催化反應(yīng)器工程

前言

催化反應(yīng)是使用催化劑的化學(xué)反應(yīng)，工業(yè)上使用的催化劑絕大部分是固體催化劑。催化反應(yīng)器的重要發(fā)展基本來自于新催化劑的發(fā)展。 催化反應(yīng)器是裝填固體催化劑的容器。為了增強(qiáng)流固間的傳遞過程，發(fā)展了多種形式的催化反應(yīng)器。但是，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求催化科學(xué)和工程科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展，基于新催化劑的開發(fā)后再發(fā)展適用反應(yīng)器的串行模式已經(jīng)難以滿足需要。例如，在常用的固定床反應(yīng)器中，高的催化劑利用效率要求催化劑顆粒愈細(xì)愈好，而這會(huì)導(dǎo)致不可接受的床層壓力降。為解決這個(gè)難題，愈來愈要求把催化劑的研究發(fā)展與適用反應(yīng)器的研究發(fā)展從以前的串聯(lián)模式向平行模式過渡。例如，由于環(huán)境法規(guī)愈來愈嚴(yán)格，對(duì)污染物處理的要求愈來愈高，一些在石油煉制和化學(xué)工業(yè)中常用的催化反應(yīng)器根本無法滿足要求。為此，結(jié)合催化劑的發(fā)展同時(shí)進(jìn)行催化反應(yīng)器的發(fā)展，由此應(yīng)運(yùn)而生的是結(jié)構(gòu)催化劑和結(jié)構(gòu)反應(yīng)器，如獨(dú)居石催化劑和反應(yīng)器的發(fā)展。對(duì)這類結(jié)構(gòu)催化劑與結(jié)構(gòu)反應(yīng)器，它們之間的界線已經(jīng)變得很模糊，需要引入催化反應(yīng)器工程的概念。 《催化反應(yīng)工程基礎(chǔ)》一書已經(jīng)詳細(xì)介紹了催化反應(yīng)工程的基礎(chǔ)知識(shí)，也就是物料平衡或摩爾平衡、反應(yīng)速率方程、反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式、能量或熱量平衡、流體的擴(kuò)散（邊界層內(nèi)和固體催化劑顆粒內(nèi)）和流固間的接觸（流體力學(xué)或水力學(xué)或壓力降），以及等溫和非等溫催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)思路和方法。為了完善催化反應(yīng)工程的內(nèi)容，需要有具體的催化反應(yīng)器工程的內(nèi)容。因此，作為以上圖書的后續(xù)部分,《催化反應(yīng)器工程》除介紹工業(yè)上常用的催化反應(yīng)器，包括它們的適用范圍、基本結(jié)構(gòu)以及每類催化反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)等外，重點(diǎn)介紹了催化反應(yīng)工程發(fā)展新趨勢(shì)的內(nèi)容，特別是結(jié)構(gòu)催化劑和結(jié)構(gòu)反應(yīng)器等催化反應(yīng)器工程，以及一些新催化反應(yīng)過程，如酶和生物催化劑及反應(yīng)器、電和光催化劑及反應(yīng)器等。

內(nèi)容概要

　　催化在綠色化學(xué)和低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著很重要的作用，而催化反應(yīng)工程則對(duì)節(jié)能降耗減排作出直接的貢獻(xiàn)。本書作為《催化反應(yīng)工程基礎(chǔ)》一書的后續(xù)部分,介紹了催化反應(yīng)器工程、結(jié)構(gòu)催化劑和結(jié)構(gòu)反應(yīng)器、蜂窩獨(dú)居石催化劑和反應(yīng)器、酶和生物催化動(dòng)力學(xué)及其反應(yīng)器、電催化和光催化動(dòng)力學(xué)分析和反應(yīng)器等內(nèi)容?！　∪珪卜?章,分別討論了工業(yè)主要?dú)夤虄上啻呋磻?yīng)器的模型和重要設(shè)計(jì)參數(shù)以及相關(guān)的設(shè)計(jì)問題；氣液固三相催化反應(yīng)器內(nèi)的流體力學(xué)傳質(zhì)傳熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)、反應(yīng)器模型以及重要設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方法；結(jié)構(gòu)催化劑和結(jié)構(gòu)催化反應(yīng)器蜂窩獨(dú)居石（陶瓷基和金屬基）催化劑和反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、特點(diǎn)、制備技術(shù)，以及它們的重要工業(yè)應(yīng)用——汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器和煙道氣脫除污染氣體;酶和生物催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其反應(yīng)器設(shè)計(jì);電催化過程動(dòng)力學(xué)和光催化過程動(dòng)力學(xué)以及它們實(shí)際應(yīng)用中的反應(yīng)器。　　該書力求詳細(xì)介紹催化反應(yīng)器工程的重要內(nèi)容，為使讀者易于掌握和實(shí)際應(yīng)用,收集了大量實(shí)際例子。用較大的篇幅介紹催化反應(yīng)工程中快速發(fā)展的新領(lǐng)域，特別是結(jié)構(gòu)催化劑和結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的重點(diǎn)——蜂窩獨(dú)居石催化劑和反應(yīng)器，以及酶和生物催化動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)器和電、光催化反應(yīng)的特殊動(dòng)力學(xué)處理。因此本書可以作為高等學(xué)?；瘜W(xué)和化工及相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生、研究生和教師的重要參考書，也是在相關(guān)企業(yè)從事工業(yè)催化反應(yīng)過程研究開發(fā)和設(shè)計(jì)的科技人員和操作管理人員的重要參考書。

