本书以石油加工、基本有机化工、合成氨生产中的催化反应过程为背景，重点讨论石油加工过程中的多重反应体系动力学，催化剂失活反应动力学，催化反应器设计概论，气-固相多段绝热和连续换热式反应器，径向及轴径向二维流动反应器，气-液-固三相反应及反应器，并介绍催化反应过程的进展。本书根据化学工程与技术学科的化学工艺和工业催化的硕士研究生学位课程“高等反应工程”的教学大纲编写，是学位课程的教材，同时也是学术专著，可供科研单位、设计院所、企业的工程技术人员使用。

华东理工大学化工学院教授

绪论（1）章多重反应体系动力学（5）节可逆单分子系统多重反应体系动力学（6）一、三组元可逆单分子系统（6）二、特征方向法（9）三、丁烯异构化反应动力学实例（17）第二节含有不可逆反应步骤的单分子系统多重反应体系动力学（21）一、与可逆系统的比较（21）二、用虚拟直线反应轨迹求特征向量（23）三、用正交关系求特征向量（24）四、特征根比λi／λr的求取（25）五、含有不可逆反应步骤单分子系统实例（25）第三节等时间法测定速率常数（31）一、等时间法的理论基础（32）二、等时间法的可行性（35）三、己烷异构化反应网络动力学模型的建立（38）第四节催化裂化动力学模型（39）一、催化裂化的化学反应（40）二、催化裂化反应的热力学和动力学特征（43）三、催化裂化三集总动力学模型（47）四、催化裂化十集总动力学模型（57）第五节多重反应体系的集论和原则（73）一、集论分析（73）二、实际集总的一般原则（83）第六节多重反应体系动力学的研究进展（84）参考文献（89）主要符号（93）第二章催化剂失活反应动力学（94）节催化剂失活原因（96）一、中毒引起的失活（96）二、结焦和堵塞引起的失活（99）三、烧结和热失活(固态变换)（100）第二节失活动力学方程和不同失活机理的动力学方程（101）一、催化剂失活动力学方程（102）二、不同机理的失活表达式（106）三、分离失活动力学表达式（108）第三节各种催化剂活性曲线和活性关联式（111）一、各种催化剂活性曲线（111）二、各种活性关联式（118）第四节实验设计和失活动力学方程的求取（119）一、实验设计及步骤（119）二、实验装置及失活动力学方程的求取（121）第五节内扩散效应对催化剂失活的影响（128）一、多孔催化剂中的内扩散和反应（129）二、内扩散效应对催化剂失活的影响（136）三、强内扩散存在时的催化剂失活速率（137）第六节典型过程——催化裂化过程失活分析（143）第七节毒物化学吸附在催化剂表层上的失活过程分析（154）参考文献（166）主要符号（170）第三章催化反应器设计概论（172）节催化反应器的基本类型及基本设计原则（172）一、催化反应器的基本类型（172）二、合成氨工业中的催化反应器（173）三、炼油工业中的催化反应器（186）四、基本有机化学工业中的催化反应器（198）第二节催化反应器的基础数学模型和基本计算方法（203）一、基本设计原则（203）二、基础数学模型（205）三、基本计算方程（206）第三节催化反应器的操作参数（209）一、气-固相催化反应的最佳反应温度（209）二、温度对多重反应收率及选择率的影响（219）三、其他最佳操作参数（222）四、催化剂的形状和尺寸设计（232）第四节讨论和分析（234）一、催化剂的工程设计（234）二、催化反应器的部件设计（235）三、单系列大型化催化反应器（235）参考文献（236）主要符号（238）第四章多段绝热式催化反应器（240）节绝热催化床反应体积的计算（240）一、绝热温升（240）二、催化剂的相对活性校正系数（242）三、绝热催化床平推流一维拟均相模型（243）四、单段绝热催化床的最佳进口温度（244）第二节多段绝热式催化反应器及其优化（248）一、多段绝热式催化反应器的特征（248）二、多段间接换热式各段始末温度及转化率的优化设计（254）三、多段冷激式各段始末温度及转化率和段间冷激气量的优化设计（263）四、多段球形催化床甲醇合成反应器的非均相数学模型及优化设计（267）五、吸热反应的多段绝热催化反应