Introduction to Chemical Engineering Kinetics & Reactor Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley

作者:Charles G Hill Jr.

出品人:

页数:608

译者:

出版时间:1977-10-13

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780471396093

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• 反应动力学
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经典工程文献：聚焦于材料科学与过程强化 书名： Advanced Materials Science and Process Intensification in Chemical Engineering 作者： Dr. Eleanor Vance, Professor Kenji Tanaka 出版社： Global Academic Press 出版年份： 2023 --- 内容简介 《高级材料科学与化学工程中的过程强化》 是一部深度聚焦于现代化学工程前沿领域的权威专著。本书超越了传统反应器设计与基础动力学的范畴，将视角投向了驱动下一代可持续化学工业发展的两大核心支柱：功能性新材料的创制与集成，以及突破性的过程强化（Process Intensification, PI）技术。本书旨在为研究生、高级本科生以及工业研发人员提供一个全面、深入且极具前瞻性的知识框架，帮助他们理解如何通过材料创新和革命性的反应器概念来实现更高的效率、更小的环境足迹和更强的经济竞争力。 全书分为四个主要部分，共计二十章，内容组织逻辑严谨，从微观尺度的材料特性到宏观尺度的系统集成设计，层层递进。 --- 第一部分：功能性材料的微观结构与宏观性能 (Microstructure and Macro-Properties of Functional Materials) 本部分深入探讨了支撑现代催化、分离和能源存储系统的关键工程材料的结构-性能关系。 第一章：晶体缺陷工程与催化活性位点调控 本章详细剖析了点缺陷、线缺陷和层错等晶体结构缺陷如何作为催化反应的活性中心。重点介绍了通过精确控制材料合成过程（如溶胶-凝胶法、原子层沉积（ALD））来预设和稳定这些活性位点的方法。讨论了如何利用先进的表征技术（如同步辐射X射线吸收谱 XAS、高分辨透射电镜 HRTEM）来原位监测和量化缺陷的动态变化。 第二章：纳米复合材料的界面设计与传热传质增强 聚焦于如何构建具有高度有序界面的纳米复合材料。内容涵盖了金属氧化物-碳基材料、金属有机框架（MOFs）在复合体系中的应用。着重讨论了界面处的电子结构重构如何影响电子转移速率，以及如何利用这些界面设计来优化多相催化剂的传热效率，有效解决传统催化剂中普遍存在的“热点”问题。 第三章：智能与响应性材料在分离过程中的应用 本章探讨了环境刺激（如温度、pH值、光照、电场）响应型材料在先进分离技术中的应用潜力。详细介绍了形状记忆聚合物、电活性凝胶以及基于配位键断裂/重构的MOFs在气体吸附/脱附和液体选择性萃取中的性能优势。阐述了材料的“开关”机制如何实现低能耗的再生过程。 第四章：高熵合金（HEAs）在极端条件下的催化行为 针对化工过程对热稳定性和抗中毒性的日益增长的需求，本章引入了高熵合金作为新一代催化剂载体和活性组分。讨论了高熵合金独特的“迟滞效应”和“高熵效应”如何带来传统单/双组分催化剂无法比拟的稳定性与宽谱活性。 --- 第二部分：过程强化（PI）的基础原理与单元操作革新 (Fundamentals and Unit Operations of Process Intensification) 本部分是全书的核心，系统性地介绍了过程强化设计的基本理念——“做得更快、更小、更安全、更高效”。 第五章：过程强化的基本理论框架与量化指标 界定了过程强化的科学定义，区别于简单的设备小型化。引入了“体积效率（Volumetric Efficiency）”、“能量密度（Energy Intensity）”和“固有安全性（Inherent Safety）”等关键量化指标。对比了传统批次操作与连续微反应技术在技术经济性上的根本差异。 