化学反应工程

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 了解电化学反应器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