Photocatalytic Reaction Engineering

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出版者:Springer
作者:Hugo Lasa
出品人:
页数:199
译者:
出版时间:2005-05-05
价格:USD 129.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780387234502
丛书系列:
图书标签:
  • 光催化
  • 反应工程
  • 化学工程
  • 材料科学
  • 环境工程
  • 催化
  • 光化学
  • 纳米材料
  • 能源
  • 污染治理
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具体描述

Heterogeneous photocatalysis is a novel technique for water purification. Publications on photocatalysis span a relatively recent period of not more than 25 years. This is a technique that, according to our extensive experience on the development of laboratory scale and pilot plant units, has great promise to eliminate water and air pollutants. Photocatalysis offers much more than competitive techniques where pollutants are transferred from phases; photocatalysis can achieve complete mineralization of pollutants leaving non-toxic species such as CO2 and H2O and can be exploited at close to room temperature and ambient pressure.

催化反应器设计与优化 图书简介 本书深入探讨了化工过程中的核心单元操作之一——催化反应器的设计、操作与优化。内容聚焦于理解催化剂在多相反应体系中的行为,并将其转化为高效、可靠的工业反应器系统。本书旨在为化学工程师、过程设计师以及从事反应工程研究的科研人员提供一套系统的理论框架与实用的工程方法。 第一章:催化反应基础与动力学 本章首先回顾了催化反应的基本原理,包括表面吸附、表面反应和脱附等关键步骤。重点阐述了非均相催化反应的微观机理,并详细介绍了朗缪尔-希思伍德(Langmuir-Hinshelwood)和埃里-因格尔(Eley-Rideal)等主流动力学模型的建立与应用。通过实际案例分析,展示了如何利用实验数据拟合催化剂的反应动力学参数,并讨论了催化剂失活(积碳、烧结、中毒)对反应速率的影响及其数学描述。本章还引入了反应器设计中至关重要的有效因子(Effectiveness Factor)概念,解析了内扩散和外扩散限制对宏观反应速率的制约作用,并提供了计算和修正方法。 第二章:理想反应器模型 本章系统地介绍了用于描述反应器内物料、能量和动量衡算的基础模型。首先从一个积分形式的质量守恒方程出发,推导了理想活塞流反应器(PFR)和理想连续搅拌釜反应器(CSTR)的稳态和非稳态模型。针对多相催化反应的特点,详细讨论了如何将反应动力学方程融入到这些基本反应器模型中。对于PFR,着重分析了轴向混合对反应剖面的影响;对于CSTR,则探讨了在不同操作条件下(如返混率、停留时间分布)系统的稳定性和最优操作点。此外,本章还讨论了反应器内温度场的控制,包括反应热的移除和温度失控的风险评估,为后续的非理想反应器分析奠定基础。 第三章:多相反应器的传热与传质 在实际的催化反应体系中,传热和传质往往是限制反应速率的关键因素。本章聚焦于如何量化和管理这些过程。首先,详细阐述了反应器内外的传热机制,包括管束式反应器中的壁面换热、流化床中的气固间传热,并介绍了用于计算传热系数(如$U$值)的经验关联式和数值方法。在传质方面,深入剖析了气/液-固多相体系中的质量传递过程,包括气液间的气体溶解度、液固间的物料传递,并介绍了边界层理论在预测表面质量流速中的应用。本章特别强调了有效传热/传质系数与催化剂孔隙结构及反应器几何形状之间的耦合关系。 第四章:特定类型的催化反应器设计 本章将理论模型应用于几种主要的工业催化反应器类型。 1. 固定床反应器 (Fixed-Bed Reactors): 详细讨论了单管和多管壳式固定床的设计,包括管径选择、装填密度、床层压降的精确计算(如Ergun方程的应用),以及床层温度控制策略(如分级进料、冷剂旁路)。特别关注了在强放热反应中如何避免热点形成和催化剂烧毁。 2. 流化床反应器 (Fluidized-Bed Reactors): 阐述了流化现象的判据和床层性质(如鼓泡、湍流)。重点分析了气固两相流模型(如气泡模型、多相流模型)在预测流化床内返混和接触效率方面的应用。流化床在需要频繁再生催化剂的反应中具有独特优势,本章将分析再生过程与主反应之间的耦合优化。 3. 浆态床反应器 (Slurry Reactors): 针对液相催化反应,分析了浆态床的混合特性、气固液三相的传质阻力,以及固体颗粒的分离与回收问题。探讨了搅拌速率、气泡尺寸对宏观反应速率的影响。 第五章:反应器性能的量化与优化 本章侧重于反应器工程的实际应用与性能提升。首先介绍了描述反应器非理想性的工具,如停留时间分布(RTD)函数的测量与应用,并讨论了轴向分散模型(ADE)在修正PFR模型中的作用。其次,系统地介绍了反应器操作的优化策略,包括基于过程控制的目标函数设定(如最大转化率、最高选择性或最低能耗)。重点阐述了反应条件(温度、压力、进料比)的优化,特别是利用灵敏度分析来识别关键操作变量。最后,引入了过程强化(Process Intensification)的概念,探讨了微通道反应器、反应精馏等新技术在催化反应过程中的潜在优势与挑战。 第六章:安全、稳定与失活管理 反应工程设计必须将安全性和长期稳定性置于首位。本章讨论了反应器的热失控分析,使用绝热温升(Adiabatic Temperature Rise)和最大容许温度(Maximum Allowable Temperature)来评估潜在的危险工况。对于催化剂的寿命管理,本章详细分析了催化剂失活的机理、监测方法(如在线光谱分析),以及再生策略的设计。对于可逆失活和不可逆失活,分别提出了不同的工程对策,旨在最大化催化剂的有效使用周期,并减少停机维护成本。 全书结构严谨,理论推导与工程实例紧密结合,旨在培养读者将微观催化现象转化为宏观反应器性能的综合能力。所包含的数学工具和数值模拟方法,为现代催化反应过程的深入研究和工业化设计提供了坚实的基础。

