本書包含了化工過程強化方面幾乎所有的重要內(nèi)容。全書共分11篇:第1篇介紹超重力化工技術(shù)及系統(tǒng)集成;第2篇介紹混合過程強化與反應(yīng)技術(shù);第3篇介紹外場作用及強化技術(shù);第4篇介紹新型分離強化技術(shù);第5篇介紹新型換熱裝置與技術(shù);第6篇介紹新型塔器技術(shù);第7篇介紹反應(yīng)介質(zhì)強化技術(shù);第8篇介紹微化工技術(shù);第9篇介紹反應(yīng)與分離過程耦合技術(shù);第10篇介紹分離過程耦合技術(shù);第11篇介紹其他過程強化技術(shù),包括擠出反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器等強化技術(shù)。
國家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金資助,費維揚院士、謝克昌院士聯(lián)袂推薦。
化工過程強化技術(shù)是指通過技術(shù)創(chuàng)新、改進工藝流程、提高設(shè)備效率,實現(xiàn)高效節(jié)能、清潔、可持續(xù)發(fā)展的化工新技術(shù)。是國內(nèi)外化工界長期奮斗的目標,被列為當(dāng)前化學(xué)工程優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域之一。
本書系統(tǒng)論述涵蓋化工過程強化,由20多位知名學(xué)者歷經(jīng)幾年的精力才得以完成。本書包含了化工過程強化方面幾乎所有的重要內(nèi)容。
全書內(nèi)容將基礎(chǔ)研究與生產(chǎn)應(yīng)用相融合,著重介紹在化工過程強化領(lǐng)域的研究方法、手段和研究動態(tài),體現(xiàn)研究成果和未來的發(fā)展趨勢;注重對科研成果、理論研究、研究方法介紹,特別是突出工程化推廣應(yīng)用舉例。書中主要內(nèi)容均所涉及的研究領(lǐng)域與技術(shù),具有研究活躍、創(chuàng)新性強、關(guān)注度高、應(yīng)用廣泛的特性和重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價值。
化工過程強化技術(shù)是針對現(xiàn)有常用設(shè)備與技術(shù)相比而言,通過采用新設(shè)備和新工藝,達到大幅度減小設(shè)備尺寸或提高產(chǎn)能、降低能耗及廢物排放,形成高效節(jié)能、清潔、可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)。因而,過程強化技術(shù)具有明顯的平臺技術(shù)、效率倍增和可持續(xù)發(fā)展特征,是解決化學(xué)工業(yè)“高能耗、高污染和高物耗”等問題的有效途徑,被視為實現(xiàn)化工過程的高效、安全、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的新興技術(shù),將會對化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展產(chǎn)生具有里程碑意義的影響。由于化工過程強化涉及的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛、強化技術(shù)的多樣性和復(fù)雜性,國內(nèi)外出版的書籍僅局限于某領(lǐng)域或某方面的過程強化,還沒有系統(tǒng)論述覆蓋化工過程強化的書籍著作。正是基于此,本書特邀了數(shù)十位該領(lǐng)域的專家、教授致力于本書的撰寫,經(jīng)過幾年的集體努力,這本體現(xiàn)了當(dāng)前化工過程強化最新發(fā)展動態(tài)和趨勢的著作終于問世。
