張攀，段繼海，王偉文，陳光輝，李建隆

（1青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島266061；2青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東 青島266043；3生態(tài)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266043）

基于充分混合、均勻分布準(zhǔn)則的化工過程強(qiáng)化：青島科技大學(xué)的實(shí)踐

張攀1，3，段繼海2，3，王偉文2，3，陳光輝2，3，李建隆2，3

（1青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島266061；2青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東 青島266043；3生態(tài)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島266043）

過程強(qiáng)化是化學(xué)工程與技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。掌握并利用單元操作或單元過程的共性本質(zhì)、原理和相互影響規(guī)律，是實(shí)現(xiàn)化工過程強(qiáng)化的基本途徑。在過去的二十多年里，青島科技大學(xué)化學(xué)工程研究所基于對多相流動規(guī)律的認(rèn)識，提出了“充分混合、均勻分布”的多相流調(diào)控準(zhǔn)則并利用它進(jìn)行化工過程強(qiáng)化研究。本文簡述了“充分混合、均勻分布”準(zhǔn)則的基本內(nèi)容，詳細(xì)介紹了在環(huán)流式旋風(fēng)分離器、強(qiáng)放熱流態(tài)化和精餾洗滌過程——幾個(gè)在工業(yè)生產(chǎn)中得到成功應(yīng)用的案例中，利用“充分混合、均勻分布”調(diào)控準(zhǔn)則，實(shí)施過程強(qiáng)化的方式、方法以及強(qiáng)化效果，闡明了利用“充分混合、均勻分布”準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)化工過程強(qiáng)化的可行性，及其在其中所起到的關(guān)鍵作用和未來發(fā)展趨勢。

化學(xué)過程；流體力學(xué)；傳遞過程；分離；流態(tài)化

化工過程強(qiáng)化是指在生產(chǎn)和加工過程中應(yīng)用新技術(shù)和新設(shè)備，極大地減小設(shè)備體積，或者極大地增加設(shè)備生產(chǎn)能力，顯著提高能量效率，大量地減少廢物排放。即能顯著減小體積，高效、清潔、可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)都是過程強(qiáng)化［1-3］?；み^程強(qiáng)化技術(shù)被認(rèn)為是解決化學(xué)工業(yè)“高能耗、高污染和高物耗”問題的有效技術(shù)手段，可望從根本上變革化學(xué)工業(yè)的面貌［2］。通常認(rèn)為化工過程強(qiáng)化包括設(shè)備和方法兩個(gè)方面的內(nèi)容［1，4-5］。經(jīng)過多年的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)，我國在化工過程強(qiáng)化技術(shù)方面形成了自己的特色與優(yōu)勢，形成了諸多新設(shè)備、新方法。設(shè)備方面包括靜態(tài)混合反應(yīng)器［6-7］、膜反應(yīng)器［8-9］、微型反應(yīng)器［10-11］、旋轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器［12］、超重力反應(yīng)器［13-14］、超聲波反應(yīng)器［15］等。方法方面包括多功能反應(yīng)器［16-17］、超臨界流體技術(shù)［18］、動態(tài)操作［19］等。

單元操作或單元過程是組成各種化工生產(chǎn)過程的基本單元。戴猷元等［20］強(qiáng)調(diào)掌握單元操作或單元過程的共性本質(zhì)、原理和相互影響的規(guī)律，才有可能優(yōu)化化工過程的設(shè)計(jì)、合理調(diào)控單元操作或單元過程，實(shí)現(xiàn)化工過程的強(qiáng)化。并指出基于“場”“流”分析的觀點(diǎn)是分析上述原理、本質(zhì)的重要方法。在過去的二十多年里，青島科技大學(xué)化學(xué)工程研究所利用數(shù)值方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)對“場”、“流”進(jìn)行表達(dá)和揭示，基于“充分混合、均勻分布”的多相流調(diào)控準(zhǔn)則進(jìn)行化工過程強(qiáng)化研究，探討了諸多實(shí)現(xiàn)過程強(qiáng)化的方法和方式。本文主要綜述幾個(gè)在工業(yè)生產(chǎn)中得到成功應(yīng)用的過程強(qiáng)化案例。

1 充分混合、均勻分布的準(zhǔn)則

多相流體系，如氣-液、液-液、氣-固及氣-液-固多相流等是化工過程中廣泛存在的流體體系。實(shí)現(xiàn)對多相流體系的動量、熱量和質(zhì)量傳遞過程強(qiáng)化是化工過程強(qiáng)化的重要內(nèi)容。對多相流動進(jìn)行調(diào)控是實(shí)現(xiàn)多相流傳遞過程強(qiáng)化的重要途徑。上述諸多新設(shè)備和新方法就是利用對多相流動調(diào)控實(shí)現(xiàn)化工過程強(qiáng)化的實(shí)例。如超重力反應(yīng)器利用離心力實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化相與相之間的相對速度和相互接觸；微型反應(yīng)器利用其內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)獲得大比表面積的液滴或氣泡，實(shí)現(xiàn)相間傳質(zhì)強(qiáng)化；利用外力場（磁場［21-22］、電場［23］、聲場［24］、振動力場［25］、脈動流場［26-27］等）調(diào)控氣固、液固界面實(shí)現(xiàn)流態(tài)化過程強(qiáng)化等。因此，實(shí)現(xiàn)化工過程強(qiáng)化的重要途徑之一就是根據(jù)過程特點(diǎn)、利用合理的方法和手段對多相流動進(jìn)行調(diào)控，獲得提高過程傳遞參數(shù)的多相流動形態(tài)。

