《高等學校教材·無機材料反應工程學》吸收與拓展了無機材料物理化學、化學反應工程、傳遞工程、控制工程等課程的精華，可在較少的課時內，讓學生掌握較多的知識，適應現代科學技術的飛躍發展，提高解決實際問題的能力；通過該課程的學習，使學生能基本掌握無機料化學反應與傳遞過程相互聯繫與相互制約的基本規律，為學生在今後工作崗位上對現有設備與技術進行改造，或開發新的技術和設備創造了條件。全書共分8章，較全面系統地介紹了無機材料反應工程學內容，可作為高等院校材料科學與套用化學本科生和研究生的教材，也可作為無機非金屬材料、傳統矽酸鹽材料、耐火材料、建築材料等學科師生及從事相關領域研究、開發設計和生產的工程技術人員的參考書。
基本介紹
- 中文名：高等學校教材•無機材料反應工程學
- 出版社：化學工業出版社
- 頁數：336 頁
- 開本：16 開
- 品牌：化學工業出版社
- 作者：方榮利
- 出版日期：2008年9月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：9787122027504, 7122027503
內容簡介,圖書目錄,文摘,序言,
內容簡介
《高等學校教材·無機材料反應工程學》是由化學工業出版社出版的。
圖書目錄
第1章 緒論1
1.1 無機材料反應工程學概述1
1.1.1 反應工程學發展概況1
1.1.2 無機材料工業生產過程特點2
1.1.3 無機材料反應工程學的形成2
1.2 無機材料反應工程學的任務與研究內容3
1.2.1 無機材料反應工程學與其他學科的關係3
1.2.2 無機材料反應工程學的任務5
1.2.3 無機材料反應工程學的研究內容5
1.3 無機材料反應工程學的研究方法6
1.3.1 經驗模型法6
1.3.2 機理模型法26
1.3.3 混合模型法29
第2章 無機材料工業反應動力學31
2.1 無機材料工業反應動力學概述31
2.1.1 無機材料工業反應動力學研究對象31
2.1.2 無機材料工業反應動力學研究內容31
2.1.3 無機材料工業反應動力學研究方法32
2.2 無機材料工業反應動力學基礎32
2.2.1 均相反應動力學基礎32
2.2.2 非均相反應動力學基礎39
2.3 無機材料固相反應動力學41
2.3.1 無機材料固相反應41
2.3.2 固相反應一般動力學方程45
2.3.3 受化學反應控制的固相反應動力學方程46
2.3.4 受擴散控制的固相反應動力學方程48
2.3.5 受擴散反應控制的固相反應動力學方程51
2.3.6 固相反應動力學實例52
2.4 無機材料氣固催化反應動力學54
2.4.1 概述54
2.4.2 等溫催化劑的有效因子、反應級數和活化能58
2.4.3 氣固催化反應動力學方程59
2.5 無機材料氣液反應動力學64
2.5.1 概述64
2.5.2 氣液反應動力學方程64
2.6 無機材料氣液固三相反應動力學67
2.6.1 概述67
2.6.2 氣液固三相反應動力學方程68
第3章 傳統矽酸鹽材料反應動力學70
3.1 無機材料燒結反應動力學70
3.1.1 概述70
3.1.2 固相燒結動力學71
3.1.3 液相燒結動力學75
3.1.4 晶粒生長與二次再結晶動力學77
3.1.5 熱壓燒結動力學79
3.2 玻璃熔制過程動力學80
3.2.1 概述80
3.2.2 玻璃熔制過程五個階段81
3.2.3 玻璃熔制過程中的物理化學變化81
3.2.4 玻璃熔制過程動力學84
3.3 水泥熟料燒成動力學92
3.3.1 水泥熟料燒成過程92
3.3.2 水泥熟料燒成過程物理化學變化96
3.3.3 水泥熟料燒成動力學101
3.4 矽酸鹽材料受蝕過程動力學108
3.4.1 矽酸鹽水泥及其製品受蝕過程動力學108
3.4.2 矽酸鹽玻璃受蝕過程動力學114
3.4.3 矽酸鹽耐火材料受蝕過程動力學117
第4章 無機材料工業反應器119
4.1 無機材料工業反應器基礎119
4.1.1 工業反應器類型119
4.1.2 反應器內物料的流動121
4.1.3 物料在反應器內的停留時間分布126
4.2 固定床反應器134
4.2.1 概述134
4.2.2 固定床反應器的傳遞特性135
4.2.3 固定床反應器的數學模型141
4.3 氣液反應器146
4.3.1 概述146
4.3.2 氣液反應器的傳遞特性146
4.3.3 氣液反應器的數學模型150
4.4 流化床反應器151
4.4.1 概述151
4.4.2 流化床反應器的傳遞特性155
4.4.3 流化床的數學模型164
