時間：2023-08-16 17:28:21
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇化學反應工程的研究方法，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
化學反應工程是一門涉及物理化學、化工傳遞過程、化工熱力學、化學動力學、以及生產工藝、環境保護、經濟學等知識領域的課程，是一門綜合性很強的工程學科。主要研究工業規縷化學反應器中化學反應過程與反應物系質量、熱量、動量傳遞過程即“三傳一反”同時進行的物理變化與化學變化的基本規律。在此基礎上，探求反應器設計包括裝置的型式結構設計、操作條件(參數)的選定及控制、技術經濟效果的評價及優化等的基本原理和基本方法。其核心就是對反應裝置中的操作過程進行定量的工程學解析。
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
由于化學反應工程涉及多種影響參數及參數之問相互作用的復雜關系，例如化學反應與傳質、傳熱過程的相互交織，連續流動反應器中流體流動狀況影響到同一截面反應物的轉化率和選擇率的不均勻性，化學反應速率與溫度的非線性關系等，傳統的因次分析和相似方法已不能反映化學反應。工程的基本規律，而必須用數學方法來描述工業反應器中各參數之間的關系，這種數學表達式稱為數學模型。有了數學模型，才可能用數學方法來模擬反應過程，這種模擬方法成為數學模擬方法。用數學模擬方法來研究化學反應工程，比傳統的經驗方法能更好地反映其本質。數學模擬方法的基礎是數學模型，數學模型的基礎是對多種影響過程特性的分析，又稱為物理模型。數學模型處理問題的性質可分為化學動力學模型、流動模型、傳遞模型、宏觀動力學模型。工業反應器中宏觀動力學模型是化學動力學模型流動模型及傳遞模型的綜臺，是本書所要討論的核心內容。氣—固相催化反應和流—固相非催化反應著重討論單顆粒固相粒內和相際的宏觀反應動力學，氣—波相反應則著重討論液相內的化學反應，其宏觀動力學模型是化學動力學模型與傳遞過程模型的綜合，若討論的是整個反應器。宏觀動力學模型還包括l旎動模型在內數學模型的建立是通過實驗研究得到的對于客觀事物規律性的認識并且在一定條件下進行臺理簡化的工作。不同的條件下其簡化內容是不相同的。各種簡化模型是否失真，要通過同規模的科學實驗和生產實踐去檢驗和考核，并對原有的模型進行修正，使之更為合理。物理化學中的理想氣體定律，化工單元操作中吸收過程的雙膜論，都是在一定條件下建立的行之有效的合理的簡化模型各種工業反應過程的實際情況是復雜的，尤其是流動反應器內流體和固體的運動狀況和多孔固相催化劑及固相反應物內的宏觀反應過程，一方面由于對過程還不能全部地觀測和了解；另一方面由于數學知識和計算手段的限制，用數學模型來完整地、定量地反映事物全貌目前還不能實現。因此，將宏觀反應過程的規律進行去粗取精的加工，根據主要的矛盾和矛盾的主要方面提出一定的模型，并在一定的條件下將過程合理簡化，是十分必要的。簡化是數學模擬方法的重要環節臺理地簡化模型要達到以下要求：(1)不失真；(2)能滿足應用的要求：(3)能適應實驗條件，以便進行模型鑒別和參數估值；(4)能適應現有計算機的能力。
關鍵詞：化學反應工程；課程建設；教學改革；工程觀念
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?？墒牵诮虒W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?，F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。
參考文獻：
[1]許志美，張廉.倡導科學思維方法，培養工程分析能力——“化學反應工程”教學研究[J].化工高等教育，2003，（1）：66-67.
[2]周濤，譚軍，葉紅齊，鐘宏.化學反應工程裸程教學向容和課程體系改革[J].化工高等教育，2006，（3）：26-28.
[3]粟海鋒.化學反應工程課程教學實踐的一些體會[J].廣西大學學報，2006，（2）：99-102.
[4]范明霞，徐保明.關于《化學反應工程》課程教學的研究與探討[J].內蒙古石油化工，2011，（4）：76-77.
關鍵詞：化學反應工程；教學；虛擬仿真；Aspen
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）18-0176-02
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]。化學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。
學校現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。
參考文獻：
[1]余國琮，李士雨，張鳳寶，等.“化學工程與工藝”專業創新人才培養方案的制定與實踐[J].天津大學學報，2004，6（1）：1-5.
[2]粟海鋒.化學反應工程課程教學實踐的一些體會[J].廣西大學學報，2003，28（z）：99-101.
[3]朱巧鳳，慕苗.淺談化工仿真軟件在化學工藝專業教學中的應用[J].山東化工，2013，42（10）：190-191
[4]王曉安.化學工程中計算機技術的運用探討[J].工業經濟管理，2014，（10）：129.
關鍵詞：化學生產；化工生產工藝；化工技術
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.
[2]羅澤鵬,劉森,都穎,劉思樂.淺談化學工程中的化工生產工藝[J].黑龍江科技信息,2016,(02):76.
