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绪论 1

0.1化学反应工程的性质、研究内容与方法 1

0.1.1化学反应工程的性质、研究内容与方法 1

0.1.2化学反应工程学科的发展 2

0.2化学反应与化学反应器分类 3

0.2.1化学反应与相态 3

0.2.2化学反应器分类 4

0.3化学反应器的操作方式 7

0.4反应器的工业放大 8

第1章 均相反应动力学 10

1.1基本概念和定义 10

1.1.1反应速率 10

1.1.2反应速率方程 11

1.1.3反应速率常数与反应活化能 12

1.1.4反应进度 12

1.1.5转化率 12

1.1.6选择性和收率 13

1.2等温恒容反应体系 14

1.2.1单一反应体系 14

1.2.2平行反应体系 17

1.2.3连串反应体系 19

1.2.4平行-连串反应体系 21

1.3等温变容反应体系 22

1.3.1膨胀因子与膨胀率 23

1.3.2非恒容体系的反应速率表达式 24

1.3.3复合反应膨胀因子与膨胀率 26

1.4温度对反应速率的影响 27

1.4.1温度对化学平衡的影响 27

1.4.2温度对可逆吸热反应速率的影响 28

1.4.3温度对可逆放热反应速率的影响 28

习题 31

第2章 理想反应器 33

2.1概述 33

2.1.1理想流动模型 33

2.1.2理想反应器的分析与设计原理 34

2.2间歇搅拌釜式反应器 35

2.2.1等温间歇反应器及体积的计算 35

2.3连续搅拌釜式反应器 38

2.3.1等温单级CSTR 38

2.3.2等温多级CSTR串联 40

2.3.3等温多级CSTR串联的图解计算 40

2.3.4等温串联釜式反应器体积优化 43

2.3.5等温多级CSTR并联 45

2.3.6非等温CSTR 46

2.4连续搅拌釜式反应器的稳态操作 47

2.4.1釜式反应器操作的热稳定条件 47

2.4.2稳态操作点的热稳定性与参数灵敏性分析 48

2.4.3操作参数对热稳定性的影响 49

2.5管式反应器 50

2.5.1等温管式反应器 50

2.5.2 PFR的串联和并联 52

2.5.3循环操作 54

2.6各种理想反应器及其组合的性能比较 55

2.6.1反应器浓度分析 55

2.6.2反应器体积、转化率的比较 56

2.6.3反应收率的比较 59

2.6.4不同型式反应器的组合 63

习题 64

第3章 非理想流动 68

3.1概述 68

3.2非理想流动对反应过程的影响 69

3.2.1返混和停留时间分布的概念 69

3.2.2停留时间分布的影响 70

3.2.3返混的影响 70

3.3停留时间分布的数学描述 71

3.3.1停留时间分布函数和停留时间分布密度函数 71

3.3.2停留时间分布的数字特征 72

3.3.3无量纲停留时间 72

3.4停留时间分布的测定 73

3.4.1脉冲输入法 73

3.4.2阶跃输入法 77

3.5理想流动模型的停留时间分布 78

3.5.1平推流模型 78

3.5.2全混流模型 78

3.6非理想流动模型 80

3.6.1层流模型 80

3.6.2多釜串联模型 82

3.6.3轴向扩散模型 83

3.7非理想流动对反应器性能的影响 88

3.7.1离析流模型的转化率 88

3.7.2轴向扩散模型的转化率 89

习题 93

第4章 多相系统中的化学反应与传递现象 96

4.1催化剂 97

4.1.1固体催化剂的宏观结构与特性 97

4.1.2多相催化过程与步骤 98

4.2催化剂表面上的吸附 99

4.2.1物理吸附和化学吸附 99

4.2.2均匀表面吸附模型 99

4.2.3非均匀表面吸附模型 100

4.3多相催化反应的本征动力学 101

4.3.1本征动力学的意义 101

4.3.2双曲线型速率方程 101

4.3.3幂函数型速率方程 106

4.3.4控制步骤的判定 107

4.4多相催化反应的宏观动力学 107

