反应器分析与设计PDF电子书下载

符号说明 1

希腊文符号 13

下标符号 16

上标符号 17

单位代号和单位名称对照表 18

第一篇 化工动力学 19

第一章 反应动力学基础 19

1.1 反应速度 19

1.2 转化率和反应程度 21

1.3 反应级数 22

例1.3-1 自催化反应的速度 29

1.4 复杂反应 33

例1.4-1 复杂反应网络 36

例1.4-2 柴油的催化裂化 40

例1.4-3 速度控制步骤和稳态近似 44

例1.4-4 经典单分子速度理论 47

例1.4-5 乙烷的热裂解 52

例1.4-6 自由基加成聚合反应动力学 55

1.5 温度的影响 59

例1.5-1 活化能的确定 60

例1.5-2 复杂反应的活化能 61

1.6.a 简单反应 63

1.6 动力学参数的确定 63

1.6.b 复杂反应 65

例1.6.2-1 用Himmelblau—Jones—Bischoff方法确定速度常数 68

例1.6.2-2 烯烃共二聚动力学 71

例1.6.2-3 丙烷的热裂解 74

1.7 热力学非理想条件 78

例1.7-1 稀的强电解质反应 81

例1.7-2 气相反应中的压力影响 81

习题 83

参考文献 90

2.1 前言 93

第二章 非均相催化反应动力学 93

2.2 速度方程 107

例2.2-1 竞争的加氢反应 112

例2.2-2 在负载型银催化剂上乙烯的氧化动力学 119

2.3 模型判别和参数估值 123

2.3.a 实验反应器 124

2.3.b 微分动力学分析法 127

2.3.c 积分动力学分析法 134

2.3.d 用于最佳实验设计的序贯法 137

2.3.d.1 最佳序贯判别 137

例9.3-2 乙烷热裂解非等温管式反应器的设计 139

例2.3.d.1-1 正丁烯脱氢生成丁二烯反应模型的判别 140

例2.3.d.1-2 乙醇脱氢反应速度模型的序贯判别(积分动力学什析法) 143

2.3.d.2 用于参数最佳估值的序贯设计法 147

例2.3.d.2-1 正戊烷异构化模型参数最佳估算的序贯实验设计(积分动力学分法) 148

习题 151

参考文献 156

第三章 流-固非均相反应的传递过程 159

一、界面间的梯度效应 159

3.1 流体和固体间的表面反应 159

3.2 传质和传热的阻力 161

3.2.a 传质系数 161

3.2.b 传热系数 164

3.2.c 流体中多组分扩散 164

例3.2.c-1 平均有效二元扩散系数的应用 167

3.3 流体本体和催化剂颗粒表面间的浓度差(或分压差)和温反差 168

例3.3-1 乙醇脱氢实验中的界面间梯度 170

二、颗粒内的梯度效应 178

3.4 催化剂的内部结构 178

3.5 孔扩散 181

3.5.a 定义和实验观察 181

例3.5.a-1 孔扩散对分子筛上烷烃裂化的影响 183

3.5.b 孔扩散的一般定量叙述 185

3.5.c 随机孔模型 190

3.5.d 平行交叉连接孔模型 191

3.5.e 有吸附的孔扩散；表面扩散；构型扩散 194

例3.5.e-1 在充满液体的孔中的表面扩散 195

3.6 受到孔扩散影响的反应 198

3.6.a 效牢因子的概念 198

3.6.b 普遍化的效率因子 202

例3.6.b-1 一级可逆反应的普遍化模数 205

例2.6.b-2 离子交换树脂上蔗糖转化的效率因子 208

例3.6.b-3 甲醇合成 209

3.6.c 判别扩散限制重要性的判据 210

例3.6.c-1 无扩散限制时双功能催化剂活性位之间的最小距离 213

例3.6.c-2 广义的Weisz-Prater判据的使用 217

3.6.d 内外扩散阻力的合并 218

例3.6.d-1 内外扩散控制的实验鉴别 220

8.7 热效应 222

3.7.a 催化剂颗粒内部的热梯度 222

8.7.b 内外温度梯度 229

例3.7.a-1 催化反应引起的温度梯度 232

3.8 受孔扩散影响的复杂反应 236

例3.8-1 催化剂粒度对丁烯脱氢选择性的影响 240

3.9 受复杂孔结构中扩散影响的反应 243

3.9.a 具有粗孔和微孔的颗粒 243

3.9.b 平行交叉连接孔 245

3.9.c 受构型扩散影响的反应 246

例3.9.c-1 重残渣油的催化脱金属(和脱硫) 247

习题 252

参考文献 255

第四章 非僵化气-固相反应 261

4.1 气-固相反应的定性讨论 261

