化学反应工程原理例题与习题(第2版) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:华东理工大学出版社

作者:许志美

出品人:

页数:222 页

译者:

出版时间:2007年

价格:21.0

装帧:平装

isbn号码:9787875628201

丛书系列:

图书标签:

• 化学反应工程
• 反应器设计
• 化学工程
• 化工原理
• 传质
• 传热
• 催化
• 工业化学
• 习题
• 例题

反应工程基础与应用：深入理解与实践指南 本书旨在为化学、化工、材料、制药等相关领域的学生、工程师和研究人员提供一个全面、深入且富有实践性的反应工程学基础知识体系。本书内容聚焦于核心理论的阐述、经典模型的建立、典型反应器设计与操作的优化，以及前沿反应过程的分析与控制，力求在理论深度和工程实用性之间找到完美的平衡。 --- 第一部分：反应动力学与热力学基础 (Fundamentals of Reaction Kinetics and Thermodynamics) 本部分是理解化学反应工程的基石，详细解析了影响反应速率和平衡的微观与宏观因素。 第一章：化学反应概述与速率定律 本章从分子碰撞理论和过渡态理论出发，深入探讨了反应速率的本质。内容涵盖了均相反应和非均相反应的速率表达，重点解析了基元反应、反应级数、反应分子数以及反应秩序的确定方法。详细介绍了零级、一级、二级反应的积分式和微分式，并着重讲解了复杂反应（如平行反应、连串反应和可逆反应）的动力学分析方法。书中包含了大量基于实验数据的拟合与模型选择的案例分析，指导读者如何从实验数据中准确推导出速率方程。 第二章：反应过程的温度效应与催化 温度是影响反应速率和平衡的最关键因素。本章首先详细阐述了阿伦尼乌斯（Arrhenius）方程的物理意义及其在不同温度范围内的适用性。随后，深入探讨了反应热与焓变的概念，引入了标准生成焓、燃烧热等热力学数据在反应热计算中的应用。重点内容是范特霍夫（Van't Hoff）方程在平衡常数与温度关系中的应用，并讨论了等温反应与绝热反应的热力学限制。 紧接着，本章系统介绍了催化剂的作用机理。区分了均相催化、多相催化（固-液、固-气）和酶催化。在多相催化部分，详细剖析了朗缪尔（Langmuir）吸附等温线和亨特-詹姆斯（Hougen-Watson）模型，用以描述反应物在催化剂表面的吸附、反应和脱附过程，为后续的反应器设计提供了速率函数基础。 第三章：反应平衡与热力学限制 本章着重于反应的热力学可行性。通过吉布斯自由能变化 ($Delta G$) 阐明了反应的方向性。内容包括标准平衡常数 ($K$) 与热力学参数的关系，以及平衡转化率的计算。对于可逆反应，详细分析了温度、压力和惰性组分对平衡转化率的影响规律。特别强调了在工程实际中，如何通过优化温度和压力条件，使反应向有利于生成目标产物的方向移动。 --- 第二部分：理想反应器设计与分析 (Design and Analysis of Ideal Reactors) 本部分是工程应用的核心，系统介绍了用于均相反应和多相反应的四种基本理想反应器模型，并提供了设计与操作的完整流程。 第四章：间歇式反应器 (Batch Reactor, BR) 间歇反应器是实验室研究和处理小批量、高价值产品的首选。本章首先建立了理想间歇反应器的设计方程，重点推导了恒容和恒温条件下的转化率随时间变化的动力学关系。详细讨论了投料顺序、搅拌效率对反应速率的影响。特别关注了间歇反应器的放大效应 (Scale-up) 问题，以及在温度控制不当时可能发生的热失控风险分析。 第五章：连续搅拌釜式反应器 (Continuous Stirred-Tank Reactor, CSTR) CSTR 以其良好的温度控制能力和易于操作性著称。本章推导了稳态和非稳态 CSTR 的设计方程，引入了容积因子 ($ au$) 概念。通过比较不同反应级数下 CSTR 的体积与平推流反应器（PFR）的体积，直观地展示了 CSTR 的效率特点。重点分析了串联 CSTR 的组合策略及其在模拟“非理想流动”中的应用。 第六章：平推流反应器 (Plug Flow Reactor, PFR) PFR 是处理气相、快速反应和高转化率过程的理想选择。