超重力化工過程與技術(shù)

前言

超重力場被用于相問分離，無論在日常生活還是在工業(yè)應(yīng)用上，都已有相當(dāng)長的歷史。但作為一項(xiàng)特定的手段用于傳質(zhì)過程的強(qiáng)化，引起工業(yè)界重視是20世紀(jì)70年代后期出現(xiàn)的“Higee”技術(shù)，即超重力技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的基本原理就是利用旋轉(zhuǎn)造成一種穩(wěn)定的、可以調(diào)節(jié)的超重力場，以替代常規(guī)重力場，實(shí)質(zhì)就是利用超重力作用強(qiáng)化傳遞與微觀混合的高效多相反應(yīng)與分離技術(shù)。超重力技術(shù)在化工過程中已發(fā)掘和尚潛在的功能將促進(jìn)化學(xué)工程科學(xué)與技術(shù)的新發(fā)展。山西省超重力化工工程技術(shù)研究中心自20世紀(jì)90年代初以來圍繞超重力技術(shù)在各個(gè)化工過程中的應(yīng)用展開了大量卓有成效的工作，取得了一系列具有國際領(lǐng)先或國際先進(jìn)水平的研究成果，并且首次提出了用于液一液快速混合、快速反應(yīng)的撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床（IS-RPB）技術(shù)，多項(xiàng)科技成果獲省部級及以上的獎勵(lì)，其中“超重力法吹脫氨氮廢水”項(xiàng)目被列入2002年度國家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃，并被科技部計(jì)劃發(fā)展司授予“超重力法吹脫氨氮廢水示范工程”的依托單位證書?！冻亓み^程與技術(shù)》一書全面總結(jié)了中北大學(xué)在這一領(lǐng)域的研究成果和精華。本書闡述了超重力技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，從化學(xué)工程的角度出發(fā)，詳細(xì)介紹了超重力在化工單元操作以及化學(xué)反應(yīng)工程領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，并且引入了大量的工程應(yīng)用實(shí)例，將理論分析與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，具有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)和工業(yè)應(yīng)用指導(dǎo)價(jià)值。本書內(nèi)容充實(shí)，層次分明，具有鮮明的特色，可作為化學(xué)工程及相關(guān)領(lǐng)域高年級本科生、研究生和科研技術(shù)人員的教材或參考書目。本書的出版，將對人們了解和掌握這門新興技術(shù)提供了很好的工具，將促進(jìn)超重力技術(shù)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用，將對化學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。

內(nèi)容概要

　　超重力技術(shù)（Higee），作為一個(gè)全新的技術(shù)正益受到各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)工作者的重視。在地球上，自然界的很多規(guī)律都受到地球重力場的作用，作為一個(gè)極端的物理?xiàng)l件，超重力環(huán)境為各學(xué)科的研究注入了新的活力。雖然超重力技術(shù)的實(shí)質(zhì)是離心力場的作用，但該技術(shù)與以往的傳統(tǒng)復(fù)相分離或密度差分離有質(zhì)的區(qū)別，它的核心在于對傳遞過程的極大強(qiáng)化?！　』み^程強(qiáng)化是國內(nèi)外化工界長期奮斗的目標(biāo)，近年來更加引起了人們的重視。所謂的化工過程強(qiáng)化就是在實(shí)現(xiàn)既定生產(chǎn)目標(biāo)的前提下，通過大幅度減小生產(chǎn)設(shè)備的尺寸、減少裝置的數(shù)目等方法來使工廠布局更加緊湊合理，單位能耗更低，廢料、副產(chǎn)品更少。廣義上說，過程強(qiáng)化包括新裝置和新工藝方法的發(fā)展。在美國等許多發(fā)達(dá)國家，化工過程強(qiáng)化被列為當(dāng)前化學(xué)工程優(yōu)先發(fā)展的三大領(lǐng)域之一?，F(xiàn)在越來越多的過程強(qiáng)化研究人員已不滿足于漸進(jìn)式的變革，認(rèn)為從已有設(shè)備中“擠”出百分之幾的效率意義不大，而應(yīng)通過化工過程強(qiáng)化，從設(shè)備體積、產(chǎn)業(yè)化周期、能耗、物耗和環(huán)保等方面人手，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)效率的突破性進(jìn)展，使21世紀(jì)化學(xué)工業(yè)的面貌出現(xiàn)全面的改變。超重力技術(shù)采用高速旋轉(zhuǎn)的填料床來強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)過程，可望用于許多化工單元操作，實(shí)現(xiàn)大型塔器的小型化。相對于傳統(tǒng)的化工過程和設(shè)備，超重力裝置及工藝可大幅度提高設(shè)備效率、顯著減小設(shè)備尺寸、降低能耗和減少廢料的生成，并最終達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高安全性和減少環(huán)境污染的目的。

