本書(shū)第一版自2005年3月面世以來(lái),10余年間受到了省內(nèi)外眾多高等學(xué)校師生和化工技術(shù)人員的青睞,并于2010年10月被評(píng)為云南省高等學(xué)校優(yōu)秀教材。隨著化工技術(shù)的不斷發(fā)展和使用對(duì)象的拓寬,書(shū)中內(nèi)容亟待更新,在昆明理工大學(xué)研究生百門(mén)核心課程的資助下,啟動(dòng)再版編寫(xiě)工作。
本次修訂吸收和借鑒了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外相關(guān)教材中許多優(yōu)秀的內(nèi)容和經(jīng)驗(yàn),與時(shí)俱進(jìn)地增加了一些反應(yīng)工程研究方面的自創(chuàng)性研究成果,在保持原書(shū)基本框架不變的前提下,修改和摒棄了一些次要內(nèi)容,增加了氣固相流化床催化反應(yīng)器一章,以適應(yīng)化工生產(chǎn)發(fā)展的需要。
全書(shū)保持了編者在長(zhǎng)期教學(xué)工作中形成的循序漸進(jìn)、由淺入深、由表及里及注意教學(xué)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(yīng)工程基本原理的同時(shí),突出介紹返混、預(yù)混合、質(zhì)量傳遞和熱量傳遞等工程因素(物理過(guò)程)對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響,強(qiáng)調(diào)指出工程因素通過(guò)影響反應(yīng)濃度與溫度而改變反應(yīng)結(jié)果,使讀者了解反應(yīng)過(guò)程中的分解與綜合、個(gè)性與共性間的關(guān)系。書(shū)中附有大量的例題和習(xí)題,可幫助讀者應(yīng)用所學(xué)的理論分析和解決實(shí)際問(wèn)題。
全書(shū)共9章,其中緒論、第1、2、4章著重介紹基礎(chǔ)知識(shí)和化學(xué)反應(yīng)工程的基本原理,第3、5-9章分析典型反應(yīng)器的特性和設(shè)計(jì)。第2、3、6、8、9章由羅康碧編寫(xiě),緒論、第1、4、5章由羅明河編寫(xiě),第7章、全書(shū)插圖的繪制和公式的修改由李滬萍編寫(xiě)。
在本書(shū)撰寫(xiě)過(guò)程中,得到昆明理工大學(xué)核心課程“化工動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)器”團(tuán)隊(duì)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(xué)高分子材料創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”梅毅、蘇毅、李國(guó)斌、廉培超老師的關(guān)心和支持,在此表示衷心的感謝。本書(shū)的出版得到昆明理工大學(xué)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(píng)指正。
《反應(yīng)工程原理(第二版)》:
0.4化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的研究方法
化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的基本研究方法是數(shù)學(xué)模擬法,其實(shí)質(zhì)是用數(shù)學(xué)模型分析和研究化學(xué)反應(yīng)工程問(wèn)題。數(shù)學(xué)模型就是用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表達(dá)過(guò)程中各變量之間關(guān)系的方程。
0.4.1研究方法
工業(yè)反應(yīng)器開(kāi)發(fā)中要解決反應(yīng)器的合理選型、反應(yīng)器的優(yōu)化操作條件、反應(yīng)器的工程放大,采用的研究方法有以下三類。
1.逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法
長(zhǎng)期以來(lái),反應(yīng)器的工程放大是采用逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法,該法的主要依據(jù)是實(shí)驗(yàn),是經(jīng)驗(yàn)性的,難以做到高倍數(shù)放大,所以效果差、效率低,對(duì)放大中出現(xiàn)的問(wèn)題束手無(wú)策,只好認(rèn)定是放大效應(yīng)。這是因?yàn)檫@種方法著眼于外部聯(lián)系,不研究反應(yīng)器內(nèi)部規(guī)律;著眼于綜合研究,不試圖進(jìn)行過(guò)程分解,分不清影響因素的主次;受經(jīng)濟(jì)條件限制,人為規(guī)定了決策程序;放大過(guò)程是外推的,這在方法論上是不科學(xué)的。盡管逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法有上述種種不足,但由于其立足于經(jīng)驗(yàn),不需要理解過(guò)程的本質(zhì)、機(jī)理或內(nèi)在規(guī)律,對(duì)于一些復(fù)雜的反應(yīng),在難以用其他方法時(shí),逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法不失為一種可用的開(kāi)發(fā)方法。
