本書系統介紹了均相單一反應動力學和理想反應器、復合反應與反應器選型、非理想流動反應器、氣固相催化反應本征動力學、氣固相催化反應宏觀動力學、氣固相催化反應固定床反應器、氣固相催化反應流化床反應器、氣液相反應過程與反應器、反應器的熱穩(wěn)定性和參數靈敏性等內容。
作為反應工程學的簡明教材,學?筛鶕煌虒W需要,40-60學時都可選用;講述深入簡出,也適合工程技術人員或非化工專業(yè)的學生學習參考。該書的出版廣受歡迎,第2版重印13次,銷量7萬余冊。
前言
《化學反應工程》第二版已經出版近十年。這些年來,經多個高校使用,師生給出了不少有益的建議,發(fā)現了不少問題,有必要作再次的修訂。
化學反應工程是一門工程技術學科,涉及許多概念和公式,在多年的教學實踐中一直被認為是比較困難的一門課。整個知識體系中看似不相關的章節(jié)也有一定的連貫性。而且,與它的前端課程如物理化學、化工原理等有比較密切的聯系,也需要比較扎實的數學基礎。
本次修訂注意到這些問題,改正了上一版中已經發(fā)現的錯誤,增加了部分習題。這部分習題可能對加深對本學科的認識有益。統一了部分章節(jié)的符號,以解決連貫性問題。
課程的學習,其意義不僅在于課程本身。書上講述的具體內容在工作中遇到很少,這并不意味著學這些沒用。具體的公式,如果不做工程設計的話的確用處不大,因為這類工程問題的計算方法往往不止一個。各個教材彼此相互沖突也是有的。一個化學反應的動力學方程有幾十個亦是常有的事。但是,對于工程、科學問題的處理方法卻是一致的,這種一致性不是一門課程可以表達清楚的。學生學習了幾門化工類課程后可能會發(fā)現處理一類問題大體的思想方法是相同的。了解了這一點,對于課堂上沒有學習過的問題也知道應該怎樣處理。學習這門課程不要把主要精力放在背公式上,而是要知道要處理的問題到底是“怎么回事兒”。
本次修訂由郭鍇完成。希望本次修訂對本領域的學生、教師、工程技術人員有所幫助,特別是能對準備參加注冊化工工程師執(zhí)業(yè)資格考試的考生盡些微薄之力。
郭鍇
2017年4月
第一版前言
本書是根據教育部面向21世紀化學工程與工藝專業(yè)的教學計劃要求,由北京化工大學、北京聯合大學兩校合作,按照授課學時數為50~60學時而編寫化學反應工程課程教材,其目的是為了適應教學改革中關于“厚基礎、寬專業(yè)”及課時數減少的需要。
本書是在兩所學校近18年來反應工程教學實踐的基礎上,吸取了十幾位教師教學經驗,并借鑒國內外相關教材的特色編寫而成的。本書在編寫上力求達到以下特點:①基本概念準確、清晰,基本原理分析透徹,基本方法能學以致用,以此達到簡明、基礎的特色;②例題、習題全面且有代表性,以幫助讀者對化學反應工程內容的理解和消化吸收;③每章后附有知識小結,以突出各章的重點和難點,從而方便讀者的復習或自學。本書篇幅明顯較其他同類書籍小,這是由本書簡明基礎的特色決定的。篇幅減小并不意味著教學內容的壓縮或刪減,而是摒除了一部分與教學大綱聯系不十分緊密的內容。學生需擴大視野或希望了解更多、更深的有關化學反應工程知識,可參閱相關文獻或書籍。本書可供高等院;瘜W工程、化工工藝等專業(yè)本科及?茖W生作為教材使用,同時也可作為化工類相關專業(yè)學生及相關技術人員的參考資料。
全書由周緒美編寫第1、2、3章并負責統稿,郭鍇編寫第4、8、9章,唐小恒編寫第5、6、7章,馮元鼎教授指導了全書的編寫工作,并對本書進行了審閱。
本書的編寫得到北京化工大學化新教材建設基金的資助,此外,郭奮、陳建銘、陶鳳云等同志對本書的編寫也給予了支持和幫助,在此一并表示衷心的感謝。
由于編者水平有限,書中錯誤和疏漏之處,懇請讀者批評指正。
編者
1999年12月
第二版前言
《化學反應工程》第一版于2000年由化學工業(yè)出版社出版發(fā)行,至今已經印刷7次,印數達到27000冊,受到廣大師生、讀者的歡迎。也正是由于讀者的厚愛,使本書的第二版進入了普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材的行列。
