本書第一版自2005年3月面世以來,10余年間受到了省內外眾多高等學校師生和化工技術人員的青睞,并于2010年10月被評為云南省高等學校優(yōu)秀教材。隨著化工技術的不斷發(fā)展和使用對象的拓寬,書中內容亟待更新,在昆明理工大學研究生百門核心課程的資助下,啟動再版編寫工作。
本次修訂吸收和借鑒了近年來國內外相關教材中許多優(yōu)秀的內容和經(jīng)驗,與時俱進地增加了一些反應工程研究方面的自創(chuàng)性研究成果,在保持原書基本框架不變的前提下,修改和摒棄了一些次要內容,增加了氣固相流化床催化反應器一章,以適應化工生產(chǎn)發(fā)展的需要。
全書保持了編者在長期教學工作中形成的循序漸進、由淺入深、由表及里及注意教學的條理性、系統(tǒng)性和思維上的邏輯性等優(yōu)良傳統(tǒng)。在著重介紹反應工程基本原理的同時,突出介紹返混、預混合、質量傳遞和熱量傳遞等工程因素(物理過程)對反應結果的影響,強調指出工程因素通過影響反應濃度與溫度而改變反應結果,使讀者了解反應過程中的分解與綜合、個性與共性間的關系。書中附有大量的例題和習題,可幫助讀者應用所學的理論分析和解決實際問題。
全書共9章,其中緒論、第1、2、4章著重介紹基礎知識和化學反應工程的基本原理,第3、5-9章分析典型反應器的特性和設計。第2、3、6、8、9章由羅康碧編寫,緒論、第1、4、5章由羅明河編寫,第7章、全書插圖的繪制和公式的修改由李滬萍編寫。
在本書撰寫過程中,得到昆明理工大學核心課程“化工動力學及反應器”團隊成員王亞明、賈慶明、陜紹云、趙文波老師的支持和幫助,得到“化學高分子材料創(chuàng)新團隊”梅毅、蘇毅、李國斌、廉培超老師的關心和支持,在此表示衷心的感謝。本書的出版得到昆明理工大學的大力支持,在此表示衷心的感謝!
由于編者的水平有限,雖屢經(jīng)修改,疏漏仍然在所難免,懇切希望廣大讀者批評指正。
《反應工程原理(第二版)》:
0.4化學反應工程學的研究方法
化學反應工程學的基本研究方法是數(shù)學模擬法,其實質是用數(shù)學模型分析和研究化學反應工程問題。數(shù)學模型就是用數(shù)學語言表達過程中各變量之間關系的方程。
0.4.1研究方法
工業(yè)反應器開發(fā)中要解決反應器的合理選型、反應器的優(yōu)化操作條件、反應器的工程放大,采用的研究方法有以下三類。
1.逐級經(jīng)驗放大法
長期以來,反應器的工程放大是采用逐級經(jīng)驗放大法,該法的主要依據(jù)是實驗,是經(jīng)驗性的,難以做到高倍數(shù)放大,所以效果差、效率低,對放大中出現(xiàn)的問題束手無策,只好認定是放大效應。這是因為這種方法著眼于外部聯(lián)系,不研究反應器內部規(guī)律;著眼于綜合研究,不試圖進行過程分解,分不清影響因素的主次;受經(jīng)濟條件限制,人為規(guī)定了決策程序;放大過程是外推的,這在方法論上是不科學的。盡管逐級經(jīng)驗放大法有上述種種不足,但由于其立足于經(jīng)驗,不需要理解過程的本質、機理或內在規(guī)律,對于一些復雜的反應,在難以用其他方法時,逐級經(jīng)驗放大法不失為一種可用的開發(fā)方法。
2.解析法
解析法是在對過程有了深刻的理解,能夠整理出各種參數(shù)之間的關聯(lián)方程,同時該方程借助現(xiàn)代數(shù)學知識可以定量求解獲得結果。因此,解析法是解決反應工程問題最科學的也是最好的方法。但由于實際過程極為復雜,難以用精確的定量關系予以描述,迄今還沒有一個化學反應過程是用解析法求得結果的。但其在方法論上是最科學的,無疑是化學反應工程學發(fā)展的方向。
3.數(shù)學模型法
目前化學反應工程遇到的問題一般是對該過程已有一定深度的理解,但并沒有達到解析法所要求的能正確地定量描述各參數(shù)之間關系。用逐級經(jīng)驗放大法也不理想。這時,用數(shù)學模型法將是最佳的選擇。
數(shù)學模型法是人們對某一復雜的,難以用數(shù)學全面正確描述的客觀實體人為地作某些假定,設想出一個可以被數(shù)學模型描述的,且與客觀實體相近似的過程(稱為模型),用對該數(shù)學模型的定量描述作為客觀實體的近似描述過程。
需要注意的是:數(shù)學模型并非客觀實體;數(shù)學模型是人為選定的,一定可以用數(shù)學加以描述;數(shù)學模型求解的結果并非客觀實體的數(shù)學描述,僅是考慮了數(shù)學模型與客觀實體之間關系(近似簡化或等效性),可以把對數(shù)學模型的數(shù)學描述近似地作為客觀實體的描述:一個客觀實體可能有多個數(shù)學模型可供選用。
0.4.2數(shù)學模型的分類
數(shù)學模型一般分為機理模型、經(jīng)驗模型和半經(jīng)驗模型三類。
1.機理模型
機理模型是從過程的機理出發(fā)推導而得的模型,反映了過程的本質,可以外推使用。
2.經(jīng)驗模型
經(jīng)驗模型是從實驗數(shù)據(jù)出發(fā)歸納而得到的模型,是在一定的實驗條件下得出的,不宜大幅度外推使用。因為經(jīng)驗性的東西有一定的局限性,超出了實驗數(shù)據(jù)所歸納的范圍不一定可靠。但是目前由于認識水平的限制,對許多過程的實質還不清楚,因此經(jīng)驗模型仍被廣泛使用。
3.半經(jīng)驗模型
化學工程中大多數(shù)過程是相當復雜的,往往難以進行如實的數(shù)學描述。對復雜的過程作必要、合理的簡化,描述所建立的數(shù)學模型,需經(jīng)實驗檢驗和修正,并確定其模型參數(shù),這種模型稱為半經(jīng)驗模型。
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