化学反应工程(李倩)

本书全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，有机融入党的二十大精神，根据国家职业教育本科应用化工技术专业标准，基于典型工作任务进行编写。全书包含基础理论知识、釜式反应器、管式反应器、固定床反应器、流化床反应器、气液相反应过程与反应器以及反应器技术前沿。内容设计从典型生产案例引出反应器应用特点，从实际工作过程出发按照“生产应用案例—反应器结构特点—典型任务设计计算—实践操作—能力提升—分析讨论—工业文化”的编写体例，使学生在学习时循序渐进，遵从“理论—实践—提升”的认知规律，实现教学内容和实际工作过程的高度对接，培养学生的职业性，各项目后附有知识点归纳和自测练习。 本书可作为高等职业教育本科化工技术类专业和相关专业的教材，也可作为高等职业教育专科相关专业的教材，还可供企业技术人员学习、参考。

李倩，副教授，甘肃省技术标兵，教学名师、师德标兵。主编教材3部《化工反应原理与设备》《化学反应工程（本科）》《化工工艺实训（本科）》；副主编教材《化工催化剂应用技术》，发表教科研论文15篇。主持甘肃省教改项目1项；主持化学工业出版社在线课程《化学反应工程》；主持中国化工教育协会教学成果特等奖1项；本人参加全国职业院校教师教学能力比赛获二等奖1项、三等奖1项；甘肃省一等奖2项；指导学生参加各类比赛全国一等奖1项；铜奖1项；甘肃省金奖2项；甘肃省一等奖1项，二等奖2项。

