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1. 绪论1

1.1 化学反应工程1

1.2 化学反应的转化率和收率2

1.2.1 反应进度2

1.2.2 转化率3

1.2.3 收率与选择性5

1.3 化学反应器的类型6

1.4 化学反应器的操作方式8

1.5 反应器设计的基本方程9

1.6 工业反应器的放大11

主要参考文献13

习题13

2. 反应动力学基础15

2.1 化学反应速率15

2.2 反应速率方程17

2.3 温度对反应速率的影响21

2.4 复合反应25

2.4.1 反应组分的转化速率和生成速率26

2.4.2 复合反应的基本类型26

2.4.3 反应网络29

2.5 反应速率方程的变换与积分30

2.5.1 单一反应30

2.5.2 复合反应33

2.6 多相催化与吸附35

2.6.1 多相催化作用35

2.6.2 吸附与脱附37

2.7 多相催化反应动力学40

2.7.1 定态近似和速率控制步骤40

2.7.2 多相催化反应速率方程41

2.8 动力学参数的确定45

2.8.1 积分法46

2.8.2 微分法47

2.9 建立速率方程的步骤51

主要参考文献52

习题52

3. 釜式反应器56

3.1 釜式反应器的物料衡算式56

3.2 等温间歇釜式反应器的计算(单一反应)57

3.2.1 反应时间及反应体积的计算57

3.2.2 最优反应时间60

3.3 等温间歇釜式反应器的计算(复合反应)61

3.3.1 平行反应61

3.3.2 连串反应63

3.4 连续釜式反应器的反应体积66

3.5 连续釜式反应器的串联与并联68

3.5.1 概述68

3.5.2 串联釜式反应器的计算69

3.5.3 串联釜式反应器各釜的最佳反应体积比73

3.6 釜式反应器中复合反应的收率与选择性74

3.6.1 总收率与总选择性75

3.6.2 平行反应76

3.6.3 连串反应78

3.7 半间歇釜式反应器81

3.8 变温间歇釜式反应器83

3.9 连续釜式反应器的定态操作88

3.9.1 连续釜式反应器的热量衡算式88

3.9.2 连续釜式反应器的定态89

小结91

主要参考文献92

习题92

4. 管式反应器97

4.1 活塞流假设97

4.2 等温管式反应器设计98

4.2.1 单一反应98

4.2.2 多个反应101

4.2.3 拟均相模型105

4.3 管式与釜式反应器反应体积的比较107

4.4 循环反应器111

4.5 变温管式反应器111

4.5.1 管式反应器的热量衡算式112

4.5.2 绝热管式反应器112

4.5.3 非绝热变温管式反应器115

4.6 管式反应器的最佳温度序列118

4.6.1 单一反应118

4.6.2 复合反应119

主要参考文献121

习题121

5. 停留时间分布与反应器的流动模型127

5.1 停留时间分布127

5.1.1 概述127

5.1.2 停留时间分布的定量描述128

5.2 停留时间分布的实验测定130

5.2.1 脉冲法130

5.2.2 阶跃法132

5.3 停留时间分布的统计特征值133

5.4 理想反应器的停留时间分布136

5.4.1 活塞流模型136

5.4.2 全混流模型137

5.5 非理想流动现象140

5.6 非理想流动模型142

5.6.1 离析流模型142

5.6.2 多釜串联模型144

5.6.3 轴向扩散模型147

5.7 非理想反应器的计算150

5.8 流动反应器中流体的混合153

主要参考文献155

习题156

6. 多相系统中的化学反应与传递现象158

6.1 多相催化反应过程步骤158

6.1.1 固体催化剂的宏观结构及性质158

6.1.2 过程步骤160

6.2 流体与催化剂颗粒外表面间的传质与传热161

6.2.1 传递系数161

6.2.2 流体与颗粒外表面间的浓度差和温度差162

6.2.3 外扩散对多相催化反应的影响164

6.3 气体在多孔介质中的扩散166

6.3.1 孔扩散167

