無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)

前言

“硅酸鹽”材料原來(lái)泛指陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等以硅酸鹽為主要組成的材料，但近數(shù)十年來(lái)，在傳統(tǒng)硅酸鹽材料的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出了許多高強(qiáng)材料、高溫材料、電子材料、光學(xué)材料，以及其他各種功能性材料與結(jié)構(gòu)材料，其成分早已超出硅酸鹽范疇，硅酸鹽材料實(shí)際上已發(fā)展成為無(wú)機(jī)非金屬材料。與此相應(yīng)，物理化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、應(yīng)用數(shù)學(xué)等許多鄰近科學(xué)和技術(shù)不斷滲透進(jìn)來(lái)，促進(jìn)了無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程基礎(chǔ)理論的進(jìn)展。特別是近年來(lái)新材料、新工藝的發(fā)展及近代實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段及高速電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，有了把無(wú)機(jī)非金屬材料反應(yīng)工業(yè)裝置中的傳遞過(guò)程規(guī)律綜合起來(lái)進(jìn)行分析和處理的可能，從而促進(jìn)了無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)的形成。無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)是化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的重要分支學(xué)科，是化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的理論研究滲入至無(wú)機(jī)材料工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的必然結(jié)果。目前，化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)已滲入不同的生產(chǎn)領(lǐng)域，形成了若干重要的分支學(xué)科，如無(wú)機(jī)化工反應(yīng)工程、基本有機(jī)反應(yīng)工程、高分子反應(yīng)工程等。這些分支學(xué)科的形成不僅使化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的理論日趨完善，而且為不同生產(chǎn)領(lǐng)域中的問(wèn)題提供了解釋、方法與理論，促進(jìn)了生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展。無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科雖然至今才提出，但是這門學(xué)科卻是客觀存在的，只不過(guò)基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)手段等方面的限制，未能在較早的時(shí)期形成較為系統(tǒng)的體系。無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)作為一門學(xué)科現(xiàn)雖已被提出，但它畢竟還是一門很年輕的學(xué)科，有許多理論不夠成熟，還有許多問(wèn)題亟待解決，這就要求從事無(wú)機(jī)材料研究的學(xué)者與生產(chǎn)人員共同努力，為這門學(xué)科的完善與發(fā)展做出貢獻(xiàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，需要科技人員逐步采用化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的理論、方法、概念來(lái)研究無(wú)機(jī)材料窯爐與反應(yīng)器等，需要科技人員應(yīng)用多學(xué)科的知識(shí)來(lái)解決、處理無(wú)機(jī)新材料開發(fā)與生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，這就要求有一門課程給學(xué)生傳授這方面的知識(shí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程后，能基本掌握無(wú)機(jī)材料化學(xué)反應(yīng)與傳遞過(guò)程相互聯(lián)系和相互制約的基本規(guī)律，在工作崗位上可對(duì)現(xiàn)有無(wú)機(jī)材料生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)進(jìn)行改造和強(qiáng)化，挖掘潛力，或開發(fā)新的技術(shù)和設(shè)備，提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)的形成與發(fā)展，將為無(wú)機(jī)材料生產(chǎn)中的許多問(wèn)題提供解釋、方法與理論，這些理論、方法在生產(chǎn)實(shí)踐中又將得到進(jìn)一步完善與發(fā)展，成為指導(dǎo)生產(chǎn)的有力工具。可以預(yù)料，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)在各生產(chǎn)領(lǐng)域中的作用將愈來(lái)愈大，正如初升的太陽(yáng)，具有廣闊的前景。全書共分8章，比較全面系統(tǒng)地介紹了無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)的內(nèi)容，可作為高等院校材料科學(xué)一級(jí)學(xué)科與應(yīng)用化學(xué)二級(jí)學(xué)科（硅酸鹽材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、應(yīng)用化學(xué)、耐火材料、建筑材料等專業(yè)）本科生和研究生的教材，也可作為其他相關(guān)學(xué)科師生及從事硅酸鹽材料、無(wú)機(jī)非金屬材料研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的工程技術(shù)人員的參考書。本書由西南科技大學(xué)方榮利教授主編。編寫分工如下。方榮利教授：第1章，第2章除22外全部，第3-5章，第6章除62外全部，第7章除77外全部；第8章除85外全部；蘇州大學(xué)金成昌教授：第2章22；西南科技大學(xué)廖其龍教授：第6章62，第7章77，第8章85。全書由四川大學(xué)博士生導(dǎo)師鄭昌群教授、博士生導(dǎo)師冉均國(guó)教授主審，編者對(duì)主審人的精心審閱表示衷心感謝。本書在編寫過(guò)程中得到了院、校領(lǐng)導(dǎo)與老師的關(guān)心、支持，在這里表示深切的謝意。雖然編者傾力而為，但限于水平，不妥之處在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。編者2008年6月

