化學反應工程

化學反應工程是化工等專業的核心課程。近年來，化學反應工程學科取得了長足進展，深入到了微納尺度層面的反應過程強化即分子反應工程的研究範疇，學科服務對象也由傳統經典化工拓展到了新能源、新材料等領域。為此，《化學反應工程》（第四版）在第三版基礎上，加入了對化學反應工程進展的介紹，對個別較生澀難懂的章節內容進行了刪減，修改了部分例題與習題，使其與化工生產實踐的背景結合更緊密，並對文中三十餘個概念增加了動畫鏈接，以增強讀者的感性認識，讀者可通過掃描書中二維碼觀看。本書分為十章，重點介紹了均相反應過程，包括均相反應動力學基礎、均相反應器、非理想流動；非均相反應過程，包括氣-固相催化反應過程、非催化兩流體相反應過程、固定牀反應器、流化牀反應器；聚合反應過程，包括聚合過程的化學與動力學基礎；生化反應過程，包括生化動力學基礎、生化反應器。

《化學反應工程》（第四版）可作為化工及相關專業的本科生教材，也可供化工及相關專業科研人員參考。 ^[2] 

第1章緒論1

1.1化學反應工程學的發展及其範疇和任務1

1.1.1化學反應工程發展簡述1

1.1.2化學反應工程學的範疇和任務2

1.2化學反應工程內容的分類和編排4

1.2.1化學反應器的操作方式4

1.2.2反應裝置的型式4

1.2.3化學反應工程學的課程體系6

1.3化學反應工程的研究方法6

1.4化學反應工程的進展8

參考文獻9

第2章均相反應動力學基礎10

2.1概述10

2.1.1化學反應速率及其表示10

2.1.2反應速率常數k13

2.2等温恆容過程14

2.2.1單一反應動力學方程的建立14

2.2.2複合反應21

2.3等温變容過程29

2.3.1膨脹因子29

2.3.2膨脹率31

習題33

參考文獻34

第3章理想反應器35

3.1概述35

3.2簡單理想反應器36

3.2.1間歇反應器37

3.2.2平推流反應器39

3.2.3全混流反應器43

3.3組合反應器46

3.3.1平推流反應器的串聯、並聯或串並聯46

3.3.2具有相同或不同體積的N個全混釜的串聯47

3.3.3不同型式反應器的串聯49

3.3.4循環反應器49

3.3.5半連續操作的反應器53

3.4非等温過程56

3.4.1温度的影響56

3.4.2非等温操作59

3.4.3一般圖解設計程序63

3.5反應器類型和操作方法的評選65

3.5.1單一反應66

3.5.2複合反應72

3.6全混流反應器的熱穩定性77

3.6.1全混流反應器的定態基本方程式78

3.6.2全混流反應器的熱穩定性79

3.6.3定態熱穩定性的判據83

3.7攪拌釜中的流動與傳熱85

3.7.1攪拌釜的結構和槳葉特性85

3.7.2攪拌釜內的混合過程88

3.7.3攪拌功率的計算90

3.7.4攪拌釜的傳熱93

習題93

參考文獻95

第4章非理想流動96

4.1反應器中的返混現象與停留時間分佈96

4.1.1非理想流動與停留時間分佈97

4.1.2停留時間分佈的實驗測定98

4.1.3停留時間分佈函數的數學特徵99

4.1.4用對比時間θ表示的概率函數100

4.2流動模型102

4.2.1常見的幾種流動模型103

4.2.2停留時間分佈曲線的應用116

4.3流體的混合態及其對反應的影響117

4.3.1流體的混合態117

4.3.2流體的混合態對反應過程的影響118

習題121

參考文獻123

第5章催化劑與催化動力學基礎124

5.1催化劑124

5.1.1概述124

5.1.2催化劑的製法127

5.1.3催化劑的性能128

5.2催化劑的物化性質129

5.2.1物理吸附和化學吸附129

5.2.2吸附等温線方程130

5.2.3催化劑的物理結構132

5.3氣-固相催化反應動力學134

5.3.1反應的控制步驟134

5.3.2雙曲線型的反應速率式134

5.3.3冪數型反應速率方程140

5.3.4反應速率的實驗測定法143

5.3.5動力學方程的判定和參數的推定146

5.3.6催化劑的內擴散153

5.3.7內擴散對反應選擇性的影響161

5.3.8催化劑的失活163

5.4非催化氣-固相反應動力學164

5.4.1粒徑不變的縮核模型165

5.4.2顆粒體積縮小的縮粒模型167

