化学反应工程学基础PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　化学反应工程学的任务和作用 1

1.2　化学反应工程学的内容 1

1.3　化学反应工程学的数学模型方法 2

1.4　化学反应工程学的学习方法 3

第2章　化学计量学 4

2.1　化学反应的一般表达式 4

2.2　转化率、收率和选择性 5

2.2.1　转化率 5

2.2.2　收率和选择性 5

2.3.2　简单反应体系 6

2.3.1　组成的表示方法 6

2.3　反应体系的组成及在反应过程中的变化 6

2.3.3　复杂反应体系 7

2.4　复杂反应体系的独立反应 8

2.4.1　独立反应和独立反应数 8

2.4.2　独立反应的求法 9

第3章　均相反应动力学 12

3.1　化学反应速率的表示方法 12

3.1.1　单一反应 12

3.1.2　复杂反应 13

3.2　化学反应速率方程 14

3.2.1　与浓度的关系 14

3.2.2　与温度的关系 15

3.2.3　速率方程的积分形式 16

3.2.4　复杂反应的动力学 18

3.3　反应动力学参数的确定 24

3.3.1　简单反应 24

3.3.2　复杂反应 26

第4章　理想反应器 28

4.1　间歇反应器 28

4.1.1　反应器体积的计算 28

4.1.2　间歇反应器的优化 29

4.2　活塞流反应器 30

4.2.1　基本假设 30

4.2.2　基本设计方程 30

4.3.2　基本设计方程 31

4.3.1　基本假设 31

4.3　全混流反应器 31

4.4　多级式全混流反应器 32

4.4.1　代数法 32

4.4.2　作图法 33

4.4.3　最佳设计 34

4.5　复杂反应的收率和选择性 36

4.5.1　平行反应 36

4.5.2　连串反应 38

4.5.3　平行-连串反应 39

4.6　其他型式的理想反应器 40

4.6.1　循环活塞流反应器 40

4.6.3　错流反应器 42

4.6.2　半连续全混流反应器 42

4.7　理想反应器的比较和组合 43

4.7.1　单一反应 43

4.7.2　自催化反应 44

4.7.3　复杂反应 44

4.8　理想反应器的能量方程 45

4.8.1　间歇反应器 46

4.8.2　活塞流反应器 46

4.8.3　全混流反应器 47

第5章　非理想流动模型 48

5.1　停留时间分布 49

5.1.1　停留时间分布的定义 49

5.1.2　停留时间分布的实验测定 50

5.1.3　年龄分布与寿命分布的关系 52

5.1.4　理想流动的停留时间分布 53

5.2　非理想流动模型 58

5.2.1　非理想流动在停留时间分布上的体现 58

5.2.2　多级式串联全混流反应器模型 59

5.2.3　轴向扩散模型的建立 60

5.2.4　轴向扩散模型的解 63

5.2.5　轴向扩散模型的结果和应用 68

5.3　组合模型 70

5.3.1　模型的并联 70

5.3.2　模型的串联 71

5.4.1　用停留时间分布预测 73

5.4　反应转化率的预测 73

5.4.2　用流动模型预测 74

5.4.3　开式轴向扩散模型一级反应的转化率 76

5.5　流动模型的参数估计 77

5.5.1　建立模型的步骤 77

5.5.2　参数估计的方法 77

5.5.3　停留时间分布用于反应器诊断 79

5.6　反应流体的混合 81

5.6.1　流体混合的特征 81

5.6.2　混合尺度对反应转化率的影响 81

5.7　流体的循环时间分布 84

6.1　吸附速率和吸附平衡 86

第6章　多相反应动力学 86

6.1.1　吸附类型 87

6.1.2　理想吸附的Langmuir等温式 87

6.1.3　真实吸附 89

6.2　理想表面的催化动力学模型 91

6.2.1　模型的一般推导 91

6.2.2　用速率控制步骤推导 91

6.3　真实表面的催化动力学模型 92

6.4　动力学模型的鉴别与参数估计 93

6.4.1　动力学实验 93

6.4.2　建立模型和检验模型 94

7.1　多相催化反应的步骤和速率 96

第7章　多相催化宏观动力学 96

7.2.1　外表面的传递速率 98

7.2　流体与催化剂外表面间的传质与传热 98

7.2.2　流体与催化剂表面的温差 99