第六章：微反应器技术（Microreaction Technology）的传热与传质壁垒 深入分析了微通道反应器（MCRs）中，由于极高的表面积/体积比带来的传热优势。然而，本章也客观讨论了微尺度下流体动力学的特殊性，包括表面张力导致的液-液或气-液混合障碍，以及微通道壁面处的摩擦损失对能耗的影响。 第七章：模块化与集成化设计（Modular and Integrated Design） 探讨了如何通过模块化设计实现化工单元的快速部署和灵活重构。重点分析了“反应-分离集成”的各种策略，例如反应精馏（Reactive Distillation）、反应萃取（Reactive Extraction）以及膜反应器（Membrane Reactors）的设计优化。 第八章：新型混合技术与反应加速 本章关注于超越传统搅拌的混合增强方法。详细介绍了静态混合器（Static Mixers）的几何优化、超声波辅助混合（Sonication）在乳化和催化反应中的应用，以及旋转流场（Rotating Flow Fields）对提高传质系数的潜力。 --- 第三部分：过程强化中的先进反应器概念 (Advanced Reactor Concepts in Process Intensification) 本部分将理论与实际工程应用相结合，详细介绍了几种颠覆性的反应器类型。 第九章：膜反应器与膜分离集成 阐述了如何利用选择性渗透膜，在反应过程中实时移除产物或补充反应物，从而突破化学平衡限制。重点讨论了钯膜在氢气选择性渗透中的性能衰减机制，以及如何设计能够承受高操作温度和压力的复合膜结构。 第十章：旋转床与离心力场反应器 介绍了如何利用强大的离心力场来替代或辅助重力在气-液或液-液体系中的分离和混合过程。详细分析了旋转泡沫床（Rotating Foam Beds）和离心式吸收塔在高粘度体系中的应用优势，特别是其对提高气液接触面积的贡献。 第十一章：电化学反应器与光催化反应器 本章探讨了利用外部能量场驱动反应的PI技术。在电化学部分，重点分析了如何通过控制电极材料和孔隙率来优化电流密度与产物选择性；在光催化部分，则研究了如何设计具有高光渗透性的反应器结构（如平板式或纤维束式），以确保光源能够均匀穿透反应介质。 第十二章：气固流化床反应器的CFD建模与床层优化 虽然流化床并非全新概念，但本章侧重于如何利用先进的计算流体力学（CFD）模拟来解决高通量、小颗粒体系中常见的“抱团”和“返混”问题。讨论了不同类型的分配板设计和气泡诱导机制对颗粒混合均匀性的影响。 --- 第四部分：可持续性、安全与系统集成 (Sustainability, Safety, and System Integration) 本部分将视野从单一设备扩展到整个生产流程，强调了PI技术在实现绿色化学和固有安全设计中的关键作用。 第十三章：固有安全设计与PI技术的关联 系统分析了过程强化如何从根本上降低危险物质的持有量（Inventory Reduction）。通过对比传统大型储罐与微反应器，量化了爆炸和泄漏风险的降低幅度。讨论了自动关断系统和快速热量清除能力对提高反应本征安全性的贡献。 第十四章：能源效率与过程耦合优化 重点关注了“热集成”（Heat Integration）在PI系统中的作用。介绍了 Pinch 分析方法在模块化工艺流程优化中的应用，旨在最大限度地利用反应放热来驱动分离过程所需的能量（如反应精馏中的汽化需求）。 第十五章：生命周期评估（LCA）在PI项目中的应用 阐述了如何将生命周期评估工具应用于新工艺的开发阶段，以全面衡量过程强化带来的环境效益。比较了基于传统单元操作与基于PI技术的工艺在原材料消耗、废物产生和能源消耗上的差异。 第十六章：工业放大（Scale-Up）的挑战与新型放大策略 针对过程强化设备通常具有的微小尺寸特点，本章着重讨论了从实验室原型到工业规模的放大问题。提出了基于“数量放大”（Numbering-Up）而非“尺寸放大”（Scale-Up）的策略，并探讨了模块间连接和控制系统集成带来的新挑战。 --- 总结： 《高级材料科学与化学工程中的过程强化》以其对前沿材料科学与颠覆性工程概念的深度融合，为读者提供了一套全新的工程思维工具箱。本书不仅阐述了“如何做”，更重要的是解释了“为什么”这些新方法在未来化工领域中具有不可替代的地位。通过对微观结构控制到宏观流程再造的系统性阐述，本书必将成为推动化工行业迈向高效、可持续未来的重要参考指南。

