化学反应工程

　　《化学反应工程》由武汉工程大学教学团队组织编写，为一流本科课程配套教材。本书系统阐述了化学反应工程基本原理及其应用，全书共分9章，包括绪论、均相反应动力学、间歇反应器及理想流动反应器、非理想流动及其反应器设计、气-固相催化反应器、气-液相反应器、聚合反应器以及生物与制药反应器，并介绍了典型的新型反应器的研究进展。本书注重内容的系统性、条理性和广泛性，为加强本科生对化学反应过程和反应器的开发、设计、优化与放大的理解，引入了部分工程案例。本书可供高等院校化学工程与工艺及相关制药工程、生物工程等专业师生使用，也可供有关专业科研、技术人员参考。

　　丁一刚，男，博士生导师，二级教授，百千万人才工程国家 级人选、国家有突出贡献中青年专家、湖北省有突出贡献中青年专家、全国化工优秀科技工作者，享受国家政府特殊津贴和省政府专项津贴，担任湖北省化学化工学会理事、湖北省磷化工协会理事、湖北省化学品及安全协会理事。现为国家磷资源开发利用工程技术研究中心学术带头人，湖北名师工作室主持人，国家 级一 流本科“化学反应工程”课程负责人，主要从事新型反应器技术、磷化工技术和化工新产品新工艺开发等科研和教学工作。近年来，先后主持国家科技支撑计划课题2项、国家自然科学基金2项以及科学技术研究重点项目、湖北省科技重大专项等国家、省部级科研项目等15项。获得湖北省技术发明一等奖1项，湖北省科技进步一等奖2项，三等奖2项，湖北省高等学校教学成果奖一等奖1项、二等奖2项。发表论文80余篇，其中SCI收录30余篇，教研论文28篇，授权国家发明专利39项，主编、参编著作2部。

