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第1章 绪论 1

1.1 多相催化与国民经济 2

1.2 催化步骤过程 3

1.3 催化反应工程的重要性 4

1.4 催化反应工程的主要内容 5

1.5 催化反应器的分类 7

参考文献 9

第2章 催化反应动力学基础 11

2.1 化学动力学 11

2.1.1 反应速率定义和概念 11

2.1.2 反应速率方程和反应级数 13

2.1.3 用于反应器设计的速率方程 14

2.2 实验室催化反应器 15

2.2.1 引言 15

2.2.2 实验室催化反应器分类 16

2.2.3 实验室催化反应器选择的要素 21

2.2.4 本征动力学研究催化反应器选择的准则 22

2.2.5 常用实验室催化反应器 23

2.2.6 实验室催化反应器小结 29

2.3 催化反应动力学数据的测量和加工 29

2.3.1 本征动力学数据的测量 32

2.3.2 催化反应动力学实验的设计 33

2.3.3 把C-t（W/F）数据转化为r-C数据的常用方法 35

2.4 催化反应动力学模型 39

2.4.1 引言 39

2.4.2 速率控制步骤和准稳态假设 41

2.4.3 指数率模型 42

2.4.4 Langmuir-Hinshelwood模型 42

2.4.5 氧化还原机理和动力学方程 44

2.4.6 复杂催化反应动力学 45

2.4.7 催化反应网络 46

2.4.8 动力学参数的计算 51

2.5 催化反应速率方程建立的实例 59

2.5.1 第一类实例：用两步机理获得动力学方程 59

2.5.2 第二类实例：反应级数和速率常数的确定 62

2.5.3 动力学参数计算例子——乙醇脱氢 67

2.5.4 第三类实例：综合性例子 70

2.6 催化剂失活 83

2.6.1 引言 83

2.6.2 催化剂失活的物理化学 83

2.6.3 催化剂失活动力学 84

2.6.4 温度-时间轨线 92

2.6.5 失活对催化剂性能的影响 93

2.6.6 失活反应级数的确定 94

参考文献 98

第3章 催化反应中的传递过程 99

3.1 传递过程的基本规律 99

3.1.1 基本定律 99

3.1.2 传递参数 100

3.1.3 气体中的扩散系数 106

3.1.4 液体中的扩散系数 108

3.2 多孔催化剂中的扩散 110

3.2.1 大孔中的扩散 110

3.2.2 细孔中的扩散 111

3.2.3 表面扩散 111

3.2.4 微孔中的流动 112

3.2.5 分子筛中的扩散 113

3.2.6 多孔固体中扩散系数的测量 116

3.3 流固间的传质和传热系数的实验关联 116

3.3.1 外扩散阻力 116

3.3.2 传质系数和传热系数 117

3.3.3 流固间的传质和传热关联 119

3.3.4 填料床中的压力降 122

3.3.5 填料床层中的轴向扩散 124

3.3.6 与床层壁间的传热 126

3.4 多孔催化剂中的扩散和反应 126

3.4.1 引言 126

3.4.2 等温球形催化剂颗粒中的扩散和反应 127

3.4.3 等温反应催化剂粒子的效率（有效）因子 128

3.4.4 非等温反应效率因子 130

3.4.5 扩散限制反应的一些特征 131

3.4.6 总效率因子 133

3.4.7 催化剂颗粒中的多稳态现象 134

3.4.8 例子 135

3.5 三相催化反应动力学和反应器效率 142

3.5.1 引言 142

3.5.2 三相体系的催化反应动力学 143

3.5.3 三相反应体系中本征动力学数据的分析 143

3.5.4 总效率因子 148

3.5.5 零级反应 154

3.5.6 可逆反应 157

3.5.7 双反应物限制速率情形的分析 158

3.5.8 反应器效率 162

参考文献 170

第4章 催化反应器设计Ⅰ：等温情形 172

4.1 引言 172

4.1.1 概述 172

4.1.2 催化反应器设计的一般方法 173

4.1.3 反应器中的物料平衡和设计方程 174

4.2 等温反应器设计 175

4.2.1 等温反应器设计结构 175

4.2.2 间歇反应器的设计 176

4.2.3 管式反应器 185

4.2.4 压力降 188

4.2.5 可逆反应 197

4.2.6 反应器的非稳态操作 200

4.2.7 举例 204

4.2.8 反应分离 210

参考文献 211

第5章 催化反应器设计Ⅱ：非等温情形 213

5.1 引言 213

5.2 能量平衡 214

5.2.1 热力学第一定律 214

5.2.2 功的计算 215

5.2.3 从稳态摩尔流获得反应热 216

5.2.4 反应焓项 217

5.2.5 △HR（T）、△H？（TR）和△Cp与温度间的关联 218

5.2.6 恒定热容或平均热容 218

5.2.7 可变热容 219

5.2.8 加进反应器的热量Q 220

5.3 稳态下的非等温连续流动反应器 221

5.3.1 应用于CSTR 221

5.3.2 绝热管式催化反应器 228

5.3.3 有热交换的稳态管式反应器 233

5.4 平衡转化 235

5.4.1 绝热温升和平衡转化 236

5.4.2 吸热反应 238

5.4.3 最佳进料温度 240

5.5 非稳态操作 240

5.5.1 通用方程 240

5.5.2 活塞流反应器的非稳态操作 241

5.5.3 CSTR非稳态操作 242

5.5.4 间歇反应器 243

5.6 非绝热操作：二氧化硫氧化 247

5.6.1 硫酸的制造 247

5.6.2 催化剂的量 248

5.6.3 反应器构型 248

5.6.4 操作条件 249

5.7 多稳态 256

5.7.1 移热项R（T） 257

5.7.2 “热产生”项G（T） 258

5.7.3 着火-熄火曲线 259

5.7.4 稳态分叉分析 261

5.7.5 稳态的接近 265

5.7.6 非等温反应器设计小结 268

参考文献 270

第6章 工业催化反应器介绍 271

6.1 引言 271

6.2 绝热固定床催化反应器 272

6.2.1 反应器模型 273

6.2.2 模型参数的无因次化 274

6.2.3 绝热固定床反应器的设计数据 275

6.2.4 多稳态 277

6.2.5 设计参数和判据 277

6.3 自热固定床催化反应器 279

6.4 非等温非绝热管式反应器 281

6.4.1 模型 281

6.4.2 无因次参数 283

6.4.3 设计数据 284

6.5 应用实例 286

6.5.1 参数敏感性和飞温 287

6.5.2 一维、二维模型 288

6.5.3 设计参数 289

6.5.4 固定床反应器的控制 289

6.5.5 小结 289

6.6 气固流化床催化反应器中的气固流动 290

6.6.1 引言 290

6.6.2 固体颗粒在床层中的流动和气固流化中的流区 291

6.6.3 流化床反应器气固流动和传递 295

6.7 气固流化床反应器模型 300

6.7.1 鼓泡流化床反应器模型 301

6.7.2 湍流流化床反应器模型 302

6.7.3 循环流化床反应器模型 302

6.8 气固流化床催化反应器设计 305

6.9 气液固三相反应器介绍 314

6.9.1 应用 314

6.9.2 三相催化反应器的类型 316

6.9.3 固定床和浆态床反应器的比较 317

6.9.4 操作模式 319

6.9.5 涓流床催化反应器 321

6.9.6 鼓泡填料塔反应器 331

6.9.7 三相流化床反应器 334

6.9.8 机械搅拌浆态反应器 338

6.9.9 鼓泡塔浆态反应器 342

参考文献 345

主要编写人员简介 347