書籍目錄

第0章 緒論0.1 超重力技術(shù)概述0.1.1 超重力場的基本概念0.1.2 超重力場的實(shí)現(xiàn)0.1.3 超重力技術(shù)的特點(diǎn)0.2 超重力裝置的結(jié)構(gòu)與類型0.2.1 逆流型旋轉(zhuǎn)填料床結(jié)構(gòu)及工作原理0.2.2 錯(cuò)流型旋轉(zhuǎn)填料床結(jié)構(gòu)及工作原理0.2.3 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床結(jié)構(gòu)及工作原理0.2.4 超重力裝置的主要結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)0.3 超重力技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用0.3.1 國外研究與應(yīng)用情況0.3.2 國內(nèi)研究與應(yīng)用情況0.3.3 超重力工程化應(yīng)用參考文獻(xiàn)第一篇 超重力場下氣一液接觸與反應(yīng)第1章 流體力學(xué)1.1 超重力場液體流動形態(tài)1.1.1 液體流動形式1.1.2 液體流動模型1.1.3 液膜厚度1.1.4 持液量1.1.5 液滴直徑1.1.6 平均徑向速度1.1.7 超重力裝置中傳遞過程的端效應(yīng)1.2 超重力裝置的氣相壓降性能1.2.1 概述1.2.2 氣液逆流操作的氣相壓降1.2.3 氣液錯(cuò)流操作的氣相壓降1.2.4 氣相壓降模型1.3 超重力場下液泛現(xiàn)象1.3.1 逆流超重力裝置的液泛現(xiàn)象1.3.2 錯(cuò)流超重力裝置的液泛現(xiàn)象參考文獻(xiàn)第2章 傳熱2.1 超重力換熱器中冷熱流體的傳熱與傳質(zhì)過程2.1.1 過程傳遞的方向（以空氣和水體系為例）2.1.2 熱空氣直接與水換熱過程的傳熱與傳質(zhì)過程分析2.1.3 空氣直接冷卻熱水的傳熱與傳質(zhì)過程分析2.2 超重力換熱器中傳熱與傳質(zhì)過程的計(jì)算2.2.1 傳熱計(jì)算2.2.2 熱、質(zhì)同時(shí)傳遞過程的計(jì)算2.3 超重力換熱器2.3.1 結(jié)構(gòu)及分類2.3.2 傳熱面積2.4 氣液熱交換模型2.4.1 逆流超重力換熱器傳熱傳質(zhì)模型2.4.2 錯(cuò)流超重力換熱器傳熱傳質(zhì)模型2.5 影響傳熱效率的因素2.5.1 影響因素的分析2.5.2 氣液間傳熱2.5.3 傳熱影響因素的總結(jié)參考文獻(xiàn)第3章 吸收3.1 超重力場傳質(zhì)理論3.1.1 CO2-NaOH溶液體系反應(yīng)特性分析3.1.2 氣液逆流接觸傳質(zhì)特性3.1.3 氣液錯(cuò)流接觸傳質(zhì)特性3.1.4 超重力場傳質(zhì)模型3.2 超重力場吸收實(shí)例3.2.1 超重力場中凈化硝煙3.2.2 超重力法脫除二氧化碳體系中的硫化氫3.2.3 超重力法脫除煤氣中的硫化氫3.2.4 超重力法吸收醋酸尾氣研究參考文獻(xiàn)第4章 解吸4.1 氨解吸傳質(zhì)速率影響因素的理論分析4.1.1 氨解吸傳質(zhì)推動力4.1.2 氨解吸傳質(zhì)阻力4.2 超重力場吹脫氨氮廢水實(shí)驗(yàn)4.2.1 實(shí)驗(yàn)工藝流程4.2.2 總體積傳質(zhì)系數(shù)理論計(jì)算4.3 體積傳質(zhì)系數(shù)及傳質(zhì)單元高度實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析4.3.1 操作參數(shù)對體積傳質(zhì)系數(shù)的影響4.3.2 操作參數(shù)對傳質(zhì)單元高度的影響4.4 操作參數(shù)對氨氮吹脫率的影響4.4.1 超重力因子對氨氮吹脫率的影響4.4.2 氣液比對氨氮吹脫率的影響4.4.3 物性因素對氨氮吹脫率的影響4.4.4 最適宜的氨氮吹脫工藝4.5 超重力技術(shù)處理焦化氨氮廢水中試研究4.5.1 實(shí)驗(yàn)裝置和工藝流程4.5.2 操作參數(shù)對氨氮脫除率的影響參考文獻(xiàn)第5章 精餾5.1 超重力場精餾原理及裝備5.1.1 超重力場精餾原理5.1.2 超重力場精餾裝置及流程5.2 超重力場精餾過程的質(zhì)量傳遞性能5.2.1 操作參數(shù)對超重力場精餾過程傳質(zhì)性能的影響5.2.2 不同填料的質(zhì)量傳遞性能5.2.3 不同結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量傳遞性能5.3 超重力場精餾過程動量傳遞性能5.4 超重力精餾技術(shù)與傳統(tǒng)精餾技術(shù)的比較參考文獻(xiàn)第6章 脫揮6.1 聚合物脫揮基礎(chǔ)6.1.1 脫揮熱力學(xué)6.1.2 脫揮過程的基本理論6.2 超重力脫揮過程及模型6.2.1 超重力脫揮過程6.2.2 超重力脫揮理論模型6.3 超重力法脲醛樹脂脫揮實(shí)驗(yàn)6.3.1 超重力脫揮設(shè)備及流程6.3.2 工藝條件對甲醛脫除率的影響6.3.3 