过程设备与工业应用丛书--反应过程、设备与工业应用简介

内容简介

《反应过程、设备与工业应用》是“过程设备与工业应用丛书”的一个分册，本书在系统介绍化学反应基本理论的基础上，分别详细介绍了釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、固定床反应器、流化床反应器、离子交换反应器、电化学反应器、膜生物反应器以及其他一些新式化学反应器的工作特性、设计原理、工业应用及评价。

《反应过程、设备与工业应用》不仅适用于石油、化工、生物、制药、食品、医药、环境、机械等专业的高等学校的教师、研究生及高年级本科生阅读，同时对相关行业的工程技术人员、研究设计人员也会有所帮助。

目录

第1章绪论

1.1过程工业与工业化学过程/001

1.1.1过程工业/001

1.1.2工业化学过程/002

1.2化学反应过程的基本规律/004

1.3反应过程与设备的关系/006

1.3.1最优化的经济目标/006

1.3.2最优化的技术目标/007

1.4化学反应与反应设备的分类/008

1.4.1化学反应的分类/008

1.4.2工业反应设备的类型/009

1.5化学反应器的设计与放大/012

1.5.1化学反应器的设计原则/012

1.5.2工业反应器的放大/013

1.6化学反应过程与设备的发展/015

第2章化学反应过程基本理论

2.1化工原料资源/018

2.1.1煤炭/019

2.1.2石油/021

2.1.3天然气/023

2.1.4生物质/023

2.1.5工业“三废”/025

2.2化学反应动力学基础/026

2.2.1化学反应速率/026

2.2.2反应速率的影响因素/027

2.2.3复杂反应的动力学表达/030

2.3反应器的操作方式/032

2.4反应器计算的基本方程式/033

2.4.1反应动力学方程式/034

2.4.2物料衡算式/035

2.4.3热量衡算式/035

2.5均相理想反应器/036

2.5.1均相反应器的特点/036

2.5.2釜式反应器的设计与操作/037

2.5.3管式反应器的设计与操作/043

2.6连续流动反应器的停留时间分布/045

2.6.1非理想流动/045

2.6.2停留时间分布函数/046

2.6.3停留时间分布函数的应用/048

2.7非理想流动/049

2.7.1非理想流动模型/050

2.7.2非理想流动对反应结果的影响/053

参考文献/055

第3章釜式反应器

3.1间歇操作釜式反应器工艺计算/057

3.1.1反应时间/057

3.1.2反应器有效体积/058

3.2连续操作釜式反应器工艺计算/059

3.2.1单段连续釜式反应器/060

3.2.2多段连续釜式反应器/060

3.3搅拌器/063

3.3.1搅拌的混合机理和液体流动特性/064

3.3.2常用搅拌器的类型及性能特征/067

3.3.3搅拌功率/072

3.4搅拌釜式反应器的传热/078

3.4.1反应釜的传热装置/078

3.4.2高温热源的选择/080

3.5搅拌反应釜传热系数的计算/082

3.5.1反应器内壁对流传热系数的计算/083

3.5.2蛇管外壁对流传热系数的计算/084

3.6立式搅拌反应釜的选用/085

3.6.1搅拌器的选型/085

3.6.2立式搅拌反应釜的选型/086

3.7釜式反应器在硝基苯生产中的应用/088

3.7.1生产工艺/088

3.7.2硝化剂/090

3.7.3硝化反应器/091

3.7.4硝化反应器的放大设计/092

参考文献/094

第4章管式反应器

4.1管式反应器的计算基础方程式/096

4.1.1计算基础方程式/097

4.1.2空间速度与空间时间/097

4.2液相管式反应器的设计/098

4.2.1等温液相管式反应器/098

4.2.2变温液相管式反应器/099

4.3气相管式反应器的设计/101

4.4管式反应器的数学模拟/102

4.4.1管式反应器的数学模型/103

4.4.2数学模型方程的求解/104

4.5反应器类型和操作方式的比较/104

4.5.1生产能力的比较/105

4.5.2反应选择性比较/107

