《化学与催化反应工程》

目录1

1．绪论1

1.1微观动力学与宏观动力学1

1.2化学反应工程学的任务与方法3

1.3化学反应工程学的作用5

参考文献7

2．化学计量学8

2.1化学反应的转化率、收率及选择性8

2.1.1化学反应的转化率9

2.1.2化学反应的收率和选择性10

2.2反应物系的组成及其在反应过程中的变化12

2.2.1反应物系组成的表示方法13

2.2.2简单反应物系组成14

2.2.3复合反应物系的组成16

2.3复合反应的独立反应数18

习题23

参考文献24

3．反应速率25

3.1化学反应速率的表示方法25

3.1.1简单反应25

3.1.2复合反应28

3.2化学反应的速率方程31

3.2.1不可逆反应31

3.2.2可逆反应33

3.3温度及转化率对反应速率的影响35

3.3.1转化率的影响36

3.3.2温度的影响37

3.4平行反应的动力学分析41

3.5连串反应的动力学分析45

8.2固定床绝热催化反应器的催化剂用量47

3.6混合反应的动力学分析50

习题53

参考文献56

4．理想反应器57

4.1间歇反应器57

4.1.1反应体积的计算58

4.1.2最佳反应时间的选择60

4.2活塞流反应器62

4.2.1设计方程62

4.2.2等温操作的最佳温度69

4.3全混流反应器70

4.4多段全混反应器74

4.4.1代数计算法74

4.4.2图解计算法77

4.4.3最佳设计79

4.5理想流动反应器反应体积的比较82

4.6.1平行反应83

4.6理想反应器中复合反应的收率与选择性83

4.6.2连串反应89

4.6.3平行－连串反应93

4.7理想反应器的能量方程96

4.7.1间歇反应器96

4.7.2活塞流反应器101

4.7.3全混流反应器106

习题107

参考文献113

5．停留时间分布与反应器的流动模型114

5.1停留时间分布的表示方法114

5.2停留时间分布的测定115

5.3理想流动反应器的停留时间分布119

5.4多段全混反应器的停留时间分布123

5.5非理想反应器的停留时间分布125

5.6非理想反应器的流动模型128

5.6.1串级模型128

5.6.2扩散模型131

5.6.3组合模型135

5.7利用扩散模型计算反应器138

5.8停留时间分布与转化率140

5.9微观混合与宏观混合144

习题148

参考文献151

6．多相催化动力学152

6.1多相催化作用的特性152

6.2.1吸附的类型153

6.2化学吸附的速率和平衡153

6.2.2均匀吸附155

6.2.3真实吸附159

6.3理想表面的催化动力学模型163

6.3.1模型方程的一般推导164

6.3.2由速率控制步骤推导速率方程165

6.4真实表面的催化动力学模型172

6.5推导反应速率方程的两步法174

6.6多相催化反应动力学数据的处理177

6.7多相催化反应动力学模型的比较183

6.8复合催化反应动力学185

习题188

参考文献191

7.1.1过程步骤与速率控制步骤192

7．多相催化中的传递过程192

7.1多相催化反应过程的步骤与速率192

7.1.2宏观速率方程194

7.2流体与催化剂外表面间的传热与传质196

7.2.1传递速率和传递速率系数196

7.2.2流体与催化剂颗粒外表面间的温度差和浓度差199

7.2.3外扩散对多相催化反应过程的影响202

7.3.1孔扩散205

7.3气体在多孔介质中的扩散205

7.3.2粒内扩散209

7.4多孔催化剂内的传递模型211

7.4.1尘气模型212

7.4.2平行孔模型213

7.4.3双重孔模型216

7.5.1一级不可逆反应217

7.5等温催化剂的有效因子217

7.5.2非一级反应222

7.6非等温催化剂的有效因子227

7.7扩散影响的测定229

7.7.1外扩散的影响229

7.7.2内扩散的影响231

7.8内扩散对复合反应选择性的影响235

7.8.1连串反应235

7.8.2平行反应237

习题239

参考文献242

8.固定床催化反应器243

8.1固定床催化反应器的类型243

8.1.1绝热反应器243

8.1.2换热式反应器245

8.3.1多段间接换热式251

8.3多段绝热催化反应器的最佳设计251

8.3.2多段冷激式258