4.5 氣液固反應器168
4.5.1 概述168
4.5.2 氣液固反應器的傳遞特性168
4.5.3 氣液固反應器的數學模型171
第5章 傳統矽酸鹽材料工業反應器174
5.1 迴轉式反應器174
5.1.1 概述174
5.1.2 迴轉式反應器的傳遞特性174
5.1.3 迴轉式反應器的數學模型184
5.2 玻璃熔窯190
5.2.1 概述190
5.2.2 玻璃熔窯的傳遞特性191
5.2.3 玻璃熔窯的數學模型195
5.3 陶瓷窯爐199
5.3.1 概述199
5.3.2 陶瓷窯爐的傳遞特性203
5.3.3 陶瓷窯爐綜合模擬數學模型209
第6章 無機材料工業反應器的工程放大與最佳化216
6.1 反應器工程放大概述216
6.1.1 反應器工程放大的意義216
6.1.2 反應器工程放大的基本步驟216
6.1.3 反應器工程放大的方法217
6.2 反應器的工程放大217
6.2.1 逐級經驗放大法218
6.2.2 數學模擬放大219
6.2.3 部分解析放大法228
6.2.4 相似放大法229
6.2.5 小結232
6.3 化學反應過程與設備的最佳化232
6.3.1 反應過程的最佳化233
6.3.2 反應器最最佳化模型236
6.3.3 最最佳化方法238
6.3.4 設計與操作控制最最佳化242
6.3.5 最最佳化裝置實例——低阻高效預熱器旋風筒的最佳化設計244
6.4 反應器的熱穩定性249
6.4.1 反應器熱穩定性的判斷249
6.4.2 反應器的生熱曲線250
6.4.3 反應器的去熱曲線250
6.4.4 提高反應器熱穩定性的途徑251
第7章 無機材料工業反應器設計253
7.1 概述 253
7.1.1 設計目標253
7.1.2 反應器設計的基本內容253
7.1.3 反應器設計的基本方法254
7.1.4 反應器設計計算的基本方程式255
7.2 理想反應器的設計計算257
7.2.1 間歇理想攪拌釜的設計計算257
7.2.2 平推流反應器的設計計算 262
7.2.3 全混流反應器的設計計算263
7.3 氣液反應器的設計計算264
7.3.1 填料塔式反應器的設計計算264
7.3.2 鼓泡塔式反應器的設計計算267
7.4 固定床反應器的設計計算270
7.4.1 固定床反應器類型270
7.4.2 擬均相固定床反應器的計算271
7.5 流化床反應器的設計計算274
7.5.1 流化床直徑與操作速率的確定274
7.5.2 流化床擴大段直徑D′的確定276
7.5.3 流化床高度的確定277
7.6 陶瓷爐的設計計算278
7.6.1 設計前的準備工作278
7.6.2 窯型結構、尺寸的設計279
7.6.3 煙囪的設計計算281
7.6.4 隧道窯的熱膨脹計算283
7.7 玻璃熔窯的設計計算283
7.7.1 熔化率的確定284
7.7.2 熔化池的設計284
7.7.3 火焰空間的設計285
7.7.4 流液洞的設計285
7.7.5 冷卻部（工作池）的設計286
7.7.6 小爐的設計286
7.7.7 蓄熱室的設計287
第8章 無機材料工業技術開發289
8.1 概述289
8.1.1 無機材料工業反應技術289
8.1.2 無機材料工業反應技術開發方法290
8.1.3 無機材料工業反應技術開發步驟291
8.1.4 放大程度與開發周期292
8.1.5 技術經濟評價293
8.2 反應分離耦合催化反應新技術304
8.2.1 催化精餾技術304
8.2.2 膜反應器306
8.3 水泥工業技術開發307
8.3.1 概述307
8.3.2 窯外分解迴轉窯燒成水泥熟料技術發展308
8.3.3 流化床燒成水泥熟料技術312
8.4 陶瓷工業技術開發314
8.4.1 陶瓷工業燒嘴技術開發314
8.4.2 輥道窯耐火材料開發317
8.4.3 液壓機技術開發319
8.4.4 陶瓷色釉料生產技術開發320
8.4.5 建築衛生陶瓷表面裝飾技術開發322
8.5 玻璃工業技術開發324
8.5.1 概述324
8.5.2 浮法玻璃工藝新技術328
8.5.3 玻璃熔窯與熔制新技術332
參考文獻336
文摘
第一章 緒論
1.1.1反應工程學發展概況
