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出版者:Prentice Hall

作者:H. Scott Fogler

出品人:

页数:1080

译者:

出版时间:2005-9-2

价格:USD 160.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780130473943

丛书系列:

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《化学反应工程基础：从理论到实践的探索》 这本书并非旨在呈现一本名为《Elements of Chemical Reaction Engineering》的书籍的详尽内容。相反，它是一部独立创作的、深入探讨化学反应工程核心理念、方法论及其广泛应用的著作。其目标是为读者构建一个坚实的理论框架，并在此基础上展示如何将这些知识转化为解决实际工程问题的有效手段。全书围绕“理解、模拟、优化和设计”这四个核心支柱展开，力求在理论的严谨性与应用的灵活性之间找到完美的平衡点。 第一部分：化学反应的本质与动力学 本部分是全书的基石，我们将从最基本的化学反应原理出发，逐步深入到反应速率的定量描述。 第一章：化学反应的分类与热力学基础 我们将首先对不同类型的化学反应进行系统性的分类，包括均相反应、多相反应（气-固、液-液、气-液-固等）、催化反应、聚合反应等。每一类反应都将结合经典的化学反应实例进行阐述，例如氨合成、硫酸生产、石油裂化、高分子合成等。 紧接着，我们将回顾并深化对化学反应热力学基本概念的理解，包括反应热、平衡常数、吉布斯自由能、熵变等。这些热力学参数不仅决定了反应进行的方向和程度，更是理解反应速率变化的基础。我们将详细探讨温度、压力等因素对平衡常数的影响，并引入计算化学方法在预测反应热力学性质方面的应用。 本章将特别关注反应的可行性分析，即如何在热力学上判断一个反应是否可能发生，以及在什么条件下进行更为有利。这为后续的反应器设计提供了重要的指导。 第二章：化学反应动力学——速率的量化 这是全书的核心章节之一。我们将从基本反应速率定义出发，详细介绍不同反应机理下速率方程的建立。这包括了零级、一级、二级反应的数学模型，以及如何通过实验数据（如转化率随时间的变化）来确定反应级数和速率常数。 我们将深入探讨影响反应速率的关键因素，如反应物浓度、温度、催化剂活性、表面积以及传质效应。对于温度的影响，我们将详细讲解阿伦尼乌斯方程，并讨论其在不同温区应用的局限性。 对于催化反应，我们将区分均相催化和多相催化，并详细阐述多相催化中涉及的表面反应动力学模型，如Langmuir-Hinshelwood模型、Eley-Rideal模型等。我们将分析催化剂的孔结构、比表面积、金属分散度等性质如何影响催化活性。 传质在许多反应体系中扮演着至关重要的角色。我们将引入传质速率的概念，并分析体相传质、界面传质以及催化剂内部传质对整体反应速率的影响。这部分内容将为理解多相反应器设计提供关键的理论基础。 本章还将介绍如何使用现代实验技术（如在线质谱、气相色谱、光谱分析等）来原位监测和分析反应速率，以及如何利用统计学方法进行数据处理和模型拟合。 第三章：非恒定状态动力学与复杂反应体系 实际的化学反应过程很少处于完全恒定的稳态。本章将深入研究非恒定状态下的动力学行为，包括反应的启动、熄灭过程，以及反应器内物料的动态响应。我们将引入瞬态动力学方程，并讨论其在批反应器和间歇操作中的重要性。 我们将探讨复杂反应体系，例如平行反应、连串反应、自催化反应等。对于这些反应，理解中间产物的生成与消失，以及副产物的形成机制是至关重要的。我们将通过具体的化学体系（如乙烯氧化、苯酚氧化等）来阐述如何分析这些复杂反应的动力学，并探讨如何通过控制反应条件来提高目标产物的收率和选择性。 