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用户评价

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这本书的封面设计给我留下了非常深刻的印象,那种简洁而有力的排版,配上那种略带科技感的蓝色调,让人立刻联想到严谨的科学研究。我本来以为这会是一本纯粹理论性的教科书,读起来可能会枯燥乏味,但事实证明我的担心是多余的。刚翻开第一章,我就被作者那种娓娓道来的叙述方式所吸引。他没有一开始就抛出复杂的数学模型或者晦涩的化学方程式,而是从宏观的应用场景切入,比如高效水处理和二氧化碳转化,这立刻激发了我对后续深入研究的兴趣。他似乎深谙如何将那些高深的工程学原理,通过生动具体的案例进行包装,让即便是初次接触这个领域的读者,也能迅速建立起一个清晰的知识框架。尤其是在讨论反应器设计优化时,作者引入的那些基于实际工业数据的对比分析,简直是教科书级别的范例,清晰地展示了理论指导实践的强大力量。整体来看,这本书的结构逻辑非常严密,从基础到深入,过渡自然流畅,阅读体验称得上是一次愉悦的学术漫步。

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我拿到这本书的时候,首先关注的是它的插图和图表质量,毕竟在工程学科中,直观的可视化至关重要。不得不说,这本书在这方面的投入是显而易见的。那些反应器截面图、流场模拟结果的彩色图谱,都清晰地展示了复杂的内部结构和运行状态,极大地帮助我理解了那些抽象的数学描述。更让我印象深刻的是,作者似乎刻意在章节末尾设置了一些“挑战性问题”,这些问题往往不只是简单的数值计算,而是要求读者结合所学知识进行系统性的工程判断和设计优化。这种强迫读者动手动脑的教学设计,远比单向的知识灌输有效得多。我花了整整一个下午的时间,试图解决其中一个关于微通道反应器热点控制的案例,虽然过程颇为曲折,但最终的顿悟感让我觉得物超所值。这本书不仅仅是知识的集合,更像是一位经验丰富的老教授在手把手地指导你如何成为一个优秀的反应工程师。

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这本书的编辑和排版质量简直可以作为行业典范。纸张的厚度和光泽度都非常适合长时间阅读,油墨的清晰度保证了公式推导过程中每一个下标和上标都不会产生阅读障碍。这对于我们这些经常需要对照公式进行手算验证的读者来说,是至关重要的细节。另外,我注意到书中的专业术语表制作得极其详尽和规范,很多在不同领域有细微差别表达的词汇,在这里都给出了明确的界定。这极大地降低了跨学科交流时的理解成本。从排版的角度来看,作者似乎很有条理地控制了公式与正文的密度,保证了阅读的节奏感,不会让人在面对一大片密集的公式矩阵时产生视觉疲劳。总而言之,这是一本对读者体验极为友好的学术著作,看得出出版方在制作过程中倾注了极大的心血,绝非粗制滥造的应付之作。

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真正让我对这本书产生敬意的,是它对待“不确定性”和“工程现实”的态度。许多理论书籍倾向于讨论理想状态下的完美系统,但这本书非常坦诚地探讨了在实际工业放大过程中,由于壁面效应、催化剂失活、批次间差异等带来的各种非理想因素是如何影响最终产率和选择性的。作者在专门的章节中,详细分析了统计学方法在反应工程中的应用,例如如何用蒙特卡洛模拟来评估操作参数波动带来的风险,这一点对于从事过程控制和安全评估的人员来说,具有不可替代的参考价值。他没有回避问题的复杂性,反而鼓励读者去拥抱这种复杂性,并提供了一套系统的工具箱去管理它。这本书的视野已经超出了纯粹的化学反应器范畴,它深入到了整个化工生产运营的哲学层面,教导我们如何在严苛的经济和安全约束下,设计出最健壮、最可靠的化学过程。

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老实说,我更偏爱那些结构松散、观点大胆的前沿探索类书籍,而这本的风格显得过于“正统”了,但令人惊喜的是,它的“正统”恰恰是其最大的优点所在。在众多的化学工程文献中,很多作者往往为了追求新颖而牺牲了基础知识的扎实度,但这本书在这方面做得极为出色。它对反应动力学和物质/能量传递的讲解,那种细致入微的程度,简直令人咋舌。我特别赞赏其中关于多相催化体系中,如何精确量化界面反应速率的那几节内容,作者引用的文献跨度极大,从上世纪中叶的经典工作到近十年的最新突破都有涵盖,显示出作者深厚的学术积累和广阔的视野。虽然有些部分需要我反复咀嚼才能完全理解其精髓,但这恰恰说明了其中包含的信息密度极高,绝非泛泛而谈的入门读物。对于希望将自己的理论基础打造成铜墙铁壁的工程师和研究生来说,这本书无疑是一笔宝贵的财富。

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