、内冷自热式能化反应器的一维平 四、二级不可逆反应 .197 椎流数学模型. 163 五、可满反应， 二，内冷自热式氨合成反应器的热稳 定性 165 第四 液反应器概述 第六节 连续换热外冷及外热管式储化 工业生产对气液反应器的要求 .20 反应器 166 -液反应器的形式和特点.202 连续换热外冷管式催化床的数学 第五节 鼓泡反应器 203 模型 166 一、整泡反应器的操作状态 ,204 连续换热外冷管式催化反应器的 二、鼓泡反应器的流体力学特征 205 飞粗及参斯错域姓 166 三、鼓湘反应墨的抽向湿合 三、强放热多重反应管式反应器的 四后应哭 传质 传热特性 设计 170 、鼓泡反应器的简化反应模型 20 四、管式反应器的床层宏观反应动力号 六、搅拌鼓泡反应器 211 和环氧乙烷合成反应器的 七，鼓泡反应器的热稳定性 211 括性校正系数案例 171 第六节填料反应器 212 五。连续换热外热箐式催化反应器 173 、填料特性和两相流动特征· 213 第七节薄床层催化反应器 173 填料的润湿表面和传质系数 21 一、薄床层催化反应器轴向返混模型 173 三、填料反应器 21 二，裤床层氨氧化催化反应器的一维触 气液接触有效表 21 17 第八节 过程进展 填料反应器有效高度的计算 215 1 第七节 讨论与分析 218 振荡非定态周期操作催化反 气-液反应的特征 218 应过程 .176 气-液反应器的话应性 219 ,催化吸收钢用 176 参考文献 219 三、催化吸附搏联 177 习题： 四、催化催化拥联 177 第七章 流-固相非催化反应 223 五，能化-蒸馏 177 第一节 流-固相非催化反应的分类及 六数化 78 特点· 223 七、超临界化学反应 流-固相非催化反应的分类 .223 均相能化 相化 180 二、流-固相非催化反应的特点 化工技术 180 三、流周相非催化反应的研究方法 226 第九节 讨论与分析 180 第二节 流因相非催化反应模型 参考文献 182 收缩 反应芯模型 229 习顺 185 整体反应梗型 227 第六裔 气液反应工程 有限厚度反应区模型. 228 液反 立平 187 四、其他模型. 228 气·液相平 187 第三节粒轻不变时缩款博利的总体 ，溶液中气体溶解度的估算 188 速率及控制. 229 ,带化学反应的气-液相平衡 189 总体速率 第二节气液反应历程 1g1 骑扩制 3 一、气-液相间物质传递 191 物层内扩散控制 3 二、化学反应在相传递中的作用 18 四 化学反应控制 232 第三药解反应动力 193 第四节 颗粒缩小时缩芯模型的总体 反应的液相扩散过程 193 速率 ，234 级不可 194 一、流体潜流猿扩散控制， 不可逆间反应. 196 二、化学反应控制· .235
三、宏观反应过程与控制阶段的判别.237 四、石油加工中催化加氢裂化的加压 第五节流固相非催化反应器及其计算 .240 滴流床三相反应器. .291 一、流-固相非熊化反成器 240 第三节机城橙拌被泡悬浮武三相反 周体是平摊流流动 24 292 体颗粒呈全混流流动 242 机城搅拌鼓泡悬浮式三相反应器 第六节 讨论与分析 的特征 292 参考文献 二。机械搅拌反应器中三相床甲醇合 习题： 247 成和一步法二甲醚合成案例. 293 第八章流化床反应工程. 249 第四节鼓泡淤浆床反应器. +295 第一节 固体流态化的基本特征及工业 一、鼓泡淤浆床反应器的流体力学.295 用 二、鼓泡淤浆反应器中的传递过程： .299 第五节 气液并流向上 三相流化床反 流化床反应器的流型、流转变及 .301 基本特征. 250 煤的直接液化三相流化床反应器 301 三、 流态化技术的基本间题及与其他流 气-液并流向上三相流化床的流体 固接触技术的比较 .254 力学 301 四、流态化技术的工业应用 。255 三、气液并流向上三相流化床中的传 第二节流化床的特征速度. 递过程，. 430 、脑界流化速度及起始鼓泡速度 第六节三相悬浮床中的相混合 起始动流化速度 快速流态化及 三相流化床中的 相混 304 密相气力输送的转变速度 粒的终编速度 .25 三相鼓泡淤浆床的液相和气相 混合 305 第三节 气固密相流化床 261 第七节压力对三相悬浮床反应器操作性 气-固密相流化床的基本结构 ,261 能的影响 .306 二、气-固鼓泡流化床“ .264 对气含率、气袍直径及气液相界 三、鼓泡流化床反应器的数学模型. 