化学反应工程2015年

《化学反应工程》第一版于2000年由化学工业出版社出版发行，至今已经印刷7次，印数达到27000册，受到广大师生、读者的欢迎。也正是由于读者的厚爱，使本书的第二版进入了普通高等教育“十一五”国家级规划教材的行列。

本教材，最大的读者群是学生。教材的编写，要从学生的角度出发，用心体验学生对问题的理解能力。一本好的教材，要求编写者逐字逐句地斟酌，避免歧义，并将重要的概念，无可置疑地表述清楚。许多时候，教师认为不成问题的地方恰恰是学生学习的障碍。教材上少写一句话，学生就要多用几个小时去揣摩，因此本教材在编写中尽量避免这种情况发生。

本修订版的特色是：

（1）基本概念力求清晰、突出基础、淡化专业，着重讲解解决问题的思想方法；

（2） 突出课程的重点和难点，删除一些与教学大纲联系不十分密切的和重复的内容；

（3） 由于教学手段的进步，多媒体课件的引入，使得教学进度有所提高。在课时不变的情况下可以介绍更多的内容。为此，增加了流化床反应器一章；

（4） 增加习题与答案，便于学生练习。

（5） 提供全书教学用多媒体课件素材，联系方式：cipedu@163com。

本次修订，由郭锴、唐小恒进行。郭锴编写流化床反应器一章，周绪美、冯元鼎统览全书，郭奋、李建伟对本教材的修订提出了很好的建议，钱智、马丽丽、沈淑玲、赵光磊、付景坤、曹会博、张奎等对书稿进行了认真的校对。

本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。

2010年中国石油和化学工业优秀出版物奖一等奖。2100433B

本书在第一版的基础上对内容作了较大的调整，按照教学需要增加了气固相催化反应流化床反应器—章，同6慢新了例题和习题。

全书包括绪论和九章，从第一章到第九章主要是关于均相单一反应动力学和理想反应器，复合反应与反应器选型，非理想流动反应器，气固相催化反应本征动力学，气固相催化反应宏观动力学，气固相催化反应固定床反应器，气固相催化反应流化床反应器，气液相反应过程与反应器，反应器的热稳定性和参数灵敏性等内容的学习指导。各章后附有小结和习题，并在书后附有习题参考答案，同时为老师提供解题思路和过程。

本书是根据新一轮教学大纲编写的反应工程学简明教材，可作为高校化学工程与工艺专业本科教材(50-60学时)；若配合可下载的多媒体课件，可在48学时讲完。除去3、8、9章后，也可作为大专40学时教学之用；同时也可供从事化学工程与工艺的工程技术人员或非本专业的本科、研究生作学习参考。