4.2 考虑颗粒间和颗粒内梯度的一般模型 264

4.3 具有未反应收缩核的非均相模型 271

例4.3-1 多孔催化剂颗粒内焦炭的燃烧 274

4.4 考虑固体结构的粒子模型 279

4.5 考虑固体结构的孔隙模型 282

4.6 非等温颗粒内的反应 286

4.7 结束语 290

习题 290

参考文献 293

5.2 催化剂中毒的动力学 294

5.2.a 导言 294

5.1 催化剂失活的类型 294

第五章 俏化剂失活 294

5.2.b 均匀中毒的动力学 296

5.2.c 壳推进型毒化 298

5.2.d 壳推进式中毒对复杂反应选择性的影响 302

5.3 结焦引起催化剂失活的动力学 308

5.3.a 导言 308

5.3.b 结焦动力学 310

5.3.c 结焦对选择性的影响 315

5.3.d 催化剂颗粒内的结焦 315

例5.3.d-1 在氧化铬-氧化铝催化剂上1-丁烯脱氢生成了二烯过程中的结焦 318

5.3.e 易结焦过程的动力学测定法 318

例5.3.e-1 1-丁烯脱氢生成丁二烯 321

习题 325

参考文献 328

第六章 气-液反应 328

6.1 引言 328

6.2 气-液界面的传递模型 328

6.3 双膜理论 331

6.3.a 具有一般动力学的单一不可逆反应 331

6.3.b 一级和拟一级不可逆反应 333

6.3.c 单一、瞬间和不可逆反应 337

6.3.d 对边界条件和利用因子以及增强因数的一些评论 341

6.3.e 引伸到级数较高的反应 344

6.3.f 复杂反应 346

6.4 表面更新理论 351

6.4.a 单一瞬间反应 352

6.4.b 单一不可逆(拟)一级反应 355

6.4.c 有限厚度表面微元的表面更新模型 359

6.5 气-液动力学的实验测定 360

习题 366

参考文献 368

第二篇 化学反应器的分析和设计 370

第七章 质量、能量和动量平衡的基本方程 370

7.1 引言 370

7.1.a 连续方程 370

7.1.b 能量方程 372

7.1.c 动量方程 373

7.2 基本方程 373

7.2.a 连续方程 373

7.2.b “一般”连续方程的简化形式 376

7.2.c 能量方程 380

7.2.d 能量方程“通式”的简化式 381

习题 384

参考文献 385

第八章 间歇反应器 386

8.1 等温间歇反应器 386

例8.1-1 用间歇反应数据推导动力学方程 389

8.2 非等温间驮反应器 391

例8.2-1 乙酰化蓖麻油酯的水解 395

8.3 最优操作方案和控制策略 398

8.3.a 最优间歇反应操作时间 398

例8.3.a-1 一级反应的最优转比率和最大得益 401

8.3.b 最优温度方案 402

例8.3.b-1 一级可逆反应的最优温度曲线 403

例8.3.b-2 连串反应和平行反应的最优温度方案 409

习题 413

参考文献 417

第九章 活塞流反应器 419

9.1 连续性方程、能量方程和动量方程 419

例9.1-1 丙烷热裂解，根据等温活塞流管式反应器试验数据推导动力学方程 424

9.2 非等温数据的动力学分析 427

例9.2-1 从非等温数据导出丙酮热裂解的速度方程 430

9.3 活塞流管式反应器的设计 437

例9.3-1 活塞流绝热反应器 437

习题 446

参考文献 448

第十章 完全混合流动反应器 449

10.1 引言 449

10.2 质量和能量衡算 450

10.2.a 基本方程 450

10.2.b 稳定状态反应器的设计 451

例10.2.b-1 在搅拌流动反应器中进行的单个不可逆反应 454

10.3 复杂反应最优选择性设计 460

10.3.a 一般考虑 460

10.3.b 聚合反应 468

10.4 操作稳定性和瞬变行为 475

10.4.a 操作稳定性 475

例10.4.a-1 绝热搅拌釜反应器中的多重性和稳定性 478

10.4.b 瞬变行为 481

10.4.b-1 完全混合反应器中氯甲烷气相氯化的温度振荡 484

习题 487

参考文献 492

第十一章 固定床催化反应器 494

一、引言 494

11.1 固定床催化过程的重要性和规模 494

11.2 发展的因素：技术革新和基础知识的增长 496

11.3 固定床反应器初步设计中所涉及的因素 497

11.4 固定床反应器的模型化 506

11.5.a 模型方程 507

