催化反應器工程（簡體書）

《催化反應器工程》作為《催化反應工程基礎》一書的後續部分,介紹了催化反應器工程、結構催化劑和結構反應器、蜂窩獨居石催化劑和反應器、?和生物催化動力學及其反應器、電催化和光催化動力學分析和反應器等內容。 全書共分6章,分別討論了工業主要氣固兩相催化反應器的模型和重要設計參數以及相關的設計問題；氣液固三相催化反應器內的流體力學傳質傳熱實驗關聯、反應器模型以及重要設計參數和設計方法；結構催化劑和結構催化反應器蜂窩獨居石（陶瓷基和金屬基）催化劑和反應器的結構、性質、特點、制備技術，以及它們的重要工業應用——汽車尾氣催化轉化器和煙道氣脫除污染氣體;?和生物催化反應動力學及其反應器設計;電催化過程動力學和光催化過程動力學以及它們實際應用中的反應器。 該書力求詳細介紹催化反應器工程的重要內容，為使讀者易于掌握和實際應用,收集了大量實際例子。用較大的篇幅介紹催化反應工程中快速發展的新領域，特別是結構催化劑和結構反應器的重點——蜂窩獨居石催化劑和反應器，以及?和生物催化動力學與反應器和電、光催化反應的特殊動力學處理。因此《催化反應器工程》可以作為高等學校化學和化工及相關專業高年級本科生、研究生和教師的重要參考書，也是在相關企業從事工業催化反應過程研究開發和設計的科技人員和操作管理人員的重要參考書。

催化反應是使用催化劑的化學反應，工業上使用的催化劑絕大部分是固體催化劑。催化反應器的重要發展基本來自于新催化劑的發展。 催化反應器是裝填固體催化劑的容器。為了增強流固間的傳遞過程，發展了多種形式的催化反應器。但是，隨著國民經濟和科學技術的發展，要求催化科學和工程科學進一步發展，基于新催化劑的開發後再發展適用反應器的串行模式已經難以滿足需要。例如，在常用的固定床反應器中，高的催化劑利用效率要求催化劑顆粒愈細愈好，而這會導致不可接受的床層壓力降。為解決這個難題，愈來愈要求把催化劑的研究發展與適用反應器的研究發展從以前的串聯模式向平行模式過渡。例如，由于環境法規愈來愈嚴格，對污染物處理的要求愈來愈高，一些在石油煉制和化學工業中常用的催化反應器根本無法滿足要求。為此，結合催化劑的發展同時進行催化反應器的發展，由此應運而生的是結構催化劑和結構反應器，如獨居石催化劑和反應器的發展。對這類結構催化劑與結構反應器，它們之間的界線已經變得很模糊，需要引入催化反應器工程的概念。 《催化反應工程基礎》一書已經詳細介紹了催化反應工程的基礎知識，也就是物料平衡或摩爾平衡、反應速率方程、反應的化學計量式、能量或熱量平衡、流體的擴散（邊界層內和固體催化劑顆粒內）和流固間的接觸（流體力學或水力學或壓力降），以及等溫和非等溫催化反應器的設計思路和方法。為了完善催化反應工程的內容，需要有具體的催化反應器工程的內容。因此，作為以上圖書的後續部分,《催化反應器工程》除介紹工業上常用的催化反應器，包括它們的適用范圍、基本結構以及每類催化反應器的優點和缺點等外，重點介紹了催化反應工程發展新趨勢的內容，特別是結構催化劑和結構反應器等催化反應器工程，以及一些新催化反應過程，如?和生物催化劑及反應器、電和光催化劑及反應器等。