書籍目錄

1 1引言11 2絕熱固定床催化反應(yīng)器11 2 1反應(yīng)器模型21 2 2模型參數(shù)的無因次化41 2 3絕熱固定床反應(yīng)器的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)41 2 4多穩(wěn)態(tài)51 2 5設(shè)計(jì)參數(shù)和判據(jù)61 3自熱固定床催化反應(yīng)器71 4非等溫非絕熱管式催化反應(yīng)器91 4 1模型91 4 2無因次參數(shù)111 4 3設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)121 5應(yīng)用實(shí)例141 5 1參數(shù)敏感性和飛溫141 5 2一維、二維模型161 5 3設(shè)計(jì)參數(shù)161 5 4固定床反應(yīng)器的控制161 5 5小結(jié)171 6氣固流化床催化反應(yīng)器中的氣固流動(dòng)和流區(qū)171 6 1引言171 6 2固體顆粒在床層中的流動(dòng)和氣固流化中的流區(qū)181 6 3流化床反應(yīng)器氣固流動(dòng)和傳遞211 7氣固流化床反應(yīng)器模型261 7 1鼓泡流化床反應(yīng)器模型271 7 2湍流流化床反應(yīng)器模型281 7 3循環(huán)流化床反應(yīng)器模型281 8氣固流化床催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)30參考文獻(xiàn)382 1引言392 1 1應(yīng)用392 1 2三相催化反應(yīng)器的類型412 1 3固定床和漿態(tài)床反應(yīng)器的比較422 1 4操作模式442 2涓流床催化反應(yīng)器452 2 1引言452 2 2流區(qū)分類472 2 3壓力降492 2 4流體滯留量522 2 5氣液傳質(zhì)542 2 6液固傳質(zhì)572 2 7軸向離散582 2 8液體分布612 2 9部分潤(rùn)濕和對(duì)反應(yīng)器性能的影響622 2 10非等溫催化反應(yīng)672 2 11傳熱682 2 12壓力對(duì)涓流床操作參數(shù)和反應(yīng)器性能的影響692 2 13例子722 3鼓泡填料塔反應(yīng)器752 3 1引言752 3 2流區(qū)762 3 3壓力降782 3 4氣體滯留和液體滯留792 3 5氣液傳質(zhì)802 3 6液固傳質(zhì)802 3 7軸向離散812 3 8例子812 4三相流化床催化反應(yīng)器852 4 1引言852 4 2液固流化床852 4 3流區(qū)882 4 4床層收縮和膨脹現(xiàn)象892 4 5氣體和液體滯留892 4 6氣泡直徑912 4 7顆粒夾帶922 4 8氣液傳質(zhì)922 4 9液固傳質(zhì)932 4 10軸向離散932 4 11傳熱942 5機(jī)械攪拌漿態(tài)反應(yīng)器952 5 1引言952 5 2催化劑的懸浮962 5 3攪拌的功率消耗972 5 4氣體滯留992 5 5氣泡直徑1002 5 6氣液傳質(zhì)1002 5 7液固傳質(zhì)1032 5 8密閉攪拌反應(yīng)器1042 6鼓泡塔漿態(tài)反應(yīng)器1062 6 1引言1062 6 2鼓泡塔漿態(tài)反應(yīng)器中的流區(qū)1072 6 3催化劑顆粒的懸浮1082 6 4氣體滯留1092 6 5平均氣泡直徑1102 6 6氣液傳質(zhì)1102 6 7液固傳質(zhì)1112 6 8鼓泡塔中的軸向離散1112 6 9傳熱1122 6 10催化劑分離112參考文獻(xiàn)1143 1引言1163 1 1多相催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)內(nèi)構(gòu)件1173 1 2反應(yīng)和分離的結(jié)構(gòu)內(nèi)構(gòu)件1183 1 3催化結(jié)構(gòu)填料的分類1193 2結(jié)構(gòu)催化劑固定床反應(yīng)器中的傳遞現(xiàn)象簡(jiǎn)介1203 2 1流區(qū)1203 2 2壓力降和液體滯留1213 2 3氣液傳質(zhì)和氣液界面面積1213 2 4液固傳質(zhì)速率1223 2 5停留時(shí)間分布（RTD）1223 2 6熱傳輸1223 2 7結(jié)構(gòu)反應(yīng)器模型1223 3結(jié)構(gòu)催化材料特性及其工業(yè)應(yīng)用1233 3 1蜂窩獨(dú)居石：陶瓷和金屬1233 3 2開放錯(cuò)流結(jié)構(gòu)波紋填料（OCFS）及其流體力學(xué)特性1243 3 3閉合錯(cuò)流結(jié)構(gòu)波紋填料（CCFS）及其流體力學(xué)特性1283 3 4編織線結(jié)構(gòu)填料及其流體力學(xué)特性1293 3 5發(fā)泡體：金屬、陶瓷和石墨基1313 3 6不同結(jié)構(gòu)填料間的比較1323 3 7結(jié)構(gòu)催化填料的工業(yè)應(yīng)用1343 4纖維（布）催化劑及其應(yīng)用1363 4 1引言1363 4 2纖維材料和其催化劑制備1383 4 3纖維結(jié)構(gòu)的幾何性質(zhì)1433 4 4纖維和布催化劑的應(yīng)用1443 4 