喷射反应器的应用研究现状

喷射反应器是一类高效的多相反应设备。介绍了喷射反应器的组成和发展状况,着重阐述了喷射反应器在化工领域、污水处理领域以及生物工程领域的应用,并对喷射反应器应用现状进行了展望。     

喷射环流技术的研究进展及其在垃圾渗滤液领域的应用

喷射环流是一项高效的、具有经济性的新型废水处理技术。本文介绍了喷射环流技术的发展历程和其在污水处理行业的应用情况。以及延伸到垃圾渗滤液处理领域后的发展现状。并对喷射环流反应器的构造类型、分类方法及该项技术的关键参数进行了系统介绍。列举了多类污水处理领域中喷射环流反应器的运行情况。从处理效果及能耗等多方面考察该项技术的经济性,分析其技术前景。     

喷射反应器及其应用

简述了喷射反应器的反应原理、结构特征、工艺类型、独特性能及其国内外研究现状和进展；详细介绍了喷射反应器作为多相反应器，在加氢、烷氧基化、胺化、氯化／次氯化、氧化、磺化／硫酸化及生物发酵等各种反应类型中的应用，并以多个实例加以说明。对已工业化的重要反应还分析了生产工艺流程，通过与搅拌釜、鼓泡塔、填料塔及膜式等各种多相反应器的实验或生产结果比较，充分显示了喷射反应器优越的多相反应性能及其在气液、气液固等多相反应领域中的重要地位。并指出了当前研究的特点，预测了其发展前景和研究方向。     

喷射反应器内气液两相流体动力学特征

喷射反应器是一种重要的化工过程强化设备,可有效强化传质与传热过程、加快反应速率、提高反应产率,近年来在多个领域得到应用。本文对两种典型喷射反应器的结构及其工作原理进行了描述,系统地分析了各操作参数和结构参数对气体吸入量和气泡直径的影响规律,指出研究气体吸入和气泡破碎两种机制的必要性。对采用计算流体力学方法模拟喷射反应器内气液两相流进行了分析,指出Mixture模型适合研究气体吸入量,无法准确描述气泡运动和破碎这两个重要过程,提出采用计算流体力学与群体平衡模型结合的方法进行模拟,关键在于建立适合喷射反应器的气泡破碎频率模型。另外,结合工业应用的实际情况,强调了加入催化剂颗粒相的多相流分析对于指导工业应用的重要意义。     

两级喷射式环流反应器流体力学与传质特性研究

为改善气体分布,提高传质性能,文中开发出一种两级喷射式环流反应器,研究了液体喷射速度、空塔气速和下级进气比对该反应器流体力学和传质特性的影响。分别采用压差法、电导电极法和动态溶氧法对反应器气含率、环流液速和体积传质系数进行了测量。实验结果表明:液体喷射速度和空塔气速的增加,环流反应器可以得到理想的流体力学和传质特性;分段进气比的变化显著影响了反应器体积传质系数,且存在最佳进气比;最佳进气比随着液体喷射速度的增加而增大,而基本不受空塔气速的影响;与单级喷射环流反应器相比,采用最佳进气比的两级喷射式环流反应器的传质效率有了显著的提升。     

气液喷射反应器内液滴粒径分布PLIF研究

气液喷射反应器是一种高强度反应器,反应器内部液滴粒径大小和分布对反应收率和选择性具有决定性影响。本文建立了气液喷射反应器内液滴粒径分布测量实验装置,并利用面激光诱导荧光（PLIF）技术对气液喷射反应器内液滴粒径分布进行了研究,得到不同气液流率情况下的液滴粒径的分布规律,结果显示：液相流率不变时,随气相流率的增大,反应器内液滴平均粒径逐渐减小,分布范围变小; 气相流率不变时,随液相流率的增大,液滴平均粒径逐渐减小,粒径分布趋于集中。     

喷射式气-液反应器传质特性的研究

为改善鼓泡塔的传质性能,气体和液体以喷射形式进料,这是喷射式气-液反应器的显著特征。本文对这种反应器的传质特性进行了实验测定和计算,着重考察了喷射对全塔传质效果的影响。研究结果表明,反应器内明显地存在着两个不同的区域,即喷射区和主体区。而且,喷射区的传质作用十分强烈,其传质系数K_Lα比一般鼓泡塔或搅拌釜高出1～2个数量级。     

