化学反应过程与设备

随着移动互联网、校园无线网络和移动终端设备的飞速发展，校园数字化、课堂云端化成为职业院校提升教学效率的重要手段。为此，*《教育信息化2.0行动计划》（教技\[2018\]6号）提出，要“优质资源班班通”和“网络学习空间人人通”实现提质增效，在“课堂用、经常用、普遍用”的基础上，形成“校校用平台、班班用资源、人人用空间”，为新时代教育教学信息化指明了方向。本次进行的《化学反应过程与设备》（第四版）的改版工作，在业已建成的化学反应过程与设备课程资源库基础上，通过充分利用移动互联网、移动终端设备与相关信息技术软件为读者提供更优质的学习内容、学习方式与交互环境。

本版教材继续沿用第三版教材的两条主线，一条是以化学反应器对应的职业岗位工作过程为主线，即反应器的选择（反应器的特征、应用和结构等）、反应器的设计（反应过程、反应器传热传质、反应动力学和反应器组合优化等）、反应器的操作与控制（反应器的开停车操作要点、反应器的常见故障等）；另一条是以化学反应器的物料相态为主线，即均相反应器（间歇操作釜式反应器、连续操作釜式反应器和管式反应器）、气固相反应器（固定床反应器、流化床反应器和其他气固相反应器）、气液相反应器（鼓泡塔反应器、喷淋塔反应器和其他气液相反应器）。通过这两条脉络清晰的内容编排，既确保了化学反应器相关知识体系的完整性，又突出了教学过程与生产过程的有效对接，契合了以“突出能力目标、职业活动导向、学生主体、项目载体、任务驱动、素质特色、融教学做一体化”为特征的教学理念，符合基于职业岗位工作过程知识、能力与素质的要求，保障了化工生产反应器操作与控制能力培养目标的达成。

本版教材除对第三版教材的部分内容优化外，增加了催化剂制备、固定床反应器和流化床反应器计算等新内容。另外结合反应器前沿技术，还增加了微反应器的内容。微反应器的内容依据其所在均相反应、气固相反应及气液相反应的应用进行了编排。通过多个实例介绍了微反应器的结构组成、固体催化剂使用方式以及微反应器中的反应器放大方法。

本版教材中增加了课程资源二维码，读者可以使用移动终端获取教材配套资源和拓展内容（微课、动画、自测题等）。通过配套的操作动画、自测题以及富媒体教材自带的多种功能，可以让学生在使用本教材过程中，深入体会教材内容的内在逻辑性和一些实操环节的操作要领，从而提升学习体验与效果。

本教材内容深入浅出，内容实用性强，配套学习资源丰富，可供高职高专院校化工技术类、制药技术类、环境保护类、生物技术类等专业学生使用，也可供化工企业职工自学或岗位培训使用。

本教材由常州工程职业技术学院陈炳和教授、南京科技职业学院许宁教授主编，常州工程职业技术学院刘承先教授、扬子石化股份有限公司化工厂秦建元总工程师主审。其中，任务1～8、11、17、知识拓展及技术前沿由陈炳和、程进编写；任务12～16由许宁和于荟编写；任务9、任务10、任务18～20、复习思考题、习题由陆敏编写；亚什兰（常州）化学有限公司丁国忠高级工程师编写了反应精馏技术、热管反应器、固定床和流化床反应器安装要点，提供了教材编写的工业案例。在教材编写过程中，常州工程职业技术学院领导以及樊亚娟、文艺、伍士国等给予了帮助和支持，在此一并表示衷心感谢。

由于编者学术水平与实践经验有限，教材中不妥之处在所难免，恳请广大教师和读者提出宝贵意见，以便能不断提升教材质量，提供给读者更好的学习体验。

编者

2020年2月

《化学反应过程与设备》（第四版）根据化工技术类专业的课程标准编写。全书设三个项目：均相反应器、气固相反应器和气液相反应器的选择、设计、操作和控制。本书通过化工生产中反应器选择、设计、操作和控制的实际工作过程揭示工业反应器的共同规律。本版在第三版基础上修订，内容作了适当的调整与增减，项目设置按实际工作过程展开，增加了大量资源素材，补充了微反应器及相关新技术、新设备、新工艺内容，引入反应器选择、设计、安装、操作与控制、事故判断与处理等工业案例，增加了例题的相关技术背景，丰富了习题等。本书配有微课、动画、自测题等丰富的线上资源、读者可扫描封底勒口与各任务标题处的二维码获取。

《化学反应过程与设备》（第四版）可作为高等职业教育化工技术类相关专业(无机化工、有机化工、精细化工、高分子化工、石油加工、生物化工、医药化工、环保工程、化学制药等)教材，也可供有关部门的科研及生产一线技术人员阅读参考，同时也可作为企业职工培训用书。