4.4.1分子扩散和努森扩散 107

4.4.2多相催化反应的宏观动力学 108

4.4.3扩散控制的判定 111

4.4.4催化剂失活 112

习题 114

第5章 多相催化反应器的设计 116

5.1多相催化反应器类型 116

5.1.1固定床反应器类型及工业应用 116

5.1.2流化床反应器类型及工业应用 118

5.2固定床内的传递现象 120

5.2.1固定床内的流体流动 120

5.2.2质量和热量的轴向扩散 122

5.2.3径向传质与传热 123

5.3固定床催化反应器的数学模型 125

5.4绝热固定床催化反应器 127

5.4.1绝热反应器 127

5.4.2催化剂用量 129

5.4.3多段绝热反应器的设计 131

5.5连续换热反应器 136

5.5.1连续换热反应器的分类和特征 136

5.5.2一维拟均相模型 137

5.5.3二维拟均相模型 141

5.6固定床催化反应器的热稳定性 142

5.6.1多重稳态的可能性 142

5.6.2热点、失控和参数敏感性的概念 143

5.7流化床反应器的流化特性 144

5.8流化床反应器的数学模型及设计 145

5.8.1两相模型 145

5.8.2鼓泡床模型 151

5.8.3流化床反应器设计的特别考虑 158

5.9流化床反应器的放大 159

习题 160

第6章 反应器设计的一般原则和方法 164

6.1概述 164

6.1.1反应器设计的一般程序 164

6.1.2反应器设计决策的基本问题 166

6.2操作条件的选择 166

6.2.1单一反应体系 166

6.2.2复合反应体系 167

6.2.3催化剂对选择性的影响 168

6.3反应器型式和操作方式 170

6.3.1反应器选型的一般原则 170

6.3.2反应器组合 170

6.3.3反应器型式对收率的影响 171

6.3.4加料方式对收率的影响 171

6.4反应器结构与换热方式 172

6.4.1选择反应器结构和换热方式的一般原则 172

6.4.2温度敏感性的定量判据 173

6.4.3敏感性放热反应的对策 174

6.4.4吸热反应的温度控制 174

习题 174

第7章 气液相反应及反应器 176

7.1气液反应平衡 176

7.1.1气液相平衡 176

7.1.2亨利定律 177

7.1.3化学反应对气液相平衡的影响 177

7.2气液反应过程 179

7.2.1气液相间传质模型 179

7.2.2气液反应过程 181

7.3气液反应宏观动力学 183

7.3.1基础方程 183

7.3.2瞬间反应 184

7.3.3中速反应 185

7.3.4慢速反应 188

7.3.5快速反应 188

7.4气液反应过程的几个重要参数 190

7.4.1膜内转化系数γ 190

7.4.2增强因子β 190

7.4.3液相反应利用率η 191

7.5气液反应器 193

7.5.1气液反应器的主要类型 193

7.5.2气液反应器特性与选型 195

7.6气液反应器的设计方程 196

7.6.1填料塔反应器 196

7.6.2鼓泡塔反应器 200

7.6.3搅拌鼓泡釜式反应器 209

习题 211

第8章 新型反应器 214

8.1概述 214

8.2旋转填充床反应器 215

8.2.1旋转填充床反应器的结构与原理 215

8.2.2旋转填充床反应器的应用 217

8.3撞击流反应器 218

8.3.1撞击流反应器的分类、特性与原理 219

8.3.2撞击流反应器的应用 223

8.4超临界反应器 224

8.4.1超临界流体的特性 224

8.4.2超临界反应器的应用 225

8.5微波反应器 228

8.5.1微波反应器的基本原理 228

8.5.2微波反应器的应用 229

8.6磁流化床反应器 234

8.6.1磁流化床反应器的结构及特点 234

8.6.2磁流化床反应器的应用 235

习题 237

参考文献 238

主要符号一览表 240