8.4固定床反应器的压力降261

8.5固定床的热量传递266

8.5.1固定床的有效导热系数267

8.5.2壁膜传热系数269

8.5.3固定床传热系数270

8.6换热式固定床催化反应器的一维拟均相模型271

8.6.1基础模型271

8.6.2扩散模型273

8.7并流及逆流换热式固定床催化反应器277

8.8换热式固定床催化反应器的二维拟均相模型280

8.9固定床催化反应器的多相模型286

8.9.1一维多相模型286

8.9.2二维多相模型287

习题288

参考文献292

9．流化床反应器293

9.1流化现象293

9.2流化床的起流速度与带走速度296

9.2.1起流速度296

9.2.2带走速度298

9.3流化床反应器的结构300

9.4流化床传热302

9.5流化床内的流动特性304

9.5.1气泡305

9.5.2乳化相306

9.5.3相间交换307

9.6两相模型308

9.7鼓泡床模型312

9.8流化床反应器的收率315

习题317

参考文献319

10.固体催化剂的失活320

10.1固体催化剂失活的类型320

10.2催化剂失活时的反应动力学321

10.3考虑扩散影响时催化剂的失活325

10.3.1均匀失活325

10.3.2孔口失活326

10.4催化剂失活对复合反应选择性的影响328

10.4.1同时反应328

10.4.2连串反应331

10.4.3平行反应333

10.5催化剂积炭失活动力学334

10.6催化剂再生动力学337

10.7催化剂失活时固定床反应器的分析340

10.8失活反应器的再生344

10.9失活反应器的最佳化350

10.9.1间歇反应器的最佳温度程序351

10.9.2固定床失活反应器的最佳化353

习题354

参考文献356

11．化学反应器的稳定性357

11.1全混反应器的定态357

11.2全混反应器的瞬态特性364

11.3单颗粒催化剂的稳定性与动态370

11.3.1单颗粒催化剂的定态370

11.3.2单颗粒催化剂的稳定性374

11.4自热反应器的稳定性375

11.5固定床催化反应器的稳定性378

11.6反应器的周期振荡383

习题385

参考文献386

12.气液反应器388

12.1气液反应宏观动力学388

12.1.1气液反应过程的基础方程388

12.1.2拟一级不可逆反应389

12.1.3飞速不可逆反应393

12.1.4二级不可逆反应395

12.1.5一级可逆反应和飞速可逆反应396

12.2气液反应器的类型399

12.3气液反应器的传递参数401

12.3.1鼓泡塔401

12.3.2机械搅拌反应器402

12.4填料塔的设计404

12.5鼓泡反应器的设计408

12.5.1气相呈活塞流液相为全混流409

1 2.5.2气液两相均为全混流413

12.5.3气液相均为非理想流动416

12.6半连续鼓泡塔的设计418

习题421

参考文献423

13．气液固相催化反应器424

13.1气液固催化反应器的类型425

13.2气液固催化反应过程的分析427

13.3滴流床反应器430

13.3.1流体力学430

13.3.2传质过程433

13.3.3反应器模型434

13.4.1流体力学443

13.4固定床鼓泡反应器443

13.4.2传质过程445

13.4.3反应器模型445

13.5三相浆式反应器447

13.5.1流体力学447

13.5.2传质过程448

13.5.3反应器模型449

13.6半连续气液固反应器453

习题455

参考文献457

14．实验室反应器及实验数据处理458

14.1实验室反应器的类型458

14.1.1固定床反应器458

14.1.2外循环反应器461

14.1.3搅拌反应器463

14.1.4脉冲反应器467

14.2动力学模型建立概述468

14.3动力学模型的筛选471

1 4.3.1初速率法471

1 4.3.2诊断参数法476

14.4模型参数估值479

14.4.1线性最小二乘法479

14.4.2加权最小二乘法481

14.4.3非线性最小二乘法483

14.4.4常微分方程的参数估值484

14.5数学模型的显著性检验485

14.5.1方差分析485

14.5.2残差分析489

习题490

参考文献492