《化學反應工程》第五版是《化學反應工程》第三版(面向21世紀課程教材)和第四版(普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材)的修訂版,第五版是在第四版經(jīng)兄弟學校教學使用五年的基礎(chǔ)上,吸取兄弟學校的意見而修訂的。
根據(jù)“面向21世紀‘化學工程與工藝’專業(yè)培養(yǎng)方案”的要求,化學工程與工藝專業(yè)力求培養(yǎng)基礎(chǔ)厚、專業(yè)寬、能力強、素質(zhì)高、具有創(chuàng)新精神的化工專業(yè)人才,本教材正是按照這一培養(yǎng)目標編寫的。
本書共分九章。全書的主線是化學反應與動量、質(zhì)量、熱量傳遞交互作用的共性歸納綜合的宏觀反應過程,以及反應裝置的工程分析及設(shè)計。本書所講述的化學反應工程屬工程學科,用自然科學的原理考察、解釋和處理工程實際問題;瘜W反應工程的研究方法是應用理論推演和實驗研究工業(yè)反應過程的規(guī)律而建立的數(shù)學模擬方法,結(jié)合工程實踐的經(jīng)驗,應用于工程分析和設(shè)計,強調(diào)工程觀念,提倡理論與實際的結(jié)合。對學生進行定量計算和設(shè)計能力的訓練,提高學生分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)新精神。
本書為高等學;瘜W工程與工藝專業(yè)教材,也可供有關(guān)研究、設(shè)計和生產(chǎn)單位工程技術(shù)人員參考。
緒論
一、物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程工業(yè)中的化學加工
二、化學反應工程與多尺度及多學科的聯(lián)系
三、數(shù)學模擬方法
四、工程放大與優(yōu)化
參考文獻
第一章 應用化學反應動力學及反應器設(shè)計基礎(chǔ)
第一節(jié) 化學反應和工業(yè)反應器的分類
一、化學反應的分類
二、工業(yè)反應器的分類
第二節(jié) 化學計量學
一、化學計量式
二、反應進度、轉(zhuǎn)化率及化學膨脹因子
三、多重反應系統(tǒng)中獨立反應數(shù)的確定
四、多重反應的收率及選擇率
緒論
一、物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程工業(yè)中的化學加工
二、化學反應工程與多尺度及多學科的聯(lián)系
三、數(shù)學模擬方法
四、工程放大與優(yōu)化
參考文獻
第一章 應用化學反應動力學及反應器設(shè)計基礎(chǔ)
第一節(jié) 化學反應和工業(yè)反應器的分類
一、化學反應的分類
二、工業(yè)反應器的分類
第二節(jié) 化學計量學
一、化學計量式
二、反應進度、轉(zhuǎn)化率及化學膨脹因子
三、多重反應系統(tǒng)中獨立反應數(shù)的確定
四、多重反應的收率及選擇率
五、氣相反應的物料衡算
第三節(jié) 加壓下氣相反應的反應焓和化學平衡常數(shù)
一、理想氣體和實際氣體的狀態(tài)方程
二、氣體的摩爾定壓熱容和氣相反應的摩爾反應焓
三、實際氣體的化學反應平衡常數(shù)
第四節(jié) 化學反應速率及動力學方程
一、間歇系統(tǒng)及連續(xù)系統(tǒng)的化學反應速率
二、動力學方程
三、溫度對反應速率常數(shù)的影響
第五節(jié) 溫度對反應速率的影響及最佳反應溫度
一、溫度對單一反應速率的影響及最佳溫度曲線
二、溫度對平行和連串反應速率的影響
第六節(jié) 反應器設(shè)計基礎(chǔ)及基本設(shè)計方程
一、反應器設(shè)計基礎(chǔ)
二、反應器設(shè)計的基本方程
第七節(jié) 討論與分析
參考文獻
習題
第二章 氣?固相催化反應本征及宏觀動力學
第一節(jié) 催化及固體催化劑
一、催化反應
二、固體催化劑
第二節(jié) 化學吸附與氣?固相催化反應本征動力學模型
一、吸附等溫方程
二、均勻表面吸附動力學模型
三、不均勻表面吸附動力學模型
第三節(jié) 氣?固相催化反應宏觀過程與催化劑顆粒內(nèi)氣體的擴散
一、氣?固相催化反應宏觀過程
二、固體催化劑顆粒內(nèi)氣體的擴散與曲折因子
第四節(jié) 內(nèi)擴散有效因子
一、等溫催化劑單一反應內(nèi)擴散有效因子