內(nèi)容概要

本書吸收與拓展了無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、傳遞工程、控制工程等課程的精華，可在較少的課時(shí)內(nèi)，讓學(xué)生掌握較多的知識(shí)，適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力；通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能基本掌握無(wú)機(jī)料化學(xué)反應(yīng)與傳遞過(guò)程相互聯(lián)系與相互制約的基本規(guī)律，為學(xué)生在今后工作崗位上對(duì)現(xiàn)有設(shè)備與技術(shù)進(jìn)行改造，或開發(fā)新的技術(shù)和設(shè)備創(chuàng)造了條件。    全書共分8章，較全面系統(tǒng)地介紹了無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)內(nèi)容，可作為高等院校材料科學(xué)與應(yīng)用化學(xué)本科生和研究生的教材，也可作為無(wú)機(jī)非金屬材料、傳統(tǒng)硅酸鹽材料、耐火材料、建筑材料等學(xué)科師生及從事相關(guān)領(lǐng)域研究、開發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1　無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)概述　　1.1.1  反應(yīng)工程學(xué)發(fā)展概況    1.1.2  無(wú)機(jī)材料工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程特點(diǎn)    1.1.3　無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)的形成  1.2　無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)的任務(wù)與研究?jī)?nèi)容    1.2.1  無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系    1.2.2　無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)的任務(wù)    1.2.3　無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)的研究?jī)?nèi)容  1.3　無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)的研究方法  1.3.1　經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头? 1.3.2　機(jī)理模型法  1.3.3　混合模型法第2章  無(wú)機(jī)材料工業(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)  2.1　無(wú)機(jī)材料工業(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)概述    2.1.1　無(wú)機(jī)材料工業(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究對(duì)象    2.1.2　無(wú)機(jī)材料工業(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究?jī)?nèi)容    2.1.3　無(wú)機(jī)材料工業(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方法  2.2　無(wú)機(jī)材料工業(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)    2.2.1  均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)    2.2.2　非均相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)  2.3　無(wú)機(jī)材料固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)    2.3.1　無(wú)機(jī)材料固相反應(yīng)    2.3.2  固相反應(yīng)一般動(dòng)力學(xué)方程    2.3.3  受化學(xué)反應(yīng)控制的固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程    2.3.4　受擴(kuò)散控制的固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程    2.3.5　受擴(kuò)散一反應(yīng)控制的固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程    2.3.6　固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)例  2.4　無(wú)機(jī)材料氣固催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)    2.4.1　概述    2.4.2　等溫催化劑的有效因子、反應(yīng)級(jí)數(shù)和活化能    2.4.3　氣固催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程　2.5　無(wú)機(jī)材料氣液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)    2.5.1　概述    2.5.2　氣液反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程  2.6　無(wú)機(jī)材料氣液固三相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)    2.6.1  概述    2.6.2　氣液固三相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程第3章　傳統(tǒng)硅酸鹽材料反應(yīng)動(dòng)力學(xué)　