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第1章 绪论1

1.1过程工业与工业化学过程1

1.1.1过程工业1

1.1.2工业化学过程2

1.2化学反应过程的基本规律及其对反应设备的要求4

1.3反应过程与设备的研究内容7

1.3.1最优化的经济目标7

1.3.2最优化的技术目标8

1.3.3反应过程与设备和其他学科间的关系9

1.4化学反应与反应设备的分类9

1.4.1化学反应的分类10

1.4.2工业反应设备的类型11

1.5化学反应器的设计与放大15

1.5.1化学反应器的设计原则15

1.5.2工业反应器的放大16

1.6化学反应过程与设备的发展与前沿18

第2章 化学反应过程基本知识18

2.1化工原料资源22

2.1.1煤的加工22

2.1.2石油加工23

2.1.3天然气的利用24

2.1.4农副产品加工24

2.1.5“三废”治理24

2.2化学反应动力学基础24

2.2.1化学反应速率24

2.2.2反应速率影响因素26

2.2.3复杂反应的动力学表达30

2.3反应器的操作方式32

2.4反应器计算基本方程式34

2.4.1反应动力学方程式34

2.4.2物料衡算式36

2.4.3热量衡算式36

2.5均相理想反应器37

2.5.1均相反应器的特点37

2.5.2釜式反应器的设计与操作39

2.5.3管式反应器的设计与操作46

2.6连续流动反应器停留时间分布48

2.6.1非理想流动48

2.6.2停留时间分布函数49

2.6.3停留时间分布函数的应用52

2.7非理想流动53

2.7.1非理想流动模型53

2.7.2非理想流动对反应结果的影响59

第3章 釜式反应器及其工业应用实例61

3.1概述61

3.1.1釜式反应器的构型61

3.1.2釜式反应器的特点及其应用61

3.2间歇操作釜式反应器工艺计算62

3.2.1反应时间62

3.2.2反应器有效体积64

3.3连续操作釜式反应器工艺计算65

3.3.1单段连续釜式反应器66

3.3.2多段连续釜式反应器66

3.4搅拌器69

3.4.1搅拌的混合机理和液体流动特性70

3.4.2常用搅拌器的型式及性能特征74

3.4.3搅拌功率80

3.5搅拌釜式反应器的传热86

3.5.1反应釜的传热装置87

3.5.2高温热源的选择89

3.6搅拌反应釜给热系数的计算92

3.7立式搅拌反应釜的选用95

3.7.1搅拌器的选型95

3.7.2立式搅拌反应釜的结构型式101

3.7.3立式搅拌反应釜选型步骤101

3.8硝基苯生产过程及反应器103

3.8.1生产工艺103

3.8.2硝化剂105

3.8.3硝化反应器107

3.8.4硝化反应器放大设计108

第4章 管式反应器及其工业应用实例111

4.1概述111

4.1.1管式反应器的构型111

4.1.2管式反应器的特点及应用112

4.2管式反应器的计算基础方程式113

4.2.1计算基础方程式113

4.2.2空间速度与空间时间114

4.3液相管式反应器设计计算114

4.3.1等温液相管式反应器114

4.3.2变温液相管式反应器115

4.4气相管式反应器设计计算119

4.5管式反应器的计算机模拟120

4.5.1管式反应器的数学模型120

4.5.2数学模型方程的求解121

4.5.3数学模型符号说明122

4.6反应器型式和操作方式评选122

4.6.1生产能力的比较123

4.6.2反应选择性比较125

4.6.3操作与计算最优化127

4.7环氧乙烷反应过程及反应器128

4.7.1乙烯氧化合成环氧乙烷的反应机理129

4.7.2影响反应过程的因素131

4.7.3氧化反应器的设计137

4.7.4氧化反应器的结构特点141

4.8聚乙烯与高压环管式反应器142

4.8.1聚乙烯分子结构及分类143

4.8.2聚乙烯生产技术144

4.8.3乙烯自由基聚合原理及动力学147

4.8.4聚乙烯生产工艺及高压管式反应器153

第5章 固定床反应器及其工业应用实例157

5.1概述157

5.1.1固定床反应器的特点及应用157

5.1.2固定床反应器构型158

5.2固定床反应器内的流体流动160

5.2.1催化剂颗粒直径和形状系数160

5.2.2床层空隙率161

5.2.3流体在固定床中的流动特性162

5.2.4流体流过固定床层的压力降163

5.3固定床反应器内的传热164

5.3.1床层对壁总给热系数165

5.3.2床层有效导热系数和表观壁膜给热系数166