通常，多相流動體系中各相之間混合充分、每相均勻分布——即“充分混合，均勻分布”，是提高過程傳遞參數(shù)的理想流動形態(tài)。如對氣固流態(tài)化過程，由于氣-固密度差較大，流動易呈聚式流態(tài)化形形態(tài)，氣體在床內(nèi)聚并成氣泡上升，在床面上破裂而將顆粒向床面以上空間拋送。這不僅造成床層界面的較大起伏、壓降的波動；更為不利的是，以氣泡形式快速通過床層的氣體與顆粒接觸甚少，而乳相中的氣體因流速低，與顆粒接觸時(shí)間長，從而造成了氣-固相接觸不均勻。采用合理的調(diào)控手段，盡可能達(dá)到氣、固相均勻分布，充分接觸，直至散式流態(tài)化，是氣固反應(yīng)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)化率的重要途徑。在氣液傳質(zhì)體系中，盡管對其內(nèi)在的傳質(zhì)特性及傳質(zhì)機(jī)理還難以精確描述，但是，通過減小氣泡直徑，提高比相界面積，實(shí)現(xiàn)高效傳質(zhì)被廣泛接受。因此，“充分混合、均勻分布”是多相流調(diào)控過程中的重要準(zhǔn)則。

2 環(huán)流旋風(fēng)分離器

2.1 旋風(fēng)分離器的特點(diǎn)

旋風(fēng)分離器作為一種重要的非均相分離設(shè)備，在石油、化工、礦山冶金、環(huán)保、能源等各領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。提高旋風(fēng)分離器性能不僅對解決我國當(dāng)前面臨的環(huán)境污染問題有著重要的意義，而且對生產(chǎn)裝置的安全、平穩(wěn)運(yùn)行有重要影響。傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器中普遍存在“上灰環(huán)”、“短路流”、“二次卷揚(yáng)”、“二次返混”等諸多影響其分離效率的弊端。

2.2 旋風(fēng)分離過程強(qiáng)化

在認(rèn)識旋風(fēng)主流場及二次流對分離性能影響的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外研究者開展了大量研究工作［28-35］，考察了旋風(fēng)分離器的幾何形狀、尺寸（包括排氣管［36-38］、分離器高度［39］、灰斗出口［40］、雙錐結(jié)構(gòu)［41］、椎體［42-44］、錐角［45］等）對分離性能的影響規(guī)律。

李建隆等［46］提出“環(huán)流”的調(diào)控方式（如圖1），通過設(shè)置在旋風(fēng)除塵器直筒段的內(nèi)構(gòu)件使得含塵氣體實(shí)現(xiàn)第一次氣固分離，內(nèi)構(gòu)件的存在一方面提高了一次分離區(qū)中氣體切向運(yùn)動速度、強(qiáng)化流體旋轉(zhuǎn)，提高了分離效率［如圖 2（a）］；另一方面，它也使得分離器中旋進(jìn)渦核的“擺尾”效應(yīng)減弱，運(yùn)動更加穩(wěn)定。環(huán)流式旋風(fēng)分離器的特殊結(jié)構(gòu)使得經(jīng)過一次分離的大部分氣體直接從排氣管排出，從而有效降低了系統(tǒng)壓降［如圖2（b）］。

理想的氣固非均相分離流動形態(tài)是氣、固相間斷崖式分布（氣固完全分離），即“充分混合”的反面?！碍h(huán)流”的調(diào)控方式使得少量含塵氣體由內(nèi)件與外筒的環(huán)隙，進(jìn)入錐體，既能消除上灰環(huán)，又可使該部分氣體與粉塵在上述過程中進(jìn)行二次分離［47］。環(huán)流式旋風(fēng)除塵器實(shí)現(xiàn)了既縮短清潔氣相路徑，降低系統(tǒng)壓降；又強(qiáng)化了主氣流旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而強(qiáng)化氣固分離；而延長了含塵氣相路徑，形成兩級氣固分離的設(shè)想。通過對氣固流動的調(diào)控，有效克服了傳統(tǒng)旋風(fēng)分離器中諸多不利因素，形成了具有國際領(lǐng)先水平的環(huán)流式旋風(fēng)分離技術(shù)，獲得了包括多位院士在內(nèi)的國內(nèi)外專家的高度認(rèn)可。

