化学反应工程的研究方法

化学反应工程的研究方法范文第1篇

化学反应过程是化工生产过程的核心，流程中反应器的投资不一定最大，但反应器的设计精度、操作控制精度均要高于其它设备，是决定最终产品产量和质量的关键部位。化学反应工程是一门研究工业反应过程的开发和反应器设计、优化、放大的工程学科。目标是通过学习培养学生分析、解决工业反应器设计、操作和控制中遇到的实际工程问题的能力。化学反应工程是人类从科学实验和生产实践中总结发展起来的，它离不开科学实验和生产实践。学生在学习时普遍感到理论抽象、数学推导繁琐、工程问题多，不少学生认为化学反应工程课程是大学中最难学习的课程之一。本科生的工程背景知识不足，仅靠理论教学难易将反应工程基本原理与工业反应过程有效结合，难易将知识内化为学生的能力。开好这样一门课程，改革实践教学是深化书本理论知http://识、强化工程应用能力的有效途径之一。为此，青海大学化工学院(以下简称“我院”)在加强实践性教学方面进行了一系列的探索，采取加大课程实验、开设课程设计、开展反应器操作仿真实训、鼓励学生参加科研活动等一系列改革措施，取得良好的教学效果，显著加深了学生对化学反应工程基本原理的理解，有效提高了学生在反应器设计、科学实验研究、反应器操作等方面的实践动手能力。

一、开设课程设计、培养学生应用知识和反应器优化设计的能力

我院开设了为期2周的化学反应工程课程设计，要求每个学生独立完成硫酸转化器设计，采用二转二吸中的“3+1”或“2+2”式工艺、四段间接换热绝热式固定床催化反应器。每个学生的设计规模、进一段的原料气组成、净化率、转化率、吸收率不相同，学生自己查阅文献资料、查找设计方法、搜集计算公式、选择工艺参数进行设计。完成后撰写设计说明书，内容包括设计任务书、目录、设计

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方案简介、工艺计算、设计结果汇总、设计评述与讨论、参考文献，等等。设计过程中学生之间广泛讨论，商讨设计方法，学习氛围浓厚。虽然过程相似，但设计条件不同，每个学生都要单独完成自己的设计任务。通过该课程设计，学生对固定床催化反应器的形式和特点，固体催化剂的性能、内扩散有效因子的概念和计算方法，平衡温度、平衡温度曲线的概念和绘图方法，最佳温度、最佳温度曲线的概念和绘图方法，各段进出口温度、进出口转化率的最佳分配方法，利用本征动力学方程，通过数值积分计算反应时间的方法，催化剂用量的计算及校正方法，反应器直径、高度及其它附件尺寸的计算方法等知识点，有了深刻的理解和较好的掌握。

二、逐步加大实验、巩固所学知识、培养实验动手能力

对于化学反应工程这种实践性很强的工程学科来说，实验是学生参加实践获取知识所必需的学习途径。而化学反应工程的主要研究方法也是应用理论推演和实验研究工业反应过程的规律而建立的数学模型方法。所以教会学生如何建立各类实验反应器，如何进行实验设计、反应条件选择和数据处理非常有用。为此在课程建设中，我院通过专业实验课、综合设计型实验课，逐步加大与化学反应工程有关的实验。目前开设多釜串联流动特性的测定、管式反应器流动特性测定两个验证型实验；开设乙酸乙脂水解反应动力学的测定、乙醇催化裂解制乙烯反应动力学测定、乙苯脱氢制苯乙烯、反应精馏制乙酸乙酯等四个综合设计型实验。通过实验，学生对返混、脉冲法、阶跃法的概念以及停留时间分布的测定方法，多釜串联模型、轴向混合模型的流动特性，理想流动反应器与实际反应器停留时间分布的区别，连续均相流动反应器的非理想流动情况及产生返混原因，全混釜中连续操作条件下反应器内测定均相反应动力学的原理和方法，反应精馏与常规精馏的区别，连续流动反应体系中气——固相催化反应动力学的实验研究方法，温度、浓度、进料流量对不同反应结果的影响，转化率、选择性及收率的概念及计算方法等知识点，有了透彻的理解。课堂上学习的理论知识，不但在实验中得到验证和巩固，而且得到了应用，掌握了反应动力学的实验测定和相关设备的使用方法。

三、开展仿真实训、培养实践操作能力

我院以前有四周生产实习，实习中遇到企业为了安全和效益等因素不允许学生亲自动手操作时，学生得不到实际操作设备的锻炼机会；一般实习一个化工产品的生产过程，学生掌握了工艺流程、生产原理之后，实习后期学习兴趣、主动性降低，影响实习效果等问题。而且目前大部分化工企业采用dcs控制，技术员主要在控制室通过电脑操作控制生产过程。随着信息时代的到来，计算机仿真技术的应用越来越广泛，采用仿真技术将复杂的工业反应过程虚拟化，从而在计算机上以“慢速”再现反应过程及变化特征，将“抽象”化为“形象”，动态演示工业生产过程。并且，仿真实训具有无消耗、无污染、可重复操作等优点。为此我院购买了北京东方仿真软件技术有限公司的化工培训软件，在校内建立仿真实验室，开展仿真实训教学。将以前四周全在企业的生产实习改为前两周在企业生产现场实习，后两周在校仿真实验室开展仿真实训。目前我院开设的与化学反应工程有关的仿真实习项目有固定床反应器单元、流化床反应器单元、间歇反应釜单元，以及30万吨合成氨生产工艺中的反应部分、甲醇生产工艺中的反应部分，等等。学生要进行冷态开车操作、正常生产操作、停车操作、故障处理操作，以及单人单工段、多人单工段、多人多工段等操作环节的实训。通过仿真操作训练对于学生了解化工反应过程、以及工艺和控制系统的动态特性、提高对化工生产过程的运行和控制能力具有特殊效果。这种运行、调整和控制能力，集中反映了学生运用理论知识解决实际问题的水平。所以，仿真训练是运用高科技手段强化学生掌握知识和理论联系实际的新型教学方法。

