第1章 绪论 1
1.1过程工业与工业化学过程 1
1.1.1过程工业 1
1.1.2工业化学过程 2
1.2化学反应过程的基本规律 4
1.3反应过程与设备的关系 6
1.3.1最优化的经济目标 6
1.3.2最优化的技术目标 7
1.4化学反应与反应设备的分类 8
1.4.1化学反应的分类 8
1.4.2工业反应设备的类型 9
1.5化学反应器的设计与放大 12
1.5.1化学反应器的设计原则 12
1.5.2工业反应器的放大 13
1.6化学反应过程与设备的发展 15
第2章 化学反应过程基本理论 18
2.1化工原料资源 18
2.1.1 煤炭 19
2.1.2石油 21
2.1.3天然气 23
2.1.4生物质 23
2.1.5工业“三废” 25
2.2化学反应动力学基础 26
2.2.1化学反应速率 26
2.2.2反应速率的影响因素 27
2.2.3复杂反应的动力学表达 30
2.3反应器的操作方式 32
2.4反应器计算的基本方程式 33
2.4.1反应动力学方程式 34
2.4.2物料衡算式 35
2.4.3热量衡算式 35
2.5均相理想反应器 36
2.5.1均相反应器的特点 36
2.5.2釜式反应器的设计与操作 37
2.5.3管式反应器的设计与操作 43
2.6连续流动反应器的停留时间分布 45
2.6.1非理想流动 45
2.6.2停留时间分布函数 46
2.6.3停留时间分布函数的应用 48
2.7非理想流动 49
2.7.1非理想流动模型 50
2.7.2非理想流动对反应结果的影响 53
参考文献 55
第3章 釜式反应器 57
3.1间歇操作釜式反应器工艺计算 57
3.1.1反应时间 57
3.1.2反应器有效体积 58
3.2连续操作釜式反应器工艺计算 59
3.2.1单段连续釜式反应器 60
3.2.2多段连续釜式反应器 60
3.3搅拌器 63
3.3.1搅拌的混合机理和液体流动特性 64
3.3.2常用搅拌器的类型及性能特征 67
3.3.3搅拌功率 72
3.4搅拌釜式反应器的传热 78
3.4.1反应釜的传热装置 78
3.4.2高温热源的选择 80
3.5搅拌反应釜传热系数的计算 82
3.5.1反应器内壁对流传热系数的计算 83
3.5.2蛇管外壁对流传热系数的计算 84
3.6立式搅拌反应釜的选用 85
3.6.1搅拌器的选型 85
3.6.2立式搅拌反应釜的选型 86
3.7釜式反应器在硝基苯生产中的应用 88
3.7.1生产工艺 88
3.7.2 硝化剂 90
3.7.3硝化反应器 91
3.7.4硝化反应器的放大设计 92
参考文献 94
第4章 管式反应器 96
4.1管式反应器的计算基础方程式 96
4.1.1计算基础方程式 97
4.1.2空间速度与空间时间 97
4.2液相管式反应器的设计 98
4.2.1等温液相管式反应器 98
4.2.2变温液相管式反应器 99
4.3气相管式反应器的设计 101
4.4管式反应器的数学模拟 102
4.4.1 管式反应器的数学模型 103
4.4.2数学模型方程的求解 104
4.5反应器类型和操作方式的比较 104
4.5.1生产能力的比较 105
4.5.2反应选择性比较 107
4.5.3操作与计算最优化 109
4.6管式反应器在环氧乙烷生产中的应用 109
4.6.1乙烯氧化合成环氧乙烷的反应机理 111
4.6.2反应过程的影响因素 112
4.6.3氧化反应器的设计 117
4.6.4氧化反应器的结构特点 120
4.7管式反应器在聚乙烯生产中的应用 121
4.7.1聚乙烯的分子结构及分类 122
4.7.2聚乙烯的生产工艺 123
4.7.3乙烯自由基聚合原理及动力学 126
4.7.4高压管式反应器 130
参考文献 133
第5章 塔式反应器 135
5.1塔式反应器的类型及构造 135
5.1.1塔式反应器的分类 135
5.1.2塔式反应器的一般构造 136
5.1.3附属装置 137
5.1.4塔类型的选择 139
5.2板式塔 139
5.2.1板式塔的结构 140
5.2.2塔板类型 140
5.2.3浮阀塔的设计计算 142
5.3填料塔 146
5.3.1物理吸收过程 146
5.3.2化学吸收过程 147
5.3.3填料塔的设计 151
5.4鼓泡塔 156
5.4.1鼓泡塔的操作状态 156
5.4.2鼓泡塔内的流动特性 157
5.4.3鼓泡塔内的传热特性 161
5.4.4鼓泡塔的工业应用 162
5.5塔设备设计常见错误 171
5.6喷射反应器 173
5.6.1喷射反应器的研究现状及进展 173
5.6.2喷射反应器的应用 174
参考文献 177
第6章 固定床反应器 179
6.1固定床反应器的构造 179
6.2固定床反应器内的流体流动 181
6.2.1催化剂颗粒直径和形状系数 181
6.2.2床层空隙率 182
6.2.3流体在固定床中的流动特性 183
6.2.4流体流过固定床层的压力降 184
6.3固定床反应器内的传热 185
6.3.1床层对壁总传热系数 185
6.3.2床层有效导热系数 187
6.3.3表观壁膜传热系数 189
6.3.4流体与催化剂颗粒间的传热系数 191
6.4固定床反应器内的传质 191
6.4.1流体与催化剂颗粒外表面间的传质 192
6.4.2催化剂颗粒内部的传质 194
6.4.3床层内的混合扩散 196
