本書系統(tǒng)介紹了均相單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和理想反應(yīng)器、復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型、非理想流動(dòng)反應(yīng)器、氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)、氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)、氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器、氣固相催化反應(yīng)流化床反應(yīng)器、氣液相反應(yīng)過程與反應(yīng)器、反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性等內(nèi)容。
作為反應(yīng)工程學(xué)的簡(jiǎn)明教材,學(xué)?筛鶕(jù)不同教學(xué)需要,40-60學(xué)時(shí)都可選用;講述深入簡(jiǎn)出,也適合工程技術(shù)人員或非化工專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)參考。該書的出版廣受歡迎,第2版重印13次,銷量7萬余冊(cè)。
前言
《化學(xué)反應(yīng)工程》第二版已經(jīng)出版近十年。這些年來,經(jīng)多個(gè)高校使用,師生給出了不少有益的建議,發(fā)現(xiàn)了不少問題,有必要作再次的修訂。
化學(xué)反應(yīng)工程是一門工程技術(shù)學(xué)科,涉及許多概念和公式,在多年的教學(xué)實(shí)踐中一直被認(rèn)為是比較困難的一門課。整個(gè)知識(shí)體系中看似不相關(guān)的章節(jié)也有一定的連貫性。而且,與它的前端課程如物理化學(xué)、化工原理等有比較密切的聯(lián)系,也需要比較扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
本次修訂注意到這些問題,改正了上一版中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤,增加了部分習(xí)題。這部分習(xí)題可能對(duì)加深對(duì)本學(xué)科的認(rèn)識(shí)有益。統(tǒng)一了部分章節(jié)的符號(hào),以解決連貫性問題。
課程的學(xué)習(xí),其意義不僅在于課程本身。書上講述的具體內(nèi)容在工作中遇到很少,這并不意味著學(xué)這些沒用。具體的公式,如果不做工程設(shè)計(jì)的話的確用處不大,因?yàn)檫@類工程問題的計(jì)算方法往往不止一個(gè)。各個(gè)教材彼此相互沖突也是有的。一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程有幾十個(gè)亦是常有的事。但是,對(duì)于工程、科學(xué)問題的處理方法卻是一致的,這種一致性不是一門課程可以表達(dá)清楚的。學(xué)生學(xué)習(xí)了幾門化工類課程后可能會(huì)發(fā)現(xiàn)處理一類問題大體的思想方法是相同的。了解了這一點(diǎn),對(duì)于課堂上沒有學(xué)習(xí)過的問題也知道應(yīng)該怎樣處理。學(xué)習(xí)這門課程不要把主要精力放在背公式上,而是要知道要處理的問題到底是“怎么回事兒”。
本次修訂由郭鍇完成。希望本次修訂對(duì)本領(lǐng)域的學(xué)生、教師、工程技術(shù)人員有所幫助,特別是能對(duì)準(zhǔn)備參加注冊(cè)化工工程師執(zhí)業(yè)資格考試的考生盡些微薄之力。
郭鍇
2017年4月
第一版前言
本書是根據(jù)教育部面向21世紀(jì)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃要求,由北京化工大學(xué)、北京聯(lián)合大學(xué)兩校合作,按照授課學(xué)時(shí)數(shù)為50~60學(xué)時(shí)而編寫化學(xué)反應(yīng)工程課程教材,其目的是為了適應(yīng)教學(xué)改革中關(guān)于“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)”及課時(shí)數(shù)減少的需要。