四、参与科研活动、培养创新能力

化学反应工程的研究方法范文第2篇

超临界流体技术一般是控制温度和压力的条件下，或者加入其他物资的情况下改变体系的传质系数、传热系数及化学反应特征的，这能更加高效清洁地进行化学生产，有的在超临界的状态下能节省能耗，所以超临界流体技术也被称为超级绿色化学技术。超临界液体技术（SCF）现在广泛应用到了材料制备中。早在上世纪九十年代该技术就已经开始应用，把二氧化碳制备成超临界的状态，以它为介质来制取特氟龙；还有聚丙烯工艺中也应用了SCF技术，利用丙烷的特点来做稀释剂，该技术也是做PE的升级版。当下，超临界流体技术则更多地应用在了高分子材料，复合材料，不易粉碎的无机物材料，以及提取不太容易溶解在单一超临界液体中的有机物。现在应用的超临界流体技术的方法主要有一下几种：

1、快速膨胀法，该方法主要用于固体颗粒状的物质的制备；

2、压缩抗溶剂发，主要用于制备微孔、微球类的物质，所以在药物分子及聚合物共沉上应用较多，也较成熟；

3、抗溶剂法，通常该方法会应用在制备爆炸性物质和不溶于单一超临界流体的有机物上等。除了以上在制备材料方面的突出贡献，超临界流体技术还在分析化学中大展拳脚。它与色谱技术相结合，能在色谱研究中得到比气象色谱更高效，比液相色谱更精准的超临界流体色谱。更由于它的高效和低成本使得超临界流体技术在石油化工、环境保护还有医药化学等多个领域得到广泛使用。

2绿色化学工程技术的应用

绿色化学指用化学的技术和方法，再结合其他学科的知识来减少或者消除化学对于人类的危害、社会的危害以及环境的危害。从源头的原材料开始，到生产过程中的试剂和介质还有催化剂，到最后的产物及副产物都要求绿色、环保、无毒害，还有就是“原子经济性”的“零排放”。像在绿色无毒原料控制方面，石油化工原料就可以改变成生物原料的。制作尼龙可以不用含苯的石油化工原料，改成生物原料，生物原料的淀粉及纤维素等在酶催化反映下也能形成己二酸，这样一样可以制作尼龙，而且对人体和环境都危害极小。再比如在反应过程中对介质、溶剂等的控制，也要求无毒无害，在有机反应中水就是很好的溶剂，不仅对环境无害还能节省到有机反应中的官能团的保护还有去保护等环节，所以也省工艺省时间了。还有反应中用的绿色催化剂，绿色催化剂能更加正对性，更加高效地参与化学反应，并且得到的副产物少。在有机合成反应中，绿色催化剂的应用显得尤为重要。像不对称合成反应中，催化剂不仅为化学农药和精细化工提供反应需要的中间体，有的还能为反应提供绿色的合成技术。比如酶催化反应、氢酯化反应、还有不对称酮反应等。

3化学工程技术中的传热研究

化学反应中传热的研究是化学工程的重要内容，因为它严重影响着一个反应的能耗，反应的进程等。在微细尺度传热研究中，由于尺度微细，原有的传热假设及会发生变化，其流动还有传入的规律也会发生变化。目前在纳米、微米、集成电子设备还有微型热管领域中该传热研究交深入，取得了较不错的成果。而我们在改进传热工艺和设备上也做足了研究，为了提高传热效率，我们可以改进设备的性能，使其持续对外传热的能力提高，改变里面的传热材料和工艺的设计来实现传热的效率。然而我们现在投入很多精力的滴状冷凝技术的研究还没能取得很好的成果。由于我们不能在维持物质在滴状的时候冷凝，同时冷凝表面寿命延长,所以目前这个难题还很难突破。还有就是我们在计算沸腾时的传热存在很多弊端，复杂的沸腾状态不适用目前所有的传热计算方式，就研究沸腾传热的计算方法也是一大块难题的，所以就滴状传热技术的研究也将会是我们传热研究领域的一个重要课题，如果该研究获得进展必将改变现在很多的化学生产工艺形式，将会带领化学生产进入一个新的时代。

4结语

化学反应工程的研究方法范文第3篇

1.1核心课程体系构建的原则

钦州学院开设化学工程与工艺专业有良好的机遇,同时也有多方面的挑战。要办好钦州学院化学工程与工艺专业,贯彻学院打造五大品牌专业的精神,需要从紧密联系北部湾区域经济建设方面着眼,努力办出具有石化特色的化学工程与工艺专业,重点建立一套紧密结合石化下游产业链、注重过程开发和工程实践能力培养的核心课程体系。在核心课程设置方面,确立夯实专业基础、强化工程意识、注重实验技能、拓宽专业口径,注重石化特色的原则。

1.2核心课程体系的内容与相互关系

所谓化工过程,主要包含分离过程和反应过程两种过程。与这两种过程紧密相关的一系列化工类课程共同构成了化工类课程的核心。按照“门数适宜,重点突出,相互支撑,形成一体”的要求,选择化工热力学、分离工程、传递原理、反应工程和化工工艺学等五门理论课以及与这五门理论课相关的化工专业实验课作为核心课程,建设具有石化特色化学工程与工艺专业的核心课程体系,全力打造化学工程与工艺这一品牌专业。在这五门理论课程中,分离工程和反应工程分别研究各类分离过程和反应过程,它们构成了化工过程课程最核心的部分。化工热力学是化工过程研究、开发和设计的理论基础,是化学工程的重要分支之一,与化学反应工程、分离工程关系密切。化工热力学的核心价值在于研究过程进行的方向和限度,为分离过程和反应过程提供相平衡、反应平衡数据,并对化工过程进行热力学分析[1]。反应工程是与工程实际紧密联系的课程之一,它广泛地将化工热力学、化学动力学、流体力学、传热、传质以及生产工艺、环境保护、经济学等反面的理论知识和经验综合于工业反应器的结构和操作参数的设计和优化中[2]。

