“热化学反应工程与技术”专栏前言

任何化学反应的发生都要求“诱发”及“驱动”反应发生的要素,这种要素通常有热、光、电以及动能(机械力)等。在各类化学反应中,工业规模应用最早的化学反应是“热”诱发、“热”驱动的化学反应。这类发展和利用历史最长、行业领域分布最广的以“热”诱发或驱动的化学反应被称为“热化学反应”。我们定义热化学反应的工程化科学与技术为“热化学反应工程”(Thermochemical Reaction Engineering),是人类加工利用各种能源与矿产资源,生产各类工业原料以及电力、工程材料、功能制品等的主要方法途径和技术路线。相比于其他“化学反应工程”的学科方向,如电化学反应工程、光化学反应工程、催化反应工程等,“热化学反应工程”作为学科概念在近年才被提出,也被确立为专注“热化学反应及其工程化科学与技术”的新兴学科领域,被我国学者定义为“工程热化学(Engineering Thermochemistry,ETC)”的基础内涵之一。

使固态化学反应100%完成的方法

无溶液形成的固态化学反应具有“一旦发生,就必完全”的特质,但因为固体的非流动性,它常常会因严重的传质困难而有始无终。为了克服这个困难,作者提出了少溶剂固态化学反应(LSR)的概念,即通过使用少量的溶剂赋予固体流动性,使反应物固体部分溶解,再使用搅拌反应器解决其“三传”问题,使之完全反应,从而达到使一些化学工业过程绿色化的目的。本文用平衡热力学数值计算的方法图解了几种代表性LSR的Gibbs自由能随反应进度的关系,进而指出:LSR的中间阶段如同没有溶液形成的固态化学反应,两端像溶液化学反应,因此,LSR虽继承了混合自由能导致的化学平衡,但其平衡点比溶液化学反应更接近100%完全。特别地,在LSR即将结束时,通过逐步移除溶剂以使反应物和产物固体持续存在而延长中段,能推动反应达到100%完全;对于连串反应,LSR仍有可能通过控制反应物的物质的量之比来获得中间产物;对于Δ_rG_m~?略小于零的反应,可以通过使用较多的溶剂跨越可能的早期平衡态,或者使用大量的产物固体“种子”使所有的产物一直与其饱和溶液平衡,最终通过逐渐蒸发溶剂推动反应进行到底;LSR的反应速度与反应物或产物的溶解度关系不大,但与反应物的溶解速度、化学反应速度和产物的结晶速度紧密相关。本文还讨论了使一些竞争反应、非自发反应进行到底的方法,获得高度的反应控制能力。

化学反应原理中“化学反应的方向”知识要点详解

关于“化学反应的方向”的相关知识点属于大学与中学化学重要的知识衔接点,中学阶段只是“蜻蜓点水”式的做了简介,该知识点看似简单但又是易被学生忽视的知识点,结合新课标的基本要求,针对该知识点作一具体详解.知识点一自发过程和自发反应.

线上线下混合模式在化学反应工程中的教学实践

随着信息化技术的发展,线上线下混合教学模式在课程教学中得到广泛应用。在“化学反应工程”教学中,依据课程教学大纲和教学目标,构建“线上网络-线下课堂-自主拓展”教学环节,完善多元化形成性考核评价,通过课程目标达成评价和教学反思等方式对课程教学实施持续改进。通过线上线下混合教学模式,不仅可激发学生学习兴趣、提升自主学习能力、训练工程思维分析能力,而且培养了学生解决复杂化学工程问题的能力。

耐火材料热化学反应典型应用技术发展

高温工业的发展,与耐火材料的发展密切相关,其技术进步无一例外地都依赖于优质耐火材料的研发。耐火材料在制备及应用过程中,都和热化学反应息息相关。本文首先简要介绍了耐火材料的发展历程,其次以二氧化硅质、莫来石质耐火材料为例,介绍了上述耐火材料制备中的热化学反应过程;以莫来石-碳化硅、方镁石-尖晶石、镁碳质耐火材料为例,介绍了上述耐火材料在服役过程中的热化学侵蚀反应行为,并给出了热化学模拟在耐火材料与熔渣/气相反应中的应用情况;以氧化铝-碳质过滤器为例,介绍了其应用过程中的吸附夹杂机理。最后介绍了常用的耐火材料煅烧设备。