1發酵工程的分析
所謂多場分布，就是指發酵生物反應器中受到的多種物理因素影響，導致反應器內基質、產物等在濃度和溫度上發生改變，從而對反應速率產生極大的影響，這些物理因素即為溫度分布、速度分布和濃度分布。以發酵液中的反應為例，其反應的最終結果都與這些多場分布因素有關，如氧的傳質速率、菌絲團以及菌體的內反應組分傳質，還有固定化酶等等，都是主要的影響因素。在很多情況下，這些影響因素在影響反應過程的同時，還會起到主導反應的作用，即為發酵罐內反應的控制環節。所以，在發酵罐中的各項反應中，傳遞特性的作用十分關鍵，它的研究對于發酵罐內化學工程的研究來說具有良好的現實意義，并且為以后的發酵過程控制理論的完善奠定了基礎。
2乙醇提純工藝中所涉及的化學工程問題
乙醇提純的主要工藝方法在進行乙醇的發酵工藝時，水是反應中必須要產生的物質之一，于是乙醇的提純工藝就落到了水與乙醇的分離工藝上?；诨瘜W原理上分析，這種提純工藝可以采用精餾法，可以采用吸附法、共沸精餾、萃取精餾，也可以采用滲透氣化膜分離法等等。一般來說，乙醇在發酵液中的質量分數在5%到12%之間，但是工業用乙醇的質量分數卻在90%以上，那么這就給乙醇的提純工藝提出了一定的挑戰，采用傳統的精餾方法已經無法滿足工業的要求。由此，可以將發酵液中的乙醇混合物分兩步進行提純，首先，利用普通的精餾提純方法得到質量分數為92.4%的乙醇，然后再利用萃取、共沸、吸附等精餾方法得到高純度的工業乙醇。精餾這種乙醇提純方法已經發展多年，其工藝與流程也比較成熟，然而在這種精餾過程中由于產生很高的熱量，造成的能耗很高，并且在此過程中對于回流的要求也越來越高，大大增加了精餾成本。綜上，在傳統的乙醇提純工藝上還具有很大的發展與創新空間，可以從設備配置、生產效率以及工程理論上進一步研究，得出更適合現代工業發展的有效方法。目前，這種工藝方法已經有所突破，如分類與反應過程耦合的方法，就是創新的代表。在燃料乙醇方面，乙醇的純化可以采用的方法為多塔精餾，同時結合向乙醇混合液中增加原有體系分離因子的萃取精餾等，也可以利用膜蒸發分離的辦法，其優點是降低能耗，避免污染環境。此外，吸附的辦法在燃料乙醇純化工藝中還沒有很成熟的使用，需要進一步的探討?，F階段，燃料乙醇生產工藝的研究，主要集中于單一操作過程，如吸附脫水共沸物、滲透蒸發、萃取精餾等，將這些單一過程組合研究的文章不多。實際的燃料乙醇純化研究中，計算機仿真的應用開始不斷增多，它在進行不同單元組合的反應規律研究上十分有利。此外人工智能方面在乙醇純化工程模擬中也有很多的應用，對于條件限定后的每個單元操作以及分離流程耦合的篩選等都是工程模擬中的主要內容。由此可見，流程組合的研究已經上升到計算機時代，不再需要傳統的憑經驗進行流程與工藝的確定了。
3生物發酵反應與分離耦合反應
就目前的燃料乙醇工藝研究而言，主要為基礎研究工作，如過程放大、生物反應與分析過程耦合、流程創新、工藝流程創新等。生物發酵反應與分離耦合。不是兩者的簡單結合，而是一種流程耦合，屬于一種創新的技術和理論。如果化學反應結束后就可以直接得到產品，那么反應過程就是相應的過程，而在工程上所說的反應過程則是綜合性的過程，包括方法、設備以及問題處理的過程。這其中形成了分離工程，利用能量與物質的傳遞、化學反應以及流體力學等相關知識，由此說明耦合問題可以進行，并且能夠完成相關問題的解決，并且可以將生物發酵看作是耦合過程，用于提高發酵與分離效率，這種方法大大促進了燃料乙醇工藝的發展。它利用了工藝改善，采用了創新的方法，實現了工藝過程最優化，這是化學工程發展的最新契機，多場耦合的研究意義重大，為未來的發展與進步指明了方向。
4結語
燃料乙醇過程的進展取決于多種因素，其中最為重要的因素之一就是在此過程中存在的流體流動、質量傳遞、發酵生物化學反應以及熱量傳遞等。發酵工程的未來研究方向，應該從傳統的工藝本身研究抽身而出，致力于同步糖化發酵背后的一些工程問題，并且開始采用創新的多尺度問題研究方式，同時結合人工智能、新型分離發酵裝置等，利用多場耦合，開辟燃料乙醇領域進展的新篇章。與此同時，在未來的化學工程學理論研究上，也應該加大對生物反應工程、流程創新以及工程放大的理論研究，將經驗上升為理論。
作者：陳葉濤 單位：武昌工學院
關鍵詞：燃料；燃燒；教學內容；設計
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）40-0113-02
在當今全球節能減排要求日益嚴格的背景下，國內外燃料、燃燒理論及燃燒應用技術發展很快，“燃料與燃燒”作為我校本科熱能與動力工程專業方向的骨干基礎課，其教學效果對學生后續專業課學習和未來工作均有重要影響。
