化學反應工程（簡體書）

《化學反應工程》是國際工程教育認證系列教材之一，介紹了化學反應工程的研究目的和內容，著重從工程分析的觀點論述化學反應工程的基本概念、理論及研究方法。本書設置了反應動力學、典型反應與反應器、混合現象、反應過程中的質量傳遞、熱量傳遞與反應器的熱穩定性、化學反應過程開發案例等章節，配置了例題、習題和工程開發案例。本書編寫過程中結合工程教育認證通用標準，既注重基本原理的闡述，亦強化複雜工程問題的表達和分析，注重現代軟件工具的應用，力求開闊思路，理論聯繫實際，學以致用。本書重點章節配有微課、動畫、趣味擴展與Matlab文件，讀者可描碼觀看或下載。
《化學反應工程》為高等學校化工類專業教材，也可供有關研究人員和工程技術人員參考。

本書為讀者提供了化學反應工程的基礎知識和基本訓練，配有相應的例題、習題和案例，並給出相關MATLAB程序，以示工以利器為助，起舉一反三之效。
本書採用雙色印刷，圖文生動，重點突出。並配有關鍵知識點視頻講解，可加強讀者的學習效果。
本書加強了反應動力學表達，反應器物料衡算、熱量衡算方程的建立，反應動力學實驗測定方法和數據處理，運用計算機工具求解反應器模型，計算溫度分佈和濃度分佈，解決複雜反應體系的設計計算等內容，以培養學生解決複雜工程問題的能力。