对于具有多步反应机理的体系，我们将介绍如何利用动力学模型来揭示反应路径，并识别速率控制步骤。这有助于我们设计出更高效的催化剂和反应器。 第二部分：化学反应器的设计原理 在充分理解了反应动力学的基础上，本部分将聚焦于化学反应器的设计。我们将从理想反应器模型出发，逐步过渡到实际反应器的分析和优化。 第四章：理想反应器模型——批反应器与连续搅拌釜反应器（CSTR） 本章将介绍最基本的两种理想反应器模型：批反应器和连续搅拌釜反应器（CSTR）。 对于批反应器，我们将推导其设计方程，并分析在恒温和绝热操作下的转化率与反应时间的关系。我们将讨论批反应器在小批量生产、多品种生产以及需要精确控制反应时间的场景下的应用。 对于CSTR，我们将推导其设计方程，并重点分析稳态操作下的转化率与停留时间、反应速率的关系。我们将探讨CSTR在气液反应、液液混合以及需要维持恒定反应条件下的优势。 本章还将引入“空间时间”和“停留时间”等关键概念，并讨论它们在反应器性能评估中的作用。 第五章：理想反应器模型——活塞流反应器（PFR） 活塞流反应器（PFR）是另一种重要的理想反应器模型，尤其适用于气相反应和需要高转化率的场合。 我们将推导PFR的设计方程，并分析在恒温和绝热操作下，反应物浓度随反应器长度（或停留时间）的变化。我们将讨论PFR在管式反应器、固定床反应器等实际设备中的应用。 本章将对比CSTR和PFR在相同反应动力学下的性能差异，并探讨如何根据反应特点选择最适合的反应器类型。 第六章：多相反应器设计——挑战与策略 真实世界的化学反应绝大多数是多相的，这使得反应器设计面临巨大的挑战。本章将系统性地介绍不同类型多相反应器的设计原理和关键考虑因素。 固定床反应器： 我们将详细分析固定床反应器的传质、传热和压降问题。我们将讨论催化剂床层的填充方式、颗粒尺寸分布、催化剂床层的高度和直径对反应性能的影响。重点讲解“活塞流”和“弥散流”模型在固定床反应器中的应用，以及如何处理催化剂失活问题。 流化床反应器： 流化床反应器因其优良的传热和传质特性而被广泛应用。我们将介绍不同流化模式（气泡流、环状流等），并讨论流化床反应器在催化裂化、聚合等过程中的优势。本章将关注流体动力学、颗粒运动、返混以及催化剂的循环与再生。 鼓泡塔和填料塔： 对于气液两相反应，鼓泡塔和填料塔是常见的反应器类型。我们将分析气液接触效率、传质速率以及压降等关键参数，并讨论如何根据反应动力学和传质限制选择合适的塔型和操作参数。 浆态床反应器： 浆态床反应器常用于催化剂颗粒非常细小且容易流动的体系。我们将讨论其在液相催化反应中的应用，以及固液传质和催化剂悬浮的挑战。 本章还将探讨多相反应器中的传热问题，包括外部传热和内部传热，以及如何通过夹套、盘管等方式进行温度控制。 第七章：反应器内的传热与温度控制 温度是影响化学反应速率和平衡最重要的因素之一。本章将深入探讨反应器内的传热过程。 我们将首先复习和深化传热的基本原理，包括热传导、对流和辐射。然后，我们将分析反应器内的传热模型，包括壁面传热、内部传热以及物料内部的温度梯度。 我们将详细讨论恒温操作、绝热操作、等温操作以及多级冷却/加热等不同的温度控制策略。对于放热反应，我们将重点分析“热失控”的风险，并介绍防止热失控的措施，如分级进料、稀释剂添加、增加传热面积等。 对于吸热反应，我们将讨论如何有效地提供热量以维持反应速率，例如使用外部加热炉、传热介质循环等。 本章还将引入“傅里叶数”和“毕渥数”等无量纲参数，以帮助理解传热的动力学特性，并介绍数值模拟技术在传热分析中的应用。 第三部分：反应器的优化与过程集成 在掌握了反应器的基本设计原理后，本部分将进一步探讨如何优化反应器的性能，以及如何将其与其他单元操作相结合，形成高效的化学过程。 