0绪论1

1均相单一反应动力学和理想反应器4

1.1基本概念4

1.1.1化学反应式与化学反应计量方程4

1.1.2反应程度4

1.1.3转化率5

1.1.4化学反应速率6

1.1.5化学反应动力学方程7

1.2建立动力学方程的方法9

1.2.1积分法9

1.2.2微分法11

1.2.3最小方差分析法12

1.3化学反应器设计基础13

1.3.1反应器的分类13

1.3.2反应器设计的基础方程14

1.3.3几个时间概念15

1.4等温条件下理想反应器的设计分析16

1.4.1间歇操作的充分搅拌槽式反应器16

1.4.2理想置换反应器21

1.4.3全混流反应器27

1.5非等温条件下理想反应器的设计30

1.5.1间歇反应器的热量衡算30

1.5.2平推流反应器的热量衡算32

1.5.3全混流反应器的热量衡算32

本章小结33

习题35

2复合反应与反应器选型39

2.1单一不可逆反应过程与反应器40

2.1.1单一不可逆反应过程平推流反应器与全混流反应器的比较40

2.1.2理想流动反应器的组合43

2.1.3不同型式反应器的组合46

2.1.4循环反应器47

2.2自催化反应特性与反应器选型49

2.3可逆反应特性与反应器选型52

2.4平行反应特性与反应器选型56

2.5连串反应特性与反应器选型61

本章小结66

习题68

3非理想流动反应器70

3.1概述70

3.1.1返混定义70

3.1.2返混对反应过程的影响70

3.1.3按返混程度对反应器的分类70

3.2流体在反应器内的停留时间分布71

3.2.1停留时间分布的定量描述71

3.2.2停留时间分布规律的实验测定72

3.2.3用对比时间作变量的停留时间分布77

3.2.4两种理想反应器的停留时间分布规律78

3.3非理想流动模型81

3.3.1凝集流模型81

3.3.2多级混合槽模型82

3.3.3轴向扩散模型86

3.3.4模型法进行均相反应过程计算小结91

本章小结93

习题95

4气固相催化反应本征动力学97

4.1气固相催化过程97

4.1.1催化过程及特征97

4.1.2非均相催化反应速率表达99

4.1.3非均相催化反应过程100

4.2固体催化剂101

4.2.1催化剂的组成和组分选择101

4.2.2催化剂的制备103

4.2.3固体催化剂的比表面积、孔体积和孔体积分布104

4.3气固相催化反应本征动力学107

4.3.1化学吸附与脱附108

4.3.2表面化学反应113

4.3.3反应本征动力学114

4.4本征动力学方程的实验测定120

4.4.1外扩散与内扩散影响的消除120

4.4.2固定床积分反应器121

4.4.3微分法及其实验装置122

4.4.4循环反应器122

4.4.5动力学模型建立概述123

本章小结124

习题127

5气固相催化反应宏观动力学130

5.1催化剂颗粒内气体扩散130

5.1.1分子扩散131

5.1.2克努森扩散132

5.1.3综合扩散132

5.1.4以颗粒为基准的有效扩散133

5.2气固相催化等温反应的宏观动力学方程134

5.2.1球形催化剂上等温反应宏观动力学方程134

5.2.2其他形状催化剂的等温宏观动力学方程140

5.3非等温过程的宏观动力学143

5.3.1催化剂颗粒内部的温度分布规律143

5.3.2非等温条件下的宏观动力学方程144

5.3.3内扩散对复合反应选择性的影响145

5.4流体与催化剂外表面间的传质和传热147

5.4.1流体与催化剂颗粒外表面间的传质147

5.4.2流体与催化剂颗粒外表面间的传热150

5.5催化剂的失活152

5.5.1失活现象152

5.5.2失活反应动力学153

5.5.3工业上处理失活问题的方法154

本章小结155

习题157

6气固相催化反应固定床反应器159

6.1流体在固定床内的传递特性159

6.1.1流体在固定床内的流动特性159

6.1.2固定床内径向传递163

6.2固定床催化反应器的设计164

6.2.1固定床催化反应器的特点及类型164

6.2.2采用一维拟均相理想流动模型对反应器进行设计计算167

6.3固定床反应器模型评述177

6.3.1一维拟均相非理想流模型177

6.3.2二维拟均相模型178

6.3.3非均相模型180

本章小结182

习题183

7气固相催化反应流化床反应器184

7.1流化床的基本概念184

7.1.1流化床的基本概念184

7.1.2散式流化和聚式流化185

7.1.3浓相段和稀相段185

7.1.4流态化的不正常现象186

7.2流化床的工艺计算187

7.2.1反应器内径的计算187

7.2.2流化床反应器床高的确定190

7.2.3流化床的热传递192

7.3流化床内反应过程的计算193

7.3.1床层中气泡行为193

7.3.2流化床的鼓泡床模型193

7.3.3反应过程的估算193

本章小结198

习题199

8气液相反应过程与反应器201

8.1概述201

8.1.1气液反应的步骤201

8.1.2气液反应过程的计算关系式201

8.2气液反应动力学203

8.2.1气液反应过程的基础方程203

8.2.2极慢反应过程205

8.2.3慢反应过程206

8.2.4中速反应过程207

8.2.5快反应过程208

8.2.6瞬时反应过程208

8.2.7气液反应过程的重要参数210

8.3气液反应器212

8.3.1工业上常用的气液反应器213

8.3.2填料塔式反应器的计算214

8.3.3鼓泡塔式反应器的计算217

本章小结220

习题221

9反应器的热稳定性和参数灵敏性223

9.1全混流反应器的热稳定性223

9.1.1全混流反应器的热量衡算223

9.1.2全混流反应器的定态224

9.2管式反应器的热稳定性226

9.2.1径向传热管式反应器的热量衡算方程226

9.2.2管式反应器允许的最大温度差及允许管径227

9.2.3管式反应器的热点228

9.3反应器参数的灵敏性229

9.3.1反应器的安全性229

9.3.2反应器参数的灵敏性230

习题答案234

符号表240

参考文献242

化学反应工程学科体系已大体形成，理论研究也渐趋完善。在工业应用中，在定性的指导方面已经发挥了很大的作用。但是，与理论研究相比较，反应器内传递过程的实验研究和数据的积累还很薄弱，特别是对于化工生产中经常遇到的多相流动体系研究得还很不够。因此，反应工程的研究需要与多相流体力学和多相传递过程的研究相结合，以便相辅相成。同时，化学反应工程向生化、冶金等领域扩展时还会出现新的理论问题，需要进一步的研究。2100433B

化学反应工程课程定位

化学反应工程课程是化学工程与工艺类专业的核心课程，是一门涉及物理化学、化工传递过程、优化与控制等知识领域广泛、内容新颖而难点较多的学科，是华东理工大学第一批21门重点建设课程之一。

化学反应工程适应对象

化学反应工程课程适用于化学工程与工艺类专业学习。

这一学科是在1957年第一届欧洲化学反应工程讨论会上正式确立的。促成该学科建立的背景是：因化学工业的发展，特别是石油化学工业的发展，生产趋于大型化，对化学反应过程的开发和反应器的可靠设计提出迫切要求；化学反应动力学和化工单元操作的理论和实践有了深厚的基础；数学模型方法和大型电子计算机的应用为反应工程理论研究提拱有效的方法和工具。