二、拟均相模型 507

11.5 基本一维模型 507

11.5.a-1 填充床压降的计算 513

11.5.b 根据一维拟均相模型设计固定床反应器 515

11.5.c 失控判据 518

例11.5.c-1 van Welsenaer和Froment第一失控判据的应用 523

11.5.d 多段绝热反应器 526

11.5.e 进料与出料或进料反应气体之间有热交换的固定床反应器 535

11.5.f 催化剂失活造成的固定床催化反应器的非稳态行为 550

11.6 有轴向混合的一维模型 562

11.7 二维拟均相模型 568

11.7.a 有效传递的概念 568

11.7.b 连续性方程和能量方程 574

11.7.c 烃类储化氧化固定床反应的的设计或模拟 575

三、非均相模型 583

11.8 考虑相间梯度的一维模型 583

11.8.a 模型方程 583

11.8.b 反应器瞬态行为的模拟 586

例11.8.b-1 固定床反应器中的气固相反应 587

11.9 考虑相间和颗粒内梯度的一维模型 593

11.9.a 模型方程 593

例11.9.a-1 模拟高压合成甲醇的Fauser-Montecatini反应器 600

例11.9.a-2 1-丁烯脱氢生成丁二烯的工业反应器模拟 609

11.10 二维非均相模型 615

习题 618

参考文献 623

12.1 引言 629

第十二章 非理想流型和总体衡算模型 629

12.2 年龄分布函数 630

例12.2-1 完全混合容器的RTD 632

例12.2-2 根据实验所得示踪物浓度曲线确定RTD 633

例12.2-3 由实验数据计算年龄分布函数 636

12.3 根据年龄分布函数分析流型 640

12.3.a 流体停留时间分布曲线谱的测量 640

例12.3-1 n级串联搅拌釜系列的年龄分布函数 640

例12.3-2 数个独立流动区域的串联组合系统的RTD 642

12.3.b 从年龄分布函数的特征探测流体的停滞区 643

12.4 年龄分布函数的应用 644

例12.4-1 良好搅拌反应器中所进行的反应的速度常数平均值 647

例12.4-2 流动搅拌釜中的二级反应 649

例12.4-3 活塞流-完全混合串联反应器组中的反应 649

12.5 流动模型 656

12.5.a 基本模型 656

例12.5.a-1 用轴向分散模型描述圆形管道中的层流流动 658

12.5.b 组合模型 667

例12.5.b-1 填充柱中的瞬变传质过程 670

例12.5.b-2 大程度混合效应的再循环模型 675

12.5.c 流动模型参数的估值 680

12.6 总体衡算模型 685

例12.6-1 微观混合总体衡算模型 688

例12.6-2 表面反应所引起的徽孔孔径分布的变化 695

习题 698

参考文献 700

13.1 引言 705

第十三章 流化床反应器 705

13.2 流态化催化裂化 706

13.3 流化床反应器的设计要点 709

13.4 流态化反应器的模型化 717

例13.4-1 丙烯腈反应器的模型化 728

习题 731

参号文献 733

第十四章 多相流动反应器 735

14.1 多相流动反应器的类型 735

14.1.a 填料塔 736

14.1.b 板式塔 736

14.1.c 空塔 737

14.1.d 搅拌釜反应群 737

14.1.e 其他反应器 737

14.2 用于多相流动反应器的设计模型 738

14.2.a 气相及液相均为完全混合 738

14.2.b 气相和液相均处于活塞流 740

14.2.c 气相活塞流，液相完全混合 741

14.2.d 有效扩散模型 742

14.2.c 双区模型 743

14.2.f 另一个方法 744

14.3 专门的设计方面 744

14.3.a 填料吸收塔 744

例14.3.a-1 吸收二氧化碳的填料塔的设计 747

例14.3.a-2 用硫酸吸收氨的填料塔的设计方法 752

14.3.b 向下并流的两相固定床俏化反应器、滴流床反应器和下流填料鼓泡反应器 754

14.3.c 向上并流两相固定床催化反应器“上流填料鼓泡反应器” 762

14.3.d 板式塔 764

例14.3.d-1 板式塔中带有化学反应的气体吸收 767

14.3.c 喷淋塔 769

14.3.f 鼓泡反应器 770

14.3.g 搅拌釜反应器 772

例14.3.g-1 液相邻二甲苯氧化反应器的设计 777

习题 784

参考文献 785