自然環境的不被污染，就需要找到更加科學環保的辦法保護自然環境，這是考驗人類生存和自然環境共同長久發展的重大課題。而現在的我們要做的就是認真探索，尋求突破創新，對傳統化工工藝中存在的問題進行研究并改進，最終保障化工行業的綠色健康可持續發展,這樣我們才能穩定的推動社會建設。
參考文獻：
[1]李珺瑤.化學工程中的化工生產工藝[J].化工管理,2017,(06):90.
化學工程通常就是指為達到一定效果在理論基礎上進行的一系列化學生產活動，它是將理論應用于實踐的一個過程?，F如今化工行業除了包括石油化工、催化制造等傳統化工，還囊括了生物制藥、納米技術等現代化工。但目前化工生產行業還是主要以化石燃料等傳統化學工業為動力，但是燃燒化石燃料不僅使得不可再生資源的減少，更對自然環境造成重大的污染。很顯然，這和人們日漸追求綠色環保的觀念產生矛盾。因此，面對化工生產過程中產生的環境污染問題，及時地做出科學合理的改進措施已經變得至關重要。
1化工生產行業當前現狀
1.1對環境造成重大污染
化工行業是目前當今世界最主要的污染源之一。首先，化工生產過程中會產生很多的廢水。廢氣和固體廢棄物，如果不加以合理處理直接排放到水源里，那么對當地的地下水生態系統造成的后果將不堪設想。其次，化工行業在生產大量日常生活品為人們帶來便利的同時，也帶來了大量的生活垃圾，由于很多生活垃圾都是高分子化學材料，處理起來非常困難，如果將它們直接采取填埋的方式處理，將很長時間難以降解，這會對土壤造成嚴重的污染?；どa過程中不僅會對當地的土質、水源造成污染，而且對空氣也會有很嚴重的影響?；ば袠I主要以燃燒化石燃料為主。燃燒化石燃料會生成大量的二氧化碳、二氧化硫和固態顆粒物，不僅會造成溫室效應加劇的后果，還會形成霧霾、酸雨等惡劣現象，給人們經濟和健康帶來巨大的損失。
1.2化工生產效率太低
隨著人們生活水平的提高，傳統的化工生產工藝已經無法最大限度地滿足人們的日常需要了，這是由于化工生產工藝本身的缺陷造成的?；どa工藝是將理論的化學反應放大應用在實際生產過程中，因此在具體工藝中會遇到很多問題。例如化學反應過程中轉化率太低，化工生產過程中連續性較低等。這些問題都可能導致化學反應不充分，最終造成化工生產效率比較低。另外，反應設備的效率太低也是造成化工生產過程中效率比較低的一個重要原因。
2化工生產行業改進措施
2.1優化化學反應環境
每一個化工工藝都是化學反應的放大過程，但是又要比簡單的化學反應復雜得多。就像化學反應的各個參數一樣，反應條件也是化工生產中最為重要的環節。而每一個化學反應都會有其最佳的反應溫度、反應時間等參數，同理，化工生產過程中的最佳反應條件決定著化工生產過程中的質量。因此，要想實現提高化工生產過程效率的目的，也應該最大限度地創造一個最佳的化工反應環境，同時應該盡可能避免各種副反應的出現。另外，在適當的情況下，也要使用恰當的催化劑以提高化工生產過程中的速率。
2.2改進化工生產工藝
在化工工藝的改進方面，不僅要提高反應生產過程的效率，更應該注重化工生產工藝的綠色安全環保。通過調整化學反應的反應參數和條件可以實現對化工生產過程中效率的改進。而化工工藝要想實現綠色環保，就需要尋求一些新的途徑，例如，更加綠色環保的化學反應，使用最少的生產原料，生成對環境友好的產物等。在日趨崇尚綠色環保的當今社會，化工生產工藝走向綠色安全是大勢所趨，而綠色安全環保的生產工藝也能帶領化工行業走上新的輝煌。
2.3合理處置生產廢料
化工生產過程中會產生大量的廢水、廢氣和固體廢棄物，而這些廢料通常都是對自然環境和人體有嚴重危害的。所以在處置這些化工生產過程中的廢料時應該格外注意。通常處理這些廢料主要采用物理法和化學法，但是二者各有利弊，物理法較為環保，而化學法較為徹底，具體是由廢料的種類來決定采用哪種方法處置。另外，生物法處理化工廢料也逐漸受到科學家們的關注，生物法處理化工廢料既綠色環保又反應徹底，是一種較為理想的處理辦法。綜上所述，無論采取何種方法處理化工廢料，都應該秉持綠色安全的原則，將其對環境和人類的危害降到最低。
2.4尋求化工新能源
當今化工生產行業仍然是主要以燃燒化石燃料為主。但是化石燃料作為不可再生資源已經面臨很多的問題，而且大量燃燒化石燃料也會對自然環境和我們人類的健康帶來巨大影響，因此尋求別的能源來替代不可再生的化石燃料已經迫在眉睫。新的可再生能源不僅保障了化工生產的長久穩定發展，也避免了傳統化工行業對人類和自然環境帶來的惡劣影響。而科學家們也在這一方面取得了較好的成果，例如，電化工、生物化工、納米技術等。我們有理由相信在科學家們的不懈努力下，將新能源大量普及并應用于化工領域指日可待。
3結束語
通過對我國當前化工生產行業現狀的了解和分析，我們發現化工生產過程中還存在很多的問題正待我們去研究和解決。我們要想改良化工工藝就需要對科學進行不斷探索，要想維持自然環境的不被污染，就需要找到更加科學環保的辦法保護自然環境，這是考驗人類生存和自然環境共同長久發展的重大課題。而現在的我們要做的就是認真探索，尋求突破創新，對傳統化工工藝中存在的問題進行研究并改進，最終保障化工行業的綠色健康可持續發展,這樣我們才能穩定的推動社會建設。
參考文獻：
[1]李珺瑤.化學工程中的化工生產工藝[J].化工管理,2017,(06):90.