喷射磺化反应器及其应用

本文论述了喷射磺化反应器的反应原理、结构、工艺参数的选定及应用特点。笔者认为,喷射磺化反应器由于对SO_3气体的压力没有要求,因此,它在硫酸行业中是一种较有前途的磺化设备。     

喷射自吸式生化反应器气液传质的研究

本文用亚硫酸钠氧化法测定了喷射自吸式生化反应器的气液传质性能,建立了计算体积传质系数βkLa的数学表达式;通过与其它生化反应器比较,得出喷射自吸式生化反应器具有较高物理体积传质系数、较低单位传氧能耗和较低单位液体功耗的气液传质特性。并且提出了强化这种反应器气液传质的方法和途径,为实现这种反应器的最优化设计提供了依据。     

喷射式气-液反应器的型式及应用

气体和液体以喷射形式进料 ,是喷射式气液反应器的显著特征 ;喷射式气液反应器是一种多相反应器 ,具有较好的传热、传质和混合特性。对喷射式气—液反应器的型式及应用作了概要介绍     

旋流技术在强化多相流反应过程中的应用

介绍了多相流反应过程及其本质以及多相流反应过程强化的方法,分析讨论了旋流器内的流动特征和气液反应动力学,指出了多相流反应过程旋流强化的应用前景.     

CHALLENGES AND INNOVATIONS IN REACTION ENGINEERING

The importance of reaction engineering in generating a myriad of products on which developed societies depend is outlined. The challenges of a political, economic, and technical nature that need to be addressed in rendering conversion of raw materials into desired products that are more environmentally friendly and sustainable are briefly discussed. It is shown that multiphase reactors are prevalent in all applications, and improvements in the reactor material and energy efficiencies lead to more environmentally benign processes. This requires, in addition to the selection of green process chemistry, systematic implementation of the multi-scale reaction engineering methodology to accomplish proper reactor type selection and scaleup for commercial applications. It is also illustrated that recent innovations in multiphase reaction engineering basically utilize two key concepts: process intensification (e.g., enhancement in mass and heat transfer rates) and simultaneous reaction and separation. Examples of these are discussed, such as micro-reactors, reactive distillation, etc. It is also shown that commercialization of bench-scale discoveries requires either scaleup in parallel or vertical scaleup. New tools for visualization of opaque multiphase flows and development of appropriate rational phenomenological multiphase reactor models for scaleup and design are also briefly discussed.     

微化工系统内多相流动及其传递反应性能研究进展

微化工系统是化学工程学科的研究热点之一,鉴于其良好的传递和反应特性,在多相反应和分离过程中受到了广泛的关注。目前关于微化工系统的研究主要集中在新型微分散技术、微介观尺度混合、多相传递性能以及反应过程调控等方面,近年来取得了显著的进展。本文主要针对微化工系统研究中的关键科学问题进行综述,探讨微化工系统的研究进展,并对其未来的发展方向进行了展望。     

微通道限域空间内的气泡破裂研究进展与展望

多相微反应器等微通道设备具有高效、安全等优势与广阔的应用前景,其中气泡分散相的形变、聚并、破裂等诸多流体力学行为对反应体系具有非常重要的影响,然而由于微通道的尺度特征以及多相流动非均匀性、复杂性等特点,复杂限域结构内的气泡形变与破裂机理认识仍不够充分。本文针对近年来在微尺度限域结构中的气泡形变与破裂等研究进展进行综述,首先概述了微通道多相流主要研究对象及研究方法,探讨了含有颗粒等受限狭窄空间及复杂多相条件下的传递机理研究进展,总结了气泡界面演变及不稳定破裂过程的多相相间作用机制。最后,提出研究体系构建、研究方法改进、相间作用解析以及工程化需求匹配是微尺度复杂限域空间内的气泡行为研究关键,并对下一步研究方向进行了分析与展望。     