第八章：反应器性能的评估与优化 本章将介绍一系列用于评估和优化反应器性能的关键指标，包括转化率、收率、选择性、空间-时间产率、能耗、物耗等。 我们将深入分析影响这些指标的因素，并介绍如何通过调整反应条件（如温度、压力、进料比、停留时间）和反应器结构（如反应器类型、催化剂床层设计）来优化反应器性能。 对于具有多个反应变量的复杂体系，我们将介绍实验设计（DOE）方法，以系统地研究各变量对反应结果的影响，并找到最佳操作点。 本章还将引入“灵敏度分析”和“不确定性分析”等工具，以评估不同参数变化对反应器性能的影响，并确定关键的控制参数。 第九章：反应器模型与模拟——理解复杂体系 现代化学工程离不开数值模拟。本章将介绍如何建立和使用化学反应器模型来预测和分析反应器的行为。 我们将从一维、二维和三维反应器模型讲起，重点介绍如何将反应动力学、传质、传热和流体动力学方程耦合起来，形成一个完整的反应器模型。 我们将介绍常用的数值求解方法，如有限差分法、有限体积法、有限元法等，并讨论如何选择合适的求解器。 本章将通过具体的工程实例，如大型固定床反应器、流化床反应器的模拟，来展示模拟技术在反应器设计、故障诊断和性能优化方面的强大作用。 我们将介绍如何使用过程模拟软件（如Aspen Plus, HYSYS等）来构建和求解反应器模型。 第十章：反应与分离的集成——过程强化 许多化学过程涉及反应和分离两个关键环节。将两者有效地集成起来，可以显著提高过程的效率和经济性。 反应精馏： 我们将深入探讨反应精馏技术，分析反应器和精馏塔的集成优势，以及如何利用化学平衡移动来提高转化率和产物收率。我们将介绍反应精馏的设计原理和应用实例，如酯化反应、醚化反应等。 反应吸附： 反应吸附技术结合了反应和吸附单元，可以有效地移除反应产物或中间产物，从而推动反应向产物方向进行。我们将介绍反应吸附的机理和设备类型，并讨论其在选择性氧化、气体净化等领域的应用。 膜反应器： 膜反应器通过半透膜分离反应产物，可以打破化学平衡的限制，实现高转化率。我们将介绍不同类型的膜反应器，如渗透汽化膜反应器、超滤膜反应器等，并讨论其在氢气生产、氧化反应等领域的潜力。 本章还将简要介绍其他过程强化技术，如微反应器技术，以及它们在提高反应效率、安全性方面的优势。 第十一章：安全、环境与可持续性 化学反应器设计必须充分考虑安全、环保和可持续性。 过程安全： 我们将详细探讨化学反应过程中的潜在危险，如爆炸、火灾、中毒等，并介绍相应的安全设计原则，包括风险评估、安全连锁系统、泄压装置等。我们将讨论如何利用HAZOP（危险与可操作性分析）等方法来识别和控制风险。 环境保护： 本章将关注化学反应过程中产生的污染物，如废气、废水、固体废弃物等，并介绍相应的环保处理技术和法规要求。我们将讨论如何通过优化反应设计来减少污染物的产生，例如采用绿色催化剂、低毒溶剂等。 可持续发展： 我们将探讨如何将可持续发展的理念融入化学反应器设计中，包括提高原子经济性、降低能耗、利用可再生原料以及开发环境友好型工艺。我们将介绍生命周期评价（LCA）等工具，以评估整个化学过程的环境影响。 总结与展望 全书的最后，我们将对化学反应工程的核心概念进行回顾与总结，并展望该领域的未来发展趋势。我们将强调理论与实践相结合的重要性，鼓励读者将所学知识应用于解决实际工程问题，并为化学工业的可持续发展做出贡献。 本书的编写风格将力求清晰、严谨且富有启发性。每一章都将配有丰富的图表、公式推导和工程实例，以便读者更好地理解抽象的理论概念。同时，本书也将强调批判性思维的培养，鼓励读者独立思考，勇于探索新的解决方案。 通过对化学反应本质的深入理解、对反应器设计原理的系统掌握、对过程优化与集成的精妙运用，以及对安全与可持续性的责任担当，本书旨在为化学反应工程领域的研究者、工程师和学生提供一个全面而深入的学习平台，帮助他们应对日益复杂和充满挑战的现代化学工业。

