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目录1

第1章　摩尔衡算1

1.1 反应速率—rA的定义1

1.2 通用的摩尔衡算方程5

1.3 间歇反应器6

1.4　连续流动反应器8

1.4.1 连续搅拌釜式反应器8

1.4.2 管式反应器9

1.4.3　填充床反应器11

1.5 工业反应器13

小结20

问题和习题21

补充读物25

第2章　转化率和反应器的尺寸27

2.1 转化率的定义27

2.2 设计方程27

2.2.1 间歇系统27

2.2.2 流动系统29

2.3 连续流动反应器设计方程的应用32

2.4 反应器串联38

2.5 更多的定义46

小结48

习题与思考50

补充读物54

第3章　速率方程和化学计量学55

3.1 基本定义55

3.1.1 反应速率常数55

3.1.2 反应级数59

3.1.3 基元反应速率方程和分子性60

3.1.4 可逆反应62

3.1.5 非基元反应速率方程和反应65

3.2 反应器尺寸和设计方法的研究现状66

3.3.1 间歇系统67

3.3　化学计量表67

3.3.2　恒体积反应系统70

3.3.3 流动系统72

3.3.4　反应中的体积变化73

3.4 用除转化率之外的变量表示浓度83

3.5 带有相变的反应85

小结88

问题与习题90

补充读物99

4.1 等温反应器的设计步骤100

第4章　等温反应器设计100

4.2 液相间歇反应器数据放大到CSTR反应器的设计103

4.2.1 间歇操作103

4.2.2 CSTR反应器的设计109

4.3　管式反应器117

4.4 反应器压降122

4.4.1 压降和反应速率方程122

4.4.2　填充床中的流动123

4.4.3　球形填充床反应器134

4.4.4 管道中的压降138

4.5 组成一座化工厂139

4.6 在摩尔衡算方程和速率方程中应用CA（液体）和FA（气体）141

4.6.1 CSTR反应器、PFR反应器、PBR反应器和BR反应器141

4.6.2 膜反应器145

4.7 反应器的非稳态操作150

4.7.1 CSTR的开车150

4.7.2　半间歇反应器151

4.7.3 反应蒸馏157

4.8　循环反应器159

小结160

问题与习题163

补充读物176

第5章　化学反应速率的数据收集与分析177

5.1 间歇反应器177

5.1.1 微分法177

5.1.2　积分法186

5.2　初始速率法188

5.3　半衰期法190

5.4　微分反应器方法191

5.5 最小二乘法196

5.5.1 线性最小二乘法196

5.5.2 非线性最小二乘法198

5.5.3 加权最小二乘法205

5.6 实验安排205

5.7 实验反应器的评价206

5.7.1 积分反应器（固定床反应器）207

5.7.2　搅拌间歇反应器207

5.7.3 有固相存在的搅拌反应器（SCSR）207

5.7.4　连续流动反应器（CSTR）207

5.7.5　提升管反应器207

5.7.6　循环反应器208

5.7.7　各种反应器总结208

小结209

习题210

补充读物217

第6章　复合反应219

6.1 定义219

6.2　平行反应222

6.2.1 只有一种反应物时的选择性222

6.2.2 有两种反应物时的选择性225

6.3　连串反应227

6.4.2　净反应速率230

6.4.1 物料平衡230

6.4　复杂反应的求解230

6.4.3　速率方程231

6.4.4 化学计量——相对反应速率232

6.4.5 化学计量关系——浓度234

6.4.6　联立求解235

6.4.7　CSTR反应器中的复合反应239

6.5　分类245

6.6　有兴趣的部分246

6.7 复合反应产率最优化247

小结248

习题250

补充读物262

第7章　非基元反应动力学264

7.1　基本原理264

7.1.1 活泼中间产物265

7.1.2　准稳态假设（PSSH）266

7.2　反应机理研究267

7.2.1　基本概念267

7.2.2　反应路径273

7.3　聚合反应275

7.3.1　分步聚合276

7.3.2　链式聚合反应279

7.3.3 间歇聚合反应器模型285

7.3.4　分子量分布287

7.3.5 阴离子聚合291

