化學反應工程

前言

化學反應工程是一門專門研究化學反應器或包含化學反應過程的化工單元的學科，是化學工程學科中重要的且必不可少的分支，也是新世紀化工專業(yè)高等教育中的一門核心課程。從1970年以后，化學反應工程作為化工專業(yè)學生的一門必修課程進入了大學課堂。從20世紀80年代開始，國內(nèi)出版了多種化學反應工程教材，如四川大學化工學院王建華先生主編的《化學反應工程》、天津大學李紹芬先生編寫的《化學與催化反應工程》、華東理工大學朱炳辰先生編寫的《無機化工反應工程》、浙江大學陳甘棠先生編寫的《化學反應工程》等，是我國大學課堂上出現(xiàn)的較早的化學反應工程教材。隨著化學反應工程學科及相關技術的發(fā)展，以及大學教育的發(fā)展.化學反應工程方面的教材也在不斷修改和完善，很多教材經(jīng)過了多次再版和修訂?；瘜W反應工程是一門復雜的工程科學，其精髓是利用精確的數(shù)學模型，求解復雜的傳質(zhì)、傳熱及化學反應過程的偶合現(xiàn)象。2003年，我們參考了國內(nèi)外很多化學反應工程教材，特別是王建華先生編寫的《化學反應工程》、H.Scott Forgler編寫的Elements of Chemical Reaction Engineering，在此基礎上編寫了《化學反應工程》一書，并由科學出版社出版，在出版后的5年中共印刷4次，近20所大學（據(jù)不完全統(tǒng)計）使用。經(jīng)過幾年的教學實踐，我們發(fā)現(xiàn)第一版中還有很多地方值得完善和改進。同時，根據(jù)現(xiàn)有本科學生情況和本科化工專業(yè)教學的要求，在本書被列為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材后，我們對第一版的教學執(zhí)行情況進行了認真的總結。在第一版基礎上，我們將課堂上成功的例子和圖例添加到修改稿中，試圖讓學生更加容易理解，教師更加容易演示。在修訂過程中，反復對第一版中的一些表述進行推敲，力圖做到語言和基本概念更加準確。我們認為，化學反應工程的核心內(nèi)容包括三種典型反應器所涉及的質(zhì)量、能量衡算方法，相關的流動基本特征和反應速率問題，本學科的復雜性在于這些方面的問題相互影響，需要同時考慮。因此，本書對典型反應器的反應和相關特征進行了重點描述，從物理模型人手，引導學生建立相關的數(shù)學模型，并利用相關的數(shù)學和計算手段求解反應器模型。本書是以2003年科學出版社出版的由梁斌、段天平、傅紅梅、羅康碧共同編寫的《化學反應工程》作為基礎，由梁斌、段天平、唐盛偉三人共同合作，并總結第一版書的使用情況進行修訂的。

內(nèi)容概要

　　《化學反應工程（第2版）》是針對化學工程與工藝本科專業(yè)學生的核心課程化學反應工程的課堂教學而編寫的。全書編寫兼顧科學思維和教學習慣，強調(diào)基本概念準確、處理方法明了、工程目標明確?！痘瘜W反應工程（第2版）》主要介紹了反應過程的基礎知識（包括動力學問題、流動模型）、基本原理（包括三類典型反應器的原理、設計方法、物理模型的分析和數(shù)學模型的建立）、典型反應器的基本特征（包括均相／非均相、等溫／非等溫反應器、穩(wěn)定性問題）和一些與反應器有關的工程問題。編寫中盡量簡化數(shù)學推演，并提倡使用先進的數(shù)值計算手段，使內(nèi)容更加容易理解。在書中加入了若干實際工程研究的例子，可提高學生的學習興趣。　　《化學反應工程（第2版）》可作為高等院?；瘜W工程與工藝及相關專業(yè)本科生教材，也可供研究人員參考。