4.5.3操作与计算最优化/109

4.6管式反应器在环氧乙烷生产中的应用/109

4.6.1乙烯氧化合成环氧乙烷的反应机理/111

4.6.2反应过程的影响因素/112

4.6.3氧化反应器的设计/117

4.6.4氧化反应器的结构特点/120

4.7管式反应器在聚乙烯生产中的应用/121

4.7.1聚乙烯的分子结构及分类/122

4.7.2聚乙烯的生产工艺/123

4.7.3乙烯自由基聚合原理及动力学/126

4.7.4高压管式反应器/130

参考文献/133

第5章塔式反应器

5.1塔式反应器的类型及构造/135

5.1.1塔式反应器的分类/135

5.1.2塔式反应器的一般构造/136

5.1.3附属装置/137

5.1.4塔类型的选择/139

5.2板式塔/139

5.2.1板式塔的结构/140

5.2.2塔板类型/140

5.2.3浮阀塔的设计计算/142

5.3填料塔/146

5.3.1物理吸收过程/146

5.3.2化学吸收过程/147

5.3.3填料塔的设计/151

5.4鼓泡塔/156

5.4.1鼓泡塔的操作状态/156

5.4.2鼓泡塔内的流动特性/157

5.4.3鼓泡塔内的传热特性/161

5.4.4鼓泡塔的工业应用/162

5.5塔设备设计常见错误/171

5.6喷射反应器/173

5.6.1喷射反应器的研究现状及进展/173

5.6.2喷射反应器的应用/174

参考文献/177

第6章固定床反应器

6.1固定床反应器的构造/179

6.2固定床反应器内的流体流动/181

6.2.1催化剂颗粒直径和形状系数/181

6.2.2床层空隙率/182

6.2.3流体在固定床中的流动特性/183

6.2.4流体流过固定床层的压力降/184

6.3固定床反应器内的传热/185

6.3.1床层对壁总传热系数/185

6.3.2床层有效导热系数/187

6.3.3表观壁膜传热系数/189

6.3.4流体与催化剂颗粒间的传热系数/191

6.4固定床反应器内的传质/191

6.4.1流体与催化剂颗粒外表面间的传质/192

6.4.2催化剂颗粒内部的传质/194

6.4.3床层内的混合扩散/196

6.5固定床反应器的设计/197

6.5.1总反应速率方程式/197

6.5.2反应器的设计/199

6.6固定床反应器在合成氨生产中的应用/201

6.6.1一氧化碳变换的基本原理/202

6.6.2一氧化碳变换的工艺过程/206

6.6.3变换反应器/207

6.6.4变换反应器的新发展/210

6.7固定床反应器的日常运行与操作/212

6.8固定床反应器在二甲醚生产中的应用/214

6.8.1二甲醚的合成技术/215

6.8.2甲醇脱水工艺及反应器设计/217

参考文献/223

第7章流化床反应器

7.1流态床反应器的特性/226

7.1.1流态化/226

7.1.2散式流化床和聚式流化床/227

7.1.3流化床中的气泡及其行为/227

7.1.4流化床的异常现象及处理方法/228

7.1.5流化床反应器内的传质/229

7.1.6流化床反应器内的传热/231

7.2流化床反应器的设计/232

7.2.1反应器直径与高度的确定/232

7.2.2压力降的计算/234

7.2.3反应器的数学模型/237

7.3流化床反应器的运行与操作/239

7.4流化床反应器在丙烯腈生产中的应用/241

7.4.1丙烯腈生产工艺/242

7.4.2丙烯氨氧化反应器/245

7.5流化床反应器在苯胺生产中的应用/248

7.5.1苯胺的生产路线/248

7.5.2加氢流化床反应器/250

7.6流化床反应器的研究发展/255

参考文献/257

第8章离子交换反应器

8.1离子交换法的基本原理/260

8.1.1离子交换平衡/260

8.1.2离子交换速率/261

8.2离子交换剂与离子交换树脂/262

8.2.1离子交换剂/262

8.2.2离子交换树脂/263

8.2.3离子交换树脂的类型/264

8.2.4离子交换树脂的物理性能/266

8.2.5离子交换树脂的化学性质/267

8.3离子交换反应器的应用/269

