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第1章 绪论 2

1.1化学反应工程的研究对象和目的 2

1.1.1约束条件 2

1.1.2优化的经济指标 3

1.1.3优化的技术指标 3

1.1.4决策变量 7

1.2化学反应工程的研究内容 9

1.2.1化学反应过程 10

1.2.2物理过程 10

1.3化学反应工程的研究方法 12

1.4化学反应工程在工业反应过程开发中的作用 13

1.4.1化学反应工程理论在反应过程开发中的作用 13

1.4.2反应过程开发与“放大效应” 14

本章小结 15

习题 15

第2章 均相反应动力学 18

2.1化学反应速率的工程表达 18

2.2均相反应中的动力学 20

2.2.1均相与预混合 20

2.2.2反应动力学表达式 21

2.2.3反应速率的温度效应和反应活化能 23

2.2.4反应速率的浓度效应和反应级数 25

2.3典型化学反应的动力学方程 28

2.3.1简单反应 28

2.3.2自催化反应 28

2.3.3可逆反应 28

2.3.4平行反应 29

2.3.5串联反应 29

2.3.6更加复杂的情况 30

2.4反应动力学测定方法 31

2.4.1动力学实验测定方法 32

2.4.2均相反应的实验反应器 37

2.5模型的检验和模型参数的估值 38

2.5.1经典方法 39

2.5.2统计学方法进行模型识别和参数估计 41

本章小结 42

习题 42

第3章 理想间歇反应器 45

3.1反应器设计基本方程 45

3.1.1反应器设计的基本内容 45

3.1.2反应器设计基本方程 45

3.2理想间歇反应器中的简单反应 46

3.2.1理想间歇反应器的特征 46

3.2.2理想间歇反应器性能的数学描述 47

3.2.3理想间歇反应器中的简单反应 49

3.2.4理想间歇反应器的最优反应时间 56

3.3理想间歇反应器中的自催化反应 58

3.4理想间歇反应器中的均相可逆反应 60

3.4.1可逆反应的特点 60

3.4.2可逆反应的反应速率 61

3.5理想间歇反应器中的均相平行反应 63

3.5.1平行反应反应物和产物浓度分布 63

3.5.2平行反应的选择率和收率 64

3.5.3选择率的温度效应 65

3.5.4选择率的浓度效应 65

3.6理想间歇反应器中的均相串联反应 66

3.6.1串联反应反应物和产物浓度分布 66

3.6.2串联反应的选择率和收率 67

3.6.3选择率的温度效应 68

3.6.4选择率的浓度效应与最优转化率 68

本章小结 68

习题 69

第4章 理想流动管式反应器 73

4.1理想流动管式反应器的特点 73

4.2理想流动管式反应器设计基本方程 73

4.3空时、空速和停留时间 75

4.4反应前后分子数变化的气相反应 78

4.4.1膨胀率法 78

4.4.2膨胀因子法 79

4.4.3变分子数反应过程的反应器计算 81

本章小结 85

习题 85

第5章 连续流动釜式反应器 88

5.1连续流动釜式反应器设计基本方程 88

5.1.1全混流假定 88

5.1.2连续流动釜式反应器中的反应速率 88

5.1.3连续流动釜式反应器的基本方程 89

5.2连续流动釜式反应器中的均相反应 91

5.2.1解析解 91

5.5.2.2图解法 93

5.3连续流动釜式反应器中的浓度分布与返混 95

5.3.1连续搅拌釜中的浓度分布特征 95

5.3.2管式循环反应器 96

5.3.3连续流动釜式反应器中的返混 98

5.4返混的原因与限制返混的措施 99

5.4.1返混的原因 99

5.4.2限制返混的措施 99

5.4.3多釜串联反应器 100

本章小结 102

习题 102

第6章 反应器中的混合现象与非理想流动 106

6.1混合现象的分类 106

6.2停留时间分布及其性质 107

6.2.1停留时间分布的表达 107

6.2.2停留时间分布的实验测定 108

6.2.3停留时间分布的数字特征 109

6.2.4平推流反应器和全混流反应器的停留时间分布 112

6.2.5停留时间分布曲线的应用 115

6.3连续流动釜式反应器中的固相反应 116

6.3.1流固相非催化反应动力学 116

6.3.2连续流动釜式反应器中固相反应过程的特殊性 119

6.3.3连续反应过程的考察方法 120

6.3.4停留时间分布对固相加工反应结果的影响 122

6.3.5固相加工反应过程的计算 123

6.4微观混合及其对反应结果的影响 124

6.4.1流体的混合态 124

6.4.2宏观流体反应过程的计算 125

6.4.3微观混合对反应结果的影响 126

6.5非理想流动模型 128

6.5.1数学模型方法 128

6.5.2扩散模型 129

6.5.3多级全混流模型 131

6.6非理想流动反应器的计算 132

6.6.1多级全混流模型反应器的计算 133

6.6.2轴向扩散模型反应器的计算 133

6.6.3数学模型方法的应用 135

本章小结 136

习题 136

第7章 反应器选型与操作优化 140

7.1概述 140

7.2影响反应场所浓度的工程因素 141

7.3简单反应过程反应器型式的比较 142

7.4自催化反应过程的优化 147