全書內(nèi)容將基礎(chǔ)研究與生產(chǎn)應(yīng)用相融合,著重介紹在化工過程強化領(lǐng)域最新的研究方法、手段和研究動態(tài),體現(xiàn)最新研究成果和未來的發(fā)展趨勢;注重對最細的科研成果、理論研究、研究方法介紹,特別是突出工程化推廣應(yīng)用舉例。書中主要內(nèi)容所涉及的研究領(lǐng)域與技術(shù),具有研究活躍、創(chuàng)新性強、關(guān)注度高、應(yīng)用廣泛的特性和重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價值。
本書由超重力化工技術(shù)及系統(tǒng)集成、混合過程強化與反應(yīng)技術(shù)、外場作用及強化技術(shù)、微化工技術(shù)等11篇共29章組成,基本涵蓋了化工過程強化的主要方法和涉及的領(lǐng)域。在各章分別介紹各種強化技術(shù)和方法,闡述當(dāng)今發(fā)展和前沿動態(tài),并詳細總結(jié)了研究與開發(fā)的成果、工程化應(yīng)用的成功范例以及目前存在的問題及發(fā)展方向等。全書貫穿化工過程強化支撐化工可持續(xù)發(fā)展的理念,以工程化實施的實例分析對比,闡述過程強化技術(shù)保障化工本質(zhì)安全、提升產(chǎn)品品質(zhì)、節(jié)能減排、降低成本的作用和意義,展現(xiàn)過程強化促環(huán)境友好、改化工形象、支撐化工可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)潛質(zhì)。全書由中北大學(xué)劉有智教授所作的緒論開頭,然后是第1章氣-液過程超重力化工強化技術(shù),該章的折流板精餾部分由浙江工業(yè)大學(xué)計建炳教授撰寫,其余部分由劉有智教授撰寫;另外,劉有智教授撰寫了第2、3、4、9、16、17、26、29章,詳細介紹了超重力技術(shù)強化液-液、氣-固、超重力-電化學(xué)耦合與反應(yīng)等化工過程技術(shù);沈陽化工大學(xué)吳劍華教授和劉有智教授共同完成了第5章靜態(tài)混合器的編寫;浙江大學(xué)馮連芳教授撰寫了第6章,介紹了新型動態(tài)混合與聚合反應(yīng)技術(shù);第7章由南京工業(yè)大學(xué)呂效平教授詳述了超聲波化工技術(shù);第8、14、15章由天津大學(xué)李鑫鋼教授、高鑫副研究員撰寫;第10章由太原理工大學(xué)鮑衛(wèi)仁教授撰寫;第11、19章由南京工業(yè)大學(xué)邢衛(wèi)紅教授撰寫;山東理工大學(xué)傅忠君教授撰寫了第12章分子蒸餾技術(shù)及應(yīng)用;武漢工程大學(xué)喻九陽教授撰寫了第13章新型換熱器;第18章微反應(yīng)器由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所陳光文研究員與堯超群副研究員撰寫;第20章反應(yīng)精餾技術(shù)由華東理工大學(xué)漆志文教授撰寫;清華大學(xué)秦?zé)樈淌谧珜懥说?1章反應(yīng)萃取技術(shù);天津工業(yè)大學(xué)呂曉龍教授和趙麗華博士共同完成了第22章、與高啟君副研究員共同完成了第23章;北京化工大學(xué)朱吉欽教授和華東師范大學(xué)路勇教授共同完成第24章規(guī)整結(jié)構(gòu)催化劑及反應(yīng)器;第25章擠出反應(yīng)器由浙江大學(xué)張才亮副教授撰寫;青島科技大學(xué)李建隆教授撰寫了第27章旋風(fēng)分離器有關(guān)內(nèi)容;華東理工大學(xué)王飛博士完成了第28章旋流分離器技術(shù)的撰寫。華南理工大學(xué)張正國教授參與了本書的工作,并給予了幫助和支持。超重力化工過程山西省重點實驗室的祁貴生、栗秀萍、焦緯洲、張巧玲、袁志國、高璟、申紅艷、李偉偉、劉志偉、張珺、羅瑩等老師參與了本書的部分工作。
十分感謝費維揚院士為本書作序,感謝國家科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)著作出版基金評選和審稿的各位專家。在本書的撰寫過程中參考了國內(nèi)外公開出版或發(fā)表的文獻,從中吸取了豐富的知識和成果,可以說沒有他們的奉獻和支持,本書難以問世。在此,對這些中外專家學(xué)者表示崇高的敬意和衷心的感謝!
