评《化学反应工程》

化工学院  吴锦华

《化学反应工程》 （Chemical Reaction Engineering）第三版由美国俄勒冈州州立大学化工系学者Octave Levenspiel编写，主要描述化学反应商业规模设计的行为。化学反应工程是要实现成功地设计和操作化学反应器的目标，是工程设计的一个独一无二的分支。

本书的目的是让设计者们学会如何从众多的设计方法中选出最优秀的设计来克服设计问题。作者强调实质性的争论、简单的设计理念、清晰的过程和经常对各种主要的反应器的效用进行比较的重要性，这些是设计者必须具备的直觉。这是一本教课书，主要处理一些简单的问题，进而扩展到一些复杂的问题，全文强调如何对所有反应系统如均相、非均相系统归纳出通用的设计模式。

作为一本介绍性的书，作者为读者讲解了为什么一些设计方案被选用而其它的方案则被淘汰，即使一些理论可行的方法，而在实际的应用设计中常受各种因素的限制而难于实现。全书许多问题涉及数学计算，虽然不是很复杂，但一定的数学基础是必须的。为了能使读者能体会一些实际应用过程的设计，作者简化了以前的版本，增加了生物化工、固体流化床、气液反应器、非均相流体等方面的内容。因为把理论应用于新的场所是非常重要的，所以作者在此版本里引用了80多个实例进行计算演示，其中70％以上是新添加的，让学生更容易掌握。

全书分为五个部分，适用于本科和研究生教育。本科课程可以详细学习第一部分，其它章节根据需要进行选讲，而研究生课程刚好相反，剩余的部分应该逐一讨论。

第一部分讲解理想反应器的均相反应。作者首先综述了化学反应工程的发展过程，对均相、非均相反应、反应速度、反应因素等进行了定义，通过火箭发动机燃烧计算等例子让读者对化学反应工程有初步的了解，接着介绍化学反应工程的基本理论知识，包括均相反应动力学，间歇反应器、反应器设计、单一反应理想反应器、单一反应的设计、平衡反应的设计、复合反应、温度和压力的影响以及如何恰当地选择反应器，这些都是反应工程的基础，作者主要从反应方程式来分析反应的速度、反应级数和控制步骤，由此分析产生不同的反应器，进而讨论反应器的型式如间歇或连续反应器，以及温度压力对反应的影响。

第二部分介绍流体的形态，流体的混合和非牛顿型流体特性。活塞流和全混流是最常见的两种流体，然而在实际设计中要面对非常多不属于这两类的流体，为了方便描述非牛顿型流体，人们常用停留时间、相间混合性能和滞前滞后特性进行分析。本部分主要介绍了停留时间的算法，讨论反应器单元停留时间的各种模型的算法以及流体扩撒的模型，这主要根据流体是否接近活塞流或者全混流来进行修正，13、14章讨论类似活塞流流体的扩散模型和串连模型，适用于长管道流体形态、固定床反应器、螺旋流反应器等的计算，而对于层流则采用对流模型。

第三部分讲解固体催化剂反应。首先介绍非均相反应的基础理论。非均相反应包括外扩散、孔道内扩散、吸附、反应、脱附、内扩散和外扩散等几个步骤，整个反应过程可能受其中某一个和多个步骤制约，基于此作者讨论了表面动力学方程、孔道扩散动力学方程、多孔性催化剂以及温度和压力对反应的影响。第十九章讨论了固定床催化反应器，催化剂以固定床的方式放置反应器，反应液流流经反应器的过程中进行反应，作者还介绍了流化床催化反应器，催化剂颗粒在液流的带动下而流态化，增强了反应器的传质传热效能，此外作者以沸腾床、循环流流化床等为例陈述这类反应器的具体应用。第三部分作者主要介绍催化剂失活的机理以及气液在固体催化剂表面反应的几种新型反应器。

第四部分则针对非催化反应系统，介绍液液反应、气液反应等化工反应过程的常见模型，作者还介绍了反应的速度和反应动力学，进而介绍液液反应器的设计，主要涉及反应过程的传质和反应的速度，最后讲解固液反应器反应过程和设计。

本书的最后部分讲解生物化工系统，主要介绍发酵系统和发酵反应器。现代发酵大概可以分为两类，一类是依靠厌氧微生物进行发酵生产，而另一类依靠人工提取或合成的类似于微生物的酶来进行酶催化反应，作者主要讨论了发酵工业中各种各样的反应器以及其反应模型，分析了反应速度K、反应物浓度、反应产物浓度和产率的各种算法，并以反应物控制和产物控制的反应为基础进行详细的分析。

纵观全书，作者引用大量的图片，模块以及实际应用计算例子进行描述，使读者容易掌握，是一本非常好的化学反应工程的教课书。

本书馆藏索书号：TQ031 L657/E.3