《反應(yīng)工程》（第四版）從理論和實踐相結(jié)合的角度，系統(tǒng)闡明了反應(yīng)工程的基本原理和方法。內(nèi)容包括由基元反應(yīng)和質(zhì)量作用定律推導(dǎo)非基元反應(yīng)的速率方程的步驟；由設(shè)計的實驗獲得反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)以及擬合出動力學(xué)參數(shù)的方法；由質(zhì)量衡算建立反應(yīng)器設(shè)計方程的原理；由連續(xù)反應(yīng)器的停留時間分布確定真實反應(yīng)器模型參數(shù)的過程。并將它們用于理想反應(yīng)器和真實反應(yīng)器的設(shè)計與分析。此外，生化反應(yīng)工程基礎(chǔ)、聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ)和電化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)三章內(nèi)容將為可再生能源加工、新材料生產(chǎn)和新能源裝備提供可借鑒的反應(yīng)器設(shè)計方法。
本書除作為化工及相關(guān)專業(yè)本科生教材外，還可供從事化工生產(chǎn)、科研和設(shè)計工作的工程技術(shù)人員參考。
辛峰，天津大學(xué)教授，化學(xué)反應(yīng)工程課程負責(zé)人，中國化工學(xué)會會員，化學(xué)反應(yīng)工程與工藝期刊編委會成員。在近二十余年里，先后講授了反應(yīng)工程課程的中文、雙語、全英文本科、碩士和博士課程，主持了《反應(yīng)工程》第三版的修訂，組織英文版《Reaction Engineering》的編寫。其帶領(lǐng)下的天津大學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)團隊，曾獲得2004 年國家 級精品課程、2016年國家 級精品資源共享課和2023年國家 級一 流本科課程。辛峰教授在教學(xué)方面曾獲 2021 年天津大學(xué)教學(xué)成果獎，天津大學(xué)化工學(xué)院 2018年度人才培養(yǎng)貢獻獎和 2023 年優(yōu)秀教師獎。
主要研究方向：多相催化反應(yīng)工程；反應(yīng)和分離過程的集成與強化；清潔化工生產(chǎn)中的反應(yīng)工程。
1 緒論 1
1.1 化學(xué)反應(yīng)工程 1
1.2 化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率 3
1.2.1 反應(yīng)進度 3
1.2.2 轉(zhuǎn)化率 4
1.2.3 收率與選擇性 5
1.3 化學(xué)反應(yīng)器的類型 7
1.4 化學(xué)反應(yīng)器的操作方式 9
1.5 反應(yīng)器設(shè)計的基本方程 11
1.6 工業(yè)反應(yīng)器的放大 12
1.7 反應(yīng)工程的新進展 14
習(xí)題 16
2 反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ) 18
2.1 化學(xué)反應(yīng)速率 18
2.2 反應(yīng)速率方程 21
2.3 溫度對反應(yīng)速率的影響 26
2.4 復(fù)合反應(yīng) 30
2.4.1 反應(yīng)組分的消耗速率和生成速率 30
2.4.2 復(fù)合反應(yīng)的基本類型 31
2.4.3 反應(yīng)網(wǎng)絡(luò) 34
2.5 反應(yīng)速率方程的減變量 35
2.5.1 單一反應(yīng) 35
2.5.2 復(fù)合反應(yīng) 38
2.6 多相催化與吸附 41
2.6.1 多相催化作用 41
2.6.2 吸附與脫附 42
2.7 多相催化反應(yīng)動力學(xué) 45
2.7.1 定態(tài)近似和速率控制步驟 45
2.7.2 多相催化反應(yīng)速率方程 47
2.8 建立速率方程的步驟 51
習(xí)題 53
3 釜式反應(yīng)器 57
3.1 反應(yīng)器的設(shè)計方程 57
3.2 釜式反應(yīng)器的物料衡算式 58
3.3 等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算(單一反應(yīng)) 59
3.3.1 反應(yīng)時間及反應(yīng)體積的計算 59
3.3.2 優(yōu)化反應(yīng)時間 62
