化学反应工程原理（（美）H. 斯科特·福格勒 ）（第六版）（英文原版影印）

图书标准信息

• 作者 [美]H. 斯科特·福格勒 著
• 出版社 化学工业出版社
• 出版时间 2023-02
• 版次 1
• ISBN 9787122419767
• 定价 259.00元
• 装帧 精装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 1.024页
• 字数 1.644千字

【内容简介】

国外名校名著《化学反应工程原理》（第六版）是密歇根大学H. Scott Fogler教授所著的国际经典教材。本书是原著第六版的影印版，讲述了化学反应工程的基本概念、理论体系和研究方法，以推理的方式逐章拓展知识内容，涵盖了理想反应器、非均相催化、停留时间分布理论等内容。全书逻辑清晰，图文并茂，例题和习题丰富，配有内容多样的网络教学资源。著者在最新版教材的每一章末增加了化工过程安全相关内容。为适应国内教学需要，方便学生自学，本书配备了清华大学国家级一流本科课程“反应工程基础”的教学课件（扫描章首二维码查看），总结了原著的重要知识点，并补充了一些典型案例，可以帮助学生更好地预习和复习，对各高校的授课教师也是有益的教学辅助资料。本书翻译了各章章首“Overview”部分，以便读者更清晰地了解各章主要内容与脉络。 国外名校名著《化学反应工程原理》（第六版）可作为化工类专业本科生和研究生教材，也可供有关研究人员和工程技术人员参考。

【作者简介】

H. Scott Fogler是密歇根大学安娜堡分校（University of Michigan in Ann Arbor）化学工程专业的Ame and Catherine Vennema和Arthur F. Thurnau教授。他被公认为2020年密歇根大学杰出教授，曾任美国化学工程师协会（AIChE）主席（2009年），该协会是一个拥有50000名成员的组织。他在伊利诺伊大学（University of Illinois）获得学士学位，在科罗拉多大学（University of Colorado）获得硕士和博士学位。他还编写了《化学反应工程精选》（第二版）（Essentials of Chemical Reaction Engineering），与Steven Leblanc和Benjamin Rizzo合著了《创新性问题解决方法》（第三版）（Strategies for Creative Problem Solving）。Fogler教授的研究领域包括多孔介质中的流动和反应、蜡和沥青质沉积、沥青质絮凝动力学、凝胶动力学、胶体现象和催化溶解。他曾担任49名博士生的导师，并在这些领域发表了250多篇论文。Fogler教授曾任ASEE化学工程部主席、美国化学工程师协会主席，并因其对化学工程教育的贡献而获得美国化学工程师协会颁发的Warren K. Lewis奖。他还获得了美国化学品制造商协会颁发的国家催化剂奖、化学研究委员会（CCR）颁发的2010年Malcom E. Pruitt奖，以及AIChE颁发的2019年Van Antwerpen奖。他被授予12项讲座学者荣誉职务，也是《能源与燃料》期刊的副主编。2016年4月15日，Scott接受了西班牙洛维拉·依维尔基里大学（Universitat Rovira i Virgili）荣誉博士学位。Dedicated toJanet Meadors FoglerFor her companionship, encouragement,sense of humor, love, and support throughout the years

【目录】

第1章 MOLE BALANCES 

摩尔衡算 1 

1.1 The Rate of Reaction，－rA 

反应速率 －rA　　4 

1.2 The General Mole Balance Equation (GMBE) 

通用摩尔衡算方程（GMBE）　　8 

1.3 Batch Reactors (BRs) 

间歇反应器（BRs）　　10 

1.4 Continuous-Flow Reactors 

连续流动反应器　　12 

1.4.1　Continuous-Stirred Tank Reactor (CSTR) 

全混釜（CSTR）　　12 

1.4.2　Tubular Reactor 

管式反应器　　14 

1.4.3　Packed-Bed Reactor (PBR) 

填充床反应器（PBR） 　　18 

1.4.4　Well-Mixed “Fluidized” Catalytic Bed Reactor 

全混“流化”催化反应器　　20 

1.5 Industrial Reactors 

工业反应器　　24 

1.6 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety1 (AWFOS-S1 Safety) 

