Chemical Reactor Design, Optimization, and Scaleup pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Nauman, E. Bruce

出品人:

页数:608

译者:

出版时间:2008-9

价格:1096.00 元

装帧:

isbn号码:9780470105252

丛书系列:

图书标签:

• 化学反应工程
• 反应器设计
• 反应器优化
• 化工过程
• 规模化生产
• 过程强化
• 建模与仿真
• 传质传热
• 催化反应
• 工业应用

《化学反应器设计、优化与放大》并非一本涵盖所有化学反应器技术的书籍，但它提供了一个坚实的基础，帮助读者理解和掌握各类常用化学反应器的核心原理与实际应用。本书侧重于化学工程领域中最具挑战性的方面之一：如何将实验室规模的化学反应有效地转化为工业生产。 本书的第一个主要部分，化学反应器设计，深入探讨了不同类型反应器的基本概念。我们将从最基础的批式反应器（Batch Reactor）和连续搅拌釜式反应器（CSTR）开始，详细解析它们的传质、传热和反应动力学特性。对于批式反应器，我们将讨论如何根据反应物浓度随时间的变化来优化操作，以及如何设计反应器以满足特定的工艺要求，例如加热或冷却速率。对于CSTR，我们将重点关注其稳态操作的特点，包括转化率、产物分布以及搅拌效率对反应性能的影响。 接着，本书将转向更为复杂的反应器类型，如管式反应器（Plug Flow Reactor, PFR）。我们将详细阐述PFR的理想模型及其在处理快速反应和需要高转化率时的优势，并引入非理想流动模型，如分散流模型（Dispersed Plug Flow Model），来更准确地描述实际PFR中的混合效应。此外，我们还会介绍固定床反应器（Fixed Bed Reactor）和流化床反应器（Fluidized Bed Reactor），重点分析其中催化剂床层的传质传热特性，以及颗粒在流体中的运动对反应过程的影响。这部分内容将通过具体的例子和图表，帮助读者直观理解不同反应器结构的优势和局限性。 本书的第二个重要组成部分是优化。在理解了各种反应器的基本设计原理后，我们将进入如何提高反应器效率和经济性的讨论。优化部分将涵盖多个层面。首先，我们将讨论反应条件（如温度、压力、进料比）的优化，以及如何利用动力学模型来预测和选择最佳操作点。这将包括对温度曲线的优化，以平衡反应速率和副反应抑制。 其次，我们将重点关注反应器内部的传质和传热优化。对于多相反应，如气-液、液-液或固-液反应，传质效率往往是限制反应速率的关键因素。我们将探讨如何通过调整搅拌速率、气体分布、填料类型（在固定床中）或颗粒大小（在流化床中）来增强相间传质。同时，我们将深入研究反应器内的温度分布控制，分析散热或吸热反应对反应器稳定性和产物选择性的影响，并介绍有效的换热器设计和布置策略。 此外，本书还将介绍优化技术，如实验设计（Design of Experiments, DOE）和统计方法，以系统性地探索和确定最优的工艺参数。对于复杂的反应器系统，我们还会触及灵敏度分析和参数估计，帮助读者理解模型参数的不确定性及其对预测结果的影响。 本书的第三个也是最终的关键部分是放大（Scale-up）。从实验室烧杯中的反应到工业生产线上的大型反应器，放大过程充满挑战。本书将系统地梳理放大过程中需要考虑的核心问题。我们将从相似性原理出发，讨论如何保持反应器的相似性，包括几何相似性、动力学相似性和流体动力学相似性。 在放大过程中，传质和传热的尺度效应尤为重要。我们将详细分析不同尺度的传质和传热系数如何变化，以及如何通过调整搅拌功率、管径、填料高度等参数来克服放大带来的传质传热瓶颈。例如，我们将讨论在放大CSTR时，如何保证搅拌效率在不同体积下得到有效维持，以避免传质速率的急剧下降。对于管式反应器，我们将探讨如何处理沿程的压力降和温度变化，以及如何设计多级反应器或循环反应器来提高转化率。 此外，本书还将探讨放大过程中可能出现的其他挑战，如催化剂床层的压降问题、流体分布的不均匀性、以及放大过程中可能出现的安全问题。我们将介绍一些常用的放大准则和经验法则，并鼓励读者结合具体的工艺和反应器类型，运用前面学到的理论知识来分析和解决放大问题。 总而言之，《化学反应器设计、优化与放大》旨在为读者提供一个全面而深入的化学反应器工程知识体系，帮助他们掌握从概念设计到工业实践的关键技能。本书理论与实践相结合，通过丰富的案例分析和清晰的数学推导，帮助读者构建扎实的理论基础，并将其应用于实际的化学反应器设计、优化和放大工作中。

