化学反应工程
2012-2
化学工业出版社
朱炳辰 主编
301
506000
无
第五版前言（一）本书主编朱炳辰先生于2009年1月15日去世，享年80岁。朱炳辰先生1929年1月7日生于安徽省休宁市，1951年8月毕业于上海交通大学工学院化工系，并留校任教。1952年10月华东化工学院建校，他来到华东化工学院无机化工系工作，先后任助教、讲师、副教授、教授，长期担任无机物工学教研组、无机化工教研组主任，1986年起为博士生导师。1982年至1986年期间曾先后担任化工系副系主任和华东化工学院研究生处处长。从1981年起为华东化工学院第一、二、三、四、五届校学术委员会和学位委员会委员，1989年受聘为国家教委博士生导师通讯评议化学工程与工业化学专家组成员，1990年受聘为国家科学基金会“化学工程学科发展战略研究小组”成员。朱炳辰先生忠诚党的教育事业，全身心培养学生，他为国家培养了一大批博士、硕士和英才，他的学生遍及祖国各地，不少人已成为企业领导，为国家做出重大贡献。他是学生心目中的好老师和好长辈。朱炳辰先生是我国著名的化学反应工程学者、专家，在几十年的教学和科研工作中，他积极倡导并身体力行化学工程与化学工艺结合，理论与实践结合，将科研成果应用于化工生产企业。他勇于探索，注重实践，在化学与催化反应工程领域开展了大量的基础和应用。研究工作，成果丰硕。其中“径向流体分布研究”获1978年全国科学大会奖，“甲醇合成塔设计新方法”获1985年国家科技进步二等奖，“年产20万吨大型甲醇合成塔设计”获1997年上海市科技进步一等奖，“三相浆态床反应工程应用基础研究”获2002年上海市科技进步二等奖等。他的科研成果应用于生产企业后，取得了巨大经济效益和社会效益。朱炳辰先生一生中撰写出版了多部著作，他于20世纪60年代合著的《无机物反应过程动力学》一书是我国早期系统介绍化学反应工程的专著。20世纪80年代，他主编的《无机化工反应工程》教材被数十所高校选用。他的专著《化学反应工程》（第四版）被评为国家“十一五”规划教材、全国精品教材。他的专著《催化反应工程》是全国研究生推荐教材。他还撰写合著了《甲醇工学》、《大型合成氨工艺过程分析》等著作。（二）朱炳辰先生生前的最后几年几乎将全部精力用于《化学反应工程》教材的编写上，在他去世的前几天还在酝酿《化学反应工程》第五版的修改方案，在书上标了许多修改记号。《化学反应工程》已出了四版。第一版由化学工业出版社于1993年出版，获1996年全国高等学校化工类优秀教材二等奖和1998年化工科技进步三等奖。第二版由化学工业出版社于1998年出版，为上海普通高等学校“九五”重点教材，获1999年上海普通高等学校优秀教材一等奖。第三版经教育部化工类专业人才培养及课程内容体系改革的研究与实践项目组批准立项，由化学工业出版社于2001年出版，获2003年上海市优秀教材一等奖。第四版被列为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，由化学工业出版社于2007年出版，2008年被评为教育部精品教材。《化学反应工程》第五版是《化学反应工程》第三版（面向21世纪课程教材）和第四版（普通高等教育“十一五”国家级规划教材，教育部精品教材）的修订版，第五版是在第四版经兄弟学校教学使用五年的基础上，吸取兄弟学校的意见而修订的。根据“面向21世纪‘化学工程与工艺’专业培养方案”的要求，化学工程与工艺专业力求培养基础厚、专业宽、能力强、素质高、具有创新精神的化工专业人才，本教材正是按照这一培养目标编写的。正如朱炳辰先生在第四版前言所说：“全书的主线是化学反应与动量、质量、热量传递交互作用的共性归纳综合的宏观反应过程，以及反应装置的工程分析和设计。本书所讲述的化学反应工程属工程学科，用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题。化学反应工程的研究方法是应用理论推演和实验研究工业反应过程的规律而建立的数学模拟方法，结合工程实践的经验，应用于工程分析和设计，强调工程观念，提倡理论与实际的结合。