第1章緒論 1
1.1 化學反應工程學的發展歷史1
1.2 化學反應工程的研究內容和研究方法2
1.2.1 研究內容2
1.2.2 研究方法3
1.3 化學反應器的工程分類4
1.3.1 反應器的結構類型4
1.3.2 反應器中的相態類型6
1.3.3 化學反應器的操作方式7
1.4 化學反應工程在工業反應過程開發中的作用8
1.4.1 反應速率在工程上的運用8
1.4.2 反應器的反應指標9
1.4.3 反應器開發過程的優化和放大12
習題14

第2章均相反應動力學 16
2.1 基本概念和定義16
2.1.1 反應速率16
2.1.2 反應動力學方程16
2.1.3 反應動力學方程的建立18
2.2 等溫恆容過程的反應動力學19
2.2.1 單一反應的動力學方程19
2.2.2 復合反應的動力學方程22
2.3 等溫變容過程的反應動力學26
2.3.1 膨脹因子27
2.3.2 膨脹率29
2.4 溫度對反應速率的影響31
2.4.1 溫度對不可逆反應的影響31
2.4.2 溫度對可逆反應的影響32
習題35

第3章間歇反應器及理想流動反應器 37
3.1 概述37
3.2 間歇反應器38
3.2.1 等溫間歇反應器的設計計算38
3.2.2 變溫間歇反應器的設計計算40
3.3 理想流動下的釜式反應器42
3.3.1 全混流模型43
3.3.2 等溫連續流動釜式反應器的設計計算43
3.3.3 釜式反應器的組合與設計計算44
3.3.4 串聯釜式反應器體積優化47
3.3.5 釜式反應器的定態操作49
3.4 理想流動下的管式反應器52
3.4.1 平推流模型52
3.4.2 等溫連續流動管式反應器的設計計算53
3.4.3 變溫連續流動管式反應器的設計計算54
3.5 反應器反應性能指標比較及優化56
3.5.1 反應過程濃度水平分析56
3.5.2 反應性能指標比較57
3.5.3 反應器的操作優化64
習題68

第4章非理想流動及其反應器設計 70
4.1 概述70
4.2 停留時間分布及其性質71
4.2.1 停留時間分布的定量描述71
4.2.2 停留時間分布函數的統計特征72
4.2.3 無量綱時間表示的分布函數和特征值73
4.3 停留時間分布的測定74
4.3.1 脈衝示蹤法74
4.3.2 階躍示蹤法76
4.4 理想流動模型78
4.4.1 平推流模型78
4.4.2 全混流模型79
4.5 非理想流動現像80
4.6 非理想流動模型82
4.6.1 軸向擴散模型82
4.6.2 多釜串聯模型85
4.7 非理想反應器的計算89
4.7.1 流體混合對反應的影響89
4.7.2 宏觀流體反應器的設計計算92
4.7.3 微觀流體反應器的設計計算95
4.7.4 非理想反應器的數學模型法淺析98
習題101

第5章氣-固相催化反應器 104
5.1 概述104
5.1.1 固體催化劑的組成與結構104
5.1.2 氣-固相催化過程105
5.2 氣-固非均相催化反應本征動力學106
5.2.1 催化劑表面上的吸附與脫附106
5.2.2 反應速率控制步驟108
5.2.3 本征動力學速率方程108
5.3 氣-固非均相催化體繫的宏觀動力學112
5.3.1 氣體在多孔介質中的內擴散112
5.3.2 氣-固相催化宏觀動力學113
5.3.3 擴散控制的判定115
5.4 氣-固非均相催化反應器的設計116
5.4.1 氣-固非均相催化反應器類型116
5.4.2 氣-固非均相催化反應器設計原則119
5.4.3 固定床反應器的數學模型120
5.4.4 固定床反應器的設計計算122
5.4.5 流化床反應器的數學模型及設計136
習題145

第6章氣-液相反應器 149
6.1 氣-液反應平衡149
6.1.1 氣-液相平衡149
6.1.2 亨利定律150
6.1.3 化學反應對氣-液相平衡的影響151
6.2 氣-液相反應的宏觀動力學152
6.2.1 反應與傳質過程152
6.2.2 化學反應在相間傳遞中的作用153
6.2.3 化學吸收的增強因子154
6.3 氣-液反應動力學特征155
6.3.1 伴有化學反應的液相擴散過程155
6.3.2 幾個重要參數的討論163
6.4 氣-液相反應器的設計計算164
6.4.1 氣-液相反應器的類型的選擇164
6.4.2 氣-液相反應器的設計模型167
習題172

