第一节 无机化工反应工程的内容与任务 1
第一章 导论 1
第二节 化学反应工程研究中的数学模拟方法 3
第三节 反应器的放大方法 4
第四节 反应器的最佳化 6
第二章 化学动力学 8
第一节 化学反应速率表示方式 8
2-1 间歇系统 8
一、连续系统中反应速率的表示方式 9
2-2 连续系统 9
二、反应率 12
第二节 动力学方程 13
2-3 动力学方程表示方式 13
2-4 单一反应 17
2-5 多个反应 18
2-6 反应速率常数 20
第三节 气—固相催化反应动力学 25
一、固体催化剂 26
2-7 固体催化剂及孔结构 26
二、固体催化剂的孔结构 29
2-8 吸附等温方程 33
一、物理吸附与化学吸附 33
二、理想吸附层等温方程 35
三、真实吸附层等温方程 37
2-9 均匀表面吸附动力学方程 38
一、过程为反应物的化学吸附所控制 39
二、过程为表面化学反应所控制 40
三、过程为生成物的脱附所控制 41
2-10 不均匀表面吸附动力学方程 42
一、过程为单组分反应物的化学吸附所控制 43
二、过程为表面化学反应控制 43
三、过程为单组分生成物的脱附所控制 44
参考文献 45
习题 45
第三章 理想流动与非理想流动反应器 48
第一节 反应器中流体流动模型 48
一、理想流动模型 49
3-1 流动系统反应器中流体流动的模型 49
二、非理想流动模型 50
3-2 流动型式对化学反应速率的影响 51
第二节 理想反应器反应体积的计算 52
3-3 反应器计算的基本方程 52
3-4 间歇反应器反应体积的计算 53
3-5 理想置换反应器反应体积的计算 56
一、等温理想置换反应器 56
二、变温理想置换反应器 58
3-6 单级理想混合反应器反应体积的计算 61
3-7 多级理想混合反应器反应体积的计算 63
一、多级理想混合反应器的推动力 63
二、多级理想混合反应器各级浓度的分析计算 64
三、多级理想混合反应器各级浓度的图解计算 67
四、多级理想混合反应器各级反应率的最佳分配 70
3-8 理想流动反应器反应体积的比较 72
3-9 想反应器的组合 76
3-10 逗留时间分布 80
第三节 非理想流动反应器 80
3-11 逗留时间分布的实验测定 82
一、阶跃注入法 82
二、脉冲注入法 83
3-12 逗留时间分布函数与分布密度 87
一、理想流型的逗留时间分布 87
二、实际流型的逗留时间分布 89
一、实际反应器的反应率 96
3-13 实际流动反应器的计算 96
二、扩散模型反应器的反应率 97
三、多级串联理想混合反应器的反应率 98
第四节 反应器的热稳定性 99
3-14 理想混合反应器的热稳定性 99
3-15 操作参数对理想混合反应器热稳定性的影响 102
参考文献 104
习题 104
一、固体颗粒的相当直径及形状系数 106
4-1 固定床的物理特性 106
第一节 固定床流体力学 106
第四章 颗粒床传递过程 106
二、混合颗粒的平均直径及形状系数 107
三、固定床的空隙率 108
四、固定床的当量直径 109
4-2 单相流体在固定床中的流动 109
一、流动特性 109
二、床层中流体的径向流速分布 110
4-3 单相流体通过固定床的压力降 110
一、固定床压力降的计算 110
二、影响固定床压力降的因素 112
第二节 径向流动反应器中流体的分布 115
4-4 变质量流动和动量交换系数 115
4-5 穿孔阻力系数 120
第三节 固定床热量与质量传递过程 121
4-6 固定床径向传热过程分析 122
4-7 固定床对壁的给热系数 123
一、径向有效导热系数 124
4-8 固定床径向有效导热系数和管壁给热系数 124
二、壁给热系数 126
4-9 固定床径向与轴向传热的偏微分方程 127
4-10 固定床径向及轴向的扩散 128
一、固定床径向及轴向扩散系数 128
二、固定床反应器的轴向返混 129
4-11 固定床中流体与颗粒外表面的传热与传质系数 129
第四节 流化床热量与质量传递过程 130
二、气泡相与颗粒相间的交换 131
