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第1章 绪论 1

1.1过程工业与工业化学过程 1

1.1.1过程工业 1

1.1.2工业化学过程 2

1.2化学反应过程的基本规律及其对反应设备的要求 4

1.3反应过程与设备的研究内容 7

1.3.1最优化的经济目标 7

1.3.2最优化的技术目标 8

1.3.3反应过程与设备和其他学科间的关系 9

1.4化学反应与反应设备的分类 9

1.4.1化学反应的分类 10

1.4.2工业反应设备的类型 11

1.5化学反应器的设计与放大 15

1.5.1化学反应器的设计原则 15

1.5.2工业反应器的放大 16

1.6化学反应过程与设备的发展与前沿 18

第2章 化学反应过程基本知识 18

2.1化工原料资源 22

2.1.1煤的加工 22

2.1.2石油加工 23

2.1.3天然气的利用 24

2.1.4农副产品加工 24

2.1.5“三废”治理 24

2.2化学反应动力学基础 24

2.2.1化学反应速率 24

2.2.2反应速率影响因素 26

2.2.3复杂反应的动力学表达 30

2.3反应器的操作方式 32

2.4反应器计算基本方程式 34

2.4.1反应动力学方程式 34

2.4.2物料衡算式 36

2.4.3热量衡算式 36

2.5均相理想反应器 37

2.5.1均相反应器的特点 37

2.5.2釜式反应器的设计与操作 39

2.5.3管式反应器的设计与操作 46

2.6连续流动反应器停留时间分布 48

2.6.1非理想流动 48

2.6.2停留时间分布函数 49

2.6.3停留时间分布函数的应用 52

2.7非理想流动 53

2.7.1非理想流动模型 53

2.7.2非理想流动对反应结果的影响 59

第3章 釜式反应器及其工业应用实例 61

3.1概述 61

3.1.1釜式反应器的构型 61

3.1.2釜式反应器的特点及其应用 61

3.2间歇操作釜式反应器工艺计算 62

3.2.1反应时间 62

3.2.2反应器有效体积 64

3.3连续操作釜式反应器工艺计算 65

3.3.1单段连续釜式反应器 66

3.3.2多段连续釜式反应器 66

3.4搅拌器 69

3.4.1搅拌的混合机理和液体流动特性 70

3.4.2常用搅拌器的型式及性能特征 74

3.4.3搅拌功率 80

3.5搅拌釜式反应器的传热 86

3.5.1反应釜的传热装置 87

3.5.2高温热源的选择 89

3.6搅拌反应釜给热系数的计算 92

3.7立式搅拌反应釜的选用 95

3.7.1搅拌器的选型 95

3.7.2立式搅拌反应釜的结构型式 101

3.7.3立式搅拌反应釜选型步骤 101

3.8硝基苯生产过程及反应器 103

3.8.1生产工艺 103

3.8.2硝化剂 105

3.8.3硝化反应器 107

3.8.4硝化反应器放大设计 108

第4章 管式反应器及其工业应用实例 111

4.1概述 111

4.1.1管式反应器的构型 111

4.1.2管式反应器的特点及应用 112

4.2管式反应器的计算基础方程式 113

4.2.1计算基础方程式 113

4.2.2空间速度与空间时间 114

4.3液相管式反应器设计计算 114

4.3.1等温液相管式反应器 114

4.3.2变温液相管式反应器 115

4.4气相管式反应器设计计算 119

4.5管式反应器的计算机模拟 120

4.5.1管式反应器的数学模型 120

4.5.2数学模型方程的求解 121

4.5.3数学模型符号说明 122

4.6反应器型式和操作方式评选 122

4.6.1生产能力的比较 123

4.6.2反应选择性比较 125

4.6.3操作与计算最优化 127

4.7环氧乙烷反应过程及反应器 128

4.7.1乙烯氧化合成环氧乙烷的反应机理 129

4.7.2影响反应过程的因素 131

4.7.3氧化反应器的设计 137

4.7.4氧化反应器的结构特点 141

4.8聚乙烯与高压环管式反应器 142

4.8.1聚乙烯分子结构及分类 143

4.8.2聚乙烯生产技术 144

4.8.3乙烯自由基聚合原理及动力学 147

4.8.4聚乙烯生产工艺及高压管式反应器 153

第5章 固定床反应器及其工业应用实例 157

5.1概述 157

5.1.1固定床反应器的特点及应用 157

5.1.2固定床反应器构型 158

5.2固定床反应器内的流体流动 160

5.2.1催化剂颗粒直径和形状系数 160

5.2.2床层空隙率 161

5.2.3流体在固定床中的流动特性 162

5.2.4流体流过固定床层的压力降 163

5.3固定床反应器内的传热 164

5.3.1床层对壁总给热系数 165

5.3.2床层有效导热系数和表观壁膜给热系数 166