8.3.1离子交换反应的特性/269

8.3.2离子交换软化除盐/270

8.3.3软化与除碱/272

8.3.4复床、混床除盐/274

8.4离子交换器的工作过程/276

8.4.1固定床离子交换器间歇工作过程/276

8.4.2一级复床的工作过程/281

8.4.3连续式离子交换器工作过程/282

8.5离子交换器/283

8.5.1固定床离子交换器/283

8.5.2移动床离子交换器/287

8.5.3连续床离子交换器/287

8.5.4混合床离子交换器/288

8.5.5浮动床离子交换器/288

8.5.6双室浮动床离子交换器/290

8.5.7回程式离子交换器/291

8.5.8离子交换柱/293

8.6离子交换装置的设计/293

8.6.1设计依据/293

8.6.2系统的参数计算/294

参考文献/295

第9章电化学反应器

9.1电化学反应器/298

9.1.1电化学反应器的主要构件/299

9.1.2二维反应器/299

9.1.3三维反应器/302

9.2电解槽/302

9.2.1电极反应/303

9.2.2法拉第电解定律/303

9.2.3分解电压与极化现象/304

9.2.4电解槽的分类及构造/305

9.2.5电解槽的工艺设计/307

9.3电化学反应器的工业应用/309

9.3.1电解氧化法处理废水/309

9.3.2电解还原法处理无机污染物/310

9.3.3电解凝聚与电解气浮/314

9.3.4电解消毒/316

9.4电化学技术的发展方向/317

9.4.1阳极材料/317

9.4.2电化学反应器（electrochemical reactor）/318

9.4.3电化学组合工艺/319

9.4.4生物膜电极法/319

参考文献/320

第10章膜生物反应器

10.1膜反应器/321

10.1.1分离膜/321

10.1.2膜反应器/326

10.2生物反应器/330

10.2.1生物反应器的特点及分类/331

10.2.2大型生物反应器设计与放大/332

10.2.3微型生物反应器/333

10.2.4动物细胞及组织工程反应器/335

10.2.5酶反应器/338

10.3膜生物反应器/339

10.3.1膜生物反应器的形式/339

10.3.2膜生物反应器的类型/340

10.3.3新型膜生物反应器/343

10.3.4膜生物反应器的应用/345

10.4膜污染控制技术/347

10.4.1膜污染控制措施/348

10.4.2膜污染的清洗/349

参考文献/350

第11章其他反应器

11.1气液固三相反应器/352

11.2涓流床反应器/354

11.2.1涓流床的流体力学/355

11.2.2涓流床反应器中的传质/356

11.2.3涓流床反应器中的传热/357

11.2.4涓流床反应器的结构/359

11.2.5涓流床反应器的设计与放大/360

11.3热管反应器/361

11.3.1热管的工作原理/361

11.3.2热管的结构/362

11.3.3热管的主要特性/363

11.3.4热管反应器的应用/363

11.4径向反应器/364

11.4.1乙苯脱氢反应原理/365

11.4.2乙苯催化脱氢生产过程/365

11.4.3脱氢径向反应器/367

11.4.4轴径向反应器的开发/369

11.5微反应器/369

11.5.1微反应器的结构/370

11.5.2微反应器的主要特点/370

11.5.3聚合反应器的类型/371

11.5.4微反应器在聚合反应中的应用/372

参考文献/379 2100433B

《传热技术、设备与工业应用》是“过程设备与工业应用丛书”的一个分册，本书在系统介绍传热设备和传热过程机理的基础上，分别详细介绍了热风炉、管壳式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器、热管换热器、蒸发器与余热锅炉的工作特性、设计原理、用途及评价。

《传热技术、设备与工业应用》不仅适合石油、化工、生物、制药、食品、医药、环境、机械等专业的高等学校的教师、研究生及高年级本科生阅读，同时对相关行业的工程技术人员、研究设计人员也会有所帮助。