6.5固定床反应器的设计 197
6.5.1总反应速率方程式 197
6.5.2反应器的设计 199
6.6固定床反应器在合成氨生产中的应用 201
6.6.1一氧化碳变换的基本原理 202
6.6.2一氧化碳变换的工艺过程 206
6.6.3变换反应器 207
6.6.4变换反应器的新发展 210
6.7固定床反应器的日常运行与操作 212
6.8固定床反应器在二甲醚生产中的应用 214
6.8.1二甲醚的合成技术 215
6.8.2甲醇脱水工艺及反应器设计 217
参考文献 223
第7章 流化床反应器 226
7.1流态床反应器的特性 226
7.1.1流态化 226
7.1.2散式流化床和聚式流化床 227
7.1.3流化床中的气泡及其行为 227
7.1.4流化床的异常现象及处理方法 228
7.1.5流化床反应器内的传质 229
7.1.6流化床反应器内的传热 231
7.2流化床反应器的设计 232
7.2.1反应器直径与高度的确定 232
7.2.2压力降的计算 234
7.2.3反应器的数学模型 237
7.3流化床反应器的运行与操作 239
7.4流化床反应器在丙烯腈生产中的应用 241
7.4.1丙烯腈生产工艺 242
7.4.2丙烯氨氧化反应器 245
7.5流化床反应器在苯胺生产中的应用 248
7.5.1苯胺的生产路线 248
7.5.2加氢流化床反应器 250
7.6流化床反应器的研究发展 255
参考文献 257
第8章 离子交换反应器 260
8.1离子交换法的基本原理 260
8.1.1离子交换平衡 260
8.1.2离子交换速率 261
8.2离子交换剂与离子交换树脂 262
8.2.1离子交换剂 262
8.2.2离子交换树脂 263
8.2.3离子交换树脂的类型 264
8.2.4离子交换树脂的物理性能 266
8.2.5离子交换树脂的化学性质 267
8.3离子交换反应器的应用 269
8.3.1离子交换反应的特性 269
8.3.2离子交换软化除盐 270
8.3.3软化与除碱 272
8.3.4复床、混床除盐 274
8.4离子交换器的工作过程 276
8.4.1固定床离子交换器间歇工作过程 276
8.4.2一级复床的工作过程 281
8.4.3连续式离子交换器工作过程 282
8.5离子交换器 283
8.5.1固定床离子交换器 283
8.5.2移动床离子交换器 287
8.5.3连续床离子交换器 287
8.5.4混合床离子交换器 288
8.5.5浮动床离子交换器 288
8.5.6双室浮动床离子交换器 290
8.5.7回程式离子交换器 291
8.5.8离子交换柱 293
8.6离子交换装置的设计 293
8.6.1设计依据 293
8.6.2系统的参数计算 294
参考文献 295
第9章 电化学反应器 298
9.1电化学反应器 298
9.1.1 电化学反应器的主要构件 299
9.1.2二维反应器 299
9.1.3三维反应器 302
9.2电解槽 302
9.2.1电极反应 303
9.2.2法拉第电解定律 303
9.2.3分解电压与极化现象 304
9.2.4电解槽的分类及构造 305
9.2.5电解槽的工艺设计 307
9.3电化学反应器的工业应用 309
9.3.1电解氧化法处理废水 309
9.3.2电解还原法处理无机污染物 310
9.3.3电解凝聚与电解气浮 314
9.3.4电解消毒 316
9.4电化学技术的发展方向 317
9.4.1阳极材料 317
9.4.2电化学反应器 318
9.4.3电化学组合工艺 319
9.4.4生物膜电极法 319
参考文献 320
第10章 膜生物反应器 321
10.1膜反应器 321
10.1.1分离膜 321
10.1.2膜反应器 326
10.2生物反应器 330
10.2.1生物反应器的特点及分类 331
10.2.2大型生物反应器设计与放大 332
10.2.3微型生物反应器 333
10.2.4动物细胞及组织工程反应器 335
10.2.5酶反应器 338
10.3膜生物反应器 339
10.3.1膜生物反应器的形式 339
10.3.2膜生物反应器的类型 340
10.3.3新型膜生物反应器 343
10.3.4膜生物反应器的应用 345
10.4膜污染控制技术 347
10.4.1膜污染控制措施 348
10.4.2膜污染的清洗 349
参考文献 350
第11章 其他反应器 352
11.1气液固三相反应器 352
11.2涓流床反应器 354
11.2.1涓流床的流体力学 355
11.2.2涓流床反应器中的传质 356
11.2.3涓流床反应器中的传热 357
11.2.4涓流床反应器的结构 359
11.2.5涓流床反应器的设计与放大 360
11.3热管反应器 361
11.3.1热管的工作原理 361
11.3.2热管的结构 362
11.3.3热管的主要特性 363
11.3.4热管反应器的应用 363
11.4径向反应器 364
11.4.1乙苯脱氢反应原理 365
11.4.2乙苯催化脱氢生产过程 365
11.4.3脱氢径向反应器 367
11.4.4轴径向反应器的开发 369
11.5微反应器 369
11.5.1微反应器的结构 370
11.5.2微反应器的主要特点 370
11.5.3聚合反应器的类型 371
11.5.4微反应器在聚合反应中的应用 372
参考文献 379