“燃料與燃燒”課程教學內容涉及眾多專業，知識結構比較繁雜?；谖倚Ｅ囵B適應社會發展的高素質、創新型人才的目標，在制定新版教學大綱時，廣泛征集了用人單位、兄弟院校、教師和校友的意見，重新優化設計了“燃料與燃燒”課程的教學內容，考慮到燃燒理論是所有熱機的基礎，增加了燃燒基本理論方面的內容，尤其是與內燃機、燃氣輪機和鍋爐相關的理論。
一、“燃料與燃燒”課程教學內容
1.燃料。本模塊主要包含：固體燃料、液體燃料、氣體燃料的來源、種類、組成；燃料性質、物性參數的定義和表示方法等教學內容。
2.燃燒過程的物質平衡與熱平衡。本模塊主要包含：燃料的熱值、過量空氣系數、當量比；完全燃燒所需的空氣量及燃燒產物組分的計算、不完全燃燒產生的煙氣量、不完全燃燒方程式；完全燃燒與不完全燃燒時燃燒溫度、實際燃燒溫度、提高理論燃燒溫度的途徑等教學內容。
3.化學反應動力學。本模塊主要包含：化學反應速度、基元反應、質量作用定律、反應分子數與反應級數、反應級數的確定方法；化學反應速率及其影響因素、各種級的單步化學反應、串聯反應、競爭性反應、逆反應、鏈鎖反應、鏈分枝爆炸、爆炸極限等教學內容。
4.燃燒系統守恒方程。本模塊主要包括：分子傳輸方程；基本守恒方程；流動邊界與熱邊界層等教學內容。
5.著火和燃燒界限。本模塊主要包含：燃燒現象的分類；著火爆炸與熄火現象為化學動力學控制的燃燒問題；自燃與引燃、引燃成功條件，各種參數對著火的影響；熱球點火與火花點火問題；燃燒界限的影響因素；等等教學內容。
6.預混氣的燃燒。本模塊主要包括：爆震波和緩燃波、雨果尼奧曲線及性質、雨果尼奧曲線上熵的變化、爆震波后已燃氣的速度與當地聲速的比較、爆震波的結構等教學內容。
7.層流預混火焰。本模塊教學內容包括：熱理論、化學和物理參數對火焰傳播速度的影響、火焰傳播速度的測量方法、火焰在層流氣流中駐定的原理、火焰淬熄等教學內容。
8.層流擴散燃燒。本模塊教學內容包括：層流擴散火焰的伯克和舒曼理論、燃料射流的唯象分析和層流擴散火焰射流等教學內容。
9.氣體湍流燃燒。本模塊教學內容包括：湍流火焰的唯象方法、湍流模型、非預混反應物的化學反應湍流和預混反應物的化學反應湍流等教學內容。
10.液體燃料的擴散燃燒。本模塊主要包含：斯蒂芬流、單油滴的蒸發及質量燃燒速度、液滴壽命的計算；氣流中的燃料液滴；在靜止介質中液滴的超臨界燃燒、內部回流對液滴蒸發速率的影響；火焰的位置、燃料蒸汽、氧氣、產物及溫度的分布、噴霧燃燒的概念；噴霧貫穿距離、噴霧角和顆粒平均直徑；等等教學內容。
11.固體燃料的燃燒。本模塊主要包括：固體燃料的燃燒過程、固體碳粒的燃燒、碳粒燃燒的化學反應、擴散與動力控制的碳粒表面燃燒等教學內容。
12.燃燒污染與防治。本模塊主要包括：NOx的生成與防治、SOx的生成與防治、煙塵的生成與防治等教學內容。
13.船舶動力裝置的燃燒。本模塊主要包括：船舶柴油機的燃燒技術、燃氣輪機的燃燒技術和船舶鍋爐的燃燒技術。
二、“燃料與燃燒”教學設計
“燃料與燃燒”課程教學目的是使學生掌握燃料特性和燃燒基本理論，具備利用理論知識分析和研究燃燒現象和燃燒裝置的能力。教學過程中應注意以下幾點。
1.夯實基礎知識。“燃料與燃燒”是研究燃燒規律的一門課程，它以高等數學、大學物理、大學化學和其他基礎課的知識基礎為支撐，課程中有很多非常基礎的知識點，后續燃燒理論、燃燒模型都是在其基礎上發展起來的。在課堂教學中應特別注意這些知識點，要講全講透，才有可能有良好的教學效果。
2.注重知識綜合運用。“燃料與燃燒”課程是熱能與動力工程專業的基礎課程，教學內容直接應用到后續各專業方向的骨干課程中，如“內燃機原理”、“燃機原理”、“鍋爐原理”和“內燃機排放與污染控制”等一系列課程。在課程教學中，應突出“燃料與燃燒”課程的特色內容，同時兼顧相關課程和相應的交叉課程，提高學生綜合運用知識的能力。
3.增強教學體系結構的系統性。注重與前續基礎課程、后續專業課程間的銜接，但又要避免課程內容的交叉重復。根據教學目的和檢測要求，不斷優化熱能與動力工程專業方向的課程體系教學內容結構，增強課程體系的系統性和完整性。
三、“燃料與燃燒”課程教學的重點、難點及相應解決措施
計算機變得與試管一樣重要
在漫長的歷史時期，對化學家而言，試管是他們最為重要的工具，另外通過小棒和小球，他們就可以搭建出一些化學反應的分子結構。但是當人類進入計算機時代以后，對化學研究人員而言計算機開始逐步變得與試管同樣重要。
中科院化學研究所分子反應動力學國家重點實驗室主任邊文生表示，化學反應是一個微觀過程，許多化學反應的發生可能只需要幾微秒，傳統上用實驗手段描述出反應過程的每一個步驟幾乎不可能實現，而此次獲獎的三位科學家使計算機成了描述一些化學反應的重要工具。
諾貝爾評審委員會說，卡普拉斯、萊維特和瓦謝爾研究的開創性在于，他們讓經典物理學與迥然不同的量子物理學在化學研究中“并肩作戰”。以前，化學家必須二選其一。依靠用塑料棒和桿創建模型的經典物理學方法的優勢在于計算簡單且能為大分子建模，但其無法模擬化學反應。而如果化學家選擇使用量子物理學計算化學反應過程，但巨大的計算量使得其只能應付小分子。為此，在20世紀70年代，這三位科學家設計出多尺度模型，讓傳統的化學實驗走上了信息化的快車道。在由這三位科學家研發出的多尺度模型的輔助下，化學家們就可以讓計算機做“做幫手”來揭示化學過程。
