基于充分混合、均匀分布准则的化工过程强化:青岛科技大学的实践

过程强化是化学工程与技术领域的研究热点之一。掌握并利用单元操作或单元过程的共性本质、原理和相互影响规律,是实现化工过程强化的基本途径。在过去的二十多年里,青岛科技大学化学工程研究所基于对多相流动规律的认识,提出了“充分混合、均匀分布”的多相流调控准则并利用它进行化工过程强化研究。本文简述了“充分混合、均匀分布”准则的基本内容,详细介绍了在环流式旋风分离器、强放热流态化和精馏洗涤过程——几个在工业生产中得到成功应用的案例中,利用“充分混合、均匀分布”调控准则,实施过程强化的方式、方法以及强化效果,阐明了利用“充分混合、均匀分布”准则实现化工过程强化的可行性,及其在其中所起到的关键作用和未来发展趋势。     

基于工作过程的《化工单元操作技术》课程教学实践与反思

基于工作过程的《化工单元操作技术》课程教学设计,以典型的化工单元操作项目为载体,采用任务驱动等多元化教学方法,强化学生的生产实践能力和提高学生的职业综合素养,提高了教学质量及教学效果。     

化工原理教学中的核心概念:传递的平衡态与过程的推动力

热力学平衡、过程推动力是化工原理课程中的两个核心概念,对于理解传递过程非常重要。文章围绕这两个概念,基于单元操作的特性与物理定律,建立相应的平衡线方程,从理论上明确传递的极限(终点);进一步依据传递方程的基本表达式,用图示法对传递过程的推动力进行具体描述,强调推动力在传递动力学中的核心作用,从工程实际角度加深学生对化工传递过程的理解。     

化工原理课程中三传相似性教学要点分析

单元操作从本质上讲可以分解为动量传递、热量传递、质量传递这三种传递过程或者它们的结合。学习和掌握三传相似性在加强学生对化工原理知识的深入认识、融会贯通方面有着重要的意义。文章就三传相似性的一些教学要点进行了深入剖析,并对教学方法进行了简要探讨。     

化工单元操作和过程的系统层次结构

阐述了化工单元操作和过程的系统层次结构。化工单元操作是系统的要素,经过组合形成化工过程(工段)——低层系统,若干化工过程(工段)再经组合形成工艺流程——高层系统;构成工艺流程的化工过程之间相互有一定的联系,具有一定的系统层次结构。     

化工原理实验中操作型问题分析与计算

操作型问题是化工原理教学中的难点,在化工原理实验教学中强化操作型问题的分析与计算,可加深学生对单元操作原理的理解。因此,在实验教学过程中,根据实验装置功能提出操作型问题,指导学生通过设计和实施合理的实验方案求解问题,是非常有必要的。这一过程能够培养学生运用所学理论分析和解决实际工程问题的能力。     

《化工原理》课程改革刍议

一、目前问题与现状 我国目前化工类专业最重要的基础课之一“化工原理”是以本世纪二十年代单元操作理论为基础发展起来的,它与单元操作理论并无多大区别,将化工生产中各个单元过程单独介绍,偏重于化工生产中各个单元过程,忽视了化工过程的整体及它与整个过程的有机联系;化工原理课程较为重视化工的宏观过程,对微观过程,尤     

化工单元操作技术最新进展

化工产品是由多个化学反应以及物理操作形成的。虽然化工产品是多种多样的,化学反应也有不同的种类,但是物理过程并没有太多。化工工艺生产中重要组成部分就是化工单元操作,针对现阶段化工单元操作技术的进展进行分析,进而使单元操作技术的最新发展得以反映。     

以过程强化为主线的化工原理思维导图构建与教学实践

通过思维导图方式,以化工过程强化为主线,将化工原理各单元操作串联为思维导图的知识网络。将这样的方法运用到化工原理的教学实践中,取得了较好的教学效果,为其它专业课程的教和学提供一种借鉴。     

化工单元操作设计计算解析

化工单元操作设计计算是化工原理课程的核心内容,本文以流体流动、传热、吸收和精馏单元操作为例,分析了不同单元操作设备设计计算的共性.尽管各单元操作内容不同,设计计算方法各异,但采用的公式有三类:衡算方程,过程速率方程和相平衡方程.理解了这一点,对化工原理的学习很有帮助.     