7.2.3　外扩散对多相催化反应过程的影响 99

7.3　气体在多孔介质中的扩散 101

7.3.1　孔扩散 101

7.3.2　粒内扩散 103

7.3.3　有效扩散系数的测定 104

7.3.4　二元体系中的Stefan-Maxwell公式 105

7.3.5　尘气模型 105

7.4.1　一级反应的有效因子 106

7.4　等温催化剂的有效因子 106

7.4.2　普遍化的Thiele模数 109

7.5　非等温催化剂的有效因子 109

7.5.1　有效因子的多值性 109

7.5.2　催化剂活性的最佳分布 111

7.6　内扩散对反应的影响 115

7.6.1　外扩散的判定 115

7.6.2　内扩散的判定 115

7.6.3　内扩散严重性的一般判据 116

7.6.4　内扩散对动力学实验的影响 117

7.6.5　内扩散对复杂反应的影响 118

8.1　一般模型 121

第8章　非催化气-固相反应 121

8.2　未反应收缩核模型 122

8.2.1　气膜扩散控制 122

8.2.2　灰层扩散控制 123

8.2.3　化学反应控制 125

8.2.4　一般情况 125

8.2.5　控制步骤的判断 126

8.3　考虑固体结构的模型 127

8.3.1　微粒模型 127

8.3.2　孔隙模型 128

8.4　固体反应物转化率的计算 128

9.1.1　绝热式反应器 130

9.1 固定床催化反应器的主要类型 130

第9章　气-固催化反应器 130

9.1.2　换热式反应器 131

9.1.3　径向反应器 131

9.1.4　非稳态操作反应器 132

9.2　固定床反应器的压降 132

9.3　固定床绝热式催化反应器 133

9.3.1　催化剂用量 133

9.3.2　多段绝热式反应器的最佳温度设计 134

9.3.3　其他最佳操作参数 137

9.4　连续换热式催化反应器 137

9.4.1　一维拟均相模型 137

9.4.2　一维拟均相扩散模型 138

9.4.3　二维拟均相模型 139

9.5.1　一维多相模型 140

9.5　固定床反应器的多相模型 140

9.5.2　二维多相模型 141

9.6　气-固流化床催化反应器 141

9.6.1　气-固流化床的应用和结构 142

9.6.2　流化床反应器的数学模型 143

9.6.3　移动床反应器 145

第10章　气-液反应和气-液反应器 147

10.1　气-液反应过程 147

10.1.1　气-液相间传质模型 147

10.1.2　化学反应在吸收中的作用 149

10.2.1　扩散-反应微分方程 150

10.2　气-液反应宏观动力学 150

10.2.2　一级不可逆反应 151

10.2.3　不可逆瞬间反应 152

10.2.4　二级不可逆反应 153

10.3　气-液反应器 155

10.3.1　气-液反应器的类型和性质 155

10.3.2　鼓泡塔的数学模型 156

10.3.3　环流反应器的数学模型 158

第11章　气-液-固三相反应器 161

11.1　气-液-固三相反应器的用途 161

11.1.1　气-液-固三相反应器的主要类型 161

11.1.2　气-液-固三相体系中的传递过程 163

11.1.3　气-液-固三相反应器的数学模型 165

11.2　固定床三相反应器 167

11.2.1　滴流床反应器 167

11.2.2　气液并流鼓泡床反应器 170

11.2.3　气液逆流固定床反应器 170

11.3　固相运动的三相反应器 171

11.3.1　三相浆态鼓泡床反应器 171

11.3.2　三相搅拌槽浆态反应器 171

11.4　其他多相反应体系 174

第12章　反应工程学中的数学模型方法 175

12.1　数学模型方法和模型类型 175

12.2.1　整体（黑箱）模型 176

12.2　建立复杂程度合适的反应器模型 176

12.2.2　分区模型 177

12.2.3　微分方程（分布参数）模型 178

12.3　数学模型的物理化学基础 179

12.3.1　模型主框架的构成要素 179

12.3.2　滴流床中静滞液量的数学模型 180

12.3.3　滴流床中液体的径向分布 182

12.4　反应器模型化的工具 183

主要参考文献 184

习题 186

附录 195

附录A　拉普拉斯变换 195

附录B　符号说明 200