无机化工反应工程PDF电子书下载

第一节 无机化工反应工程的内容与任务 1

第一章 导论 1

第二节 化学反应工程研究中的数学模拟方法 3

第三节 反应器的放大方法 4

第四节 反应器的最佳化 6

第二章 化学动力学 8

第一节 化学反应速率表示方式 8

2-1 间歇系统 8

一、连续系统中反应速率的表示方式 9

2-2 连续系统 9

二、反应率 12

第二节 动力学方程 13

2-3 动力学方程表示方式 13

2-4 单一反应 17

2-5 多个反应 18

2-6 反应速率常数 20

第三节 气—固相催化反应动力学 25

一、固体催化剂 26

2-7 固体催化剂及孔结构 26

二、固体催化剂的孔结构 29

2-8 吸附等温方程 33

一、物理吸附与化学吸附 33

二、理想吸附层等温方程 35

三、真实吸附层等温方程 37

2-9 均匀表面吸附动力学方程 38

一、过程为反应物的化学吸附所控制 39

二、过程为表面化学反应所控制 40

三、过程为生成物的脱附所控制 41

2-10 不均匀表面吸附动力学方程 42

一、过程为单组分反应物的化学吸附所控制 43

二、过程为表面化学反应控制 43

三、过程为单组分生成物的脱附所控制 44

参考文献 45

习题 45

第三章 理想流动与非理想流动反应器 48

第一节 反应器中流体流动模型 48

一、理想流动模型 49

3-1 流动系统反应器中流体流动的模型 49

二、非理想流动模型 50

3-2 流动型式对化学反应速率的影响 51

第二节 理想反应器反应体积的计算 52

3-3 反应器计算的基本方程 52

3-4 间歇反应器反应体积的计算 53

3-5 理想置换反应器反应体积的计算 56

一、等温理想置换反应器 56

二、变温理想置换反应器 58

3-6 单级理想混合反应器反应体积的计算 61

3-7 多级理想混合反应器反应体积的计算 63

一、多级理想混合反应器的推动力 63

二、多级理想混合反应器各级浓度的分析计算 64

三、多级理想混合反应器各级浓度的图解计算 67

四、多级理想混合反应器各级反应率的最佳分配 70

3-8 理想流动反应器反应体积的比较 72

3-9 想反应器的组合 76

3-10 逗留时间分布 80

第三节 非理想流动反应器 80

3-11 逗留时间分布的实验测定 82

一、阶跃注入法 82

二、脉冲注入法 83

3-12 逗留时间分布函数与分布密度 87

一、理想流型的逗留时间分布 87

二、实际流型的逗留时间分布 89

一、实际反应器的反应率 96

3-13 实际流动反应器的计算 96

二、扩散模型反应器的反应率 97

三、多级串联理想混合反应器的反应率 98

第四节 反应器的热稳定性 99

3-14 理想混合反应器的热稳定性 99

3-15 操作参数对理想混合反应器热稳定性的影响 102

参考文献 104

习题 104

一、固体颗粒的相当直径及形状系数 106

4-1 固定床的物理特性 106

第一节 固定床流体力学 106

第四章 颗粒床传递过程 106

二、混合颗粒的平均直径及形状系数 107

三、固定床的空隙率 108

四、固定床的当量直径 109

4-2 单相流体在固定床中的流动 109

一、流动特性 109

二、床层中流体的径向流速分布 110

4-3 单相流体通过固定床的压力降 110

一、固定床压力降的计算 110

二、影响固定床压力降的因素 112

第二节 径向流动反应器中流体的分布 115

4-4 变质量流动和动量交换系数 115

4-5 穿孔阻力系数 120

第三节 固定床热量与质量传递过程 121

4-6 固定床径向传热过程分析 122

4-7 固定床对壁的给热系数 123

一、径向有效导热系数 124

4-8 固定床径向有效导热系数和管壁给热系数 124

二、壁给热系数 126

4-9 固定床径向与轴向传热的偏微分方程 127

4-10 固定床径向及轴向的扩散 128

一、固定床径向及轴向扩散系数 128

二、固定床反应器的轴向返混 129

4-11 固定床中流体与颗粒外表面的传热与传质系数 129

第四节 流化床热量与质量传递过程 130