習題169

參考文獻171

第6章固定牀反應器172

6.1概述172

6.2固定牀中的傳遞過程178

6.2.1粒子直徑和牀層空隙率178

6.2.2牀層壓降180

6.2.3固定牀中的傳熱182

6.2.4固定牀中的傳質與混合188

6.3擬均相一維模型190

6.3.1等温反應器的計算190

6.3.2單層絕熱牀的計算191

6.3.3多層絕熱牀的計算194

6.3.4多層牀的最優化問題195

6.3.5自熱式反應器的設計方法197

6.3.6熱穩定性和參數敏感性199

6.4擬均相二維模型201

6.5計算流體力學模擬202

6.6滴流牀反應器203

6.6.1概述203

6.6.2滴流牀的流體力學204

6.6.3滴流牀中的傳質205

6.6.4滴流牀的設計與放大206

習題206

參考文獻208

第7章流化牀反應器210

7.1概述210

7.2流化牀中的氣、固運動214

7.2.1流化牀的流體力學214

7.2.2氣泡及其行為219

7.2.3乳相的動態223

7.2.4分佈板與內部構件225

7.2.5顆粒的帶出、捕集和循環227

7.3流化牀中的傳熱和傳質230

7.3.1牀層與外壁間的給熱230

7.3.2牀層與浸沒於牀內的換熱面之間的給熱231

7.3.3顆粒與流體間的傳質233

7.3.4氣泡與乳相間的傳質233

7.4鼓泡流化牀的數學模型234

7.4.1模型的類別235

7.4.2兩相模型236

7.4.3Levenspiel鼓泡牀模型239

7.4.4流化牀反應器的開發與放大241

習題242

參考文獻243

第8章多相流的反應過程245

8.1傳質理論245

8.2氣液相反應過程247

8.2.1基礎方程248

8.2.2氣液非均相系統中的幾個重要參數253

8.2.3反應速率的實驗測定255

8.3氣液相反應器258

8.3.1氣液相反應器的型式和特點258

8.3.2氣液相反應器型式的選擇259

8.4鼓泡塔反應器259

8.4.1鼓泡塔的流體力學260

8.4.2鼓泡塔的傳熱和傳質264

8.4.3鼓泡塔的發展266

8.5鼓泡攪拌釜267

8.5.1鼓泡攪拌釜的結構特徵267

8.5.2鼓泡攪拌釜內的流體力學268

8.5.3鼓泡攪拌釜的傳熱和傳質272

8.5.4鼓泡攪拌釜的放大273

8.6氣液相反應器的數學模型和設計274

8.6.1氣相為平推流、液相為全混流274

8.6.2氣相和液相均為全混流275

8.6.3氣相和液相均為平推流276

習題283

參考文獻285

第9章聚合反應工程基礎286

9.1聚合反應和聚合方法概述286

9.1.1聚合反應的類別286

9.1.2聚合方法與設備289

9.1.3聚合物的分子結構、分子量和分子量分佈294

9.2均相聚合過程296

9.2.1遊離基聚合的反應動力學基礎296

9.2.2理想流動的連續操作分析302

9.2.3遊離基共聚合305

9.2.4離子型溶液聚合312

9.3非均相聚合過程315

9.3.1懸浮聚合315

9.3.2乳液聚合316

9.4縮聚反應過程318

9.4.1縮聚平衡318

9.4.2縮聚動力學319

9.4.3分子量及其分佈320

9.5聚合反應器的設計放大和調節321

9.5.1攪拌322

9.5.2非牛頓流體的傳熱324

9.6聚合過程的擬定和調節328

9.6.1聚合過程的擬定328

9.6.2聚合過程的調節330

習題331

參考文獻332

第10章生化反應工程基礎333

10.1概述333

10.2酶催化反應334

10.2.1酶的特性334

10.2.2單底物酶催化反應動力學——米氏方程335

10.2.3有抑制作用時的酶催化反應動力學336

10.3微生物的反應過程動力學339

10.3.1細胞生長動力學339

10.3.2基質消耗動力學341

10.3.3產物生成動力學341

10.3.4氧的消耗速率342

10.4固定化生物催化劑343

10.4.1概述343

10.4.2酶和細胞的固定化344

10.5生化反應器345

10.5.1概述345

10.5.2生化反應器的計算347

習題353

參考文獻354

符號説明356 ^[2]