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这本书的封面设计得很有意思，那种深沉的蓝色调，配上白色的字体，一下子就能抓住眼球。拿到手里感觉很有分量，纸张的质感也挺不错，读起来不费力。我本来对这个领域了解不多，纯粹是工作需要才硬着头皮找本教材来啃。没想到，开篇的章节就非常平易近人，作者似乎非常懂得如何把那些晦涩的概念掰开揉碎了讲。比如，他们用了很多非常贴近实际的例子，而不是纯粹的数学推导，这对我这种需要快速上手的人来说简直是救命稻草。我记得看到反应器设计那一块时，本来觉得会是无穷无尽的公式，结果作者用了大量的流程图和实物图来辅助说明，一下子就清晰多了。书里还穿插了一些历史背景的介绍，让我对这个学科的发展脉络有了更宏观的认识，感觉不只是在学习技术，也在了解一门科学是如何一步步建立起来的。总的来说，这本书给我的第一印象是：扎实、清晰、而且非常注重实用性，绝对不是那种只会堆砌理论的“天书”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度让人惊叹，它不仅仅是停留在经典的CSTR和PFR层面。我特别欣赏它在介绍**催化反应工程**和**反应器故障分析**时所展现的专业性和细致入微。关于催化剂失活的机制，书里没有泛泛而谈，而是细致地分类讨论了积炭、烧结、中毒等不同机理，并且对应了不同的再生策略。对于我这种需要处理工业现场复杂问题的读者来说，这些内容提供了宝贵的诊断工具。此外，书中的习题设计也十分高明，它们不是那种纯粹的数值计算题，而是常常伴随着一个实际的工程场景描述，要求你不仅要计算出结果，还要根据结果提出设计建议或操作调整方案。这使得每一次练习都像是一次微型的案例研究。可以说，这本书就像一位经验丰富、一丝不苟的导师，它不仅传授知识，更塑造了读者的思维模式，引导我们用一种系统化、工程化的方式去思考化学过程的本质。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我拿到这本书的时候，心里是打鼓的，毕竟“化学反应工程”听起来就足够吓人，我怕里面的数学部分会让我望而却步。然而，这本书的讲解方式简直是教科书级别的典范，它巧妙地平衡了理论的深度和可读性。作者在引入复杂的微分方程时，总会先用通俗的语言阐述背后的物理意义，让你理解“为什么”需要这个公式，而不是简单地告诉你“怎么用”。最让我印象深刻的是它对**非均相反应**的处理。很多教材在这里就直接跳到复杂的界面传输理论，但这本书却花了大量的篇幅，通过一系列简化模型（比如皮克-温特模型）逐步过渡到更复杂的体系，每一步的逻辑推进都极其顺畅，让人感到“原来如此”。我甚至觉得，如果我当初大学时能用这本书来学习，我的学习体验会截然不同，也许就不会在那些基础概念上纠结那么久。它不是那种急于展示作者高深学识的著作，而是真正致力于把知识“传递”给读者，这一点非常难得。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图简直是艺术品级别的存在。我一直认为，一本优秀的工程技术书籍，其视觉呈现和内容本身同等重要。这本书在这方面做得无可挑剔。那些反应动力学曲线，不是简单的黑白线条，而是用彩色的对比度来区分不同温度下的变化趋势，甚至连反应器的剖面图都绘制得极其精细，每一个管道、每一个搅拌器的位置都清晰可见，这对于进行实际操作或模拟设计的人来说，简直是福音。更绝的是，它在关键概念总结的部分，使用了大量的表格和清单，把复杂的反应器性能评估标准，比如选择性、转化率、空间时间等，都整理得井井有条。我经常在回顾知识点时，直接翻到这些总结页，效率高得惊人。它仿佛在告诉我：“看，这些是重点，不用再回去翻前面的长篇大论了。”这种对读者时间尊重的态度，在学术著作中是比较少见的。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的启发，在于它对待“模型选择与简化”的态度。在许多工程领域，大家往往陷入了追求“完美模型”的误区，试图用最复杂的方程去拟合一切。然而，本书作者却花了相当大的篇幅来讨论**工程上的权衡**：什么时候一个一维模型足够了？什么时候必须考虑轴向弥散？他们不仅仅是告诉我们如何建立模型，更重要的是教我们如何**批判性地选择**模型。书中提供了很多案例分析，展示了过度简化带来的灾难性后果，以及过于复杂导致计算资源浪费的低效。这种实战经验的传授，远比单纯的理论推导要宝贵得多。它培养的不仅仅是一个会解题的工程师，更是一个懂得如何做出明智工程决策的专家。读完关于流体力学在反应器中影响的章节后，我重新审视了我手头正在进行的一个项目，发现之前的一些假设确实过于理想化了。

评分☆☆☆☆☆

“Fogler这本书写得很有水平。”是教授在课堂上经常提起的话。我只是粗略地读了一点点应付考试就能感觉到我们教授说得没错。

评分☆☆☆☆☆

太厚了。。。non-isothermal reactor的地方有点小错误，不过影响不大。据说是经典教材，不过我还是觉得他有点啰嗦。

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“Fogler这本书写得很有水平。”是教授在课堂上经常提起的话。我只是粗略地读了一点点应付考试就能感觉到我们教授说得没错。

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“Fogler这本书写得很有水平。”是教授在课堂上经常提起的话。我只是粗略地读了一点点应付考试就能感觉到我们教授说得没错。

评分☆☆☆☆☆

太厚了。。。non-isothermal reactor的地方有点小错误，不过影响不大。据说是经典教材，不过我还是觉得他有点啰嗦。