6.3.2 多孔颗粒中的扩散167

6.4. 多孔催化剂中的扩散与反应168

6.4.1 多孔催化剂内反应组分的浓度分布168

6.4.2 内扩散有效因子170

6.4.3 非一级反应的内扩散有效因子173

6.4.4 内外扩散都有影响时的有效因子175

6.5 内扩散对复合反应选择性的影响176

6.6 多相催化反应过程中扩散影响的判定178

6.6.1 外扩散影响的判定178

6.6.2 内扩散影响的判定179

6.7 扩散干扰下的动力学假象180

主要参考文献183

习题183

7. 多相催化反应器的设计与分析186

7.1 固定床内的传递现象186

7.1.1 固定床内的流体流动186

7.1.2 质量和热量的轴向扩散188

7.1.3 径向传质与传热189

7.2 固定床反应器的数学模型191

7.3 绝热式固定床反应器193

7.3.1 绝热反应器的类型193

7.3.2 固定床绝热反应器的催化剂用量195

7.3.3 多段绝热式固定床反应器197

7.4 换热式固定床反应器201

7.4.1 引言201

7.4.2 进行单一反应时的分析202

7.4.3 进行复合反应时的分析203

7.5 自热式固定床反应器206

7.5.1 反应物料的流向207

7.5.2 数学模拟208

7.6 参数敏感性209

7.7 流化床反应器211

7.7.1 流态化211

7.7.2 流化床催化反应器212

7.8 实验室催化反应器214

7.8.1 基本要求214

7.8.2 主要类型215

主要参考文献217

习题217

8. 多相反应器222

8.1 气液反应222

8.2 气液反应器226

8.2.1 主要类型226

8.2.2 鼓泡塔的设计227

8.2.3 搅拌釜式反应器的设计229

8.3 气液固反应231

8.3.1 概述231

8.3.2 气液固相催化反应的传递步骤与速率231

8.4 滴流床反应器233

8.4.1 概述233

8.4.2 数学模型234

8.5 浆态反应器236

8.5.1 类型236

8.5.2 传质与反应237

8.5.3 机械搅拌釜的设计240

主要参考文献242

习题242

9. 生化反应工程基础244

9.1 概述244

9.2 生化反应动力学基础245

9.2.1 酶催化反应及其动力学245

9.2.2 微生物的反应过程动力学252

9.3 固定化生物催化剂256

9.3.1 概述256

9.3.2 酶和细胞的固定化257

9.3.3 固定化生物催化剂的催化动力学258

9.4 生化反应器260

9.4.1 生化反应器类型260

9.4.2 生化反应器的计算263

主要参考文献268

习题269

10. 聚合反应工程基础271

10.1 概述271

10.2 聚合反应动力学分析272

10.2.1 聚合反应分类272

10.2.2 聚合度及其分布272

10.2.3 均相自由基聚合反应277

10.2.4 缩聚反应291

10.2.5 影响聚合反应速率的因素295

10.3 聚合过程的传热与传质分析296

10.3.1 聚合过程热效应特点296

10.3.2 解决聚合过程传热与流动的措施297

10.3.3 传热系数与传质系数298

10.4 聚合反应器的设计与分析299

10.4.1 聚合反应器与搅拌器299

10.4.2 数学模型299

10.4.3 聚合反应器的计算与分析299

主要参考文献303

习题303

11. 电化学反应工程基础305

11.1 引言305

11.1.1 电化学反应的特点305

11.1.2 电化学反应工程的质量指标306

11.2 电化学反应工程中的特殊问题310

11.2.1 电极表面的电位及电流分布310

11.2.2 析气效应315

11.2.3 电化学工程中的传质过程319

11.2.4 电化学工程中的热传递与热衡算321

11.3 电化学反应器323

11.3.1 电化学反应器的类型323

11.3.2 电化学反应器的工作特性326

11.3.3 电化学反应器的联结与组合332

主要参考文献334

习题335