器（278）第三节讨论和分析（282）一、多段绝热式催化反应器的适用条件（282）二、催化剂的活性校正系数（283）三、工业颗粒催化剂的宏观反应动力学方程（284）四、易失活催化剂的多段绝热反应器（285）参考文献（286）主要符号（288）第五章连续换热式催化反应器（290）节管式催化床的流体力学及传热（290）一、管式催化床的流体力学（290）二、管式催化床的传热（293）第二节自热式连续换热催化反应器（300）一、自热式连续换热管间催化床的冷管结构及传热能力分析（300）二、连续换热催化床的一维模型（303）三、连续换热式氨合成反应器的自热平衡（316）第三节管式连续换热催化反应器（321）一、管式催化反应器的特征（321）二、管式催化床的一维模型（323）三、管式反应器的工程分析（323）第四节连续换热式催化床的二维模型（331）一、管式催化床的二维模型（331）二、管间催化床的二维模型（348）第五节管式反应器的操作和设计中的若干问题（349）一、管式反应器中烃类氧化强放热多重反应催化剂的失活和温度控制（349）二、管内催化床的适宜管径（360）第六节讨论和分析（361）一、管式催化床的设计及操作优化（361）二、催化剂的工程设计（363）参考文献（363）主要符号（366）第六章径向反应器和轴径向二维流动反应器（369）节径向反应器的流体均布（369）一、流体径向流动的流体力学问题（369）二、 径向流体分布的形式和分布器的开孔设计（377）第二节轴径向反应器的流体二维流动（387）一、轴径向床中的流体二维流动（388）二、轴径向床中流体二维流流动模型（393）第三节讨论和分析（402）参考文献（408）主要符号（410）第七章气-液-固三相反应及反应器（411）节气-液-固三相反应器的类型及宏观动力学（411）一、气-液-固三相反应器的类型（411）二、气-液-固三相反应器的应用（415）三、气-液-固三相反应的宏观动力学（417）第二节滴流床三相反应器（420）一、气、液体并流向下通过固定床的流体力学（420）二、滴流床三相反应器中的传递过程（422）三、滴流床三相催化反应过程开发研究（424）第三节机械搅拌鼓泡悬浮式三相反应器（429）一、机械搅拌鼓泡悬浮式三相反应器的主要形式（429）二、反应器中固体的悬浮（430）三、机械搅拌釜中三相床费托合成（430）第四节鼓泡淤浆床反应器（435）一、鼓泡淤浆床反应器的流体力学（436）二、鼓泡淤浆反应器中的传递过程（446）第五节气-液相并流向上三相流化床反应器（451）一、气-液相并流向上三相流化床的流体力学（451）二、气-液相并流向上三相流化床中的传递过程（453）第六节三相悬浮床中的相混合（454）一、三相流化床中的相混合（455）二、三相鼓泡淤浆床和携带床及二相气-液相鼓泡床的液相和气相混合（457）第七节压力对三相悬浮床反应器操作性能的影响（458）一、压力及气体密度对气-液相鼓泡床流体力学的影响（459）二、压力及气体密度对气-液相传质系数的影响（460）三、压力对气-液相鼓泡床液相轴向混合的影响（460）第八节气-液-固三相悬浮床反应器的数学模型（461）一、三相反应器的数学模型（461）二、鼓泡淤浆床环氧乙烷合成和甲醇合成（462）三、鼓泡淤浆床费托合成（469）第九节讨论和分析（473）一、悬浮床气-液-固三相反应器在强放热催化反应中的应用展望（473）二、悬浮床气-液-固三相反应器所用的液相载热体（473）三、加压搅拌反应釜作为三相反应器的应用（474）四、鼓泡淤浆三相反应器的气体分布器设计（474）五、加压、加温下鼓泡淤浆三相反应器中的传递过程及相混合研究（474）参考文献（475）主要符号（481）第八章催化反应过程进展（484）节强制振荡非定态周期操作催化反应过程（484）一、强制周期操作（484）二、流向周期变换操作（484）三、循环流化床反应器（485）第二节催化-吸收偶联（487）第三节催化-吸附偶联（488）第四节催化-催化偶联（488）第五节催化-蒸馏（489）第六节膜催化（491）一、烃类脱