本章建立了 PFR 的设计方程（基于空间和长度的积分形式）。详细论述了反应物浓度沿轴向变化的剖面，以及如何利用反应动力学方程进行体积计算。对于涉及压降的反应（如气相反应），本章引入了流体力学中的达西定律和摩擦因子，推导了考虑沿程压降的 PFR 设计方法。 第七章：反应器系统的耦合与优化 本章将前述三种理想反应器进行系统集成与比较。内容包括： 1. 反应器优化：如何根据动力学特点（如反应速率随转化率的变化趋势）选择最优反应器（CSTR、PFR 或组合）。 2. 反应器串联：在连续操作中，CSTR 与 PFR 串联如何实现更高的空间时间效率。 3. 多反应器系统：处理具有多个反应物或多个副反应的复杂体系时，如何平衡主反应的选择性和总转化率。 --- 第三部分：非理想流动与多相反应器 (Non-Ideal Flow and Multiphase Reactors) 本部分将理论模型扩展到更接近真实的工程操作环境，特别是涉及流体行为偏离理想假设的系统。 第八章：反应器中的非理想流动 本章探讨了真实反应器中常见的返混（Backmixing）和死区（Dead Volume）现象。引入了塞入时间分布函数 (RTD)，如履带式模型 (Tanks-in-Series Model) 和皮尔斯曼模型 (PFR with Axial Dispersion Model)，来量化和描述非理想流动对反应过程的影响。重点分析了返混对 CSTR 和 PFR 转化率的影响程度，并提供了利用 RTD 数据进行模型参数估计的方法。 第九章：多相催化反应器 多相催化反应是化工生产的主体。本章专注于固-气反应体系，如固定床反应器（Fixed-Bed Reactor, FBR）和流化床反应器（Fluidized-Bed Reactor, FBR）。 固定床反应器分析：详细讨论了气体在催化剂颗粒内部的扩散限制（分子扩散与柯森-玻兹曼扩散）和催化剂表面的反应速率（颗粒内有效因子）。引入了贝克-麦肯模型 (Barker-MacKenzie Model) 和汤姆林森模型 (Tomlinson Model) 来描述扩散和反应的耦合效应。 热点与温度控制：针对固定床中常见的热点 (Hot Spot) 问题，分析了轴向和径向的热量传递机制，并介绍了稀释剂、分段装填和夹套冷却等控温策略。 第十章：流化床反应器与气液反应 流化床因其优异的传热和操作灵活性而广泛应用。本章描述了流化床的流体力学特性（如最小流化速度、气泡动力学）。采用气泡柱模型 (Bubbly Column Model) 或最小返混模型 (Minimum Mixing Model) 来预测反应器内的传质和反应性能。此外，对吸收塔式反应器和鼓泡塔反应器中的气-液传质控制反应（如快速和中速反应）的速率方程进行了详细推导。 --- 第四部分：反应过程的控制与优化 (Process Control and Optimization) 本部分将工程分析提升到过程操作和安全管理的层面。 第十一章：反应过程的控制策略 反应工程系统通常涉及温度、压力、流量和组分浓度的多变量耦合控制。本章首先回顾了经典 PID 控制器在温度和液位控制中的应用。重点讨论了如何利用反应的非线性特性和时间延迟来设计更鲁棒的控制系统。对反应热的消除和防止失控反应的监测与联锁保护机制进行了深入探讨。 第十二章：反应器的选择性与副反应控制 在实际生产中，控制选择性比单纯追求高转化率更为重要。本章深入分析了在串联反应、平行反应中，转化率、停留时间分布与产物选择性之间的关系。讨论了如何通过改变进料浓度、温度梯度或使用特定的反应器构型（如反应精馏）来提高目标产物的收率。 附录：常用数据与计算方法 提供关键的化学反应热力学数据表、气体动力学参数、以及用于求解非线性微分方程的数值方法（如欧拉法、龙格-库塔法）的简介和应用示例。 --- 本书特点： 深度与广度兼顾：覆盖从基础的反应速率方程到复杂的多相催化反应器设计。 强调物理图像：通过对分子机理的阐述，帮助读者建立清晰的物理直觉。 实践导向：每一个理论模型的建立都紧密结合工程实际中的问题，并提供了详细的计算步骤和案例验证。 面向现代化工：不仅关注传统反应器，也为学习流化床、反应精馏等前沿技术打下坚实基础。