安全案例1——学习过程安全的重要性　　25 

1.6.1　What Is Chemical Process Safety 

什么是化学过程安全　　25 

1.6.2　Why Study Process Safety 

为什么研究过程安全　　25 

第2章 CONVERSION AND REACTOR SIZING 

转化率和反应器尺寸 35 

2.1 Definition of Conversion 

转化率的定义　　36 

2.2 Batch Reactor Design Equations 

间歇反应器设计方程　　36 

2.3 Design Equations for Flow Reactors 

流动反应器设计方程　　39 

2.3.1　CSTR (Also Known as a Backmix Reactor or a Vat) 

全混釜（CSTR，一种返混或釜式反应器）　　40 

2.3.2　Tubular Flow Reactor (PFR) 

管式反应器（PFR） 　　40 

2.3.3　Packed-Bed Reactor (PBR) 

填充床反应器（PBR）　　41 

2.4 Sizing Continuous-Flow Reactors 

确定连续流动反应器尺寸　　42 

2.5 Reactors in Series 

反应器串联　　51 

2.5.1　CSTRs in Series 

全混釜串联　　52 

2.5.2　PFRs in Series 

平推流反应器串联　　56 

2.5.3　Combinations of CSTRs and PFRs in Series 

全混釜和平推流反应器串联　　57 

2.5.4　Comparing the CSTR and PFR Volumes and Reactor Sequencing 

比较全混釜和平推流反应器的尺寸以及反应器顺序　　61 

2.6 Some Further Definitions 

其他定义　　62 

2.6.1　Space Time 

空时　　62 

2.6.2　Space Velocity 

空速　　64 

2.7 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 2(AWFOS-S2 The NFPA Diamond) 

安全案例2——NFPA标签　　66 

第3章 RATE LAWS 

速率方程 75 

3.1 Basic Definitions 

基本定义　　76 

3.1.1　Relative Rates of Reaction 

相对反应速率　　77 

3.2 The Rate Law 

速率方程　　78 

3.2.1　Power Law Models and Elementary Rate Laws 

幂函数模型和基元反应速率方程　　79 

3.2.2　Nonelementary Rate Laws 

非基元反应速率方程　　82 

3.2.3　Reversible Reactions 

可逆反应　　86 

3.3 The Reaction-Rate Constant 

反应速率常数　　89 

3.3.1　The Rate Constant k and Its Temperature Dependence 

速率常数k和温度效应　　89 

3.3.2　Interpretation of the Activation Energy 

活化能的解释　　90 

3.3.3　The Arrhenius Plot 

阿伦尼乌斯公式　　96 

3.4 Molecular Simulations 

分子模拟　　100 

3.4.1　Historical Perspective 

历史回顾　　100 

3.4.2　Stochastic Modeling of Reactions 

反应的随机模型　　101 

3.5 Present Status of Our Approach to Reactor Sizing and Design 

反应器尺寸计算和设计的方法　　103 

3.6 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 3(AWFOS-S3 The GHS Diamond) 

安全案例3——GHS标签　　104 

第4章 STOICHIOMETRY 

化学计量关系 117 

4.1 Batch Reactors (BRs) 

间歇反应器（BRs）　　119 

4.1.1　Batch Concentrations for the Generic Reaction, Equation (2-2) 

常见反应的浓度关系式（2-2）　　121 

4.2 Flow Systems 

流动系统　　125 

4.2.1　Equations for Concentrations in Flow Systems 

流动系统浓度方程　　126 

4.2.2　Liquid-Phase Concentrations 

液相浓度　　126 

4.2.3　Gas-Phase Concentrations 

气相浓度　　127 

4.3 Reversible Reactions and Equilibrium Conversion 

可逆反应和平衡转化率　　138 

4.4 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 4(AWFOS-S4 The Swiss Cheese Model) 

安全案例4——瑞士奶酪模型　　143 

第5章 ISOTHERMAL REACTOR DESIGN: CONVERSION 

等温反应器设计：转化率 155 

5.1 Design Structure for Isothermal Reactors 

等温反应器的设计架构　　156 

5.2 Batch Reactors (BRs)  

间歇反应器（BRs）　　160 

5.2.1　Batch Reaction Times 

间歇反应器反应时间　　161 

5.3 Continuous-Stirred Tank Reactors (CSTRs) 

全混釜（CSTRs）　　168 

5.3.1　A Single CSTR 

单个全混釜　　168 

5.3.2　CSTRs in Series 

全混釜串联　　171 

5.4 Tubular Reactors 

管式反应器　　178 

5.4.1　Liquid-Phase Reactions in a PFR υ = υ0 

平推流反应器中的液相反应υ = υ0　　179 

5.4.2　Gas-Phase Reactions in a PFR [υ = υ0 (1   εX) (T/T0)(P0/P)] 

平推流反应器中的气相反应 [υ = υ0 (1   εX) (T/T0)(P0/P)] 　　180 

5.4.3　Effect of ε on Conversion 

ε对转化率的影响　　180 

5.5 Pressure Drop in Reactors 

反应器中的压降　　185 

5.5.1　Pressure Drop and the Rate Law 

压降和速率方程　　185 

5.5.2　Flow Through a Packed Bed 

填充床中的流动　　187 

5.5.3　Pressure Drop in Pipes 

管道中的压降　　191 

5.5.4　Analytical Solution for Reaction with Pressure Drop 

考虑压降的化学反应的解析解　　194 

5.5.5　Robert the Worrier Wonders: What If… 

Robert想知道，如果条件改变会发生什么　　198 

5.6 Synthesizing the Design of a Chemical Plant 

化工厂设计　　208 

5.7 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 5 (AWFOS-S5 A Safety Analysis of the Incident Algorithm) 

