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序
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馬麗萍編著的《環境反應工程導論》以化學反應與流動、傳熱、傳質過程的相互影響為主線，闡述了廢物處理過程涉及的化學反應工程基本原理和方法，並用案例說明了這些過程原理和方法在廢物處理過程中的實際應用思路或途徑。全書共分6章。第1章闡明了環境問題、環境反應工程的研究對像和主要任務以及研究方法；第2章全面介紹環境反應工程的基本原理，包括反應動力學、熱力學特徵、意義及分析方法；第3章著重介紹反應過程理想與非理想流動反應器及其設計，非理想流動模型的建立及應用；第4章針對非均相反應過程，包括氣固催化、液固以及流固非催化反應過程進行了討論，並介紹了環保類工業催化劑的設計及制備基本方法；第5章和第6章分別討論了廢物處理過程反應熱平衡分析及影響，反應器放大設計的基本方法。本書可作為高等學校環境工程專業碩士、博士研究生學習資料，也可供從事環境工程及相關行業的研發人員和工程技術人員參考。
序
由人類與自然環境之間的沖突而引發的全球范圍的環境危機，使人類面臨著空前嚴峻的挑戰。基于物理、化學、物理化學、生物化學等基本理論，并從工程技術角度研究解決環境問題的環境工程學科應運而生。環境工程學科所涉及的廢物的分離、降解、轉化，以及廢物處理單元中有關質量、熱量、動量傳遞和反應過程，既與化學工程（特別是化學反應工程）的理論與實踐密不可分，又具有環境工程學科自身的特點。
鑒于化學反應工程在環境工程學科中的重要性，昆明理工大學環境科學與工程學院早在2000年就將其列為環境工程專業碩士、博士研究生的學科基礎課。但在以往的教學中，選用的大多為化工專業的經典化學反應工程教材。對于學科背景差異較大的環境工程專業碩士、博士研究生而言，不少同學在本科生階段很少（甚至幾乎沒有）接受過諸如熱力學、動力學、電化學、傳遞現象等化學反應工程基礎課程的訓練，若按傳統的化學反應工程教材深度來講授，由于缺乏相關基礎知識，將使得這些學生難以很好地理解和掌握化學反應工程的基本原理，進而加以靈活應用。此外，現有經典化學反應工程教材中的例題和思考題均是化工領域的案例，盡管對環境丁程專業的碩士、博士研究生可能有所啟迪，但并不完全適合于環境工程學科的特定研究對象。因此，也有必要在充分借鑒化學反應工程理論體系和實踐成果的基礎上，編寫一本反映環境工程學科特點的環境反應工程圖書，用以滿足環境工程專業碩士、博士研究生教學需要。
本書一方面重點介紹化學反應工程的理論體系，包括化學反應動力學及熱力學，均相反應與非均相反應過程，理想反應器等方面的基礎知識，并應用這些知識分析討論廢物處理過程與反應器的核心和本質問題；另一方面突出環境工程學科自身的特點，結合廢物處理過程，補充和完善化學反應熱力學、動力學分析，增加環保類工業催化劑的設計和廢物處理的案例分析，便于讀者進一步了解、熟悉和掌握環境反應工程的基本原理和方法，加強理論和實際的聯系，從而增強分析問題和解決問題的能力。在編寫方法上，力求避免繁瑣的數學推導，著重基本概念、基礎知識和工程理念的闡述。
本書編寫過程中，書稿的資料整理得到本課題組全體研究生的大力協助，部分整理和錄入由張杭、王倩倩、資澤成、周龍、謝龍貴、陳建濤、馬俊等同學幫助完成。在此向他們表示感謝！
本書的編寫得益于化學反應工程領域諸多前輩的經典著作、教材和研究成果的啟發和支撐，本書的出版得到了化學工業出版社的大力支持和昆明理_丁大學研究生百門核心課程建設項目的資助。在此深表謝意！
由于編者水平有限，編寫過程中的疏漏、不足之處在所難免，敬請專家、同行及讀者批評指正。
目次
1 緒論
1.1 環境反應工程的基本概念
1.1.1 環境與環境問題
1.1.2 污染控制與反應工程
1.1.3 環境反應工程的發展
1.2 環境反應工程的特征
1.2.1 基本特點
1.2.2 主要對象和任務
1.3 環境反應工程的研究方法
1.3.1 實驗研究和建模
1.3.2 數值模擬和仿真
1.3.3 工程放大和優化
1.4 環境反應工程的重要作用
2 環境反應工程基本原理