二、等溫內(nèi)擴散對多重反應選擇率的影響
三、非等溫催化劑內(nèi)擴散有效因子
第五節(jié) 氣?固相間熱、質(zhì)傳遞過程對總體速率的影響
一、外擴散有效因子
二、工業(yè)催化反應器中氣流主體與催化劑外表面間的濃度差和溫度差
第六節(jié) 固體顆粒催化劑的工程設(shè)計
一、異形催化劑
二、活性組分不均勻分布催化劑
三、顆粒催化劑的孔徑分布及內(nèi)表面積設(shè)計
第七節(jié) 氣?固相催化反應宏觀動力學模型
一、工業(yè)顆粒催化劑總體速率的實驗測定
二、宏觀與本征反應動力學模型
第八節(jié) 固體催化劑的失活
一、固體催化劑失活的原因
二、催化劑失活動力學
第九節(jié) 討論與分析
參考文獻
習題
第三章 釜式及均相管式反應器
第一節(jié) 間歇釜式反應器
一、釜式反應器的特征
二、間歇釜式反應器的數(shù)學模型
三、間歇釜式反應器的工程放大及操作優(yōu)化
第二節(jié) 連續(xù)流動均相管式反應器
一、均相管式反應器的特征
二、平推流均相管式反應器的數(shù)學模型
第三節(jié) 連續(xù)流動釜式反應器
一、連續(xù)流動釜式反應器的特征及數(shù)學模型
二、多級全混釜的串聯(lián)及優(yōu)化
三、全混流反應器的熱穩(wěn)定性
第四節(jié) 理想流動反應器的體積比較
第五節(jié) 多重反應的選擇率
一、平行反應
二、連串反應
第六節(jié) 半間歇釜式反應器
一、半間歇釜式反應器的特征
二、半間歇釜式反應器的數(shù)學模型
第七節(jié) 釜式反應器中進行的多相反應
一、釜式反應器中進行的液?液非均相反應
二、釜式反應器中進行的液?固非均相反應
三、釜式反應器中進行的氣?液相絡合催化反應
第八節(jié) 討論與分析
參考文獻
習題
第四章 反應器中的混合及對反應的影響
第一節(jié) 連續(xù)反應器中物料混合狀態(tài)分析
一、混合現(xiàn)象的分類
二、連續(xù)反應過程的考察方法
第二節(jié) 停留時間分布
一、停留時間分布的定義
二、停留時間分布的實驗測定
三、停留時間分布的數(shù)字特征
四、理想流型反應器的停留時間分布
五、停留時間分布曲線的應用
第三節(jié) 非理想流動模型
一、數(shù)學模型方法
二、軸向混合模型
三、多級串聯(lián)全混流模型
第四節(jié) 非理想流動反應器的計算
一、軸向混合反應器的轉(zhuǎn)化率
二、多級串聯(lián)全混流反應器的轉(zhuǎn)化率
第五節(jié) 討論與分析
參考文獻
習題
第五章 固定床氣?固相催化反應工程
第一節(jié) 固定床氣?固相催化反應器的基本類型和數(shù)學模型
一、固定床氣?固相催化反應器的基本類型
二、固定床催化反應器的數(shù)學模型
第二節(jié) 固定床流體力學
一、固定床的物理特性
二、單相流體在固定床顆粒層中的流動及壓力降
三、徑向流動反應器中流體的分布
四、固定床流體的徑向及軸向混合
第三節(jié) 固定床熱量與質(zhì)量傳遞過程
一、固定床徑向傳熱過程分析
二、固定床對壁的給熱系數(shù)
三、固定床徑向有效熱導率和壁給熱系數(shù)
四、固定床徑向及軸向傳熱的偏微分方程
五、固定床中流體與顆粒外表面間的傳熱與傳質(zhì)
第四節(jié) 絕熱式固定床催化反應器
一、絕熱溫升及絕熱溫降
二、絕熱催化床及乙苯催化脫氫制苯乙烯反應器
三、多段換熱式催化反應器
第五節(jié) 連續(xù)換熱內(nèi)冷自熱式催化反應器
一、內(nèi)冷自熱式催化反應器的一維平推流數(shù)學模型
二、內(nèi)冷自熱式氨合成反應器的熱穩(wěn)定性
第六節(jié) 連續(xù)換熱外冷及外熱管式催化反應器
一、連續(xù)換熱外冷管式催化床的數(shù)學模型
二、連續(xù)換熱外冷管式催化反應器的飛溫及參數(shù)敏感性
三、強放熱多重反應管式反應器的設(shè)計
四、管式反應器的床層宏觀反應動力學和環(huán)氧乙烷合成反應器的活性校正系數(shù)案例
五、連續(xù)換熱外熱管式催化反應器
第七節(jié) 薄床層催化反應器
一、薄床層催化反應器軸向返混模型
二、薄床層氨氧化催化反應器的一維軸向彌散數(shù)學模型
第八節(jié) 催化反應過程進展
一、強制振蕩非定態(tài)周期操作催化反應過程
二、催化?吸收耦聯(lián)