安全案例5——事故安全分析算法　　210 

第6章 ISOTHERMAL REACTOR DESIGN: MOLES AND MOLAR FLOW RATES 

等温反应器设计：物质的量和摩尔流率 229 

6.1 The Moles and Molar Flow Rate Balance Algorithms 

基于物质的量和摩尔流率的衡算方法　　230 

6.2 Mole Balances on CSTRs, PFRs, PBRs, and Batch Reactors 

全混釜、平推流、填充床和间歇反应器的摩尔衡算　　230 

6.2.1　Liquid Phase 

液相　　230 

6.2.2　Gas Phase 

气相　　232 

6.3 Application of the PFR Molar Flow Rate Algorithm to a Microreactor 

应用于微反应器的平推流反应器摩尔流率算法　　234 

6.4 Membrane Reactors 

膜反应器　　239 

6.5 Unsteady-State Operation of Stirred Reactors  

搅拌釜反应器的非稳态操作　　248 

6.6 Semibatch Reactors 

半间歇反应器　　249 

6.6.1　Motivation for Using a Semibatch Reactor 

使用半间歇反应器的目的　　249 

6.6.2　Semibatch Reactor Mole Balances 

半间歇反应器的摩尔衡算　　249 

6.6.3　Equilibrium Conversion 

平衡转化率　　255 

6.7 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 6 (AWFOS-S6 The BowTie Diagram) 

安全案例6——领结图　　256 

第7章 COLLECTION AND ANALYSIS OF RATE DATA 

反应速率数据的收集和分析 269 

7.1 The Algorithm for Data Analysis 

数据分析算法　　270 

7.2 Determining the Reaction Order for Each of Two Reactants Using the Method of Excess 

使用过量方法确定两个反应物的反应级数　　272 

7.3 Integral Method 

积分方法　　273 

7.4 Differential Method of Analysis 

微分方法　　277 

7.4.1　Graphical Differentiation Method 

图示微分方法　　278 

7.4.2　Numerical Method 

数值方法　　278 

7.4.3　Finding the Rate-Law Parameters 

确定速率方程参数　　279 

7.5 Nonlinear Regression 

非线性拟合　　284 

7.5.1　Concentration-Time Data 

浓度-时间数据　　287 

7.5.2　Model Discrimination 

模型辨别　　290 

7.6 Reaction-Rate Data from Differential Reactors 

基于微分反应器的反应速率数据　　290 

7.7 Experimental Planning 

实验计划　　297 

7.8 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 7 (AWFOS-S7 Laboratory Safety) 

安全案例7——实验室安全　　298 

第8章 MULTIPLE REACTIONS 

复合反应 309 

8.1 Definitions 

定义　　310 

8.1.1　Types of Reactions 

反应类型　　310 

8.1.2　Selectivity 

选择性　　311 

8.1.3　Yield  

收率　　312 

8.1.4　Conversion 

转化率　　313 

8.2 Algorithm for Multiple Reactions 

复合反应的算法　　313 

8.2.1　Modifications to the Chapter 6 CRE Algorithm for Multiple Reactions 

对第6章CRE算法的修正　　314 

8.3 Parallel Reactions 

平行反应　　316 

8.3.1　Selectivity 

选择性　　316 

8.3.2　Maximizing the Desired Product for One Reactant 

单一反应物体系目标产物最大化　　316 

8.3.3　Reactor Selection and Operating Conditions 

反应器选型和操作条件　　322 

8.4 Reactions in Series 

连串反应　　325 

8.5 Complex Reactions 

复杂反应　　335 

8.5.1　Complex Gas-Phase Reactions in a PBR 

填充床反应器中的复杂气相反应　　335 

8.5.2　Complex Liquid-Phase Reactions in a CSTR 

全混釜中的复杂液相反应　　339 

8.5.3　Complex Liquid-Phase Reactions in a Semibatch Reactor 

半间歇反应器中的复杂液相反应　　341 

8.6 Membrane Reactors to Improve Selectivity in Multiple Reactions 

利用膜反应器提高复合反应的选择性　　343 

8.7 Sorting It All Out  

解决问题　　348 

8.8 The Fun Part 

有趣的部分　　348 

8.9 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 8 (AWFOS-S8 The Fire Triangle) 