諾貝爾化學獎評選委員會在當天發表的聲明中說，現在，對化學家來說，計算機是同試管一樣重要的工具，計算機對真實生命的模擬已為化學領域大部分研究成果的取得立下了“汗馬功勞”。并且通過模擬，化學家能更快獲得比傳統實驗更精準的預測結果。
研究成果被廣泛應用
事實上，也正是三位科學家上個世紀70年代的開創性研究，讓計算機模擬揭示復雜的化學反應過程成為可能。此后，經過長期努力，科學家們建立了更加準確和普遍適用的量子化學和分子力學結合的多尺度計算模型。
邊文生表示，卡普拉斯、萊維特和瓦謝爾所發明的多尺度模型的意義在于其具有普遍性，可用來研究各種各樣的化學過程，從生命分子到工業化學過程等，都可以應用到他們研究的模型。
北京大學化學與分子工程學院長江特聘教授夏斌表示，如今無論是在化學領域，還是分子生物學領域，三位獲獎者的研究成果都已被予以應用，其已經成為了很多研究人員十分重要的研究工具。
“如今，蛋白質、核酸、碳氫化合物等生物大分子的研究，最新研究與開發的藥物設計等相關研究，幾乎都離不開三位獲獎者通過計算機模擬出的化學分子模型。”邊文生說。
關鍵詞：燃燒學；量子化學；Gaussian軟件；多媒體
中圖分類號：G642?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）19-0041-02
“燃燒學”是熱能與動力工程專業一門十分重要的專業基礎課程，其內容涉及化學動力學、傳熱學、熱力學、流體力學以及熱化學等多門學科知識，是一門典型的交叉學科。由于“傳熱學”、“熱力學”以及“流體力學”是熱能與動力工程專業的基礎課程，通過前期的系統學習，學生對該部分內容較為熟悉。但由于專業的限制，本專業學生在大學期間很少有機會學習化學專業知識，因而對化學動力學和熱化學等內容相對陌生，不少學生在課后反映該部分內容抽象難懂。燃燒過程實質上是耦合了流動、傳熱以及熱力相變的復雜化學反應過程。因此，掌握好化學動力學和熱化學等知識對本課程的學習具有重要意義。筆者根據在科研與教學實踐中的經驗，將量子化學Gaussian軟件應用到燃燒學課程的教學中，取得了良好的效果。
一、量子化學Gaussian軟件介紹
量子化學是應用量子力學的規律和方法來研究化學問題的一門學科。量子化學Gaussian軟件是一個功能強大的量子化學綜合軟件包，是化學領域最著名的軟件之一，可以在Windows、Linux、Unix操作系統中運行，目前最新版本為Gaussian 03。該軟件由量子化學家約翰波普的實驗室開發，可以應用從頭計算方法、半經驗計算方法模擬和計算分子和過渡態能量和結構、化學鍵以及反應能量、分子軌道、偶極矩和多極矩、原子電荷和電勢、振動頻率、紅外和拉曼光譜、極化率和超極化率、熱力學性質以及反應路徑等內容，是目前應用最廣泛的半經驗計算和從頭計算量子化學計算軟件。量子化學Gaussian軟件在教學中可以輕松搭建直觀的分子和原子模型，并且從分子動力學層面展現一個化學反應的內在變化和重組過程。因此，學生可以直觀地了解物質的結構和化學反應內在規律，從而強化對相關知識和規律的認識與掌握。
二、量子化學Gaussian軟件在“燃燒學”教學中的應用實例
量子化學Gaussian軟件的功能非常強大，但本文僅選擇個別功能，并且通過列舉“燃燒學”中最常見的兩個簡單基元反應實例來介紹其在“燃燒學”教學中的應用。
1.實例一
CO和·OH的反應是燃燒過程以及燃燒大氣污染控制化學中的一個重要基元反應。根據分子碰撞理論，兩種物質是通過相互碰撞發生化學反應，但這種說法對于非化學專業的同學來說非常抽象，不易理解。比如兩者是如何發生碰撞的，碰撞后又是如何發生反應的，這些問題都很模糊，通過簡單的文字描述很難講清楚。而通過簡單直觀的圖形講解則可能取得意想不到的效果。圖1顯示的是采用Gaussian軟件中的密度泛函理論（DFT，B3LYP方法）在6-311++ G（d，p）基組水平下全參數優化和模擬反應過程中的各反應物、中間體（IM）、過渡態（TS）以及反應產物的幾何構型示意圖。
圖2顯示的是CO和·OH之間的反應能級示意圖。從圖中結果可以看出，CO和·OH之間的反應實質上是·OH對CO發動進攻，即·OH的O原子去進攻CO中的C原子，得到反應中間體IM1。從中間體IM1出發有兩種裂解方式：一種是經過渡態TS1斷裂其H-O鍵；另一種方式是IM1首先經過一個異構化過渡態TS2異構為另一順式中間體IM2，然后IM2又經過渡態TS3斷裂其H-O鍵生成產物CO2和H。基于以上能級分析，反應存在兩條可能的通道。但通過計算的活化能可知，第一條反應路徑需要的活化能為197.41 kJ/mol，而第二條需要的活化能僅為33.22 kJ/ mol。化學反應進行必須先要克服一定的能量障礙，即活化能才可以發生。從計算結果可以看出，由于通道CO+·OHIM1TS1CO2+·H的活化能比通道CO+·OHIM1+TS2+IM2+TS3+CO2+·H的高得多。因此，第二個通道需要克服的能量障礙更小，即更容易發生，是該反應的主要通道（主要反應路徑）。
