本书第一版自2005年3月面世以来,10余年间受到了省内外众多高等学校师生和化工技术人员的青睐,并于2010年10月被评为云南省高等学校优秀教材。随着化工技术的不断发展和使用对象的拓宽,书中内容亟待更新,在昆明理工大学研究生百门核心课程的资助下,启动再版编写工作。
本次修订吸收和借鉴了近年来国内外相关教材中许多优秀的内容和经验,与时俱进地增加了一些反应工程研究方面的自创性研究成果,在保持原书基本框架不变的前提下,修改和摒弃了一些次要内容,增加了气固相流化床催化反应器一章,以适应化工生产发展的需要。
全书保持了编者在长期教学工作中形成的循序渐进、由浅入深、由表及里及注意教学的条理性、系统性和思维上的逻辑性等优良传统。在着重介绍反应工程基本原理的同时,突出介绍返混、预混合、质量传递和热量传递等工程因素(物理过程)对反应结果的影响,强调指出工程因素通过影响反应浓度与温度而改变反应结果,使读者了解反应过程中的分解与综合、个性与共性间的关系。书中附有大量的例题和习题,可帮助读者应用所学的理论分析和解决实际问题。
全书共9章,其中绪论、第1、2、4章着重介绍基础知识和化学反应工程的基本原理,第3、5-9章分析典型反应器的特性和设计。第2、3、6、8、9章由罗康碧编写,绪论、第1、4、5章由罗明河编写,第7章、全书插图的绘制和公式的修改由李沪萍编写。
在本书撰写过程中,得到昆明理工大学核心课程“化工动力学及反应器”团队成员王亚明、贾庆明、陕绍云、赵文波老师的支持和帮助,得到“化学高分子材料创新团队”梅毅、苏毅、李国斌、廉培超老师的关心和支持,在此表示衷心的感谢。本书的出版得到昆明理工大学的大力支持,在此表示衷心的感谢!
由于编者的水平有限,虽屡经修改,疏漏仍然在所难免,恳切希望广大读者批评指正。
《反应工程原理(第二版)》:
0.4化学反应工程学的研究方法
化学反应工程学的基本研究方法是数学模拟法,其实质是用数学模型分析和研究化学反应工程问题。数学模型就是用数学语言表达过程中各变量之间关系的方程。
0.4.1研究方法
工业反应器开发中要解决反应器的合理选型、反应器的优化操作条件、反应器的工程放大,采用的研究方法有以下三类。
1.逐级经验放大法
长期以来,反应器的工程放大是采用逐级经验放大法,该法的主要依据是实验,是经验性的,难以做到高倍数放大,所以效果差、效率低,对放大中出现的问题束手无策,只好认定是放大效应。这是因为这种方法着眼于外部联系,不研究反应器内部规律;着眼于综合研究,不试图进行过程分解,分不清影响因素的主次;受经济条件限制,人为规定了决策程序;放大过程是外推的,这在方法论上是不科学的。尽管逐级经验放大法有上述种种不足,但由于其立足于经验,不需要理解过程的本质、机理或内在规律,对于一些复杂的反应,在难以用其他方法时,逐级经验放大法不失为一种可用的开发方法。
2.解析法
解析法是在对过程有了深刻的理解,能够整理出各种参数之间的关联方程,同时该方程借助现代数学知识可以定量求解获得结果。因此,解析法是解决反应工程问题最科学的也是最好的方法。但由于实际过程极为复杂,难以用精确的定量关系予以描述,迄今还没有一个化学反应过程是用解析法求得结果的。但其在方法论上是最科学的,无疑是化学反应工程学发展的方向。
3.数学模型法
目前化学反应工程遇到的问题一般是对该过程已有一定深度的理解,但并没有达到解析法所要求的能正确地定量描述各参数之间关系。用逐级经验放大法也不理想。这时,用数学模型法将是最佳的选择。
数学模型法是人们对某一复杂的,难以用数学全面正确描述的客观实体人为地作某些假定,设想出一个可以被数学模型描述的,且与客观实体相近似的过程(称为模型),用对该数学模型的定量描述作为客观实体的近似描述过程。
需要注意的是:数学模型并非客观实体;数学模型是人为选定的,一定可以用数学加以描述;数学模型求解的结果并非客观实体的数学描述,仅是考虑了数学模型与客观实体之间关系(近似简化或等效性),可以把对数学模型的数学描述近似地作为客观实体的描述:一个客观实体可能有多个数学模型可供选用。
0.4.2数学模型的分类
数学模型一般分为机理模型、经验模型和半经验模型三类。
1.机理模型
机理模型是从过程的机理出发推导而得的模型,反映了过程的本质,可以外推使用。
2.经验模型
经验模型是从实验数据出发归纳而得到的模型,是在一定的实验条件下得出的,不宜大幅度外推使用。因为经验性的东西有一定的局限性,超出了实验数据所归纳的范围不一定可靠。但是目前由于认识水平的限制,对许多过程的实质还不清楚,因此经验模型仍被广泛使用。
3.半经验模型
化学工程中大多数过程是相当复杂的,往往难以进行如实的数学描述。对复杂的过程作必要、合理的简化,描述所建立的数学模型,需经实验检验和修正,并确定其模型参数,这种模型称为半经验模型。
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