第1章緒論1.1化學反應工程的研究對象和目的21.1.1約束條件21.1.2優化的經濟指標31.1.3優化的技術指標31.1.4決策變量71.2化學反應工程的研究內容91.2.1化學反應過程101.2.2物理過程101.3化學反應工程的研究方法121.4化學反應工程在工業反應過程開發中的作用131.4.1化學反應工程理論在反應過程開發中的作用131.4.2反應過程開發與“放大效應”14本章小結15習題15第2章均相反應動力學2.1化學反應速率的工程表達182.2均相反應中的動力學202.2.1均相與預混合202.2.2反應動力學表達式212.2.3反應速率的溫度效應和反應活化能232.2.4反應速率的濃度效應和反應級數252.3典型化學反應的動力學方程282.3.1簡單反應282.3.2自催化反應282.3.3可逆反應282.3.4平行反應292.3.5串聯反應292.3.6更加複雜的情況302.4反應動力學測定方法312.4.1動力學實驗測定方法322.4.2均相反應的實驗反應器372.5模型的檢驗和模型參數的估值382.5.1經典方法392.5.2統計學方法進行模型識別和參數估計41本章小結42習題42第3章理想間歇反應器3.1反應器設計基本方程453.1.1反應器設計的基本內容453.1.2反應器設計基本方程453.2理想間歇反應器中的簡單反應463.2.1理想間歇反應器的特徵463.2.2理想間歇反應器性能的數學描述473.2.3理想間歇反應器中的簡單反應493.2.4理想間歇反應器的最優反應時間563.3理想間歇反應器中的自催化反應583.4理想間歇反應器中的均相可逆反應603.4.1可逆反應的特點603.4.2可逆反應的反應速率613.5理想間歇反應器中的均相平行反應633.5.1平行反應反應物和產物濃度分佈633.5.2平行反應的選擇率和收率643.5.3選擇率的溫度效應653.5.4選擇率的濃度效應653.6理想間歇反應器中的均相串聯反應663.6.1串聯反應反應物和產物濃度分佈663.6.2串聯反應的選擇率和收率673.6.3選擇率的溫度效應683.6.4選擇率的濃度效應與最優轉化率68本章小結68習題69第4章理想流動管式反應器4.1理想流動管式反應器的特點734.2理想流動管式反應器設計基本方程734.3空時、空速和停留時間754.4反應前後分子數變化的氣相反應784.4.1膨脹率法784.4.2膨脹因子法794.4.3變分子數反應過程的反應器計算81本章小結85習題85第5章連續流動釜式反應器5.1連續流動釜式反應器設計基本方程885.1.1全混流假定885.1.2連續流動釜式反應器中的反應速率885.1.3連續流動釜式反應器的基本方程895.2連續流動釜式反應器中的均相反應915.2.1解析解915.2.2圖解法935.3連續流動釜式反應器中的濃度分佈與返混955.3.1連續攪拌釜中的濃度分佈特徵955.3.2管式循環反應器965.3.3連續流動釜式反應器中的返混985.4返混的原因與限制返混的措施995.4.1返混的原因995.4.2限制返混的措施995.4.3多釜串聯反應器100本章小結102習題102第6章反應器中的混合現象與非理想流動6.1混合現象的分類1066.2停留時間分佈及其性質1076.2.1停留時間分佈的表達1076.2.2停留時間分佈的實驗測定1086.2.3停留時間分佈的數字特徵1096.2.4平推流反應器和全混流反應器的停留時間分佈1126.2.5停留時間分佈曲線的應用1156.3連續流動釜式反應器中的固相反應1166.3.1流固相非催化反應動力學1166.3.2連續流動釜式反應器中固相反應過程的特殊性1196.3.3連續反應過程的考察方法1206.3.4停留時間分佈對固相加工反應結果的影響1226.3.5固相加工反應過程的計算1236.4微觀混合及其對反應結果的影響1246.4.1流體的混合態1246.4.2宏觀流體反應過程的計算1256.4.3微觀混合對反應結果的影響1266.5非理想流動模型1286.5.1數學模型方法1286.5.2擴散模型1296.5.3多級全混流模型1316.6非理想流動反應器的計算1326.6.1多級全混流模型反應器的計算1336.6.2軸向擴散模型反應器的計算1336.6.3數學模型方法的應用135本章小結136習題136第7章反應器選型與操作優化7.1概述1407.2影響反應場所濃度的工程因素1417.3簡單反應過程反應器型式的比較1427.4自催化反應過程的優化1477.5可逆反應過程的優化1527.5.1可逆反應過程的濃度效應1537.5.2可逆反應過程的最優反應溫度和最優溫度序列1537.5.3可逆反應過程最優溫度條件的實施1557.6平行反應過程的優化1577.6.1平行反應的選擇率和收率1577.6.2選擇率的溫度效應1587.6.3選擇率的濃度效應1597.6.4反應器選型1597.6.5反應器的操作方式1637.7串聯反應過程的優化1667.7.1串聯反應的選擇率1667.7.2串聯反應的收率1677.7.3反應器選型與操作方式1687.7.4雙組分串聯反應中過量濃度的影響1687.8複合反應過程的溫度條件1707.8.1處理方法1707.8.2選擇率與反應速率1717.9反應器組合優化實例171本章小結173習題174第8章氣固相催化反應動力學8.1氣固相催化反應本征動力學1808.1.1氣固相催化反應與熱質傳遞1808.1.2氣固相催化反應的基本特徵1818.1.3化學吸附的速率與平衡1828.1.4氣固相催化反應動力學表達式1858.2氣固相催化反應動力學的測定方法1898.2.1反應動力學實驗前的準備1898.2.2測定非均相反應動力學的實驗室反應器190本章小結192習題192第9章氣固相催化反應過程的傳遞現象9.1氣固相催化反應過程的研究方法1979.2等溫條件下的催化劑顆粒外部傳質過程1999.2.1反應速率和傳質速率1999.2.2極限反應速率和極限傳質速率2009.2.3等溫條件下催化劑顆粒的外部效率因子2029.2.4外擴散對反應選擇率的影響2049.2.5雙組分反應系統顆粒外部傳質過程2059.2.6流速對顆粒外部傳質的影響2079.3等溫條件下的催化劑顆粒內部傳質過程2109.3.1催化劑顆粒內的濃度分佈2109.3.2等溫催化劑顆粒的內部效率因子2139.3.3催化劑顆粒內傳質的表觀動力學特徵2149.3.4顆粒內部傳質對選擇率的影響2159.3.5雙組分反應時顆粒內部的傳質過程2159.3.6影響內部效率因子的因素2179.3.7顆粒內擴散阻力的判別2189.4等溫條件下的總效率因子2209.5非等溫條件下的催化劑顆粒外部傳質過程2219.5.1催化劑顆粒外部傳熱2219.5.2非等溫顆粒外部效率因子2239.6非等溫條件下的催化劑顆粒內部傳質過程2259.6.1催化劑顆粒內部的傳熱2259.6.2非等溫顆粒內部效率因子2269.7固體催化劑的工程設計2289.7.1催化劑顆粒的形狀和大小2289.7.2催化劑顆粒內的活性組分分佈方式2309.7.3催化劑的孔徑分佈232本章小結233習題234第10章熱量傳遞與反應器的熱穩定性10.1熱穩定性和參數靈敏性的概念23810.2催化劑顆粒溫度的熱穩定性24010.2.1催化劑顆粒的定態溫度24010.2.2催化劑顆粒定態溫度的穩定條件24110.2.3臨界著火條件與臨界熄火條件24210.2.4在上操作點時的催化劑顆粒溫度24510.3連續攪拌釜式反應器的熱穩定性24610.3.1全混釜的熱平衡條件24610.3.2全混釜反應器的熱穩定性24710.3.3操作參數對熱穩定性的影響24810.3.4最大允許溫差24810.3.5全混釜的參數靈敏性24910.3.6全混釜的可控性24910.4管式固定床反應器的熱穩定性25110.4.1管式固定床反應器的熱穩定條件25110.4.2最大允許管徑和最大允許溫差25210.4.3管式催化反應器的靈敏性25310.4.4熱反饋與整體穩定性25410.5化學反應系統的傳熱問題254本章小結255習題256第11章化學反應過程開發案例11.1過程開發方法概述25811.1.1逐級經驗放大方法25811.1.2數學模型方法25911.1.3兩種開發方法的對比26011.1.4開發方法的基本原則26111.2丁二烯氯化制二氯丁烯過程的開發案例26411.2.1反應過程特性研究26411.2.2反應器結構與操作條件26511.2.3中試研究和預混合措施26611.3列管式固定床反應器開發案例26711.3.1過程分析26711.3.2換熱式反應器的徑向換熱和徑向溫度分佈26911.3.3反應器的軸向溫度序列和實施方法27111.3.4單管研究27311.3.5反應器操作分析27411.4絕熱式固定床反應器開發案例27511.4.1絕熱式固定床反應器操作分析27511.4.2丙烯腈尾氣處理過程特徵27611.4.3絕熱反應器設計27711.4.4反應器設計參數27811.5甲醇合成催化反應器的數學模擬案例27811.5.1反應器數學模型的確定27911.5.2物料衡算28011.5.3管殼型甲醇合成反應器數學模擬282本章小結286符號表287習題答案289參考文獻293微課視頻空時與停留時間75管式循環反應器96返混特性99連續流動反應器中的返混測定109非理想流動模型128非理想流動反應器計算132串聯反應過程的優化166內擴散嚴重時的表觀動力學214催化劑的工程設計228催化劑顆粒熱穩定性241臨界著火和臨界熄火242甲醇反應器介紹3D視頻278