化學反應工程

化學反應工程主要研究工業規模化學反應過程的優化設計與控制。它是一門綜合性強、要求基礎知識面廣的專業技術學科，涉及化工、石油、輕工、醫藥、生化、食品、環境等眾多專業。

本書的基本內容包括反應動力學和反應器設計與分析兩個方面。

本書在不破壞課程基本框架的前提下，能用圖、表說明問題的，盡量減少繁瑣的數學推導，著重做到基本概念的解釋要準確、基本理論和計算要簡明、基本分析解決問題的技能要適用，加強和已學過的課程及工廠實踐的聯繫，注重培養學生的工程觀念，理論聯繫實際，為學生後續的專業課程學習和走上工作崗位打下堅實的理論基礎。

本書內容包括緒論、均相反應動力學基礎、反應器內的流體流動、均相理想流動反應器、非均相反應動力學、非均相反應器。

本書適用於高等院校化工類專業，也可作為從事化工生產的技術人員的參考資料。

1　緒論1

1.1化學反應工程的發展、任務和範疇1

1.1.1化學反應工程發展簡述1

1.1.2化學反應工程的範疇和任務1

1.2化學反應工程的分類3

1.2.1化學反應的類型3

1.2.2反應器的形式分類3

1.2.3反應器操作方法的分類4

1.3化學反應工程的研究方法5

1.3.1傳統研究方法5

1.3.2解析法5

1.3.3模型法5

習題6

2　均相反應動力學基礎7

2.1基本概念和術語7

2.1.1化學反應式和計量方程7

2.1.2單一反應和複雜反應7

2.1.3反應的轉化率、選擇性和收率8

2.1.4化學反應速率10

2.1.5反應動力學方程12

2.2單一反應動力學方程14

2.2.1等溫恆容過程14

2.2.2等溫變容過程18

2.3複雜反應動力學方程19

2.3.1可逆反應19

2.3.2平行反應21

2.3.3連串反應22

習題23

3　反應器內的流體流動25

3.1返混25

3.1.1返混的定義25

3.1.2返混對生產過程的影響25

3.1.3降低返混程度的工業措施25

3.1.4反應器內的流動狀態27

3.2流體在反應器內的停留時間分佈27

3.2.1停留時間分佈的定量描述27

3.2.2用對比時間作變數的停留時間分佈28

3.2.3尋求停留時間分佈的實驗方法29

3.3兩種理想流動模型的停留時間分佈33

3.4非理想流動模型35

3.4.1多級混合模型35

3.4.2軸向擴散模型36

習題38

4　均相理想流動反應器40

4.1間歇反應器40

4.1.1生產數據法40

4.1.2動力學數據法42

4.1.3設備之間的平衡44

4.1.4間歇反應器的熱量衡算45

4.2連續操作釜式反應器46

4.2.1單個連續操作釜式反應器46

4.2.2多個連續操作釜式反應器的串聯48

4.2.3連續操作釜式反應器的熱穩定性50

4.2.4釜式反應器的攪拌器53

4.3理想置換反應器56

4.3.1等溫理想置換反應器的設計方程56

4.3.2管式反應器的直徑和長度計算58

4.4反應器的優化59

4.4.1簡單反應和反應器59

4.4.2複雜反應和反應器61

習題62

5　非均相反應動力學65

5.1催化劑基礎65

5.1.1催化過程及特徵65

5.1.2固體催化劑的組成66

5.1.3催化劑的製造67

5.1.4催化劑的使用68

5.1.5催化劑的失活和再生70

5.1.6催化劑的性能72

5.2氣固相催化反應本徵動力學73

5.2.1氣固相催化反應模型和控制步驟73

5.2.2化學吸附速率和吸附模型74

5.2.3表面化學反應77

5.2.4反應本徵動力學77

5.3氣固相催化反應宏觀動力學80

5.3.1催化劑顆粒內的氣體擴散80

5.3.2等溫反應宏觀動力學方程81

5.3.3內擴散對反應選擇性的影響83

5.3.4消除內擴散影響的方法84

5.4氣液相反應宏觀動力學簡介84

5.4.1氣液相傳質理論85

5.4.2氣液相反應的類型及其化學增強因子β86

5.4.3氣液相宏觀動力學方程88

習題89

6　非均相反應器91

6.1固定床反應器91

6.1.1固定床反應器的特點91

6.1.2固定床反應器的類型92

6.1.3固定床反應器內的流體流動95

6.1.4固定床反應器中的傳質與傳熱99

6.1.5固定床反應器的工藝計算101

6.2流化床反應器106

6.2.1流化床反應器的特點106

6.2.2流化床反應器的類型及結構107

6.2.3流化床反應器內的流體流動109

6.2.4流化床反應器內的傳質和傳熱114

6.2.5流化床反應器的構件116

6.2.6流化床反應器的工藝計算121

6.3氣液相反應器123

6.3.1汽液相反應器的特點與應用123

6.3.2氣液相反應器基本類型與結構123

6.3.3鼓泡塔反應器的工藝計算126

6.4其他非均相反應器簡介132

6.4.1氣液固三相反應器132

6.4.2生化反應器135

6.4.3電化學反應器136

6.4.4聚合反應器137

習題138

參考文獻141