7.4　酶反应机理297

7.4.1　定义和反应机理297

7.4.2　Michaelis-Menten方程300

7.4.3 间歇反应器计算301

7.4.4 酶反应的抑制剂303

7.4.5 复合酶和底物体系303

7.5 生化反应器304

7.5.1　细胞生长305

7.5.2　速率方程306

7.5.3　化学计量学308

7.5.4　物料平衡309

7.5.5　恒化器312

7.5.6　设计方程313

7.5.7 细胞耗尽314

7.5.8　氧控发酵315

7.5.9　反应器放大315

小结315

习题316

补充读物328

第8章　稳态非等温反应器设计330

8.1　基本原理330

8.2 能量衡算331

8.2.1 热力学第一定律331

8.2.2　“功”的计算332

8.2.3 分析稳态摩尔流率以得到反应热333

8.2.4　焓的分析335

8.2.5 关联△H Rx（T），△H？x（TR）和△Cp336

8.2.7　变摩尔热容337

8.2.6 恒摩尔热容或平均摩尔热容337

8.2.8　加到反应器中的热？339

8.3 非等温连续流反应器341

8.3.1 应用于CSTR反应器342

8.3.2 绝热管状反应器351

8.3.3 有热交换的稳态管式反应器357

8.4　平衡转化率366

8.4.1 绝热温度和平衡转化率366

8.4.2　最佳进料温度372

8.5.1 硫酸的生产373

8.5 非绝热反应器操作：二氧化硫的氧化373

8.5.2　催化剂用量375

8.5.3　反应器结构375

8.5.4　操作条件376

8.6 多定态382

8.6.1 移热项，R（T）383

8.6.2 生热项G（T）384

8.6.3 点火-熄灭曲线385

8.6.4　失控反应387

8.6.5 定态的分叉分析388

8.7 非等温多反应体系389

8.7.1 活塞流反应器389

8.7.2 CSTR反应器392

小结395

问题与习题398

补充读物414

第9章　非稳态非等温反应设计416

9.1 通用衡算方程416

9.2 CSTR反应器和半间歇反应器的非稳态操作416

9.2.1 间歇反应器418

9.2.2 间歇反应器的绝热操作418

9.2.3 带有换热器的瞬态CSTR反应器、间歇及半间歇反应器-环境温度不是空间均一的427

9.3 接近稳态431

9.4　化学反应器控制436

9.4.1 脱离稳态436

9.4.2 给CSTR反应器加装一个控制器438

9.5 非等温复杂反应443

9.6 活塞流反应器的非稳态操作446

小结446

问题与习题447

补充读物453

10.1 催化剂454

10.1.1 定义454

第10章　催化和催化反应器454

10.1.2　催化剂性质455

10.1.3　催化剂分类458

10.2　催化反应步骤461

10.2.1 吸附等温线463

10.2.2 表面反应467

10.2.3 脱附468

10.2.4　速率控制步骤468

10.3　反应速率方程469

10.3.1 异丙苯的吸附为速率控制步骤时472

10.3.2 表面反应为速率控制步骤时474

10.3.3 苯的脱附为速率控制步骤时475

10.3.4　异丙苯分解反应小结476

10.3.5 由准稳态假设推导速率方程479

10.3.6 温度对速率方程的影响480

10.4 气固反应器的设计481

10.4.1　概述481

10.4.2　设计方程481

10.5 非均相数据分析482

10.5.1 由实验数据推导出速率方程483

10.5.2　探讨与实验结果一致的机理484

10.5.3　速率方程参数的计算485

10.5.4　反应器设计486

10.6 化学气相沉积489

10.7　催化剂失活492

10.7.1 催化剂失活类型493

10.7.2 温度-时间互补法501

10.7.3　移动床反应器503

10.7.4　提升管反应器507

10.7.5 确定失活级数511

10.8　微电子行业涉及到的反应工程512

小结514

问题和习题516

补充读物527

第11章　外扩散对非均相反应过程的影响529

11.1　质量传递原理529

11.1.1　定义529

11.1.2　摩尔通量529

11.1.3 费克第一定律530

11.2　二元扩散531

11.2.1　摩尔通量计算531