安全案例8——火三角　　349 

8.9.1　The Fire Triangle 

火三角　　350 

8.9.2　Defining Some Important Terms 

定义一些重要的术语　　350 

8.9.3　Ways to Prevent Fires 

预防火灾的方法　　350 

8.9.4　Ways to Protect from Fires 

火灾防护方法　　351 

第9章 REACTION MECHANISMS, PATHWAYS, BIOREACTIONS, AND BIOREACTORS 

反应机理、路径，生物反应和生物反应器 367 

9.1 Active Intermediates and Nonelementary Rate Laws 

活性中间体和非基元反应速率方程　　368 

9.1.1　Pseudo-Steady-State Hypothesis (PSSH) 

拟稳态假设（PSSH）　　369 

9.1.2　If Two Molecules Must Collide, How Can the Rate Law Be First Order 

如果两个分子必须碰撞，如何使得速率方程级数为一级　　372 

9.1.3　Searching for a Mechanism 

寻找机理　　373 

9.1.4　Chain Reactions 

链反应　　377 

9.2 Enzymatic Reaction Fundamentals 

酶反应基础　　377 

9.2.1　Enzyme-Substrate Complex 

酶-底物复合物　　378 

9.2.2　Mechanisms 

机理　　380 

9.2.3　Michaelis-Menten Equation 

米氏方程　　383 

9.2.4　Batch Reactor Calculations for Enzyme Reactions 

酶反应的间歇反应器计算　　389 

9.3 Inhibition of Enzyme Reactions 

酶反应的抑制　　391 

9.3.1　Competitive Inhibition  

竞争性抑制　　392 

9.3.2　Uncompetitive Inhibition 

反竞争性抑制　　394 

9.3.3　Noncompetitive Inhibition (Mixed Inhibition) 

非竞争性抑制（混合抑制）　　396 

9.3.4　Substrate Inhibition 

底物抑制　　398 

9.4 Bioreactors and Biosynthesis 

生物反应器和生物合成　　399 

9.4.1　Cell Growth 

细胞生长　　403 

9.4.2　Rate Laws 

速率方程　　404 

9.4.3　Stoichiometry 

化学计量关系　　407 

9.4.4　Mass Balances 

物料衡算　　413 

9.4.5　Chemostats 

恒化器　　418 

9.4.6　CSTR Bioreactor Operation 

全混釜生物反应器操作　　418 

9.4.7　Washout 

细胞洗脱　　419 

9.5 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 9 (AWFOS-S9 Process Safety Triangle) 

安全案例9——过程安全三角形　　422 

9.5.1　Levels of the Process Safety Triangle 

过程安全三角形的水平　　422 

9.5.2　Application to Process Safety 

过程安全的应用　　423 

9.5.3　Examples of Process Safety Triangle 

过程安全三角形的案例　　424 

第10章 CATALYSIS AND CATALYTIC REACTORS 

催化和催化反应器 441 

10.1 Catalysts 

催化剂　　441 

10.1.1　Definitions 

定义　　442 

10.1.2　Catalyst Properties 

催化剂的性质　　443 

10.1.3　Catalytic Gas-Solid Interactions 

气固相催化　　445 

10.1.4　Classification of Catalysts 

催化剂的分类　　446 

10.2 Steps in a Catalytic Reaction 

催化反应步骤　　447 

10.2.1　Mass Transfer Step 1: Diffusion from the Bulk to the External Surface of the Catalyst—An Overview 

传质第一步：从主体相向催化剂外表面的扩散——概述　　450 

10.2.2　Mass Transfer Step 2: Internal Diffusion—An Overview 

传质第二步：内扩散——概述　　451 

10.2.3　Adsorption Isotherms 

吸附等温线　　452 

10.2.4　Surface Reaction 

表面反应　　458 

10.2.5　Desorption 

脱附　　460 

10.2.6　The Rate-Limiting Step 

速率控制步骤　　461 

10.3 Synthesizing a Rate Law, Mechanism, and Rate-Limiting Step 

速率方程、机理和速率控制步综合分析　　463 

10.3.1　Is the Adsorption of Cumene Rate-Limiting 

异丙基苯吸附是速率控制步　　466 

10.3.2　Is the Surface Reaction Rate-Limiting 

表面反应是速率控制步　　470 

10.3.3　Is the Desorption of Benzene the Rate-Limiting Step (RLS) 

苯脱附是速率控制步　　471 

10.3.4　Summary of the Cumene Decomposition 

异丙基苯分解总结　　473 

10.3.5　Reforming Catalysts 

催化剂重整　　474 

10.3.6　Rate Laws Derived from the Pseudo-Steady-State Hypothesis (PSSH) 

基于拟稳态假设（PSSH）的速率方程　　478 

10.3.7　Temperature Dependence of the Rate Law 

速率方程的温度效应　　479 

10.4 Heterogeneous Data Analysis for Reactor Design 

反应器设计的非均相数据分析　　479 

10.4.1　Deducing a Rate Law from the Experimental Data  

基于实验数据推导速率方程　　481 

10.4.2　Finding a Mechanism Consistent with Experimental Observations 

探寻与实验现象一致的机理　　482 

10.4.3　Evaluation of the Rate-Law Parameters 

速率方程参数评价　　484 

10.4.4　Reactor Design 

反应器设计　　486 

10.5 Reaction Engineering in Microelectronic Fabrication 

微电子制造中的反应工程　　490 

10.5.1　Overview 

概述　　490 

10.5.2　Chemical Vapor Deposition (CVD) 

化学气相沉积（CVD）　　490 

10.6 Model Discrimination 

模型辨别　　493 

10.7 Catalyst Deactivation 

催化剂失活　　496 

10.7.1　Types of Catalyst Deactivation 

催化剂失活的类型　　498 

10.7.2　Decay in Packed-Bed Reactors 

填充床反应器中的失活　　505 

10.8 Reactors That Can Be Used to Help Offset Catalyst Decay 

补偿催化剂失活效应的反应器　　507 

10.8.1　Temperature-Time Trajectories 

温度-时间轨迹　　508 

10.8.2　Moving-Bed Reactors 

移动床反应器　　510 

10.8.3　Straight-Through Transport Reactors (STTR) 

直通输送反应器（STTR）　　515 

10.9 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 10 [AWFOS-S10 Exxon Mobil Torrance Refinery Explosion Involving a Straight-Through Transport Reactor (STTR)] 

