高等反应工程课程的学习与应用实践

胡美秋

(北方民族大学 化学与化学工程学院，宁夏 银川 750021)

高等反应工程的知识结构较化学反应工程更为完整，理论性更强，是一门综合性强、对数学要求颇高、涉及物理化学、化工热力学和化工原理等知识学科领域的专业课程[1]。随着社会和科技的进步，高等反应工程的理论知识在实际化工领域中得到越来越多的应用[2]，对于学习这一门课程的化工类硕士研究生来说，这对他们现在或将来的学习、生活和工作都具有重大意义。

1 高等反应工程的教学内容

高等反应工程以化学反应工程的基本原理为基础，以化工生产为背景，是化学工程硕士研究生必须修读的一门课程[3]，其知识结构较为完整，理论性较强，知识面广。高等反应工程共有九个章节，课程学习过程中，我们主要从以下四个层面来学习：(1)复杂化学反应体系的定量表征，介绍了反应体系的化学计量分析、反应体系的的化学平衡分析、反应动力学；(2)理想均相反应器和反应器中的混合现象，介绍了均相反应体系的分析方法和混合对反应过程的影响；(3)外扩散和内扩散现象，介绍了外部传递过程对分均相催化反应的影响和内部传递过程对气固相催化反应过程的影响；(4)反应器设计，介绍了固定床、流化床、气液反应器、气液固三相反应器的热特性、传递过程、模型化方法和反应器的选型及设计计算。

2 高等反应工程的教学方法

由于学生的本科专业、文化氛围、高等反应工程的难易程度和学生的知识接收能力，使得教学方法受到一定的制约。对于硕士研究生主要的教学方法有：因材施教法、案例分析法、实验教学法等多种教学方法[4]。

2.1 因材施教

因材施教指学校综合考虑学生个人的兴趣、学习能力、课时等具体情况进行不同的教育。高等反应工程课程内容比较繁杂，部分本科生接触过反应工程，具有一定的理论基础知识，但深度不够，学生知识储备也不全面。另外，一些学生本科是非化工专业出身，没有反应工程基础知识，所以我校要求上课48学时，针对学生情况和课程本身，我们选择了适合研究生水平的教材，华东理工大学出版社程振民等人编写的《高等反应工程教程》。通过48学时和知识结构完整的书本学习、老师简明精炼和通俗易懂且突出重难点的讲解，课程学习结束后，大家都能较好的理解并掌握相关内容。

2.2 案例教学

案例教学即通过模拟或重现实际生活中的小情景，使学生将自己置于案例现场之中，并组织学生开展讨论的一种教学方法。一个合适的案例能调动学生学习积极性、培养学生的发散性思维、提高学生的自主学习能力，从而达到教学预想的结果。例如，多相系统中的化学反应与传递现象的多相催化反应中，该催化过程共有七步，分别为：反应物A穿过滞留层→通过外扩散到达催化剂外表面→通过内扩散被催化剂吸附到活性位上→产生反应生成产物B→产物B从催化剂上脱附下来→脱附下来的B通过外扩散到达催化剂外表面→扩散到滞留层后离开边界层。老师在教授学生这一节内容时，将每一个学生比作一个反应物，将整个教室比作一颗催化剂，那学生在里面的活动将会很混乱；但如果将教室用若干个隔板隔离开来，相当于催化剂内部有多个孔道，而每个学生占据一个，那么对于催化反应而言，每一个学生都在一个活性位点上，这种反应效果会更好。非均相催化剂在催化动植物油或餐厨废油等大分子时，催化剂孔道太小，会增加传质阻力，不利于大分子穿过孔道，但催化剂的孔道并不是越大越好，孔道过大，会造成大分子在孔道内无序的碰撞，传质阻力也会增大。因此，合适的孔道才能达到最佳的催化效果。在制备催化剂时，考虑到这一要求，我们设计了不同的催化剂制备方法，进而得到所需孔径大小的催化剂。这种贴近生活的授课方法，容易理解，也让我们学生有了参与感，有利于培养我们理论-思考-实践的学习模式。

2.3 实验教学

实验教学是指学生在老师的指导下，在实验室中操作仪器、观察现象、根据得出的数据进行总结。实验教学是研究生课程的重要组成部分，实验教学可以验证课堂教学的理论知识，学生在实践中难免会出现一系列问题，而通过实验教学有利于培养学生发现问题并沉着应对解决问题的能力、团队合作能力和掌控全局的能力。比如，在化学反应器中的混合现象的理论知识学习结束后，老师带领小组成员进行了停留时间分布与反应器流动特性测定实验，通过仪器测试数据结果来定量单釜、双釜和三釜反应器的返混程度，让学生能够从课本上的理论中真正理解到停留时间分布和多釜串联模型的关系。

3 学习高等反应工程课程的意义

《高等反应工程教程》的知识结构更为完整且理论性强，学习该课程有利于满足我们追根思源的好奇心，内容的源头性介绍使我们获得感性理解，这有利于培养硕士研究生的兴趣和创造力。课程学习过程中的章节安排，使学生对内扩散和外扩散、催化剂的作用和催化原理等知识的认知更加深刻。该课程还安排了实验课程，在相应的理论知识结束后，学生在老师的带领下，去实验室学习，做模拟实验，在实验过程中学会思考和动手实践，并在实践中解决问题。

4 学习与总结

高等反应工程，是一门学习化工生产和应用的综合性实践性课程。通过学习该课程，使我对我的研究课题有了更深刻的理解和认识，我不仅学到了催化剂的应用、热量传递过程对化学反应的影响、反应装置的一些基本操作等基础的专业理论知识，还学会了将其运用到实验当中去，如：固体酸催化剂催化动植物油应用于生物柴油、汽油和航空煤油。个人认为这些理论知识是我们动手实践的理论支撑，而实践结果是对理论知识的理解掌握程度的最好体现和对理论知识是否可行的最好验证。这一课程对我们将来的科学实验和实践操作都有重要的意义，有利于培养我们在将来工作中的独立性和创造性。