本教材通过构建七个教学项目，形成了基础认知动力学分析反应器设计操作控制的进阶式学习路径。项目一建立化学反应工程学科框架,项目二夯实反应动力学理论基础,项目三至项目七分别针对釜式、管式、固定床、流化床、鼓泡塔反应器,系统讲解了其结构原理、设计计算、操作调控及故障处理,并通过反应器选型实现知识迁移应用。
本书为高等职业教育应用化工技术、精细化工技术等专业的教材,也可作为本科院校工程实践教学参考用书,同时可供相关工程技术人员培训使用。

随着我国精细化工产业的快速发展，反应器作为化工生产过程的核心装备，其设计选型与操作优化已成为提升产品质量、实现绿色生产的关键。为适应新时代职业教育改革需求，培养具有工程思维和创新能力的复合型技术技能人才，我们以工学结合、能力导向为理念，组织行业专家与院校教师共同编写了本教材。
本教材注重理论与实践相结合。每个项目以实际案例引入，让学习者在具体情境中感受知识的应用。必备知识板块讲解深入浅出，力求以通俗易懂的方式将复杂的专业知识呈现给学习者。同时，设置了延伸阅读板块，引入新技术、新工艺以及融入课程思政元素的文字材料，以拓宽学习者视野，培养其创新思维与社会责任感。此外，在每个项目结尾配备了项目测验（题型丰富，包括填空、选择、判断、简答、计算等）， 以帮助学习者及时检验学习成果，巩固所学知识。
本教材通过构建七个教学项目，形成了基础认知动力学分析反应器设计操作控制的进阶式学习路径。项目一建立化学反应工程学科框架，项目二夯实反应动力学理论基础，项目三至项目七分别针对釜式、管式、固定床、流化床、鼓泡塔反应器，系统讲解了其结构原理、设计计算、操作调控及故障处理， 并通过反应器选型实现知识迁移应用。
本教材适用于高等职业院校应用化工技术、精细化工技术等专业核心课程教学，也可作为本科院校工程实践教学参考用书，同时可供化工企业技术人员培训使用。教材配套建设在线课程资源，包含3D设备拆装动画、虚拟仿真操作软件、工程案例库等数字化教学资源。
本教材由天津渤海职业技术学院邓玉美和河南应用技术职业学院岳瑞丰担任主编。其中项目一由天津渤海职业技术学院李钒编写，项目二由天津渤海职业技术学院吴鹏编写，项目三由邓玉美编写，项目四由天津渤海职业技术学院康明艳编写，项目五由潍坊职业学院王兴鹏编写，项目六由天津渤海职业技术学院伍丽娜编写，项目七由岳瑞丰编写，邓玉美负责全书统筹。在本书编写过程中得到了北京东方仿真软件技术有限公司的大力支持，同时参考了大量的相关专著和文献，在此表示诚挚的感谢！
由于编者水平所限， 书中难免存在不足之处， 敬请同仁和广大读者提出批评和建议。

编者
2025年3月

无

项目一 化学反应工程初步认知001
任务一 认识化学反应工程学科001
一、化学反应工程的研究对象及内容002
二、化学反应的分类003
三、化学反应工程的作用004
四、化学反应工程的发展历史004
任务二 计算化学反应过程中的转化率、收率和产率005
一、转化率005
二、收率和产率006
任务三 认识反应器的操作方式及分类008
一、反应器的类型008
二、反应器的操作方式011
任务四 掌握反应器设计基本方程013
一、物料衡算式013
二、热量衡算式014
三、反应动力学方程014

项目二 反应动力学计算016
任务一 描述化学反应速率016
一、化学反应基本概念017
二、反应动力学方程019
任务二 认识温度对反应速率的影响021
一、不可逆反应温度对反应速率的影响022
二、可逆反应温度对反应速率的影响022
任务三 反应速率方程的变换和积分023
一、单一反应速率方程的变换和积分023
二、复杂反应速率方程的变换和积分026
任务四 多相催化反应速率方程描述029
一、固体催化剂基础知识029
二、气-固相催化反应动力学基础032
三、本征动力学方程038

项目三 釜式反应器设计及操作044
任务一 釜式反应器结构认知044
一、釜式反应器的基本结构045
二、釜式反应器的搅拌装置046
三、釜式反应器的传热装置048
四、釜式反应器的传动装置及密封装置050
五、釜式反应器的特点051
任务二 间歇釜式反应器设计计算053
一、间歇釜式反应器设计的基本方程054
二、等温间歇釜式反应器反应时间的计算055
三、等温间歇釜式反应器反应体积的计算056
任务三 连续釜式反应器设计计算059
一、连续釜式反应器的特点059
二、连续釜式反应器设计的基本方程059
三、单个连续釜式反应器的计算060
四、多个理想连续釜式反应器的串联061
任务四 间歇釜式反应器的操作及事故处理070
一、生产原理070
二、工艺流程070
三、间歇釜式反应器的冷态开车072
四、正常工艺过程控制073
五、间歇釜式反应器正常停车073
六、间歇釜式反应器事故处理074