分离工程是化工专业基础课程,讲述的是如何将混合物进行分离与提纯的学科。作为专门研究分离方法的分离工程课程对学生工程素养的培养有很重要的作用。该课程阐明了化工分离过程的本质规律,重点研究分离方法的工业化途径,设备设计放大效应,最优分离路线的工业化,及最优操作条件。在选择具体分离方法时,不仅要考虑技术上的可行性、经济上的合理性,而且要考虑能耗、环保、设备放大和开发成本等诸多问题[3]。传递原理旨在研究化工动量、热量及质量(俗称三传)的传递现象,用一种统一的观点来处理三种传递现象,并研究动量、热量和质量传递之间的类似性,是研究分离机理、分离效率和宏观反应动力学的基础理论,同时也是反应器放大研究的基础理论之一。与化工热力学不同,传递原理是一门探讨传递速率的课程,它对过程开发、过程设计、生产操作、优化控制及过程机理研究都有重要的使用意义[4]。化工工艺学重在工艺过程的分析,即在特定条件下,进行分离过程、反应过程的比较选择、整合优化。化工工艺学是大学基础化学、化工热力学、化工动力学、反应工程、分离工程等专业基础可和专业课的综合运用。化工热力学和传递原理旨在加强专业基础,化工专业实验、反应工程和分离工程重在强化工程意识,化工工艺学拓展了专业适应面,可以突出石化特色。

2核心课程体系的优化

为了保障以上核心课程体系的顺利实施,建议结合钦州学院化学工程与工艺现有的教学计划,从下面几个方面作出适当的调整。

2.1加强数理基础教学力度,适度拓展

新世纪的工程人才必须有熟练应用数学、科学与工程等知识的能力,有进行设计、实验分析与数据处理的能力。在两年的教学实践中,学生普遍反映数理基础不够扎实,一些数学问题不知所云,比如热力学计算中要应用迭代法求解状态方程、精馏过程计算、反映工程中的偏微分方程求解等等,问题大都源于数学基础较薄弱。因此建议加开线性代数、运筹学、概率论与数理统计、数值计算、C程序语言、数学物理方法,流体力学等数理和计算机基础课程。多所兄弟院校也早就开设了这些基础课程。线性代数和运筹学的开设可以解决反应器设计过程的优化问题;概率论与数理统计是实验数据处理和理解反应工程中一些基本概念的基础;数值计算和C程序语言两门课程是工科学生重要的基础课程,加开这两门课程也是落实我校化学工程与工艺专业培养计划中对学生计算机水平的要求,对学生的就业能力的提高有好处;数学物理方法和流体力学是传递工程等课程的基础,加开这两门课程可以大大的提高学生工程数学能力,为就业和进一步深造打下更坚实的数理基础。考虑到Matlab在科学和工程计算领域的突出作用,建议开设Matlab在化工中的应用的相关课程[5]。化工热力学和化工原理是反应工程的基础,故将化工热力学和从第四、五学期调整至第三、四学期;化工原理和反应工程两门课程共同构成了化学工程最核心的部分课程,将化工原理从第四、五学期调整至第二、三学期,反应工程从第三学期调整至第五学期,也是考虑到化工原理是反应工程的基础。同时,将计算机模拟与仿真删去,将其中的知识分散到加开的MATLAB在化工中的应用和数值计算这两门课程中。从上表2中还可以看出,加开的课程中,突出了数理课程的基础,同时,适度的拓展经济和计算机相关的课程,也增加化工制图和电工学等实践性较强的课程,这对培养学生的工程实践能力是必不可少的。

2.2整合化工专业实验

为了整合学院教学资源,最大限度地利用现有的一切教学设备,建议从各门化学工程与工艺核心课程的专业实验中选出一些经典的、与石化行业紧密相关的进行重新编排,单独设置一门大学化工基础实验课程,分成三个学期展开教学。另外,考虑到传统的化工专业实验教材以单一验证实验为主,无法满足新世纪综合素质人才培养的要求,可将化工实验按由浅入深的原则划分成验证型实验、设计型实验和综合型实验三个层次。尽量精简验证型实验,增加设计型实验和综合型实验。可以从教师的一些科研项目中选出一部分让学生参与,将这些项目设计成设计型或综合型实验, 这样,通过学生的亲身体验科研过程,培养了正确的科研习惯,为学生的就业和进一步的深造打下好的基础。

化学反应工程的研究方法范文第4篇

【关键词】化学反应工程 应用 教学改革

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）16-0056-02

化学反应工程是一门涉及高等数学、化工原理、化工热力学、化工传递过程、化工分析与合成等多学科、多领域的科学，也是一门研究化学反应的工程问题的学科。化学反应工程是我校化学工程与工艺本专科的核心课程，目的是将实验室中发现的化学反应可靠地移植到工业生产中，并且就所确定的反应与预期的生产能力对反应器的形状、尺寸及操作方式进行设计，其应用遍及化学、石油化学、生物化学、医药、冶金及轻工业等许多工业部门。

一 化学反应工程在化工工程中的应用

1.化工工程是否具有可行性是一个最直接、最根本的问题，而解决这一问题的基础是先要了解各反应的速率

对于具有工程意义的系统来说，反应动力学无法用理论计算，而必须通过实验来确定。所谓的反应进行分析，即通过实验测定动力学数据并对之进行数学关联，从而获得反应速度方程。因为大多数重要的工业反应都不是在充分混合的均相中进行的，传热和传质过程对这些反应的进行也有相当大的影响。因此，传递过程动力学与化学动力学的共同作用在化学反应工程中具有非常重要的意义。

化学反应工程学中的动力学就是专门阐明化学反应速度与各个物理因素之间的定量关系。有些从热力学分析认为可行的，如常压、低温合成氨，由于速度太慢而实际上是不可行的，只有研究出好的催化剂才能在适当的温度和压力下以显著速度进行反应，这就是动力学的问题。还有一些过程，从热力学分析认为是不当的，如甲烷裂解制乙炔，在1500℃左右的高温下，乙炔极不稳定，最终似乎只可以得到碳和氢。但如果使它在极短时间（如0.001秒）内反应并立刻淬冷到低温，那就能获得乙炔，工业上也就是这样来实施的，所以在实际应用上起决定性作用的往往是动力学因素。为了实现某一反应，需要选定合适的条件、反应器结构型式以及确定反应器的尺寸和处理能力等，这些都紧紧依赖于对反应动力学特性的认识。动力学是反应工程的一个重要基础，更是化工工程的一个重要基础。

2.化工工程需要工业反应器，而反应器的设计与计算、开发与放大是化学反应工程的一个重要内容

尽管各种产品有不同的生产过程，但作为化工生产的核心——化学反应器是必不可少的。各种不同类型的化学反应器具有不同的反应工程性质，因为在这些反应器中的流体力学及热力学状况可能完全不同。这就要求在进行反应器设计时，要以质量、能量及动量的基本守恒方程式为基础。除了化学动力学以及质量和热量的交换外，反应器中的流体力学及温度变化类型对于反应器的生产能力也会产生影响。