書籍目錄

第二版前言第一版前言緒論第1章 化學反應動力學1.1 均相反應動力學1.1.1 化學反應速率1.1.2 反應速率方程式1.1.3 阿倫尼烏斯方程1.1.4 復雜反應系統(tǒng)的反應速率1.1.5 反應機理與速率方程1.1.6 反應速率方程的積分形式1.2 氣固催化反應動力學1.2.1 固體催化劑1.2.2 固體催化劑的孔結構1.2.3 氣固催化反應的特征1.2.4 化學吸附1.2.5 表面催化反應速率習題第2章 反應器內(nèi)流體流動與混合2.1 三種典型反應器2.2 典型反應過程的反應器體積計算2.2.1 反應器計算的基本方程2.2.2 間歇過程2.2.3 平推流反應器2.2.4 全混流反應器2.2.5 多釜串聯(lián)的全混流反應器2.2.6 循環(huán)操作的平推流反應器2.3 流動模型與反應器推動力、反應選擇性2.3.1 流動模型與反應器推動力2.3.2 流動模型與反應選擇性2.4 非理想流動2.4.1 停留時間分布2.4.2 理想流動的停留時間分布2.4.3 非理想流動的停留時間分布2.4.4 停留時間分布的實驗測定2.4.5 停留時間分布的特征2.4.6 停留時間分布函數(shù)與反應器模型習題第3章 非均相反應與傳遞3.1 氣固催化反應過程的控制步驟和速率方程3.2 氣體與催化劑外表面間的傳質(zhì)和傳熱3.2.1 傳質(zhì)和傳熱速率3.2.2 顆粒表面滯流層傳遞對氣固催化反應過程的影響 3.3 氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴散3.3.1 孔內(nèi)擴散3.3.2 粒內(nèi)擴散3.4 內(nèi)擴散過程與化學反應3.4.1 等溫情況下催化劑顆粒內(nèi)反應的有效因子3.4.2 非等溫催化劑的效率因子3.4.3 內(nèi)擴散對氣固催化反應過程的影響3.4.4 內(nèi)外擴散影響分析3.5 氣固催化反應過程的數(shù)據(jù)處理3.5.1 實驗室反應器3.5.2 氣固催化反應動力學模型的建立 3.6 流固非催化反應3.6.1 流固非催化反應模型3.6.2 縮芯模型3.7 流體-流體反應3.7.1 無化學反應時兩相流體間的傳質(zhì) 3.7.2 氣液反應宏觀動力學習題第4章 非等溫反應器設計4.1 反應器能量平衡4.1.1 反應系統(tǒng)能量4.1.2 熱量交換速率4.1.3 功耗4.1.4 摩爾流率4.1.5 熱焓4.1.6 反應熱的計算4.2 穩(wěn)態(tài)連續(xù)流動反應器能量衡算4.2.1 全混流反應器4.2.2 絕熱管式反應器4.2.3 換熱式管式反應器4.3 平衡轉化率習題第5章 氣固催化反應器5.1 固定床反應器設計基礎5.1.1 固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象5.1.2 固定床反應器的數(shù)學模型5.2 絕熱固定床反應器5.2.1 氣固催化反應的最佳操作溫度5.2.2 單段絕熱固定床反應器5.2.3 多段絕熱固定床反應器5.3 換熱固定床反應器5.4 流化床反應器5.4.1 流化床反應器設計基礎5.4.2 流化床中的質(zhì)、熱傳遞5.4.3 流化床反應器數(shù)學模型及設計計算5.5 移動床反應器習題第6章 反應器的穩(wěn)定性6.1 全混流反應器的熱穩(wěn)定性6.1.1 全混流反應器的多重定態(tài)6.1.2 定態(tài)點的穩(wěn)定性分析6.1.3 操作參數(shù)對多重定態(tài)的影響6.1.4 線性微分方程的穩(wěn)定性6.1.5 全混流反應器的瞬態(tài)特性6.2 顆粒催化劑的穩(wěn)定性6.2.1 