化学反应工程（第二版）内容简介

本书将反应动力学与反应过程和反应器形式有机地结合在一起，详细介绍了各种反应动力学方程的实验测定方法、特征以及在特定反应器中的具体应用。全书共分9章，包括绪论、均相反应动力学、均相理想反应器设计、非理想流动反应器设计、气固相催化反应动力学、气固相催化反应器设计、气液及气液固相反应器设计、聚合反应及反应器设计、化学反应工程新进展。本书各章首设有本章学习要求，章末附有重要内容小结，内容清晰，重点突出。书中编入较多实用的例题和习题，便于读者使用。

本书可作为高等学校化学工程与工艺和高分子化工等专业的本科教材，还可供各类相关专业技术人员、科研人员参考。

第1章绪论 / 1

1.1化学反应工程研究的对象和任务1

1.1.1研究对象1

1.1.2任务2

1.2化学反应工程的影响因素和研究方法2

1.2.1影响因素2

1.2.2研究方法3

1.3化学反应及反应器分类4

1.3.1化学反应分类4

1.3.2反应器分类4

1.4化学反应工程学的发展历史与教材体系7

1.4.1化学反应工程学的发展历史与应用7

1.4.2本教材体系8

思考题10

第2章均相反应动力学 / 11

2.1化学计量学11

2.1.1反应进度、转化率及膨胀因子11

2.1.2气相反应变摩尔数的恒温恒压和恒温恒容过程13

2.1.3复杂反应的选择性和收率14

2.2化学反应速率16

2.2.1反应速率定义及之间关系16

2.2.2机理速率方程的确定17

2.2.3经验速率方程的确定19

2.3反应速率方程确定及反应特征20

2.3.1用恒温恒容反应过程积分法确定动力学方程形式和特征20

2.3.2用积分法求动力学方程参数27

2.3.3用微分法求动力学方程参数31

2.3.4最小二乘法35

2.3.5孤立法(过量浓度法)37

2.4反应速率与反应温度的关系37

2.4.1反应速率与反应温度的函数关系37

2.4.2实验测定活化能、频率因子的方法39

2.4.3温度对复杂反应的影响40

本章重要内容小结41

习题42

第3章均相理想反应器设计 / 45

3.1间歇釜式反应器45

3.1.1间歇釜的一般设计方程46

3.1.2等温等容过程47

3.1.3间歇釜的热量衡算49

3.2稳态全混流反应器50

3.2.1全混釜的一般设计方程51

3.2.2简单反应单个全混釜设计52

3.2.3复杂反应单个全混釜设计53

3.2.4简单反应多釜串联56

3.2.5复杂反应多釜串联59

3.2.6全混流反应器的热量计算61

3.3平推流管式反应器62

3.3.1一般设计计算方程62

3.3.2简单反应等温恒容过程63

3.3.3简单反应等温变容过程65

3.3.4复杂反应等温恒容过程67

3.3.5复杂反应的变容过程70

3.3.6变温过程72

3.4反应器类型、操作方式及过程优化74

3.4.1反应器类型及操作方式比较74

3.4.2组合反应器的特点75

3.4.3复杂反应过程的优化77

本章重要内容小结80

习题81

第4章非理想流动反应器设计 / 85

4.1流体停留时间分布函数和分布密度函数86

4.1.1停留时间分布的定量描述86

4.1.2RTD的实验测定86

4.2RTD数字特征及无量纲化90

4.2.1平均停留时间与方差90

4.2.2以对比时间为自变量的停留时间分布91

4.2.3两种停留时间分布规律之间的相互关系91

4.3理想流动模型92

4.3.1平推流模型92

4.3.2全混流模型93

4.3.3无量纲化的理想流动模型94

4.4非理想流动模型95

4.4.1多釜串联模型建立95

4.4.2模型求解96

4.4.3无量纲函数给出与作图97

4.5非理想流动反应器设计98

4.5.1直接用RTD数据计算一级反应转化率98

4.5.2用多釜串联模型计算反应器99

4.6混合态对反应的影响103

4.6.1微观混合与宏观混合104

4.6.2微观混合和宏观混合对化学反应的影响104

本章重要内容小结106

习题107

第5章气-固相催化反应动力学 / 111

5.1气-固相催化反应111

5.1.1气-固相催化反应速率定义及表达方式111

5.1.2固体催化剂颗粒的结构参数112

5.1.3气-固相催化反应过程114

5.2气-固相催化反应本征动力学114

5.2.1本征反应过程速率方程114

5.2.2吸附等温方程115

5.2.3不同控速过程的本征动力学方程118

5.3气-固相催化反应宏观动力学123

5.3.1气体在固体催化剂颗粒内的扩散和浓度与温度分布124

5.3.2气膜两侧温差与催化剂颗粒内温差计算130

5.3.3内扩散有效因子与宏观反应速率方程132

5.3.4外扩散控制与宏观速率方程134

5.3.5内扩散有效因子与西勒模数135

5.3.6非等温催化剂内扩散有效因子141

5.3.7传质和传热对复杂反应选择性的影响142

本章重要内容小结144

习题145

第6章气-固相催化反应器设计 / 148

6.1固定床反应器的类型148

6.1.1绝热式固定床催化反应器148

6.1.2连续换热式固定床催化反应器151

6.2催化剂固定床特性154

6.2.1催化剂颗粒当量直径154

6.2.2床层空隙率及压力降155

6.2.3固定床反应器的径向传热158

6.3固定床反应器设计159

6.3.1空间时间法159

6.3.2数学模型法163

6.4气固流化床反应器170

6.4.1流态化现象171

6.4.2流态化特征参数172

6.4.3流化床的优缺点175

6.4.4流化床反应器的分类176

6.4.5流化床反应器的工业应用179

本章重要内容小结181

习题182

第7章气液及气-液-固相反应器设计 / 185

7.1气-液反应器的类型185

7.2气-液反应的特点188

7.3化学反应对气-液传质的影响189

7.4气-液反应宏观动力学190

7.4.1一级不可逆反应191

7.4.2不可逆瞬间反应193

7.4.3二级不可逆反应195

7.5气-液反应器选型和设计196

7.5.1气-液反应器的选型原则196

7.5.2气-液反应器设计197

7.6气-液-固三相反应器的型式和特点203

7.6.1气-液-固三相催化反应器的型式204

7.6.2三相催化反应宏观动力学206

7.6.3三相反应器设计208

本章重要内容小结211

习题212

第8章聚合反应及反应器设计 / 214

8.1聚合反应工程概述214

8.1.1聚合反应特点214

8.1.2聚合反应器的特点215

8.1.3聚合反应器的选择原则217

8.2聚合物的评价指标217

8.2.1聚合物的平均分子量218

8.2.2聚合物的平均聚合度219

8.2.3分子量(聚合度)分布220

8.3聚合反应过程的动力学分析223

8.3.1聚合反应分类224

8.3.2自由基均聚反应过程动力学分析224

8.3.3缩聚反应过程动力学分析230

8.4聚合反应器的设计234

8.4.1设计数据235

8.4.2聚合釜体积计算235

8.4.3搅拌聚合釜的传热分析与计算238

本章重要内容小结239

习题240

第9章化学反应工程新进展 / 242

9.1新型反应器242

9.1.1微反应器242

9.1.2整体式反应器244

9.1.3超重力(旋转床)反应器246

9.2新型反应介质247

9.2.1超临界流体248

9.2.2离子液体249

9.3反应过程的集成250

9.3.1反应和分离的过程耦合250

9.3.2反应和反应的过程耦合252

9.3.3反应器的强制周期操作253

参考文献 / 256

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。

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