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绪论1

第一章 化学动力学4

第一节 化学计量学4

1-1 化学计量式4

1-2 反应程度4

1-3 转化率5

1-4 化学膨胀因子5

1-5 复合反应的收率及选择率5

1-6 复合反应系统中独立反应数的确定6

1-7 气相反应的物料衡算8

第二节 化学反应速率的表示形式10

1-8 间歇系统10

1-9 连续系统11

1-10 动力学方程的表示形式12

第三节 动力学方程12

1-11 反应速率常数14

1-12 动力学方程的转换15

1-13 定容间歇反应器中动力学方程的积分式18

1-14 复合反应网络的集总动力学20

第四节 气-固相催化反应动力学方程20

1-15 固体催化剂20

1-16 吸附等温方程23

1-17 均匀表面吸附动力学方程26

1-18 不均匀表面吸附动力学方程28

第五节 温度对反应速率的影响31

1-19 温度对单一反应速率的影响31

1-20 温度对复合反应速率的影响34

1-22 催化剂失活动力学37

第六节 固体催化剂的失活37

1-21 固体催化剂失活的原因37

参考文献39

习题39

第二章 理想流动与非理想流动反应器42

第一节 流动模型概述42

2-1 反应器中流体的流动模型42

2-2 反应器设计的基本方程44

第二节 理想流动反应器45

2-3 间歇反应器45

2-4 活塞流反应器47

2-5 单级全混流反应器52

2-6 多级全混流反应器的串联及优化54

2-7 理想流动反应器的组合与反应体积比较59

2-8 理想流动反应器中复合反应的选择率64

2-9 全混流反应器的热稳定性72

第三节 非理想流动反应器75

2-10 返混的利弊75

2-11 逗留时间分布76

2-12 逗留时间分布的实验测定77

2-13 逗留时间分布的数字特征80

2-14 几种流型的逗留时间分布函数与分布密度82

2-15 实际流动反应器的计算89

参考文献91

习题92

第三章 气-固相催化反应宏观动力学95

第一节 气-固相催化反应的宏观过程95

3-1 气-固相催化反应过程中反应组分的浓度分布95

3-2 内扩散效率因子与宏观动力学方程96

3-3 催化反应控制阶段的判别97

第二节 催化剂颗粒内气体的扩散98

3-4 催化剂中气体扩散的形式98

3-5 气体中的分子扩散99

3-6 Knudscn扩散系数101

3-7 催化剂孔内组分的综合扩散系数101

3-8 催化剂颗粒内组分的有效扩散系数103

3-9 曲折因子的实验测定104

第三节 内扩散效率因子108

3-10 球形催化剂颗粒内组分浓度分布及温度分布的微分方程109

3-11 等温催化剂一级反应内扩散效率因子的解析解111

3-12 等温催化剂非一级反应内扩散效率因子的简化近似解116

第一节 气-固相催化反应动力学的实验研究装置118

3-13 内扩散对复合反应选择率的影响121

3-14 非等温球形催化剂一级不可逆反应的内扩散效率因子122

3-15 活性组分不均匀分布催化剂及异形催化剂123

3-16 我国学者关于内扩散效率因子的研究工作124

第四节 气-固相间热、质传递过程对催化反应速率的影响125

3-17 外扩散效率因子125

3-18 工业催化反应器中气流主体与催化剂外表面间的浓度差和温度差126

参考文献128

习题129

第四章 气-固相催化反应器130

第一节 概述130

4-1 气-固相催化反应器的基本类型130

4-2 基本设计原则133

4-3 催化反应器的数学模型134

第二节 固定床流体力学135

4-4 固定床的物理特性135

4-5 单相流体在固定床中的流动139

4-6 单相流体通过固定床的压力降140

4-7 径向流动反应器中流体的分布144

4-8 固定床中流体的径向及轴向混合151

第三节 固定床热量与质量传递过程151

4-9 固定床径向传热过程分析152

4-10 固定床对壁的给热系数153

4-11 固定床径向有效导热系数和壁给热系数154

4-12 固定床径向及轴向传热的偏微分方程158

4-13 固定床中流体与颗粒外表面间的传热与传质系数159

第四节 绝热式固定床催化反应器160

4-14 绝热温升160

4-15 单段绝热催化反应器161

4-16 多段换热式催化反应器164

4-17 内冷自热式175

第五节 连续换热式固定床催化反应器175

4-18 外冷列管式178

4-19 外部供热管式179

第六节 内冷自热式固定床催化反应器的数学模型179

4-20 内冷自热式氨合成反应器的数学模型180

4-21 内冷自热式氨合成反应器的热稳定性183

第七节 外冷列管式固定床催化反应器的数学模型185

4-22 外冷列管式的数学模型185

4-23 外冷列管式固定床催化反应器的飞温及参数敏感性188