5.3.3流体与催化剂颗粒间的给热系数171

5.4固定床反应器内的传质172

5.4.1流体与催化剂颗粒外表面间的传质172

5.4.2催化剂颗粒内部的传质175

5.4.3床层内的混合扩散178

5.5总反应速率方程式178

5.6固定床反应器设计181

5.6.1经验法181

5.6.2数学模型法181

5.7固定床反应器在合成氨工业中的应用184

5.7.1一氧化碳变换的基本原理184

5.7.2工艺过程190

5.7.3变换反应器191

5.7.4CO变换反应器的新发展194

5.8固定床反应器的日常运行与操作197

5.8.1温度调节197

5.8.2压力调节198

5.8.3氢油比控制198

5.8.4空速操作原则199

5.8.5催化剂器内再生操作199

5.9二甲醚反应器的设计与模拟199

5.9.1概述199

5.9.2二甲醚的合成技术201

5.9.3甲醇脱水工艺及反应器设计203

第6章 塔式反应器及其工业应用实例211

6.1概述211

6.1.1塔式反应器的特点及应用211

6.1.2塔式反应器的一般构造212

6.1.3附属装置212

6.1.4塔设备的选择214

6.2填料塔215

6.2.1物理吸收216

6.2.2化学吸收217

6.3填料塔设计举例222

6.3.1填料塔工艺计算222

6.3.2填料塔结构设计225

6.4塔设备设计常见错误228

6.4.1化工设计与计算方面主要错误228

6.4.2结构设计与计算方面主要错误228

6.4.3强度设计与稳定性校核主要错误230

6.4.4有关附件设计主要错误230

第7章 鼓泡塔反应器及其工业应用实例231

7.1鼓泡塔231

7.1.1鼓泡塔的操作状态231

7.1.2鼓泡塔的流体力学232

7.1.3鼓泡塔的轴向混合237

7.1.4鼓泡塔的传热特性237

7.2乙酸的生产工艺238

7.3乙醛氧化生产乙酸的基本原理240

7.3.1反应机理241

7.3.2宏观动力学方程式243

7.4乙醛氧化反应器246

7.4.1乙醛氧化反应器的选型246

7.4.2反应器的结构247

7.4.3反应器的设计248

7.4.4鼓泡塔的经验法计算250

7.5新型气液反应器250

7.5.1喷射反应器的研究现状及进展251

7.5.2喷射反应器的应用251

第8章 流化床反应器及其工业应用实例256

8.1流态化基本概念256

8.1.1流态化257

8.1.2散式流化床和聚式流化床257

8.1.3流化床中的气泡及其行为258

8.1.4流化床中常见的异常现象及处理方法260

8.1.5流体床反应器中的传质261

8.1.6流化床反应器内的传热263

8.2流化床反应器的工艺计算265

8.2.1流化床反应器直径与高度的确定265

8.2.2流化床反应器压力降的计算267

8.2.3流化床反应器的数学模型简介270

8.3流化床反应器的日常运行与操作272

8.3.1颗粒粒度和组成的控制272

8.3.2压力的测量与控制273

8.3.3温度的测量与控制274

8.3.4流量控制274

8.3.5开停车及防止事故的发生275

8.4丙烯腈生产及流化床介绍276

8.4.1丙烯腈生产工艺276

8.4.2丙烯氨氧化反应器280

8.5苯胺及加氢流化床反应器设计284

8.5.1合成技术284

8.5.2加氢流化床反应器的设计286

8.6流化床的新发展293

第9章 其他化学反应器296

9.1气液固三相反应器296

9.2涓流床反应器298

9.2.1概述298

9.2.2涓流床的流体力学299

9.2.3涓流床反应器中的传质299

9.2.4涓流床反应器中的传热302

9.2.5涓流床结构实例304

9.2.6涓流床模型及其设计放大305

9.3热管反应器307

9.3.1热管原理及工作过程307

9.3.2热管的结构308

9.3.3热管反应器的应用309

9.4膜反应器310

9.4.1金属膜反应器311

9.4.2多孔无机膜反应器311

9.5径向反应器313

9.5.1乙苯脱氢反应原理314

9.5.2乙苯催化脱氢生产过程315

9.5.3脱氢径向反应器316

9.5.4轴径向反应器的开发319

9.6生化反应器320

9.7电化学反应器321

9.7.1电化学反应器的类型322

9.7.2电化学反应器的主要构件322

9.8聚合反应器323

9.8.1聚合反应器的类型323

9.8.2常用聚合反应器324

9.8.3特殊型式聚合反应器325

参考文献326