化工反应原理与设备(李倩)（第三版）

《化工反应原理与设备（第三版）》根据化工类专业课程标准、基于典型工作任务的课程开发进行编写。全书分为七个部分：用于反应器操作和计算的知识储备，釜式反应器，管式反应器，固定床反应器，流化床反应器，气液相反应器和其他类型反应器。每个项目都通过典型生产案例引出主要工作任务，介绍反应器的基本结构特点，引出工业应用和反应器选型设计等内容，后进行反应器的仿真和实训操作，培养学生的实践技能。各项目后附有知识点归纳、自测练习和课程学习资源。

本书可作为高等职业院校化工技术类相关专业的教材，也可作为企业职工的培训教材，以及供企业生产一线的技术人员阅读参考。

 

知识储备001

任务一了解化工反应原理与设备的任务001

任务二认识化学反应器的类型及操作方式003

一、化学反应的类型003

二、反应器的类型004

三、反应器的操作方式005

任务三了解化学反应器内的流体流动006

一、停留时间分布007

二、停留时间分布的特征值008

三、用对比时间表示停留时间分布规律008

四、停留时间分布规律的测定008

任务四掌握反应器计算基本方程式010

一、物料衡算式010

二、热量衡算式010

三、动量衡算式011

四、动力学方程式011

任务五熟悉反应工程中常用的工业指标014

一、生产中的三率015

二、生产中常用的几个概念018

知识点归纳020

自测练习020

主要符号022

项目一釜式反应器023

任务一认识釜式反应器的结构025

一、釜式反应器的基本结构025

二、釜式反应器的搅拌装置026

三、釜式反应器的传热装置028

四、釜式反应器的传动装置及密封装置030

任务二学习釜式反应器的流体流动032

一、理想混合流动模型032

二、理想混合流动模型的停留时间描述033

三、非理想流动模型——多釜串联模型034

任务三理想间歇操作釜式反应器的计算035

一、基本方程036

二、反应时间的计算036

三、反应体积的计算037

任务四理想连续操作釜式反应器的计算040

一、基本方程041

二、单一连续操作釜式反应器041

三、多个理想连续釜式反应器的串联(n-CSTR)043

任务五釜式反应器的仿真操作050

一、生产原理050

二、工艺流程050

三、操作过程052

分析与思考054

任务六釜式反应器实训055

一、实训目的055

二、实训原理055

三、实训装置简介055

四、实训操作056

五、数据处理057

知识点归纳058

自测练习059

主要符号062

项目二管式反应器064

任务一认识管式反应器的结构及传热方式068

一、管式反应器的结构068

二、管式反应器的传热方式069

任务二学习管式反应器的流体流动071

一、理想置换流动模型071

二、理想置换流动模型的停留时间描述071

三、非理想流动模型——轴向扩散模型072

任务三管式反应器的计算073

一、基本方程073

二、等温等容管式反应器的计算074

三、等温变容管式反应器的计算076

任务四反应器的选型及优化080

一、反应器生产能力的比较081

二、复杂反应选择性的比较083

任务五管式反应器的仿真操作087

一、生产原理088

二、工艺过程088

三、操作规程090

分析与思考095

任务六管式反应器的实训095

一、实训目的095

二、实训原理095

三、实训装置096

四、实训操作097

五、实训数据处理099

知识点归纳100

自测练习102

主要符号105

项目三固定床反应器106

任务一认识固定床反应器的结构110

一、绝热式固定床反应器110

二、列管式固定床反应器112

三、自热式固定床反应器113

任务二学习固定床反应器内的流体流动114

一、固体催化剂的基本特性114

二、催化剂床层特性118

三、流体在固定床中的流动特性121

任务三熟悉固定床反应器的传质与传热127

一、气固相催化反应的过程128

二、固定床反应器中的传质129

三、固定床反应器中的传热129

任务四固定床反应器的计算133

一、经验法133

二、数学模型法136

任务五固定床反应器的仿真操作154

一、生产原理154

二、工艺流程155

三、操作过程156

分析与思考159

任务六固定床反应器的实训159

一、实训目的159

二、实训原理159

三、实训装置160

四、实训步骤161

五、实训数据处理163

知识点归纳165

自测练习168

主要符号171

项目四流化床反应器173

任务一认识流化床反应器的结构176

一、流化床反应器的基本结构177

二、气体分布板180

三、旋风分离器182

四、内过滤器184

任务二学习流化床反应器内的流体流动185

一、流态化现象186

二、流化床压降186

三、不正常流化现象188

四、流化速度189

任务三熟悉流化床反应器的传质传热过程195

一、流化床反应器的传质过程195

二、流化床反应器中的传热198

任务四流化床反应器的计算201

一、流化床反应器结构尺寸的计算202