由于化工過程強化涉及的范圍寬、領(lǐng)域廣,內(nèi)容難免有遺漏,編排和歸類難免有不合適的地方。限于編著者的水平、學(xué)識,難免存在不妥和不足之處,敬請讀者提出寶貴意見和建議。
編著者
2016年10月
劉有智,中北大學(xué)校長。1982年太原機械學(xué)院化工系本科畢業(yè),畢業(yè)留校后一直在校任教。1988年本校獲化學(xué)工程碩士學(xué)位,1995年中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所獲工學(xué)博士學(xué)位。1982年以來一直從事化學(xué)工程與過程強化方面教學(xué)和科研工作。主要從事超重力環(huán)境下多相流反應(yīng)與傳遞性能研究,現(xiàn)擔(dān)任教育部高等學(xué);ゎ悓I(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會委員,全國化工過程強化技術(shù)指導(dǎo)委員會主任委員,全國化工高等教育學(xué)會理事,享受政府特貼專家,超重力化工過程山西省重點實驗室主任,第二屆中國石油和化工勘察設(shè)計協(xié)會化學(xué)工程設(shè)計專業(yè)委員會委員,第十四屆全國化工化學(xué)工程設(shè)計技術(shù)中心站技術(shù)委員會委員!冬F(xiàn)代化工》期刊理事,《化學(xué)工程》、《煤化工》等期刊編委;在化工過程強化及超重力化工過程研究方面發(fā)表學(xué)術(shù)論文近300余篇,申報發(fā)明專利54件,已獲授權(quán)32件;出版《超重力化工過程與技術(shù)》專著,負責(zé)起草我國《超重力裝置》行業(yè)標準。
主編著作:
(1)《化學(xué)反應(yīng)工程》,兵器工業(yè)出版社,2001
(2)《超重力化工過程與技術(shù)》,國防工業(yè)出版社,2009,總裝備部國防科技出版基金資助
(3)《二氧化碳減排工藝與技術(shù)》,化學(xué)工業(yè)出版社,2013
主要科研獎項:
(1)何梁何利科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎,何梁何利基金評審委員會,2013年10月
(2)化工廢氣超重力凈化技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用,國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎,2011年12月
(3)旋轉(zhuǎn)填料床多相反應(yīng)制備超細憎水氫氧化鋁,山西省科技進步一等獎,2006年2月
(4)硝酸磷肥生產(chǎn)節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與工業(yè)應(yīng)用,山西省科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎,2013年8月
(5)超重力法脫除聚合物中揮發(fā)分的研究,山西省科技進步二等獎,2012年5月
(6)超重力法選擇性脫除二氧化碳尾氣中硫化氫應(yīng)用研究,山西省科技進步二等獎,2008年2月
(7)超重力煙氣脫硫除塵技術(shù)研究,山西省科技進步二等獎,2003年4月
(8)超重力法吹脫氨氮廢水技術(shù)研究,山西省科技進步二等獎,2002年3月
緒論1
0.1概述1
0.1.1化工過程2
0.1.2化工過程強化2
0.2化工過程強化的發(fā)展及歷史3
0.3化工過程強化的原理及方法5
0.3.1化工過程強化的思路及基本原理5
0.3.2化工過程強化的方法及分類6
0.4化工過程強化技術(shù)特征7
0.4.1平臺技術(shù)特征7
0.4.2效率倍增特征8
0.4.3可持續(xù)發(fā)展特征8
0.5化工過程強化技術(shù)是可持續(xù)發(fā)展的新興技術(shù)8
0.6化工過程強化技術(shù)展望與愿景9
參考文獻10
第1篇超重力化工技術(shù)及系統(tǒng)集成
第1章氣-液過程超重力化工強化技術(shù)15
