化学反应器的设计、优化和放大PDF电子书下载

第1章 理想反应器中的基元反应 1

1.1 物料衡算 1

目录 1

1.2　基元反应 2

1.2.1　一级单分子反应 4

1.2.2　二级反应，单反应物 4

1.2.4　三级反应 5

1.3　反应级数与机理 5

1.2.3　二级反应，双反应物 5

1.4　理想的等温反应器 6

1.4.1　理想间歇反应器 7

1.4.2　活塞流反应器 11

1.4.3　连续流动搅拌釜 14

1.5　混合时间与放大 15

1.6　间歇与流动，釜式反应器与管式反应器 18

习题 19

进一步阅读的建议 22

参考文献 22

第2章　间歇反应器中的多重反应 23

2.1　非基元多重反应 23

2.2　多重反应的组分反应速率 24

2.3　间歇反应器中的多重反应 25

2.4　一阶常微分方程组的数值解 26

2.5　可解析求解的例子 31

2.5.1　n级反应 31

2.5.2　连串的一级反应，A→B→C→ 31

2.5.3　拟定态假定 33

2.5.4 自催化反应 36

2.6　变体积间歇反应器 39

2.6.1　恒质量的体系 39

2.6.2　半间歇反应器 42

2.7　间歇反应的放大 43

2.8.2　多重反应的化学计量学 44

2.8.1　单一反应的化学计量学 44

2.8　化学计量学与反应坐标 44

习题 47

参考文献 50

进一步阅读的建议 50

附录2　常微分方程组的数值解 51

第3章　等温活塞流反应器 54

3.1　恒质量流的活塞流 55

3.1.1 气相反应 57

3.1.2　液相反应 64

3.2　管式反应器的放大 66

3.2.1 多管并联 67

3.2.2　多管串联 68

3.2.3　利用几何相似放大 71

3.2.4　恒压降放大 73

3.2.5　缩小 74

3.3　流逸壁反应器 74

习题 76

参考文献 78

进一步阅读的建议 78

第4章　搅拌釜和反应器的组合 79

4.1　连续流动搅拌釜式反应器 79

4.2　假瞬态法 80

4.3　变密度的连续搅拌釜式反应器 83

4.3.1 液相连续搅拌釜式反应器 83

4.3.2　变密度的连续搅拌釜式反应器的计算步骤 84

4.3.3　气相连续搅拌釜式反应器 86

4.4　等温连续搅拌釜式反应器的放大 89

4.5　反应器的组合 90

4.5.1 串联和并联连接 90

4.5.2　多釜串联 92

4.5.3　循环回路 94

习题 96

A.4.1 二分搜索 99

进一步阅读的建议 99

附录4　联立代数方程组的求解 99

A.4.2 多维Newton法 100

第5章　热效应和能量衡算 102

5.1　反应速率与温度的关系 102

5.1.1　Arrhenius温度关系式 102

5.1.2　等温反应器的最优温度 104

5.2　能量衡算 107

5.2.1　非等温间歇反应器 108

5.2.2　非等温活塞流 110

5.2.3　非等温连续搅拌釜式反应器 112

5.3　非等温反应器的放大 116

5.3.1　避免放大问题 116

5.3.2　搅拌釜的放大 117

5.3.3　管式反应器的放大 119

习题 122

进一步阅读的建议 124

参考文献 124

第6章　设计和优化研究 125

6.1　连串反应序列 125

6.2　竞争反应序列 136

习题 137

进一步阅读的建议 138

附录6　数值最优化方法 139

A.6.1 随机搜索 139

A.6.2　黄金分割搜索 139

A.6.3　参数最优化的先进方法 140

A.6.4　泛函最优化 140

第7章　拟合速率数据和利用热力学 141

7.1　速率数据的分析 141

7.1.1　最小二乘分析 142

7.1.2　搅拌釜和微分反应器 143

7.1.3　间歇反应器和活塞流反应器 147

7.1.4　非理想反应器 151

7.2　化学反应的热力学 153

7.2.1　能量衡算式中的各项 153

7.2.2　反应平衡 159

习题 169

参考文献 172

进一步阅读的建议 172

附录7.1　线性回归分析 173

附录7.2　例题7.16的程序 175

第8章　层流实际管式反应器 180

8.1　忽略扩散的等温层流 180

8.1.1　忽略扩散的判据 181

8.1.2　混合杯平均 181

8.1.3　停留时间理论的概述 183

8.2　质量的对流扩散 183

8.3　数值求解方法 185

8.3.1 直线法 186

8.3.2　Euler法 187

8.3.3　精确度和稳定性 188

8.3.4　梯形规则 188

8.3.5　量纲一的变量的应用 193

8.4　滑动流和直角坐标 194

8.5　特殊的速度分布 196

8.5.1　平坦速度分布 196

8.5.2　移动平板间的流动 198

8.5.3　静态混合器 198

8.6　对流热扩散 199

8.6.1 量纲一的热量传递方程 200

8.6.2　最优壁温 202

8.7　粘度的径向变化 202

8.8　径向速度 206

8.9　可变物理性质 207

8.10　层流反应器的放大 207

习题 208

8.10.1　等温层流流动 208

8.10.2　非等温层流流动 208

参考文献 211

进一步阅读的建议 211