26g 面积的影响 306 四、湍动流化床. .270 二、对流型转变的影响 307 五，气密相流化床的工业应用 三、压力及气体密度对气液传质系数 第四节 的影 .307 四、压力对气液鼓泡床液相轴向混合 循环流化床的工业应用 275 的影响 307 第五 讨论与分析 280 第八节气液-固三相悬浮床反应器的数 参考文献 281 学模型. 习题 2R2 相悬浮床反应器的数学模型 308 第九章气-液固三相反应工程 283 二、鼓 三相龄浆床甲醇合成的数学模 第一节 相反应器的类型及岁 型和试验验证 应动力学 三相床FT合成 311 气-液固三相反应器的类型· .283 第九节讨论与分桥. 313 二、气液固三相反应的宏反应动 参考文献 314 力学 286 习题 317 第二节三相滴流床反应器. 第十章聚合反应工程基础 一、气、液并流向下通过固定床的流 第 节 述 力学 聚合反应工程发展简述 滴流床三相反应器中的传递过程 318 39 聚合反应工程的研究内容· 31g 滴流床三相催化反应过程开发 第二节聚合过程中的工艺和设备基础.321 研 291 一、聚合反应的分类 .321
二、聚合实施方法 一、机城搅拌式反应器.35到 第三节聚合反应动力学. 329 二。气升式反应器. 4355 。白由基蜜合基元反应及速率方程.329 三、其他形式的生物反应器. .356 由基聚合分子量及分布。 331 参者文献， 参考文 第十二章 电化学反应工程基础 360 第一节电化学反应过程的原理及动 第十一章生物反应工程基础 337 力学. 360 第一节酶催化反应动力学 337 电化学反应过程的原理， 361 一、简单酶反应动力学 337 二，电极过程动力学 .362 二、竞争性和非竞争性抑制 三、申化学反应工程中的常用术语.366 二。H值和祖的作用 第二 常用的电化学反应器 第二节 细胞生长和产物生成的动力学 2414 电化学反应 的持点 368 细胞的生长和维持 电化学反应器的构成 368 产物生现 31 常用结构的电化学反应器. 369 三、底物利用· 348 四、电化学反应器的组装、连接与组合.376 四、温度和pH值的影响 349 参考文献.4 4377 五、重组微生物的稳定性 349 主要符号一览表 379 第三节常用的生物反应器。 35
绪 论 一、物质转化过程工业中的化学加工 工业行业可以分为两大类： 一类以物质转化为核心，从事物质的化学转化，生产新的物 质产品，生产环节具有一定的不可分性，形成生产流程并多数连续操作，如石油加工、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 可以统称为过程工业；另一类以物件的加工和组装为核心，不改变物质的内在形态，多属非 连续操作，可以统称为装备与产品制造工业。 过程工业中包含有进行物理转化和化学转化两类过程。进行物理转化的过程，如流体输 送、液体搅拌、固体的破碎、过滤、结品、换热、蒸发、干燥、吸收、精馏、萃取、吸附 增湿、减湿及膜分离等单元操作。进行化学转化的过程，如按参与反应物质的相的类别来区 分，可分为均相和多相（又称为非均相）反应，均相反应含气相反应和液相反应。 而多相反 应含液-液相反应、气液相反应、液固相反应、气-固相反应、固固相反应和气液-固三相 反应。进行化学转化的过程，即化学反应过程，是生产的关键过程。在进行化学反应过程的 装置或化学反应器中进行反应时，必然伴有放热或吸热的热效应。对于多相反应，必然存在 处于不同相的物质间的质量传递。在反应装置中必然存在着流体流动或周体颗粒的流动，不 同结构的反应器中，又存在着不同的流动形式。例如，进行气固相的反应，有多种形式的 反应器。①固定床反应器，在操作期间，固体颗粒以固定的形态放置在反应器中，气体反应 混合物通过颗粒层运动。②移动床反应器，固体颗粒逐渐自上而下流动，流出反应器外，并 且同时补充周体。当固定床与移动床反应器中气体混合物沿着反应器的轴向流动时，称为轴 向流动反应器；当反应气体沿反应器径向横穿过颗粒层时，称为径向流动反应器 。显然， 者的流体流动形式有所区别，必然引起反应器有不同的结构设计。③流化床反应器、流化床 反应器的特征是流体自下而上使颗粒在反应器中浮起而运动，流体和颗粒的物性不同，通过 床层的流体流速不同，流化床可以在处于不同的流化状态下操作，对产物的产量和质量造成 重大影响。 