对学生进行定量计算和设计能力的训练，培养学生分析问题和解决问题的能力及创新精神。”《化学反应工程》第五版与第四版相比，加强了化学反应工程基本原理和通用反应工程的阐述，删去了聚合反应工程基础、生物反应工程基础和电化学反应工程基础三章，对其他各章也进行了适当的修改和删减。全书的篇幅相当于第四版的2/3左右。本书共分九章。第一章在回顾物理化学、化工热力学等学科有关内容的基础上，讨论化学反应工程有关加压下非理想气体的反应热、化学平衡，并强调化学反应器的设计要以化学特性和生产工艺为基础。第二章至第九章以石油加工、石油化工、煤化工、非金属矿与金属矿的化学加工、化肥、基本无机及有机化工、精细化工等工业生产为背景，讨论工业生产中宏观反应过程的普遍规律。本书第一至四版由我国化学工程与工艺学科著名学者浙江大学陈甘棠教授和华南理工大学黄仲涛教授审稿，两位教授对书稿严格把关，精心润色，提高了书稿的质量，深表感谢。华东理工大学顾其威教授对本书初稿提出许多宝贵建议，深表感谢。本书由华东理工大学朱炳辰主编。各章执笔人为：绪论、第一章、第二章、第三章（部分）、第五章、第八章和第九章由朱炳辰编写；第三章（部分）及第四章由张濂编写；第六章由张成芳编写；第七章由房鼎业编写。《化学反应工程》第五版由房鼎业整理、统稿。朱子彬、王辅臣、徐懋生、潘银珍、王弘轼、丁百全、姚佩芳、应卫勇、徐志刚、曹发海、陈闵松、何文军、高崇、李涛、甘霖、王存文、樊蓉蓉、倪燕惠等提供了相关资料和部分例题的编写及运算工作。第五版的书稿打印工作由胡智力完成。（三）这里，对《化学反应工程》第五版的教学理念、教学内容和教学方法提一些看法。化学反应工程是化学工程与工艺专业的核心课程。化学工程作为一级工程技术学科就是要把化学实验室中的研究成果实现产业化，其关键就是进行科技成果的开发与放大工作。本课程的研究对象是化学反应过程和反应器，因此应向学生强调本课程是“反应工艺开发之斧，反应设备设计之模，反应过程放大之桥”。本教材在教学理念上重视如下三个结合。①化学工程与化学工艺相结合。化学反应工程的研究目的是实现工业反应过程与工业反应器的优化。化学工程着眼于反应过程与反应器中的传递过程，化学工艺着眼于反应过程与反应器中的化学反应，把两者结合起来才能有效地实现反应过程的开发放大与优化。②基本原理与反应器设计相结合。通过《化学反应工程》的学习，学生应掌握反应工程的基本原理，也要了解反应器的选型和设计。阐明原理是本课程的基础，讲述反应器数学模型是本课程的重点，两者必须很好地结合。基本原理中的化学动力学、返混、反应过程热量与质量传递、复合反应选择性与收率、反应器热稳定性等内容与间歇反应器、平推流反应器、全混流反应器的数学模型紧密结合进行教学。③反应影响与传递影响相结合。工业反应过程中化学反应的影响与传递过程（动量传递、热量传递、质量传递）的影响是本教材的基本内容。反应的影响与传递的影响是有机联系的，两者对反应过程开发、反应器放大都起重要作用。在使用本教材时，阐述均相反应过程、气固相催化反应过程、气液相反应过程、流固相非催化反应过程时应处处向学生强调反应影响与传递影响的结合，并举出实例。在使用本教材时，应将“方法论”作为教学重点。为使学生掌握化学反应工程的基本观点和工程方法，培养学生分析与解决工程问题的实际能力，在使用本教材时，应特别强调“方法论”教学，结合主讲教师的科研实践，列举化工过程开发中的实例，通过科学分析，工程思维和优化措施，解决工程实际问题。在使用本教材进行教学时，在阐述化学反应工程开发方法论时，向学生介绍“热力学与动力学相结合的研究方法”、“反应过程与传递过程相结合的分析方法”、“大型冷模与小型热模相结合的开发方法”、“数学模型与中间试验相结合的放大方法”，可增强学生分析问题和解决问题的能力。由于朱炳辰先生已经去世，本书整理、统稿人的水平有限，书中存在错误和疏漏之处，敬请读者批评指正。房鼎业2011年5月
《化学反应工程》第五版是《化学反应工程》第三版(面向21世纪课程教材)和第四版(普通高等教育“十一五”国家级规划教材)的修订版，第五版是在第四版经兄弟学校教学使用五年的基础上，吸取兄弟学校的意见而修订的。