11.2.2　边界条件533

11.2.3 化学反应的扩散模型533

11.2.5 伴有化学反应的扩散模型537

11.2.4 温度和压力对DAB的影响537

11.3 外部传质阻力538

11.3.1　传质系数539

11.3.2　单一颗粒的传质541

11.3.3　填充床内传质为控制步骤的化学反应544

11.3.4 金属表面上受传质控制的化学反应550

11.4 如果……会发生什么？（参数敏感度分析）551

11.5　缩核模型554

11.5.1 催化剂的再生554

11.5.2　单分散性固体颗粒的溶解557

11.5.3 多孔介质中的流动和溶解559

小结560

习题561

补充读物566

第12章 多孔催化剂内的扩散和反应567

12.1 球形催化剂颗粒中的扩散和反应567

12.1.1 有效扩散系数567

12.1.2 推导扩散和反应的微分方程569

12.1.3 方程的无因次形式571

12.1.4 一级反应微分方程的解573

12.2 内扩散有效因子573

12.3 表观动力学577

12.4　总有效因子579

12.5 扩散控制和反应控制步骤的判据581

12.5.1 Weisz-Prater的内扩散判据581

12.5.2　Mears的外扩散判据583

12.6　填充床内的传质和反应584

12.7 根据操作参数确定控制步骤589

12.8 多相反应器589

12.8.1 浆态床反应器590

12.8.2 滴流床反应器601

12.10　流化床模型603

12.9　流化床反应器603

12.11 化学沉积反应器605

小结608

习题609

补充读物617

第13章　停留时间分布620

13.1 概述620

13.2 停留时间分布函数的测定方法622

13.2.1　脉冲法622

13.2.2 阶跃法626

13.3 停留时间分布函数的数字特征627

13.3.1 积分关系628

13.3.2 平均停留时间629

13.3.3　方差630

13.3.4 无因次停留时间分布函数E（？）632

13.3.5 停留时间内分布函数I（α）633

13.4 理想反应器的停留时间分布635

13.4.1 间歇反应器和活塞流反应器的停留时间分布635

13.4.2 单一全混流反应器CSTR的停留时间分布635

13.4.3　层流反应器637

13.4.4 PFR和CSTR串联反应器的停留时间分布638

13.5 非理想反应器的停留时间分布641

13.6　零参数模型642

13.6.1 离散模型642

13.6.2 最大混合模型646

13.6.3 热效应652

13.7 软件包的应用653

13.8　复合反应655

13.8.1 离散模型655

13.8.2　最大混合模型655

小结659

习题660

补充读物666

第14章　非理想反应器模型668

14.1　基本概念668

14.2　单参数模型669

14.2.1 多釜串联模型669

14.2.2　返混扩散模型672

14.3 两参数模型684

14.3.1 利用沟流和死区模拟实际的搅拌釜反应器685

14.3.2 用两个串联的CSTR模拟实际的搅拌釜反应器689

14.4 软件包的应用691

14.5　其他非理想反应器模型693

14.6 RTD的应用695

小结695

习题696

附录705

附录A　数值计算方法705

A.1 反应器设计中常用的积分公式705

A.2 等面积曲线微分法705

A.3　微分方程的求解707

A.4　数值积分707

附录B　理想气体常数和单位换算关系709

A.5 软件包709

附录C　热力学常数和热力学关系711

附录D　利用对数坐标求斜率713

附录E　软件包713

E.1 POLYMATH713

E.2 MATLAB713

E.3　ASPEN713

附录F　符号说明713

附录G 化学反应的分子动力学717

G.1　碰撞理论717

G.2　过渡状态理论719

G.3 分子动力学721

附录H　CD-ROM中工业实例分析724

H.1 反应工程实验设计724

H.2　润滑油设计724

H.3　核反应器724

H.4　地下水危害724

H.5 加氢脱硫反应器设计724

H.6 连续操作的生化反应器724

H.7　合成甲醇724

附录I 如何应用CD-ROM724

附录J 计算化学软件包的使用725