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符号说明1

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单位代号和单位名称对照表18

第一篇化工动力学19

第一章 反应动力学基础19

1.1 反应速度19

1.2 转化率和反应程度21

1.3 反应级数22

例1.3-1 自催化反应的速度29

1.4 复杂反应33

例1.4-1 复杂反应网络36

例1.4-2 柴油的催化裂化40

例1.4-3 速度控制步骤和稳态近似44

例1.4-4 经典单分子速度理论47

例1.4-5 乙烷的热裂解52

例1.4-6 自由基加成聚合反应动力学55

1.5 温度的影响59

例1.5-1 活化能的确定60

例1.5-2 复杂反应的活化能61

1.6.a 简单反应63

1.6 动力学参数的确定63

1.6.b 复杂反应65

例1.6.2-1 用Himmelblau—Jones—Bischoff方法确定速度常数68

例1.6.2-2 烯烃共二聚动力学71

例1.6.2-3 丙烷的热裂解74

1.7 热力学非理想条件78

例1.7-1 稀的强电解质反应81

例1.7-2 气相反应中的压力影响81

习题83

参考文献90

2.1前言93

第二章 非均相催化反应动力学93

2.2 速度方程107

例2.2-1 竞争的加氢反应112

例2.2-2 在负载型银催化剂上乙烯的氧化动力学119

2.3 模型判别和参数估值123

2.3.a 实验反应器124

2.3.b 微分动力学分析法127

2.3.c 积分动力学分析法134

2.3.d 用于最佳实验设计的序贯法137

2.3.d.1 最佳序贯判别137

例9.3-2 乙烷热裂解非等温管式反应器的设计139

例2.3.d.1-1 正丁烯脱氢生成丁二烯反应模型的判别140

例2.3.d.1-2 乙醇脱氢反应速度模型的序贯判别(积分动力学什析法)143

2.3.d.2 用于参数最佳估值的序贯设计法147

例2.3.d.2-1 正戊烷异构化模型参数最佳估算的序贯实验设计(积分动力学分法)148

习题151

参考文献156

第三章流-固非均相反应的传递过程159

一、界面间的梯度效应159

3.1 流体和固体间的表面反应159

3.2 传质和传热的阻力161

3.2.a 传质系数161

3.2.b 传热系数164

3.2.c 流体中多组分扩散164

例3.2.c-1 平均有效二元扩散系数的应用167

3.3 流体本体和催化剂颗粒表面间的浓度差(或分压差)和温反差168

例3.3-1 乙醇脱氢实验中的界面间梯度170

二、颗粒内的梯度效应178

3.4 催化剂的内部结构178

3.5 孔扩散181

3.5.a 定义和实验观察181

例3.5.a-1 孔扩散对分子筛上烷烃裂化的影响183

3.5.b 孔扩散的一般定量叙述185

3.5.c 随机孔模型190

3.5.d 平行交叉连接孔模型191

3.5.e 有吸附的孔扩散；表面扩散；构型扩散194

例3.5.e-1 在充满液体的孔中的表面扩散195

3.6 受到孔扩散影响的反应198

3.6.a 效牢因子的概念198

3.6.b 普遍化的效率因子202

例3.6.b-1 一级可逆反应的普遍化模数205

例2.6.b-2 离子交换树脂上蔗糖转化的效率因子208

例3.6.b-3 甲醇合成209

3.6.c 判别扩散限制重要性的判据210

例3.6.c-1 无扩散限制时双功能催化剂活性位之间的最小距离213

例3.6.c-2 广义的Weisz-Prater判据的使用217

3.6.d 内外扩散阻力的合并218

例3.6.d-1 内外扩散控制的实验鉴别220

8.7 热效应222

3.7.a 催化剂颗粒内部的热梯度222

8.7.b 内外温度梯度229

例3.7.a-1 催化反应引起的温度梯度232

3.8 受孔扩散影响的复杂反应236

例3.8-1 催化剂粒度对丁烯脱氢选择性的影响240

3.9 受复杂孔结构中扩散影响的反应243

3.9.a 具有粗孔和微孔的颗粒243

3.9.b 平行交叉连接孔245

3.9.c 受构型扩散影响的反应246

例3.9.c-1 重残渣油的催化脱金属(和脱硫)247

习题252