根据“面向21世纪‘化学工程与工艺’专业培养方案”的要求，化学工程与工艺专业力求培养基础厚、专业宽、能力强、素质高、具有创新精神的化工专业人才，本教材正是按照这一培养目标编写的。
本书共分九章。全书的主线是化学反应与动量、质量、热量传递交互作用的共性归纳综合的宏观反应过程，以及反应装置的工程分析及设计。本书所讲述的化学反应工程属工程学科，用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题。化学反应工程的研究方法是应用理论推演和实验研究工业反应过程的规律而建立的数学模拟方法，结合工程实践的经验，应用于工程分析和设计，强调工程观念，提倡理论与实际的结合。对学生进行定量计算和设计能力的训练，提高学生分析问题和解决问题的能力及创新精神。
本书为高等学校化学工程与工艺专业教材，也可供有关研究、设计和生产单位工程技术人员参考。
绪论
一、物质转化过程工业中的化学加工
二、化学反应工程与多尺度及多学科的联系
三、数学模拟方法
四、工程放大与优化
参考文献
第一章 应用化学反应动力学及反应器设计基础
第一节 化学反应和工业反应器的分类
一、化学反应的分类
二、工业反应器的分类
第二节 化学计量学
一、化学计量式
二、反应进度、转化率及化学膨胀因子
三、多重反应系统中独立反应数的确定
四、多重反应的收率及选择率
五、气相反应的物料衡算
第三节 加压下气相反应的反应焓和化学平衡常数
一、理想气体和实际气体的状态方程
二、气体的摩尔定压热容和气相反应的摩尔反应焓
三、实际气体的化学反应平衡常数
第四节 化学反应速率及动力学方程
一、间歇系统及连续系统的化学反应速率
二、动力学方程
三、温度对反应速率常数的影响
第五节 温度对反应速率的影响及最佳反应温度
一、温度对单一反应速率的影响及最佳温度曲线
二、温度对平行和连串反应速率的影响
第六节 反应器设计基础及基本设计方程
一、反应器设计基础
二、反应器设计的基本方程
第七节 讨论与分析
参考文献
习题
第二章 气?固相催化反应本征及宏观动力学
第一节 催化及固体催化剂
一、催化反应
二、固体催化剂
第二节 化学吸附与气?固相催化反应本征动力学模型
一、吸附等温方程
二、均匀表面吸附动力学模型
三、不均匀表面吸附动力学模型
第三节 气?固相催化反应宏观过程与催化剂颗粒内气体的扩散
一、气?固相催化反应宏观过程
二、固体催化剂颗粒内气体的扩散与曲折因子
第四节 内扩散有效因子
一、等温催化剂单一反应内扩散有效因子
二、等温内扩散对多重反应选择率的影响
三、非等温催化剂内扩散有效因子
第五节 气?固相间热、质传递过程对总体速率的影响
一、外扩散有效因子
二、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
第六节 固体颗粒催化剂的工程设计
一、异形催化剂
二、活性组分不均匀分布催化剂
三、颗粒催化剂的孔径分布及内表面积设计
第七节 气?固相催化反应宏观动力学模型
一、工业颗粒催化剂总体速率的实验测定
二、宏观与本征反应动力学模型
第八节 固体催化剂的失活
一、固体催化剂失活的原因
二、催化剂失活动力学
第九节 讨论与分析
参考文献
习题
第三章 釜式及均相管式反应器
第一节 间歇釜式反应器
一、釜式反应器的特征
二、间歇釜式反应器的数学模型
三、间歇釜式反应器的工程放大及操作优化
第二节 连续流动均相管式反应器
一、均相管式反应器的特征
二、平推流均相管式反应器的数学模型
第三节 连续流动釜式反应器
一、连续流动釜式反应器的特征及数学模型
二、多级全混釜的串联及优化
三、全混流反应器的热稳定性
第四节 理想流动反应器的体积比较
第五节 多重反应的选择率
一、平行反应
二、连串反应
第六节 半间歇釜式反应器
一、半间歇釜式反应器的特征
二、半间歇釜式反应器的数学模型
第七节 釜式反应器中进行的多相反应
一、釜式反应器中进行的液?液非均相反应
二、釜式反应器中进行的液?固非均相反应