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从阅读体验上来说，这本书的处理方式简直是一股清流。我习惯于在学习新概念时，需要反复翻阅和对照不同的图表来建立自己的知识框架。然而，这本书的作者似乎对我这种阅读习惯了如指掌。它的章节结构逻辑性极强，每个小节的过渡都像是精心设计的阶梯，让人在不知不觉中就爬升到了新的高度。更值得称赞的是，书中的习题设计也展现了极高的水准。它们不是那种简单的套公式题，很多题目都要求读者结合前几章学到的不同知识点进行综合分析，甚至是要求对一个假想的工艺流程进行初步的评估。这种设置迫使我必须主动地去整合信息，而不是被动地接受知识。例如，有一道关于塔式反应器（PBR）的习题，要求我们考虑催化剂装填密度对轴向弥散效应的影响，这直接连接了动力学、反应器模型和流体力学的基础知识，让人做完之后有种茅塞顿开的成就感。

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我特别欣赏这本书在处理“实际工程挑战”时的那种不回避的态度。很多教科书在介绍完理想反应器后就草草收场，留下读者在面对真实世界中的“非理想”情况时手足无措。但这本书不同，它花了相当的篇幅来探讨混合不完全、热点形成、催化剂失活等一系列让工程师头疼的问题。我记得有一章专门讲了反应器操作的稳定性问题，它没有用那种晦涩的相平面分析来吓唬人，而是通过一个温度和反应速率之间的反馈回路，清晰地展示了热失控的临界点是如何产生的。这对我后续在设计涉及强放热反应的装置时，提供了非常宝贵的直觉。书中提供的案例分析，无论是关于聚合反应器还是气相催化反应器，都具有很强的现实参考价值，它们不仅仅是简单的数字代换，而是真正引导读者思考如何根据工艺约束来选择最合适的反应器类型和操作条件。这让我深刻体会到，动力学和反应器设计不仅仅是计算题，更是一种权衡和决策的过程。

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这本书，**《Introduction to Chemical Engineering Kinetics & Reactor Design》**，简直是为我们这些在化学工程领域摸爬滚打的初学者量身定做的。我记得刚开始接触反应动力学和反应器设计的时候，那些复杂的微分方程和速率常数简直像天书一样，让人望而生畏。但这本书的厉害之处就在于，它没有一开始就抛出那些高深的理论，而是用一种非常循序渐进的方式，把基础概念掰开揉碎了讲。举个例子，它对反应速率的定义、不同类型反应器（如CSTR和PFR）的基本构建模块的介绍，都非常清晰。作者似乎非常懂得读者的困惑点，总能在关键的地方给出直观的类比和图示，让我这个对热力学本来就有点头疼的人，也能很快抓住反应速率随温度、浓度变化的核心逻辑。特别是它对反应器中混合效应的讨论，即便只是入门级的介绍，也足以让我理解为什么实际操作中我们必须考虑停留时间分布（RTD），而不是简单地套用理想模型的公式。读完前几章，我感觉自己终于有了一把可以进入这个复杂世界的“钥匙”，不再是盲人摸象了。这本书的排版和插图选择也很有考量，没有那种堆砌公式的枯燥感，反而让人有种在阅读一本精心编排的教材的感觉。

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老实说，我手里摆着好几本号称“入门”的化工原理教材，但真正能让我感觉“深入浅出”的并不多。这本**《Introduction to Chemical Engineering Kinetics & Reactor Design》**给我的感觉是，它在深度和广度之间找到了一个极其微妙的平衡点。它不像某些巨著那样，在你还没完全理解“为什么”的时候，就开始强迫你接受“怎么做”。相反，它在每一个新的章节开始前，都会用一个实际工业案例来引出这个章节需要解决的核心问题。比如，在讨论非均相反应时，它并没有直接跳到复杂的扩散和反应耦合模型，而是先用一个催化剂颗粒内部的物质传递限制的例子，让你直观感受到为什么仅仅知道宏观反应速率是不够的。这种“问题驱动”的教学方式，极大地激发了我去探索背后的机理的兴趣。而且，书中对数学工具的使用也恰到好处，它不会让你为了解一个概念而陷入无休止的微积分推导中，而是将重点放在如何利用这些工具来预测和优化反应器的性能上。对于一个工程学生来说，这种实用性至上，理论为辅的讲解方式，无疑是最高效的学习路径。

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总的来说，这本书给予我的，远超出一本基础教材所能提供的范畴。它成功地将化学反应的微观机理（动力学）与宏观的工程实现（反应器设计）紧密地编织在一起，形成了一个完整且逻辑自洽的知识体系。它不仅仅是教会了我们“如何计算”，更重要的是，它培养了我们作为未来工程师应有的“系统性思维”。我尤其欣赏它对模型简化和适用性范围的讨论，这在快速迭代的现代化工行业中至关重要——你知道什么时候你的简化模型足够好用，以及什么时候你需要投入更多精力去构建更复杂的模型。这本书的语言精确、论述严谨，但又充满了对工程美学的追求，让人在学习枯燥的科学原理时，依然能感受到化学工程这门学科本身的魅力和挑战性。它确实是打开反应工程领域大门的一把精良工具，值得所有相关专业的学生和初入行者仔细研读。

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