化学反应工程（汉语拼音：Huaxue Fanying Gongcheng；英语：Chemical Reaction Engineering），以工业反应过程为主要研究对象，以反应技术的开发、反应过程的优化和反应器设计为主要目的的化学工程的分支学科。普遍应用于化学、石油化工、生物化工、医药、冶金及轻工等许多工业部门。

概述

由于化工生产趋于大型化，对化学反应过程的开发和化工设备放大的设计可靠性提出迫切要求；化学反应动力学和化工单元操作的理论和实践有了深厚的基础；数学模型方法和大型电子计算机的应用为反应工程理论研究提供了有效的方法和工具等，都为反应工程学科的发展提供了充分的条件。在1957年第一届欧洲化学反应工程讨论会上正式命名，确立了化学反应工程这一分支学科。

化学反应工程的早期研究主要是针对流动、传热、传质对反应结果的影响，着眼于对化学动力学作出一些修正以应用于工业反应过程，发展了化工动力学或宏观动力学。随后对反应器内部发生的一些重要的、影响反应结果的传递过程，如返混、停留时间分布、微观混合、反应器的稳定性等进行了研究，获得了丰硕的成果，并把应用范围扩大到较复杂的领域，针对实用体系的问题，扩展基础理论的研究。如应用于石油炼制工业和石化工业，需要处理复杂组分的油品，发展了用集总组分和反应网络处理反应动力学的方法；应用于高分子的聚合反应，出现了聚合反应工程；应用于电化学过程，出现了电化学反应工程；应用于生物化工的生化反应体系，形成了生化反应工程；应用于冶金工业的高温快速反应过程，形成了冶金反应工程学等一系列新的分支。

分类

工业反应过程中，除有化学反应外，还包括动量传递、热量传递和质量传递等物理过程，都影响到反应的转化率和选择性。化学反应过程有两种分类方法：

1.按物理特征的相态分类，可划分为单相反应过程，如气相反应、液相反应、固相反应；多相反应过程，包括气固相反应、气液相反应、液液相反应、液固相反应、固固相反应和气液固相反应等。工业反应过程大多在催化剂作用下进行，催化剂大部分是固相。当催化剂与反应物具有不同的相态时，称为多相催化反应过程；当催化剂与反应物同处于均匀的液相或气相时，则称为单相催化或均相催化过程。

2.根据所进行的化学反应过程分类，可分为氧化、还原、加氢、脱氢、卤化、烷基化、硝化、磺化、羟基化、酰化、重氮化、聚合、裂化、催化重整、碱解、酸解等。

研究内容

主要有以下几方面：

1.研究化学反应规律，建立反应动力学模型。即以简化的数学式表达反应速率、选择性与温度和浓度的定量关系，包括各种实验测试和数据处理方法。

2.研究反应器的传递规律，建立反应器的传质模型，即对各类反应器内的流动、传热、传质等物理过程进行理论和实验研究，得出其中的规律并用数学式给予表达；也可以改变反应器的结构或内构件，使之具有更好的性能。所做的实验，可以用空气、水、沙子等模拟体系，简称冷模试验。可以用不同尺寸的装置进行放大规律的研究，作为工业装置设计的依据。

3.研究反应器内传递过程对反应结果的影响。原则上对一个特定的反应器内进行的特定反应过程，在其反应动力学模型都已确定的条件下，与过程的热量衡算、物料衡算耦合，建立描述反应器和反应过程的模拟方程。通过对这些方程的联立求解，就可以预测反应结果和反应器的操作性能，进行设备的放大设计和优化计算。但由于实际工业过程的复杂性，至今尚不能对所有工业过程都能建立可供实用的理论模型，还要对一些现象进行更深入的研究。例如，伴随着流动发生的各种不同的混合，如返混–微观混合，反应过程中的传质和传热，包括反应相外和相内的传质和传热，相界面间的传质、传热机理和影响因素。以上各种现象的相关影响等，对于建立更合乎实际的反应器模型，都十分重要。

应用

化学反应工程理论在工业反应过程中的应用，主要有以下几方面：

1.工业反应过程的开发和反应器放大。过去，设备主要靠逐级放大，即首先在小型设备中进行反应器的选型并确定较优的工艺操作条件，然后自小至大进行多次中间试验，并根据反应结果不断修正反应器的结构和操作条件，直至放大为工业规模，耗资大，时间长。可以用大冷模与小热模结合的方法，即先利用小型试验确定反应器的传递模型和放大效应，利用这些结果建立反应器的数学模型，并对各种不同工艺条件下的反应器数学模型进行模拟计算，预测反应结果，进行工艺条件的优化。采用这种方法时，往往也需要进行适当的中间试验，其目的是检验和修正模型或某些模型参数，对反应器的结构进行改进，以及考察模型中难以包括的一些因素（如微量杂质的积累、焦油的生成、材料的腐蚀、颗粒的粉碎等）的影响。不需要自小而大作多级放大，已脱离了纯经验放大。

2.工业反应过程的操作优化。通过化学反应工程的理论分析，结合模拟研究，可找出生产中的薄弱环节和进一步调优的方向。可据此变动操作条件以获取更大的经济效益。

3.新型反应器和反应技术的开发。根据化学反应工程理论对现存的设备和过程进行分析，可以为发展新型反应器和新的反应技术提供新方向。20世纪70年代以来，化学工业有了很大的发展，如大型合成氨的径向流动反应器、大型铂重整移动床反应器、催化裂化所采用的新型流化床反应器，都是化学反应工程理论推动新技术开发的很好的例子。