本書是在兩所學(xué)校近18年來反應(yīng)工程教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,吸取了十幾位教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn),并借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)教材的特色編寫而成的。本書在編寫上力求達(dá)到以下特點(diǎn):①基本概念準(zhǔn)確、清晰,基本原理分析透徹,基本方法能學(xué)以致用,以此達(dá)到簡(jiǎn)明、基礎(chǔ)的特色;②例題、習(xí)題全面且有代表性,以幫助讀者對(duì)化學(xué)反應(yīng)工程內(nèi)容的理解和消化吸收;③每章后附有知識(shí)小結(jié),以突出各章的重點(diǎn)和難點(diǎn),從而方便讀者的復(fù)習(xí)或自學(xué)。本書篇幅明顯較其他同類書籍小,這是由本書簡(jiǎn)明基礎(chǔ)的特色決定的。篇幅減小并不意味著教學(xué)內(nèi)容的壓縮或刪減,而是摒除了一部分與教學(xué)大綱聯(lián)系不十分緊密的內(nèi)容。學(xué)生需擴(kuò)大視野或希望了解更多、更深的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)工程知識(shí),可參閱相關(guān)文獻(xiàn)或書籍。本書可供高等院校化學(xué)工程、化工工藝等專業(yè)本科及?茖W(xué)生作為教材使用,同時(shí)也可作為化工類相關(guān)專業(yè)學(xué)生及相關(guān)技術(shù)人員的參考資料。
全書由周緒美編寫第1、2、3章并負(fù)責(zé)統(tǒng)稿,郭鍇編寫第4、8、9章,唐小恒編寫第5、6、7章,馮元鼎教授指導(dǎo)了全書的編寫工作,并對(duì)本書進(jìn)行了審閱。
本書的編寫得到北京化工大學(xué)化新教材建設(shè)基金的資助,此外,郭奮、陳建銘、陶鳳云等同志對(duì)本書的編寫也給予了支持和幫助,在此一并表示衷心的感謝。
由于編者水平有限,書中錯(cuò)誤和疏漏之處,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
1999年12月
第二版前言
《化學(xué)反應(yīng)工程》第一版于2000年由化學(xué)工業(yè)出版社出版發(fā)行,至今已經(jīng)印刷7次,印數(shù)達(dá)到27000冊(cè),受到廣大師生、讀者的歡迎。也正是由于讀者的厚愛,使本書的第二版進(jìn)入了普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材的行列。
一本教材,最大的讀者群是學(xué)生。教材的編寫,要從學(xué)生的角度出發(fā),用心體驗(yàn)學(xué)生對(duì)問題的理解能力。一本好的教材,要求編寫者逐字逐句地斟酌,避免歧義,并將重要的概念,可置疑地表述清楚。許多時(shí)候,教師認(rèn)為不成問題的地方恰恰是學(xué)生學(xué)習(xí)的障礙。教材上少寫一句話,學(xué)生就要多用幾個(gè)小時(shí)去揣摩,因此本教材在編寫中盡量避免這種情況發(fā)生。
本修訂版的特色是:
(1)基本概念力求清晰、突出基礎(chǔ)、淡化專業(yè),著重講解解決問題的思想方法;
(2)突出課程的重點(diǎn)和難點(diǎn),刪除一些與教學(xué)大綱聯(lián)系不十分密切的和重復(fù)的內(nèi)容;
(3)由于教學(xué)手段的進(jìn)步,多媒體課件的引入,使得教學(xué)進(jìn)度有所提高。在課時(shí)不變的情況下可以介紹更多的內(nèi)容。為此,增加了流化床反應(yīng)器一章;
(4)增加習(xí)題與答案,便于學(xué)生練習(xí)。
(5)提供全書教學(xué)用多媒體課件素材,可以在化學(xué)工業(yè)出版社教學(xué)資源網(wǎng):www.cipedu.com.cn下載。
本次修訂,由郭鍇、唐小恒進(jìn)行。郭鍇編寫流化床反應(yīng)器一章,周緒美、馮元鼎統(tǒng)覽全書,郭奮、李建偉對(duì)本教材的修訂提出了很好的建議,錢智、馬麗麗、沈淑玲、趙光磊、付景坤、曹會(huì)博、張魁等對(duì)書稿進(jìn)行了認(rèn)真的校對(duì)。
教材編寫過程中難免有錯(cuò)誤疏漏之處,懇請(qǐng)廣大師生和讀者批評(píng)指正。需要本書中各章習(xí)題解答的老師可以聯(lián)系:guok@mail.buct.edu.cn。
郭鍇
2007年11月
收起全部↑
郭鍇,北京化工大學(xué),教授!凹{米粉體材料超重力法工業(yè)性制備新技術(shù)” 2002年獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng),第三獲獎(jiǎng)人
“納米碳酸鈣粉體材料超重力法工業(yè)性制備新技術(shù)” 2001年獲北京市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng),第五獲獎(jiǎng)人
“超重力反應(yīng)沉淀法制備納米粉體材料及其應(yīng)用”2002年獲中國(guó)高校科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng),第五獲獎(jiǎng)人
“化學(xué)反應(yīng)工程”課程北京市精品課程 課程負(fù)責(zé)人
《化學(xué)反應(yīng)工程》普通高等教育“十一五”教育部規(guī)劃教材 主編
0緒論 / 001
1均相單一反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和理想反應(yīng)器 / 004
