化学反应工程

第1章绪论

1.1化学反应工程研究的对象和任务

1.1.1研究对象

1.1.2任务

1.2化学反应工程的影响因素和研究方法

1.2.1影响因素

1.2.2研究方法

1.3化学反应及反应器分类

1.3.1化学反应分类

1.3.2反应器分类

第2章均相反应动力学

2.1化学计量学

2.1.1反应进度、转化率及膨胀因子

2.1.2复杂反应的选择性和收率

2.2化学反应速率

2.2.1反应速率定义及表示方式

2.2.2机理速率方程的确定

2.2.3经验速率方程的确定

2.3恒温反应过程速率方程的确定

2.3.1动力学方程的微分和积分形式

2.3.2用积分法求动力学方程参数

2.3.3用微分法求动力学方程参数

2.3.4最小二乘法

2.3.5孤立法(过量浓度法)

2.4反应速率与反应温度的关系

2.4.1反应速率与反应温度的函数关系

2.4.2实验测定活化能、频率因子的方法

本章重要内容小结

习题

第3章理想流动均相反应器设计

3.1间歇釜式反应器

3.1.1间歇釜的一般设计方程

3.1.2等温等容过程

3.1.3间歇釜的热量衡算

3.2稳态全混流反应器

3.2.1全混釜的一般设计方程

3.2.2简单反应单个全混釜设计

3.2.3复杂反应单个全混釜设计

3.2.4简单反应多釜串联

3.2.5复杂反应多釜串联

3.2.6全混流反应器的热量计算

3.3平推流管式反应器

3.3.1一般设计计算方程

3.3.2简单反应等温恒容过程

3.3.3简单反应等温变容过程

3.3.4复杂反应等温恒容过程

3.3.5复杂反应的变容过程

3.3.6变温过程

3.4反应器类型、操作方式及过程优化

3.4.1反应器类型及操作方式比较

3.4.2组合反应器的特点

3.4.3复杂反应过程的优化

本章重要内容小结

习题

第4章非理想流动反应器设计

4.1流体停留时间分布函数和分布密度函数

4.1.1停留时间分布的定量描述

4.1.2RTD的实验测定

4.2RTD数字特征及无量纲化

4.2.1平均停留时间与方差

4.2.2以对比时间为自变量的停留时间分布

4.2.3两种停留时间分布规律之间的相互关系

4.3理想流动模型

4.3.1平推流模型

4.3.2全混流模型

4.4非理想流动模型

4.4.1多釜串联模型

4.4.2轴向扩散模型

4.5非理想流动反应器设计

4.5.1直接用RTD数据计算一级反应转化率

4.5.2用轴向扩散模型计算反应器

4.5.3用多釜串联模型计算反应器

4.6混合质量对反应的影响

4.6.1微观混合与宏观混合

4.6.2微观混合和宏观混合对化学反应的影响

本章重要内容小结

习题

第5章气-固相催化反应动力学

5.1气-固相催化反应

5.1.1气-固相催化反应概述

5.1.2固体催化剂的表面积、外表面积和内表面积

5.1.3气-固相催化反应过程

5.2气-固相催化反应本征动力学

5.2.1本征动力学过程速率方程

5.2.2吸附等温方程

5.2.3不同控制过程的本征动力学方程

5.3气-固相催化反应宏观动力学

5.3.1气体在固体催化剂颗粒内的扩散及其浓度与温度分布

5.3.2内扩散有效因子与宏观反应速率

5.3.3外扩散有效因子与达姆科勒数

5.3.4内扩散有效因子解析解与西勒模数

5.3.5非等温球形催化剂一级不可逆反应的内扩散有效因子

5.3.6内扩散有效因子对复杂反应选择性的影响

本章重要内容小结

习题

第6章气?固相催化反应器设计

6.1固定床反应器的类型

6.1.1绝热式固定床催化反应器

6.1.2连续换热式固定床催化反应器

6.2催化剂颗粒特性和固定床流动特性

6.2.1催化剂颗粒直径与形状系数

6.2.2床层空隙率及压力降

6.3固定床反应器设计

6.3.1经验或半经验方法