工业装置上采用的反应条件，不一定与小试或中试的一致。如在实验室的小装置内，反应器的直径很小，床层也薄，一般又常以气体通过床层的空间速度作为反应条件的一种标志。但在放大后，床层的高径比往往就不一样了。如要保持相同的空间速度，线速度就需改变，而线速度的大小又影响到压降、流体的混合和传热等情况，从而导致反应的结果不再与小试相同。又如，在小装置中进行某些放热反应时，温度容易控制，但在大装置中，传热和控温往往成为头等难题，甚至根本不可能达到与小装置相同的温度条件，所有这些导致出现“放大效应”。因此，工业装置的反应条件必须结合工程上的考虑才能最合理地确定。在化学反应工程学科建立以前，工业界广泛采用的方法是逐级经验放大的方法，中间试验往往耗资大、历时久。化学反应工程学科建立以后，逐步形成一套新的数学模型方法。目前，逐级经验放大和数学模型两种方法同时并存，各有适用范围，但是，即使是逐级经验放大的方法，也常是以化学反应工程的理论为指导，而不再是纯经验性的了。

3.工业反应过程的优化操作以及反应技术的开发是反应工程在工业方面的重要应用

化工产品只有在反应器中才能产生，想提高产品的产量必然要对反应器的操作条件进行优化。实际工业反应过程未必在最优的条件下操作，即使设计是优化的，在实施时往往有许多难以预料的因素，使原定的优化设计条件在实际操作中未必是优化的。运用化学反应工程理论对现行的工业反应过程进行分析，结合模拟研究，可找出薄弱环节和进一步调优的方向，通过调节和改造以获得最大的经济效益。由此可知，在化工工程中，老厂的增产挖潜、新厂的设计、新工艺、新产品以及新设备的付诸实践，化学反应工程都起着重要的指导作用。反应工程的理论为新反应器和新反应技术的开发指明了方向，研究者可据此寻找合理的设备结构和操作方法。近年来出现的新的石油化工裂解技术和各种新型技术，都得益于反应工程理论的指导。在工业应用中，在定性指导方面已发挥了很大的作用。但是，与理论研究相比，反应器内传递过程的实验研究和数据积累还很薄弱，特别是对于化工生产中经常遇到的多相流动体系的研究还不足。因此，反应工程的研究需要与多相流体力学和多相传递过程的研究相结合，以便相辅相成。同时，化学反应工程向生化、冶金等领域扩展时还会出现新问题，这就需要进一步的研究。

二 化学反应工程课程教学改革

针对目前的高校教学，我认为在此门课程教学与学习中应对以下几方面进行加强：

1.强化计算机的应用

气固相催化反应器是用数学模型法设计计算最成功的实

例之一，常用拟均相模型求解。对拟均相一维模型可以得到微分方程组，此微分方程组可以用数值法求解，常用的数值法有欧拉法、改进欧拉法、龙格—库塔法等。另外要求学生结合所学“化工计算机应用”的课程内容，采用VB计算机语言进行编程，对各种计算方法、边界条件、步长等进行比较，使计算结果稳定、准确。

2.加强实验教学

如返混是不同停留时间的物料混合，返混降低了反应器中反应物料浓度，影响反应速度、转化率及选择性，所以返混对化学反应结果影响特别大。通过开设相应实验，可以从中看到返混对反应物浓度的影响及停留时间分布的特征，反应器的空速等操作条件对返混程度的影响，对串联全混釜模型与轴向分散模型有了深刻的理解。根据流动模型参数，结合在其中进行反应的特征参数，计算或预测非理想流动状态下反应实际可达到的转化率。

3.与生产实践相结合

本课程以工业反应过程及反应器设备为研究对象，安排学生到工厂实习，这对本课程的学习非常重要。我们连续几年安排学生到中石化茂名分公司实习，在实习前，我们要求学生结合所学“石油炼制工艺学”课程内容，并针对自己实习的车间查阅相关资料，了解反应原料组成和来源；掌握装置的反应过程原理和工艺条件，熟悉装置的设备。在实习基地先组织听取技术人员的安全知识讲座。然后在实习中了解主要装置的工艺流程，熟悉现场的管线——泵——反应器——储罐等的走向，认清部分工艺的简易流程，了解化工生产中所用到的各类反应器、换热器、罐及辅助设备等，使学生对各类反应过程及所涉及的设备有感性认识。通过进厂实习也进一步证明理论与实践密不可分，有利于教学质量的提高。

三 结论

化学反应工程是一门工程类学科，与工程实际紧密联系，数学模型复杂，实践性和应用性很强。课程改革通过结合现代教学方法与手段，引入专业实验和生产实习等实践环节，加深了学生对理论知识的理解，培养了学生综合应用知识的能力及工程意识，提高了分析、解决工程问题的能力，适应了新世纪人才培养模式的需求。

参考文献

[1]刘军.化学反应工程[M].北京：化学工业出版社，2009：1～10

[2]许志美、张濂.倡导科学思维方法，培养工程分析能力——“化学反应工程”教学研究[J].化工高等教育，2003（1）：66～67

化学反应工程的研究方法范文第5篇

关键词：氯化聚丙烯；生产工艺；改性开发

“氯化聚丙烯”英文名称PropyleneResin，简称CPP，化工产品CAS编号为68442-33-1，是一种树脂类化工产品，其由聚丙烯（PP）改性而来。对于物理性质来说，其物理性质相比其他类似物质较为稳定，常态下，氯化聚丙烯其物质成品为白色或者淡黄色，对水、酸、碱等物质可耐性强，同时具有较高的透性且无毒无味、不易燃具有较为优异的安全性。理论状况下氯化聚丙烯的物理熔点在100-120摄氏度，150摄氏度以下仍旧可以保持较为稳定的化学性质，但是在180-190摄氏度时其化学结构便会开始崩塌，逐渐分解。针对化学性质来说，氯化聚丙烯不易融于醇类和脂肪烃熔剂，但是可以较好的融于芳烃以及酯类熔剂，所以在市面上很多领域对于氯化聚丙烯都有着极为广泛的应用。