3.4 等溫間歇釜式反應(yīng)器的計算(復(fù)合反應(yīng)) 64
3.4.1 平行反應(yīng) 64
3.4.2 連串反應(yīng) 66
3.5 連續(xù)釜式反應(yīng)器的反應(yīng)體積 69
3.6 連續(xù)釜式反應(yīng)器的串聯(lián)與并聯(lián) 72
3.6.1 概述 72
3.6.2 串聯(lián)釜式反應(yīng)器的計算 73
3.6.3 串聯(lián)釜式反應(yīng)器各釜的最佳反應(yīng)體積比 77
3.7 釜式反應(yīng)器中復(fù)合反應(yīng)的收率與選擇性 79
3.7.1 總收率與總選擇性 79
3.7.2 平行反應(yīng) 80
3.7.3 連串反應(yīng) 83
3.8 半間歇釜式反應(yīng)器 85
3.9 變溫間歇釜式反應(yīng)器 88
3.10 連續(xù)釜式反應(yīng)器的定態(tài)操作 92
3.10.1 連續(xù)釜式反應(yīng)器的熱量衡算式 92
3.10.2 連續(xù)釜式反應(yīng)器的定態(tài) 93
習(xí)題 97
4 管式反應(yīng)器 103
4.1 活塞流假設(shè) 103
4.2 等溫管式反應(yīng)器設(shè)計 104
4.2.1 單一反應(yīng) 105
4.2.2 復(fù)合反應(yīng) 107
4.2.3 擬均相一維模型 112
4.3 管式與釜式反應(yīng)器反應(yīng)體積的比較 113
4.4 循環(huán)反應(yīng)器 119
4.5 變溫管式反應(yīng)器 120
4.5.1 管式反應(yīng)器的熱量衡算式 120
4.5.2 絕熱管式反應(yīng)器 121
4.5.3 非絕熱變溫管式反應(yīng)器 124
4.6 管式反應(yīng)器的優(yōu)化溫度序列 126
4.6.1 單一反應(yīng) 126
4.6.2 復(fù)合反應(yīng) 127
4.7 動力學(xué)參數(shù)的確定 129
4.7.1 積分法 130
4.7.2 微分法 131
習(xí)題 135
5 停留時間分布與連續(xù)反應(yīng)器模型 141
5.1 停留時間分布 141
5.1.1 概述 141
5.1.2 停留時間分布的定量描述 143
5.2 停留時間分布的實驗測定 145
5.2.1 脈沖法 145
5.2.2 階躍法 147
5.3 停留時間分布的統(tǒng)計特征值 148
5.4 理想反應(yīng)器的停留時間分布 151
5.4.1 活塞流模型 151
5.4.2 全混流模型 152
5.5 非理想流動現(xiàn)象 154
5.6 非理想流動模型 156
5.6.1 離析流模型 156
5.6.2 多釜串聯(lián)模型 161
5.6.3 軸向分散模型 164
5.7 非理想反應(yīng)器的計算 167
5.8 反應(yīng)器中流體的混合 169
習(xí)題 174
6 多相反應(yīng)中的傳遞現(xiàn)象 176
6.1 多相催化反應(yīng)過程步驟 177
6.1.1 固體催化劑的宏觀結(jié)構(gòu)及性質(zhì) 177
6.1.2 過程步驟 178
6.2 流體與催化劑顆粒外表面間的傳質(zhì)與傳熱179
6.2.1 傳遞系數(shù) 180
6.2.2 流體與顆粒外表面間的濃度差和溫度差 181
6.2.3 外擴散對多相催化反應(yīng)的影響 182
6.3 氣體在催化劑顆粒內(nèi)的擴散 185
6.3.1 孔擴散 185
6.3.2 多孔顆粒內(nèi)的擴散 186
6.4 多孔催化劑內(nèi)的擴散與反應(yīng) 187
6.4.1 多孔催化劑內(nèi)反應(yīng)組分的濃度分布 188
6.4.2 內(nèi)擴散有效因子 189
6.4.3 非一級反應(yīng)的內(nèi)擴散有效因子 193
6.4.4 內(nèi)外擴散都有影響時的總有效因子195
6.5 內(nèi)擴散對復(fù)合反應(yīng)選擇性的影響 197
6.6 多相催化反應(yīng)過程中消除擴散影響的判定198
6.6.1 消除外擴散影響的判定 198
6.6.2 消除內(nèi)擴散影響的判定 199
6.7 擴散干擾下的動力學(xué)假象 201
習(xí)題 205
7 多相催化反應(yīng)器的設(shè)計與分析 209
7.1 固定床內(nèi)的傳遞現(xiàn)象 209
7.1.1 固定床內(nèi)的流體流動 210
7.1.2 質(zhì)量和熱量的軸向分散 211
7.1.3 徑向傳質(zhì)與傳熱 212