第八节 流化床催化反应器191

4-24 流态化技术概述192

4-25 气-固流化床的流动特性197

4-26 流化床传热201

4-27 流化床反应器的数学模型202

参考文献206

习题208

第一节 流-固相非催化反应的分类及特点209

第五章 流-固相非催化反应及反应器209

5-1 流-固相非催化反应的分类209

5-2 流-固相非催化反应的特点212

5-3 流-固相非催化反应的研究方法213

第二节 流-固相非催化反应的模型213

5-4 收缩未反应芯模型213

5-5 整体反应模型214

5-6 有限厚度反应区模型215

5-7 微粒模型215

第三节 粒径不变时缩芯模型的宏观反应速率216

5-10 宏观反应速率216

5-9 破裂芯模型216

5-8 单孔模型216

5-11 气体滞流膜扩散控制218

5-12 固相产物层内扩散控制219

5-13 化学反应控制220

第四节 颗粒缩小时缩芯模型的宏观反应速率221

5-14 气体滞流膜扩散控制222

5-15 化学反应控制222

5-16 宏观反应速率及控制阶级的判别228

第五节 流-固相非催化反应器及其计算231

5-17 流-固相非催化反应器231

5-18 固体颗粒呈活塞流流动233

5-19 固体颗粒呈全混流流动235

参考文献236

习题237

第一节 气-液反应的平衡239

第六章 气-液反应及反应器239

6-1 气-液相平衡239

6-2 溶液中气体溶解度的估算241

6-3 带化学反应的气-液平衡243

第二节 气-液反应历程245

6-4 气-液相间物质传递245

6-5 化学反应在相间传递中的作用246

第三节 气-液反应动力学特征248

6-6 伴有化学反应的液相扩散过程248

6-7 一级不可逆反应249

6-8 不可逆瞬间反应252

6-9 二经及不可逆反应253

6-10 可逆反应255

6-11 平行反应和连串反应258

6-12 工业生产对气-液反应器的要求261

第四节 气-液反应器概述261

6-13 气-液反应器的形式和特点262

第五节 鼓泡反应器264

6-14 气泡塔的操作状态265

6-15 鼓泡反应器的流体力学特征266

6-16 鼓泡反应器的轴向混合267

6-17 鼓泡反应器的传质、传热特性268

6-18 鼓泡反应器的简化反应模型269

第六节 搅拌鼓泡反应器272

6-19 强制分散式搅拌鼓泡反应器273

6-20 自吸式搅拌鼓泡反应器277

6-21 表面充气式搅拌反应器278

6-22 反应器的热稳定性279

第七节 填料反应器281

6-23 填料特性和两相流动特征281

6-24 填料的润湿表面和传质系数283

6-25 填料塔的轴向混合284

6-26 气-液接触有效表面285

6-27 填料塔有效高度的计算285

参考文献288

习题289

第七章 气-液-固三相反应及反应器291

第一节 气-液-固三相反应器的类型及宏观反应动力学291

7-1 气-液-固三相反应器的类型291

7-2 气-液-固三相反应的宏观动力学294

7-3 气、液并流向下通过固定床的流体力学297

第二节 涓流床三相反应器297

7-4 涓流床三相反应器中的传递过程300

第三节 机械搅拌鼓泡悬浮三相反应器301

7-5 机械搅拌鼓泡三相反应器的类型301

7-6 机械搅拌鼓泡反应器中固体的悬浮302

第四节 淤浆床鼓泡反应器303

7-7 淤浆床鼓泡反应器的特征303

7-8 液浆床鼓泡反应器的流体力学304

第五节 三相流化床反应器307

7-9 三相流化床反应器的特征307

7-10 三相流化床反应器的流体力学307

7-11 加压液-固流态化的临界流速309

第六节 气-液-面三相床反应器实例309

7-12 气-液-固三相床甲醇合成309

7-13 加压气-液-固三相鼓泡淤浆床环氧乙烷合成313

参考文献315

习题316

第八章 实验室反应器318

8-1 基本要求318

8-2 活塞流等温积分反应器318

8-3 活塞流等温直流微分反应器319

8-4 无梯度反应器320

第二节 流-固相非催化反应动力学的实验研究装置322

8-5 搅拌槽式反应器322

8-6 热天平322

第三节 气-液反应的实验研究装置323

8-7 搅拌反应器323

8-9 圆盘塔325

8-8 湿壁塔325

8-10 鼓泡反应器327

8-11 实验室模拟装置328

第四节 气-液-固三相涓流床催化反应动力学的实验研究装置328

8-12 搅拌反应釜328

8-13 涡轮转框反应器329

8-14 外循环微分涓流床反应器329

第五节 实验设计与数据处理329

8-15 作图法330

8-16 正交实验设计及参数估值331

8-17 序贯实验设计357

参考文献357

主要符号一览表359