考虑化学反应的高聚物压密劈裂注浆仿真研究

考虑浆液化学反应原理,综合运用扩展有限元理论、修正剑桥模型和高聚物浆液膨胀力计算模型,建立了模拟高聚物在土体中压密劈裂注浆动态过程的二维仿真分析方法。通过模型试验验证了所提出方法的适用性,进而分析了浆液膨胀力、浆脉形态、土体孔隙比随时间变化规律及注浆孔埋深、土体断裂韧度对浆脉扩展过程的影响。结果表明:受高聚物化学反应进程驱动,在浆液与土体耦合作用下,浆液膨胀力初期随时间近似呈线性增长,达到峰值后快速下降并趋于稳定;浆脉长度和宽度发展速度不同步,裂缝启裂至二次扩展阶段,浆脉长度基本保持不变,宽度线性增大,裂缝二次扩展后,浆脉长度近似线性增大,而宽度增长速率趋缓;受浆液挤密作用影响,裂缝两侧一定范围内土体孔隙比显著降低,沿垂直于裂缝面方向,距注浆孔中心越近,孔隙比越小;孔隙比随时间整体呈下降趋势,随着裂缝的扩展和后期膨胀压力的下降,紧邻裂缝面两侧土体孔隙比有一定恢复,随后趋于稳定;随着注浆孔埋深和土体断裂韧度的增加,浆脉长度逐渐减小,宽度不断增大,两者变化速率基本保持不变;浆脉扩展稳定时间随埋深的增大而提前,随断裂韧度的增大而延后。

课程思政融入多重元素的化学反应工程教学改革与实践——以“磷石膏资源化应用”为例

《化学反应工程》是化学工业类极其相近学科、包括环境工程等的一门重要的主干专业基础课程。但复杂的知识结构,繁琐的知识点,导致学生对课程内容难以掌握。以“磷石膏资源化应用”为例,采用“课程思政融入多重元素”相结合的方法,提升学生的思政水平。

化学反应速率的一个热力学定义式——兼议I^(-)催化H_(2)O_(2)分解的两种机理

指出高中化学教材中用浓度表示的化学反应速率定义式在化学平衡的建立、平衡常数表达式的推导和有关反应机理甄别时所出现的一些“问题”,原因之一可能是定义本身的局限性和相关教学内容顺序的安排。为解决水溶液中离子反应速率问题,根据IUPAC推荐的关于化学反应速率最基本定义,从“反应进度”出发,基于热力学视角,将任-自发进行的化学反应视为“广义氧化还原反应”,导出一个化学反应速率与电动势、电导(率)等相关的新定义式。实例分析了电动势大小、方向的改变以及电导(率)对反应速率(度)的影响,评价了I^(-)催化H_(2)O_(2)分解的两种机理的可靠性。

“学生中心,双融双驱”教学模式提升研究生综合素质与创新能力——以“化学反应动力学”课程为例

在研究生基础课“化学反应动力学”教学中,秉持“以学生的学习和发展为中心”的教育理念,将课程内容与课程思政和学科前沿紧密融合,并交替采用问题驱动学习(PBL)和基于研究学习(RBL)的教学模式,带动研究生发挥学习主体的能动性,促进夯实基础知识,形成科学的理性思维及创新能力,提升综合分析-解决问题能力,为研究生后续取得科研创新成果打下坚实基础。