Towards a methodology for the systematic analysis and design of efficient chemical processes: Part 1. From unit operations to elementary process functions

A successful intensification of a chemical process requires a holistic view of the process and a systematic debottlenecking, which is obtained by identifying and eliminating the main transport resistances that limit the overall process performance and thus can be considered as rate determining steps on the process level. In this paper, we will suggest a new approach that is not based on the classical unit operation concept, but on the analysis of the basic functional principles that are encountered in chemical processes.A review on the history of chemical engineering in general and more specifically on the development of the unit operation concept underlines the outstanding significance of this concept in chemical and process engineering. The unit operation concept is strongly linked with the idea of thinking in terms of apparatuses, using technology off the shelf. The use of such “ready solutions” is of course convenient in the analysis and design of chemical processes; however, it can also be a problem since it inherently reduces the possibilities of process intensification measures.Therefore, we break with the tradition of thinking in terms of “unit apparatuses” and suggest a new, more rigorous function-based approach that focuses on the underlying fundamental physical and chemical processes and fluxes.For this purpose, we decompose the chemical process into so-called functional modules that fulfill specific tasks in the course of the process. The functional modules itself can be further decomposed and represented by a linear combination of elementary process functions. These are basis vectors in thermodynamic state space. Within this theoretical framework we can individually examine possible process routes and identify resistances in individual process steps. This allows us to analyze and propose possible options for the intensification of the considered chemical process.     

谈过程强化技术促进化学工业转型升级和可持续发展

化工过程强化是通过采用新装备和新方法,显著提升传递过程速率或反应过程速率的技术。与当今常用的装备和技术相比,可以显著地改进制造和加工过程,大幅度地提高设备产能,降低能耗或废物的产生,是一种更廉价、更可持续发展的技术。本文介绍了化工过程强化的原理、方法与技术特点,阐明了化学工业发展与化工过程强化的内在关系,分析了化工过程强化在生态化工导向大背景下的地位和作用。基于化工过程强化技术对促进发展思路转变、工艺装备技术创新、节能减排降耗和支撑化工可持续发展等方面的作用,论述了化工过程强化技术对促进化学工业转型升级和提升化学工业社会声誉度的重要性。     

A fundamental principle and systematic procedures for process intensification in reactive distillation columns

A fundamental principle is developed for process intensification through internal mass and energy integration in reactive distillation columns and three systematic procedures are devised for process synthesis and design. For reactive distillation columns involving reactions with highly thermal effect, process intensification can be achieved with an exclusive consideration of internal energy integration between the reaction operation and separation operation involved. However, in the case of a highly endothermic reaction with an extremely low reaction rate and/or small chemical equilibrium constant, internal mass integration has also to be considered between the reactive section and stripping section. For reactive distillation columns involving reactions with negligibly or no thermal effect, process intensification can be performed with an exclusive consideration of internal mass integration. For reactive distillation columns involving reactions with moderately thermal effect, process intensification must be conducted with a careful trade-off between internal mass and energy integration. Five hypothetical and two real reactive distillation systems are employed to evaluate the principle and procedures proposed. It is demonstrated that intensifying internal mass and energy integration is really effective for process intensification. Not only can the thermodynamic efficiency be improved substantially, but also the capital investment can be further reduced.     