一本教材,最大的讀者群是學生。教材的編寫,要從學生的角度出發(fā),用心體驗學生對問題的理解能力。一本好的教材,要求編寫者逐字逐句地斟酌,避免歧義,并將重要的概念,可置疑地表述清楚。許多時候,教師認為不成問題的地方恰恰是學生學習的障礙。教材上少寫一句話,學生就要多用幾個小時去揣摩,因此本教材在編寫中盡量避免這種情況發(fā)生。
本修訂版的特色是:
(1)基本概念力求清晰、突出基礎、淡化專業(yè),著重講解解決問題的思想方法;
(2)突出課程的重點和難點,刪除一些與教學大綱聯系不十分密切的和重復的內容;
(3)由于教學手段的進步,多媒體課件的引入,使得教學進度有所提高。在課時不變的情況下可以介紹更多的內容。為此,增加了流化床反應器一章;
(4)增加習題與答案,便于學生練習。
(5)提供全書教學用多媒體課件素材,可以在化學工業(yè)出版社教學資源網:www.cipedu.com.cn下載。
本次修訂,由郭鍇、唐小恒進行。郭鍇編寫流化床反應器一章,周緒美、馮元鼎統覽全書,郭奮、李建偉對本教材的修訂提出了很好的建議,錢智、馬麗麗、沈淑玲、趙光磊、付景坤、曹會博、張魁等對書稿進行了認真的校對。
教材編寫過程中難免有錯誤疏漏之處,懇請廣大師生和讀者批評指正。需要本書中各章習題解答的老師可以聯系:guok@mail.buct.edu.cn。
郭鍇
2007年11月
收起全部↑
0緒論 / 001
1均相單一反應動力學和理想反應器 / 004
1.1基本概念004
1.1.1化學反應式與化學反應計量方程004
1.1.2反應程度005
1.1.3轉化率005
1.1.4化學反應速率006
1.1.5化學反應動力學方程007
1.2建立動力學方程的方法009
1.2.1積分法009
1.2.2微分法011
1.2.3最小方差分析法012
1.3化學反應器設計基礎013
1.3.1反應器的分類013
1.3.2反應器設計的基礎方程014
1.3.3幾個時間概念015
1.4等溫條件下理想反應器的設計分析016
1.4.1間歇操作的充分攪拌槽式反應器016
1.4.2平推流反應器021
1.4.3全混流反應器027
1.5非等溫條件下理想反應器的設計031
1.5.1間歇反應器的熱量衡算031
1.5.2平推流反應器的熱量衡算032
1.5.3全混流反應器的熱量衡算033
本章小結033
深入討論036
習題036
2復合反應與反應器選型 / 040
2.1單一不可逆反應過程與反應器041
2.1.1單一不可逆反應過程平推流反應器與全混流反應器的比較041
2.1.2理想流動反應器的組合044
2.1.3不同型式反應器的組合047
2.1.4循環(huán)反應器048
2.2自催化反應特性與反應器選型050
2.3可逆反應特性與反應器選型052
2.4平行反應特性與反應器選型056
2.5連串反應特性與反應器選型061
本章小結066
深入討論067
習題068
3非理想流動反應器 / 072
3.1概述072
3.1.1返混定義072
3.1.2返混對反應過程的影響072
3.1.3按返混程度對反應器的分類073
3.2流體在反應器內的停留時間分布073
3.2.1停留時間分布的定量描述073
3.2.2停留時間分布規(guī)律的實驗測定075
3.2.3用對比時間作變量的停留時間分布080
3.2.4兩種理想反應器的停留時間分布規(guī)律080
3.3非理想流動模型083
3.3.1凝集流模型083
3.3.2多級混合槽模型084
3.3.3軸向擴散模型087
3.3.4模型法進行均相反應過程計算小結093
本章小結094
深入討論097
習題097
4氣固相催化反應本征動力學 / 099
4.1氣固相催化過程099
4.1.1催化過程及特征099
4.1.2非均相催化反應速率表達101
4.1.3非均相催化反應過程102
4.2固體催化劑103
4.2.1催化劑的組成和組分選擇103
