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1 绪论1

1.1 化学反应工程学的任务和范畴1

1.1.1 化学反应过程是化工生产的核心1

1.1.2 化学反应工程学是研究工业规模的化学反应过程2

1.1.3 化学反应工程学的作务2

1.1.4 化学反应工程与相邻学科的关系2

1.1.5 化学反应工程学的发展4

1.2 化学反应工程学的内容和分类5

1.2.1 化学反应工程学的内容5

1.2.2 化学反应工程学的分类5

1.2.3 化学反应工程课程的编排6

1.3 化学反应工程学的研究方法7

1.3.1 逐级经验放大法7

1.3.2 解析法7

1.3.3 模型法7

2 均相反应动力学9

2.1 基本概念和术语9

2.1.1 化学计量方程9

2.1.2 反应程度10

2.1.3 转化率11

2.1.4 化学反应速率12

2.1.5 反应动力学方程14

2.1.6 化学反应的分类19

2.2 单一反应动力学方程21

2.2.1 等温恒容过程21

2.2.2 建立动力学方程的方法22

2.2.3 等温变容过程30

2.3 复合反应动力学35

2.3.1 可逆反应35

2.3.2 自催化反应40

2.3.3 平行反应41

2.3.4 连串反应43

本章小结46

习题48

3 均相理想反应器51

3.1 反应器设计基础51

3.1.1 反应器的分类51

3.1.2 反应器设计的基础方程52

3.1.3 几个时间概念54

3.2 等温条件下理想反应器的设计分析57

3.2.1 间歇操作的充分搅拌槽式反应器(间歇反应器)57

3.2.2 理想置换反应器(平推流反应器)63

3.2.3 全混流反应器69

3.3 非等温条件下理想反应器的设计73

3.3.1 间歇反应器的热量衡算73

3.3.2 平推流反应器的热量衡算74

3.3.3 全混流反应器的热量衡算75

3.4 理想流动反应器的组合76

3.4.1 理想流动反应器的并联操作76

3.4.2 理想流动反应器的串联操作77

3.5 循环反应器81

3.6 反应器型式和操作方法的评选84

3.6.1 单一不可逆反应过程的评比84

3.6.2 自催化反应88

3.6.3 可逆反应91

3.6.4 平行反应92

3.6.5 连串反应97

本章小结102

习题104

4 非理想流动反应器108

4.1 概述108

4.1.1 返混定义108

4.1.2 返混对反应过程的影响108

4.1.3 按返混程度对反应器的分类109

4.2 流体在反应器内的停留时间分布109

4.2.1 停留时间分布的定量描述110

4.2.2 停留时间分布规律的实验测定111

4.2.3 用对比时间作变量的停留时间分布116

4.2.4 两种理想反应器的停留时间分布规律118

4.3 非理想流动模型121

4.3.1 凝集流模型121

4.3.2 多级混合槽模型123

4.3.3 轴向扩散模型128

4.4 模型法进行均相反应过程计算小结135

本章小结138

习题140

5 气固相催化反应本征动力学142

5.1 气固相催化过程142

5.1.1 催化过程及特征142

5.1.2 非均相催化反应速率表达144

5.1.3 非均相催化反应过程145

5.2 固体催化剂147

5.2.1 催化剂的组成和组分选择147

5.2.2 催化剂的制备150

5.2.3 固体催化剂的比表面积、孔体积和孔体积分布151

5.3 气固相催化反应本征动力学156

5.3.1 化学吸附与脱附156

5.3.2 表面化学反应163

5.3.3 反应本征动力学163

5.4 本征动力学方程的实验测定170

5.4.1 外扩散与内扩散影响的消除171

5.4.2 固定床积分反应器172

5.4.3 微分法及其实验装置173

5.4.4 循环反应器173

5.4.5 动力学模型建立概述175

本章小结177

习题180

6 气固相催化反应宏观动力学183

6.1 催化剂颗粒内气体扩散184

6.1.1 分子扩散184

6.1.2 努森扩散185

6.1.3 综合扩散186

6.1.4 以颗粒为基准的有效扩散186

6.2 气固相催化等温反应的宏观动力学方程188

6.2.1 球形催化剂上等温反应宏观动力学方程188

6.2.2 其他形状催化剂的等温宏观动力学方程195

6.3 非等温过程的宏观动力学199

6.3.1 催化剂颗粒内部的温度分布规律199

6.3.2 非等温条件下的宏观动力学方程201

6.3.3 内扩散对复合反应选择性的影响202

6.4 流体与催化剂外表面间的传质和传热205

6.4.1 流体与催化剂颗粒外表面间的传质205

6.4.2 流体与催化剂颗粒外表面间的传热209

6.5 催化剂的失活211

6.5.1 失活现象211

6.5.2 失活反应动力学212

6.5.3 工业上处理失活问题的方法213

本章小结215

习题217

7 气固相催化反应固定床反应器219

7.1 流体在固定床内的传递特性219

7.1.1 流体在固定床内的流动特性219

7.1.2 固定床内径向传递223

7.2 固定床催化反应器的设计225

7.2.1 固定床催化反应器的特点及类型225

7.2.2 采用一维拟均相理想流动模型对反应器进行设计计算229

7.3 固定床反应器模型评述242

7.3.1 一维拟均相非理想流模型242

7.3.2 二维拟均相模型244

7.3.3 非均相模型247

本章小结248

习题250

8 气液相反应过程与反应器251

8.1 概述251

8.1.1 气液反应的步骤251

8.1.2 气液反应过程的计算关系式252

8.2 气液反应动力学254

8.2.1 气液反应过程的基础方程254

8.2.2 极慢反应过程258

8.2.3 慢反应过程258

8.2.4 中速反应过程259

8.2.5 快反应过程261

8.2.6 瞬时反应过程261

8.2.7 气液反应过程的重要参数263

8.3 气液反应器266

8.3.1 工业上常用的气液反应器267

8.3.2 填料塔式反应器的计算268

8.3.3 鼓泡塔式反应器的计算273

本章小结276

习题277

9 反应器的热稳定性和参数灵敏性280

9.1 全混流反应器的热稳定性280

9.1.1 全混流反应器的热量衡算280

9.1.2 全混流反应器的定态281

9.2 管式反应器的热稳定性284

9.2.1 径向传热管式反应器的热量衡算方程285

9.2.2 管式反应器允许的最大温度差及允许管径286

9.2.3 管式反应器的热点287

9.3 反应器参数的灵敏性288

9.3.1 反应器的安全性288

9.3.2 反应器参数的灵敏性290

符号表295

参考文献298