一、聚式流态化 131
4-12 气-固相流化床中气相与固体的接触及混合 131
三、固体的混合与气体的混合 132
4-13 流化床传热 132
一、颗粒间的给热 132
二、固体颗粒与流体间的传热 132
三、流化床床层与换热元件壁面间的给热 133
参考文献 135
习题 135
5-1 气-固相催化反应过程中反应组分的浓度分布 137
第五章 气-固相催化反应宏观动力学 137
第一节 气-固相催化反应的宏观过程 137
5-2 内表面利用率与宏观动力学方程 138
5-3 催化反应控制阶段的判别 139
一、一级不可逆反应的解析解 140
第二节 催化剂颗粒内气体的扩散 140
5-4 分子扩散系数 141
一、双组分体系 141
二、多组分体系 142
5-5 努森扩散系数 144
5-6 孔内组分的综合扩散系数 144
5-7 颗粒内组分的有效扩散系数及曲节因子 145
5-8 有效扩散系数及曲节因子的测试 146
第三节 内表面利用率 147
5-9 球形催化剂颗粒内组分浓度分布及温度分布的微分方程 147
一、浓度分布的微分方程 147
二、温度分布的微分方程 148
5-10 等温情况下催化剂的内表面利用率-幂函数型动力学方程 149
二、一级可逆反应的解析解 153
三、可逆非一级反应的近似解 154
四、可逆非一级反应的数值解 159
五、粒度、温度和反应率对内表面利用率的影响 164
5-11 非等温情况下球形催化剂的内表面利用率 165
5-12 等温情况下催化剂的内表面利用率——双曲型动力学方程 166
5-13 催化剂外表面的浓度及温度 167
第四节 气-固相催化反应动力学的测试 171
5-14 动力学测试的基本要求及测试用反应器 171
5-15 气-固相催化反应动力学方程的建立 175
一、作图法 176
二、参数估值法 182
参考文献 186
习题 187
第六章 气-固相绝热催化反应器 190
第一节 概述 190
6-1 基本设计原则 190
6-2 基础数学模型 191
6-3 反应器计算的基本方程 192
第二节 气-固相催化反应器的最佳操作参数 193
6-4 最佳温度 194
一、不可逆反应 194
二、可逆吸热反应 194
三、可逆放热反应 194
6-5 可逆放热反应的最佳温度曲线 195
一、最佳温度曲线 195
二、最佳温度曲线的计算 197
三、扩散过程对最佳温度曲线的影响 199
6-6 可逆放热催化反应实现最佳温度的方法 200
6-7 其他最佳操作参数 202
一、最佳反应压力 202
二、反应混合物的最佳初始组成 202
三、最佳最终反应率与最佳空间速度 203
四、最佳催化剂颗粒尺寸和反应混合物的质量流速 203
第三节 绝热催化床 205
6-8 绝热温升 205
6-9 绝热催化床反应体积的计算 206
一、图解积分法求解 207
二、龙格-库塔法求解 209
6-10 单段绝热催化床的最佳进口温度 214
6-11 外扩散控制时催化反应器的计算 215
笫四节 多段换热式催化反应器 220
6-12 多段换热式催化反应器的工艺特征 220
一、多段间接换热式 221
二、多段直接换热式 221
一、多段间接换热式各段始末温度及反应率的最佳分配 226
6-13 多段换热式催化反应器各段始末温度及反应率最佳分配 226
二、多段冷激式各段始末温度及反应率和段间冷激气量的最佳分配 238
参考文献 241
习题 241
第七章 气-固相连续换热式催化反应器 244
第一节 连续换热式催化反应器的基本结构 244
7-1 连续换热的方式 244
7-2 各种冷管结构的比较 246
7-3 反应及传热微分方程组数学模型的建立 247
第二节 连续换热式催化床的-维模型 247
7-4 微分方程组的解 249
一、一些常数、系数的计算和边界条件的确定 249
二、催化剂的校正系数 250
三、修正欧拉法求解 251
第三节 连续换热式催化床的二维模型 263
7-5 数学模型的建立 263
7-6 偏微分方程组的差分法数值解 264
参考文献 274
习题 274