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从一个资深化工工程师的角度来看，这本书最大的贡献在于它提供了一种系统的、跨越尺度的思维框架。它要求读者不能将反应器视为一个黑箱，而必须深入到内部的每一个细节去考量。最让我印象深刻的是作者对“多尺度建模”的强调。他并没有局限于传统的宏观设计方程，而是将微观尺度的催化剂孔隙扩散、中观尺度的颗粒间传热，乃至宏观尺度的反应器整体行为，用统一的数学语言串联起来。这种能力在处理新型、高活性的催化反应体系时显得尤为关键，因为在新体系中，我们往往对物性的了解非常有限，必须依赖于对反应器内部物理化学过程的精确模拟。这本书教会我的，是如何在信息不完全的情况下，通过审慎的假设和稳健的设计原则，去构建一个可靠的工业过程。它的讨论深度足以让博士生作为毕业论文的理论支撑，同时它的实用性又足以让资深工程师作为日常工具书来查阅，达到了学术深度与工程实用性的完美平衡。

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我购买这本书的主要动机是想深入理解从实验室小试到工业化大规模生产之间的“放大鸿沟”。市面上关于反应器设计的书很多，但真正能系统性地解决Scaleup问题的却凤毛麟角。这本书在这方面做得尤为出色，它并没有回避放大过程中必然出现的那些棘手难题，比如热点形成、混合不均和产品分布的改变。作者用大量的篇幅阐述了如何通过先进的数值模拟手段（尽管书中没有直接给出具体的软件操作步骤，但提供了背后的物理模型和边界条件设定思路）来预测和规避这些放大效应。我感觉作者的思维方式非常“工程导向”，他总是将理论的探讨引向一个可操作的结论：为了实现稳定的放大，你需要关注哪些关键参数，以及如何设计反馈控制系统来维持这些参数的稳定。读完关于放大章节后，我对于以往项目中那些因放大失败而导致的项目延期，有了更深层次的理解和更清晰的改进方向。这本书的实战价值，远超其理论深度。

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说实话，这本书的阅读体验是充满挑战性的，但这种挑战恰恰是其价值所在。如果你期望找到一本可以轻松浏览、快速掌握基础概念的入门读物，那这本书可能并不适合你。它的叙述风格极其严谨，仿佛每一句话都经过了反复的推敲和论证，生怕出现一丝一毫的模糊不清。对于流体力学和反应动力学基础扎实的读者来说，这本书简直是一座知识的宝库，它将那些原本孤立的理论完美地编织成一个统一的反应器设计框架。我尤其赞赏作者在处理非理想流动和催化剂失活这些复杂现象时所展现出的洞察力。书中关于催化剂床层压降模型演变的论述，那种层层递进的逻辑推演，让我对“床层”这个看似简单的结构有了全新的认识。它不再是管道里的一堆颗粒，而是充满了复杂相互作用的动态系统。这种对细节的执着，使得这本书超越了一般的参考书范畴，更像是一本领域的“圣经”，值得我们反复研读、时常翻阅，每次重读都会有新的领悟。

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这部大部头著作，初拿到手时，光是厚度和重量就给人一种沉甸甸的学术气息。我一直以为化工过程的书籍大多是公式的堆砌和理论的阐述，但这本在结构编排上却展现出了一种独特的匠心。它不仅仅是罗列了各种反应器类型及其对应的数学模型，更像是为那些在设计与放大（Scaleup）的泥沼中挣扎的研究人员和工程师提供了一张详尽的路线图。作者在引入新的反应器概念时，总能巧妙地将其置于实际工业背景之下，而非纯粹的象牙塔理论。比如，它对多相流反应器内部传质和传热的讨论，那种深入到微观尺度的分析，让人不得不佩服作者在理论深度上的造诣。我尤其欣赏它对于“优化”这一核心环节的处理，书中对于灵敏度分析和变量耦合关系的探讨，远比我之前读过的任何一本教材都要来得细致和实用。很多时候，教科书只是告诉你“应该”这样做，而这本书却提供了大量的“如何”做到的实际案例和计算流程，对于我们这种需要将理论付诸实践的工程人员来说，简直是如获至宝。它似乎在说，设计一个反应器，绝非简单的套用公式，而是一门涉及多学科知识的精密艺术。

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这本书的排版和图表质量也是值得称道的。在如此密集的数学公式和复杂流程图面前，保持清晰的视觉呈现是一项巨大的挑战，但出版商和作者在这方面做得非常到位。清晰的变量定义、结构化的章节布局，极大地减轻了阅读的认知负担。特别是那些剖析反应器内部流场和浓度场的二维/三维模拟结果图，不仅视觉效果震撼，更重要的是，它们直观地印证了前面文字论述的物理图像。例如，书中关于反应器内混合效率的讨论，通过几张精妙的流线图和浓度梯度图，比冗长的文字描述来得更有说服力。这使得即使是面对一些较为抽象的非稳态分析，读者也能迅速抓住核心矛盾。我可以肯定地说，这本书绝对不是那种将旧论文简单拼凑起来的“注水书”，它的每一部分内容都是经过精心筛选和组织，旨在构建一个连贯且完整的知识体系，这对于追求效率的专业人士来说至关重要。

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