《化学反应过程与设备》（第四版）根据化工技术类专业的课程标准编写。全书设三个项目：均相反应器、气固相反应器和气液相反应器的选择、设计、操作和控制。本书通过化工生产中反应器选择、设计、操作和控制的实际工作过程揭示工业反应器的共同规律。本版在第三版基础上修订，内容作了适当的调整与增减，项目设置按实际工作过程展开，增加了大量资源素材，补充了微反应器及相关新技术、新设备、新工艺内容，引入反应器选择、设计、安装、操作与控制、事故判断与处理等工业案例，增加了例题的相关技术背景，丰富了习题等。本书配有微课、动画、自测题等丰富的线上资源、读者可扫描封底勒口与各任务标题处的二维码获取。

《化学反应过程与设备》（第四版）可作为高等职业教育化工技术类相关专业(无机化工、有机化工、精细化工、高分子化工、石油加工、生物化工、医药化工、环保工程、化学制药等)教材，也可供有关部门的科研及生产一线技术人员阅读参考，同时也可作为企业职工培训用书。

陈炳和，1958年出生，江苏省金坛人。国家开放大学石油和化工学院副院长、常州工程职业技术学院原副院长、二级教授。长期从事化工职业教育工作，主讲化学反应过程与设备课程二十余年。创新建设了生产性化工实训基地，首创全国石油和化工职业院校学生技能大赛，推行项目化教学改革试点，主持完成专业教学资源库《反应器操作与控制》建设。主编《化学反应过程与设备》版至第四版教材，该教材先后被评为“十一五”“十二五”国家规划教材和国家精品教材。

社会兼职：曾任*高等学校高职高专院校化工技术类专业教学指导委员会委员，全国石油和化工职业教育教学指导委员会委员，全国高职化工技术类专业委员会主任，全国石油和化工职业院校学生技能大赛总监察长，中国化工教育协会化工区协作组组长。

主要荣誉：2009年高等教育教学成果一等奖主持人，2009年江苏省高等学校教学名师，2011年江苏省高等教育教学成果一等奖主持人，2013年江苏省有突出贡献的中青年专家，2014年职业教育教学成果二等奖主持人。