廖传华，南京工业大学，教授，廖传华（1972—），男，湖北洪湖人。浙江大学化工过程机械专业硕士，南京工业大学化学工程专业博士，教授。 主要从事本科生《过程装备成套技术》、课程设计、毕业设计等环节的教学工作，编写教材2部。2005年获江苏省普通高校优 秀教学成果一等奖。 主要从事以下方向的研究工作：（1）高浓度难降解有机废水深度治理与资源化利用：采用超临界水氧化技术对高浓度难降解工业废水和有机污泥进行深度治理，不仅满足达标排放，还能实现能源的综合利用。已发表论文10多篇，出版专著4部，申报发明专利15项（获授权3项）。研究成分果于2011年和2013年分别获中国石油和化学工业联合会技术发明三等奖和二等奖各一项。（2）天然产物有效成分的高效提取：采用超临界萃取技术对天然产物中的有效成份进行高效提取，既提高有效成分的提取率，又降低产物中的化学溶剂残留。已发表论文20多篇，出版专著5部，获授权发明专利1项。（3）超细粉体的制备：采用超临界膨胀法制备超细粉体。已发表论文多篇，出版专著1部，获授权发明专利1项。（4）热力干燥：主要从事喷雾干燥、喷雾造粒、半干法喷雾烟气脱硫等方面的研究工作，已发表论文10多篇，获授权专利1项。现为中国化工学会化学工程专业委员会干燥专业组理事、中国通用机械干燥协会技术委员会委员、中国通用机械干燥协会标准化委员会委员。（5）可再生能源与低碳技术研究：主要从事中硬质秸秆的气化、生物质超临界水部分氧化制甲烷、中高温太阳能热利用、城市型风机等方面的研究工作，已发表论文10余篇，出版专著1部，申请发明专利8项。（6）工业节水减排技术：针对高耗水行业，采用夹点技术，在对用水节点进行分析的基础上，进行工艺流程的优化与新型设备的开发，通过循环用水和废水处理再生回用而实现节约用水。研究成果获2011年江苏省水利科技优 秀成果二等奖。出版专著《工业节水案例与技术集成》获中国石油和化学工业优 秀图书二等奖。2100433B