二、气泡相与颗粒相间的交换 131

一、聚式流态化 131

4-12 气-固相流化床中气相与固体的接触及混合 131

三、固体的混合与气体的混合 132

4-13 流化床传热 132

一、颗粒间的给热 132

二、固体颗粒与流体间的传热 132

三、流化床床层与换热元件壁面间的给热 133

参考文献 135

习题 135

5-1 气-固相催化反应过程中反应组分的浓度分布 137

第五章 气-固相催化反应宏观动力学 137

第一节 气-固相催化反应的宏观过程 137

5-2 内表面利用率与宏观动力学方程 138

5-3 催化反应控制阶段的判别 139

一、一级不可逆反应的解析解 140

第二节 催化剂颗粒内气体的扩散 140

5-4 分子扩散系数 141

一、双组分体系 141

二、多组分体系 142

5-5 努森扩散系数 144

5-6 孔内组分的综合扩散系数 144

5-7 颗粒内组分的有效扩散系数及曲节因子 145

5-8 有效扩散系数及曲节因子的测试 146

第三节 内表面利用率 147

5-9 球形催化剂颗粒内组分浓度分布及温度分布的微分方程 147

一、浓度分布的微分方程 147

二、温度分布的微分方程 148

5-10 等温情况下催化剂的内表面利用率-幂函数型动力学方程 149

二、一级可逆反应的解析解 153

三、可逆非一级反应的近似解 154

四、可逆非一级反应的数值解 159

五、粒度、温度和反应率对内表面利用率的影响 164

5-11 非等温情况下球形催化剂的内表面利用率 165

5-12 等温情况下催化剂的内表面利用率——双曲型动力学方程 166

5-13 催化剂外表面的浓度及温度 167

第四节 气-固相催化反应动力学的测试 171

5-14 动力学测试的基本要求及测试用反应器 171

5-15 气-固相催化反应动力学方程的建立 175

一、作图法 176

二、参数估值法 182

参考文献 186

习题 187

第六章 气-固相绝热催化反应器 190

第一节 概述 190

6-1 基本设计原则 190

6-2 基础数学模型 191

6-3 反应器计算的基本方程 192

第二节 气-固相催化反应器的最佳操作参数 193

6-4 最佳温度 194

一、不可逆反应 194

二、可逆吸热反应 194

三、可逆放热反应 194

6-5 可逆放热反应的最佳温度曲线 195

一、最佳温度曲线 195

二、最佳温度曲线的计算 197

三、扩散过程对最佳温度曲线的影响 199

6-6 可逆放热催化反应实现最佳温度的方法 200

6-7 其他最佳操作参数 202

一、最佳反应压力 202

二、反应混合物的最佳初始组成 202

三、最佳最终反应率与最佳空间速度 203

四、最佳催化剂颗粒尺寸和反应混合物的质量流速 203

第三节 绝热催化床 205

6-8 绝热温升 205

6-9 绝热催化床反应体积的计算 206

一、图解积分法求解 207

二、龙格-库塔法求解 209

6-10 单段绝热催化床的最佳进口温度 214

6-11 外扩散控制时催化反应器的计算 215

笫四节 多段换热式催化反应器 220

6-12 多段换热式催化反应器的工艺特征 220

一、多段间接换热式 221

二、多段直接换热式 221

一、多段间接换热式各段始末温度及反应率的最佳分配 226

6-13 多段换热式催化反应器各段始末温度及反应率最佳分配 226

二、多段冷激式各段始末温度及反应率和段间冷激气量的最佳分配 238

参考文献 241

习题 241

第七章 气-固相连续换热式催化反应器 244

第一节 连续换热式催化反应器的基本结构 244

7-1 连续换热的方式 244

7-2 各种冷管结构的比较 246

7-3 反应及传热微分方程组数学模型的建立 247

第二节 连续换热式催化床的-维模型 247

7-4 微分方程组的解 249

一、一些常数、系数的计算和边界条件的确定 249

二、催化剂的校正系数 250

三、修正欧拉法求解 251

第三节 连续换热式催化床的二维模型 263

7-5 数学模型的建立 263

7-6 偏微分方程组的差分法数值解 264

参考文献 274

习题 274