氢反应（492）二、烃类加氢反应（493）三、烃类氧化反应（493）四、CO水蒸气变换反应（493）第七节超临界化学反应（494）一、超临界流体作为反应介质所具有的优良特性（494）二、在超临界流体中化学反应的特点（495）参考文献（497）绪论（1）章多重反应体系动力学（5）节可逆单分子系统多重反应体系动力学（6）一、三组元可逆单分子系统（6）二、特征方向法（9）三、丁烯异构化反应动力学实例（17）第二节含有不可逆反应步骤的单分子系统多重反应体系动力学（21）一、与可逆系统的比较（21）二、用虚拟直线反应轨迹求特征向量（23）三、用正交关系求特征向量（24）四、特征根比λi／λr的求取（25）五、含有不可逆反应步骤单分子系统实例（25）第三节等时间法测定速率常数（31）一、等时间法的理论基础（32）二、等时间法的可行性（35）三、己烷异构化反应网络动力学模型的建立（38）第四节催化裂化动力学模型（39）一、催化裂化的化学反应（40）二、催化裂化反应的热力学和动力学特征（43）三、催化裂化三集总动力学模型（47）四、催化裂化十集总动力学模型（57）第五节多重反应体系的集论和原则（73）一、集论分析（73）二、实际集总的一般原则（83）第六节多重反应体系动力学的研究进展（84）参考文献（89）主要符号（93）第二章催化剂失活反应动力学（94）节催化剂失活原因（96）一、中毒引起的失活（96）二、结焦和堵塞引起的失活（99）三、烧结和热失活(固态变换)（100）第二节失活动力学方程和不同失活机理的动力学方程（101）一、催化剂失活动力学方程（102）二、不同机理的失活表达式（106）三、分离失活动力学表达式（108）第三节各种催化剂活性曲线和活性关联式（111）一、各种催化剂活性曲线（111）二、各种活性关联式（118）第四节实验设计和失活动力学方程的求取（119）一、实验设计及步骤（119）二、实验装置及失活动力学方程的求取（121）第五节内扩散效应对催化剂失活的影响（128）一、多孔催化剂中的内扩散和反应（129）二、内扩散效应对催化剂失活的影响（136）三、强内扩散存在时的催化剂失活速率（137）第六节典型过程——催化裂化过程失活分析（143）第七节毒物化学吸附在催化剂表层上的失活过程分析（154）参考文献（166）主要符号（170）第三章催化反应器设计概论（172）节催化反应器的基本类型及基本设计原则（172）一、催化反应器的基本类型（172）二、合成氨工业中的催化反应器（173）三、炼油工业中的催化反应器（186）四、基本有机化学工业中的催化反应器（198）第二节催化反应器的基础数学模型和基本计算方法（203）一、基本设计原则（203）二、基础数学模型（205）三、基本计算方程（206）第三节催化反应器的操作参数（209）一、气-固相催化反应的最佳反应温度（209）二、温度对多重反应收率及选择率的影响（219）三、其他最佳操作参数（222）四、催化剂的形状和尺寸设计（232）第四节讨论和分析（234）一、催化剂的工程设计（234）二、催化反应器的部件设计（235）三、单系列大型化催化反应器（235）参考文献（236）主要符号（238）第四章多段绝热式催化反应器（240）节绝热催化床反应体积的计算（240）一、绝热温升（240）二、催化剂的相对活性校正系数（242）三、绝热催化床平推流一维拟均相模型（243）四、单段绝热催化床的最佳进口温度（244）第二节多段绝热式催化反应器及其优化（248）一、多段绝热式催化反应器的特征（248）二、多段间接换热式各段始末温度及转化率的优化设计（254）三、多段冷激式各段始末温度及转化率和段间冷激气量的优化设计（263）四、多段球形催化床甲醇合成反应器的非均相数学模型及优化设计（267）五、吸热反应的多段绝热催化反应器（278）第三节讨论和分析（282）一、多段绝热式催化反应器的适用条件（282）二、催化剂的活性校正系数（283）三、工业颗粒催化剂的宏观反应动力学方程（284）四、易失活催化剂的多段绝热反应器（285）参考文献（286）主要符号（288）