催化反應(yīng)器工程

1 1引言1

2 1引言39

3 1引言116

4 1引言151

5 1可溶性酶催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)224

6 1電催化和電極動(dòng)力學(xué)280

6 1 1引言280

6 1 2電化學(xué)系統(tǒng)281

6 1 3電催化熱力學(xué)和電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)282

6 1 4電極反應(yīng)系統(tǒng)285

6 1 5多孔催化電極系統(tǒng)289

6 2燃料電池和蓄電池中的電催化299

6 2 1旁流背進(jìn)式Br2/Br-多孔電極299

6 2 2DMFC Pt"_blank" href="/item/宏觀動(dòng)力學(xué)/12712675" data-lemmaid="12712675">宏觀動(dòng)力學(xué)302

6 2 3多孔電極的多尺度分析312

6 2 4鋰離子蓄電池正極多尺度分析319

6 3電催化有機(jī)合成反應(yīng)324

6 3 1循環(huán)流動(dòng)填充床電催化有機(jī)合成反應(yīng)324

6 3 2硝基苯電還原制對(duì)氨基苯酚PBEDR實(shí)例329

6 3 3填充床電極的理論330

6 4光催化反應(yīng)工程及其反應(yīng)器335

6 4 1引言335

6 4 2半導(dǎo)體光催化反應(yīng)熱力學(xué)337

6 4 3半導(dǎo)體光催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)341

6 4 4太陽(yáng)能光催化水處理反應(yīng)器347

參考文獻(xiàn)3532100433B

《催化反應(yīng)器工程》內(nèi)容簡(jiǎn)介：催化在綠色化學(xué)和低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著很重要的作用，而催化反應(yīng)工程則對(duì)節(jié)能降耗減排作出直接的貢獻(xiàn)。本書(shū)作為《催化反應(yīng)工程基礎(chǔ)》一書(shū)的后續(xù)部分,介紹了催化反應(yīng)器工程、結(jié)構(gòu)催化劑和結(jié)構(gòu)反應(yīng)器、蜂窩獨(dú)居石催化劑和反應(yīng)器、酶和生物催化動(dòng)力學(xué)及其反應(yīng)器、電催化和光催化動(dòng)力學(xué)分析和反應(yīng)器等內(nèi)容。

全書(shū)共分6章,分別討論了工業(yè)主要?dú)夤虄上啻呋磻?yīng)器的模型和重要設(shè)計(jì)參數(shù)以及相關(guān)的設(shè)計(jì)問(wèn)題；氣液固三相催化反應(yīng)器內(nèi)的流體力學(xué)傳質(zhì)傳熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)、反應(yīng)器模型以及重要設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方法；結(jié)構(gòu)催化劑和結(jié)構(gòu)催化反應(yīng)器蜂窩獨(dú)居石（陶瓷基和金屬基）催化劑和反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、特點(diǎn)、制備技術(shù)，以及它們的重要工業(yè)應(yīng)用——汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器和煙道氣脫除污染氣體;酶和生物催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及其反應(yīng)器設(shè)計(jì);電催化過(guò)程動(dòng)力學(xué)和光催化過(guò)程動(dòng)力學(xué)以及它們實(shí)際應(yīng)用中的反應(yīng)器。

該書(shū)力求詳細(xì)介紹催化反應(yīng)器工程的重要內(nèi)容，為使讀者易于掌握和實(shí)際應(yīng)用,收集了大量實(shí)際例子。用較大的篇幅介紹催化反應(yīng)工程中快速發(fā)展的新領(lǐng)域，特別是結(jié)構(gòu)催化劑和結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的重點(diǎn)——蜂窩獨(dú)居石催化劑和反應(yīng)器，以及酶和生物催化動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)器和電、光催化反應(yīng)的特殊動(dòng)力學(xué)處理。因此本書(shū)可以作為高等學(xué)?；瘜W(xué)和化工及相關(guān)專業(yè)高年級(jí)本科生、研究生和教師的重要參考書(shū)，也是在相關(guān)企業(yè)從事工業(yè)催化反應(yīng)過(guò)程研究開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的科技人員和操作管理人員的重要參考書(shū)。

流化床催化反應(yīng)器是一種由殼體、氣體分布裝置、換熱裝置、氣固分離裝置、內(nèi)部構(gòu)件以及催化劑顆粒的加入和卸出裝置等組成的反應(yīng)器。殼體一般做成圓柱形，也有做成圓錐形的。反應(yīng)氣體從進(jìn)氣管進(jìn)入反應(yīng)器，經(jīng)氣體分布板進(jìn)入床層。

顧名思義氣體分布板的作用是為了使氣體分布均勻，分布板的設(shè)計(jì)必須保證不漏料也不堵塞，且安裝方便。床層設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件(可以是擋板或擋網(wǎng)) 的目的在于打碎氣泡，改善氣固接觸和減小返混，流化床反應(yīng)器的換熱裝置，可以將換熱器裝在床層內(nèi)，也可以在床層周圍裝設(shè)夾套，視熱負(fù)荷大小而定。2100433B

連續(xù)換熱研究背景

反應(yīng)器是食品添加劑、芳香除臭劑、脂肪酸及其衍生物等行業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，是生產(chǎn)過(guò)程中一系列設(shè)備中的核心設(shè)備，反應(yīng)器的型式、尺寸大小等，在很大程度上決定著產(chǎn)量和質(zhì)量，因此反應(yīng)器的選型、設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇最優(yōu)化的操作條件，是化工生產(chǎn)中極為重要的課題。