1.1氣-液超重力技術(shù)簡介16
1.1.1超重力技術(shù)概述16
1.1.2氣-液超重力裝置的結(jié)構(gòu)與類型18
1.1.3超重力技術(shù)強化氣-液化工過程研究進展23
1.2超重力流體力學(xué)性能27
1.2.1液體流動形態(tài)27
1.2.2氣相壓降性能28
1.2.3液泛現(xiàn)象29
1.2.4停留時間30
1.2.5小結(jié)30
1.3超重力吸收30
1.3.1超重力吸收原理30
1.3.2超重力吸收工藝31
1.3.3超重力吸收應(yīng)用31
1.4超重力解吸34
1.4.1超重力解吸原理35
1.4.2超重力解吸工藝35
1.4.3超重力解吸應(yīng)用36
1.5超重力精餾40
1.5.1超重力旋轉(zhuǎn)填料床精餾40
1.5.2超重力折流板精餾43
1.6超重力氣-液反應(yīng)48
1.6.1超重力氣-液反應(yīng)機理49
1.6.2超重力氣-液反應(yīng)工藝49
1.6.3超重力氣-液反應(yīng)應(yīng)用49
1.7超重力直接換熱51
1.7.1超重力換熱器51
1.7.2超重力場中傳熱過程51
1.7.3超重力換熱器特點53
參考文獻54
第2章液-液過程超重力化工強化技術(shù)57
2.1概述57
2.2IS-RPB裝備及技術(shù)57
2.2.1撞擊流57
2.2.2IS-RPB裝置60
2.2.3IS-RPB的設(shè)計原則60
2.2.4IS-RPB內(nèi)流體流動及混合 (工作原理)61
2.3IS-RPB微觀混合性能62
2.3.1微觀混合研究方法62
2.3.2微觀混合性能對比63
2.3.3黏性體系對微觀混合性能的影響63
2.3.4IS-RPB微觀混合時間的確定及對比64
2.4化工過程強化64
2.4.1乳化64
2.4.2萃取69
2.4.3液膜分離71
2.5反應(yīng)過程強化72
2.5.1納米氫氧化鎂72
2.5.2重氮鹽水解制酚76
2.5.3磁性納米Fe3O479
2.5.4納米零價鐵82
2.5.5納米2,4-二羥基苯甲酸銅85
2.6發(fā)展趨勢與前景86
參考文獻87
第3章氣-固過程超重力化工強化技術(shù)90
3.1超重力多相分離90
3.1.1多相分離概述90
3.1.2超重力多相分離原理與特點91
3.1.3超重力多相分離性能研究93
3.1.4超重力濕法凈化氣體中細顆粒物技術(shù)應(yīng)用實例97
3.1.5超重力除塵裝置與傳統(tǒng)除塵設(shè)備性能比較99
3.2離心流態(tài)化100
3.2.1離心流化床的工作原理100
3.2.2離心流化床的分類100
3.2.3離心流化的流體力學(xué)性能研究103
3.2.4離心流化床傳熱傳質(zhì)的研究107
3.3離心流化的工業(yè)應(yīng)用前景109
3.3.1醫(yī)藥、食品行業(yè)熱敏性物質(zhì)的快速干燥109
3.3.2煤的液化109
3.3.3超細粉體 (Geldart C類顆粒) 的流化109
3.3.4離心流化燃燒方面的研究109
參考文獻110
第4章超重力-電化學(xué)耦合與反應(yīng)技術(shù)112
4.1概述112
4.2離心機改裝的超重力電化學(xué)反應(yīng)裝置113
4.2.1裝置結(jié)構(gòu)113
4.2.2過程強化原理114
4.2.3超重力電沉積導(dǎo)電聚合物膜的應(yīng)用研究115
4.2.4超重力電沉積金屬薄膜的應(yīng)用研究116
4.2.5超重力電解水的應(yīng)用研究117
4.2.6超重力氯堿電解的應(yīng)用研究118
4.3多級同心圓筒-旋轉(zhuǎn)床(MCE-RB)式的超重力電化學(xué)反應(yīng)裝置119
4.3.1裝置結(jié)構(gòu)120
4.3.2過程強化原理121
4.3.3超重力電化學(xué)耦合氧化降解廢水的應(yīng)用研究123
4.4離心高速旋轉(zhuǎn)的超重力電沉積裝置126
4.4.1裝置結(jié)構(gòu)127
4.4.2過程強化原理127
4.4.3超重力電沉積MnO2電極材料的應(yīng)用研究128
4.5結(jié)語128