2.實例2
目前，我國化學工業項目正在逐漸增多，為人們生產生活帶來了極大的便利，食物包裝、食用化學添加劑、航空航天等等，化學技術的社會性價值無可取代，但是，其產生的一系列環境問題也值得深思。其中，聚乙烯的應用帶來的環境問題較為嚴重，由于塑料的化學分子非常的穩定，就導致其在地下會長久不腐化，產生了非常嚴重的白色污染問題。另外，化工工廠的廢水廢氣也會對水體和大氣產生非常巨大的影響，甚至會導致一些區域出現無生物死水現象，這些自然環境問題需要相關部門結合實際情況進行深度處理和綜合性優化，積極建構更加有效的處理機制和控制體系，確?；瘜W工業持續發展的同時，一定程度上保證環境問題得以有效解決[1]。
2化學反應應用中化工原料重要性
在我國化工工業發展進程中，將實驗研究項目作為實際管理機制的基礎，因此，要對研究階段的化工應用結構進行綜合分析，而對研究階段影響最大的因素就是化學反應的基本原料，也就是說，若是想要得到一個化學物質，就要消耗其他的化工原料進行制備和化學處理，這個過程需要得到嚴格的審核和控制，并且將經濟安全作為研究重點，提高實踐基礎的有效性和系統化處理效果，要從綜合性管理機制出發，對相關項目進行統籌分析和綜合性整理。第一，化學反應中，納米材料在化工技術應用過程中具有非常關鍵的作用和價值。作為新型的高科技原料，納米技術在微觀技術結構應用機制中發揮了非常巨大的作用，納米材料的應用范圍也較為廣泛。值得一提的是，納米材料具有抗輻射作用，能一定程度上推進化工技術復合材料的實效性和應用價值[2]。第二，化學反應中的催化劑也具有非常重要的研究價值，特別是在一些大型化工企業的常規實驗中，利用催化劑能有效提升整體化學實驗的處理效果，確保處理結構和化學反應應用的穩定性。利用化學反應催化劑，不僅能提高化學反應的實際效率，也能有效升級其產物的應用價值，在實踐中，只有保證催化劑的相關參數要求符合國際標準，才能有效提升化學反應的實際效果，并且一定程度上減少化工材料的浪費，規避化工污染的產生。正是基于此，在實際試驗項目管理體系中，要結合實際需求和管理策略，高度重視化學反應催化劑的使用前景和使用效果。
3化學反應應用中廢物處理反應重要性
近幾年，關于化學反應和環境之間平衡關系的探討持續升溫，相關部門要結合實際需求和管理機制，建構更加系統化的處理措施，才能有效升級處理效果，正是基于此，在化工技術中，要對化學反應的廢物處理項目進行全面分析和綜合控制，提高整體處理效果和技術實效性。也就是說，在化學反應過程中，要對化工企業中技術結構的局限性和加工實效性進行綜合性統計分析，確保廢物處理效果符合預期，這也是化工企業環保項目中的關鍵性問題[3]。
3.1科學化綜合處理
在化學反應操作過程中，要結合實驗研究項目，建立健全更加系統化的綜合性處理機制，由于廢物環保處理過程較為復雜，需要相關人員結合實際需求對廢物中的有害物質進行科學化的處理和整合，這些措施都要按照標準化流程有序推進。也就是說，只有提升科學化處理措施，才能從根本上對廢物環保處理過程進行升級，從而減少有害物質的不良侵害。
3.2提高凈化意識
在環保機制建立過程中，環保意識非常關鍵，社會大眾對于自身環保意識的建設也缺乏認知，就會導致整體環保理念無法得以有效落實，相關管理控制措施也會受到影響。另外，一些化工企業為了節約成本，對環境污染問題視若無睹，也就導致有害物質和重金屬隨意的投放，缺乏必要的凈化處理，會加深環境污染。因此，相關部門要對化工企業的環境保護意識進行統籌分析，積極建構更加系統化的處理機制，確保處理結構和污染項目符合標準。在對污染物進行綜合性科學處理的過程中，提升整體環保效果[4]。值得一提的是，要想從根本上提高環保效果，相關部門也需要建立健全完整的凈化處理措施，分析污染物的同時，針對實際問題采取有效措施。
4結語
總而言之，在化學化工技術管理模型中，要積極落實更加有效的處理機制，切實維護管控效果，提高對原料和化學催化劑管理效果的重視程度，尋找最優化發展路徑，確?；ぜ夹g和化學工業項目的可持續發展。
作者:張偉云 單位:平頂山市工業學校
參考文獻：
[1]崔國凱,錢晨陽,李浩然等.離子液體強化有機化學反應的研究進展[J].化學反應工程與工藝,2013,29(03):281-288.
[2]黃順祥,郝榮章,劉峰等.涂層中伴有化學反應的傳質動力學模型及解析解[J].兵工學報,2015,30(06):746-752.