附录8.1　对流扩散方程 211

附录8.2　有限差分近似 212

附录8.3　隐式差分模式 214

第9章　湍流实际管式反应器 217

9.1 固定床反应器 217

9.2　管内湍流 224

9.3　轴向分散模型 225

9.3.1　Danckwerts边界条件 225

9.3.2　一级反应 227

9.3.3　轴向分散模型的应用 228

9.4　非等温轴向分散 229

9.5　两点边值问题的数值解法 230

习题 236

9.6　放大和模型化的考虑 236

参考文献 237

进一步阅读的建议 238

第10章　非均相催化 239

10.1　传递和反应步骤概述 240

10.2　传递和反应的控制方程 240

10.3　本征动力学 242

10.3.1　从各速率相等性获得的本征速率表达式 242

10.3.2　基于速率控制步骤的模型 244

10.3.3　推荐模型 246

10.4　效率因子 247

10.4.1　孔扩散 247

10.4.2　膜传质 249

10.4.3　非等温效率因子 250

10.4.4　失活 251

10.5　本征动力学的实验确定 253

习题 256

10.6　非定态操作和表面持有量 256

参考文献 259

进一步阅读的建议 259

第11章　多相反应器 260

11.1　气-液相和液-液相反应器 260

11.1.1　两相搅拌釜反应器 260

11.1.2　传质系数的实验测定 269

11.1.3　活塞流中的流体-流体接触 272

11.1.4　其他混合结合 275

11.1.5　传质系数的预测 277

11.2　三相反应器 278

11.2.1　滴流床反应器 278

11.2.2　气体-进料浆态反应器 279

11.3　运动固体反应器 280

11.3.1　鼓泡流态化 281

11.4　非催化的流体-固相反应 282

11.3.3　喷动床 282

11.3.2　快速流态化 282

11.5　用于纳米技术的反应工程 286

11.5.1　微电子 286

11.5.2　化学气相沉积 287

11.5.3 自组装 287

11.6　多相反应器的放大 287

11.6.1　气-液相反应器 288

11.6.2　气体-移动的固体反应器 289

习题 289

参考文献 290

进一步阅读的建议 291

第12章　生化反应工程 292

12.1　酶催化 292

12.1.1　Michaelis-Menten方程及相关动力学 293

12.1.2　抑制、活化和失活 295

12.1.3 固定化酶 295

12.1.4　酶催化反应器设计 296

12.2　细胞培养 298

12.2.1　生长动力学 299

12.2.2 自由悬浮细胞反应器 302

12.2.3　固定化细胞 306

习题 306

参考文献 307

进一步阅读的建议 307

第13章　聚合物反应工程 308

13.1 聚合反应 308

13.1.1　逐步增长聚合反应 308

13.1.2　链增长聚合反应 311

13.2　相对分子质量分布 312

13.2.1　分布函数和矩 312

13.2.2　相对分子质量的加和规则 313

13.3　缩聚反应的动力学 314

13.3.1　转化率 314

13.2.3　相对分子质量的测定 314

13.3.2　数均链长和重均链长 315

13.3.3　相对分子质量分布函数 316

13.4　加聚反应的动力学 318

13.4.1　活性聚合物 319

13.4.2 自由基聚合反应 321

13.4.3　过渡金属催化 323

13.4.4　乙烯基共聚反应 324

13.5.1 聚合物为连续相的搅拌釜 327

13.5　聚合反应器 327

13.5.2　聚合物为连续相的管式反应器 329

13.5.3　悬浮相聚合反应 333

13.6　放大考虑 334

13.6.1　二元缩聚反应 334

13.6.2 自冷凝的缩聚反应 334

13.6.3　活性加聚反应 334

习题 335

13.6.4　乙烯基加聚反应 335

进一步阅读的建议 336

参考文献 336

附录13.1 管式聚合反应器的集总参数模型 337

附录13.2　管式反应器中缩聚反应的变粘度模型 341

第14章　非定态反应器 346

14.1　非定态搅拌釜 346

14.1.1 等温连续搅拌釜式反应器的动态特征 347

14.1.2　非等温搅拌釜反应器 352

14.2　非定态活塞流 354

14.3　非定态对流扩散 356

习题 357

参考文献 359

进一步阅读的建议 359

15.1　停留时间理论 361

15.1.1　惰性示踪剂实验 361

第15章　停留时间分布 361

15.1.2　平均值和矩 363

15.2　停留时间模型 365

15.2.1　理想反应器和反应器组合 365

15.2.2　流体力学模型 371

15.3　反应产率 375

15.3.1 一级反应 375

15.3.2　其他反应 376

15.4.1　非定态流动系统 382

15.4　停留时间理论的推广 382

15.4.2　接触时间分布 383

15.4.3　热时间 383

15.5　放大的考虑 383

习题 384

参考文献 386

进一步阅读的建议 386

索引 387