项目四 管式反应器设计及操作079
任务一 管式反应器结构认知079
一、管式反应器的结构080
二、管式反应器的传热方式081
三、管式反应器的特点082
任务二 等温管式反应器设计计算083
一、管式反应器设计的基本方程083
二、等温恒容管式反应器的计算084
三、等温变容管式反应器的计算086
任务三 管式反应器的操作及事故处理091
一、生产原理及工艺流程091
二、管式反应器的冷态开车092
三、管式反应器的正常停车093
四、管式反应器的事故处理093
任务四 反应器的流动模型及操作优化095
一、反应器的流动模型096
二、均相反应器（单一反应） 生产能力的比较102
三、均相反应器（复杂反应） 选择性的比较105

项目五 固定床反应器设计及操作112
任务一 固定床反应器结构认知112
一、绝热式固定床反应器113
二、列管式固定床反应器114
三、自热式固定床反应器116
四、径向固定床反应器116
任务二 认识固定床反应器的生产原理118
一、催化剂的装填特性118
二、流体在固定床反应器中的流动特性122
三、固定床反应器中的传质与传热124
任务三 固定床反应器设计计算126
一、经验法127
二、数学模型法130
三、固定床反应器的参数敏感性133
任务四 固定床反应器的操作和日常维护138
一、固定床反应器的操作138
二、固定床反应器的日常维护141
任务五 固定床反应器的仿真操作144
一、生产原理144
二、工艺流程145
三、主要设备147
四、训练步骤147

项目六 流化床反应器设计及操作151
任务一 流化床反应器结构认知151
一、流化床反应器的特点152
二、流化床反应器的结构与类型153
任务二 流化床反应器设计计算161
一、流态化的基本概念162
二、流化床反应器中的传质169
三、流化床反应器中的传热170
四、流化床反应器结构尺寸设计173
五、气体分布板的计算176
任务三 流化床反应器的操作及事故处理178
一、生产原理及工艺流程178
二、流化床反应器的冷态开车179
三、流化床反应器的正常停车183
四、流化床反应器的事故处理183
任务四 气-固相催化反应器的选择184
一、气-固相催化反应器型式的选择184
二、气-固相催化反应器的选择实例185

项目七 鼓泡塔反应器设计及操作190
任务一 气-液相反应器认知190
一、气-液相反应过程191
二、气-液相反应的宏观动力学192
三、气-液相反应过程的重要参数194
四、气-液相反应器195
五、气-液相反应器的结构196
任务二 鼓泡塔反应器设计计算200
一、鼓泡塔反应器的流体流动201
二、鼓泡塔反应器中的传质204
三、鼓泡塔反应器中的传热204
四、鼓泡塔反应器的计算204
任务三 鼓泡塔反应器的操作及事故处理208
一、鼓泡塔反应器的操作208
二、鼓泡塔反应器的事故处理211

附录216
附录一 认识化学反应工程学科任务工单216
附录二 计算化学反应过程中的转化率、收率和产率任务工单218
附录三 认识反应器的操作方式及分类任务工单220
附录四 掌握反应器设计基本方程任务工单222
附录五 描述化学反应速率任务工单224
附录六 认识温度对反应速率的影响任务工单226
附录七 反应速率方程的变换和积分任务工单228
附录八 多相催化反应速率方程描述任务工单230
附录九 釜式反应器结构认知任务工单232
附录十 间歇釜式反应器设计计算任务工单234
附录十一 连续釜式反应器设计计算任务工单236
附录十二 间歇釜式反应器的操作及事故处理任务工单238
附录十三 管式反应器结构认知任务工单240
附录十四 等温管式反应器设计计算任务工单242
附录十五 管式反应器的操作及事故处理任务工单244
附录十六 反应器的流动模型及操作优化任务工单246
附录十七 固定床反应器结构认知任务工单248
附录十八 认识固定床反应器的生产原理任务工单250
附录十九 固定床反应器设计计算任务工单252
附录二十 固定床反应器的操作和日常维护任务工单254
附录二十一 固定床反应器的仿真操作任务工单256
附录二十二 流化床反应器结构认知258
附录二十三 流化床反应器设计计算260
附录二十四 流化床反应器的操作及事故处理262
附录二十五 气-固相催化反应器的选择264
附录二十六 气-液相反应器认知266
附录二十七 鼓泡塔反应器设计计算268
附录二十八 鼓泡塔反应器的操作及事故处理270

参考文献272