本书思维导图/1

本书学目标与使用说明/2

在线课程介绍/3

项目一均相反应器选择、设计、操作与控制

任务1均相反应器选择/4

工作任务/4

技术理论/4

1.1釜式反应器应用与分类/5

1.2釜式反应器结构/7

1.3管式反应器应用与分类/12

1.4管式反应器结构/13

任务实施/15

1.5均相反应器选择/15

知识拓展/16

任务2间歇操作釜式反应器设计/18

工作任务/18

技术理论/18

2.1反应器流动模型/18

2.2均相反应动力学基础/21

2.3反应器设计基本内容和基本方程/35

任务实施/37

2.4间歇操作釜式反应器体积和数量计算/37

2.5间歇操作釜式反应器动力学计算法/39

2.6间歇操作釜式反应器直径和高度的计算/43

2.7设备之间的平衡/43

知识拓展反应精馏的特点、适用范围及工艺要求/45

任务3连续操作釜式反应器设计/46

工作任务/46

技术理论/46

3.1单个连续操作釜式反应器设计/46

3.2多个串联连续操作釜式反应器设计/48

知识拓展半间歇操作釜式反应器/52

任务4釜式反应器配套设施设计与选择/55

工作任务/55

任务实施/55

4.1搅拌装置设计与选型/55

4.2釜式反应器换热装置的设计与选择/62

知识拓展恒温间歇操作釜式反应器的放热规律/69

任务5连续操作管式反应器设计/71

工作任务/71

技术理论/71

5.1基础设计方程/71

任务实施/72

5.2恒温恒容管式反应器设计/72

5.3恒温变容管式反应器设计/73

5.4绝热连续操作管式反应器设计/74

任务6均相反应器设计与操作优化/76

工作任务/76

任务实施/76

6.1简单反应的反应器生产能力比较/77

6.2复杂反应选择性比较/83

任务7常压间歇釜式反应器操作与控制/86

工作任务/86

技术理论/86

7.1工艺流程简述/86

任务实施/87

7.2常压间歇釜式反应器的操作与控制/87

7.32-巯基苯并噻唑用反应釜常见异常现象及处理/89

任务8高压间歇釜式反应器操作与控制/90

工作任务/90

实践操作/90

8.1原理及流程简述/90

任务实施/91

8.2高压间歇釜式反应器操作与控制/91

知识拓展釜式反应器调试与验收/94

任务9连续操作釜式反应器操作与控制/95

工作任务/95

技术理论/95

9.1连续操作釜式反应器稳定操作/95

任务实施/100

9.2聚乙烯搅拌釜操作与控制/100

9.3釜式反应器故障处理及维护要点/102

知识拓展釜式反应器的温度控制/104

任务10连续操作管式反应器操作与控制/107

工作任务/107

技术理论/107

10.1原理及流程简述/107

任务实施/108

10.2水合反应器操作与控制/108

10.3水合反应器常见异常现象的原因及处理方法/110

10.4管式反应器常见故障与维护要点/111

技术前沿/113

项目一思考与复习/116

项目二气固相反应器选择、设计、操作与控制

任务11气固相反应器选择/120

工作任务/120

技术理论/120

11.1固定床反应器特点与结构/121

11.2流化床反应器特点与结构/127

任务实施/131

11.3气固相催化反应器选择/131

知识拓展/131

任务12固定床反应器设计/133

工作任务/133

技术理论/133

12.1固体催化剂基础知识/133

12.2气固相催化反应动力学基础/148

任务实施/156

12.3固定床反应器设计/156

任务13流化床反应器设计/172

工作任务/172

技术理论/172

13.1流态化基本概念/172

13.2流化床反应器传质/182

13.3流化床反应器传热/183

任务实施/184

13.4流化床反应器设计/184

任务14固定床反应器操作与控制/192

工作任务/192

技术理论/192

14.1催化剂使用/192

14.2固定床反应器操作与控制要点/202

任务实施/205

14.3乙苯脱氢反应器操作与控制/205

知识拓展计算机集散控制操作/210

任务15流化床反应器操作与控制/212

工作任务/212

技术理论/212

15.1流化床反应器操作与控制要点/212

任务实施/215

15.2本体聚合流化床反应器的操作与控制/215

15.3流化床反应器中常见的异常现象及处理方法/220

知识拓展化工生产中开、停车的一般要求/221

技术前沿/224

项目二思考与复习/227

项目三气液相反应器选择、设计、操作与控制

任务16气液相反应器选择/230

工作任务/230

技术理论/230

16.1气液相反应器种类和工业应用/231

16.2鼓泡塔反应器结构/234

16.3填料塔反应器结构/236

任务实施/239

16.4气液相反应器选择/239

知识拓展其他反应器简介/240

任务17鼓泡塔反应器设计/249

工作任务/249

技术理论/249

17.1气液相反应动力学基础/249

17.2鼓泡塔传递特性/254

任务实施/258

17.3鼓泡塔反应器设计/258

任务18填料塔反应器设计/263

工作任务/263

技术理论/263

知识拓展反应器设计要点/264

任务19鼓泡塔反应器操作与控制/266

工作任务/266

技术理论/266

19.1烃化塔操作与控制/266

任务实施/267

19.2鼓泡塔反应器常见故障

处理与维护要点/271

任务20填料塔反应器操作与控制/273

工作任务/273

技术理论/273

20.1二氧化碳接触塔操作与控制/273

任务实施/274

20.2填料塔反应器常见故障处理与维护要点/278

知识拓展化工装置操作规程和岗位操作法/279

技术前沿/284

项目三思考与复习/288

本书符号说明/291

参考文献/294

《化学反应过程与设备》（第四版）根据化工技术类专业的课程标准编写。全书设三个项目：均相反应器、气固相反应器和气液相反应器的选择、设计、操作和控制。本书通过化工生产中反应器选择、设计、操作和控制的实际工作过程揭示工业反应器的共同规律。本版在第三版基础上修订，内容作了适当的调整与增减，项目设置按实际工作过程展开，增加了大量资源素材，补充了微反应器及相关新技术、新设备、新工艺内容，引入反应器选择、设计、安装、操作与控制、事故判断与处理等工业案例，增加了例题的相关技术背景，丰富了习题等。本书配有微课、动画、自测题等丰富的线上资源、读者可扫描封底勒口与各任务标题处的二维码获取。

《化学反应过程与设备》（第四版）可作为高等职业教育化工技术类相关专业(无机化工、有机化工、精细化工、高分子化工、石油加工、生物化工、医药化工、环保工程、化学制药等)教材，也可供有关部门的科研及生产一线技术人员阅读参考，同时也可作为企业职工培训用书。

陈炳和，1958年出生，江苏省金坛人。国家开放大学石油和化工学院副院长、常州工程职业技术学院原副院长、二级教授。长期从事化工职业教育工作，主讲化学反应过程与设备课程二十余年。创新建设了生产性化工实训基地，首创全国石油和化工职业院校学生技能大赛，推行项目化教学改革试点，主持完成专业教学资源库《反应器操作与控制》建设。主编《化学反应过程与设备》版至第四版教材，该教材先后被评为“十一五”“十二五”国家规划教材和国家精品教材。

社会兼职：曾任*高等学校高职高专院校化工技术类专业教学指导委员会委员，全国石油和化工职业教育教学指导委员会委员，全国高职化工技术类专业委员会主任，全国石油和化工职业院校学生技能大赛总监察长，中国化工教育协会化工区协作组组长。

主要荣誉：2009年高等教育教学成果一等奖主持人，2009年江苏省高等学校教学名师，2011年江苏省高等教育教学成果一等奖主持人，2013年江苏省有突出贡献的中青年专家，2014年职业教育教学成果二等奖主持人。