單顆粒催化劑的多重定態(tài)6.2.2 單顆粒催化劑的穩(wěn)定性6.3 固定床催化反應器的穩(wěn)定性第7章 其他反應過程7.1 聚合反應過程7.1.1 自由基聚合步驟7.1.2 聚合反應器7.2 生物反應過程7.2.1 酶反應基礎7.2.2 Michaelis-Menten型酶反應與間歇反應器設計7.2.3 細胞發(fā)酵及反應器7.3 氣液固三相催化反應器7.3.1 漿態(tài)反應器7.3.2 滴流床反應器參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：人類對化學反應過程的認識經(jīng)歷了漫長的過程，在不斷失敗的教訓與成功的經(jīng)驗中總結出了很多與化學反應相關的經(jīng)驗，如煉丹、染料、制藥等一些與化學過程相關的技藝。隨著化學理論的主體框架相繼建立，各種化學工業(yè)過程才在無機化學、有機化學、分析化學和物理化學的基礎上發(fā)展起來。20世紀初對化學品加工的大量需求帶動了相關工程學科發(fā)展，以研究化工單元過程的共性為目標的化學工程學在20世紀20年代形成，并在以后的幾十年中得到了飛速的發(fā)展?；瘜W工程學成為現(xiàn)代化學工業(yè)發(fā)展的基礎，被譽為20世紀十大工業(yè)革命之一的流化催化裂化（fluidized catalytic cracking，F(xiàn)CC）無疑是化學工程學科研究的一大杰作。在20世紀初期和中期，化學工程學解決工程問題大都基于相似放大理論與實驗歸納方法，在很多化工單元過程（如流體輸送、傳熱、干燥、蒸餾等物理過程）的應用中取得了很大的成功。相似放大理論或因次分析方法適應于比較簡單的線性系統(tǒng)，從理論上講，單元設備的很多特征與特征參數(shù)成正比，可以直接使用相似放大的方法。例如，對于一個水管系統(tǒng)，管道流速為1m／s時，每秒輸送的水量為1m3；如果要設計一個輸送10m3水量的管道系統(tǒng)，只需保持管道系統(tǒng)流速也為1m／s，將管道系統(tǒng)的截面積擴大10倍即可。但是，在對化工過程的核心設備——反應器的研究中遇到了很多困難，化學反應的非線性特征使反應過程的研究變得更加復雜。實際反應器中，傳質(zhì)、傳熱與化學反應并存，不能單純依靠化學動力學的知識來解決反應器的放大等相關問題。相似放大的方法也不能簡單地應用于化學反應器的模擬和設計。例如，在實驗室中用一個500mL的燒瓶作為反應器對某吸熱反應進行小試研究，物料通過反應器壁面與油浴進行換熱以滿足反應的供熱需求。如果將反應器擴大到500L進行生產(chǎn)，按相似放大的方法，反應器體積增加1000倍，期望反應量也增加1000倍。但是傳熱面積只能擴大100倍，使熱量傳遞受到影響，從而可能影響反應進行的溫度，反應就很難按預計的條件進行。另一種情況，若該反應為放熱反應，當反應器體積擴大1000倍時，傳熱面積小而不能有效移走反應熱，導致反應系統(tǒng)熱量積累，使反應物系溫度升高。一般而言，溫度每升高10℃，反應速率可能會隨之增加2～4倍。熱量的積累使得溫度越來越高、反應速率越來越快。這種情況的出現(xiàn)不僅影響產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至可能產(chǎn)生熱爆炸而導致嚴重的安全問題。

編輯推薦

《化學反應工程(第2版)》：結合傳遞過程規(guī)律，分析反應過程原理簡化數(shù)學推演過程，闡述基本概念規(guī)律強調(diào)經(jīng)典理論模型，涉足前沿研究領域剖析生產(chǎn)過程案例，理論緊密結合實踐

圖書封面

評論、評分、閱讀與下載

---

    化學反應工程 PDF格式下載

---