参考文献255

第四章非僵化气-固相反应261

4.1 气-固相反应的定性讨论261

4.2 考虑颗粒间和颗粒内梯度的一般模型264

4.3 具有未反应收缩核的非均相模型271

例4.3-1 多孔催化剂颗粒内焦炭的燃烧274

4.4 考虑固体结构的粒子模型279

4.5 考虑固体结构的孔隙模型282

4.6 非等温颗粒内的反应286

4.7 结束语290

习题290

参考文献293

5.2催化剂中毒的动力学294

5.2.a 导言294

5.1 催化剂失活的类型294

第五章 俏化剂失活294

5.2.b 均匀中毒的动力学296

5.2.c 壳推进型毒化298

5.2.d 壳推进式中毒对复杂反应选择性的影响302

5.3 结焦引起催化剂失活的动力学308

5.3.a 导言308

5.3.b 结焦动力学310

5.3.c 结焦对选择性的影响315

5.3.d 催化剂颗粒内的结焦315

例5.3.d-1 在氧化铬-氧化铝催化剂上1-丁烯脱氢生成了二烯过程中的结焦318

5.3.e 易结焦过程的动力学测定法318

例5.3.e-1 1-丁烯脱氢生成丁二烯321

习题325

参考文献328

第六章气-液反应328

6.1 引言328

6.2 气-液界面的传递模型328

6.3 双膜理论331

6.3.a 具有一般动力学的单一不可逆反应331

6.3.b 一级和拟一级不可逆反应333

6.3.c 单一、瞬间和不可逆反应337

6.3.d 对边界条件和利用因子以及增强因数的一些评论341

6.3.e 引伸到级数较高的反应344

6.3.f 复杂反应346

6.4 表面更新理论351

6.4.a 单一瞬间反应352

6.4.b 单一不可逆(拟)一级反应355

6.4.c 有限厚度表面微元的表面更新模型359

6.5 气-液动力学的实验测定360

习题366

参考文献368

第二篇化学反应器的分析和设计370

第七章 质量、能量和动量平衡的基本方程370

7.1 引言370

7.1.a 连续方程370

7.1.b 能量方程372

7.1.c 动量方程373

7.2 基本方程373

7.2.a 连续方程373

7.2.b “一般”连续方程的简化形式376

7.2.c 能量方程380

7.2.d 能量方程“通式”的简化式381

习题384

参考文献385

第八章间歇反应器386

8.1 等温间歇反应器386

例8.1-1 用间歇反应数据推导动力学方程389

8.2 非等温间驮反应器391

例8.2-1 乙酰化蓖麻油酯的水解395

8.3 最优操作方案和控制策略398

8.3.a 最优间歇反应操作时间398

例8.3.a-1 一级反应的最优转比率和最大得益401

8.3.b 最优温度方案402

例8.3.b-1 一级可逆反应的最优温度曲线403

例8.3.b-2 连串反应和平行反应的最优温度方案409

习题413

参考文献417

第九章活塞流反应器419

9.1 连续性方程、能量方程和动量方程419

例9.1-1 丙烷热裂解，根据等温活塞流管式反应器试验数据推导动力学方程424

9.2 非等温数据的动力学分析427

例9.2-1 从非等温数据导出丙酮热裂解的速度方程430

9.3 活塞流管式反应器的设计437

例9.3-1 活塞流绝热反应器437

习题446

参考文献448

第十章完全混合流动反应器449

10.1 引言449

10.2 质量和能量衡算450

10.2.a 基本方程450

10.2.b 稳定状态反应器的设计451

例10.2.b-1 在搅拌流动反应器中进行的单个不可逆反应454

10.3 复杂反应最优选择性设计460

10.3.a 一般考虑460

10.3.b 聚合反应468

10.4 操作稳定性和瞬变行为475

10.4.a 操作稳定性475

例10.4.a-1 绝热搅拌釜反应器中的多重性和稳定性478

10.4.b 瞬变行为481

10.4.b-1 完全混合反应器中氯甲烷气相氯化的温度振荡484

习题487

参考文献492

第十一章固定床催化反应器494

一、引言494

11.1 固定床催化过程的重要性和规模494

11.2 发展的因素：技术革新和基础知识的增长496

11.3 固定床反应器初步设计中所涉及的因素497

11.4 固定床反应器的模型化506