7.2 固定床反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型 214
7.3 絕熱式固定床反應(yīng)器 218
7.3.1 絕熱反應(yīng)器的類型 218
7.3.2 固定床絕熱反應(yīng)器的催化劑用量 219
7.3.3 多段絕熱式固定床反應(yīng)器 221
7.4 換熱式固定床反應(yīng)器 225
7.4.1 引言 225
7.4.2 進行單一反應(yīng)時的分析 226
7.4.3 進行復(fù)合反應(yīng)時的分析 228
7.5 自熱式固定床反應(yīng)器 231
7.5.1 反應(yīng)物料的流向 231
7.5.2 數(shù)學(xué)模擬 232
7.6 參數(shù)敏感性 233
7.7 流化床反應(yīng)器 235
7.7.1 流態(tài)化 235
7.7.2 流化床催化反應(yīng)器 237
7.8 實驗室催化反應(yīng)器 239
7.8.1 基本要求 239
7.8.2 主要類型 240
習(xí)題 243
8 多相反應(yīng)器 247
8.1 氣液反應(yīng) 247
8.2 氣液反應(yīng)器 251
8.2.1 主要類型 251
8.2.2 鼓泡塔的設(shè)計 252
8.2.3 攪拌釜式反應(yīng)器的設(shè)計 255
8.3 氣液固反應(yīng) 256
8.3.1 概述 256
8.3.2 氣液固相催化反應(yīng)的傳遞步驟與速率257
8.4 滴流床反應(yīng)器 258
8.4.1 概述 258
8.4.2 數(shù)學(xué)模型 259
8.5 漿態(tài)反應(yīng)器 262
8.5.1 類型 262
8.5.2 傳質(zhì)與反應(yīng) 263
8.5.3 機械攪拌釜的設(shè)計 265
習(xí)題 268
9 生化反應(yīng)工程基礎(chǔ) 271
9.1 概述 271
9.2 生化反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ) 273
9.2.1 酶催化反應(yīng)及其動力學(xué) 273
9.2.2 微生物的反應(yīng)過程動力學(xué) 280
9.3 固定化生物催化劑 284
9.3.1 概述 284
9.3.2 酶和細胞的固定化 285
9.3.3 固定化生物催化劑的催化動力學(xué) 286
9.4 生化反應(yīng)器 288
9.4.1 生化反應(yīng)器類型 288
9.4.2 生化反應(yīng)器的計算 290
習(xí)題 297
10 聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ) 299
10.1 概述 299
10.2 聚合反應(yīng)動力學(xué)分析 300
10.2.1 聚合反應(yīng)分類 300
10.2.2 聚合度及其分布 301
10.2.3 均相自由基聚合反應(yīng) 306
10.2.4 縮聚反應(yīng) 319
10.2.5 影響聚合反應(yīng)速率的因素 323
10.3 聚合過程的傳熱與傳質(zhì)分析 325
10.3.1 聚合過程熱效應(yīng)特點 325
10.3.2 解決聚合過程傳熱與流動的措施 326
10.3.3 傳熱系數(shù)與傳質(zhì)系數(shù) 327
10.4 聚合反應(yīng)器的設(shè)計與分析 327
10.4.1 聚合反應(yīng)器與攪拌器 327
10.4.2 數(shù)學(xué)模型 328
10.4.3 聚合反應(yīng)器的計算與分析 328
習(xí)題 331
11 電化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ) 333
11.1 概述 333
11.1.1 電化學(xué)反應(yīng)的特點 333
11.1.2 電化學(xué)反應(yīng)工程的質(zhì)量指標(biāo) 334
11.2 電化學(xué)反應(yīng)工程中的特殊問題 338
11.2.1 電極表面的電位及電流分布 338
11.2.2 析氣效應(yīng) 343
11.2.3 電化學(xué)工程中的傳質(zhì)過程 346
11.2.4 電化學(xué)工程中的熱傳遞與熱衡算 349
11.3 電化學(xué)反應(yīng)器 350
11.3.1 電化學(xué)反應(yīng)器的類型 350
11.3.2 電化學(xué)反應(yīng)器的工作特性 353
11.3.3 電化學(xué)反應(yīng)器的連接與組合 360
習(xí)題 363
參考文獻 364
書單推薦