4.2.2催化劑的制備105
4.2.3固體催化劑的比表面積、孔體積和孔體積分布106
4.3氣固相催化反應本征動力學109
4.3.1化學吸附與脫附109
4.3.2表面化學反應114
4.3.3反應本征動力學115
4.4本征動力學方程的實驗測定120
4.4.1外擴散與內擴散影響的消除120
4.4.2固定床積分反應器121
4.4.3微分法及其實驗裝置122
4.4.4循環(huán)反應器122
4.4.5動力學模型建立概述124
本章小結125
深入討論127
習題128
5氣固相催化反應宏觀動力學 / 130
5.1催化劑顆粒內氣體擴散130
5.1.1分子擴散131
5.1.2克努森擴散132
5.1.3綜合擴散132
5.1.4以顆粒為基準的有效擴散133
5.2氣固相催化等溫反應的宏觀動力學方程134
5.2.1球形催化劑上等溫反應宏觀動力學方程134
5.2.2其他形狀催化劑的等溫宏觀動力學方程139
5.3非等溫過程的宏觀動力學142
5.3.1催化劑顆粒內部的溫度分布規(guī)律142
5.3.2非等溫條件下的宏觀動力學方程143
5.3.3內擴散對復合反應選擇性的影響144
5.4流體與催化劑外表面間的傳質和傳熱146
5.4.1流體與催化劑顆粒外表面間的傳質146
5.4.2流體與催化劑顆粒外表面間的傳熱149
5.5催化劑的失活150
5.5.1失活現象151
5.5.2失活反應動力學151
5.5.3工業(yè)上處理失活問題的方法152
本章小結153
習題155
6氣固相催化反應固定床反應器 / 157
6.1流體在固定床內的傳遞特性157
6.1.1流體在固定床內的流動特性157
6.1.2固定床內徑向傳遞161
6.2固定床催化反應器的設計162
6.2.1固定床催化反應器的特點及類型162
6.2.2采用一維擬均相理想流動模型對反應器進行設計計算165
6.3固定床反應器模型評述174
6.3.1一維擬均相非理想流模型174
6.3.2二維擬均相模型175
6.3.3非均相模型177
本章小結178
習題179
7氣固相催化反應流化床反應器 / 181
7.1流化床的基本概念181
7.1.1流化床的基本概念181
7.1.2散式流化和聚式流化181
7.1.3濃相段和稀相段183
7.1.4流態(tài)化的不正,F象183
7.2流化床的工藝計算184
7.2.1反應器內徑的計算184
7.2.2流化床反應器床高的確定187
7.2.3流化床的熱傳遞188
7.3流化床內反應過程的計算189
7.3.1床層中氣泡行為189
7.3.2流化床的鼓泡床模型190
7.3.3反應過程的估算190
本章小結194
習題195
8氣液相反應過程與反應器 / 197
8.1概述197
8.1.1氣液反應的步驟197
8.1.2氣液反應過程的計算關系式198
8.2氣液反應動力學199
8.2.1氣液反應過程的基礎方程199
8.2.2極慢反應過程201
8.2.3慢反應過程202
8.2.4中速反應過程203
8.2.5快反應過程204
8.2.6瞬時反應過程204
8.2.7氣液反應過程的重要參數206
8.3氣液反應器208
8.3.1工業(yè)上常用的氣液反應器208
8.3.2填料塔式反應器的計算209
8.3.3鼓泡塔式反應器的計算212
本章小結215
深入討論216
習題216
9反應器的熱穩(wěn)定性和參數靈敏性 / 218
9.1全混流反應器的熱穩(wěn)定性218
9.1.1全混流反應器的熱量衡算218
9.1.2全混流反應器的定態(tài)219
9.2管式反應器的熱穩(wěn)定性221
9.2.1徑向傳熱管式反應器的熱量衡算方程221
9.2.2管式反應器允許的最大溫度差及允許管徑222
9.2.3管式反應器的熱點223
9.3反應器參數的靈敏性224
9.3.1反應器的安全性224
9.3.2反應器參數的靈敏性225
習題答案 / 228
符號表 / 234
參考文獻 / 236