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这本书最让我感到惊喜的是它对“现代”反应工程的关注。在传统教材往往只关注经典反应器的情况下，这本书非常大胆且有远见地引入了诸如微通道反应器（MCRs）以及反应-分离耦合过程这些前沿课题的初步讨论。虽然这些内容可能不会占据太大篇幅，但它们为读者打开了一扇通往未来化工技术的大门。它不仅仅是在复述过去的辉煌，更是在展望未来的挑战。这种前瞻性使得这本书的价值超越了一般的教学用书，更像是一本行业发展趋势的指南。我尤其欣赏作者在讨论新技术时，依然能将其与基础的质量和能量守恒定律联系起来，避免了技术介绍流于空泛的“高科技”炒作。对于研究生来说，这本书提供的这些新视角无疑是撰写研究课题灵感的宝贵来源。总而言之，这本书在保持传统工程严谨性的同时，成功地注入了创新的活力，是一部兼具历史深度与未来广度的经典之作。

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我必须承认，我对市面上大部分的反应工程书籍都有点审美疲劳了，它们大多是冷冰冰的公式堆砌，读起来枯燥乏味，缺乏与工业实践的联系。然而，这本书的出现彻底颠覆了我的看法。它的叙事方式非常活泼，仿佛作者在和你进行一场深入的、跨越时空的对话。书中对一些经典反应器（比如固定床、流化床）的优缺点分析，不是简单地罗列参数，而是深入探讨了它们在不同操作条件下的“性格”和“脾气”，这一点对于未来想从事工艺开发和优化的人来说，价值巨大。尤其让我印象深刻的是，作者在讨论反应器放大效应时，加入了一些关于安全和经济性的考量，这种全局观的培养是传统教材所欠缺的。我感觉这本书不仅仅是在教我如何计算，更是在教我如何像一个真正的化学工程师那样去思考问题。它的排版设计也很用心，图表清晰明了，重点突出，即便是需要长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。对于需要参加专业资格考试的工程师来说，这本书的深度和广度都是一个极佳的复习资料，绝对物超所值。

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这本新版的教材实在是太棒了，简直是化学工程领域的一股清流。我刚开始接触这个领域时，对于那些复杂的反应动力学和反应器设计概念感到非常头疼，公式多得让人望而生畏。但是，当我翻开这本书时，那种压迫感立刻消失了。它不仅仅是堆砌理论，而是真正地将抽象的原理与实际的工程问题紧密结合起来。作者在解释那些复杂的数学模型时，总能找到非常直观的比喻，让人能一下子抓住问题的核心。比如，在讨论非均相反应时，他们对扩散和反应的相互影响的描述，让我清晰地理解了为什么在实际操作中，我们常常需要在反应器设计中做各种妥协。而且，书中大量的实例分析，简直是教科书级别的范例，每一个步骤的推导都严谨又不失清晰度。我特别喜欢它在习题部分的处理方式，习题的难度设置非常合理，从基础概念的巩固到复杂工程案例的求解，层层递进，让人在解题的过程中真正地内化了知识。这本书不仅仅是一本参考书，更像是一位耐心且博学的导师，引导我一步步跨越学习的障碍。强烈推荐给所有初学反应工程的学生，它会让你的学习过程变得事半功倍。

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作为一名在职的工艺工程师，我平时工作很忙，很难有大块时间系统学习。我选择这本书，主要是冲着它“例题与习题”这个副标题去的。坦白说，理论部分我可能只需要查阅或者快速浏览，但我最看重的是如何将理论快速转化为解决实际问题的能力。这本书在这方面做得极为出色。它的例题部分，很多都是基于工业上真实发生的场景进行简化和抽象的，比如催化剂失活模型的建立与应用，或者多相反应体系的热量管理。例题的解答过程详尽到令人感动，每一步的假设、每一步的简化，都有明确的逻辑支撑。我直接将书中的某些解题思路应用到了我目前正在进行的一个反应器改造项目中，效果立竿见影。这本书的编写者似乎深谙“授人以渔”的道理，他们没有直接给出所有答案，而是通过巧妙的提问，引导读者自己去发掘更优的解决方案。如果你追求的是那种“能上手”的知识，而不是纯粹的学术探讨，那么这本书绝对是你的不二之选。

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这本书的装帧和印刷质量给人一种久经考验的信赖感。纸张的质地适中，即使用荧光笔做了大量的标记，也不会出现透墨现象，这对于我这种习惯做大量笔记的学习者来说太重要了。更不用提它在内容组织上的严谨性了。我注意到，它在引入新概念时，总是会先回顾前一章的相关知识点，这种循序渐进的结构，使得知识体系的搭建非常牢固。很多教材在章节之间存在跳跃感，让人感觉知识点是孤立的，但这本书的逻辑线索非常清晰，就像一条流畅的河流，将所有的化学反应工程学的要素串联起来。特别是对稳态和动态分析的区分处理，做得非常到位，清晰地展示了稳态设计与过程控制之间的内在联系。我曾经尝试用其他教材来学习反应器控制的动态模拟，但总是不得要领，直到我仔细研读了这本书中关于时间常数和响应速度的章节，才恍然大悟。这种由浅入深、环环相扣的编写风格，真正体现了高水平教材应有的水准。

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