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第1章 理想反应器中的基元反应1

1.1 物料衡算1

目录1

1.2　基元反应2

1.2.1　一级单分子反应4

1.2.2　二级反应，单反应物4

1.2.4　三级反应5

1.3　反应级数与机理5

1.2.3　二级反应，双反应物5

1.4　理想的等温反应器6

1.4.1　理想间歇反应器7

1.4.2　活塞流反应器11

1.4.3　连续流动搅拌釜14

1.5　混合时间与放大15

1.6　间歇与流动，釜式反应器与管式反应器18

习题19

进一步阅读的建议22

参考文献22

第2章　间歇反应器中的多重反应23

2.1　非基元多重反应23

2.2　多重反应的组分反应速率24

2.3　间歇反应器中的多重反应25

2.4　一阶常微分方程组的数值解26

2.5　可解析求解的例子31

2.5.1　n级反应31

2.5.2　连串的一级反应，A→B→C→31

2.5.3　拟定态假定33

2.5.4 自催化反应36

2.6　变体积间歇反应器39

2.6.1　恒质量的体系39

2.6.2　半间歇反应器42

2.7　间歇反应的放大43

2.8.2　多重反应的化学计量学44

2.8.1　单一反应的化学计量学44

2.8　化学计量学与反应坐标44

习题47

参考文献50

进一步阅读的建议50

附录2　常微分方程组的数值解51

第3章　等温活塞流反应器54

3.1　恒质量流的活塞流55

3.1.1 气相反应57

3.1.2　液相反应64

3.2　管式反应器的放大66

3.2.1 多管并联67

3.2.2　多管串联68

3.2.3　利用几何相似放大71

3.2.4　恒压降放大73

3.2.5　缩小74

3.3　流逸壁反应器74

习题76

参考文献78

进一步阅读的建议78

第4章　搅拌釜和反应器的组合79

4.1　连续流动搅拌釜式反应器79

4.2　假瞬态法80

4.3　变密度的连续搅拌釜式反应器83

4.3.1 液相连续搅拌釜式反应器83

4.3.2　变密度的连续搅拌釜式反应器的计算步骤84

4.3.3　气相连续搅拌釜式反应器86

4.4　等温连续搅拌釜式反应器的放大89

4.5　反应器的组合90

4.5.1 串联和并联连接90

4.5.2　多釜串联92

4.5.3　循环回路94

习题96

A.4.1 二分搜索99

进一步阅读的建议99

附录4　联立代数方程组的求解99

A.4.2 多维Newton法100

第5章　热效应和能量衡算102

5.1　反应速率与温度的关系102

5.1.1　Arrhenius温度关系式102

5.1.2　等温反应器的最优温度104

5.2　能量衡算107

5.2.1　非等温间歇反应器108

5.2.2　非等温活塞流110

5.2.3　非等温连续搅拌釜式反应器112

5.3　非等温反应器的放大116

5.3.1　避免放大问题116

5.3.2　搅拌釜的放大117

5.3.3　管式反应器的放大119

习题122

进一步阅读的建议124

参考文献124

第6章　设计和优化研究125

6.1　连串反应序列125

6.2　竞争反应序列136

习题137

进一步阅读的建议138

附录6　数值最优化方法139

A.6.1 随机搜索139

A.6.2　黄金分割搜索139

A.6.3　参数最优化的先进方法140

A.6.4　泛函最优化140

第7章　拟合速率数据和利用热力学141

7.1　速率数据的分析141

7.1.1　最小二乘分析142

7.1.2　搅拌釜和微分反应器143

7.1.3　间歇反应器和活塞流反应器147

7.1.4　非理想反应器151

7.2　化学反应的热力学153

7.2.1　能量衡算式中的各项153

7.2.2　反应平衡159

习题169

参考文献172

进一步阅读的建议172

附录7.1　线性回归分析173

附录7.2　例题7.16的程序175

第8章　层流实际管式反应器180

8.1　忽略扩散的等温层流180

8.1.1　忽略扩散的判据181

8.1.2　混合杯平均181

8.1.3　停留时间理论的概述183

8.2　质量的对流扩散183

8.3　数值求解方法185

8.3.1 直线法186

8.3.2　Euler法187

8.3.3　精确度和稳定性188

8.3.4　梯形规则188

8.3.5　量纲一的变量的应用193

8.4　滑动流和直角坐标194

8.5　特殊的速度分布196

8.5.1　平坦速度分布196

8.5.2　移动平板间的流动198

8.5.3　静态混合器198

8.6　对流热扩散199

8.6.1 量纲一的热量传递方程200

8.6.2　最优壁温202

8.7　粘度的径向变化202

8.8　径向速度206

8.9　可变物理性质207

8.10　层流反应器的放大207

习题208

8.10.1　等温层流流动208

8.10.2　非等温层流流动208

参考文献211