安全案例10——埃克森美孚托伦斯直通输送反应器引发的炼油厂爆炸　　519 

第11章 NONISOTHERMAL REACTOR DESIGN: THE STEADY-STATE ENERGY BALANCE AND ADIABATIC PFR APPLICATIONS 

非等温反应器设计：稳态能量衡算和绝热平推流反应器应用 541 

11.1 Rationale 

基本原理　　542 

11.2 The Energy Balance 

能量衡算　　543 

11.2.1　First Law of Thermodynamics 

热力学第一定律　　543 

11.2.2　Evaluating the Work Term 

评价做功项　　544 

11.2.3　Overview of Energy Balances 

能量衡算概述　　546 

11.3 The User-Friendly Energy Balance Equations 

用户友好的能量衡算方程　　551 

11.3.1　Dissecting the Steady-State Molar Flow Rates to Obtain the Heat of Reaction 

解析稳态摩尔流率获得反应热的方法　　551 

11.3.2　Dissecting the Enthalpies 

解析焓　　553 

11.3.3　Relating ?HRx (T), ?H°Rx (TR), and ?CP 

关联?HRx (T)、?H°Rx (TR)和?CP　　554 

11.4 Adiabatic Operation = 0 

绝热操作 = 0　　557 

11.4.1　Adiabatic Energy Balance  

绝热能量衡算　　557 

11.4.2　Adiabatic Tubular Reactor 

绝热管式反应器　　558 

11.5 Adiabatic Equilibrium Conversion 

绝热平衡转化率　　566 

11.5.1　Equilibrium Conversion 

平衡转化率　　566 

11.6 Reactor Staging with Interstage Cooling or Heating 

带有级间冷却或加热的多级反应器　　571 

11.6.1　Exothermic Reactions 

放热反应　　571 

11.6.2　Endothermic Reactions 

吸热反应　　571 

11.7 Optimum Feed Temperature 

最优进料温度　　575 

11.8 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 11(AWFOS-S11 Acronyms) 

安全案例11——事故报告中的常见缩略词　　579 

第12章 STEADY-STATE NONISOTHERMAL REACTOR DESIGN:  

FLOW REACTORS WITH HEAT EXCHANGE 

稳态非等温反应器设计：带有换热的流动反应器 591 

12.1 Steady-State Tubular Reactor with Heat Exchange 

带有换热的稳态管式反应器　　592 

12.1.1　Deriving the Energy Balance for a PFR 

推导平推流反应器的能量衡算方程　　592 

12.1.2　Applying the Algorithm to Flow Reactors with Heat Exchange  

应用算法解析带有换热的流动反应器　　594 

12.2 Balance on the Heat-Transfer Fluid 

换热流体能量衡算　　595 

12.2.1　Co-Current Flow 

并流　　595 

12.2.2　Countercurrent Flow 

逆流　　597 

12.3 Examples of the Algorithm for PFR/PBR Design with Heat Effects 

带有热效应的平推流/填充床反应器算法案例　　598 

12.3.1　Applying the Algorithm to an Exothermic Reaction 

应用算法解析放热反应　　603 

12.3.2　Applying the Algorithm to an Endothermic Reaction 

应用算法解析吸热反应　　610 

12.4 CSTR with Heat Effects 

带有热效应的全混釜（CSTR）　　619 

12.4.1　Heat Added to the Reactor  

加入反应器的热量 　　620 

12.5 Multiple Steady States (MSS) 

多稳态（MSS）　　630 

12.5.1　Heat-Removed Term R (T) 

热量移除项R (T)　　632 

12.5.2　Heat-Generated Term G (T) 

热量产生项G (T)　　633 

12.5.3　Ignition-Extinction Curve 

点火-熄火曲线　　634 

12.6 Nonisothermal Multiple Chemical Reactions 

非等温复合反应　　637 

12.6.1　Energy Balance for Multiple Reactions in Plug-Flow Reactors 

平推流反应器中复合反应的能量衡算　　637 

12.6.2　Energy Balance for Multiple Reactions in a CSTR 

全混釜反应器中复合反应的能量衡算　　642 

12.6.3　Series Reactions in a CSTR 

全混釜反应器中的连串反应　　642 

12.6.4　Complex Reactions in a PFR 

平推流反应器中的复杂反应　　645 

12.7 Radial and Axial Temperature Variations in a Tubular Reactor 

管式反应器中的径向和轴向温度变化　　652 

12.8 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 12(AWFOS-S12 Safety Statistics) 