另外，气固相催化反应中反应组分必须扩散到催化剂外表面，再扩散进入催化剂颗粒 内部、方能与分布在催化剂内表面上的活性组分接触发生催化反应，催化剂颗粒的粒度及手 结构，必然影响反应组分在催化剂孔道中同时扩散与反应的反应速率。反应热由颗粒内部传 至催化剂颗粒外表面，再与气相主体发生热量传递，气相与热、质量传递过程速率必然与气 体的流动状况有关 综合上述，化学反应过程是一个综合化学反应与动量、质量、热量传递交互作用的宏观 反应过程，这也就是20世纪初期国际化工学术界确立的“三传一反”的概念。 在书籍方面，1g37年Damkhler们在“Der Chemie Ingenieur”第三卷中写了扩散、流 动与传热对化学反应收率影响的专章。1947年中p阳HK一KameHeuKn2习发表了论述化学动力 学中扩散与传热的专著。1947年Hougen及Watson!3)所著《化学过程原理》第三卷专门讲 述动力学与催化过程。上述著作都是早期讲述化学反应工程的开拓性学术专著 1957年第一次欧洲化学反应工程会议系统地总结并论述了上述有关宏观反应动力学及 反应过程工程分析的若干基本问题，确定了“化学反应工程学”的名称。50年来，化学反 应工程学有了很大的发展，成为“化学工程学”的重要学科分支，尤其是随着电子计算技术
的应用，数值计算方法和现代测试技术的发展，化学反应工程的基础理论和实际应用都有了 很大的飞跃。化学反应工程学广泛地应用了化等 化学工芝 动力学、化工热力学、计算数学、现代测试技术、 是酒融亮传货 流体力学、传热、传质以及生产工艺、环境保护 与安全、经济学等各方面的理论知识和经验，综 合应用于工业反应器的结构和操作参数的设计和 优化。图1概括地表达了化学反应工程学与有关 学科间的关系。其中化学反应器，尤其是单系列 大型及相大型高压反应器与机械工程中的金属材 料、高压容器的设计和制造 甚至于超大型设备 的运输等各方面存在着密切的依赖关系。 经济学 二、化学反应工程与多尺度及多学科的联系 近年来，国内外学术界倡导物质转化过程中 图1化学反应工程学与有关学科间的关系的时空多尺度(Multi-scle)效应[)，归纳其要 点如下：化工过程同时发生在很宽的时间尺度和空间尺度、即以分子振动的纳秒至污染物消 失所需长达世纪的时间尺度。其中①纳尺度，即分子化学键振动的纳秒尺度及纳米尺度；② 微尺度，即流体力学和传递中的滴、粒、泡、旋涡运动的微尺度；③介尺度，即反应器、换 热器、分离器、泵等反应和单元操作的装置：④宏尺度，即生产单元和工厂；⑤宇尺度，即 环境、大气、海洋、土壤。 以管式催化反应器中气-固相催化反应为例，反应物与催化剂的载体上所负载的活性组 分间的分子反应属于纳秒及纳米尺度：反应组分在催化剂颗粒孔道内的扩散属于微尺度；反 应组分连续流过长达数米的反应管的停留时间一般为10一105，属于介尺度；反应器及有 关原料制备和产物分离的装备组合成的生产单元和工厂属于宏尺度：而生产过程的污染物经 历长时间才能消除属于宇尺度 三、数学模拟方法 早期研究进行物理变化的化工单元操作的传统方法是经验归纳法，将实验数据用量保分 析和相似方法整理而获得经验关联式。这种方法在研究管道内单向流体流动的压力降 对流 给热及不带化学反应的气液两相间的传质等方面都得到了广泛的应用。由于化学反应工程 涉及多种影响参数及参数之间相互作用的复杂关系，如化学反应与流体流动、传质、传热过 程的相互交织，连续流动反应器中流体流动状况影响到同一截面反应物的转化率和选择率的 不均匀性，化学反应速率与温度的非线性关系等，传统的量纲分析和相似方法已不能反映化 学反应工程的基本规律。反映和描述工业反应器中各参数之间的关系，称为物理概念模型。 表达物理概念模型的数学式称为数学模型，用数学方法来模拟反应过程的模拟方法称为数学 模拟方法。用数学模拟方法来研究化学反应工程，进行反应器的放大与优化，比传统的经验 方法能更好地反映其本质。 数学模型按处理问题的性质可分为化学动力学模型、流动模型、传递模型、宏观反应动 力学模型。 工业反应器中宏观反应动力学模型是化学动力学模型、流动模型及传递模型的综 合，是本书所要讨论的核心内容。 例如气-固相催化反应过程，有三个层次的数学模型。①化学动力学模型，即反应组分 在催化剂颗粒内表面上进行的催化反应动力学的模型，或称为本征动力学模型，其中有关分 子振动的纳尺度内容，是一般化学反应工程科技工作者没有条件也不必要进行研究的。但 是，催化反应的本征动力学模型是最基础的模型，缺少时，应由反应工程工作者对所采用的