进一步阅读的建议211

附录8.1　对流扩散方程211

附录8.2　有限差分近似212

附录8.3　隐式差分模式214

第9章　湍流实际管式反应器217

9.1 固定床反应器217

9.2　管内湍流224

9.3　轴向分散模型225

9.3.1　Danckwerts边界条件225

9.3.2　一级反应227

9.3.3　轴向分散模型的应用228

9.4　非等温轴向分散229

9.5　两点边值问题的数值解法230

习题236

9.6　放大和模型化的考虑236

参考文献237

进一步阅读的建议238

第10章　非均相催化239

10.1　传递和反应步骤概述240

10.2　传递和反应的控制方程240

10.3　本征动力学242

10.3.1　从各速率相等性获得的本征速率表达式242

10.3.2　基于速率控制步骤的模型244

10.3.3　推荐模型246

10.4　效率因子247

10.4.1　孔扩散247

10.4.2　膜传质249

10.4.3　非等温效率因子250

10.4.4　失活251

10.5　本征动力学的实验确定253

习题256

10.6　非定态操作和表面持有量256

参考文献259

进一步阅读的建议259

第11章　多相反应器260

11.1　气-液相和液-液相反应器260

11.1.1　两相搅拌釜反应器260

11.1.2　传质系数的实验测定269

11.1.3　活塞流中的流体-流体接触272

11.1.4　其他混合结合275

11.1.5　传质系数的预测277

11.2　三相反应器278

11.2.1　滴流床反应器278

11.2.2　气体-进料浆态反应器279

11.3　运动固体反应器280

11.3.1　鼓泡流态化281

11.4　非催化的流体-固相反应282

11.3.3　喷动床282

11.3.2　快速流态化282

11.5　用于纳米技术的反应工程286

11.5.1　微电子286

11.5.2　化学气相沉积287

11.5.3 自组装287

11.6　多相反应器的放大287

11.6.1　气-液相反应器288

11.6.2　气体-移动的固体反应器289

习题289

参考文献290

进一步阅读的建议291

第12章　生化反应工程292

12.1　酶催化292

12.1.1　Michaelis-Menten方程及相关动力学293

12.1.2　抑制、活化和失活295

12.1.3 固定化酶295

12.1.4　酶催化反应器设计296

12.2　细胞培养298

12.2.1　生长动力学299

12.2.2 自由悬浮细胞反应器302

12.2.3　固定化细胞306

习题306

参考文献307

进一步阅读的建议307

第13章　聚合物反应工程308

13.1 聚合反应308

13.1.1　逐步增长聚合反应308

13.1.2　链增长聚合反应311

13.2　相对分子质量分布312

13.2.1　分布函数和矩312

13.2.2　相对分子质量的加和规则313

13.3　缩聚反应的动力学314

13.3.1　转化率314

13.2.3　相对分子质量的测定314

13.3.2　数均链长和重均链长315

13.3.3　相对分子质量分布函数316

13.4　加聚反应的动力学318

13.4.1　活性聚合物319

13.4.2 自由基聚合反应321

13.4.3　过渡金属催化323

13.4.4　乙烯基共聚反应324

13.5.1 聚合物为连续相的搅拌釜327

13.5　聚合反应器327

13.5.2　聚合物为连续相的管式反应器329

13.5.3　悬浮相聚合反应333

13.6　放大考虑334

13.6.1　二元缩聚反应334

13.6.2 自冷凝的缩聚反应334

13.6.3　活性加聚反应334

习题335

13.6.4　乙烯基加聚反应335

进一步阅读的建议336

参考文献336

附录13.1 管式聚合反应器的集总参数模型337

附录13.2　管式反应器中缩聚反应的变粘度模型341

第14章　非定态反应器346

14.1　非定态搅拌釜346

14.1.1 等温连续搅拌釜式反应器的动态特征347

14.1.2　非等温搅拌釜反应器352

14.2　非定态活塞流354

14.3　非定态对流扩散356

习题357

参考文献359

进一步阅读的建议359

15.1　停留时间理论361

15.1.1　惰性示踪剂实验361

第15章　停留时间分布361

15.1.2　平均值和矩363

15.2　停留时间模型365

15.2.1　理想反应器和反应器组合365

15.2.2　流体力学模型371

15.3　反应产率375

15.3.1 一级反应375

15.3.2　其他反应376

15.4.1　非定态流动系统382

15.4　停留时间理论的推广382

15.4.2　接触时间分布383

15.4.3　热时间383

15.5　放大的考虑383

习题384

参考文献386

进一步阅读的建议386

索引387