1.1基本概念004
1.1.1化學(xué)反應(yīng)式與化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程004
1.1.2反應(yīng)程度005
1.1.3轉(zhuǎn)化率005
1.1.4化學(xué)反應(yīng)速率006
1.1.5化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程007
1.2建立動(dòng)力學(xué)方程的方法009
1.2.1積分法009
1.2.2微分法011
1.2.3最小方差分析法012
1.3化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)013
1.3.1反應(yīng)器的分類013
1.3.2反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方程014
1.3.3幾個(gè)時(shí)間概念015
1.4等溫條件下理想反應(yīng)器的設(shè)計(jì)分析016
1.4.1間歇操作的充分?jǐn)嚢璨凼椒磻?yīng)器016
1.4.2平推流反應(yīng)器021
1.4.3全混流反應(yīng)器027
1.5非等溫條件下理想反應(yīng)器的設(shè)計(jì)031
1.5.1間歇反應(yīng)器的熱量衡算031
1.5.2平推流反應(yīng)器的熱量衡算032
1.5.3全混流反應(yīng)器的熱量衡算033
本章小結(jié)033
深入討論036
習(xí)題036
2復(fù)合反應(yīng)與反應(yīng)器選型 / 040
2.1單一不可逆反應(yīng)過程與反應(yīng)器041
2.1.1單一不可逆反應(yīng)過程平推流反應(yīng)器與全混流反應(yīng)器的比較041
2.1.2理想流動(dòng)反應(yīng)器的組合044
2.1.3不同型式反應(yīng)器的組合047
2.1.4循環(huán)反應(yīng)器048
2.2自催化反應(yīng)特性與反應(yīng)器選型050
2.3可逆反應(yīng)特性與反應(yīng)器選型052
2.4平行反應(yīng)特性與反應(yīng)器選型056
2.5連串反應(yīng)特性與反應(yīng)器選型061
本章小結(jié)066
深入討論067
習(xí)題068
3非理想流動(dòng)反應(yīng)器 / 072
3.1概述072
3.1.1返混定義072
3.1.2返混對(duì)反應(yīng)過程的影響072
3.1.3按返混程度對(duì)反應(yīng)器的分類073
3.2流體在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間分布073
3.2.1停留時(shí)間分布的定量描述073
3.2.2停留時(shí)間分布規(guī)律的實(shí)驗(yàn)測(cè)定075
3.2.3用對(duì)比時(shí)間作變量的停留時(shí)間分布080
3.2.4兩種理想反應(yīng)器的停留時(shí)間分布規(guī)律080
3.3非理想流動(dòng)模型083
3.3.1凝集流模型083
3.3.2多級(jí)混合槽模型084
3.3.3軸向擴(kuò)散模型087
3.3.4模型法進(jìn)行均相反應(yīng)過程計(jì)算小結(jié)093
本章小結(jié)094
深入討論097
習(xí)題097
4氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué) / 099
4.1氣固相催化過程099
4.1.1催化過程及特征099
4.1.2非均相催化反應(yīng)速率表達(dá)101
4.1.3非均相催化反應(yīng)過程102
4.2固體催化劑103
4.2.1催化劑的組成和組分選擇103
4.2.2催化劑的制備105
4.2.3固體催化劑的比表面積、孔體積和孔體積分布106
4.3氣固相催化反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)109
4.3.1化學(xué)吸附與脫附109
4.3.2表面化學(xué)反應(yīng)114
4.3.3反應(yīng)本征動(dòng)力學(xué)115
4.4本征動(dòng)力學(xué)方程的實(shí)驗(yàn)測(cè)定120
4.4.1外擴(kuò)散與內(nèi)擴(kuò)散影響的消除120
4.4.2固定床積分反應(yīng)器121
4.4.3微分法及其實(shí)驗(yàn)裝置122
4.4.4循環(huán)反應(yīng)器122
4.4.5動(dòng)力學(xué)模型建立概述124
本章小結(jié)125
深入討論127
習(xí)題128
5氣固相催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué) / 130
5.1催化劑顆粒內(nèi)氣體擴(kuò)散130
5.1.1分子擴(kuò)散131
5.1.2克努森擴(kuò)散132