第五章连续换热式催化反应器（290）节管式催化床的流体力学及传热（290）一、管式催化床的流体力学（290）二、管式催化床的传热（293）第二节自热式连续换热催化反应器（300）一、自热式连续换热管间催化床的冷管结构及传热能力分析（300）二、连续换热催化床的一维模型（303）三、连续换热式氨合成反应器的自热平衡（316）第三节管式连续换热催化反应器（321）一、管式催化反应器的特征（321）二、管式催化床的一维模型（323）三、管式反应器的工程分析（323）第四节连续换热式催化床的二维模型（331）一、管式催化床的二维模型（331）二、管间催化床的二维模型（348）第五节管式反应器的操作和设计中的若干问题（349）一、管式反应器中烃类氧化强放热多重反应催化剂的失活和温度控制（349）二、管内催化床的适宜管径（360）第六节讨论和分析（361）一、管式催化床的设计及操作优化（361）二、催化剂的工程设计（363）参考文献（363）主要符号（366）第六章径向反应器和轴径向二维流动反应器（369）节径向反应器的流体均布（369）一、流体径向流动的流体力学问题（369）二、 径向流体分布的形式和分布器的开孔设计（377）第二节轴径向反应器的流体二维流动（387）一、轴径向床中的流体二维流动（388）二、轴径向床中流体二维流流动模型（393）第三节讨论和分析（402）参考文献（408）主要符号（410）第七章气-液-固三相反应及反应器（411）节气-液-固三相反应器的类型及宏观动力学（411）一、气-液-固三相反应器的类型（411）二、气-液-固三相反应器的应用（415）三、气-液-固三相反应的宏观动力学（417）第二节滴流床三相反应器（420）一、气、液体并流向下通过固定床的流体力学（420）二、滴流床三相反应器中的传递过程（422）三、滴流床三相催化反应过程开发研究（424）第三节机械搅拌鼓泡悬浮式三相反应器（429）一、机械搅拌鼓泡悬浮式三相反应器的主要形式（429）二、反应器中固体的悬浮（430）三、机械搅拌釜中三相床费托合成（430）第四节鼓泡淤浆床反应器（435）一、鼓泡淤浆床反应器的流体力学（436）二、鼓泡淤浆反应器中的传递过程（446）第五节气-液相并流向上三相流化床反应器（451）一、气-液相并流向上三相流化床的流体力学（451）二、气-液相并流向上三相流化床中的传递过程（453）第六节三相悬浮床中的相混合（454）一、三相流化床中的相混合（455）二、三相鼓泡淤浆床和携带床及二相气-液相鼓泡床的液相和气相混合（457）第七节压力对三相悬浮床反应器操作性能的影响（458）一、压力及气体密度对气-液相鼓泡床流体力学的影响（459）二、压力及气体密度对气-液相传质系数的影响（460）三、压力对气-液相鼓泡床液相轴向混合的影响（460）第八节气-液-固三相悬浮床反应器的数学模型（461）一、三相反应器的数学模型（461）二、鼓泡淤浆床环氧乙烷合成和甲醇合成（462）三、鼓泡淤浆床费托合成（469）第九节讨论和分析（473）一、悬浮床气-液-固三相反应器在强放热催化反应中的应用展望（473）二、悬浮床气-液-固三相反应器所用的液相载热体（473）三、加压搅拌反应釜作为三相反应器的应用（474）四、鼓泡淤浆三相反应器的气体分布器设计（474）五、加压、加温下鼓泡淤浆三相反应器中的传递过程及相混合研究（474）参考文献（475）主要符号（481）第八章催化反应过程进展（484）节强制振荡非定态周期操作催化反应过程（484）一、强制周期操作（484）二、流向周期变换操作（484）三、循环流化床反应器（485）第二节催化-吸收偶联（487）第三节催化-吸附偶联（488）第四节催化-催化偶联（488）第五节催化-蒸馏（489）第六节膜催化（491）一、烃类脱氢反应（492）二、烃类加氢反应（493）三、烃类氧化反应（493）四、CO水蒸气变换反应（493）第七节超临界化学反应（494）一、超临界流体作为反应介质所具有的优良特性（494）二、在超临界流体中化学反应的特点（495）参考文献（497）