11.5.a 模型方程507

二、拟均相模型507

11.5 基本一维模型507

11.5.a-1 填充床压降的计算513

11.5.b 根据一维拟均相模型设计固定床反应器515

11.5.c 失控判据518

例11.5.c-1 van Welsenaer和Froment第一失控判据的应用523

11.5.d 多段绝热反应器526

11.5.e 进料与出料或进料反应气体之间有热交换的固定床反应器535

11.5.f 催化剂失活造成的固定床催化反应器的非稳态行为550

11.6 有轴向混合的一维模型562

11.7 二维拟均相模型568

11.7.a 有效传递的概念568

11.7.b 连续性方程和能量方程574

11.7.c 烃类储化氧化固定床反应的的设计或模拟575

三、非均相模型583

11.8 考虑相间梯度的一维模型583

11.8.a 模型方程583

11.8.b 反应器瞬态行为的模拟586

例11.8.b-1 固定床反应器中的气固相反应587

11.9 考虑相间和颗粒内梯度的一维模型593

11.9.a 模型方程593

例11.9.a-1 模拟高压合成甲醇的Fauser-Montecatini反应器600

例11.9.a-2 1-丁烯脱氢生成丁二烯的工业反应器模拟609

11.10 二维非均相模型615

习题618

参考文献623

12.1引言629

第十二章 非理想流型和总体衡算模型629

12.2 年龄分布函数630

例12.2-1 完全混合容器的RTD632

例12.2-2 根据实验所得示踪物浓度曲线确定RTD633

例12.2-3 由实验数据计算年龄分布函数636

12.3 根据年龄分布函数分析流型640

12.3.a 流体停留时间分布曲线谱的测量640

例12.3-1 n级串联搅拌釜系列的年龄分布函数640

例12.3-2 数个独立流动区域的串联组合系统的RTD642

12.3.b 从年龄分布函数的特征探测流体的停滞区643

12.4 年龄分布函数的应用644

例12.4-1 良好搅拌反应器中所进行的反应的速度常数平均值647

例12.4-2 流动搅拌釜中的二级反应649

例12.4-3 活塞流-完全混合串联反应器组中的反应649

12.5 流动模型656

12.5.a 基本模型656

例12.5.a-1 用轴向分散模型描述圆形管道中的层流流动658

12.5.b 组合模型667

例12.5.b-1 填充柱中的瞬变传质过程670

例12.5.b-2 大程度混合效应的再循环模型675

12.5.c 流动模型参数的估值680

12.6 总体衡算模型685

例12.6-1 微观混合总体衡算模型688

例12.6-2 表面反应所引起的徽孔孔径分布的变化695

习题698

参考文献700

13.1引言705

第十三章 流化床反应器705

13.2 流态化催化裂化706

13.3 流化床反应器的设计要点709

13.4 流态化反应器的模型化717

例13.4-1 丙烯腈反应器的模型化728

习题731

参号文献733

第十四章多相流动反应器735

14.1 多相流动反应器的类型735

14.1.a 填料塔736

14.1.b 板式塔736

14.1.c 空塔737

14.1.d 搅拌釜反应群737

14.1.e 其他反应器737

14.2 用于多相流动反应器的设计模型738

14.2.a 气相及液相均为完全混合738

14.2.b 气相和液相均处于活塞流740

14.2.c 气相活塞流，液相完全混合741

14.2.d 有效扩散模型742

14.2.c 双区模型743

14.2.f 另一个方法744

14.3 专门的设计方面744

14.3.a 填料吸收塔744

例14.3.a-1 吸收二氧化碳的填料塔的设计747

例14.3.a-2 用硫酸吸收氨的填料塔的设计方法752

14.3.b 向下并流的两相固定床俏化反应器、滴流床反应器和下流填料鼓泡反应器754

14.3.c 向上并流两相固定床催化反应器“上流填料鼓泡反应器”762

14.3.d 板式塔764

例14.3.d-1 板式塔中带有化学反应的气体吸收767

14.3.c 喷淋塔769

14.3.f 鼓泡反应器770

14.3.g 搅拌釜反应器772

例14.3.g-1 液相邻二甲苯氧化反应器的设计777

习题784

参考文献785