化学反应工程（第二版）

　　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。

　　王承学，长春工业大学，曾任化工学院副院长，教授。科研成果：甲烷部分氧化合成甲醇；一种烟气过滤除尘装置研究。教学经历：主讲本科“化学反应工程”、研究生“高等反应工程”、“生物反应工程”，并开发了化学反应工程多媒体网络课件，获吉林省教育技术成果二等奖。

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