占論參考文獻(xiàn)第7章 多相分離7.1 概述7.2 超重力場多相分離原理7.2.1 氣一固分離原理7.2.2 氣一液分離原理7.3 超重力場氣一固分離過程7.3.1 各種因素對除塵率的影響7.3.2 超重力除塵裝置與傳統(tǒng)除塵設(shè)備性能比較7.4 超重力場氣一液分離過程7.4.1 硝酸磷肥含濕氣體凈化過程7.4.2 除濕方法7.4.3 工藝流程7.4.4 除濕效果參考文獻(xiàn)第8章 氣一液反應(yīng)器8.1 氣液反應(yīng)傳質(zhì)基礎(chǔ)8.2 反應(yīng)器特性方程8.2.1 基本假設(shè)8.2.2 數(shù)學(xué)模型8.2.3 模型計(jì)算8.3 超重力氣一液反應(yīng)器制備納米氫氧化鋁8.3.1 基礎(chǔ)理論8.3.2 工藝流程8.3.3 結(jié)果分析參考文獻(xiàn)第二篇 超重力場下液一液接觸與反應(yīng)第9章 微觀混合9.1 液一液混合機(jī)制9.1.1 層流混合與湍流混合9.1.2 均相與非均相液一液混合9.2 撞擊流～旋轉(zhuǎn)填料床裝置及操作9.2.1 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床9.2.2 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床設(shè)計(jì)原則9.2.3 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床內(nèi)流體流動及混合9.3 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床微觀混合效果測試與研究方法9.3.1 微觀混合效果研究方法9.3.2 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床微觀混合性能測試方法9.4 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床微觀混合性能研究結(jié)果9.4.1 各因素對微觀混合效果的影響規(guī)律9.4.2 微觀混合性能對比9.4.3 微觀混合特性對宏觀混合特性的影響9.5 微觀混合模型9.5.1 微觀混合模型簡介9.5.2 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床內(nèi)模型的描述9.5.3 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較參考文獻(xiàn)第10章 萃取10.1 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床萃取原理10.1.1 萃取原理10.1.2 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床萃取過程10.2 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床萃取工藝與流程10.2.1 單級萃取過程10.2.2 多級萃取過程10.3 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床萃取過程計(jì)算10.3.1 操作線方程10.3.2 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床萃取效果的表征10.3.3 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床多級萃取過程的計(jì)算10.4 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床萃取傳質(zhì)性能10.4.1 化學(xué)萃取過程萃取傳質(zhì)性能10.4.2 物理萃取傳質(zhì)性能10.4.3 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床對萃取過程的強(qiáng)化10.4.4 萃取傳質(zhì)與混合10.5 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床其他萃取特性10.5.1 液體的存在形式10.5.2 物料停留時(shí)間10.5.3 溶劑滯留量10.5.4 處理能力10.5.5 適應(yīng)性10.6 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床在萃取過程中的應(yīng)用10.6.1 處理含酚廢水10.6.2 濃縮醋酸10.6.3 萃取銅參考文獻(xiàn)第11章 液膜制備與分離11.1 概述11.2 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床液膜制備技術(shù)11.2.1 制備原理11.2.2 制備工藝11.2.3 液膜特性11.3 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床液膜分離技術(shù)11.3.1 