第八章 气—固相外热管式催化反应器 275
第一节 烃类蒸汽转化的工艺特征 276
8-1 烃类蒸汽转化反应 276
一、烃类蒸汽转化反应的平衡组成 276
二、转化催化剂 279
三、反应机理与反应动力学方程 280
四、扩散过程的影响与宏观动力学方程 281
一、概述 283
二、炉型比较 285
第二节 燃烧管式反应器中的辐射传热 286
8-3 燃烧管式反应器传热过程分析 286
8-4 辐射传热及辐射能的量度 287
8-2 烃类蒸汽转化管式炉 288
8-5 辐射传热计算 289
一、辐射传热基本计算式 289
二、角系数 291
三、总辐射能到达率 294
四、气体辐射 295
五、辐射室传热的区域分析法 296
第三节 转化炉的数学模型 299
8-6 一维简化模型 299
一、速率方程 299
二、热量衡算方程 300
三、压力降方程 300
第九章 流—固相非催化反应动力学及反应器 300
8-7 二维模型与径向梯度 304
8-8 管内管外数学模型的综合解 307
习题 308
参考文献 308
第一节 流—固相非催化反应的模型 309
第二节 固体颗粒大小不变时的反应速率 311
9-1 反应步骤与速率公式 311
9-2 气体滞流膜扩散控制 314
9-3 固相产物层内的扩散控制 315
9-4 化学反应控制 315
第三节 固体颗粒缩小时的反应速率 316
9-5 气体滞流膜扩散控制 317
9-6 化学反应控制 318
9-7 控制步骤的判别 318
第四节 流—固相非催化反应器的计算 322
9-8 固体颗粒呈理想置换流动 322
9-9 固体颗粒呈理想混合流动 324
一、均匀颗粒 324
二、不均匀颗粒 326
9-10 流体反应物浓度变化时的计算 332
参考文献 335
习题 335
第十章 气—液相反应动力学及反应器 337
第一节 伴有化学反应的气—液相平衡 337
10-1 气—液相平衡 337
10-2 溶液中气体溶解度系数的估算 339
10-3 相平衡与化学平衡的关联 341
10-4 气—液相间的物质传递 344
第二节 气液反应历程 344
10-5 化学反应在吸收中的作用 346
一、化学反应可忽略的吸收过程 346
二、在液流主体中进行缓慢化学反应的吸收过程 346
三、在液膜中进行反应的化学吸收和增大因子 347
第三节 气—液相反应动力学 349
10-6 伴有化学反应的液相扩散过程 349
10-7 一级不可逆反应 350
10-8 不可逆瞬间反应 353
10-9 二级不可逆反应 355
10-10 以有限速率进行的可逆反应 357
10-11 瞬间可逆反应 359
第四节 无机化工气—液相反应实例 360
10-12 硫化氢与氨水的反应 360
10-13 一氧化碳与铜氨液的反应 361
10-14 氧化碳与碳酸盐的反应 363
10-15 氮氧化物与水的反应 365
10-16 槽式反应器 368
第五节 气液吸收传质系数测试 368
10-17 湿壁塔 370
10-18 圆盘塔 372
第六节 气液吸收器 373
10-19 吸收剂选择 373
一、水溶液吸收合成氨原料气中硫化氢 374
二、原料气中二氧化碳的脱除 375
10-20 吸收过程工艺流程 376
10-21 气液反应器选型与强化 377
10-22 带化学反应气—液吸收器计算方法与实例 379
一、液相β·H很大而全塔处于气膜控制 380
二、快速虚拟一级不可逆反应系统 381
三、不可逆瞬间反应吸收 382
四、慢速一级不可逆反应 383
五、复杂反应吸收系统计算的原则步骤 384
第七节 热量与质量同时传递的气液过程 384
10-23 混合气体的增湿与减湿 384
一、增湿与减湿过程 384
二、气体洗涤塔的基本计算 387
10-24 混合气体中可凝性气体的冷凝 390
10-25 热量与质量同时传递的吸收过程 395
参考文献 399
习题 399
附录 402
一、某些微分方程的解 402
二、气体分子扩散系数 407
三、加压下混合气体的粘度及导热系数 409
四、加压下混合气体的定压热容 411