1 1引言11 2絕熱固定床催化反應器11 2 1反應器模型21 2 2模型參數的無因次化41 2 3絕熱固定床反應器的設計數據41 2 4多穩態51 2 5設計參數和判據61 3自熱固定床催化反應器71 4非等溫非絕熱管式催化反應器91 4 1模型91 4 2無因次參數111 4 3設計數據121 5應用實例141 5 1參數敏感性和飛溫141 5 2一維、二維模型161 5 3設計參數161 5 4固定床反應器的控制161 5 5小結171 6氣固流化床催化反應器中的氣固流動和流區171 6 1引言171 6 2固體顆粒在床層中的流動和氣固流化中的流區181 6 3流化床反應器氣固流動和傳遞211 7氣固流化床反應器模型261 7 1鼓泡流化床反應器模型271 7 2湍流流化床反應器模型281 7 3循環流化床反應器模型281 8氣固流化床催化反應器設計30參考文獻382 1引言392 1 1應用392 1 2三相催化反應器的類型412 1 3固定床和漿態床反應器的比較422 1 4操作模式442 2涓流床催化反應器452 2 1引言452 2 2流區分類472 2 3壓力降492 2 4流體滯留量522 2 5氣液傳質542 2 6液固傳質572 2 7軸向離散582 2 8液體分布612 2 9部分潤濕和對反應器性能的影響622 2 10非等溫催化反應672 2 11傳熱682 2 12壓力對涓流床操作參數和反應器性能的影響692 2 13例子722 3鼓泡填料塔反應器752 3 1引言752 3 2流區762 3 3壓力降782 3 4氣體滯留和液體滯留792 3 5氣液傳質802 3 6液固傳質802 3 7軸向離散812 3 8例子812 4三相流化床催化反應器852 4 1引言852 4 2液固流化床852 4 3流區882 4 4床層收縮和膨脹現象892 4 5氣體和液體滯留892 4 6氣泡直徑912 4 7顆粒夾帶922 4 8氣液傳質922 4 9液固傳質932 4 10軸向離散932 4 11傳熱942 5機械攪拌漿態反應器952 5 1引言952 5 2催化劑的懸浮962 5 3攪拌的功率消耗972 5 4氣體滯留992 5 5氣泡直徑1002 5 6氣液傳質1002 5 7液固傳質1032 5 8密閉攪拌反應器1042 6鼓泡塔漿態反應器1062 6 1引言1062 6 2鼓泡塔漿態反應器中的流區1072 6 3催化劑顆粒的懸浮1082 6 4氣體滯留1092 6 5平均氣泡直徑1102 6 6氣液傳質1102 6 7液固傳質1112 6 8鼓泡塔中的軸向離散1112 6 9傳熱1122 6 10催化劑分離112參考文獻1143 1引言1163 1 1多相催化反應器的結構內構件1173 1 2反應和分離的結構內構件1183 1 3催化結構填料的分類1193 2結構催化劑固定床反應器中的傳遞現象簡介1203 2 1流區1203 2 2壓力降和液體滯留1213 2 3氣液傳質和氣液界面面積1213 2 4液固傳質速率1223 2 5停留時間分布（RTD）1223 2 6熱傳輸1223 2 7結構反應器模型1223 3結構催化材料特性及其工業應用1233 3 1蜂窩獨居石：陶瓷和金屬1233 3 2開放錯流結構波紋填料（OCFS）及其流體力學特性1243 3 3閉合錯流結構波紋填料（CCFS）及其流體力學特性1283 3 4編織線結構填料及其流體力學特性1293 3 5發泡體：金屬、陶瓷和石墨基1313 3 6不同結構填料間的比較1323 3 7結構催化填料的工業應用1343 4纖維（布）催化劑及其應用1363 4 1引言1363 4 2纖維材料和其催化劑制備1383 4 3纖維結構的幾何性質1433 4 4纖維和布催化劑的應用1443 4 5傳質和流體力學148參考文獻1494 1引言1514 2獨居石結構1534 3流體力學1544 3 1流區1554 3 2壓力降1564 3 3液體滯留1574 3 4流體分布1584 3 5軸向和徑向離散1594 4質量和熱量傳遞1604 4 1質量傳遞1604 4 2熱量傳遞1624 4 3蜂窩獨居石催化劑用于放熱反應1654 5獨居石反應器1694 5 1獨居石反應器性能1694 5 2蜂窩獨居石反應器和常用反應器的比較1694 5 3反應器模型1714 6蜂窩獨居石反應器的設計1714 6 1引言1714 6 2模型1724 6 3獨居石催化劑的效率因子1734 6 4最佳幾何體的選擇1754 6 5小結1774 7蜂窩獨居石及催化劑的制備1784 7 1引言1784 7 2擠壓技術生產陶瓷蜂窩獨居石1814 7 3催化劑活性組分的加入1884 7 4金屬獨居石1944 8蜂窩獨居石催化劑的應用實例2014 8 1汽車尾氣凈化三效催化劑2014 8 2三效（TWCs）催化劑：原理和操作2044 8 3貧燃脫NOx催化劑2114 8 4DeNOx SCR獨居石催化劑2164 8 5在獨居石SCR催化劑中化學動力學和傳遞過程的數學描述2184 8 6DeNOx本征動力學參數的計算220參考文獻2225 1可溶性?催化反應動力學2245 1 1引言2245 1 2MichaelisMenten動力學2255 1 3?催化反應的瞬態動力學2325 1 4?催化反應的阻滯2335 1 5雙或多底物?催化反應2405 1 6例子2425 2固定化?的催化反應動力學（非均相）2435 2 1引言2435 2 2游離?的固定化2445 2 3固化?催化的反應動力學2455 2 4有膜擴散和粒內擴散時的效率因子2475 2 5固定化?的活性和失活2485 3?催化反應器2495 3 1均相?催化反應器2505 3 2非均相?催化反應器2525 4微生物細胞的基礎知識2535 4 1細胞的大小和形狀2545 4 2細胞的分類2555 4 3微生物細胞的增殖和調控2565 5細胞生長動力學2585 5 1細胞生長的特點2585 5 2環境對細胞生長的影響2605 5 3細胞生長動力學模型2615 5 4氧控制發酵生物反應器中的傳遞過程2735 6生物催化反應器277參考文獻2796 1電催化和電極動力學2806 1 1引言2806 1 2電化學系統2816 1 3電催化熱力學和電極反應動力學2826 1 4電極反應系統2856 1 5多孔催化電極系統2896 2燃料電池和蓄電池中的電催化2996 2 1旁流背進式Br2/Br-多孔電極2996 2 2DMFC PtRu陽極的宏觀動力學3026 2 3多孔電極的多尺度分析3126 2 4鋰離子蓄電池正極多尺度分析3196 3電催化有機合成反應3246 3 1循環流動填充床電催化有機合成反應3246 3 2硝基苯電還原制對氨基苯酚PBEDR實例3296 3 3填充床電極的理論3306 4光催化反應工程及其反應器3356 4 1引言3356 4 2半導體光催化反應熱力學3376 4 3半導體光催化反應動力學3416 4 4太陽能光催化水處理反應器347參考文獻353