负温度系数区域内RP-3喷气燃料表征燃料化学反应动力学分析

为探究喷气燃料(RP-3)在不同条件下负温度系数(NTC)区域内的反应路径、敏感反应以及小分子基元团的影响规律,以CRECK小分子详细机理为核心,基于解耦法耦合正十二烷、正丁基环己烷、正丁基苯简化机理,构建得到RP-3多组分表征燃料化学反应动力学详细机理;并在不同压力、燃料/空气质量比工况下对其NTC区域内的燃烧过程进行了敏感性分析、组分含量变化分析以及组分间交互作用路径分析。结果表明:NTC区域内反应H_(2)O_(2)(+M)=2OH(+M)(M为反应中第三体)是最重要的着火促进反应;不同反应条件下O_(2)、CH_(4)、C_(2)H_(4)的陡降时刻与CO_(2)的激增时刻均与燃料的着火延迟期表现出极高的吻合度;压力与燃料/空气质量比的改变仅会影响反应路径的占比。

氨煤混燃气相中NO生成的化学反应动力学分析

氨煤混燃涉及复杂的化学反应过程,是否会加剧氮氧化物的生成是倍受关注的问题。通过化学反应动力学计算方法,研究了氨煤混合燃烧的气相反应中NO生成和还原的反应路径,以及不同因素对NO生成的影响。结果表明:温度T=1300℃、过量空气系数α=0.84时,相较于纯煤燃烧,掺氨比例为0.3时能够降低反应器出口NO体积分数96.5%,原因是此工况下氨分解产生大量的NH_(2)和NH等自由基,其还原反应的反应速率更快,从而使含N基元向N_(2)转化;T=1300℃下,掺氨比例为0.3时较为合适,此时反应器出口的NO和NH_(3)体积分数均较低;小比例掺氨燃烧会增大NO的生成速率和NH_(3)的分解速率,导致反应器出口NO体积分数增大,且温度越高,该现象越明显;α<1的还原性气氛和较低的温度(T≤1300℃)能够有效降低NO的排放。

民族高校化学反应工程课程的“信息化+多学科融合”教学改革

为了响应“西部大开发形成新格局”的国家战略,培养适应西部地区未来发展的新工科技术人才,西南民族大学化学与环境学院联合西北民族大学、北方民族大学等民族院校开展了“信息化+多学科融合”跨区域多专业协同教学改革。西南民族大学化学反应工程课程团队基于课程目标要求、授课特点和民族院校基本学情,从2014年起充分利用现代设计方法和信息技术,转变教学理念,创新教学内容和方法,依托学科竞赛提高课程教学质量和人才培养质量,面向区域新经济为西部地区培养高素质化工技术人才。

化学反应工程课程教学发展之浅见

面对化工行业的未来发展和化工类专业人才培养的新要求,化工专业核心课程的教与学问题值得进一步探讨。文章以化学反应工程课程为例,简要介绍了化学反应工程学科、课程教材及教学内容的发展,分析了“互联网+”环境下课程教学模式的调整,讨论了在线教育平台参与教学的情况,阐述了教学模式改革的必要性,并针对线上线下混合式教学模式下的课程考核提出了合理化建议,最后介绍了新工科背景下高校联合建设化学反应工程虚拟教研室的情况。

《化学反应工程与工艺》征稿简则

一、《化学反应工程与工艺》的宗旨是反映我国化学反应工程和有关工艺方面的科技成果,促进国内外的学术交流。并为我国社会主义现代化的建设服务。二、本刊是以刊登化学反应工程领域内的科学研究论文、工程和工艺相结合的应用性论文为主的双月刊。主要内容包括:化学反应动力学、催化剂及催化反应工程、反应工程技术及其分析、反应装置中的传递过程、流态化及多相流反应工程、聚合反应工程、生化反应工程、反应过程和反应器的数学模型及仿真、工业反应装置结构特性的研究、反应器放大和过程开发等。

《化学反应工程与工艺》征稿简则

一、《化学反应工程与工艺》的宗旨是反映我国化学反应工程和有关工艺方面的科技成果,促进国内外的学术交流,并为我国社会主义现代化的建设服务。二、本刊是以刊登化学反应工程领域内的科学研究论文、工程和工艺相结合的应用性论文为主的双月刊。主要内容包括:化学反应动力学、催化剂及催化反应工程、反应工程技术及其分析、反应装置中的传递过程、流态化及多相流反应工程、聚合反应工程、生化反应工程、反应过程和反应器的数学模型及仿真、工业反应装置结构特性的研究、反应器放大和过程开发等。