反應(yīng)器多種多樣，根據(jù)結(jié)構(gòu)型式可分為塔式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器和釜式反應(yīng)器。根據(jù)操作方式可分為間歇、連續(xù)、半連續(xù)(或半間歇)三種方式。管式反應(yīng)器是應(yīng)用較多的一種連續(xù)操作反應(yīng)器，常用的管式反應(yīng)器有水平管式反應(yīng)器、立管式反應(yīng)器、盤(pán)管式反應(yīng)器和U形管式反應(yīng)器等型式。由于管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方、便耐高壓、傳熱面積大，特別適用于強(qiáng)烈放熱和加壓下的反應(yīng)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、節(jié)省動(dòng)力、生產(chǎn)能力高等特點(diǎn)，因此廣泛用于氣相、均液相、非均液相、氣液相、氣固相、固相等反應(yīng)。為保證式反應(yīng)器內(nèi)具有良好的傳熱與傳質(zhì)條件，使之接近于理想置換反應(yīng)器，一般要求流體在管內(nèi)作高速湍流運(yùn)動(dòng)。管式連續(xù)換熱催化反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容是：選擇合適的反應(yīng)器型式；確定最佳的工藝條件；計(jì)算需要的反應(yīng)器體積。設(shè)計(jì)計(jì)算中所應(yīng)用的基本方程式是物料衡算式、熱量衡算式和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式，反應(yīng)過(guò)程如有較大的壓力降并影響反應(yīng)速度時(shí)，還要加上動(dòng)量衡算式。管式連續(xù)換熱催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算也就是上述方程組的求解。

連續(xù)換熱物料衡算

由于反應(yīng)器內(nèi)溫度和反應(yīng)物濃度等參數(shù)隨空間或時(shí)間而變，化學(xué)反應(yīng)速度也隨之改變，因而必須選取上述參數(shù)不變的微元體積和微元時(shí)間作為物料衡算的空間基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)。

對(duì)理想管式流動(dòng)反應(yīng)器建立物料衡算式，可以得到理想管式流動(dòng)反應(yīng)器的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方程式。物料在管式流動(dòng)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行理想置換流動(dòng)時(shí)，物料衡算式有如下特點(diǎn)：

（1）物料流動(dòng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，反應(yīng)器內(nèi)各點(diǎn)物料濃度、溫度和反應(yīng)速度均不隨時(shí)間而變，故可取任意時(shí)間間隔進(jìn)行衡算。

（2）沿流動(dòng)方向物料濃度、溫度和反應(yīng)速度的改變。

（3）穩(wěn)定狀態(tài)下，微元時(shí)間、微元體積內(nèi)反應(yīng)物的積累量為零。

物料衡算式給出了反應(yīng)物濃度或轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)器內(nèi)位置或時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。

連續(xù)換熱熱量衡算

反應(yīng)均有顯著的熱效應(yīng)，因此隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，物系的溫度也有所變化，而溫度變化又會(huì)影響反應(yīng)速度，必須通過(guò)熱量衡算計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)各點(diǎn)溫度(或各個(gè)時(shí)間的溫度)，進(jìn)而確定該點(diǎn)(或該時(shí)間)的化學(xué)反應(yīng)速度。

與物料衡算一樣，應(yīng)選取溫度和濃度等參數(shù)不變的微元時(shí)間和微元體積為基準(zhǔn)。計(jì)算熱量時(shí)，同一熱量衡算式內(nèi)各項(xiàng)熱量應(yīng)取同一基準(zhǔn)溫度。

熱量衡算式給出了溫度隨反應(yīng)器內(nèi)位置或時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系式。物料衡算式、熱量衡算式和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式是相互依存、緊密聯(lián)系的。在物料衡算和熱量衡算聯(lián)立方程時(shí)，必須知道反應(yīng)器內(nèi)物料流動(dòng)混合狀況，因?yàn)?

流動(dòng)混合狀況影響著反應(yīng)器內(nèi)的濃度和溫度分布。生產(chǎn)實(shí)際中，細(xì)長(zhǎng)型的管式流動(dòng)反應(yīng)器，可以近似地看成理想置換反應(yīng)器。

連續(xù)換熱研究結(jié)論

進(jìn)行一個(gè)特定的化學(xué)反應(yīng)，采用數(shù)學(xué)模擬法完成反應(yīng)器的放大設(shè)計(jì)后，還需結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)通過(guò)對(duì)反應(yīng)器的性能進(jìn)行比較而選擇適宜的反應(yīng)器型式和操作方式。比較的依據(jù)為：第一，生產(chǎn)能力，即單位時(shí)間單位體積反應(yīng)器所能得到的產(chǎn)物量，也就是在得到同等產(chǎn)物量時(shí)所需反應(yīng)器體積大小的比較。第二，反應(yīng)的選擇性，即主副反應(yīng)產(chǎn)物的比例。副產(chǎn)物的多少影響著原料的消耗量、分離流程的選擇及分離設(shè)備的大小，因此應(yīng)選擇能提高主反應(yīng)產(chǎn)物的操作方式。反應(yīng)的選擇性往往是復(fù)雜反應(yīng)的主要矛盾，采用數(shù)學(xué)模擬法可使這一反復(fù)過(guò)程變得相對(duì)簡(jiǎn)單些。 必須指出，采用數(shù)學(xué)模擬法并不是說(shuō)可以完全脫離實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相反，它需要更為精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模擬計(jì)算過(guò)程和結(jié)果正確性，只是需要的實(shí)驗(yàn)量較小。 2100433B