二、流化床反应器内部构件的计算203

任务五流化床反应器的仿真操作211

一、生产原理211

二、工艺流程211

三、操作过程212

分析与思考215

任务六流化床反应器的实训215

一、实训目的216

二、实训原理216

三、实训流程216

四、实训操作217

知识点归纳218

自测练习220

主要符号222

项目五气液相反应器223

任务一认识气液相反应器的结构225

一、鼓泡塔反应器226

二、鼓泡管反应器227

三、搅拌釜式反应器228

四、膜式反应器228

任务二学习鼓泡塔反应器的流体流动230

一、鼓泡塔内的流动过程231

二、气泡尺寸231

三、气含率232

四、气泡浮升速度233

五、气体压降233

六、比相界面积233

任务三熟悉鼓泡塔反应器的传质传热234

一、鼓泡塔反应器的传质过程234

二、鼓泡塔反应器的传热过程235

任务四鼓泡塔反应器的计算237

一、鼓泡塔反应器体积的计算237

二、反应器结构尺寸的计算239

三、鼓泡塔反应器的数学模型法240

任务五鼓泡塔反应器的仿真操作244

一、生产原理244

二、生产工艺244

三、操作规程247

分析与思考250

任务六鼓泡塔反应器的实训250

一、实训目的251

二、实训原理251

三、实训装置251

四、实训操作252

五、实训数据处理254

六、思考题254

知识点归纳255

自测练习256

主要符号257

项目六其他类型反应器259

任务一了解气液固三相反应器259

一、气液固三相反应器的类型259

二、滴流床三相反应器261

三、淤浆鼓泡反应器262

任务二了解生化反应器263

一、生化反应器的类型263

二、机械搅拌式反应器264

三、气升式反应器264

四、其他型式的生化反应器264

任务三了解电化学反应器265

一、电化学反应器的特点及分类265

二、常用结构的电化学反应器267

任务四了解聚合反应器268

一、聚合反应器的类型268

二、常用聚合反应器268

三、特殊型式聚合反应器269

知识点归纳270

自测练习271

附录高等数学常用微积分公式272

参考文献273

 

前言

《化工反应原理与设备》依据国家高职化工类专业教学标准的要求编写，自2009年7月版出版以来，经过各中高职院校的使用获得好评，荣获第十届中国石油和化学工业优秀出版物奖（教材奖）一等奖。2015年，在版的基础上，增加了不同工业反应器的典型工作案例，以提高学生对反应器工作过程的感性认识，修订出版了第二版。第二版得到了更多读者的认可和好评，并被评为“十二五”职业教育国家规划教材。

根据国家颁布的高职化工类专业教学标准要求，以及适应高职扩招的大形势下的生源情况，编者对教材进行了第三次修订。

第三版教材的特点如下：

1.仍按照项目化模式编排，进一步将知识体系颗粒化、碎片化，以工作任务的形式呈现；在每个项目中，同时设计了仿真操作和现场技能操作，充分利用实训设备，强化技能训练，将“教、学、做”融为一体。

2.将第二版教材中的“模块一基础知识”进一步拆分细化，把反应器内流体流动部分的内容融入特定的反应器中，便于学生在特定情况下学习流动模型，更加直观，使人印象深刻。

3.适应当下信息化教学的新形势，配套建设了动画、微课等丰富的数字化资源，以二维码的形式插入书中，读者可随时扫码观看、学习。

4.以拓展知识的形式延伸课程中较难的知识点，为学生的提升和发展预留空间。同时结合“思政筑魂”“文化育人”，将德育与专业课程学习有机结合，精选与专业相关的工业文化、专业文化、行业企业文化知识融入书中，培养学生的职业精神和职业素养。

本书由兰州石化职业技术学院李倩、刘兴勤主编，杨西萍主审。本次修订，知识储备、项目一、项目二由李倩修订，项目三、项目六由刘兴勤修订，项目四、项目五由兰州石化职业技术学院展宗瑞修订，各反应器项目中的技能训练部分由兰州石化公司乙烯厂谈存伟高级工程师修订。此次修订过程中，兰州石化职业技术学院魏刚、何小荣等老师也提供了大量帮助，在此一并表示感谢。

由于编者水平所限，书中不足之处在所难免，恳请广大师生和读者批评指正！

编者

2021年3月

版前言

随着我国高等职业教育的迅速发展，教育部、财政部制定了《关于实施国家示范性高等职业院校建设计划，加快高等职业教育改革与发展的意见》，同时确定了“国家示范性高等职业院校建设”方案。兰州石化职业技术学院石油化工专业入选了全国批高职高专示范性专业建设。 根据高职高专示范性专业建设的要求，由专业教师和企业技术专家共同研究提出了石油化工生产技术专业高技能人才培养方案，按照石油化工生产流程，重构了课程体系，制订出了基于石油化工生产过程为主导的高技能人才培养专业教学计划。根据专业教学计划，在新的课程体系建设中，提出了按照石油化工流程设置能力课程体系框架的设想，并按照化工职业标准能力的构成，进行了专业课程体系设置。“化工反应原理与设备”这门课程就是在此基础上将原化学反应工程、化工设备基础等课程的核心知识点进行重组整合，构建成更加符合化工反应工艺操作技能和相关设备维护技能训练要求的一门实用型课程。