2.1 反應體系的化學計量分析
2.1.1 化學計量方程
2.1.2 獨立反應和獨立反應數
2.1.3 復雜反應體系的化學計量學
2.1.4 反應進度、轉化率和膨脹因子
2.2 反應體系的化學平衡分析
2.2.1 化學平衡分析的意義
2.2.2 化學反應平衡的分析與計算
2.2.3 單一反應體系的化學平衡
2.2.4 復雜反應體系的化學平衡
2.2.5 化學反應熱平衡的分析基礎
2.3 反應動力學的理論基礎
2.3.1 均相反應動力學
2.3.2 非均相反應動力學
2.3.3 兩類反應動力學方程的評價
2.3.4 動力學參數及其相互關系
2.3.5 溫度對反應速率的影響
2.4 反應動力學的實驗研究方法
2.4.1 實驗研究的決策過程
2.4.2 實驗的規劃與設計
2.4.3 實驗數據處理及結果表示
2.4.4 實驗反應器
2.5 應用案例分析
思考題
3 環境反應工程中的反應器及其主要特性
3.1 反應器概論
3.1.1 反應器類型及操作方式
3.1.2 反應器的設計方法
3.2 理想反應器的基本特性
3.2.1 間歇釜式反應器（BSTR）
3.2.2 連續釜式反應器（CSTR）
3.2.3 活塞流反應器（PFR）
3.3 反應器中流體的非理想流動及混合特性
3.3.1 流體混合特性
3.3.2 返混及其作用
3.4 停留時間分布
3.4.1 停留時間理論
3.4.2 停留時間分布的測定
3.4.3 停留時間分布統計特征
3.5 反應器中非理想流動及模型的建立
3.5.1 反應器模型及分類
3.5.2 離析流模型
3.5.3 多級全混釜串聯模型
3.5.4 軸向擴散模型
3.6 應用案例分析
思考題
4 環境反應工程中的非均相反應過程分析
4.1 流固相催化反應過程
4.1.1 流固相系統中的化學反應與傳遞現象
4.1.2 流固相催化反應控制步驟
4.1.3 流固相催化反應速率方程
4.1.4 動力學分析示例
4.2 流體與催化劑外表面間的傳質和傳熱
4.2.1 流固相系統中的傳質過程
4.2.2 流固相系統中的傳熱過程
4.3 流體在多孔催化劑中的擴散與反應
4.3.1 催化劑孔內的傳質形式
4.3.2 非等溫下催化反應的效率因子
4.3.3 催化反應控制階段的判別
4.4 本征動力學的實驗確定
4.5 氣液反應系統分析
4.5.1 氣液反應過程機理
4.5.2 氣液反應模型
4.5.3 不同反應過程動力學分析
4.6 流固非催化反應
4.6.1 流固非催化反應基本特征
4.6.2 一般模型
4.6.3 縮核模型
4.7 工業催化劑設計
4.7.1 催化劑基本性能
4.7.2 工業催化劑設計原則
4.7.3 工業催化劑評價及應用
4.8 催化劑失活
4.8.1 催化劑失活的機理
4.8.2 催化劑失活的數學描述
4.8.3 獨立失活催化反應器的計算
4.9 應用案例分析
思考題
5 環境反應工程中的熱效應和能量衡算
5.1 反應速率與溫度的關系
5.1.1 Arrhenius方程及其應用
5.1.2 溫度對反應速率的影響
5.1.3 反應過程最優溫度序列
5.2 反應過程的能量衡算
5.2.1 能量衡算式中的各項
5.2.2 非等溫理想反應器的能量衡算
5.2.3 反應器熱穩定性分析
5.3 應用案例分析
思考題
6 環境反應工程中的反應器放大設計方法
6.1 反應器放大方法
6.1.1 逐級經驗放大法
6.1.2 部分解析法
6.1.3 數學模擬法
6.2 反應器放大設計
6.2.1 釜式反應器的放大設計
6.2.2 管式反應器的放大設計
6.2.3 反應器放大的影響因素
6.2.4 反應器設計計算方法
6.3 具有復雜失活機理的固定床催化反應器
6.3.1 具有復雜失活機理的固定床反應器的數學模型
6.3.2 具有復雜失活機理的絕熱固定床反應器的動態行為
6.3.3 可變床層高度固定床反應器
6.4 應用案例分析
思考題
參考文獻
1.1 環境反應工程的基本概念
1.1.1 環境與環境問題
1.1.2 污染控制與反應工程
1.1.3 環境反應工程的發展
1.2 環境反應工程的特征
1.2.1 基本特點
1.2.2 主要對象和任務
1.3 環境反應工程的研究方法