三、催化?吸附耦聯(lián)
四、催化?催化耦聯(lián)
五、催化?蒸餾
六、膜催化
七、超臨界化學反應
八、均相催化多相化
九、微化工技術(shù)
第九節(jié) 討論與分析
參考文獻
習題
第六章 氣?液反應工程
第一節(jié) 氣?液反應平衡
一、氣?液相平衡
二、溶液中氣體溶解度的估算
三、帶化學反應的氣?液相平衡
第二節(jié) 氣?液反應歷程
一、氣?液相間物質(zhì)傳遞
二、化學反應在相間傳遞中的作用
第三節(jié) 氣?液反應動力學特征
一、伴有化學反應的液相擴散過程
二、一級不可逆反應
三、不可逆瞬間反應
四、二級不可逆反應
五、可逆反應
六、平行反應
第四節(jié) 氣?液反應器概述
一、工業(yè)生產(chǎn)對氣?液反應器的要求
二、氣?液反應器的形式和特點
第五節(jié) 鼓泡反應器
一、鼓泡反應器的操作狀態(tài)
二、鼓泡反應器的流體力學特征
三、鼓泡反應器的軸向混合
四、鼓泡反應器的傳質(zhì)、傳熱特性
五、鼓泡反應器的簡化反應模型
六、攪拌鼓泡反應器
七、鼓泡反應器的熱穩(wěn)定性
第六節(jié) 填料反應器
一、填料特性和兩相流動特征
二、填料的潤濕表面和傳質(zhì)系數(shù)
三、填料反應器的軸向混合
四、氣?液接觸有效表面
五、填料反應器有效高度的計算
第七節(jié) 討論與分析
一、氣?液反應的特征
二、氣?液反應器的適應性
參考文獻
習題
第七章 流?固相非催化反應
第一節(jié) 流?固相非催化反應的分類及特點
一、流?固相非催化反應的分類
二、流?固相非催化反應的特點
三、流?固相非催化反應的研究方法
第二節(jié) 流?固相非催化反應模型
一、收縮未反應芯模型
二、整體反應模型
三、有限厚度反應區(qū)模型
第三節(jié) 粒徑不變時縮芯模型的總體速率及控制
一、總體速率
二、流體滯流膜擴散控制
三、固體產(chǎn)物層內(nèi)擴散控制
四、化學反應控制
第四節(jié) 顆?s小時縮芯模型的總體速率
一、流體滯流膜擴散控制
二、化學反應控制
三、宏觀反應過程與控制階段的判別
第五節(jié) 流?固相非催化反應器及其計算
一、流?固相非催化反應器
二、固體顆粒呈平推流流動
三、固體顆粒呈全混流流動
第六節(jié) 討論與分析
參考文獻
習題
第八章 流化床反應工程
第一節(jié) 固體流態(tài)化的基本特征及工業(yè)應用
一、流態(tài)化現(xiàn)象
二、流化床反應器的流型、流型轉(zhuǎn)變及基本特征
三、流態(tài)化技術(shù)的基本問題及與其他流?固接觸技術(shù)的比較
四、流態(tài)化技術(shù)的工業(yè)應用
第二節(jié) 流化床的特征速度
一、臨界流化速度及起始鼓泡速度
二、起始湍動流化速度、快速流態(tài)化及密相氣力輸送的轉(zhuǎn)變速度
第三節(jié) 氣?固密相流化床
一、氣?固密相流化床的基本結(jié)構(gòu)
二、氣?固鼓泡流化床
三、鼓泡流化床反應器的數(shù)學模型
四、湍動流化床
五、氣?固密相流化床的工業(yè)應用
第四節(jié) 循環(huán)流化床
一、流型轉(zhuǎn)變
二、循環(huán)流化床的工業(yè)應用
第五節(jié) 討論與分析
參考文獻
習題
第九章 氣、液、固三相反應工程
第一節(jié) 氣、液、固三相反應器的類型及宏觀反應動力學
一、氣、液、固三相反應器的類型
二、氣、液、固三相反應的宏觀反應動力學
第二節(jié) 三相滴流床反應器
一、氣、液并流向下通過固定床的流體力學
二、滴流床三相反應器中的傳遞過程
三、石油加工中催化加氫裂化的加壓滴流床三相反應器
第三節(jié) 機械攪拌鼓泡懸浮式三相反應器
一、機械攪拌鼓泡懸浮式三相反應器的特征
二、機械攪拌反應器中三相床甲醇合成和一步法二甲醚合成案例
第四節(jié) 鼓泡淤漿床反應器
一、鼓泡淤漿床反應器的流體力學
二、鼓泡淤漿反應器中的傳遞過程
第五節(jié) 氣?液并流向上三相流化床反應器
一、煤的直接液化三相流化床反應器
二、氣?液并流向上三相流化床的流體力學
三、氣?液并流向上三相流化床中的傳遞過程
第六節(jié) 氣、液、固三相懸浮床反應器的數(shù)學模型
一、三相懸浮床反應器的數(shù)學模型
二、鼓泡三相淤漿床甲醇合成的數(shù)學模型和試驗驗證
三、三相床F?T合成
第七節(jié) 討論與分析
參考文獻
習題