绪论 1 项目一　基础理论知识 3 【学习目标】 3 任务一学习化工生产中基本概念 3 一、化学反应式及计量方程 4 二、常用指标 4 三、化学反应速率 6 任务二反应器设计基础分析 8 一、反应器的分类及操作方式 8 二、反应器设计基本方程 11 三、动力学方程式 13 四、时间参数 16 任务三反应器内流体流动分析 18 一、流体流动的描述 18 二、反应器内流体的理想流动模型 21 三、反应器内流体的非理想流动模型 23 【知识拓展】动力学方程的建立方法 26 【分析讨论】 28 【工业文化】工匠精神 28 【本章小结】 29 【自测习题】 30 【主要符号】 32 项目二　釜式反应器 33 【生产应用案例】 33 【学习目标】 35 任务一釜式反应器基本结构分析 35 一、釜式反应器的基本结构 35 二、釜式反应器的搅拌装置 36 三、釜式反应器的传热装置 39 四、釜式反应器的传动装置及密封 40 任务二理想间歇操作釜式反应器设计 42 一、反应器特征及基本方程 42 二、反应时间计算 43 三、反应器体积计算 46 四、间歇反应器校核计算 47 任务三理想连续操作釜式反应器设计 48 一、反应器特征及基本方程 48 二、单一连续操作釜式反应器 49 三、多个理想连续釜式反应器的串联 51 四、连续操作釜式反应器的热稳定性 55 任务四半间歇操作釜式反应器设计 57 一、半间歇操作常见类型 57 二、半间歇操作设计基本方程 58 任务五釜式反应器仿真操作 59 任务六釜式反应器实操训练 63 【能力提升】釜式反应器设计案例分析 67 【知识拓展】釜式反应器操作危险因素分析及处理 68 【分析讨论】 70 【工业文化】中国石油的“三老四严”与劳动精神 70 【本章小结】 71 【自测习题】 72 【主要符号】 74 项目三　管式反应器 76 【生产应用案例】 76 【学习目标】 79 任务一管式反应器的结构及传热方式分析 79 一、管式反应器的基本结构 79 二、管式反应器的传热装置 81 任务二管式反应器设计 82 一、反应器特征及基本方程 82 二、等温恒容管式反应器的计算 83 三、等温变容管式反应器的计算 85 任务三循环反应器设计 88 任务四反应器选型及优化 89 一、简单反应反应器选型 89 二、复杂反应反应器选型 92 任务五管式反应器仿真操作 100 任务六管式反应器实操训练 107 【能力提升】管式反应器设计案例分析 112 【知识拓展】非等温管式反应器的计算 114 【分析讨论】 116 【工业文化】“双碳”目标与中国化工绿色发展 116 【本章小结】 118 【自测习题】 119 【主要符号】 122 项目四　固定床反应器 123 【生产应用案例】 123 【学习目标】 125 任务一固定床反应器的结构分析 126 一、绝热式固定床反应器 126 二、列管式固定床反应器 127 三、自热式固定床反应器 128 四、径向反应器 129 任务二学习固体催化剂基础知识 129 一、催化剂的性能特征 130 二、固体催化剂组成 131 三、催化剂的物理结构 131 四、工业催化剂性能指标 132 五、固体催化剂的制备 133 六、催化剂的使用 135 任务三固定床反应器工作过程分析 137 一、固体催化剂床层参数 137 二、流体在固定床中的流动特性 140 三、气固相催化反应过程 142 四、固定床反应器中的传质 144 五、固定床反应器中的传热 144 任务四学习气固相催化反应动力学 146 一、气固相催化反应的本征动力学 146 二、气固相催化反应内扩散控制的宏观动力学 151 三、气固相催化反应外扩散控制的宏观动力学 157 任务五固定床反应器设计计算 160 一、经验法 161 二、数学模型法 163 三、固定床反应器一维拟均相模型 165 任务六固定床反应器仿真操作 166 任务七固定床反应器实操训练 171 【能力提升】固定床反应器设计案例分析 176 【知识拓展】固定床反应器的参数敏感性 178 【分析讨论】 181 【工业文化】闵恩泽：用创新“催化”精彩人生 181 【本章小结】 182 【自测习题】 184 【主要符号】 186 项目五　流化床反应器 189 【生产应用案例】 189 【学习目标】 191 任务一流化床反应器结构分析 192 一、流化床反应器基本结构及分类 192 二、气体分布板 195 三、气固分离装置 197 四、内部构件 199 任务二流化床反应器工作过程分析 200 一、流态化基本概念 200 二、流化床反应器的传质过程 209 三、流化床反应器的传热过程 212 任务三流化床反应器设计计算 215 一、流化床反应器内径计算 215 二、流化床反应器高度计算 216 三、流化床分布板压降 218 四、流化床反应器内部构件的计算 219 五、流化床数学模型 222 任务四流化床反应器仿真操作 224 任务五流化床反应器实操训练 228 【能力提升】流化床反应器设计案例分析 230 【知识拓展】高速流态化技术 233 【分析讨论】 234 【工业文化】智慧化工园区 235 【本章小结】 236 【自测习题】 237 【主要符号】 238 项目六　气液相反应过程与反应器 240 【生产应用案例】 240【学习目标】 243 任务一气液相反应过程分析 243 一、气液相反应过程 243 二、气液相反应过程计算关系式 244 三、气液相反应分类、特征 245 任务二认识气液相反应器 249 一、气液相反应器分类 249 二、常见气液相反应器及应用范围 254 任务三填料塔式反应器设计 255 一、塔径的计算 256 二、填料层高度的计算 257 任务四鼓泡塔式反应器设计 259 一、鼓泡塔流体流动特征及参数 259 二、鼓泡塔反应器的传质传热 262 三、鼓泡塔反应器经验法计算 263 四、鼓泡塔数学模型法计算 265 任务五鼓泡塔反应器仿真操作 266 任务六鼓泡塔反应器实操训练 274 【能力提升】填料塔反应器设计案例分析 279 【知识拓展】气液相反应器选型 280 【分析讨论】 281 【工业文化】侯德榜：近代化学工业的奠基人 282 【本章小结】 282 【自测习题】 283 【主要符号】 285 项目七　微反应器 287 【生产应用案例】 287 【学习目标】 288 任务一认识微反应器 289 一、微反应器的定义与分类 289 二、微反应器的结构 291 三、微反应器常用材质 293 四、微反应器的特点 293 五、微反应器内的流体传递特性 294 任务二微反应器的应用 295 一、微反应器应用范围 295 二、微反应器应用案例 296 任务三微反应器设计 299 一、微通道的形状与尺寸 299 二、动力泵的选型 300 三、反应模块的建立 300 四、连续流工艺的放大准则 302 【知识拓展】微通道反应器在发展过程中存在的问题 302 【分析讨论】 303 【工业文化】“协调发展”和“以人为本”的生产观 303 【本章小结】 304 【自测习题】 304 【主要符号】 305 项目八　其他类型反应器 306 【学习目标】 306 任务一认识气液固三相反应器 306 一、气液固三相反应器的类型 306 二、滴流床三相反应器 308 三、淤浆鼓泡反应器 309 任务二了解生化反应器 310 一、生化反应器的类型 310 二、机械搅拌式反应器 311 三、气升式反应器 311 四、其他型式的生化反应器 311 任务三了解电化学反应 312 一、电化学反应器的特点 312 二、电化学反应器的类型 312 三、电化学反应器的主要构件 314 任务四了解聚合反应器 315 一、聚合反应器的类型 315 二、常用聚合反应器 315 三、特殊型式聚合反应器 316 四、聚合反应器选择原则 316 项目九　化学反应过程开发案例 318 【学习目标】 318 任务一了解过程开发基本方法 318 一、过程开发方法概述 319 二、两种开发方法的对比 321 三、反应过程开发的基本原则 322 任务二反应过程开发案例分析 324 一、反应过程特性研究 324 二、反应器结构和操作条件 326 三、中试研究和预混合措施 327 参考文献 328