《化学反应工程与工艺》征稿简则

一、《化学反应工程与工艺》的宗旨是反映我国化学反应工程和有关工艺方面的科技成果,促进国内外的学术交流,并为我国社会主义现代化的建设服务。二、本刊是以刊登化学反应工程领域内的科学研究论文、工程和工艺相结合的应用性论文为主的双月刊。主要内容包括:化学反应动力学、催化剂及催化反应工程、反应工程技术及其分析、反应装置中的传递过程、流态化及多相流反应工程、聚合反应工程、生化反应工程、反应过程和反应器的数学模型及仿真、工业反应装置结构特性的研究、反应器放大和过程开发等。

《化学反应工程与工艺》征稿简则

一、《化学反应工程与工艺》的宗旨是反映我国化学反应工程和有关工艺方面的科技成果,促进国内外的学术交流,并为我国社会主义现代化的建设服务。二、本刊是以刊登化学反应工程领域内的科学研究论文、工程和工艺相结合的应用性论文为主的双月刊。主要内容包括:化学反应动力学、催化剂及催化反应工程、反应工程技术及其分析、反应装置中的传递过程、流态化及多相流反应工程、聚合反应工程、生化反应工程、反应过程和反应器的数学模型及仿真、工业反应装置结构特性的研究、反应器放大和过程开发等。三、来稿必须具有创新性、学术性、科学性、规范性。论文务求主题明确、内容充实、数据可靠、语句精练。文责由作者自负。文稿必须包括题名、作者姓名、作者单位、中英文摘要和关键词、中图法分类号、正文、参考文献。每篇论文(包括图、表、中英文摘要和参考文献)请控制在七千字以内,研究简报不超过四千字。除综述性论文外,参考文献一般不超过15篇。

氧化铝/聚四氟乙烯热化学反应特性及影响因素

为深入了解铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)材料的预点火反应,采用超声混合法制备了Al_(2)O_(3)/PTFE复合材料,对其微观形貌、晶相和特征官能团等进行了表征,分析了材料的热化学反应性能及影响因素。结果表明,Al_(2)O_(3)能延迟PTFE熔化的起始温度;Al_(2)O_(3)和PTFE的粒径越小,Al_(2)O_(3)/PTFE材料越容易发生反应,放热量越大;小粒径的Al_(2)O_(3)能延迟AlF_(3)生成反应的起始温度,提前AlF_(3)晶型转变的起始温度,从而提高反应的集中放热量,Al_(2)O_(3)(50nm)与PTFE(1μm)反应程度最高;α-Al_(2)O_(3)/PTFE的热化学反应性能优于γ-Al_(2)O_(3)/PTFE和无定形Al_(2)O_(3)/PTFE;Al_(2)O_(3)/PTFE的热化学反应具有典型动力学特征,反应主放热峰的峰值温度随升温速率增大而升高;计算得到Al_(2)O_(3)/PTFE主反应的表观活化能为45.0kJ/mol。

数形结合 素养立意——化学反应速率与平衡图像分析探究

一、题型概述化学反应原理最容易失分的是图像题,原因是图像的呈现方式变得越来越新颖,如试题中涉及的图像已不仅仅是速率与简单的化学平衡,研究体系也已不是单纯的气相体系,往往根据实际工业生产,更多的是研究复杂液相反应体系,坐标参数也不再局限于时间、温度、压强、速率、转化率、百分含量,而是有更多的变量,像物质的量之比、气体分压或离子浓度的对数或负对数等。

翻转课堂教学在化学反应工程课程中的实践与反思

翻转课堂作为一种以学生为中心的教学模式,有助于改变学生被动听讲的状况,提升学生的自主学习能力。文章以化学反应工程课程为例,从翻转课堂教学目标入手,分析了翻转课堂教学时经常遇到的问题及相关解决方法,并在此基础上总结了翻转课堂教学注意事项,以期为广大一线教育工作者提供参考。