5傳質(zhì)和流體力學(xué)148參考文獻(xiàn)1494 1引言1514 2獨(dú)居石結(jié)構(gòu)1534 3流體力學(xué)1544 3 1流區(qū)1554 3 2壓力降1564 3 3液體滯留1574 3 4流體分布1584 3 5軸向和徑向離散1594 4質(zhì)量和熱量傳遞1604 4 1質(zhì)量傳遞1604 4 2熱量傳遞1624 4 3蜂窩獨(dú)居石催化劑用于放熱反應(yīng)1654 5獨(dú)居石反應(yīng)器1694 5 1獨(dú)居石反應(yīng)器性能1694 5 2蜂窩獨(dú)居石反應(yīng)器和常用反應(yīng)器的比較1694 5 3反應(yīng)器模型1714 6蜂窩獨(dú)居石反應(yīng)器的設(shè)計(jì)1714 6 1引言1714 6 2模型1724 6 3獨(dú)居石催化劑的效率因子1734 6 4最佳幾何體的選擇1754 6 5小結(jié)1774 7蜂窩獨(dú)居石及催化劑的制備1784 7 1引言1784 7 2擠壓技術(shù)生產(chǎn)陶瓷蜂窩獨(dú)居石1814 7 3催化劑活性組分的加入1884 7 4金屬獨(dú)居石1944 8蜂窩獨(dú)居石催化劑的應(yīng)用實(shí)例2014 8 1汽車尾氣凈化三效催化劑2014 8 2三效（TWCs）催化劑：原理和操作2044 8 3貧燃脫NOx催化劑2114 8 4DeNOx SCR獨(dú)居石催化劑2164 8 5在獨(dú)居石SCR催化劑中化學(xué)動(dòng)力學(xué)和傳遞過程的數(shù)學(xué)描述2184 8 6DeNOx本征動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算220參考文獻(xiàn)2225 1可溶性酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2245 1 1引言2245 1 2MichaelisMenten動(dòng)力學(xué)2255 1 3酶催化反應(yīng)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)2325 1 4酶催化反應(yīng)的阻滯2335 1 5雙或多底物酶催化反應(yīng)2405 1 6例子2425 2固定化酶的催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（非均相）2435 2 1引言2435 2 2游離酶的固定化2445 2 3固化酶催化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2455 2 4有膜擴(kuò)散和粒內(nèi)擴(kuò)散時(shí)的效率因子2475 2 5固定化酶的活性和失活2485 3酶催化反應(yīng)器2495 3 1均相酶催化反應(yīng)器2505 3 2非均相酶催化反應(yīng)器2525 4微生物細(xì)胞的基礎(chǔ)知識(shí)2535 4 1細(xì)胞的大小和形狀2545 4 2細(xì)胞的分類2555 4 3微生物細(xì)胞的增殖和調(diào)控2565 5細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)2585 5 1細(xì)胞生長(zhǎng)的特點(diǎn)2585 5 2環(huán)境對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響2605 5 3細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型2615 5 4氧控制發(fā)酵生物反應(yīng)器中的傳遞過程2735 6生物催化反應(yīng)器277參考文獻(xiàn)2796 1電催化和電極動(dòng)力學(xué)2806 1 1引言2806 1 2電化學(xué)系統(tǒng)2816 1 3電催化熱力學(xué)和電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)2826 1 4電極反應(yīng)系統(tǒng)2856 1 5多孔催化電極系統(tǒng)2896 2燃料電池和蓄電池中的電催化2996 2 1旁流背進(jìn)式Br2/Br-多孔電極2996 2 2DMFC PtRu陽極的宏觀動(dòng)力學(xué)3026 2 3多孔電極的多尺度分析3126 2 4鋰離子蓄電池正極多尺度分析3196 3電催化有機(jī)合成反應(yīng)3246 3 1循環(huán)流動(dòng)填充床電催化有機(jī)合成反應(yīng)3246 3 2硝基苯電還原制對(duì)氨基苯酚PBEDR實(shí)例3296 3 3填充床電極的理論3306 4光催化反應(yīng)工程及其反應(yīng)器3356 4 1引言3356 4 2半導(dǎo)體光催化反應(yīng)熱力學(xué)3376 4 3半導(dǎo)體光催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)3416 4 4太陽能光催化水處理反應(yīng)器347參考文獻(xiàn)353

編輯推薦

《催化反應(yīng)器工程》是《催化反應(yīng)工程基礎(chǔ)》的姊妹篇。

圖書封面

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