5.1.3綜合擴(kuò)散132
5.1.4以顆粒為基準(zhǔn)的有效擴(kuò)散133
5.2氣固相催化等溫反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程134
5.2.1球形催化劑上等溫反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)方程134
5.2.2其他形狀催化劑的等溫宏觀動(dòng)力學(xué)方程139
5.3非等溫過程的宏觀動(dòng)力學(xué)142
5.3.1催化劑顆粒內(nèi)部的溫度分布規(guī)律142
5.3.2非等溫條件下的宏觀動(dòng)力學(xué)方程143
5.3.3內(nèi)擴(kuò)散對(duì)復(fù)合反應(yīng)選擇性的影響144
5.4流體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱146
5.4.1流體與催化劑顆粒外表面間的傳質(zhì)146
5.4.2流體與催化劑顆粒外表面間的傳熱149
5.5催化劑的失活150
5.5.1失活現(xiàn)象151
5.5.2失活反應(yīng)動(dòng)力學(xué)151
5.5.3工業(yè)上處理失活問題的方法152
本章小結(jié)153
習(xí)題155
6氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器 / 157
6.1流體在固定床內(nèi)的傳遞特性157
6.1.1流體在固定床內(nèi)的流動(dòng)特性157
6.1.2固定床內(nèi)徑向傳遞161
6.2固定床催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)162
6.2.1固定床催化反應(yīng)器的特點(diǎn)及類型162
6.2.2采用一維擬均相理想流動(dòng)模型對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算165
6.3固定床反應(yīng)器模型評(píng)述174
6.3.1一維擬均相非理想流模型174
6.3.2二維擬均相模型175
6.3.3非均相模型177
本章小結(jié)178
習(xí)題179
7氣固相催化反應(yīng)流化床反應(yīng)器 / 181
7.1流化床的基本概念181
7.1.1流化床的基本概念181
7.1.2散式流化和聚式流化181
7.1.3濃相段和稀相段183
7.1.4流態(tài)化的不正常現(xiàn)象183
7.2流化床的工藝計(jì)算184
7.2.1反應(yīng)器內(nèi)徑的計(jì)算184
7.2.2流化床反應(yīng)器床高的確定187
7.2.3流化床的熱傳遞188
7.3流化床內(nèi)反應(yīng)過程的計(jì)算189
7.3.1床層中氣泡行為189
7.3.2流化床的鼓泡床模型190
7.3.3反應(yīng)過程的估算190
本章小結(jié)194
習(xí)題195
8氣液相反應(yīng)過程與反應(yīng)器 / 197
8.1概述197
8.1.1氣液反應(yīng)的步驟197
8.1.2氣液反應(yīng)過程的計(jì)算關(guān)系式198
8.2氣液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)199
8.2.1氣液反應(yīng)過程的基礎(chǔ)方程199
8.2.2極慢反應(yīng)過程201
8.2.3慢反應(yīng)過程202
8.2.4中速反應(yīng)過程203
8.2.5快反應(yīng)過程204
8.2.6瞬時(shí)反應(yīng)過程204
8.2.7氣液反應(yīng)過程的重要參數(shù)206
8.3氣液反應(yīng)器208
8.3.1工業(yè)上常用的氣液反應(yīng)器208
8.3.2填料塔式反應(yīng)器的計(jì)算209
8.3.3鼓泡塔式反應(yīng)器的計(jì)算212
本章小結(jié)215
深入討論216
習(xí)題216
9反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性 / 218
9.1全混流反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性218
9.1.1全混流反應(yīng)器的熱量衡算218
9.1.2全混流反應(yīng)器的定態(tài)219
9.2管式反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性221
9.2.1徑向傳熱管式反應(yīng)器的熱量衡算方程221
9.2.2管式反應(yīng)器允許的最大溫度差及允許管徑222
9.2.3管式反應(yīng)器的熱點(diǎn)223
9.3反應(yīng)器參數(shù)的靈敏性224
9.3.1反應(yīng)器的安全性224
9.3.2反應(yīng)器參數(shù)的靈敏性225
習(xí)題答案 / 228
符號(hào)表 / 234
參考文獻(xiàn) / 236