6.3.2数学模型法

6.4气固流化床反应器

6.4.1流态化现象

6.4.2流态化特征参数

6.4.3流化床的优缺点

6.4.4流化床反应器的分类

6.4.5流化床反应器的工业应用

本章重要内容小结

习题

第7章气-液及气-液-固相反应器设计

7.1气-液反应器的类型

7.2气-液反应的特点

7.3化学反应对气?液传质的影响

7.4气-液反应宏观动力学

7.4.1一级不可逆反应

7.4.2不可逆瞬间反应

7.4.3二级不可逆反应

7.5气-液反应器选型和设计

7.5.1气-液反应器的选型原则

7.5.2气-液反应器设计

7.6气-液-固三相反应器的型式和特点

7.6.1气-液-固三相催化反应器的型式

7.6.2三相催化反应宏观动力学

7.6.3三相反应器设计

本章重要内容小结

习题

第8章聚合反应及反应器设计

8.1聚合反应工程概述

8.1.1聚合反应特点

8.1.2聚合反应器的特点

8.1.3聚合反应器的选择原则

8.2聚合物的评价指标

8.2.1聚合物的平均分子量

8.2.2聚合物的平均聚合度

8.2.3分子量(聚合度)分布

8.3聚合反应过程的动力学分析

8.3.1聚合反应分类

8.3.2自由基均聚反应过程动力学分析

8.3.3缩聚反应过程动力学分析

8.4聚合反应器的设计

8.4.1设计数据

8.4.2聚合釜体积计算

8.4.3搅拌聚合釜的传热分析与计算

本章重要内容小结

习题

第9章生化反应及反应器设计

9.1生物化学工程概述

9.1.1生化反应过程的特点

9.1.2生化反应器的类型

9.1.3生化工程研究的内容

9.2酶催化反应动力学

9.2.1酶催化反应的基本特征

9.2.2单底物酶催化反应动力学

9.2.3有抑制作用的酶催化反应动力学

9.2.4影响酶催化反应的其他因素

9.3微生物反应动力学

9.3.1微生物反应过程计量学

9.3.2细胞生长动力学

9.3.3底物消耗动力学

9.3.4产物生成动力学

9.3.5氧的消耗速率

9.4生化反应器设计方法

9.4.1间歇操作的反应器

9.4.2全混流反应器

9.5生化反应器工程简介

本章重要内容小结

习题

第10章化学反应工程新进展

10.1新型反应器

10.1.1微反应器

10.1.2整体式反应器

10.1.3超重力(旋转床)反应器

10.2新型反应介质

10.2.1超临界流体

10.2.2离子液体

10.3反应过程的集成

10.3.1反应和分离的过程耦合

10.3.2反应和反应的过程耦合

10.3.3反应器的强制周期操作

参考文献

　　本书注重将贯穿始终的反应动力学与反应过程和反应器形式有机结合，详细地介绍了各种反应动力学方程的实验测定方法、特征以及在特定反应器中的具体应用。在各章开头设有核心内容提示，使学生从一开始学习就带有目标和主线，在各章后附有重要内容小结，将本章最精华和最重要的定义及公式归纳起来，以便记忆和使用。书中编排的例题和习题具有一定的代表性，先读懂例题后再作习题是一般的学习方法，并用大量具体的实例和数据进行对比讲解，使各种反应器的选型和计算更明了。　　本书注重了贯穿始终的反应动力学与反应过程和反应器形式的有机结合，详细介绍了各种反应动力学方程的实验测定方法、特征以及在特定反应器中的具体应用。全书共分10章，包括绪论、均相反应动力学、理想流动均相反应器设计、非理想流动反应器设计、气?固相催化反应动力学、气?固相催化反应器设计、气?液及气?液?固相反应器设计、聚合反应及反应器设计、生化反应及反应器设计、化学反应工程新进展。在各章开头设有核心内容提示，并于各章后附有重要内容小结，内容清晰，重点突出；书中列有较多实用的例题和习题，便于读者使用。　　本书可作为高等学校化学工程与工艺和高分子化工等专业本科教材，还可供各类相关专业技术人员、科研人员参考。