第1章绪论

1.1供热设备的主要类型/001

1.1.1锅炉/001

1.1.2热风炉/003

1.2换热设备的主要类型/004

1.2.1换热设备的主要类型/004

1.2.2换热设备的选型/005

1.3传热设备的材料/006

1.4传热设备的防腐蚀/008

1.5传热设备设计的一般考虑/008

第2章传热

2.1传热的方式和方法/010

2.1.1传热的基本方式/011

2.1.2工业传热的方法/011

2.1.3稳定传热和不稳定传热/012

2.2导热/012

2.2.1傅里叶定律/012

2.2.2热导率/013

2.2.3单层和多层平壁导热/014

2.2.4单层和多层圆筒壁导热/016

2.3对流传热/017

2.3.1对流传热方程式/018

2.3.2对流传热系数的关联式/019

2.3.3无相变时的对流传热系数/020

2.3.4有相变时的对流传热系数/022

2.3.5对流和辐射的联合传热/025

2.4间壁两侧流体的传热/026

2.4.1总传热速率方程/026

2.4.2换热器的热量衡算/027

2.4.3传热推动力与两流体的流向/028

2.4.4总传热系数/031

2.5换热器/034

2.5.1换热器的类型/034

2.5.2换热器内流体流程和流速的选择/042

2.5.3各种间壁式换热器的比较/042

2.5.4传热的强化途径/042

参考文献/043

第3章锅炉

3.1供热锅炉的基本构造和性能参数/044

3.1.1锅炉的构成/045

3.1.2供热锅炉的基本构造/045

3.1.3供热锅炉的工作过程/047

3.1.4供热锅炉的性能参数/048

3.1.5锅炉的评价指标/050

3.2蒸汽锅炉/052

3.2.1烟管锅炉/052

3.2.2烟管水管组合锅炉/055

3.2.3水管锅炉/057

3.3热水锅炉/066

3.3.1强制流动热水锅炉/066

3.3.2自然循环热水锅炉及其改型/070

3.3.3复合循环热水锅炉/073

3.4汽水两用锅炉/075

3.4.1热水和蒸汽同时供应/075

3.4.2汽水两用锅炉的运行调节/077

3.5特种锅炉/077

3.5.1真空锅炉/078

3.5.2冷凝锅炉/079

3.5.3生物质锅炉/080

3.5.4垃圾锅炉/082

3.5.5导热油锅炉/084

3.5.6电热锅炉/085

3.5.7核能锅炉/087

3.6辅助受热面/089

3.6.1蒸汽过热器/089

3.6.2省煤器/090

3.6.3空气预热器/092

3.6.4尾部受热面烟气侧的腐蚀/094

3.7锅炉安全附件/095

3.7.1安全阀/095

3.7.2压力表/097

3.7.3水位表/098

3.7.4高低水位警报器/099

参考文献/099

第4章热风炉

4.1热风炉的技术参数及特性/102

4.1.1热风炉的技术参数及评价指标/103

4.1.2热风炉的特性/105

4.2直接加热热风炉/108

4.2.1固体燃料直接加热热风炉/109

4.2.2液体燃料直接加热热风炉/118

4.2.3气体燃料直接加热热风炉/122

4.3间接加热热风炉/123

4.3.1间接加热热风炉的基本设计计算/124

4.3.2无管式热风炉/126

4.3.3列管式热风炉/134

4.3.4热管式热风炉/138

4.4热媒加热式热风炉/148

4.4.1蒸汽加热式热风炉/149

4.4.2导热油加热式热风炉/150

4.5烟气余热回收/155

4.5.1烟气余热回收换热器的分类/155

4.5.2对流型换热器/156

4.5.3辐射型换热器/156

4.5.4陶土换热器/158

4.5.5热管换热器/158

4.5.6旋转式换热器/160

4.5.7蓄热室/161

4.5.8热媒式换热器/163

4.5.9旋风式余热回收装置/166

4.5.10热泵/166

4.5.11余热锅炉/167

参考文献/168

第5章管壳式换热器

5.1管壳式换热器的结构与型号/172

5.1.1管壳式换热器的总体结构/172

5.1.2管壳式换热器的型号/176

5.2管壳式换热器的工艺设计/176

5.3管壳式换热器的结构设计/187

5.3.1换热器的外壳/187

5.3.2管束/190

5.3.3管板/194

5.3.4膨胀节/202

5.3.5其他结构/206

参考文献/212

第6章板式换热器

6.1板式换热器/214

6.1.1结构特点/215

6.1.2设计计算/221

6.2板翅式换热器/233

6.2.1结构特点/233

6.2.2设计计算/239

6.3伞板换热器/257

6.3.1结构特点/257

6.3.2设计计算/261

参考文献/265

第7章螺旋板式换热器

7.1螺旋板式换热器的优点及其分类/268

7.1.1螺旋板式换热器的优点/268

7.1.2螺旋板式换热器的分类/269

7.2螺旋板式换热器的结构/271

7.2.1密封结构/271

7.2.2外壳/272

7.2.3螺旋板的刚度/273

7.2.4进、出口接管的布置/273

7.3螺旋板式换热器的设计/274

7.3.1螺旋通道的几何计算/274

7.3.2传热工艺计算/276

7.3.3螺旋板式换热器的压力损失/286

7.3.4强度和刚度计算/289

7.3.5制造工艺/302

参考文献/305

第8章热管换热器

8.1热管的工作原理及特性/307

8.1.1热管的工作原理/307

8.1.2热管的结构/307

8.1.3热管的主要特性/309

8.2热管的分类/309

8.2.1按工作温度分类/309

8.2.2按冷凝液回流方式分类/309

8.3热管基本理论/311

8.4热管的传热机理/318

8.4.1传热原理/318

8.4.2热管的传热极限/319

8.5热管的应用/322

8.6热管设计/323

8.7热管换热器的设计计算/332

8.7.1热管换热器的分类/332

8.7.2热管换热器的设计/339

参考文献/353

第9章蒸发器

9.1蒸发器的型式/356

9.1.1自然循环型蒸发器/357

9.1.2强制循环型蒸发器/359

9.1.3单程型蒸发器/359

9.1.4浸没燃烧蒸发器/362

9.1.5蒸发器的选型/363

9.2单效蒸发/364

9.2.1溶液的沸点和温度差损失/364

9.2.2单效蒸发的计算/366

9.2.3蒸发器的生产能力和生产强度/371

9.3多效蒸发/372

9.3.1多效蒸发的操作流程/373

9.3.2多效蒸发的计算/374

9.3.3多效蒸发和单效蒸发的比较/379

9.3.4多效蒸发中效数的限制及最佳效数/380

9.4蒸发器的设计/381

9.4.1蒸发器的设计举例/381

9.4.2蒸发器的辅助装置/384

参考文献/385

第10章余热锅炉

10.1余热锅炉的组成及其特点/387

10.2余热锅炉的分类/389

10.3烟道式余热锅炉/389

10.3.1工作原理/390

10.3.2工作方式/391

10.3.3类型/391

10.4余热锅炉的热工计算/393

10.5余热锅炉的工作特性/394

10.5.1高温(烟道)余热锅炉/394

10.5.2中低温余热锅炉/395

10.5.3高效(热管)余热锅炉/399

10.5.4经济分析/402

10.6余热锅炉的应用/403

参考文献/406