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目录 1

1．绪论 1

1.1微观动力学与宏观动力学 1

1.2化学反应工程学的任务与方法 3

1.3化学反应工程学的作用 5

参考文献 7

2．化学计量学 8

2.1化学反应的转化率、收率及选择性 8

2.1.1化学反应的转化率 9

2.1.2化学反应的收率和选择性 10

2.2反应物系的组成及其在反应过程中的变化 12

2.2.1反应物系组成的表示方法 13

2.2.2简单反应物系组成 14

2.2.3复合反应物系的组成 16

2.3复合反应的独立反应数 18

习题 23

参考文献 24

3．反应速率 25

3.1化学反应速率的表示方法 25

3.1.1简单反应 25

3.1.2复合反应 28

3.2化学反应的速率方程 31

3.2.1不可逆反应 31

3.2.2可逆反应 33

3.3温度及转化率对反应速率的影响 35

3.3.1转化率的影响 36

3.3.2温度的影响 37

3.4平行反应的动力学分析 41

3.5连串反应的动力学分析 45

8.2固定床绝热催化反应器的催化剂用量 47

3.6混合反应的动力学分析 50

习题 53

参考文献 56

4．理想反应器 57

4.1间歇反应器 57

4.1.1反应体积的计算 58

4.1.2最佳反应时间的选择 60

4.2活塞流反应器 62

4.2.1设计方程 62

4.2.2等温操作的最佳温度 69

4.3全混流反应器 70

4.4多段全混反应器 74

4.4.1代数计算法 74

4.4.2图解计算法 77

4.4.3最佳设计 79

4.5理想流动反应器反应体积的比较 82

4.6.1平行反应 83

4.6理想反应器中复合反应的收率与选择性 83

4.6.2连串反应 89

4.6.3平行－连串反应 93

4.7理想反应器的能量方程 96

4.7.1间歇反应器 96

4.7.2活塞流反应器 101

4.7.3全混流反应器 106

习题 107

参考文献 113

5．停留时间分布与反应器的流动模型 114

5.1停留时间分布的表示方法 114

5.2停留时间分布的测定 115

5.3理想流动反应器的停留时间分布 119

5.4多段全混反应器的停留时间分布 123

5.5非理想反应器的停留时间分布 125

5.6非理想反应器的流动模型 128

5.6.1串级模型 128

5.6.2扩散模型 131

5.6.3组合模型 135

5.7利用扩散模型计算反应器 138

5.8停留时间分布与转化率 140

5.9微观混合与宏观混合 144

习题 148

参考文献 151

6．多相催化动力学 152

6.1多相催化作用的特性 152

6.2.1吸附的类型 153

6.2化学吸附的速率和平衡 153

6.2.2均匀吸附 155

6.2.3真实吸附 159

6.3理想表面的催化动力学模型 163

6.3.1模型方程的一般推导 164

6.3.2由速率控制步骤推导速率方程 165

6.4真实表面的催化动力学模型 172

6.5推导反应速率方程的两步法 174

6.6多相催化反应动力学数据的处理 177

6.7多相催化反应动力学模型的比较 183

6.8复合催化反应动力学 185

习题 188

参考文献 191

7.1.1过程步骤与速率控制步骤 192

7．多相催化中的传递过程 192

7.1多相催化反应过程的步骤与速率 192

7.1.2宏观速率方程 194

7.2流体与催化剂外表面间的传热与传质 196

7.2.1传递速率和传递速率系数 196

7.2.2流体与催化剂颗粒外表面间的温度差和浓度差 199

7.2.3外扩散对多相催化反应过程的影响 202

7.3.1孔扩散 205

7.3气体在多孔介质中的扩散 205

7.3.2粒内扩散 209

7.4多孔催化剂内的传递模型 211

7.4.1尘气模型 212

7.4.2平行孔模型 213

7.4.3双重孔模型 216

7.5.1一级不可逆反应 217

7.5等温催化剂的有效因子 217

7.5.2非一级反应 222

7.6非等温催化剂的有效因子 227

7.7扩散影响的测定 229

7.7.1外扩散的影响 229

7.7.2内扩散的影响 231

7.8内扩散对复合反应选择性的影响 235

7.8.1连串反应 235

7.8.2平行反应 237

习题 239

参考文献 242

8.固定床催化反应器 243

8.1固定床催化反应器的类型 243

8.1.1绝热反应器 243

8.1.2换热式反应器 245

8.3.1多段间接换热式 251

8.3多段绝热催化反应器的最佳设计 251