5.3.3流体与催化剂颗粒间的给热系数 171

5.4固定床反应器内的传质 172

5.4.1流体与催化剂颗粒外表面间的传质 172

5.4.2催化剂颗粒内部的传质 175

5.4.3床层内的混合扩散 178

5.5总反应速率方程式 178

5.6固定床反应器设计 181

5.6.1经验法 181

5.6.2数学模型法 181

5.7固定床反应器在合成氨工业中的应用 184

5.7.1一氧化碳变换的基本原理 184

5.7.2工艺过程 190

5.7.3变换反应器 191

5.7.4CO变换反应器的新发展 194

5.8固定床反应器的日常运行与操作 197

5.8.1温度调节 197

5.8.2压力调节 198

5.8.3氢油比控制 198

5.8.4空速操作原则 199

5.8.5催化剂器内再生操作 199

5.9二甲醚反应器的设计与模拟 199

5.9.1概述 199

5.9.2二甲醚的合成技术 201

5.9.3甲醇脱水工艺及反应器设计 203

第6章 塔式反应器及其工业应用实例 211

6.1概述 211

6.1.1塔式反应器的特点及应用 211

6.1.2塔式反应器的一般构造 212

6.1.3附属装置 212

6.1.4塔设备的选择 214

6.2填料塔 215

6.2.1物理吸收 216

6.2.2化学吸收 217

6.3填料塔设计举例 222

6.3.1填料塔工艺计算 222

6.3.2填料塔结构设计 225

6.4塔设备设计常见错误 228

6.4.1化工设计与计算方面主要错误 228

6.4.2结构设计与计算方面主要错误 228

6.4.3强度设计与稳定性校核主要错误 230

6.4.4有关附件设计主要错误 230

第7章 鼓泡塔反应器及其工业应用实例 231

7.1鼓泡塔 231

7.1.1鼓泡塔的操作状态 231

7.1.2鼓泡塔的流体力学 232

7.1.3鼓泡塔的轴向混合 237

7.1.4鼓泡塔的传热特性 237

7.2乙酸的生产工艺 238

7.3乙醛氧化生产乙酸的基本原理 240

7.3.1反应机理 241

7.3.2宏观动力学方程式 243

7.4乙醛氧化反应器 246

7.4.1乙醛氧化反应器的选型 246

7.4.2反应器的结构 247

7.4.3反应器的设计 248

7.4.4鼓泡塔的经验法计算 250

7.5新型气液反应器 250

7.5.1喷射反应器的研究现状及进展 251

7.5.2喷射反应器的应用 251

第8章 流化床反应器及其工业应用实例 256

8.1流态化基本概念 256

8.1.1流态化 257

8.1.2散式流化床和聚式流化床 257

8.1.3流化床中的气泡及其行为 258

8.1.4流化床中常见的异常现象及处理方法 260

8.1.5流体床反应器中的传质 261

8.1.6流化床反应器内的传热 263

8.2流化床反应器的工艺计算 265

8.2.1流化床反应器直径与高度的确定 265

8.2.2流化床反应器压力降的计算 267

8.2.3流化床反应器的数学模型简介 270

8.3流化床反应器的日常运行与操作 272

8.3.1颗粒粒度和组成的控制 272

8.3.2压力的测量与控制 273

8.3.3温度的测量与控制 274

8.3.4流量控制 274

8.3.5开停车及防止事故的发生 275

8.4丙烯腈生产及流化床介绍 276

8.4.1丙烯腈生产工艺 276

8.4.2丙烯氨氧化反应器 280

8.5苯胺及加氢流化床反应器设计 284

8.5.1合成技术 284

8.5.2加氢流化床反应器的设计 286

8.6流化床的新发展 293

第9章 其他化学反应器 296

9.1气液固三相反应器 296

9.2涓流床反应器 298

9.2.1概述 298

9.2.2涓流床的流体力学 299

9.2.3涓流床反应器中的传质 299

9.2.4涓流床反应器中的传热 302

9.2.5涓流床结构实例 304

9.2.6涓流床模型及其设计放大 305

9.3热管反应器 307

9.3.1热管原理及工作过程 307

9.3.2热管的结构 308

9.3.3热管反应器的应用 309

9.4膜反应器 310

9.4.1金属膜反应器 311

9.4.2多孔无机膜反应器 311

9.5径向反应器 313

9.5.1乙苯脱氢反应原理 314

9.5.2乙苯催化脱氢生产过程 315

9.5.3脱氢径向反应器 316

9.5.4轴径向反应器的开发 319

9.6生化反应器 320

9.7电化学反应器 321

9.7.1电化学反应器的类型 322

9.7.2电化学反应器的主要构件 322

9.8聚合反应器 323

9.8.1聚合反应器的类型 323

9.8.2常用聚合反应器 324

9.8.3特殊型式聚合反应器 325

参考文献 326