[關鍵詞]綠色；化學工藝；應用；發展
中圖分類號：TQ02 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）06-0116-01
前言：隨著環境污染問題的加重，國家對生態環境保護越來越重視，而綠色化學是實現這一目標的重要理論支撐，綠色化學工藝的應用極為重要。
一、綠色化學的內容概述
綠色化學工藝在化工生產中的引進使得環境污染加劇問題得到了進一步控制，綠色化學的概念正不斷的深入人心。對于綠色化學，不管是原材料的應用還是在化學反應中催化劑的添加，都要盡可能做到無毒、無害、零污染。運用綠色化學工藝不僅能減少化工生產中有害物質的排放，還可以減少對環境的污染。首先，工業用材料必須是可再生資源，并且保證原材料無毒無害；其次，發生的化學反應為綠色的，應用的材料容易降解，且有害物排放低或為零；另外，慎重選擇化學反應的催化劑，選擇沒有危害的催化劑；最后，謹慎選擇添加溶劑，如果該溶劑有副作用則不能再用。我們需要不斷加強對綠色化學技術的研究，在今后的化學工業生產中，盡可能應用可再生的綠色資源，對于不可再生的資源應限制其重復利用。
二、綠色化學工藝研發現狀
2.1 “原子化學經濟”反應
“原子化學經濟”即是在化W反應中，要求對反應物中的原子實現最大程度的利用，并使其參加反應的物質完全轉化為生成物，也只有這樣才實現了真正意義上的綠色化學工藝。
2.2 原材料的選取
在化工生產中，對于發生化學反應的原材料來說，其性質決定了生產的過程和方法。對于原材料的選取，要想保證反應的徹底、無害，則應優先考慮按綠色化學工藝要求使用的無毒害材料。
2.3 改善催化劑類型
在化學反應中改善催化劑的類型，可以使反應中不穩定的中間體被進一步氧化或還原，使其反應更加徹底、高效。另外，要確保化學反應的可選擇性，發生氧化還原反應時會有一些很容易被氧化、還原的中間物質生成，所以要提高催化劑的載氧能力，并根據新型催化劑的反應特性研發相應的化學反應工藝。
2.4 使用清潔工藝
使用清潔工藝可以使整個化學生產過程達到綠色環保的效果，另外，使用再生能源、選用先進的工藝技術，可以從根本上減少或避免因污染物排放帶來的環境危害。例如：廢棄的秸稈以及稻草等就可以作為化學原料，將糖類植物轉化為乙酰丙酸，實現對葡萄糖的提取，這樣就避免了反應中廢棄物的出現。
三、綠色化學工藝的開發
3.1 采用無毒害的生產原料
企業在生產化工產品的過程中，首先應該做好的就是對生產原料的選擇。 生產原料不同，相應的生產方法與流程也會有所不同。綠色化學工藝則要求在生產過程中使用無毒無害的原料，即使在必須要使用化學物質的情況下，也要采取措施將危害降到最低。在根源上消除污染環境的“三廢”，在生產過程中綠色化學工藝應采用可再生的原料，如野生植物或農作物等。
3.2 采用無毒害的催化劑
目前的化工品生產過程中，90%以上的化學反應都需要加入催化劑來提高化學反應速率，因此在綠色化學工藝的開發過程中，對無毒害、新型高效綠色催化劑的開發也是一個關鍵的研究方向和課題。丁烯烷基化與異烯烷基化生產工業中，異辛烷屬于“原子經濟”反應，但反應的催化劑使用的是對設備具有強烈腐蝕性危害的氫氟酸或硫酸，而且生產后的廢液很難進行恰當的處理回收，又會進一步污染環境。當前，國內外的很多高校和機構都在研發新型的烷基催化劑，開發出腐蝕性低、能耗低、污染小的催化劑，也是綠色化學工藝的重要努力方向。
3.3 提高化學反應的選擇性
在石油化工行業中有許多強放熱類的反應，而且其目的產物一般又是一些不穩定的容易被反應氧化的中間體，因此這類催化劑就成為了催化劑中選擇性最低的類型。另外，還有一些產品的組成方式是異構體的，因此為有效的將原材料加工轉換成產品，在過程中就需要加入選擇性較高的催化劑，對這種催化劑的開發不僅能夠降低生產成本、節約資源，更重要的是能減少其對環境造成的不良影響， 綠色化學工藝注重的是不同氧化反應和不同反應特點的催化劑的開發。
四、綠色化學工藝的應用
4.1 生物技術
從廣義上來說，生物技術包括了基因、細胞、酶以及微生物技術等。在應用方面，生物技術的主要應用領域為生物化工和化學仿生學方面。生物在某些領域正在逐步代替石油、天然氣等不可再生能源。生物技術中所進行的化學反應，大多數都是利用自然界中找到的酶或者是工業生產的酶作為催化劑。這種利用酶作為催化劑取代化學催化劑的方法，具有對環境無化學污染、反應的條件溫和以及生產出來的產品性質相對優良等特點。
4.2 清潔技術
清潔環保是綠色化學工藝追求的目標，清潔的生產技術就是無毒、無害、無廢棄物。例如清潔煤脫硫、脫碳技術的應用以及太陽能、風能發電技術的應用，都屬于清潔的生產技術。較為先進的清潔技術還有等離子技術、綠色催化技術和生物工程技術等。應用清潔生產技術，其生產過程不僅不會對環境造成污染，其產品也屬于清潔產品。
4.3 農業生產
氮元素是農作物生長時所必須的元素之一，這樣我們就可以通過生物固氮的方法來增加氮元素。外界環境中的氮元素都是以氮氣的形式存在，不能夠被農作物直接吸收。傳統的固定氮元素的方法是通過化學反應生成NH3，化學反應中使用的催化劑以及生成的雜質都會對環境造成污染，而應用綠色化學工藝的生物固氮技術，減少了工業合成氨的生產，消除了生產過程對環境的污染，從而保護了空氣質量。
五、綠色化學工藝的發展
5.1 化學工藝發展
在未來的發展中，綠色化學將發展綠色化學工藝的模式，廣泛應用各種節能材料，這些都有利于綠色化學工藝的實施以及相關體系的進一步優化。在將化學工藝進行綠色化的處理過程中，運用的比較創新的一個方法就是對化學生產進行在線控制與檢測，對生產的每一個具體環節的工藝和過程加以把控，以此做到協調，這樣才可以保證參與到化學反應中的物質和反應過程都是安全的，并且要設立相關機制以處理化學反應會出現的一些意外情況。對于社會公眾，必須加強環境保護的宣傳導向工作，在降低工業污染的同時也要做到減少生活垃圾排放。