1.3.1 實驗研究和建模
1.3.2 數值模擬和仿真
1.3.3 工程放大和優化
1.4 環境反應工程的重要作用
2 環境反應工程基本原理
2.1 反應體系的化學計量分析
2.1.1 化學計量方程
2.1.2 獨立反應和獨立反應數
2.1.3 復雜反應體系的化學計量學
2.1.4 反應進度、轉化率和膨脹因子
2.2 反應體系的化學平衡分析
2.2.1 化學平衡分析的意義
2.2.2 化學反應平衡的分析與計算
2.2.3 單一反應體系的化學平衡
2.2.4 復雜反應體系的化學平衡
2.2.5 化學反應熱平衡的分析基礎
2.3 反應動力學的理論基礎
2.3.1 均相反應動力學
2.3.2 非均相反應動力學
2.3.3 兩類反應動力學方程的評價
2.3.4 動力學參數及其相互關系
2.3.5 溫度對反應速率的影響
2.4 反應動力學的實驗研究方法
2.4.1 實驗研究的決策過程
2.4.2 實驗的規劃與設計
2.4.3 實驗數據處理及結果表示
2.4.4 實驗反應器
2.5 應用案例分析
思考題
3 環境反應工程中的反應器及其主要特性
3.1 反應器概論
3.1.1 反應器類型及操作方式
3.1.2 反應器的設計方法
3.2 理想反應器的基本特性
3.2.1 間歇釜式反應器（BSTR）
3.2.2 連續釜式反應器（CSTR）
3.2.3 活塞流反應器（PFR）
3.3 反應器中流體的非理想流動及混合特性
3.3.1 流體混合特性
3.3.2 返混及其作用
3.4 停留時間分布
3.4.1 停留時間理論
3.4.2 停留時間分布的測定
3.4.3 停留時間分布統計特征
3.5 反應器中非理想流動及模型的建立
3.5.1 反應器模型及分類
3.5.2 離析流模型
3.5.3 多級全混釜串聯模型
3.5.4 軸向擴散模型
3.6 應用案例分析
思考題
4 環境反應工程中的非均相反應過程分析
4.1 流固相催化反應過程
4.1.1 流固相系統中的化學反應與傳遞現象
4.1.2 流固相催化反應控制步驟
4.1.3 流固相催化反應速率方程
4.1.4 動力學分析示例
4.2 流體與催化劑外表面間的傳質和傳熱
4.2.1 流固相系統中的傳質過程
4.2.2 流固相系統中的傳熱過程
4.3 流體在多孔催化劑中的擴散與反應
4.3.1 催化劑孔內的傳質形式
4.3.2 非等溫下催化反應的效率因子
4.3.3 催化反應控制階段的判別
4.4 本征動力學的實驗確定
4.5 氣液反應系統分析
4.5.1 氣液反應過程機理
4.5.2 氣液反應模型
4.5.3 不同反應過程動力學分析
4.6 流固非催化反應
4.6.1 流固非催化反應基本特征
4.6.2 一般模型
4.6.3 縮核模型
4.7 工業催化劑設計
4.7.1 催化劑基本性能
4.7.2 工業催化劑設計原則
4.7.3 工業催化劑評價及應用
4.8 催化劑失活
4.8.1 催化劑失活的機理
4.8.2 催化劑失活的數學描述
4.8.3 獨立失活催化反應器的計算
4.9 應用案例分析
思考題
5 環境反應工程中的熱效應和能量衡算
5.1 反應速率與溫度的關系
5.1.1 Arrhenius方程及其應用
5.1.2 溫度對反應速率的影響
5.1.3 反應過程最優溫度序列
5.2 反應過程的能量衡算
5.2.1 能量衡算式中的各項
5.2.2 非等溫理想反應器的能量衡算
5.2.3 反應器熱穩定性分析
5.3 應用案例分析
思考題
6 環境反應工程中的反應器放大設計方法
6.1 反應器放大方法
6.1.1 逐級經驗放大法
6.1.2 部分解析法
6.1.3 數學模擬法
6.2 反應器放大設計
6.2.1 釜式反應器的放大設計
6.2.2 管式反應器的放大設計
6.2.3 反應器放大的影響因素
6.2.4 反應器設計計算方法
6.3 具有復雜失活機理的固定床催化反應器
6.3.1 具有復雜失活機理的固定床反應器的數學模型
6.3.2 具有復雜失活機理的絕熱固定床反應器的動態行為
6.3.3 可變床層高度固定床反應器
6.4 應用案例分析
思考題
參考文獻
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