2.解析法
解析法是在對(duì)過(guò)程有了深刻的理解,能夠整理出各種參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)方程,同時(shí)該方程借助現(xiàn)代數(shù)學(xué)知識(shí)可以定量求解獲得結(jié)果。因此,解析法是解決反應(yīng)工程問(wèn)題最科學(xué)的也是最好的方法。但由于實(shí)際過(guò)程極為復(fù)雜,難以用精確的定量關(guān)系予以描述,迄今還沒(méi)有一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是用解析法求得結(jié)果的。但其在方法論上是最科學(xué)的,無(wú)疑是化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)發(fā)展的方向。
3.數(shù)學(xué)模型法
目前化學(xué)反應(yīng)工程遇到的問(wèn)題一般是對(duì)該過(guò)程已有一定深度的理解,但并沒(méi)有達(dá)到解析法所要求的能正確地定量描述各參數(shù)之間關(guān)系。用逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法也不理想。這時(shí),用數(shù)學(xué)模型法將是最佳的選擇。
數(shù)學(xué)模型法是人們對(duì)某一復(fù)雜的,難以用數(shù)學(xué)全面正確描述的客觀實(shí)體人為地作某些假定,設(shè)想出一個(gè)可以被數(shù)學(xué)模型描述的,且與客觀實(shí)體相近似的過(guò)程(稱為模型),用對(duì)該數(shù)學(xué)模型的定量描述作為客觀實(shí)體的近似描述過(guò)程。
需要注意的是:數(shù)學(xué)模型并非客觀實(shí)體;數(shù)學(xué)模型是人為選定的,一定可以用數(shù)學(xué)加以描述;數(shù)學(xué)模型求解的結(jié)果并非客觀實(shí)體的數(shù)學(xué)描述,僅是考慮了數(shù)學(xué)模型與客觀實(shí)體之間關(guān)系(近似簡(jiǎn)化或等效性),可以把對(duì)數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)描述近似地作為客觀實(shí)體的描述:一個(gè)客觀實(shí)體可能有多個(gè)數(shù)學(xué)模型可供選用。
0.4.2數(shù)學(xué)模型的分類
數(shù)學(xué)模型一般分為機(jī)理模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)P秃桶虢?jīng)驗(yàn)?zāi)P腿悺?br />
1.機(jī)理模型
機(jī)理模型是從過(guò)程的機(jī)理出發(fā)推導(dǎo)而得的模型,反映了過(guò)程的本質(zhì),可以外推使用。
2.經(jīng)驗(yàn)?zāi)P?br />
經(jīng)驗(yàn)?zāi)P褪菑膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出發(fā)歸納而得到的模型,是在一定的實(shí)驗(yàn)條件下得出的,不宜大幅度外推使用。因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)性的東西有一定的局限性,超出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所歸納的范圍不一定可靠。但是目前由于認(rèn)識(shí)水平的限制,對(duì)許多過(guò)程的實(shí)質(zhì)還不清楚,因此經(jīng)驗(yàn)?zāi)P腿员粡V泛使用。
3.半經(jīng)驗(yàn)?zāi)P?br />
化學(xué)工程中大多數(shù)過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的,往往難以進(jìn)行如實(shí)的數(shù)學(xué)描述。對(duì)復(fù)雜的過(guò)程作必要、合理的簡(jiǎn)化,描述所建立的數(shù)學(xué)模型,需經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和修正,并確定其模型參數(shù),這種模型稱為半經(jīng)驗(yàn)?zāi)P汀?br />
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