化工单元操作过程与设备（上册） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:324

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出版时间:2010-6

价格:35.00元

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isbn号码:9787562332985

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图书标签:

• 化工原理
• 单元操作
• 化工设备
• 传热
• 传质
• 流体
• 分离工程
• 化学工程
• 工业化学
• 过程工程

现代工业催化技术与反应器设计 本书聚焦于化学工业的核心驱动力——催化反应的深入理解、新型催化剂的开发及其在先进反应器设计中的应用。 第一章 催化反应基础与机理 本章系统阐述了催化作用的本质，从宏观动力学到微观表面化学的转变。深入剖析了多相催化、均相催化及酶催化的基本原理、活性位点理论和选择性控制机制。重点讨论了过渡金属、氧化物、硫化物等常见催化材料的电子结构如何影响其催化性能。 1.1 催化的热力学与动力学基础： 详细介绍活化能、反应能垒、吸附与脱附过程的吉布斯自由能变化。阐明了Langmuir-Hinshelwood、Eley-Rideal等主流反应动力学模型的建立与应用。 1.2 表面科学与催化剂表征： 深入探讨了反应物分子在催化剂表面的相互作用。详细介绍了先进的表征技术，如X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）与程序升温脱附（TPD）在确定催化剂表面结构、晶格缺陷及活性物种分布中的作用。 1.3 反应机理的解析： 结合密度泛函理论（DFT）计算，解析复杂多步反应中的决速步（Rate-Determining Step, RDS）。探讨了非贵金属催化剂在替代传统贵金属催化体系中的潜力与挑战。 --- 第二章 新型功能化催化剂的创制 本章旨在指导读者掌握开发具有高活性、高稳定性及特定形貌的新一代催化剂的策略和方法。 2.1 纳米催化剂的形貌控制： 研究了通过溶胶-凝胶法、水热合成法、模板法等精确控制纳米颗粒尺寸、孔隙结构和表面积的方法。讨论了单原子催化剂（SACs）的合成、稳定性及其在C-H键活化等挑战性反应中的前沿应用。 2.2 负载型催化剂的优化设计： 详细阐述了如何选择合适的载体材料（如介孔二氧化硅、碳材料、金属有机框架MOFs），以增强活性组分的分散性和热稳定性。着重分析了载体与活性组分之间的强相互作用（SMSI效应）对催化性能的调控。 2.3 催化剂的抗中毒与再生： 探讨了硫化物、重金属、焦化产物等常见毒物对催化剂活性中心的失活机理。系统介绍了催化剂的湿法再生（如浸渍、萃取）和干法再生（如氧化焙烧）的工艺参数控制与优化。 2.4 仿生与生物催化： 介绍了模拟天然酶活性中心的合成策略，特别是在不对称合成与环境治理（如VOCs氧化）中应用固定化酶和人工酶催化体系的研究进展。 --- 第三章 反应器工程学与过程强化 本章从化工反应器设计的角度，讨论如何将实验室规模的催化发现转化为高效、安全的工业化生产过程，特别是针对高放热、高粘度反应体系的特殊处理。 3.1 反应器类型与选择原则： 详细对比了间歇式反应器（Batch Reactor）、连续搅拌釜式反应器（CSTR）和管式反应器（PFR）在不同反应动力学和操作条件下的适用性。重点分析了多相催化反应中，气-固、液-固传质限制对反应速率的影响。 3.2 反应器内传热与传质： 深入探讨了高放热反应（如烯烃氧化、硝化反应）中，局部过热（Hot Spot）的形成机理及其对催化剂寿命和安全性的影响。介绍了强化传热技术的应用，如利用微通道反应器（MCRs）实现极高的比表面积传热。 3.3 固定床与流化床反应器设计： 详细分析了固定床反应器中催化剂装填、床层压降计算及轴向返混效应的修正。流化床部分，重点阐述了颗粒物料的流化特性、返混模型及其在大规模合成气制烯烃（MTO）反应中的应用优势。 3.4 反应器过程控制与安全： 阐述了基于先进过程控制（APC）的反应器温度、压力和组分的多变量耦合控制策略。探讨了反应失控的预防措施，包括紧急卸料系统、反应热快速移除方案及关键安全仪表系统（SIS）的可靠性设计。 --- 第四章 反应器集成与过程强化 本章关注于集成化和微反应技术如何提升化工过程的本质安全性和资源利用效率。 4.1 微反应器技术： 深入剖析了微通道反应器（Microreactors）在传质和传热方面的独特优势，特别是其对快速、高危反应（如自由基反应、爆炸性反应）的本征安全性提升。讨论了微反应器内催化剂的固定化策略（如壁面负载、集成膜反应器）。 4.2 反应-分离耦合技术： 介绍了膜反应器（Membrane Reactors）的设计原理，重点分析了选择性渗透膜如何通过实时移除产物来打破化学平衡限制（如氢气脱氢反应）。讨论了反应精馏（Reactive Distillation）在酯化、醚化反应中降低能耗和提高转化的工业实例。 4.3 反应器集成与模块化设计： 探讨了将反应、分离和热交换单元集成到紧凑模块中的趋势。分析了模块化装置在快速部署、减少占地面积和适应中小批量精细化学品生产中的经济性优势。 --- 第五章 催化反应器的模拟与优化 本章提供了从理论建模到实际操作优化的系统性工具和方法论。 5.1 反应器数学模型构建： 介绍了如何从第一性原理出发，建立描述反应动力学、扩散过程和宏观物料与能量平衡的偏微分方程组。区分了有效的均相模型、多孔介质模型和非均相颗粒模型。 5.2 计算流体力学（CFD）的应用： 详细阐述了利用CFD技术模拟反应器内部复杂的三维流场、温度分布和浓度梯度。重点展示了如何通过CFD分析来识别床层死区、再循环区，并指导反应器几何结构的优化。 5.3 过程仿真与优化： 介绍了利用 Aspen Plus 或 gPROMS 等专业软件对催化反应过程进行稳态和动态模拟的方法。讨论了如何应用灵敏度分析和实验设计（DoE）方法，确定最佳操作窗口，以最大化转化率和催化剂寿命。 --- 附录 常用催化剂的热力学稳定性数据表 工业催化反应器操作安全规范速查 化学反应工程常用物性参数数据库索引

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