三、釜式反应器中进行的气?液相络合催化反应
第八节 讨论与分析
参考文献
习题
第四章 反应器中的混合及对反应的影响
第一节 连续反应器中物料混合状态分析
一、混合现象的分类
二、连续反应过程的考察方法
第二节 停留时间分布
一、停留时间分布的定义
二、停留时间分布的实验测定
三、停留时间分布的数字特征
四、理想流型反应器的停留时间分布
五、停留时间分布曲线的应用
第三节 非理想流动模型
一、数学模型方法
二、轴向混合模型
三、多级串联全混流模型
第四节 非理想流动反应器的计算
一、轴向混合反应器的转化率
二、多级串联全混流反应器的转化率
第五节 讨论与分析
参考文献
习题
第五章 固定床气?固相催化反应工程
第一节 固定床气?固相催化反应器的基本类型和数学模型
一、固定床气?固相催化反应器的基本类型
二、固定床催化反应器的数学模型
第二节 固定床流体力学
一、固定床的物理特性
二、单相流体在固定床颗粒层中的流动及压力降
三、径向流动反应器中流体的分布
四、固定床流体的径向及轴向混合
第三节 固定床热量与质量传递过程
一、固定床径向传热过程分析
二、固定床对壁的给热系数
三、固定床径向有效热导率和壁给热系数
四、固定床径向及轴向传热的偏微分方程
五、固定床中流体与颗粒外表面间的传热与传质
第四节 绝热式固定床催化反应器
一、绝热温升及绝热温降
二、绝热催化床及乙苯催化脱氢制苯乙烯反应器
三、多段换热式催化反应器
第五节 连续换热内冷自热式催化反应器
一、内冷自热式催化反应器的一维平推流数学模型
二、内冷自热式氨合成反应器的热稳定性
第六节 连续换热外冷及外热管式催化反应器
一、连续换热外冷管式催化床的数学模型
二、连续换热外冷管式催化反应器的飞温及参数敏感性
三、强放热多重反应管式反应器的设计
四、管式反应器的床层宏观反应动力学和环氧乙烷合成反应器的活性校正系数案例
五、连续换热外热管式催化反应器
第七节 薄床层催化反应器
一、薄床层催化反应器轴向返混模型
二、薄床层氨氧化催化反应器的一维轴向弥散数学模型
第八节 催化反应过程进展
一、强制振荡非定态周期操作催化反应过程
二、催化?吸收耦联
三、催化?吸附耦联
四、催化?催化耦联
五、催化?蒸馏
六、膜催化
七、超临界化学反应
八、均相催化多相化
九、微化工技术
第九节 讨论与分析
参考文献
习题
第六章 气?液反应工程
第一节 气?液反应平衡
一、气?液相平衡
二、溶液中气体溶解度的估算
三、带化学反应的气?液相平衡
第二节 气?液反应历程
一、气?液相间物质传递
二、化学反应在相间传递中的作用
第三节 气?液反应动力学特征
一、伴有化学反应的液相扩散过程
二、一级不可逆反应
三、不可逆瞬间反应
四、二级不可逆反应
五、可逆反应
六、平行反应
第四节 气?液反应器概述
一、工业生产对气?液反应器的要求
二、气?液反应器的形式和特点
第五节 鼓泡反应器
一、鼓泡反应器的操作状态
二、鼓泡反应器的流体力学特征
三、鼓泡反应器的轴向混合
四、鼓泡反应器的传质、传热特性
五、鼓泡反应器的简化反应模型
六、搅拌鼓泡反应器
七、鼓泡反应器的热稳定性
第六节 填料反应器
一、填料特性和两相流动特征
二、填料的润湿表面和传质系数
三、填料反应器的轴向混合
四、气?液接触有效表面
五、填料反应器有效高度的计算
第七节 讨论与分析
一、气?液反应的特征
二、气?液反应器的适应性
参考文献
习题
第七章 流?固相非催化反应
第一节 流?固相非催化反应的分类及特点
一、流?固相非催化反应的分类
二、流?固相非催化反应的特点
三、流?固相非催化反应的研究方法
第二节 流?固相非催化反应模型
一、收缩未反应芯模型
二、整体反应模型
三、有限厚度反应区模型
第三节 粒径不变时缩芯模型的总体速率及控制
一、总体速率
二、流体滞流膜扩散控制
三、固体产物层内扩散控制
四、化学反应控制
第四节 颗粒缩小时缩芯模型的总体速率
一、流体滞流膜扩散控制
二、化学反应控制
三、宏观反应过程与控制阶段的判别
第五节 流?固相非催化反应器及其计算
一、流?固相非催化反应器
二、固体颗粒呈平推流流动