早在古代，人們就會生產陶瓷、土水泥、釀酒、冶鍊金屬等，但卻沒能從這些看起來互不相干、變化多端的反應過程中認清它們的共同規律。多少世紀以來，生產主要依靠經驗。隨著生產技術及設備的更新，特別是石油化工的興起，20世紀20～30年代間才提出了“單元操作”和“單元過程”的概念。單元操作指諸如流體的輸送、過濾、蒸餾、乾燥、萃取等物工序，單元過程指諸如磺化、水解、加氫等化學反應工序。隨著長期的實踐，人們的認識逐深入，意識到單元操作與單元反應間並非毫無聯繫的孤立現象，而是存在著密切的相互作用關係。1937年，G．丹克勒提出了流動因素和邊界層對化學反應的影響，為反應工程學的發展和形成奠定了良好的基礎。自此以後，對於反應器內化學因素和物理因素對化學反應的影響研究日益發展。
20世紀40年代，隨著生產規模的大型化，對反應過程開發和反應器設計提出了迫切要求。同時，單元操作理論，特別是流體流動、傳熱、傳質方面的理論研究和試驗技術也取了較大進展，促使流化床、催化裂化反應、丁苯橡膠的聚合反應和曼哈頓計畫中氣體擴散法提煉濃縮鈾工廠的放大設計等開發研究工作取得了巨大的成功，給當時的化學工程界以極大的震動。40年代後期，人們紛紛注意研究單元操作理論，並以越來越複雜的數學表達式定量描述單元設備的操作性能，化工套用數學的研究相當普遍，出現了不少與化學反應工程有關的專著。1947年，霍根和瓦特遜出版了不少化學反應動力學的書
序言
“矽酸鹽”材料原來泛指陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等以矽酸鹽為主要組成的材料，但近數十年來，在傳統矽酸鹽材料的基礎上生產出了許多高強材料、高溫材料、電子材料、光學材料，以及其他各種功能性材料與結構材料，其成分早已超出矽酸鹽範疇，矽酸鹽材料實際上已發展成為無機非金屬材料。與此相應，物理化學、化學反應工程、套用數學等許多鄰近科學和技術不斷滲透進來，促進了無機材料反應工程基礎理論的進展。特別是近年來新材料、新工藝的發展及近代實驗技術手段及高速電子計算機的套用，有了把無機非金屬材料反應工業裝置中的傳遞過程規律綜合起來進行分析和處理的可能，從而促進了無機材料反應工程學的形成。
無機材料反應工程學是化學反應工程學的重要分支學科，是化學反應工程學的理論研究滲入至無機材料工業生產領域的必然結果。目前，化學反應工程學已滲入不同的生產領域，形成了若干重要的分支學科，如無機化工反應工程、基本有機反應工程、高分子反應工程等。這些分支學科的形成不僅使化學反應工程學的理論日趨完善，而且為不同生產領域中的問題提供了解釋、方法與理論，促進了生產的進一步發展。無機材料反應工程學作為一門獨立的學科雖然至今才提出，但是這門學科卻是客觀存在的，只不過基礎理論與實驗手段等方面的限制，未能在較早的時期形成較為系統的體系。
無機材料反應工程學作為一門學科現雖已被提出，但它畢竟還是一門很年輕的學科，有許多理論不夠成熟，還有許多問題亟待解決，這就要求從事無機材料研究的學者與生產人員共同努力，為這門學科的完善與發展做出貢獻。
隨著科學技術的不斷發展，需要科技人員逐步採用化學反應工程學的理論、方法、概念來研究無機材料窯爐與反應器等，需要科技人員套用多學科的知識來解決、處理無機新材料開發與生產中出現的問題，這就要求有一門課程給學生傳授這方面的知識，使學生學習這門課程後，能基本掌握無機材料化學反應與傳遞過程相互聯繫和相互制約的基本規律，在工作崗位上可對現有無機材料生產設備與技術進行改造和強化，挖掘潛力，或開發新的技術和設備，提高產品質量與產量，提高企業經濟效益。
無機材料反應工程學的形成與發展，將為無機材料生產中的許多問題提供解釋、方法與理論，這些理論、方法在生產實踐中又將得到進一步完善與發展，成為指導生產的有力工具。可以預料，隨著生產技術的發展，無機材料反應工程學在各生產領域中的作用將愈來愈大，正如初升的太陽，具有廣闊的前景。全書共分8章，比較全面系統地介紹了無機材料反應工程學的內容，可作為高等院校材料科學一級學科與套用化學二級學科（矽酸鹽材料、無機非金屬材料、套用化學、耐火材料、建築材料等專業）本科生和研究生的教材，也可作為其他相關學科師生及從事矽酸鹽材料、無機非金屬材料研究、開發、設計、生產的工程技術人員的參考書。
本書由西南科技大學方榮利教授主編。編寫分工如下。方榮利教授：第1章，第2章除22外全部，第3-5章，第6章除62外全部，第7章除77外全部；第8章除85外全部；蘇州大學金成昌教授：第2章22；西南科技大學廖其龍教授：第6章62，第7章77，第8章85。全書由四川大學博士生導師鄭昌群教授、博士生導師冉均國教授主審，編者對主審人的精心審閱表示衷心感謝。
本書在編寫過程中得到了院、校領導與老師的關心、支持，在這裡表示深切的謝意。雖然編者傾力而為，但限於水平，不妥之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。
編者2008年6月