1氯化聚丙烯的生产工艺概述

有相关研究表明，氯化聚乙烯是经由聚丙烯产生的氯化反应生成的，其反应原理是通过聚丙烯（CnH2n）与氯化物（XCl2）进行化学反应，进而由反应生成氯化聚丙烯（CnH2n-xClx）以及氯化氢溶液（XHCl），其反应方程式如下：CnH2n+XCl2——CnH2n-xClx+XHCl根据上述原理，通过氯化反应的方式、方法的差异性，我们可以将氯化聚乙烯的生产工艺分为以下三种方法：溶剂氯化制造方法、固相氯化制造方法、水相悬浮氯化制造方法。

1.1溶剂氯化制造方法

在我国生产制造氯化聚乙烯的发展过程中，溶液法曾经是人们生产中最为常见也是应用最为频繁的制造氯化聚乙烯的方法之一。传统的溶剂法中，人普遍使用将聚丙烯树脂（PP）和四氯化碳（CCl4）或加以氯苯（C6H5Cl）、四氯乙烷（C2H3Cl4）等溶剂，按照一比十一到十六的用量加入反应用反应釜中，振荡均匀，并予以加热，使其在平均温度大于100摄氏度的恒温加热下溶解，溶解后再将一定量的“引发剂”BPO加入反应釜中促进反应发展，之后将反应釜置于恒温（最高温度在99摄氏度与129摄氏度之间）、恒压下连通氯气，使氯气均匀进入反应装置从而进行氯化反应。与此同时，操作人员可以通过控制反应副产物氯化氢（HCl）的量来控制反应的进程，等到反应所产生的氯化氢（HCl）达到标准数值时，将剩余的氯气及氯化氢等物质排除干净。反应终了后，脱除反应溶剂中的四氯化碳等废物，再将反应溶液经由烘干、粉碎、重塑等过程得到人们所需要的物质——氯化聚丙烯。其具体反应流程如下图1：上述方法由于其操作较为简单，反应易于调控，氯化程度保持在较为稳定的百分之五十到百分之六十之间，曾是我国最为常见的氯化聚乙烯制造方法，但是其生产制造环节所产生的资源浪费及环境污染问题也不容小视，所以在一九九五年，随着《蒙特利尔议定书》的签署，这种方法已逐渐被时代所抛弃。

1.2固相氯化制造方法

固相法氯化制造方法一般是将原材料聚丙烯干粉放置在附带“粉末收集器”的固定床内，在辅助紫外线光或单质氟元素的诱发状态下将固定床内通入氯气从而使反应床内产生氯化反应，进而得到所需的氯化聚乙烯产品的过程、方法。这种方法的操作工艺十分的简单，但是由于反应属于的是非均相反应，十分容易造成操作过程中的氯化不充分，造成大量的未进行充分氯化反应的部分，极易导致一定的浪费，同时这种方法的反应热散发较为困难，任何的不小心都容易造成反应的焦土化、使得反应产品变色，所以这种方法在人们日常生产中极少使用。

1.3水相悬浮氯化制造方法

有关氯化聚丙烯的水相悬浮法一般使用将作为原材料的聚丙烯(PP）先使用有机溶剂等物质进行一定程度上的膨胀或粉碎后，将已经转变为聚丙烯颗粒的颗粒粉末融入已经加入乳化、分散、引发等物质的反应釜中，使之完全混合直至聚丙烯颗粒陈悬浮状融于整个反应釜中，予以加热后，将反应釜中通入氯气，进行氯化反应，带氯化反应进行结束后，移除反应用氯气及其反应剩余物质，最后将反应生成物进行水洗脱酸、中和脱水、干燥等步骤后制得人们需要的氯化聚丙烯产品（CPP）。该方法流程图如下图2：正常情况下，上述反应所生成的产品氯含量普遍在52%到63%左右，同时由于这种方法的操作并不十分困难，对客观环境的要求程度不高，低成本优势较为客观，制造出的产成品含氯量优势较为明显，所以这种水相悬浮的氯化方法已逐渐被世界范围内的化工企业、化学实验者所接受。

2氯化聚丙烯其相关改性产品的开发

2.1氯化聚丙烯合成改性产品研发的进展

至今为止，国外对于CPP的合成改性研究倾向于对于进行“氯化接枝或共聚型聚丙烯（CCPP）”的研究，针对其的改进方法有两种:一种是由聚丙烯氯化后再进行改性反应，比如，针对CPP进行的二元氨改性或制造含固定生化酶的氯化聚丙烯（CPP）薄膜的反应等，另一种是将聚丙烯改性后再针对人们需要进行氯化，比如将聚丙烯（PP）在原位上接枝甲基丙烯酸2-羟乙酯（2-HEMA）等接枝合成技术。在我国，对于聚丙烯合成改性产品的研究已经持续多年，国内各大研究机构针对水相悬浮的效率研究已获得明显提升，近年来有报道称，我国已开始使用马来酸酐来操作对氯化聚丙烯的改性工作，但对与其相关领域仍旧需要未来科研人员的持续、深入研究。

2.2氯化聚丙烯改性产品的开发

由于氯化聚丙烯在被人们作为涂料、油墨等物质时需要加入苯溶剂或二甲苯溶剂等有机溶剂进行溶解后才可使用，但是有机苯具有易挥发的性质，使用中挥发的苯等物质会对人体、环境均造成一定量的伤害。所以研究者们致力于对需使用氯化聚丙烯进行改性研究，以期其能在保持原有特性的情况下，改善对人身、环境的危害。目前，最为突出的研究是针对马来酸酐与丙烯酸的接枝改性。

2.2.1氯化聚丙烯和马来酸酐基团间的接枝反应

该接枝反应作为目前最为常见的接枝反应其应用的原理是将CPP分子的分子链上链接酸酐基团（MAH），这种做法最基本的改善就是当将氯化聚丙烯作为底漆使用时，由于接枝过程中极性马来酸酐基团的加入使其的附着力的得到了十分显著的提升。例如在美国一家公司开发的CP系列底漆中就是用了含氯量为百分之二十的CPP，后用马来酸酐改性的方法进行改性的同时加入了属于活性基团的酸酐基团，将制作后的成品进一步的改性，逐渐扩大该CPP其改性产品的应用范围。