5.2 催化劑的發展
5.2.1 仿酶催化
化學反應中，酶催化過程具有專一、效率高等特點，在目前的化學反應中應用的都是天然酶。天然酶是有一定限度的，所以需要我們逐步開發出人工酶來取代天然酶的應用。另外，人工酶的優勢在于可以仿制一些人工活性反應結構，使反應中所需的疏水環境以及與多種非共價鍵反應的原子協同效應，充分發揮作用。
5.2.2 納米催化劑
納米催化劑可以對環境起到治理的作用，納米金屬催化劑中主要包含了一些含鉑、銠金等成本較高的金屬氧化物；還有另一種是較為傳統的以氧化鋁和氧化硅等金屬氧化物為載體，通過一系列反應形成一種負載型納米催化劑，以此來提高化學反應的速率以及活性。目前納米催化劑可以實現對汽車尾氣排放的處理，達到凈化空氣的效果。
結語
綜上所述，近年來環境污染不斷加劇，為了減少污染物排放、節約資源、實現可持續發展目標，綠色化學必將向著新的發展高峰邁進。
參考文獻
關鍵詞：添加劑 中試研究 油
油添加劑是油的靈魂，沒有高質量的添加劑，就不能保證有高質量的油產品。當一種油添加劑產品從實驗室被研究開發出來之后，往往不能夠馬上直接進行工業化生產，得到工業化產品。雖然油添加劑合成過程中的化學反應本質不會因實驗或生產的不同而改變，但各步合成化學反應的最佳反應工藝條件，則可能隨實驗規模和設備等外部條件的不同而改變[1]，一般都需要經過一個放大50~100倍規模的小型實驗，以便進一步研究在一定規模裝置中各步化學反應條件的變化規律，并解決實驗室階段未能解決或尚未發現的問題，為該種油添加劑的工業化生產提供各種設計依據，這就是油添加劑的中試研究[2,3]。
一、中試研究的條件
一種新型的油添加劑產品在實驗室的研究進行到何種程度就可以進行中試研究呢？根據多年油添加劑中試研究的經驗以及前輩們的總結，一種新型的油添加劑產品只有在實驗室研究達到以下條件時，才可以開始中試研究，具體條件如下：
1.油添加劑實驗室小試合成路線已經確定，操作步驟明晰；反應條件確定；產品收率穩定且質量可靠。
2.實驗室已經取得多批次穩定翔實的實驗數據，并且進行過多次小試試驗，工藝穩定。
3.油添加劑產品的質量標準和檢測分析方法已經確定。包括最終產品，中間產品和原材料的檢測分析方法。
4.油添加劑合成進行了物料衡算。合成過程中產生的三廢已有初步的處理方法。
5.油添加劑合成過程中對所消耗的原材料規格和消耗量提出了要求。
6.針對石油化工生產裝置相關安全法律法規的有關規定，對油添加劑合成過程中的安全生產提出了相關要求。
二、目前中試研究的現狀
由于歷史等原因，目前油添加劑中試研究存在著各種各樣的不足和缺陷，有些是由于油添加劑中試研究的手段和設備問題造成的，另外一部分是因進行中試研究人員的專業背景等自身條件的限制而造成的。
1.油添加劑中試研究目前基本上停留在對實驗室工藝條件的驗證上，沒有進一步的對工藝條件開展優化研究。
2.實驗室研究和中試研究的側重點不同，實驗室研究在于能夠得到一種新型的油添加劑產品，要求工藝可行；而對于油添加劑的中試研究，僅工藝可行還遠遠不夠，中試研究還必須確切地知道整個工藝過程中相關的化工熱力學數據，為整個中試研究過程中的工藝條件的控制制定相應的方案，而目前油添加劑實驗室研究沒有提供相關的化工熱力學數據，為油添加劑中試研究的工藝控制和能量衡算帶來了一定的難度。
3.實驗室研究所用的反應儀器多為玻璃制品，玻璃制品的抵抗各種化學腐蝕是比較優良的，可以不用考慮各種化工原材料對實驗設備的腐蝕問題。一旦要進行中試放大研究，由于現有的中試研究裝置材質多為不銹鋼，對于某些強酸和強堿腐蝕的抵抗能力是非常弱的，因此進行一個油添加劑產品的中試研究的時候必須進行材質的選擇和抗腐蝕試驗。
4.每種油添加劑合成過程中添加的化工原材料都是不一樣的，有些是液、液混合，有些是固、液兩相混合，還有部分是氣、液、固三相混合的反應，由于原材料的差異，為了達到充分混合，每種混合方式對反應釜攪拌器型式的要求都是不一樣的?，F有的油添加劑中試研究由于設備的限制，對中試研究過程中的攪拌器型式往往無法選擇。
5.在一個化工合成過程中，化學反應所花費的工時在整個產品的生產周期里所占比重是比較小的，以前由于認識不足，對油添加劑合成的操作工時與生產周期的計算存在誤區，沒有充分考慮油添加劑合成的前期處理和后期處理，造成了操作工時和生產周期的縮短。
6.由于各種公用工程計量儀表的缺失，不能對水、電、汽、風等各種公用工程的消耗進行準確地計量，不能夠為油添加劑的進一步工業化生產設計準確地提供各種公用工程數據。
三、未來的工作對策
針對油添加劑合成中試研究的現狀以及結合本人的工作實際，主要從以下幾個方面解決目前油添加劑中試研究中的有關問題。
1.采用基團貢獻法估算油添加劑的物性參數，計算油添加劑合成的化工熱力學。
2.考察油添加劑合成過程中各種原材料加入順序及方式對油添加劑合成的影響。
2.1不同固體物料加入方式及順序的影響；
2.2高粘度物質對加入設備及管線的要求；
2.3滴加物料加入速度對添加劑合成的影響；
3.攪拌器類型、設備形式等對油添加劑合成的影響；
4.針對不同的油添加劑合成過程，考慮合成過程中產生三廢的不同處理方案，使之對環境的影響減小到最小；
5.對現有油添加劑中試裝置進行自動化控制可行性研究的探討。
四、結論
通過以上幾方面的努力，希望在今后的油添加劑中試研究結束后能夠提供一份滿足《石油化工裝置工藝設計包(成套技術工藝包)內容規定》SHSG-052-2003 規定的油添加劑生產裝置工藝設計包[4]，為油添加劑進一步的工業放大生產提供設計依據。
參考文獻
[1]黃英，王艷麗. 化工過程開發與設計[M].北京：化學工業出版社，2008.