8.3.2多段冷激式 258

8.4固定床反应器的压力降 261

8.5固定床的热量传递 266

8.5.1固定床的有效导热系数 267

8.5.2壁膜传热系数 269

8.5.3固定床传热系数 270

8.6换热式固定床催化反应器的一维拟均相模型 271

8.6.1基础模型 271

8.6.2扩散模型 273

8.7并流及逆流换热式固定床催化反应器 277

8.8换热式固定床催化反应器的二维拟均相模型 280

8.9固定床催化反应器的多相模型 286

8.9.1一维多相模型 286

8.9.2二维多相模型 287

习题 288

参考文献 292

9．流化床反应器 293

9.1流化现象 293

9.2流化床的起流速度与带走速度 296

9.2.1起流速度 296

9.2.2带走速度 298

9.3流化床反应器的结构 300

9.4流化床传热 302

9.5流化床内的流动特性 304

9.5.1气泡 305

9.5.2乳化相 306

9.5.3相间交换 307

9.6两相模型 308

9.7鼓泡床模型 312

9.8流化床反应器的收率 315

习题 317

参考文献 319

10.固体催化剂的失活 320

10.1固体催化剂失活的类型 320

10.2催化剂失活时的反应动力学 321

10.3考虑扩散影响时催化剂的失活 325

10.3.1均匀失活 325

10.3.2孔口失活 326

10.4催化剂失活对复合反应选择性的影响 328

10.4.1同时反应 328

10.4.2连串反应 331

10.4.3平行反应 333

10.5催化剂积炭失活动力学 334

10.6催化剂再生动力学 337

10.7催化剂失活时固定床反应器的分析 340

10.8失活反应器的再生 344

10.9失活反应器的最佳化 350

10.9.1间歇反应器的最佳温度程序 351

10.9.2固定床失活反应器的最佳化 353

习题 354

参考文献 356

11．化学反应器的稳定性 357

11.1全混反应器的定态 357

11.2全混反应器的瞬态特性 364

11.3单颗粒催化剂的稳定性与动态 370

11.3.1单颗粒催化剂的定态 370

11.3.2单颗粒催化剂的稳定性 374

11.4自热反应器的稳定性 375

11.5固定床催化反应器的稳定性 378

11.6反应器的周期振荡 383

习题 385

参考文献 386

12.气液反应器 388

12.1气液反应宏观动力学 388

12.1.1气液反应过程的基础方程 388

12.1.2拟一级不可逆反应 389

12.1.3飞速不可逆反应 393

12.1.4二级不可逆反应 395

12.1.5一级可逆反应和飞速可逆反应 396

12.2气液反应器的类型 399

12.3气液反应器的传递参数 401

12.3.1鼓泡塔 401

12.3.2机械搅拌反应器 402

12.4填料塔的设计 404

12.5鼓泡反应器的设计 408

12.5.1气相呈活塞流液相为全混流 409

1 2.5.2气液两相均为全混流 413

12.5.3气液相均为非理想流动 416

12.6半连续鼓泡塔的设计 418

习题 421

参考文献 423

13．气液固相催化反应器 424

13.1气液固催化反应器的类型 425

13.2气液固催化反应过程的分析 427

13.3滴流床反应器 430

13.3.1流体力学 430

13.3.2传质过程 433

13.3.3反应器模型 434

13.4.1流体力学 443

13.4固定床鼓泡反应器 443

13.4.2传质过程 445

13.4.3反应器模型 445

13.5三相浆式反应器 447

13.5.1流体力学 447

13.5.2传质过程 448

13.5.3反应器模型 449

13.6半连续气液固反应器 453

习题 455

参考文献 457

14．实验室反应器及实验数据处理 458

14.1实验室反应器的类型 458

14.1.1固定床反应器 458

14.1.2外循环反应器 461

14.1.3搅拌反应器 463

14.1.4脉冲反应器 467

14.2动力学模型建立概述 468

14.3动力学模型的筛选 471

1 4.3.1初速率法 471

1 4.3.2诊断参数法 476

14.4模型参数估值 479

14.4.1线性最小二乘法 479

14.4.2加权最小二乘法 481

14.4.3非线性最小二乘法 483

14.4.4常微分方程的参数估值 484

14.5数学模型的显著性检验 485

14.5.1方差分析 485

14.5.2残差分析 489

习题 490

参考文献 492