7.5可逆反应过程的优化 152

7.5.1可逆反应过程的浓度效应 153

7.5.2可逆反应过程的最优反应温度和最优温度序列 153

7.5.3可逆反应过程最优温度条件的实施 155

7.6平行反应过程的优化 157

7.6.1平行反应的选择率和收率 157

7.6.2选择率的温度效应 158

7.6.3选择率的浓度效应 159

7.6.4反应器选型 159

7.6.5反应器的操作方式 163

7.7串联反应过程的优化 166

7.7.1串联反应的选择率 166

7.7.2串联反应的收率 167

7.7.3反应器选型与操作方式 168

7.7.4双组分串联反应中过量浓度的影响 168

7.8复合反应过程的温度条件 170

7.8.1处理方法 170

7.8.2选择率与反应速率 171

7.9反应器组合优化实例 171

本章小结 173

习题 174

第8章 气固相催化反应动力学 180

8.1气固相催化反应本征动力学 180

8.1.1气固相催化反应与热质传递 180

8.1.2气固相催化反应的基本特征 181

8.1.3化学吸附的速率与平衡 182

8.1.4气固相催化反应动力学表达式 185

8.2气固相催化反应动力学的测定方法 189

8.2.1反应动力学实验前的准备 189

8.2.2测定非均相反应动力学的实验室反应器 190

本章小结 192

习题 192

第9章 气固相催化反应过程的传递现象 197

9.1气固相催化反应过程的研究方法 197

9.2等温条件下的催化剂颗粒外部传质过程 199

9.2.1反应速率和传质速率 199

9.2.2极限反应速率和极限传质速率 200

9.2.3等温条件下催化剂颗粒的外部效率因子 202

9.2.4外扩散对反应选择率的影响 204

9.2.5双组分反应系统颗粒外部传质过程 205

9.2.6流速对颗粒外部传质的影响 207

9.3等温条件下的催化剂颗粒内部传质过程 210

9.3.1催化剂颗粒内的浓度分布 210

9.3.2等温催化剂颗粒的内部效率因子 213

9.3.3催化剂颗粒内传质的表观动力学特征 214

9.3.4颗粒内部传质对选择率的影响 215

9.3.5双组分反应时颗粒内部的传质过程 215

9.3.6影响内部效率因子的因素 217

9.3.7颗粒内扩散阻力的判别 218

9.4等温条件下的总效率因子 220

9.5非等温条件下的催化剂颗粒外部传质过程 221

9.5.1催化剂颗粒外部传热 221

9.5.2非等温颗粒外部效率因子 223

9.6非等温条件下的催化剂颗粒内部传质过程 225

9.6.1催化剂颗粒内部的传热 225

9.6.2非等温颗粒内部效率因子 226

9.7固体催化剂的工程设计 228

9.7.1催化剂颗粒的形状和大小 228

9.7.2催化剂颗粒内的活性组分分布方式 230

9.7.3催化剂的孔径分布 232

本章小结 233

习题 234

第10章 热量传递与反应器的热稳定性 238

10.1热稳定性和参数灵敏性的概念 238

10.2催化剂颗粒温度的热稳定性 240

10.2.1催化剂颗粒的定态温度 240

10.2.2催化剂颗粒定态温度的稳定条件 241

10.2.3临界着火条件与临界熄火条件 242

10.2.4在上操作点时的催化剂颗粒温度 245

10.3连续搅拌釜式反应器的热稳定性 246

10.3.1全混釜的热平衡条件 246

10.3.2全混釜反应器的热稳定性 247

10.3.3操作参数对热稳定性的影响 248

10.3.4最大允许温差 248

10.3.5全混釜的参数灵敏性 249

10.3.6全混釜的可控性 249

10.4管式固定床反应器的热稳定性 251

10.4.1管式固定床反应器的热稳定条件 251

10.4.2最大允许管径和最大允许温差 252

10.4.3管式催化反应器的灵敏性 253

10.4.4热反馈与整体稳定性 254

10.5化学反应系统的传热问题 254

本章小结 255

习题 256

第11章 化学反应过程开发案例 258

11.1过程开发方法概述 258

11.1.1逐级经验放大方法 258

11.1.2数学模型方法 259

11.1.3两种开发方法的对比 260

11.1.4开发方法的基本原则 261

11.2丁二烯氯化制二氯丁烯过程的开发案例 264

11.2.1反应过程特性研究 264

11.2.2反应器结构与操作条件 265

11.2.3中试研究和预混合措施 266

11.3列管式固定床反应器开发案例 267

11.3.1过程分析 267

11.3.2换热式反应器的径向换热和径向温度分布 269

11.3.3反应器的轴向温度序列和实施方法 271

11.3.4单管研究 273

11.3.5反应器操作分析 274

11.4绝热式固定床反应器开发案例 275

11.4.1绝热式固定床反应器操作分析 275

11.4.2丙烯腈尾气处理过程特征 276

11.4.3绝热反应器设计 277

11.4.4反应器设计参数 278

11.5甲醇合成催化反应器的数学模拟案例 278

11.5.1反应器数学模型的确定 279

11.5.2物料衡算 280

11.5.3管壳型甲醇合成反应器数学模拟 282

本章小结 286

符号表 287

习题答案 289

参考文献 293