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),包括擠出反應器、旋風分離器等強化技術(shù)。
國家科學技術(shù)學術(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,被列為當前化學工程優(yōu)先發(fā)展的領域之一。
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)容將基礎研究與生產(chǎn)應用相融合,著重介紹在化工過程強化領域的研究方法、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用舉例。書中主要內(nèi)容均所涉及的研究領域與技術(shù),具有研究活躍、創(chuàng)新性強、關(guān)注度高、應用廣泛的特性和重要的學術(shù)和應用價值。
化工過程強化技術(shù)是針對現(xiàn)有常用設備與技術(shù)相比而言,通過采用新設備和新工藝,達到大幅度減小設備尺寸或提高產(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),將會對化學工程學科發(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域相當廣泛、強化技術(shù)的多樣性和復雜性,國內(nèi)外出版的書籍僅局限于某領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)容將基礎研究與生產(chǎn)應用相融合,著重介紹在化工過程強化領域最新的研究方法、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用舉例。書中主要內(nèi)容所涉及的研究領域與技術(shù),具有研究活躍、創(chuàng)新性強、關(guān)注度高、應用廣泛的特性和重要的學術(shù)和應用價值。
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域。在各章分別介紹各種強化技術(shù)和方法,闡述當今發(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-電化學耦合與反應等化工過程技術(shù);沈陽化工大學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)混合與聚合反應技術(shù);第7章由南京工業(yè)大學呂效平教授詳述了超聲波化工技術(shù);第8、14、15章由天津大學李鑫鋼教授、高鑫副研究員撰寫;第10章由太原理工大學鮑衛(wèi)仁教授撰寫;第11、19章由南京工業(yè)大學邢衛(wèi)紅教授撰寫;山東理工大學傅忠君教授撰寫了第12章分子蒸餾技術(shù)及應用;武漢工程大學喻九陽教授撰寫了第13章新型換熱器;第18章微反應器由中國科學院大連化學物理研究所陳光文研究員與堯超群副研究員撰寫;第20章反應精餾技術(shù)由華東理工大學漆志文教授撰寫;清華大學秦煒教授撰寫了第21章反應萃取技術(shù);天津工業(yè)大學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;北京化工大學朱吉欽教授和華東師范大學路勇教授共同完成第24章規(guī)整結(jié)構(gòu)催化劑及反應器;第25章擠出反應器由浙江大學張才亮副教授撰寫;青島科技大學李建隆教授撰寫了第27章旋風分離器有關(guān)內(nèi)容;華東理工大學王飛博士完成了第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,感謝國家科學技術(shù)學術(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,中北大學校長。1982年太原機械學院化工系本科畢業(yè),畢業(yè)留校后一直在校任教。1988年本校獲化學工程碩士學位,1995年中國科學院山西煤炭化學研究所獲工學博士學位。1982年以來一直從事化學工程與過程強化方面教學和科研工作。主要從事超重力環(huán)境下多相流反應與傳遞性能研究,現(xiàn)擔任教育部高等學;ゎ悓I(yè)教學指導委員會委員,全國化工過程強化技術(shù)指導委員會主任委員,全國化工高等教育學會理事,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計協(xié)會化學工程設計專業(yè)委員會委員,第十四屆全國化工化學工程設計技術(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,負責起草我國《超重力裝置》行業(yè)標準。
主編著作:
(1)《化學反應工程》,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)》,化學工業(yè)出版社,2013
主要科研獎項:
(1)何梁何利科學與技術(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)與應用,國家科學技術(shù)進步二等獎,2011年12月
(3)旋轉(zhuǎn)填料床多相反應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)應用,山西省科學技術(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48
1.6.1超重力氣-液反應機理49
1.6.2超重力氣-液反應工藝49
1.6.3超重力氣-液反應應用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)應用實例97
3.1.5超重力除塵裝置與傳統(tǒng)除塵設備性能比較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-電化學耦合與反應技術(shù)112
4.1概述112
4.2離心機改裝的超重力電化學反應裝置113
4.2.1裝置結(jié)構(gòu)113
4.2.2過程強化原理114
4.2.3超重力電沉積導電聚合物膜的應用研究115
4.2.4超重力電沉積金屬薄膜的應用研究116
4.2.5超重力電解水的應用研究117
4.2.6超重力氯堿電解的應用研究118
4.3多級同心圓筒-旋轉(zhuǎn)床(MCE-RB)式的超重力電化學反應裝置119
4.3.1裝置結(jié)構(gòu)120
4.3.2過程強化原理121
4.3.3超重力電化學耦合氧化降解廢水的應用研究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電極材料的應用研究128
4.5結(jié)語128