三、固体颗粒呈全混流流动
第六节 讨论与分析
参考文献
习题
第八章 流化床反应工程
第一节 固体流态化的基本特征及工业应用
一、流态化现象
二、流化床反应器的流型、流型转变及基本特征
三、流态化技术的基本问题及与其他流?固接触技术的比较
四、流态化技术的工业应用
第二节 流化床的特征速度
一、临界流化速度及起始鼓泡速度
二、起始湍动流化速度、快速流态化及密相气力输送的转变速度
第三节 气?固密相流化床
一、气?固密相流化床的基本结构
二、气?固鼓泡流化床
三、鼓泡流化床反应器的数学模型
四、湍动流化床
五、气?固密相流化床的工业应用
第四节 循环流化床
一、流型转变
二、循环流化床的工业应用
第五节 讨论与分析
参考文献
习题
第九章 气、液、固三相反应工程
第一节 气、液、固三相反应器的类型及宏观反应动力学
一、气、液、固三相反应器的类型
二、气、液、固三相反应的宏观反应动力学
第二节 三相滴流床反应器
一、气、液并流向下通过固定床的流体力学
二、滴流床三相反应器中的传递过程
三、石油加工中催化加氢裂化的加压滴流床三相反应器
第三节 机械搅拌鼓泡悬浮式三相反应器
一、机械搅拌鼓泡悬浮式三相反应器的特征
二、机械搅拌反应器中三相床甲醇合成和一步法二甲醚合成案例
第四节 鼓泡淤浆床反应器
一、鼓泡淤浆床反应器的流体力学
二、鼓泡淤浆反应器中的传递过程
第五节 气?液并流向上三相流化床反应器
一、煤的直接液化三相流化床反应器
二、气?液并流向上三相流化床的流体力学
三、气?液并流向上三相流化床中的传递过程
第六节 气、液、固三相悬浮床反应器的数学模型
一、三相悬浮床反应器的数学模型
二、鼓泡三相淤浆床甲醇合成的数学模型和试验验证
三、三相床F?T合成
第七节 讨论与分析
参考文献
习题
版权页：插图：①应掌握化学及催化剂研究工作者所获有关反应网络，催化剂对主、副反应的促进及抑制能力，对反应温度、原料组成、压力、空速的要求和在一定条件下能获得的转化率、选择率和收率的研究成果。②应掌握反应过程的热力学数据和黏度、热导率及扩散系数等物性数据。有关生产工艺书籍常介绍许多反应的理想气体状态的反应平衡常数及反应焓与温度的关联式。许多工业气一固相催化反应在加压下进行，如果压力较高而必须考虑气体的非理想性质时，需按逸度计算反应平衡常数和反应速率，并计入加压对反应焓和物性数据的影响。为此，本章第三节在物理化学和化工热力学的基础上，阐述了状态方程及其他方法供编制计算机程序时使用。③研究工作者所进行的反应动力学研究大都是在等温条件下，通过改变反应物系进口组成、空速和温度等参数的实验数据，再经整理而得的本征动力学，缺少反应器设计需要的内、外扩散过程及还原、失活等过程影响的工业颗粒催化剂宏观动力学数据。在这种情况下，反应器设计工作者往往只能按本征动力学计算，再加以校正；或者在工业反应的压力和相应的组成及温度范围内测试工业颗粒催化剂包含内扩散过程在内的宏观反应动力学，再加以校正。④许多与流体、固体颗粒流动状况密切相关的反应器，如流化床反应器，按工业反应器考虑的反应动力学，又称为反应器级或床层级宏观反应动力学，必须在颗粒级宏观反应动力学的基础上考虑流动状况的影响，这些问题往往是当今反应工程研究工作者的重点研究内容。⑤尽管催化剂开发的研究工作者对催化剂的失活与毒物的品种及含量，起始活性温度和耐热温度等问题进行过必要的实验研究，但最好多了解工业反应器中催化剂的实际操作运行情况，如工业催化剂的失活与毒物含量、使用时间的关系，催化反应操作失控而导致飞温，由于气一液、气一固等反应器各种部件设计不妥导致流体分布不均，从而达不到设计工艺指标等方面的实际案例，以便对反应器的设计、操作和原料气制备方面提出必要的改进建议。
《化学反应工程(第5版)》是教育部精品教材,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,面向21世纪课程教材之一。
无
和课本一样，很好，的
正版图书，印刷很好。
国外的教材太厚，一时间肯定看不完，买一本考试备用……
东西还不错 很好 已经都在看了 正版