2.2.2氯化聚丙烯与丙烯酸基团的接枝改性

一般情况下，CPP通常作为促进PP附着力的促进剂使用，因为CPP与现阶段人们较常使用的丙烯酸涂料兼容性较差，所以CPP在我国一般只能作为底料，然后再辅以其他涂料覆盖，通过化学接枝方法的改性，在氯化聚丙烯颜料中加入丙烯酸基团，用以提高其产成品与丙烯酸涂料的兼容性，从而提高裝凃工程的工作效率，简化工作程序。据我国现阶段的研究表明，合成“CPP、MMA、ST”三元接枝胶黏剂富裕聚丙烯涂料具有较为优异的粘合性。其实验表明，在其接枝工艺过程中最为合适的反应条件为91摄氏度左右，反应时间应控制在2小时内，CPP、MMA、St、BPO各物质间的重量比为100:1:1.2:0.3。最近几年各国均大力开展了有关氯化聚丙烯的合成改性研究，并将研究后的成品，用作树脂涂料、胶粘剂、油墨等材料，改性后的氯化聚丙烯不但具备了之前所没有的优良的覆盖性，同时还能与聚烯烃、聚酯等材料近乎完美的结合在一起，在省略了材料，简化了涂装的步骤的同时又不会影响使用后产品的质量、以及外观的光泽度等指标。

3结语

综上所述，在我国化工研究领域，氯化聚丙烯具有生产程序简单、易操作、生产产品性质稳定、可使用的范围较广泛的优点，所以在我国未来的生产生活中经改性后的氯化聚丙烯在改善了其对环境、人体的影响的的前提下，同时具有传统氯化聚丙烯的优异性能的CPP改性产品将被广泛的使用。对氯化聚丙烯的研究仍处于摸索阶段，现如今存在的方法大多在满足的人们要求的同时存在一定的问题，对此建议我国的CPP生产厂家积极引进国外较为先进的技术、加大对CPP改性研究的重视程度，以促进我国氯化聚丙烯的相关领域发展将更快、更好、更强。

作者:丁哲武 单位:浙江今晖新材料股份有限公司

参考文献

[1]陈尔凡,李晓洋,马驰,等.马来酸酐接枝氯化聚乙烯/聚丙烯热塑性弹性体的制备及表征[J].化工新型材料,2014(04).

[2]宋斌.氯化聚丙烯的合成发展[J].广东化工,2010(10).

化学反应工程的研究方法范文第6篇

【关键词】化学反应工程；改革；创新能力

化学反应工程已成为化工类本科教育的一门专业课程，它以物理化学、化工原理、化工热力学等化工专业基础课为先修课程[1]，但由于课程涉及大量的数学模型的建立、理论的推导，大多数学生在学习时普遍感到理论抽象，且在实际问题面前束手无策的高分低能现象。为适应新形势国民经济的发展和要求，我校化学反应工程课程体系在逐渐发生变化，探索出一种适合我校学生特点的新的专业课，为提高工程人才的培养质量、推动高等工程教育改革具有重要意义。

一、改革与具体研究方法

结合反应工程理论教学与学生工程实践能力培养的特点，我校化学反应工程课程教学团队认为该课程体系的改革，应从单向传授知识向互动性教学体系转变，建立系统传授与探索和创新研究相结合的新教学体系，具体如下：

1.课程体系“1+x”模块化建设：课程体系“1+x”模块化建设[2]，深化反应工程理论的工业应用，直接关系到学生反应工程基本原理学习程度以及反应器设计与分析等工程能力的培养质量，不仅能增强理解理论知识的准确性和科学性，也扩展了反应器应用与新能源电容器、燃料电池等领域的应用，提高学生把握科技创新发展的命脉，锻炼学生的科研思维，为其在将来就业后能独立工作打下一定的基础。

将化学反应工程课程体系进行“1+x”模块化整合。其中，“1”指化学反应的基础理论知识及理想反应器，“x”指化工不同专业方向的非理想反应器及特色反应器。根据我校化学工程与工艺、应用化学、工业催化、制药工程等专业方向的特色，分别设置非理想反应器、催化反应设备、聚合反应器和制药反应设备，并将催化反应设备与结合当代新能源领域电池、电容器研究相结合，帮助学生扩展知识应用范围。根据学生情况及当代新能源研究热点，建立师生互动栏目、网络课堂和自测考试、qq群等，丰富学生第二课堂生活，扩展知识范围。

2. “启发互动式”教学法，充分调动学生学习思考的积极性，多媒体课件与实际工厂设备相结合[3]，有助于提高学生感观认识；模拟反应器操作的仿真动画，使学生加深对这些理论、概念的认识、理解，增强学生综合运用知识解决问题的能力。

精心策划授课内容，培养学生的创新能力：要求课程教学团队精心策划、设计授课内容，合理运用多媒体与传统板书相结合的教学手段，多采用 “启发互动式”教学法，充分调动学生学习思考的积极性。比如：我校教学中采用多媒体技术模拟反应器操作的仿真动画，结合生产实际操作中各种反应器的影像资料，不仅解决了传统教学中老师难教、学生难懂的难题，而且大大提高了教学效率和授课效果，丰富了课堂教学内容，同时也培养了学生的学习创新能力；采用flas进行图文并茂，生动形象的影放化工过程和化工设备的实际运转实况，并辅以实验与理论的紧密结合，有助于教学质量跨上一个新台阶。

3. 建设化学反应工程精品课程：精品课程要求具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材等特点的示范性课程。近年来，我校汇聚了一些化学反应工程的研究人才，如来自于新加坡南洋理工、南京大学、中科院大连化学物理研究所等著名学府，其组建的反应工程教学团队将围绕反应工程课程建设和当今新能源领域研究热点进行大量的教学改革，通过课程网站建立师生互动栏目、多媒体课件、网络课堂和自测考试、qq群等交流平台，使课堂整体教学与网络教学相互补充，并将课堂教学延伸到教室外，给学生增添更多的自主学习机会，进而动了学生的学习积极性。

4. 精选国外经典教材，为实施双语教学做准备：双语教育正成为中国课程改革中的一个热门话题，是21世纪实现创新教育的一种重要教学方式。为了提升我校本科人才培养专业素质，提高学生专业英语的理解与应用水平，拟实施部分双语教学在课程的考核中，专业术语用英文来表述，英文阅读和答题占试卷的60%以上。