安全案例12——安全统计　　652 

12.8.1 The Process Safety Across the Chemical Engineering Curriculum Web site 

与化学工程课程相关的过程安全　　652 

12.8.2 Safety Statistics 

安全统计　　653 

12.8.3 Additional Resources CCPS and SAChE 

其他资源CCPS和SAChE　　654 

第13章 UNSTEADY-STATE NONISOTHERMAL REACTOR DESIGN 

非稳态非等温反应器设计 681 

13.1 The Unsteady-State Energy Balance 

非稳态能量衡算　　682 

13.2 Energy Balance on Batch Reactors (BRs) 

间歇反应器的能量衡算　　684 

13.2.1　Adiabatic Operation of a Batch Reactor 

间歇反应器的绝热操作　　686 

13.2.2 Case History of a Batch Reactor with Interrupted Isothermal Operation Causing a Runaway Reaction 

中断等温操作产生失控反应的间歇反应器的案例历史　　693 

13.3 Batch and Semibatch Reactors with a Heat Exchanger 

带有换热器的间歇和半间歇反应器　　700 

13.3.1 Startup of a CSTR 

全混釜（CSTR）的启动　　702 

13.3.2 Semibatch Operation 

半间歇操作　　707 

13.4 Nonisothermal Multiple Reactions 

非等温复合反应　　711 

13.5 And Now... A Word from Our Sponsor—Safety 13(AWFOS-S13 Safety Analysis of the T2 Laboratories Incident) 

安全案例13——T2实验室事故的安全分析　　723 

第14章 MASS TRANSFER LIMITATIONS IN REACTING SYSTEMS 

反应系统的传质限制 739 

14.1 Diffusion Fundamentals 

扩散基础　　740 

14.1.1 Definitions 

定义　　741 

14.1.2 Molar Flux WA 

摩尔通量WA　　742 

14.1.3 Fick’s First Law 

费克第一定律　　743 

14.2 Binary Diffusion 

二元扩散　　744 

14.2.1 Evaluating the Molar Flux 

评价摩尔通量　　744 

14.2.2 Diffusion and Convective Transport 

扩散和对流输运　　744 

14.2.3 Boundary Conditions 

边界条件　　746 

14.2.4 Temperature and Pressure Dependence of DAB 

DAB的温度、压力效应　　746 

14.3 Modeling Diffusion with Chemical Reaction 

带有化学反应的扩散模型　　748 

14.3.1　Diffusion through a Stagnant Film to a Particle 

通过颗粒表面静止薄膜的扩散　　748 

14.4 The Mass Transfer Coefficient 

传质系数　　750 

14.5 Mass Transfer to a Single Particle 

向单一颗粒的传质　　752 

14.5.1　First-Order Rate Laws 

一级速率方程　　752 

14.5.2　Limiting Regimes 

限制方式　　754 

14.6 The Shrinking Core Model 

缩核模型　　758 

14.6.1　Dust Explosions, Particle Dissolution, and Catalyst Regeneration 

粉尘爆炸、颗粒溶解及催化剂再生　　758 

14.7 Mass Transfer-Limited Reactions in Packed Beds 

填充床中的传质受限反应　　763 

14.8 Robert the Worrier 

忧虑者Robert　　766 

14.9 What If …? (Parameter Sensitivity) 

如果……会发生什么（参数敏感性）　　770 

14.10 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 14(AWFOS-S14 Sugar Dust Explosion) 

安全案例14——糖粉尘爆炸　　778 

第15章 DIFFUSION AND REACTION 

扩散和反应 791 

15.1 Diffusion and Reactions in Homogeneous Systems 

均相体系中的扩散和反应　　792 

15.2 Diffusion and Reactions in Spherical Catalyst Pellets 

球形催化剂颗粒中的扩散和反应　　793 

15.2.1　Effective Diffusivity 

有效扩散系数　　793 

15.2.2　Derivation of the Differential Equation Describing Diffusion and Reaction in a Single Spherical Catalyst Pellet 

描述单个球形催化剂颗粒内扩散和反应的微分方程　　795 

15.2.3　Writing the Diffusion with the Catalytic Reaction Equation in Dimensionless Form 

以无量纲形式表达催化反应方程的扩散　　798 

15.2.4　Solution to the Differential Equation for a First-Order Reaction 

一级反应微分方程的解　　801 

15.3 The Internal Effectiveness Factor 

内部效率因子　　802 

15.3.1　Isothermal First-Order Catalytic Reactions 

等温一级催化反应　　802 

15.3.2　Effectiveness Factors with Volume Change with Reaction 

存在体积变化的化学反应的效率因子　　806 

15.3.3　Internal-Diffusion-Limited Reactions Other Than First Order 

非一级反应的内扩散控制　　806 

15.3.4　Weisz-Prater Criterion for Internal Diffusion Limitations 

内扩散控制的Weisz-Prater准则　　807 

15.4 Falsified Kinetics 

伪动力学　　809 

15.5 Overall Effectiveness Factor 

总效率因子　　811 

15.6 Estimation of Diffusion- and Reaction-Limited Regimes 

扩散-反应控制机理分析　　816 

15.6.1　Mears Criterion for External Diffusion Limitations 

外扩散控制的Mears准则　　816 

15.7 Mass Transfer and Reaction in a Packed Bed 

填充床中的传质和反应　　817 

15.8 Determination of Limiting Situations from Reaction-Rate Data 

基于反应速率数据判断限制情况　　823 

15.9 Multiphase Reactors in the Professional Reference Shelf 

专业参考书中的多相反应器　　824 

15.9.1　Slurry Reactors 

浆态床反应器　　825 

15.9.2　Trickle Bed Reactors 

滴流床反应器　　826 

15.10 Fluidized Bed Reactors 

流化床反应器　　826 

15.11 Chemical Vapor Deposition (CVD) 

化学气相沉积（CVD）　　826 

15.12 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 15(AWFOS-S15 Critical Thinking Questions Applied to Safety) 

