套用化工動力學

基本介紹

• 書名：套用化工動力學
• 作者：郭漢賢
• ISBN：7-5025-3543-8
• 頁數：640
• 出版時間：2003年8月
• 裝幀：平膜
• 開本：32

內容簡介

本書闡述化工動力學的基本原理及在化工中的套用，重點是與固化有關的各種催化反應及非催化反應。書中收集了我國近年來在化工動力學中的大量研究成果，內容涉及有機化工、無機化工、煤化工、石油化工和大氣環保等各個方面，體現了深入淺出、與時俱進的特色。

目錄信息

第一章緒論1

一、化工動力學在化工生產中的重要地位1

二、化工動力學與化學動力學及化學反應工程學的聯繫與區別3

三、化工動力學的基本研究方法5

四、化工動力學與自然辯證法的關係7

參考文獻9

第二章化工動力學理論基礎10

第一節反應速度與反應速率10

一、間歇反應物系11

二、連續反應系統13

三、反應速率的測定16

第二節反應分子數與反應級數19

一、反應分子數19

二、反應級數20

三、反應級數的測定24

第三節簡單眼應和複雜反應39

一、複雜反應類型39

二、平行反應動力學43

三、連串反應動力學45

四、自催化反應動力學48

五、平行連續反應動力學52

六、複雜反應網路動力學61

第四節溫度對反應速率的影響——阿累尼烏斯（Arrhenius）

方程67

一、阿累尼烏斯方程的發展過程67

二、阿累尼烏斯方程與活化能的多樣性68

第五節分子碰撞理論——對Arrhenius方程解釋之一74

一、氣體分子碰撞理論及在動力學研究中的套用74

二、有關指前因子的兩個問題79

第六節過渡狀態理論——Arrhenius方程的解釋之二82

一、位能分析83

二、動力學表征85

三、評價87

第七節化學反應中的補償效應88

一、實驗例證90

二、補償效應特徵的進一步引申92

三、理論分析96

第八節化工動力學研究中的傳遞因素102

參考文獻104

第三章非均相催化反應動力學（上）107

第一節催化原理簡介107

一、從活化能的變化看催化107

二、中間化合物理論109

三、活性中心理論111

四、多位催化理論113

（一）幾何對應性113

（二）能量對應性116

五、酸鹼催化理論116

六、半導體電子催化理論118

（一）電子催化118

（二）半導體催化120

七、絡合催化理論124

第二節吸附及吸附動力學127

一、吸附本質及分類127

（一）吸附本質128

（二）吸附分類128

二、吸附平衡等溫線及吸附等溫方程133

（一）均勻表面134

（二）不均勻表面137

三、吸附動力學146

（一）均勻表面吸附動力學146

（二）不均勻表面吸附動力學147

（三）可逆吸附動力學154

四、吸附方程的比較及套用155

第三節均勻表面催化反應動力學159

一、表面質量作用定律159

二、反應動力學模型161

（一）兩種機理模型161

（二）兩種動力學方法166

參考文獻199

第四章非均相催化反應動力學（下）201

第一節不均勻表面催化反應動力學201

一、不均勻表面催化動力學模型的特點201

二、建立反應數學模型的4個基本假設204

（一）催化劑表面有序、無序的辯證關係204

（二）布朗斯台得（Bronsted）規則及非均相催化反應206

（三）控制段法的選用208

三、不均勻表面催化反應動力學模型的建立208

（一）反應組分A吸附為控制段的情況208

（二）表面反應是控制段的情況212

（三）脫附是控制段的情況213

四、用穩態近似法建立無控制段動力學模型214

五、反應模型中的級數變化及與補償效應的內在聯繫220

（一）苯催化加氫221

（二）合成氨222

六、反應階段的化學計量數及其套用225

（一）問題的提起225

（二）反應階段化學計量數227

（三）熱力學分析227

（四）具體套用230

第二節非均相表面能量分布和催化反應動力學模型的比較231

第三節非均相催化動力學的研究方法238

一、實驗裝置的建立239

（一）流動反應器242

（二）循環流動反應器244

（三）間歇式內循環液相反應器247

二、動力學模型的設定247

三、實驗數據的採集252

（一）保證數據的可靠程度253

（二）採集數據的實驗設計261

四、模型優選及參數估值271

（一）作圖法272

（二）回歸分析法284

參考文獻294

第五章非均相流固反應的傳遞過程296

第一節傳遞過程及其在化學反應中的作用296

第二節多相催化反應過程的步驟298

第三節外擴散影響下的反應動力學規律及外效率因子301

一、外擴散的基本方程301

（一）擴散係數302

（二）層流邊界層厚度307

二、外效率因子及動力學規律311

（一）外效率因子311

（二）動力學規律313

第四節固體催化劑的孔結構及其表征317

一、固體催化劑顆粒的孔結構317

二、顆粒的孔分布318

三、孔結構的表征321

第五節氣體在多孔顆粒中的擴散及內效率因子325

一、孔擴散與顆粒內擴散325

二、有效擴散係數327

（一）有效擴散係數的基本表征327

（二）不同孔徑下的孔擴散係數328

（三）反應狀態下的孔擴散係數332

（四）有效擴散係數與孔結構334

三、內效率因子內表面利用率340

（一）不同形狀顆粒內效率因子的數學表征341

（二）內效率因子與齊勒模數346

（三）內效率因子的普遍化模式350

第六節綜合效率因子及綜合傳質下的動力學規律359

一、綜合效率因子359

二、綜合傳質下的動力學規律362

（一）內擴散控制區的動力學規律362