[2]劉興龍，白彪. 淺談概念設計在化工設計中的應用. 化工進展[J]. 2003，22(3)：217-223.
[3]J.M.道格拉斯[著]. 蔣楚生，夏平[譯]. 化工過程的概念設計[M] 北京：化學工業出版社，1994.
關鍵詞：化學工業；綠色化學工程；節能生產；促進作用
20世紀80年代以來，化學品在社會公眾中的形象產生了一些微妙的變化。一些人甚至認為，“化學品有毒、有味、污染環境。國內一些食品、化妝品廣告或包裝上常有一句“本品不含任何化學添加劑”?！盎瘜W”似乎成了“有害”的同義詞，殊不知，那些標榜著純天然的也是化學品。廣義地說，任何物質都是有毒的，物質的毒性與物質的“量”有關。分析綠色化學工程及工藝在化學工業生產中的應用，能夠降低化學工業污染程度，提高化工節能效果，對化工行業的發展意義重大。
一、綠色化學概述
（一）綠色化學概念。色化學又稱環境友好化學，是運用現代科學技術的原理和方法來減少或消除化學產品的設計、生產和應用中有害物質的使用與產生，使所研究開發的化學產品和過程更加對環境友好。從這定義上來看，綠色化學的目的就是在化學轉化的全過程中對污染進行預防，把污染末端開始控制變為源頭就治理。綠色化學涉及對化學產品及其合成設計與改造。通過提供一個新的方法，既通過改變化學方應與化工過程，從而從根本上減少或消除危害物質的產生，并進而解決環境問題。
（二）綠色化學特點。第一，綠色化學考慮社會可持續發展，促進人與自然的協調。大力開發人類最理想的綠色資源和能源，充分利用生物質，即植物、農作物，以及其他通過光合作用產生的有機物，它們是理想的石油品替代原料。此外，還可利用取之不盡、用之不竭的太陽能及風能、地熱能和海洋能等，促進化工生產的持續發展。綠色化學是人類用環境危機的巨大代價換來的新認識、新思維和新科學，是更高層次的化學。第二，綠色化學是研究與環境友好化學反應和技術，特別是新的催化工程技術，在選擇原料路線時，盡量使用低污染、無污染的原料，以替代有毒有害的原材料，反應過程中采用對環境友好的媒介和反應技術。如：酶催化反應、膜催化反應、清潔合成技術、生物工程技術等?！边@些采用生物技術、酶技術及基因重組工程等高新技術開發新的化學反應與合成新的化合物，能夠實現化學反應技術的綠色化。第三，綠色化學是從源頭上防止污染的生成。即污染預防環境治理則是對已被污染的環境進行治理，即“末端治理”。時間表明，這種“末端治理”的粗放式經營模式，往往治標不治本，只注重污染的凈化和處理，不注意從源頭上和生產全過程中預防和杜絕廢物的產生和排放，既浪費資源和能源，治理費用投資又比較大，綜合效益差，甚至造成二次污染。因此，綠色化學的目的就是把現有的化學工業生產的技術路線從“先污染、后治理”改變為“從源頭上消除污染”。
二、G色化學工程與工藝在化學工業節能中的應用
（一）清潔生產技術的應用。清潔生產技術也被稱為無害、無毒、無廢的綠色化技術，比如先進的脫硝和脫硫技術；城市垃圾的無害化處理技術；生活垃圾制沼氣技術；高效清潔的煤氣化技術；利用風能、太陽能等自然能發電技術等等，這此都利用了清潔生產的技術。清潔生產技術包括的范圍很廣，主要有以下幾種技術：生物工程技術，這其中有細胞工程、酶工程、基因工程等等；輻射加工技術，如離子束、射線和中子束等在常溫常壓下就可以引起一些需要在高溫高壓下才能進行的反應；綠色催化技術，這里有多種催化劑，比如分子篩催化劑、相轉移催化劑等；超臨界流體技術，這里有超臨界H2O和超臨界CO2都能阻燃并且無毒。
（二）生產環境友好型產品。發展綠色化學工程與工藝，其目的是生產出環境友好型產品。在生活中有許多實例，比如尋找替代品來替代氟利昂，這樣可以保護大氣的臭氧層；使用可降解的塑料制品；無磷洗衣粉、清潔汽油等等。因為傳統汽油柴油給大氣帶來了嚴重污染，近年來國內外流行使用的新汽油、低硫柴油或者是其他無污染燃料，大大減少汽車尾氣造成的污染。
三、綠色化學工程與工藝對化學工業節能起到的作用
烴類選擇性氧化是一類具有強放熱性的反應，石油化工工業中時常發生這種反應，但是，它的生成物不穩定，很容易被進一步氧化，生成H2O和CO2。在各類的催化反應中，此反應一般不會被選擇，因為有時生成物中還會存在同分異構提，不利于得到最終產物，所以，為了簡化生產，一般都會使用選擇性高的試劑。這樣不僅可以降低分離產品和純化產品的難度，還提高了反應的選擇性，還能夠起到降低成本，節約資源，減少環境污染的作用。所以加強這一方面的研究會有很強的實用性，比如開發載氧能力強、選擇性好的新型催化劑，就可以應對不同的烴類氧化反應。
四、結語
總而言之，綠色化學工程與工藝采用無毒的溶劑、原料，選擇無污染、低耗、節能的化學工藝過程，應用清潔的生產技術，實現生產與環境相協調，產品和生態友好，開發和應用綠色化學工藝，已成為當代化學工業的發展趨勢和前沿技術，是建設環境友好型社會的關鍵所在。
參考文獻：
[1]喬昱.闡述綠色化學工程與工藝對化學工業節能發展的作用[J].山東工業技術，2014（16）：147-147.