分離原理11.3.2 分離工藝11.3.3 處理含酚廢水11.3.4 分離特性11.4 不同制膜方法對液膜分離效果的比較11.4.1 對制乳效果對比11.4.2 對提取效果（脫酚率）對比參考文獻(xiàn)第12章 液-液反應(yīng)器12.1 液滴間反應(yīng)過程12.2 液一液混合對反應(yīng)的影響12.2.1 流體的混合態(tài)12.2.2 流體的混合態(tài)對反應(yīng)過程的影響12.3 相問傳質(zhì)系數(shù)12.4 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床反應(yīng)器特征方程12.4.1 基礎(chǔ)假設(shè)12.4.2 模型建立12.5 微觀混合特征時(shí)間12.6 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床反應(yīng)器制備納米2，4-二羥基苯甲酸銅12.6.1 理論基礎(chǔ)12.6.2 工藝說明12.6.3 樣品分析12.7 撞擊流一旋轉(zhuǎn)填料床反應(yīng)器制備納米硫酸鋇參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：傳遞過程廣泛地存在于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。從物理規(guī)律劃分，傳遞過程可分為動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三類，俗稱“三傳”。以三傳為主要特征的單元操作過程廣泛應(yīng)用于化工、材料、國防、能源、石油、冶金、輕工、制藥、生物和環(huán)保等工業(yè)中。強(qiáng)化傳遞過程、提高單元過程的效率是提高經(jīng)濟(jì)效益、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的有效途徑，也是促使社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的需求。多相流之間的接觸、傳遞以及反應(yīng)過程是化學(xué)工業(yè)及許多相關(guān)領(lǐng)域中的一個(gè)基本過程。相間的接觸與傳遞過程通常是在填料塔、板式塔等傳質(zhì)設(shè)備中完成的，傳質(zhì)效果不僅與相間接觸面積大小、氣液流動狀況、氣液本身物理性質(zhì)等因素有關(guān)，而且與流體所處的重力場密切相關(guān)。Vivian等在重力場條件下的研究表明，液膜傳質(zhì)系數(shù)與重力加速度的1／3或1／6次冪成正比，Norman等利用溶質(zhì)滲透理論導(dǎo)出液膜傳質(zhì)系數(shù)與重力加速度的1／6次冪成正比。實(shí)際上，在進(jìn)行相問傳遞方面，最為普遍的傳質(zhì)設(shè)備主要是塔器設(shè)備，包括板式塔和填料塔，這些操作均是在重力場下完成的，液相的流動主要受重力的作用，由于重力加速度g是一個(gè)不能改變的有限值，這也就從宏觀上決定了液體流動的基本行為。一方面，在傳質(zhì)設(shè)備中液相流體以較厚的流體層緩慢流動，形成相間傳遞面積更新頻率低和傳遞面積較小的狀態(tài)，使相間的傳遞過程受到限制；另一方面，提高氣體速度有利于改變液相流體的流動狀態(tài)和強(qiáng)化傳遞過程，但受有限重力加速度的作用，提高氣速受到液泛的限制，使得氣相速度的提高也是十分有限的。0.1超重力技術(shù)概述0.1.1超重力場的基本概念超重力技術(shù)開發(fā)研究始于20世紀(jì)70年代末，1976年美國太空署征求微重力場實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，英國ICI公司（帝國化學(xué)工業(yè)公司）的Ramshaw教授等做了化工分離單元操作一蒸餾、吸收等過程中微重力場和超重力場影響效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)超重力使液體表面張力的作用相對變得微不足道，液體在巨大的剪切力作用下被拉伸或撕裂成微小的液膜、液絲和液滴，產(chǎn)生出巨大的相間接觸面積，因此極大地提高了傳遞速率系數(shù)，而且，還使氣液逆流操作的泛點(diǎn)速率提高，大大增加了設(shè)備的生產(chǎn)能力，這些都對分離過程有利。

編輯推薦

《超重力化工過程與技術(shù)》闡述超重力技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展；總結(jié)超重力領(lǐng)域的最新研究成果和精華；詳述了超重力在化工單元操作以及化學(xué)反應(yīng)工程的研究和應(yīng)用；引入了大量的工程應(yīng)用實(shí)例，具有較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)和工業(yè)應(yīng)用指導(dǎo)價(jià)值。

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