二、改革目标

课程教学方法改革与创新有效提高学生的学习兴趣和教学质量，确定一套适合我校学生特点的灵活多变的教学方法，建立具有我校特点的化学反应工程实践教学内容和培养方案，进一步提高我校化学反应工程课程的教学质量，为学生今后顺利完成毕业论文和毕业设计，以及科研能力的培养奠定扎实基础。同时，使学生掌握基本的理论外，注重培养学生起对工程问题的分析和解决能力，使学生能运用所学知识解决化工及相关领域的实际问题。

三、结论

化学反应工程已成为化工类本科教育的一门专业课程，随着化学工业的快速发展和环境污染问题的日益突出，新型反应设备与技术显得越来越重要，反应要从实验室放大到工业生产以及工业反应器的设计等一系列重要的化学工程问题都离不开化学反应工程的指导，为了适应新世纪知识经济时代的发展、国家及我校创新高素质人才培养目标的要求，进一步深化化学反应工程课程改革，想方设法调动学生的学习兴趣，丰富教学内容，培养学生分析、解决工程问题的创新能力，形成适合新时代人才发展的教学方式具有划时代的深远意义。

参考文献：

[1]刘其海，周新华，尹国强. 化学反应工程课程教学方法创新探讨[J]. 广州化工，2010， 38（7）： 256-258.

化学反应工程的研究方法范文第7篇

当代化学工业对化学化工类人才的培养提出了更高的要求。如何培养基础理论知识扎实、工作适应性强、具有创新能力的人才，是综合性大学化学化工教学改革面临的重要课题。目前，综合性大学化学与应用化学专业每年都有相当一部分毕业生进入化学、化工和制药等企事业单位业从事研究开发或工程技术工作，这种趋势还会随着创新性国家的建设而逐年增长。化学工程基础是综合性大学化学专业的专业基础课，也是唯一的一门工程技术类课程，该课程的教学改革与实践对于理工学科交叉与学生综合素质的培养是综合性大学化学与应用化学专业其他课程所不能替代的。在充分发挥综合性大学基础理论研究优势的同时，通过对理科专业化学工程基础课程教学内容的更新、充实和调整，为化工类企事业单位培养和造就具有开拓创新精神、胜任科学研究与工程技术工作、适应性强的化学化工专业人才。

二、教学内容与教学方法的优化

以创新教育思想为指导，研究改革化学工程基础课程教学内容和教学方法，建立培养学生创新能力的化学工程基础课程内容新体系。动量传递、热量传递、质量传递与化学反应工程（“三传一反”）仍将是化学工程基础教学的核心内容，应不断充实更新才能反映学科发展现状和适应社会经济需求。化学和化学工程学是支撑物质转化相关工业的学科，前者研究分子之间发生反应的可能性、必要的条件和产物的结构，后者研究物质的流动、质能传递及其对反应过程与产物的影响。

1.优化更新教学内容，反映体现学科发展与技术进步。化学工程基础作为理科化学专业的工程技术课程，其教学内容除了动量传递、热量传递、质量传递与化学反应工程以外，还应当及时反映和体现学科的发展与技术进步。根据授课学时，突出教学重点，优化教学计划，精选教学内容。以化学工程学的基本观点、基本原理和基本方法为核心，结合典型化工过程，理论联系实际，使学生在有限的教学学时内，掌握本门课程的基本知识，熟悉研究与应用对象，为今后从事化学化工专业技术工作打下坚实基础。在其他科学技术的带动和社会需求的推动下，化工分离技术近年来取得了很大进步。新技术不断涌现，膜分离和超临界流体萃取等新型分离技术就是其中的代表。我们在教材的编写和课堂教学中，有意识地加入这些内容，便于学生从课堂上了解新的科学知识，拓宽学术视野。

2.引导学生建立工程技术与技术经济观点，提高学生综合素质。科学与技术的交叉和渗透，要求我们培养的学生不仅要掌握扎实的基础理论知识，还要学会运用所学的理论解决工程实际问题。综合性大学理科化学专业的学生基础理论知识比较扎实，在课堂教学中，我们根据教学内容，结合工程实际，启发学生从工程实际问题出发，强调工程实际的特点，突出工程实践的技术经济问题，灌输学生节能减排与绿色环保的理念，训练学生综合运用数学、物理与化学等多学科知识，综合分析化工单元操作与工业装置中涉及的复杂问题，培养学生的工程技术思维方法与工程设计等综合素质。

3.改进教学方法，提高教学效率。化学工程基础课程的课堂教学内容涉及化工单元操作与工艺过程。综合性大学化学专业的学生一般没有见过真实的化工设备，对化工厂与化工设备和装置缺乏感性认识，通过多媒体教学技术和传统课堂教学方法，可以促进学生感知与思维、理论与实践的结合，提高学生对化学工程基础的学习兴趣，激发他们的学习热情，使他们由不熟悉、不了解化工企业与装置转变为喜欢应用学科、乐于进入与应用密切相关的教师实验室开展业余科研。为此，我们一方面利用多媒体的优点，在课堂教学中放映一些设备的实物图像。另一方面，在有关课程中增加了实习参观环节，组织学生到石油化工厂、有机化工厂和精细化工厂等企业参观实习，增强学生对加热炉、精馏塔、泵、换热器等主要化工设备的感性认识。

三、教学团队与课程体系的建设

以先进的教学理念为先导，以高水平的教学团队为根本，以科学的课程新体系为核心，以优良的规划教材为保障，强化教学团队的建设，使所有主讲教师成为教学改革的高水平运动员和创新教育的优秀教练员。

1.建设高水平教学团队。从事课堂和实验教学的主讲教师也要承担高水平的科研项目，提高教师的科研水平。我们承担“化学工程基础”的主讲教师都具有教授职称并担任博士生导师，承担了一些科学研究项目。同时，也积极思考和实践课程的教学改革，奠定了学生创新能力培养的坚实基础。没有高水平的教学团队，不可能进行教学改革的实践，更不可能培养出具有创新精神的学生。

化学反应工程的研究方法范文第8篇

关键词：岩土工程 不确定性系统 专家系统

中图分类号：TU311 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0059-01

由于岩土自身性质的模糊性和地质勘探技术的局限性使得在施工过程中的岩土问题更加复杂，再加上外界因素的影响，岩土模型的选取和力学分析的难度就更大。为了实现城市现代化和生态和谐发展，要充分将新理念、新技术、新方法应用到系统研究上来。