安全案例15——安全中的批判性问题　　826 

第16章 RESIDENCE TIME DISTRIBUTIONS OF CHEMICAL REACTORS 

化学反应器的停留时间分布 843 

16.1 General Considerations 

总则　　844 

16.1.1　Residence Time Distribution (RTD) Function 

停留时间分布（RTD）函数　　845 

16.2 Measurement of the RTD  

RTD测量　　846 

16.2.1　Pulse Input Experiment 

脉冲注入实验　　847 

16.2.2　Step Tracer Experiment 

阶跃注入实验　　852 

16.3 Characteristics of the RTD  

RTD的性质　　853 

16.3.1　Integral Relationships 

积分关系　　853 

16.3.2　Mean Residence Time  

平均停留时间　　854 

16.3.3　Other Moments of the RTD  

RTD的其他阶矩估计　　855 

16.3.4　Normalized RTD Function E(?) 

归一化的RTD函数E(?)　　859 

16.3.5　Internal-Age Distribution I(?) 

内部年龄分布I(?)　　859 

16.4 RTD in Ideal Reactors 

理想反应器的RTD　　860 

16.4.1　RTDs in Batch and Plug-Flow Reactors 

间歇和平推流反应器中的RTD　　860 

16.4.2　Single-CSTR RTD 

单个CSTR的RTD　　861 

16.4.3　Laminar-Flow Reactor (LFR) 

层流反应器（LFR）　　863 

16.5 PFR/CSTR Series RTD 

平推流/全混釜反应器串联的RTD　　866 

16.6 Diagnostics and Troubleshooting 

诊断和调试　　869 

16.6.1　General Comments 

一般性评价　　869 

16.6.2　Simple Diagnostics and Troubleshooting Using the RTD for Ideal Reactors 

使用RTD对理想反应器进行简单的诊断和调试　　870 

16.7 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 16 (AWFOS-S16 Critical Thinking Actions) 