采用多相放电反应技术加氢精制生物油的试验研究

针对目前生物油加氢技术中存在的催化剂易结焦、工艺过程不能连续等问题,采用多相放电反应对生物油进行加氢精制。构建了生物油/固体催化剂/H₂的多相放电体系,研究了催化剂类型、工作电压、气体流量、反应时间等条件对精制生物油的加氢脱氧效果的影响。研究结果表明：随着工作电压和气体流量的增大,多相放电催化加氢精制生物油的脱氧率（R）呈现出先增加后减少的趋势;随着反应时间的延长,呈现出先增加后稳定的趋势。在工作电压为22kV,气体流量为60mL/min,反应时间为120min的工艺条件下,脱氧率最高可达41%。与生物原油相比,多相放电催化加氢精制的生物油中醇类、酚类、酮类等物质的含量相对较低,而碳氢类物质显著增多。     

Modeling of Mixing and Reaction in Turbulent Multi‐Phase Flows with Distribution Functions

Numerical simulation of turbulent reacting or multiphase flows is gaining popularity as a tool for the analysis and optimization of many complex applications in process engineering. To make possible the accurate modeling of relevant reaction and transport processes, the respective distribution functions of mixture fraction or particle size must be considered in an adequate manner. In the present paper, novel approaches to make possible a more detailed yet efficient representation of distribution functions in turbulent, reacting multiphase flows are introduced. The application of the methods to the example of a system with mixing and reaction among three species is discussed.     

Multiphase catalytic reactor engineering and design for pharmaceuticals and fine chemicals

A review of recent developments in multiphase catalytic processes for the manufacture of pharmaceutical and fine chemicals, and an overview of reaction engineering principles needed for analysis of the local and overall reaction rate for reactor design and interpretation of performance is presented. The first section gives an overview of recent applications in pharmaceuticals and fine chemicals where heterogeneous and homogeneous catalyzed multiphase chemistries have been identified that are more efficient and represent safer operation with decreased environmental impact when compared to existing processes. The next three sections describe a scheme for classification of the various types of reactions that are typically encountered, along with distinguishing features of these reactions and commonly used multiphase reactor types. This is followed by a review of reaction engineering principles needed for describing the local overall rate of reaction, including a summary of typical models for evaluation of the intrinsic reaction kinetics, incorporation of transport-kinetic interactions, methods for identification of the controlling reaction regime and assessment of the relative contribution of transport effects. The next two sections set forth basic reactor models for commonly used reactor types, including mechanically agitated reactors and bubble column reactors. A brief summary of commonly used correlations for estimation of mass transfer coefficients in these reactors for gas-liquid and liquid-liquid systems is also given. The final section is devoted to a summary of key reaction engineering issues that occur in pharmaceutical and fine chemical multiphase catalytic processes, along with some thoughts on future needs and challenges.     

概论多相反应系统的开发与设计

论述了气－液、气－液－固三相淤浆床及涡流床、气－固相固定床、气－固相流化床等多相反应系统的工业应用。并介绍了国内反应工程工业实践成果的参考索引。     

明色沥青多相体系结构的形成机理研究

沥青的相态结构组成直接决定其性能.结合明色沥青的制备过程,分析了明色沥青多相体系结构的形成机理以及组成体系,评价了原材料间的相容性和明色沥青的稳定性.研究结果表明,通过原材料熔融共混制备的明色沥青,形成了以改性剂为交联网络,沥青质与胶质为分散相,饱和分及芳香分为连续相的多相体系,稳定性良好.     

旋转泡沫填料反应器的研究进展

旋转泡沫填料反应器是一种新型多相搅拌釜式反应器,其将传统的搅拌桨替换成圆环型泡沫填料,可有效强化反应器内多相间传质混合过程,且多孔填料可作为催化剂载体,能减小多相催化反应中固体催化剂的使用量,具有替换传统多相搅拌釜式反应器和浆态反应器的潜力,将有较好的应用前景。本文详细阐述了旋转泡沫填料反应器的结构和反应器内多相流动形式,着重介绍了反应器内多相流动特性的研究进展及反应器内传质性能的研究现状,并与传统的多相反应器传质性能进行比较;从应用方面分析了反应器用于葡萄糖催化氧化、苯乙烯催化加氢等多相过程的强化方式及优势,通过对比得出旋转泡沫填料反应器能有效降低化工过程中物耗、提高物料的利用率;介绍了与旋转泡沫填料反应器类似的其他多孔式搅拌桨反应器的研究进展,分析了这类反应器的优势,并对其性能进行对比;最后,对旋转泡沫填料反应器研究的不足及未来的发展进行了阐述和展望。