1 国内外研究现状

随着社会现代化的发展，交通运输不断发达，人们对空间的需求越来越大，尤其是地下空间的利用，包括地铁、边坡工程、隧道等在内的岩土工程，不断的用来改善急剧增加的人口密度问题。但是，由于在岩土工程中存在许多不确定性，使得在工程安全和可持续发展等方面还有许多尚未解决的科技问题。

从目前的研究现状来看，自从20世纪初人们就已经开始着手研究不确定性系统。在此类问题的研究上人们使用的是反分析的方法，即经过现场测量信息确定计算参数的反分析问题研究，经过专业人员三十多年的研究发展，反分析问题研究逐渐由开始的线性发展到非线性，研究的材料也由均质过渡到非均质，而确定性反分析的研究方式也发展成了非确定性的反分析研究。

经过目前分析研究成果，将岩土工程的研究现状和发展时期分为以下三个时期：

（1）70年代初到80年代初为反分析发展的初期。在这个时期主要使用基于线性问题的逆分析方法进行算法建立和反分析理论的研究，并且在水电工程中广泛应用。其中主要代表人有Kazanagh等人提出的基于反演弹性固体的弹性模量的有限元法；Kirsten在岩土工程勘测讨论会上使用的量测变形分析方法等。

（2）80年代初到90年代初为反分析的进一步发展时期。在这个时期逐渐出现了基于不同本构关系和算法的反分析法，并且将现场的实测条件和实际应用等情况考虑在内，因此，这个时期发展的反分析法更为成熟。其中代表人主要有Gioda G等人提出的使用概率统计来分析岩土参数的算法；郭怀志等人提出的基于回归分析的模拟岩体的应力场等。

（3）90年代初到今天。在这个阶段进行了岩土模型的识别问题的研究，这些分析法研究中更是加入了系统性和信息论的理论，因此这个时期提出的遗传算法和神经网络等都将对施工的影响和动态施工的具体技术考虑在内。主要代表人有李素华等人提出的使用四中优化算法对弹性横向观同性的优化反演分析；袁勇等人提出的使用系统辨识理论和力学原理研究的岩体本构模型。

2 不确定性系统的研究

本文的研究对象是沿途体与支护结构复合体，并将其看作是复杂的动力系统来分析，在岩土工程测量数据的基础上采用正演和反演相结合的分析方法，将施工过程的进展情况反馈给决策者，以便决策者及时掌握施工情况。而本文研究的重点就是根据岩土工程不确定性系统的特点进行分析，建立智能专家系统。以下就是专家系统的结构和系统实现。

2.1 基本结构

专家系统从本质上来说就是一个智能的计算机程序系统。它的实现主要是建立在研究专家的知识和经验上，利用专家解决问题的方法来处理问题，主要原理是建立一个囊括了专门的知识和经验的程序系统，以专家的知识经验为依据进行推理和判断，进而模拟出专家的决策过程。

一个完整的专家系统需有几点特征：推理性、透明性、灵活性和启发性，主要有以下几个部分组成：知识库、数据库、推理机、上下文、症兆提取器、学习系统、解释器。知识库主要是用来存放专家的经验、知识，在这里，知识库的结构形式主要由知识的表示方式来决定，具体常见的知识形式有逻辑表示、规则表示、语义网络表示、框架表示、子程序等；数据库主要是用来存放反应系统当前状态的数据，通常分为静态数据库和动态数据库，在这里，静态数据是指相对稳定地数据，例如围岩的参数、支护结构的尺寸等，动态数据主要指的是施工过程中产生的参数，例如测量数据、施工进度等；推理机是一组软件程序，主要用来控制和协调整个专家系统；上下文主要作用是存放中间结果，用来辅助推理机的工作，和记事文档作用一样，可以擦除和重写；症兆提取器主要是用来消除由于操作水平的差异性而导致的误差，在这里，提取征兆简单而有效的方法就是特征参数计算；学习系统主要是将专家脑中的知识提取出来并进行总结处理，再将归纳的知识进行程序化，以建立知识库；解释器主要作用是根据什么而得出结论，并可以回答客户提出的任何问题。

2.2 系统实现

目前专家系统仍存在不足之处：获取知识能力不够；推理能力差；智能化水平较低；系统的层次较少。针对上述缺点，将神经网络与专家系统结合起来形成神经网络专家系统，以下为具体实现方式：

（1）知识表示。知识表示就是将知识转化成机器可以理解的形式，使传统的计算机具有人的智能，具备人的知识及工作能力，神经网络知识库主要是利用自身的分布式连接机制来表示知识，在这里，知识不再以孤立的规则表示出来，而是以相互关联的权值和临界值表现出来。

（2）知识获取。在神经网络专家系统中，获取知识也就是获取和选择训练样本，然后系统通过特定的算法进行学习，再经过网络内部的自适应算法整合修改之后，将专家的启发式知识分布到网络的互连上，在这个过程中，每个知识点的都是由若干个与之相连接的神经元的权值和输入信息组成。

（3）推理机制。主要分为三种机制：正向推理机制、反向推理机制、混合推理机制，其中用的最广泛的是混合推理机制，即神经网络系统根据输入的部分已知信息提出发生概率最大的事件，然后根据相关知识验证这种假设，若假设成立，则推理结束；反之，再做出新的假设，继续验证，直到假设成立之后结束。

（4）解释机制。解释机制的实现主要是将蕴含于输入层的神经元和输出层的神经元的物理含义以及对应的连接强度结合起来形成规则，进而利用这些形成的规则实现机制的解释功能。

3 结语

综上所述，本文研究的智能专家系统将专家经验、工程施工经验、数值理论分析、现场勘探等技术融合在了一起，充分的对传统的岩土工程技术进行了改造和提高，并结合了实际情况，使得在应用中更加科学、合理。然而，岩土体本身属于自然地质范畴，在构造上具有其特有独特性和变异性，使得难以分析其物理性质和力学性质，因此，对于岩土问题的分析要从工程地质的观点出发，并与施工特点相结合来进行相关的勘探，更要遵循环保节约、因地制宜的原则，充分的利用好每一寸土地，并将更先进更科学的技术应用到解决岩土问题中来。

参考文献