（二）內、外擴散控制下動力學規律的比較369

（三）不同控制區之間的過渡和影響參數371

（四）反應進行過程中內效率因子隨轉化率的變化規律377

（五）內/外擴散控制區內複雜反應的選擇性383

第七節催化反應中的傳熱過程388

一、外部傳熱389

二、內部傳熱395

三、內外同時傳熱399

參考文獻405

第六章非催化流（氣）固相反應動力學407

第一節概述407

第二節氣固相反應步驟及固體顆粒中的反應物濃度分布409

一、氣固相反應步驟409

二、反應物濃度分布409

第三節非催化氣固反應動力學的研究方法412

一、實驗數據採集412

（一）熱重法412

（二）固定床流動法413

二、數據模型擬合414

（一）模型有解析解或近似解414

（二）模型只有數值解414

第四節均相反應模型415

第五節未反應收縮核模型417

一、未反應收縮核模型的反應特點417

二、反應動力學模型的建立417

三、不同控制區的縮核模型421

（一）氣膜擴散控制區422

（二）表面反應控制區422

（三）內擴散控制區422

四、數學模型的簡化423

五、控制區的判別423

（一）實驗考查424

（二）理論分析426

六、不同形狀顆粒縮核模型的表現形式431

（一）固體轉化率431

（二）化學反應控制區的模型公式431

（三）內擴散控制區的模型公式432

（四）顆粒粒度與粒度分布433

七、收縮核模型的套用實例435

（一）氧化鐵加氫還原435

（二）氧化鋅脫硫437

（三）催化劑燒炭439

（四）鹽類熱分解440

第六節非催化氣固反應的普遍化模型——層式反應模型442

一、第一反應階段444

二、第二反應階段449

第七節粒子反應模型457

一、反應步驟458

二、非催化氣固相反應動力學基本方程459

三、模型的無因次化464

四、粒子反應模型圖線的特點466

第八節粒子模型近似解與等效粒子模型468

一、 Szekely提出的兩個近似解468

（一）第一近似解468

（二）第二近似解469

二、粒子反應模型近似解的實驗檢驗469

（一）內擴散控制區直線截距隨溫度的變化關係469

（二）t*/g（x）P（x）/g（x）關係的線性化470

（三）不同控制區的活化能與固體顆粒粒度的關係471

（四）反應後期的停滯或“熄滅”現象471

三、等效粒子模型472

（一）建立模型的基本思考472

（二）等效粒子模型的數學表征及特點474

（三）等效粒子模型的進一步完善479

第九節孔反應模型485

一、平行孔模型485

二、隨機孔模型489

（一）隨機孔模型的提出489

（二）模型的建立491

（三）隨機孔模型在煤氣化動力學研究中的套用496

第十節床層反應動力學——金屬氧化物脫硫為模板499

一、床層動力學模型的建立500

二、吸收床的固體硫分布規律502

三、吸收床的氣體硫分布規律504

四、吸收床的穿透曲線與工作硫容505

五、實驗驗證507

第十一節顆粒反應中的非等溫過程508

一、非等溫顆粒反應過程的描述508

（一）固體轉化率沿徑向的分布509

（二）溫度沿徑向的分布510

二、不等溫顆粒內溫度分布的動力學研究511

（一）層式反應模型的溫度分布512

（二）收縮核模型的溫度分布513

第十二節小結515

參考文獻518

第七章催化劑失活動力學520

第一節失活的類型及特點521

一、中毒失活521

二、堵塞失活524

三、燒結失活526

四、升華失活529

第二節均勻表面本徵中毒失活動力學531

一、本徵中毒失活動力學的基本特徵532

二、動力學模型的拓寬及套用534

（一）不可逆中毒——合成甲醇銅基催化劑的硫中毒535

（二）可逆中毒——CO變換鐵基催化劑的硫中毒537

第三節巨觀中毒失活的動力學分析540

一、均勻中毒541

二、孔口中毒543

三、漸近中毒548

第四節失活速率方程與反應機理的關係550

第五節不均勻表面的本徵中毒失活動力學555

一、中毒失活動力學機理模型的建立556

（一）-da/dCp失活模型556

（二）dCp/dt失活速率模型558

二、中毒失活模型的優選及參數估值559

（一）硫中毒失活模型561

（二）積硫速率模型564

三、均勻表面與不均勻表面-dadt失活速率模型的比較567

第六節堵塞失活——結焦失活動力學569

一、催化劑結焦動力學569

（一）單層結焦569

（二）多層結焦572

（三）結焦速率與反應條件575

二、催化劑活性與結焦量的關係——失活曲線579

（一）主反應的失活函式（或相對活性）579

（二）H（或a）與Thiele模數和結焦機理的關係581

三、催化劑顆粒結焦失活的巨觀動力學特徵583

（一）工業催化劑顆粒結焦失活情況描述583

（二）催化劑顆粒內結焦過程的數學模擬584

第七節催化劑燒結失活動力學588

一、單一冪數燒結速率方程590

二、普遍化冪數燒結速率方程591

三、燒結機理及影響因素595

（一）燒結機理595

（二）影響因素597

四、小結601

第八節升華失活動力學602

一、 Zn（Ac）2/活性炭催化劑上乙炔、乙酸合成乙酸乙烯反應的

失活動力學603

二、碘/活性炭催化劑上碘的升華流失動力學604

三、MoO3/Al2O3催化劑上鉬的升華流失動力學606

第九節催化劑床失活的動力學分析608

一、催化劑床失活的一般情況608

二、催化劑床中毒失活行為的動力學分析610

三、催化劑床結焦失活行為的動力學分析611

參考文獻615