安全案例16——批判性思维的执行　　876 

第17章 PREDICTING CONVERSION DIRECTLY FROM THE RESIDENCE TIME DISTRIBUTION 

用RTD直接预测转化率 887 

17.1 Modeling Nonideal Reactors Using the RTD 

基于RTD建立非理想反应器模型　　888 

17.1.1　Modeling and Mixing Overview 

模型和混合概述　　888 

17.1.2　Mixing 

混合　　888 

17.2 Zero Adjustable Parameter Models  

无可调参数模型　　890 

17.2.1　Segregation Model 

离析流模型　　890 

17.2.2　Maximum Mixedness Model 

最大混合模型　　900 

17.3 Using Software Packages Such as Polymath to Find Maximum Mixedness Conversion 

使用Polymath软件包计算最大混合模型的转化率　　907 

17.3.1　Comparing Segregation and Maximum Mixedness Predictions 

比较离析流模型和最大混合模型　　909 

17.4 Tanks-in-Series One Parameter Model n 

多釜串联单参数模型n　　910 

17.4.1　Find the Number of T-I-S to Model the Real Reactor 

用多釜串联个数建立实际反应器模型　　911 

17.4.2　Calculating Conversion for the T-I-S Model 

计算多釜串联模型的转化率　　912 

17.4.3　Tanks-in-Series versus Segregation for a First-Order Reaction 

对比一级反应的多釜串联和离析流模型　　912 

17.5 RTD and Multiple Reactions 

RTD和复合反应　　912 

17.5.1　Segregation Model 

离析流模型　　912 

17.5.2　Maximum Mixedness 

最大混合　　913 

17.6 And Now… A Word from Our Sponsor—Safety 17 (AWFOS-S17 Brief Case History on an Air Preheater) 

安全案例17——空气预热器的简要案例历史　　917 

第18章 MODELS FOR NONIDEAL REACTORS 

非理想反应器模型 929 

18.1 Some Guidelines for Developing Models 

建模的规则　　930 

18.1.1　One-Parameter Models 

单参数模型　　932 

18.1.2　Two-Parameter Models 

双参数模型　　932 

18.2 Flow and Axial Dispersion of Inert Tracers in Isothermal Reactors 

等温反应器中惰性示踪剂的流动和轴向扩散　　933 

18.2.1　Balances on Inert Tracers 

惰性示踪剂物料衡算　　933 

18.2.2　Boundary Conditions for Flow and Reaction 

流动和反应的边界条件　　935 

18.3 Flow, Reaction, and Axial Dispersion 

流动、反应和轴向扩散　　937 

18.3.1　Balance Equations 

衡算方程　　937 

18.3.2　Solution for a Closed-Closed System 

封闭系统的解　　938 

18.4 Flow, Reaction, and Axial Dispersion in Isothermal Laminar-Flow Reactors and Finding Meno 

等温层流反应器内的流动、反应和轴向扩散，寻找 Meno　　941 

18.4.1　Determine the Dispersion Coefficient (Da) and the Péclet Number (Per) 

确定扩散系数（Da）和佩克莱数（Per）　　941 

18.4.2　Correlations for Da 

Da的关联式　　944 

18.4.3　Dispersion in Packed Beds 

填充床内的扩散　　944 

18.4.4　Experimental Determination of Da 

实验方法测定Da　　944 

18.5 Tanks-in-Series Model versus Dispersion Model 

比较多釜串联模型和扩散模型　　951 

18.6 Numerical Solutions to Flows with Dispersion and Reaction 

带有扩散和反应的流动过程的数值解　　952 

18.7 Nonisothermal Flow with Radial and Axial Variations in a Tubular Reactor 

管式反应器中带有径向、轴向变化的非等温流动　　956 

18.7.1　Molar Flux 

摩尔通量　　956 

18.7.2　Energy Flux 

能量通量　　958 

18.7.3　Energy Balance 

能量衡算　　958 

18.8 Two-Parameter Models—Modeling Real Reactors with Combinations of Ideal Reactors 

双参数模型——集成理想反应器的实际反应器模型　　964 

18.8.1　Real CSTR Modeled Using Bypassing and Dead Space 

考虑短路和死区的实际连续搅拌釜反应器模型　　965 

18.8.2　Real CSTR Modeled as Two CSTRs with Interchange  

带有交换的两个CSTR模拟实际连续搅拌釜反应器模型　　968 

18.8.3　Other Models of Nonideal Reactors Using CSTRs and PFRs 

使用CSTR和PFR模拟实际反应器的其他案例　　972 

18.8.4　Applications to Pharmacokinetic Modeling 

制药过程模型化的应用　　973 

18.9 And Now…A Word from Our Sponsor—Safety 18 [AWFOS-S18 An Algorithm for Management of Change (MoC)] 

安全案例18——变更管理算法（MoC）　　974 

APPENDIX 

附录 991 

附录A NUMERICAL TECHNIQUES 

数值技术　　991 

A.1 Useful Integrals in Chemical Reactor Design 

化学反应器设计中的积分公式　　991 

A.2 Equal-Area Graphical Differentiation 

等面积图示微分　　992 

A.3 Solutions to Differential Equations 

微分方程的解　　994 

A.4 Numerical Evaluation of Integrals 

积分的数值评价　　995 

A.5 Semi-Log Graphs 

半对数图　　997 

A.6 Software Packages 

软件包　　997 

附录B IDEAL GAS CONSTANT AND CONVERSION FACTORS 

理想气体常数和转化因子　　998 

附录C THERMODYNAMIC RELATIONSHIPS INVOLVING THE EQUILIBRIUM CONSTANT 

涉及平衡常数的热力学关系　　1001 

附录D SOFTWARE PACKAGES 

软件包　　1007 

D.1 Polymath　　1007 

D.2 Wolfram　　1008 

D.3 Python　　1009 

D.4 MATLAB　　1009 

D.5 Excel　　1009 

D.6 COMSOL　　1010 

D.7 Aspen　　1011 

D.8 Visual Encyclopedia of Equipment—Reactors Section 

设备的可视化百科全书——反应器部分　　1011 

D.9 Reactor Lab　　1011 

附录E RATE-LAW DATA  

反应速率方程数据　　1012 

附录F NOMENCLATURE 

符号表　　1013 

附录G OPEN-ENDED PROBLEMS 

开放性问题　　1016 

G.1 Chem-E Car　　1016 

G.2 Effective Lubricant Design 

有效润滑油设计　　1016 

G.3 Peach Bottom Nuclear Reactor 

桃花谷核反应器　　1016 

G.4 Underground Wet Oxidation 

地下湿式氧化　　1017 

G.5 Hydrodesulfurization Reactor Design 

加氢脱硫反应器设计　　1017 

G.6 Continuous Bioprocessing 

连续生物过程　　1017 

G.7 Methanol Synthesis 

甲醇合成　　1017 

G.8 Cajun Seafood Gumbo  

Cajun海鲜浓汤　　1017 

G.9 Alcohol Metabolism 

酒精代谢　　1018 

G.10 Methanol Poisoning 

甲醇中毒　　1019 

G.11 Safety 

安全　　1019 

附录H USE OF COMPUTATIONAL CHEMISTRY SOFTWARE PACKAGES 

计算化学软件包的使用　　1020 

H.1 Computational Chemical Reaction Engineering 

计算化学反应工程　　1020 

附录I HOW TO USE THE CRE WEB RESOURCES 

如何使用CRE网络资源　　1021 

INDEX 

电子索引