第7章聚合反應器 175
7.1 概述175
7.2 聚合反應動力學175
7.2.1 逐步縮合聚合175
7.2.2 均相遊離基鏈式加成聚合177
7.2.3 均相遊離基共聚合178
7.2.4 離子型聚合179
7.2.5 配位絡合聚合180
7.3 聚合體繫的傳遞現像181
7.3.1 流體的流動特性181
7.3.2 聚合釜中的傳質與傳熱182
7.4 聚合反應器的設計186
7.4.1 聚合反應器的設計計算186
7.4.2 聚合釜的攪拌188
7.4.3 攪拌釜的放大193
習題194

第8章生物與制藥反應器 197
8.1 概述197
8.2 酶催化反應動力學197
8.3 微生物發酵動力學201
8.3.1 微生物菌體生長動力學201
8.3.2 微生物發酵基質消耗動力學203
8.3.3 微生物發酵產物生成動力學203
8.4 生化與制藥反應器的設計204
8.4.1 生化與制藥反應器的數學模型204
8.4.2 發酵罐的設計計算205
8.4.3 攪拌功率的計算216
8.4.4 發酵罐的放大222
習題226

第9章新型反應器 228
9.1 概述228
9.2 撞擊流反應器228
9.2.1 撞擊流反應器的原理、特性與分類228
9.2.2 撞擊流反應器的應用238
9.2.3 撞擊流反應器的發展趨勢240
9.3 旋轉填充床反應器240
9.3.1 旋轉填充床反應器的結構與原理240
9.3.2 旋轉填充床反應器的應用243
9.4 超臨界反應器244
9.4.1 超臨界流體的性質244
9.4.2 超臨界反應器的應用246
9.5 微波反應器248
9.5.1 微波化學反應器的基本原理248
9.5.2 微波反應器的應用249
9.6 磁流化床反應器250
9.6.1 磁流化床的結構和特點251
9.6.2 磁流化床反應器的應用252
9.7 微反應器253
9.7.1 微反應器的幾何特性253
9.7.2 微反應器內流體的傳遞特性和宏觀流動特性253
9.7.3 微反應器的優點254
9.7.4 微反應器的應用255
9.7.5 展望257

參考文獻 258

符號說明 262

武漢工程大學化學反應工程課程是批一流本科課程。本教材是武漢工程大學反應工程國家教學團隊在2010年《化學反應工程》版和2015年第二版的基礎上重新編寫的。原《化學反應工程》教材是國家精品課程配套教材、高等學校化工類專業教學指導委員會推薦教材，並獲得2012年中國石油和化學工業優秀教材一等獎。
在多年的反應工程教學實踐中，課程教學團隊不斷總結教學經驗和教學效果，為使教材更加具有教學內容的繫統性、條理性和廣泛性，加強本科生對化學反應過程和反應器的開發、設計、優化和放大的理解，對原教材作了重新調整：一是糾正了原教材中存在的錯誤，二是對知識點進行了繫統梳理和歸納，三是強化了反應器的開發與優化，四是更加注重章節條理清晰、通俗易懂，增加了部分工程案例，增強了本科生學習的適用性。
本教材共9章，其中第1章至第4章為基礎部分，第5章至第8章分述氣-固相催化反應器、氣-液相反應器、聚合反應器以及生物與制藥反應器，第9章主要介紹新型反應器的研究進展。第1章由丁一剛、劉生鵬編寫，第2章由劉生鵬、吳曉宇編寫，第3章由龍秉文、丁一剛編寫，第4章由羅曉剛、楊昌炎編寫，第5章由吳華東、金放、吳廣文編寫，第6章由楊嘉謨、孫國峰編寫，第7章由陳金芳、羅曉剛編寫，第8章由朱聖東、張珩、張秀蘭、吳風收編寫，第9章由杜治平編寫。全書的整理、修改和統稿工作由課程教學團隊集體完成。
本教材的編寫得到化學工業出版社、湖北省教育廳、武漢工程大學及其他院校的大力支持，在此一並致以衷心的感謝。
限於編者的水平，書中難免存在疏漏或不妥之處，懇切希望讀者批評指正。

編者
2022年10月