环境反应工程导论

1 绪论

1.1 环境反应工程的基本概念

1.1.1 环境与环境问题

1.1.2 污染控制与反应工程

1.1.3 环境反应工程的发展

1.2 环境反应工程的特征

1.2.1 基本特点

1.2.2 主要对象和任务

1.3 环境反应工程的研究方法

1.3.1 实验研究和建模

1.3.2 数值模拟和仿真

1.3.3 工程放大和优化

1.4 环境反应工程的重要作用

2 环境反应工程基本原理

2.1 反应体系的化学计量分析

2.1.1 化学计量方程

2.1.2 独立反应和独立反应数

2.1.3 复杂反应体系的化学计量学

2.1.4 反应进度、转化率和膨胀因子

2.2 反应体系的化学平衡分析

2.2.1 化学平衡分析的意义

2.2.2 化学反应平衡的分析与计算

2.2.3 单一反应体系的化学平衡

2.2.4 复杂反应体系的化学平衡

2.2.5 化学反应热平衡的分析基础

2.3 反应动力学的理论基础

2.3.1 均相反应动力学

2.3.2 非均相反应动力学

2.3.3 两类反应动力学方程的评价

2.3.4 动力学参数及其相互关系

2.3.5 温度对反应速率的影响

2.4 反应动力学的实验研究方法

2.4.1 实验研究的决策过程

2.4.2 实验的规划与设计

2.4.3 实验数据处理及结果表示

2.4.4 实验反应器

2.5 应用案例分析

思考题

3 环境反应工程中的反应器及其主要特性

3.1 反应器概论

3.1.1 反应器类型及操作方式

3.1.2 反应器的设计方法

3.2 理想反应器的基本特性

3.2.1 间歇釜式反应器（BSTR）

3.2.2 连续釜式反应器（CSTR）

3.2.3 活塞流反应器（PFR）

3.3 反应器中流体的非理想流动及混合特性

3.3.1 流体混合特性

3.3.2 返混及其作用

3.4 停留时间分布

3.4.1 停留时间理论

3.4.2 停留时间分布的测定

3.4.3 停留时间分布统计特征

3.5 反应器中非理想流动及模型的建立

3.5.1 反应器模型及分类

3.5.2 离析流模型

3.5.3 多级全混釜串联模型

3.5.4 轴向扩散模型

3.6 应用案例分析

思考题

4 环境反应工程中的非均相反应过程分析

4.1 流固相催化反应过程

4.1.1 流固相系统中的化学反应与传递现象

4.1.2 流固相催化反应控制步骤

4.1.3 流固相催化反应速率方程

4.1.4 动力学分析示例

4.2 流体与催化剂外表面间的传质和传热

4.2.1 流固相系统中的传质过程

4.2.2 流固相系统中的传热过程

4.3 流体在多孔催化剂中的扩散与反应

4.3.1 催化剂孔内的传质形式

4.3.2 非等温下催化反应的效率因子

4.3.3 催化反应控制阶段的判别

4.4 本征动力学的实验确定

4.5 气液反应系统分析

4.5.1 气液反应过程机理

4.5.2 气液反应模型

4.5.3 不同反应过程动力学分析

4.6 流固非催化反应

4.6.1 流固非催化反应基本特征

4.6.2 一般模型

4.6.3 缩核模型

4.7 工业催化剂设计

4.7.1 催化剂基本性能

4.7.2 工业催化剂设计原则

4.7.3 工业催化剂评价及应用

4.8 催化剂失活

4.8.1 催化剂失活的机理

4.8.2 催化剂失活的数学描述

4.8.3 独立失活催化反应器的计算

4.9 应用案例分析

思考题

5 环境反应工程中的热效应和能量衡算

5.1 反应速率与温度的关系

5.1.1 Arrhenius方程及其应用

5.1.2 温度对反应速率的影响

5.1.3 反应过程最优温度序列

5.2 反应过程的能量衡算

5.2.1 能量衡算式中的各项

5.2.2 非等温理想反应器的能量衡算

5.2.3 反应器热稳定性分析

5.3 应用案例分析

思考题

6 环境反应工程中的反应器放大设计方法

6.1 反应器放大方法

6.1.1 逐级经验放大法

6.1.2 部分解析法

6.1.3 数学模拟法

6.2 反应器放大设计

6.2.1 釜式反应器的放大设计

6.2.2 管式反应器的放大设计

6.2.3 反应器放大的影响因素

6.2.4 反应器设计计算方法

6.3 具有复杂失活机理的固定床催化反应器

6.3.1 具有复杂失活机理的固定床反应器的数学模型

6.3.2 具有复杂失活机理的绝热固定床反应器的动态行为

6.3.3 可变床层高度固定床反应器

6.4 应用案例分析

思考题

参考文献

《环境反应工程导论》基于反应工程基础理论及过程分析，结合环境工程大气污染控制、水污染控制、固体废物处理与处置方面的具体应用，体现反应工程的新进展、新成果，特别是一些新技术、新型反应器在环境保护、三废治理方面的应用。在广度上注重与其它学科的交叉渗透，如生物反应工程、聚合反应工程、纳米材料反应工程、生物质能、垃圾能的开发工程等，无论从人才培养还是学科发展都有积极的参考价值。本书适用于环境工程类专业硕士、博士参考教材，也可以作为相关学科研究、工程设计的参考书籍。