根据石油化工生产高技能人才培养专业教学计划的要求，在本书中，我们把化工生产过程中所用到的反应器的内容进行整合。首先介绍反应器计算过程中的理论知识，以“简单、够用”为原则，对基本概念的阐述较为详细，简化繁杂的数学运算；然后以反应器的结构为主线，分别介绍各类反应器的基本结构、特点、工业应用、简单工艺计算及设备维护等内容。为了突出实践技能的培养，在各反应器模块的介绍中，增加了反应器的日常运行操作特点、反应器的仿真实训和反应器的实际操作等内容，进一步体现了工学结合的教学特点。同时，在每个模块前设有学习目标要求，模块后设有本模块知识点归纳和自测练习，以使学生能够更好地理解各模块的知识点，掌握各模块的基本内容。由于各院校的专业不同，教学目标和教学课时不同，毕业生的去向不同等，各院校可根据自身实际情况对教材的内容进行取舍。为方便教学，本书配有电子课件，使用本教材的学校可以与化学工业出版社联系([email protected]),免费索取。

本书由兰州石化职业技术学院杨西萍主编，辽宁石化职业技术学院周波主审。其中，模块一、模块二、模块六由杨西萍编写；模块三和模块七由天津渤海职业技术学院孙玉春编写；模块四由辽宁石化职业技术学院雷振友编写；模块五由南京化工职业技术学院刘健编写。兰州石化职业技术学院何小荣、魏刚、袁科道等对本书的编写提供了大量的帮助，同时在编写过程中还得到了化学工业出版社、东方仿真公司及各编者所在学院的大力支持，在此一并表示衷心的感谢。

由于编者水平所限，教材中难免会有不足之处，希望使用本书的院校及广大读者给予批评指正。

编者

2009年4月

第二版前言

《化工反应原理与设备》是国家示范性高职院校建设规划教材，是根据化工、石油化工生产所需的高技能人才培养方案教学计划的要求而编写。书中主要介绍了化工生产过程中常用的各类反应器的特点、结构、工业应用、设计选型以及日常运行和操作。该教材2009年7月出版后，经过各中高职院校的使用，获得好评，荣获第十届中国石油和化学工业优秀出版物奖（教材奖）一等奖。第二版被教育部评定为“十二五”职业教育国家规划教材。

一本教材的读者是学生,教材的编写要从学生的角度出发，用心体验学生对问题的理解能力，以学生为本。因此，根据教材出版后的使用过程中出现的问题及各院校提出的要求，同时为了更好地体现职业教育特色，符合工学结合人才培养要求，突出产教结合的开发要求，我们在版的基础上，对教材进行了修订。修订的主要内容如下：

1.新增加了石油化工生产过程中的反应器作为教学案例。通过对实际生产案例的阐述，使学生更好地掌握主要反应器的基本理论和简单工艺计算方法，以及设备操作与维护的基本技能，并学会分析和排除主要生产故障，初步了解工作过程的特点，为今后从事操作工作打下较为扎实的基础。

2.进行部分整合，基本概念力求清晰，突出课程的重点和难点，增加部分习题及例题，便于学生学习。如：原教材“模块一基础知识”中，介绍了化工反应过程中所用到的所有的动力学基本知识，在教学中发现，由于内容太多，又比较抽象，学生理解起来非常难，导致学生失去了学习兴趣。因此，在这次修订中，模块一中只介绍基本的动力学方程，使学生对动力学有简单的概念，其他的动力学内容放在与之对应的反应器模块中介绍。这样循序渐进，既可以提高学生的兴趣，又不至于使学生产生畏难情绪。

3.新增加了附录，在附录中给出了教材中用到的基本的高等数学公式，以便学生在学习时查阅。这主要是为了尽量消除学生在学习过程中由于数学能力的局限，导致对课程的理解及在计算中遇到困难。

此次修订，主要由兰州石化职业技术学院杨西萍和李倩完成，其中模块一、模块二、模块六和模块七由杨西萍修订；模块三、模块四、模块五由李倩修订；各反应器模块中的“项目四技能训练”由兰州石化乙烯厂谈存伟高级工程师修订。在此次修订过程中，兰州石化职业技术学院何小荣、魏刚、展宗瑞等老师也提供了大量的帮助，同时在修订过程中还得到了化学工业出版社、东方仿真公司及编者所在地石化企业的大力支持，在此一并表示衷心的感谢。

由于编者水平所限，教材中难免会有不足之处，恳请广大师生和读者批评指正，并深表感谢。

编者

2015年5月