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绪论1

0.1化学反应工程的性质、研究内容与方法1

0.1.1化学反应工程的性质、研究内容与方法1

0.1.2化学反应工程学科的发展2

0.2化学反应与化学反应器分类3

0.2.1化学反应与相态3

0.2.2化学反应器分类4

0.3化学反应器的操作方式7

0.4反应器的工业放大8

第1章 均相反应动力学10

1.1基本概念和定义10

1.1.1反应速率10

1.1.2反应速率方程11

1.1.3反应速率常数与反应活化能12

1.1.4反应进度12

1.1.5转化率12

1.1.6选择性和收率13

1.2等温恒容反应体系14

1.2.1单一反应体系14

1.2.2平行反应体系17

1.2.3连串反应体系19

1.2.4平行-连串反应体系21

1.3等温变容反应体系22

1.3.1膨胀因子与膨胀率23

1.3.2非恒容体系的反应速率表达式24

1.3.3复合反应膨胀因子与膨胀率26

1.4温度对反应速率的影响27

1.4.1温度对化学平衡的影响27

1.4.2温度对可逆吸热反应速率的影响28

1.4.3温度对可逆放热反应速率的影响28

习题31

第2章 理想反应器33

2.1概述33

2.1.1理想流动模型33

2.1.2理想反应器的分析与设计原理34

2.2间歇搅拌釜式反应器35

2.2.1等温间歇反应器及体积的计算35

2.3连续搅拌釜式反应器38

2.3.1等温单级CSTR38

2.3.2等温多级CSTR串联40

2.3.3等温多级CSTR串联的图解计算40

2.3.4等温串联釜式反应器体积优化43

2.3.5等温多级CSTR并联45

2.3.6非等温CSTR46

2.4连续搅拌釜式反应器的稳态操作47

2.4.1釜式反应器操作的热稳定条件47

2.4.2稳态操作点的热稳定性与参数灵敏性分析48

2.4.3操作参数对热稳定性的影响49

2.5管式反应器50

2.5.1等温管式反应器50

2.5.2 PFR的串联和并联52

2.5.3循环操作54

2.6各种理想反应器及其组合的性能比较55

2.6.1反应器浓度分析55

2.6.2反应器体积、转化率的比较56

2.6.3反应收率的比较59

2.6.4不同型式反应器的组合63

习题64

第3章 非理想流动68

3.1概述68

3.2非理想流动对反应过程的影响69

3.2.1返混和停留时间分布的概念69

3.2.2停留时间分布的影响70

3.2.3返混的影响70

3.3停留时间分布的数学描述71

3.3.1停留时间分布函数和停留时间分布密度函数71

3.3.2停留时间分布的数字特征72

3.3.3无量纲停留时间72

3.4停留时间分布的测定73

3.4.1脉冲输入法73

3.4.2阶跃输入法77

3.5理想流动模型的停留时间分布78

3.5.1平推流模型78

3.5.2全混流模型78

3.6非理想流动模型80

3.6.1层流模型80

3.6.2多釜串联模型82

3.6.3轴向扩散模型83

3.7非理想流动对反应器性能的影响88

3.7.1离析流模型的转化率88

3.7.2轴向扩散模型的转化率89

习题93

第4章 多相系统中的化学反应与传递现象96

4.1催化剂97

4.1.1固体催化剂的宏观结构与特性97

4.1.2多相催化过程与步骤98

4.2催化剂表面上的吸附99

4.2.1物理吸附和化学吸附99

4.2.2均匀表面吸附模型99

4.2.3非均匀表面吸附模型100

4.3多相催化反应的本征动力学101

4.3.1本征动力学的意义101

4.3.2双曲线型速率方程101

4.3.3幂函数型速率方程106

4.3.4控制步骤的判定107

4.4多相催化反应的宏观动力学107

4.4.1分子扩散和努森扩散107

4.4.2多相催化反应的宏观动力学108

4.4.3扩散控制的判定111

4.4.4催化剂失活112

习题114

第5章 多相催化反应器的设计116

5.1多相催化反应器类型116

5.1.1固定床反应器类型及工业应用116

5.1.2流化床反应器类型及工业应用118

5.2固定床内的传递现象120

5.2.1固定床内的流体流动120

5.2.2质量和热量的轴向扩散122

5.2.3径向传质与传热123

5.3固定床催化反应器的数学模型125

5.4绝热固定床催化反应器127

5.4.1绝热反应器127

5.4.2催化剂用量129

5.4.3多段绝热反应器的设计131

5.5连续换热反应器136

5.5.1连续换热反应器的分类和特征136

5.5.2一维拟均相模型137

5.5.3二维拟均相模型141

5.6固定床催化反应器的热稳定性142

5.6.1多重稳态的可能性142

5.6.2热点、失控和参数敏感性的概念143

5.7流化床反应器的流化特性144

5.8流化床反应器的数学模型及设计145

5.8.1两相模型145

5.8.2鼓泡床模型151

5.8.3流化床反应器设计的特别考虑158

5.9流化床反应器的放大159

习题160

第6章 反应器设计的一般原则和方法164

6.1概述164

6.1.1反应器设计的一般程序164

6.1.2反应器设计决策的基本问题166

6.2操作条件的选择166

6.2.1单一反应体系166

6.2.2复合反应体系167

6.2.3催化剂对选择性的影响168

6.3反应器型式和操作方式170

6.3.1反应器选型的一般原则170

6.3.2反应器组合170

6.3.3反应器型式对收率的影响171

6.3.4加料方式对收率的影响171

6.4反应器结构与换热方式172

6.4.1选择反应器结构和换热方式的一般原则172

6.4.2温度敏感性的定量判据173

6.4.3敏感性放热反应的对策174

6.4.4吸热反应的温度控制174

习题174

第7章 气液相反应及反应器176

7.1气液反应平衡176

7.1.1气液相平衡176

7.1.2亨利定律177

7.1.3化学反应对气液相平衡的影响177

7.2气液反应过程179

7.2.1气液相间传质模型179

7.2.2气液反应过程181

7.3气液反应宏观动力学183

7.3.1基础方程183

7.3.2瞬间反应184

7.3.3中速反应185

7.3.4慢速反应188

7.3.5快速反应188

7.4气液反应过程的几个重要参数190

7.4.1膜内转化系数γ190

7.4.2增强因子β190

7.4.3液相反应利用率η191

7.5气液反应器193

7.5.1气液反应器的主要类型193

7.5.2气液反应器特性与选型195

7.6气液反应器的设计方程196

7.6.1填料塔反应器196

7.6.2鼓泡塔反应器200

7.6.3搅拌鼓泡釜式反应器209

习题211

第8章 新型反应器214

8.1概述214

8.2旋转填充床反应器215

8.2.1旋转填充床反应器的结构与原理215

8.2.2旋转填充床反应器的应用217

8.3撞击流反应器218

8.3.1撞击流反应器的分类、特性与原理219

8.3.2撞击流反应器的应用223

8.4超临界反应器224

8.4.1超临界流体的特性224

8.4.2超临界反应器的应用225

8.5微波反应器228

8.5.1微波反应器的基本原理228

8.5.2微波反应器的应用229

8.6磁流化床反应器234

8.6.1磁流化床反应器的结构及特点234

8.6.2磁流化床反应器的应用235

习题237

参考文献238

主要符号一览表240