蒸馏过程强化技术研究进展

蒸馏过程强化技术作为我国现代化学工业发展的重要研究领域,是过程强化概念在化学工业成功应用的典范之一。随着近些年的发展,蒸馏过程强化技术的研究已形成了一套较完整的体系,但也出现了一系列新的难题与挑战。为此,本文针对混合物相对挥发度与气液传质两个蒸馏过程强化的基础理论本质问题,以基础理论创新、关键技术突破和关键装备研究进展为主线,从强化原理、研究进展、工业应用及发展3方面系统介绍共沸蒸馏、萃取蒸馏、反应蒸馏这3类典型的引入质量分离剂强化的蒸馏过程及其耦合技术;微波、超重力场等典型外场作用下的引入能量分离剂强化的蒸馏过程,并系统介绍以新型塔内件及新型塔结构为切入点的基于先进设备强化的蒸馏过程,为迎接这一领域新的难题和挑战提供新思路。     

气液微反应器研究及展望

气液微反应器具有效率高,速度快,操作灵活,易于装卸和运输的特点,是作为实现过程强化、满足绿色化工生产的重要设备之一。对各种新型气液微反应器进行了介绍,阐述了气液微反应器内流动特性和传质特性,最后对其未来进行了展望。     

一种新型振荡流强化反应器制备生物柴油的探讨

介绍一种新型振荡流强化反应器。根据该反应器的基本原理和生物柴油制备的反应特点,分析了应用该新型振荡流强化反应器制备生物柴油的可行性及优势。这种新型振荡流强化反应器不但能够促进化学反应的进行、提高生产效率,而且可通过调节振荡频率和振幅来控制反应器的操作特性以达到最佳反应效果;可将传统上的间歇过程转化为连续过程。     

声化学微反应器——超声和微反应器协同强化

微反应器和声化学技术都是化工过程强化的重要手段,但都有优缺点。阐释了“声化学微反应器”的理念--微反应器和声化学技术相互集成,利用超声强化微通道内的混合、传质和预防堵塞等,同样借助微反应器实现声场和气泡场的有效调控并解决声空化过程的放大难题,实现协调强化的目的。同时,深入剖析了声化学微反应器内的声空化行为、声场和气泡场调控规律,以及多相流动体系中的混合与传质强化机制。最后展望了该领域的发展方向,并指出超声空化过程中表界面时空尺度现象和理论是实现并优化超声强化的基础。     

精馏技术研究进展与工业应用

精馏是化学工业中应用最广泛的关键共性技术,广泛应用于石油、化工、化肥、制药、环境保护等行业。精馏具有应用广泛、技术成熟等优点,但存在设备投资大、分离能耗高等问题,因此研究开发新型高效传质元件、开发新型节能精馏技术,具有重要的社会意义和经济价值。本文从精馏塔类型、流体力学性能、传质性能、塔器大型化、过程节能、过程强化等方面,介绍了精馏技术的研究进展与工业应用。对于板式塔,从气液两相流动状态、压降、漏液和雾沫夹带方面研究了塔板的流体力学性能;对于填料塔,从压降、液泛和持液量方面研究了填料塔的流体力学性能,但目前的研究仍以经验关联式为主,缺乏严谨的的理论模型。对于气液两相的传质性能研究,简述了气液两相传质理论,但科学、精准的传质模型尚未提出。对于塔器大型化的应用研究,介绍了塔板、气液分布器和支撑装置等大型化关键技术的工业应用。从精馏过程典型节能技术、耦合节能技术、流程节能技术、低温余热回收和特殊精馏等方面,介绍了精馏过程节能与强化的应用进展。文章最后对精馏过程的传质、强化和集成进行了展望。     

煤化学链转化技术研究进展

化学链技术为化石能源的清洁高效利用提供了新思路。本文在综述煤化学链燃烧和气化转化工艺现状及特点的基础上,对煤化学链转化的载氧体以及煤-载氧体反应和化学链反应器强化等进行了评价及展望。指出煤化学链转化的研究重点为以下3方面：①载氧体-煤-煤灰-气化剂等反应体系中氧传递过程及反应机理;②载氧体应围绕多活性组分载氧体、耦合催化-载氧-捕C/S多功能复合载氧体和具有特定储氧功能和高稳定性结构载氧体等3方面进行研究;③针对载氧体和煤反应慢的瓶颈,应揭示反应器优化和操作强化的理论基础。