第1章　绪论 1
1.1 化学反应工程学的发展历史1
1.2 化学反应工程的研究内容和研究方法2
1.2.1 研究内容2
1.2.2 研究方法3
1.3 化学反应器的工程分类4
1.3.1 反应器的结构类型4
1.3.2 反应器中的相态类型6
1.3.3 化学反应器的操作方式7
1.4 化学反应工程在工业反应过程开发中的作用8
1.4.1 反应速率在工程上的运用8
1.4.2 反应器的反应指标9
1.4.3 反应器开发过程的优化和放大12
习题14
第2章　均相反应动力学 16
2.1 基本概念和定义16
2.1.1 反应速率16
2.1.2 反应动力学方程16
2.1.3 反应动力学方程的建立18
2.2 等温恒容过程的反应动力学19
2.2.1 单一反应的动力学方程19
2.2.2 复合反应的动力学方程22
2.3 等温变容过程的反应动力学26
2.3.1 膨胀因子27
2.3.2 膨胀率29
2.4 温度对反应速率的影响31
2.4.1 温度对不可逆反应的影响31
2.4.2 温度对可逆反应的影响32
习题35
第3章　间歇反应器及理想流动反应器 37
3.1 概述37
3.2 间歇反应器38
3.2.1 等温间歇反应器的设计计算38
3.2.2 变温间歇反应器的设计计算40
3.3 理想流动下的釜式反应器42
3.3.1 全混流模型43
3.3.2 等温连续流动釜式反应器的设计计算43
3.3.3 釜式反应器的组合与设计计算44
3.3.4 串联釜式反应器体积优化47
3.3.5 釜式反应器的定态操作49
3.4 理想流动下的管式反应器52
3.4.1 平推流模型52
3.4.2 等温连续流动管式反应器的设计计算53
3.4.3 变温连续流动管式反应器的设计计算54
3.5 反应器反应性能指标比较及优化56
3.5.1 反应过程浓度水平分析56
3.5.2 反应性能指标比较57
3.5.3 反应器的操作优化64
习题68
第4章　非理想流动及其反应器设计 70
4.1 概述70
4.2 停留时间分布及其性质71
4.2.1 停留时间分布的定量描述71
4.2.2 停留时间分布函数的统计特征72
4.2.3 无量纲时间表示的分布函数和特征值73
4.3 停留时间分布的测定74
4.3.1 脉冲示踪法74
4.3.2 阶跃示踪法76
4.4 理想流动模型78
4.4.1 平推流模型78
4.4.2 全混流模型79
4.5 非理想流动现象80
4.6 非理想流动模型82
4.6.1 轴向扩散模型82
4.6.2 多釜串联模型85
4.7 非理想反应器的计算89
4.7.1 流体混合对反应的影响89
4.7.2 宏观流体反应器的设计计算92
4.7.3 微观流体反应器的设计计算95
4.7.4 非理想反应器的数学模型法浅析98
习题101
第5章　气-固相催化反应器 104
5.1 概述104
5.1.1 固体催化剂的组成与结构104
5.1.2 气-固相催化过程105
5.2 气-固非均相催化反应本征动力学106
5.2.1 催化剂表面上的吸附与脱附106
5.2.2 反应速率控制步骤108
5.2.3 本征动力学速率方程108
5.3 气-固非均相催化体系的宏观动力学112
5.3.1 气体在多孔介质中的内扩散112
5.3.2 气-固相催化宏观动力学113
5.3.3 扩散控制的判定115
5.4 气-固非均相催化反应器的设计116
5.4.1 气-固非均相催化反应器类型116
5.4.2 气-固非均相催化反应器设计原则119
5.4.3 固定床反应器的数学模型120
5.4.4 固定床反应器的设计计算122
5.4.5 流化床反应器的数学模型及设计136
习题145
第6章　气-液相反应器 149
6.1 气-液反应平衡149
6.1.1 气-液相平衡149
6.1.2 亨利定律150
6.1.3 化学反应对气-液相平衡的影响151
6.2 气-液相反应的宏观动力学152
6.2.1 反应与传质过程152
6.2.2 化学反应在相间传递中的作用153
6.2.3 化学吸收的增强因子154
6.3 气-液反应动力学特征155
6.3.1 伴有化学反应的液相扩散过程155
6.3.2 几个重要参数的讨论163
6.4 气-液相反应器的设计计算164
6.4.1 气-液相反应器的类型的选择164
6.4.2 气-液相反应器的设计模型167
习题172
第7章　聚合反应器 175
7.1 概述175
7.2 聚合反应动力学175
7.2.1 逐步缩合聚合175
7.2.2 均相游离基链式加成聚合177
7.2.3 均相游离基共聚合178
7.2.4 离子型聚合179
7.2.5 配位络合聚合180
7.3 聚合体系的传递现象181
7.3.1 流体的流动特性181
7.3.2 聚合釜中的传质与传热182
7.4 聚合反应器的设计186
7.4.1 聚合反应器的设计计算186
7.4.2 聚合釜的搅拌188
7.4.3 搅拌釜的放大193
习题194
第8章　生物与制药反应器 197
8.1 概述197
8.2 酶催化反应动力学197
8.3 微生物发酵动力学201
8.3.1 微生物菌体生长动力学201
8.3.2 微生物发酵基质消耗动力学203
8.3.3 微生物发酵产物生成动力学203
8.4 生化与制药反应器的设计204
8.4.1 生化与制药反应器的数学模型204
8.4.2 发酵罐的设计计算205
8.4.3 搅拌功率的计算216
8.4.4 发酵罐的放大222
习题226
第9章　新型反应器 228
9.1 概述228
9.2 撞击流反应器228
9.2.1 撞击流反应器的原理、特性与分类228
9.2.2 撞击流反应器的应用238
9.2.3 撞击流反应器的发展趋势240
9.3 旋转填充床反应器240
9.3.1 旋转填充床反应器的结构与原理240
9.3.2 旋转填充床反应器的应用243
9.4 超临界反应器244
9.4.1 超临界流体的性质244
9.4.2 超临界反应器的应用246
9.5 微波反应器248
9.5.1 微波化学反应器的基本原理248
9.5.2 微波反应器的应用249
9.6 磁流化床反应器250
9.6.1 磁流化床的结构和特点251
9.6.2 磁流化床反应器的应用252
9.7 微反应器253
9.7.1 微反应器的几何特性253
9.7.2 微反应器内流体的传递特性和宏观流动特性253
9.7.3 微反应器的优点254
9.7.4 微反应器的应用255
9.7.5 展望257
参考文献 258
符号说明 262