3.1　無(wú)機(jī)材料燒結(jié)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)    3.1.1　概述    3.1.2　固相燒結(jié)動(dòng)力學(xué)    3.1.3　液相燒結(jié)動(dòng)力學(xué)    3.1.4  晶粒生長(zhǎng)與二次再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)    3.1.5　熱壓燒結(jié)動(dòng)力學(xué)　3.2　玻璃熔制過(guò)程動(dòng)力學(xué)    3.2.1　概述    3.2.2　玻璃熔制過(guò)程五個(gè)階段    3.2.3　玻璃熔制過(guò)程中的物理化學(xué)變化    3.2.4　玻璃熔制過(guò)程動(dòng)力學(xué)　3.3　水泥熟料燒成動(dòng)力學(xué)  3.3.1　水泥熟料燒成過(guò)程  3.3.2　水泥熟料燒成過(guò)程物理化學(xué)變化  3.3.3　水泥熟料燒成動(dòng)力學(xué)　3.4　硅酸鹽材料受蝕過(guò)程動(dòng)力學(xué)    3.4.1  硅酸鹽水泥及其制品受蝕過(guò)程動(dòng)力學(xué)    3.4.2　硅酸鹽玻璃受蝕過(guò)程動(dòng)力學(xué)    3.4.3　硅酸鹽耐火材料受蝕過(guò)程動(dòng)力學(xué)第4章  無(wú)機(jī)材料工業(yè)反應(yīng)器　4.1  無(wú)機(jī)材料工業(yè)反應(yīng)器基礎(chǔ) 　 4.1.1　工業(yè)反應(yīng)器類型 　 4.1.2　反應(yīng)器內(nèi)物料的流動(dòng) 　 4.1.3　物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間分布　4.2　固定床反應(yīng)器    4.2.1  概述    4.2.2  固定床反應(yīng)器的傳遞特性    4.2.3  固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型　4.3　氣液反應(yīng)器    4.3.1　概述    4.3.2　氣液反應(yīng)器的傳遞特性    4.3.3　氣液反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型　4.4　流化床反應(yīng)器    4.4.1  概述    4.4.2　流化床反應(yīng)器的傳遞特性    4.4.3　流化床的數(shù)學(xué)模型　4.5　氣液固反應(yīng)器    4.5.1  概述    4.5.2　氣液固反應(yīng)器的傳遞特性    4.5.3　氣液固反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型第5章  傳統(tǒng)硅酸鹽材料工業(yè)反應(yīng)器　5.1  回轉(zhuǎn)式反應(yīng)器　……第6章　無(wú)機(jī)材料工業(yè)反應(yīng)器的工程放大與優(yōu)化第7章　無(wú)機(jī)材料工業(yè)反應(yīng)器設(shè)計(jì)第8章　無(wú)機(jī)材料工業(yè)技術(shù)開發(fā)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第一章　緒論1.1.1反應(yīng)工程學(xué)發(fā)展概況早在古代，人們就會(huì)生產(chǎn)陶瓷、土水泥、釀酒、冶煉金屬等，但卻沒能從這些看起來(lái)互不相干、變化多端的反應(yīng)過(guò)程中認(rèn)清它們的共同規(guī)律。多少世紀(jì)以來(lái)，生產(chǎn)主要依靠經(jīng)驗(yàn)。隨著生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備的更新，特別是石油化工的興起，20世紀(jì)20～30年代間才提出了“單元操作”和“單元過(guò)程”的概念。單元操作指諸如流體的輸送、過(guò)濾、蒸餾、干燥、萃取等物工序，單元過(guò)程指諸如磺化、水解、加氫等化學(xué)反應(yīng)工序。隨著長(zhǎng)期的實(shí)踐，人們的認(rèn)識(shí)逐深入，意識(shí)到單元操作與單元反應(yīng)間并非毫無(wú)聯(lián)系的孤立現(xiàn)象，而是存在著密切的相互作用關(guān)系。1937年，G．丹克勒提出了流動(dòng)因素和邊界層對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響，為反應(yīng)工程學(xué)的發(fā)展和形成奠定了良好的基礎(chǔ)。自此以后，對(duì)于反應(yīng)器內(nèi)化學(xué)因素和物理因素對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響研究日益發(fā)展。20世紀(jì)40年代，隨著生產(chǎn)規(guī)模的大型化，對(duì)反應(yīng)過(guò)程開發(fā)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)提出了迫切要求。同時(shí)，單元操作理論，特別是流體流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)方面的理論研究和試驗(yàn)技術(shù)也取了較大進(jìn)展，促使流化床、催化裂化反應(yīng)、丁苯橡膠的聚合反應(yīng)和曼哈頓計(jì)劃中氣體擴(kuò)散法提煉濃縮鈾工廠的放大設(shè)計(jì)等開發(fā)研究工作取得了巨大的成功，給當(dāng)時(shí)的化學(xué)工程界以極大的震動(dòng)。40年代后期，人們紛紛注意研究單元操作理論，并以越來(lái)越復(fù)雜的數(shù)學(xué)表達(dá)式定量描述單元設(shè)備的操作性能，化工應(yīng)用數(shù)學(xué)的研究相當(dāng)普遍，出現(xiàn)了不少與化學(xué)反應(yīng)工程有關(guān)的專著。1947年，霍根和瓦特遜出版了不少化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的書

編輯推薦

《高等學(xué)校教材?無(wú)機(jī)材料反應(yīng)工程學(xué)》是由化學(xué)工業(yè)出版社出版的。

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