第八章 气—固相外热管式催化反应器 275

第一节 烃类蒸汽转化的工艺特征 276

8-1 烃类蒸汽转化反应 276

一、烃类蒸汽转化反应的平衡组成 276

二、转化催化剂 279

三、反应机理与反应动力学方程 280

四、扩散过程的影响与宏观动力学方程 281

一、概述 283

二、炉型比较 285

第二节 燃烧管式反应器中的辐射传热 286

8-3 燃烧管式反应器传热过程分析 286

8-4 辐射传热及辐射能的量度 287

8-2 烃类蒸汽转化管式炉 288

8-5 辐射传热计算 289

一、辐射传热基本计算式 289

二、角系数 291

三、总辐射能到达率 294

四、气体辐射 295

五、辐射室传热的区域分析法 296

第三节 转化炉的数学模型 299

8-6 一维简化模型 299

一、速率方程 299

二、热量衡算方程 300

三、压力降方程 300

第九章 流—固相非催化反应动力学及反应器 300

8-7 二维模型与径向梯度 304

8-8 管内管外数学模型的综合解 307

习题 308

参考文献 308

第一节 流—固相非催化反应的模型 309

第二节 固体颗粒大小不变时的反应速率 311

9-1 反应步骤与速率公式 311

9-2 气体滞流膜扩散控制 314

9-3 固相产物层内的扩散控制 315

9-4 化学反应控制 315

第三节 固体颗粒缩小时的反应速率 316

9-5 气体滞流膜扩散控制 317

9-6 化学反应控制 318

9-7 控制步骤的判别 318

第四节 流—固相非催化反应器的计算 322

9-8 固体颗粒呈理想置换流动 322

9-9 固体颗粒呈理想混合流动 324

一、均匀颗粒 324

二、不均匀颗粒 326

9-10 流体反应物浓度变化时的计算 332

参考文献 335

习题 335

第十章 气—液相反应动力学及反应器 337

第一节 伴有化学反应的气—液相平衡 337

10-1 气—液相平衡 337

10-2 溶液中气体溶解度系数的估算 339

10-3 相平衡与化学平衡的关联 341

10-4 气—液相间的物质传递 344

第二节 气液反应历程 344

10-5 化学反应在吸收中的作用 346

一、化学反应可忽略的吸收过程 346

二、在液流主体中进行缓慢化学反应的吸收过程 346

三、在液膜中进行反应的化学吸收和增大因子 347

第三节 气—液相反应动力学 349

10-6 伴有化学反应的液相扩散过程 349

10-7 一级不可逆反应 350

10-8 不可逆瞬间反应 353

10-9 二级不可逆反应 355

10-10 以有限速率进行的可逆反应 357

10-11 瞬间可逆反应 359

第四节 无机化工气—液相反应实例 360

10-12 硫化氢与氨水的反应 360

10-13 一氧化碳与铜氨液的反应 361

10-14 氧化碳与碳酸盐的反应 363

10-15 氮氧化物与水的反应 365

10-16 槽式反应器 368

第五节 气液吸收传质系数测试 368

10-17 湿壁塔 370

10-18 圆盘塔 372

第六节 气液吸收器 373

10-19 吸收剂选择 373

一、水溶液吸收合成氨原料气中硫化氢 374

二、原料气中二氧化碳的脱除 375

10-20 吸收过程工艺流程 376

10-21 气液反应器选型与强化 377

10-22 带化学反应气—液吸收器计算方法与实例 379

一、液相β·H很大而全塔处于气膜控制 380

二、快速虚拟一级不可逆反应系统 381

三、不可逆瞬间反应吸收 382

四、慢速一级不可逆反应 383

五、复杂反应吸收系统计算的原则步骤 384

第七节 热量与质量同时传递的气液过程 384

10-23 混合气体的增湿与减湿 384

一、增湿与减湿过程 384

二、气体洗涤塔的基本计算 387

10-24 混合气体中可凝性气体的冷凝 390

10-25 热量与质量同时传递的吸收过程 395

参考文献 399

习题 399

附录 402

一、某些微分方程的解 402

二、气体分子扩散系数 407

三、加压下混合气体的粘度及导热系数 409

四、加压下混合气体的定压热容 411