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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