高等反應工程課程的學習與應用實踐

胡美秋

(北方民族大學 化學與化學工程學院，寧夏 銀川 750021)

高等反應工程的知識結構較化學反應工程更為完整，理論性更強，是一門綜合性強、對數學要求頗高、涉及物理化學、化工熱力學和化工原理等知識學科領域的專業課程[1]。隨著社會和科技的進步，高等反應工程的理論知識在實際化工領域中得到越來越多的應用[2]，對于學習這一門課程的化工類碩士研究生來說，這對他們現在或將來的學習、生活和工作都具有重大意義。

1 高等反應工程的教學內容

高等反應工程以化學反應工程的基本原理為基礎，以化工生產為背景，是化學工程碩士研究生必須修讀的一門課程[3]，其知識結構較為完整，理論性較強，知識面廣。高等反應工程共有九個章節，課程學習過程中，我們主要從以下四個層面來學習：(1)復雜化學反應體系的定量表征，介紹了反應體系的化學計量分析、反應體系的的化學平衡分析、反應動力學；(2)理想均相反應器和反應器中的混合現象，介紹了均相反應體系的分析方法和混合對反應過程的影響；(3)外擴散和內擴散現象，介紹了外部傳遞過程對分均相催化反應的影響和內部傳遞過程對氣固相催化反應過程的影響；(4)反應器設計，介紹了固定床、流化床、氣液反應器、氣液固三相反應器的熱特性、傳遞過程、模型化方法和反應器的選型及設計計算。

2 高等反應工程的教學方法

由于學生的本科專業、文化氛圍、高等反應工程的難易程度和學生的知識接收能力，使得教學方法受到一定的制約。對于碩士研究生主要的教學方法有：因材施教法、案例分析法、實驗教學法等多種教學方法[4]。

2.1 因材施教

因材施教指學校綜合考慮學生個人的興趣、學習能力、課時等具體情況進行不同的教育。高等反應工程課程內容比較繁雜，部分本科生接觸過反應工程，具有一定的理論基礎知識，但深度不夠，學生知識儲備也不全面。另外，一些學生本科是非化工專業出身，沒有反應工程基礎知識，所以我校要求上課48學時，針對學生情況和課程本身，我們選擇了適合研究生水平的教材，華東理工大學出版社程振民等人編寫的《高等反應工程教程》。通過48學時和知識結構完整的書本學習、老師簡明精煉和通俗易懂且突出重難點的講解，課程學習結束后，大家都能較好的理解并掌握相關內容。

2.2 案例教學

案例教學即通過模擬或重現實際生活中的小情景，使學生將自己置于案例現場之中，并組織學生開展討論的一種教學方法。一個合適的案例能調動學生學習積極性、培養學生的發散性思維、提高學生的自主學習能力，從而達到教學預想的結果。例如，多相系統中的化學反應與傳遞現象的多相催化反應中，該催化過程共有七步，分別為：反應物A穿過滯留層→通過外擴散到達催化劑外表面→通過內擴散被催化劑吸附到活性位上→產生反應生成產物B→產物B從催化劑上脫附下來→脫附下來的B通過外擴散到達催化劑外表面→擴散到滯留層后離開邊界層。老師在教授學生這一節內容時，將每一個學生比作一個反應物，將整個教室比作一顆催化劑，那學生在里面的活動將會很混亂；但如果將教室用若干個隔板隔離開來，相當于催化劑內部有多個孔道，而每個學生占據一個，那么對于催化反應而言，每一個學生都在一個活性位點上，這種反應效果會更好。非均相催化劑在催化動植物油或餐廚廢油等大分子時，催化劑孔道太小，會增加傳質阻力，不利于大分子穿過孔道，但催化劑的孔道并不是越大越好，孔道過大，會造成大分子在孔道內無序的碰撞，傳質阻力也會增大。因此，合適的孔道才能達到最佳的催化效果。在制備催化劑時，考慮到這一要求，我們設計了不同的催化劑制備方法，進而得到所需孔徑大小的催化劑。這種貼近生活的授課方法，容易理解，也讓我們學生有了參與感，有利于培養我們理論-思考-實踐的學習模式。

2.3 實驗教學

實驗教學是指學生在老師的指導下，在實驗室中操作儀器、觀察現象、根據得出的數據進行總結。實驗教學是研究生課程的重要組成部分，實驗教學可以驗證課堂教學的理論知識，學生在實踐中難免會出現一系列問題，而通過實驗教學有利于培養學生發現問題并沉著應對解決問題的能力、團隊合作能力和掌控全局的能力。比如，在化學反應器中的混合現象的理論知識學習結束后，老師帶領小組成員進行了停留時間分布與反應器流動特性測定實驗，通過儀器測試數據結果來定量單釜、雙釜和三釜反應器的返混程度，讓學生能夠從課本上的理論中真正理解到停留時間分布和多釜串聯模型的關系。

3 學習高等反應工程課程的意義

《高等反應工程教程》的知識結構更為完整且理論性強，學習該課程有利于滿足我們追根思源的好奇心，內容的源頭性介紹使我們獲得感性理解，這有利于培養碩士研究生的興趣和創造力。課程學習過程中的章節安排，使學生對內擴散和外擴散、催化劑的作用和催化原理等知識的認知更加深刻。該課程還安排了實驗課程，在相應的理論知識結束后，學生在老師的帶領下，去實驗室學習，做模擬實驗，在實驗過程中學會思考和動手實踐，并在實踐中解決問題。

4 學習與總結

高等反應工程，是一門學習化工生產和應用的綜合性實踐性課程。通過學習該課程，使我對我的研究課題有了更深刻的理解和認識，我不僅學到了催化劑的應用、熱量傳遞過程對化學反應的影響、反應裝置的一些基本操作等基礎的專業理論知識，還學會了將其運用到實驗當中去，如：固體酸催化劑催化動植物油應用于生物柴油、汽油和航空煤油。個人認為這些理論知識是我們動手實踐的理論支撐，而實踐結果是對理論知識的理解掌握程度的最好體現和對理論知識是否可行的最好驗證。這一課程對我們將來的科學實驗和實踐操作都有重要的意義，有利于培養我們在將來工作中的獨立性和創造性。