工業(yè)應(yīng)用表明：環(huán)流式旋風(fēng)分離器對3μm以上顆粒的除塵效率達(dá)到了 99.5%以上，形成了筒體直徑從0.25～2.8m的系列分離裝備設(shè)計(jì)技術(shù)。并已在多晶硅、粉末狀藥、高溫焚燒等多個(gè)超細(xì)顆粒分離領(lǐng)域成功應(yīng)用600余臺套。

圖1 環(huán)流式旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 環(huán)流式旋風(fēng)分離器CFC與傳統(tǒng)DⅢ型旋風(fēng)分離器的壓降和效率對比［47］

3 流態(tài)化反應(yīng)過程調(diào)控

3.1 強(qiáng)放（吸）熱流態(tài)化過程特點(diǎn)

氣固流化床技術(shù)由于具有床內(nèi)傳遞特性好、處理通量大的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金、新材料新能源等其他許多領(lǐng)域，但對具有強(qiáng)放熱或強(qiáng)吸熱反應(yīng)過程（如催化裂化、煤燃燒、有機(jī)硅單體合成、乙炔法乙酸乙烯合成），流化床內(nèi)傳遞行為同樣會引起反應(yīng)器效率顯著變化，甚至?xí)l(fā)生床內(nèi)達(dá)到傳熱極限，出現(xiàn)與固定床相近的熱點(diǎn)溫度，從而使一些對溫度敏感的反應(yīng)過程受到影響，導(dǎo)致系統(tǒng)的反應(yīng)選擇性和效率都極大地降低等問題。

為及時(shí)取熱，流化床反應(yīng)器中多采用指管換熱。常用的指管主要有多級串聯(lián)和花板分布兩種結(jié)構(gòu)。當(dāng)指管串聯(lián)時(shí)，不同管程的外管表面溫差較大，導(dǎo)致取熱不均，出現(xiàn)副反應(yīng)加劇和局部過熱等異?，F(xiàn)象，影響目的產(chǎn)物的實(shí)際收率；傳統(tǒng)的花板分布結(jié)構(gòu)采用側(cè)向出料，易導(dǎo)致氣體偏流，固體顆粒帶出量大，若不能及時(shí)返回流化床，會造成操作不穩(wěn)定，不利于產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量控制。

3.2 基于均勻取熱的流態(tài)化反應(yīng)過程強(qiáng)化

3.2.1 強(qiáng)放熱反應(yīng)過程的均熱調(diào)控

針對上述多相催化反應(yīng)體系的特點(diǎn)，通過對強(qiáng)放熱氣固流態(tài)化反應(yīng)過程能量傳遞機(jī)制的研究，李建隆、王偉文等［48］提出了流態(tài)化均熱調(diào)控方法，發(fā)明了指管束兩級槽式導(dǎo)熱介質(zhì)均布器［49-50］。均熱調(diào)控方法利用導(dǎo)流技術(shù)實(shí)現(xiàn)各指管（套管）中導(dǎo)熱介質(zhì)流動和溫度分布均勻。同時(shí)在指管環(huán)隙中進(jìn)行導(dǎo)流，實(shí)現(xiàn)對氣固流動的調(diào)控，避免了氣體偏流以及可能出現(xiàn)的流動“死區(qū)”及局部過熱等問題，既防止了產(chǎn)生流動“死區(qū)”及污垢沉積，解決堵塞問題，又強(qiáng)化了傳熱。

3.2.2 流態(tài)化模式調(diào)控

大型流化床錐形篩板進(jìn)氣分布器容易導(dǎo)致氣體分布不均、流化質(zhì)量惡化，當(dāng)有大氣泡或顆粒團(tuán)聚體存在時(shí)，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率或目的產(chǎn)物選擇性減低。李建隆、王偉文等［51］提出了利用雙錐導(dǎo)流式進(jìn)氣分布器和條形組合內(nèi)件對氣固流態(tài)化狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控（如圖3和圖4）。

這些結(jié)構(gòu)既有效地改善了流化床下部的流化質(zhì)量，又減少和防止了床內(nèi)結(jié)塊及分布板堵塞。另一方面，便于催化劑補(bǔ)加，且能使新補(bǔ)加的催化劑靠錐體的擴(kuò)張均布于整個(gè)床截面。前述換熱指管束不僅有均勻取熱的作用，還有改善流化質(zhì)量的垂直內(nèi)件，形成了組合內(nèi)構(gòu)件，有效減少或消除了大氣泡和顆粒團(tuán)聚體的存在。它們的共同作用是使得氣固流動趨向于散式流態(tài)化的流動模式，使得催化劑和反應(yīng)物料的分布更加均勻，相間接觸更加充分。

均熱和流態(tài)化模式調(diào)控實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器中溫度均布、顆粒均布、顆粒間接觸充分，解決了副反應(yīng)加劇和局部催化劑燒結(jié)失活等問題，提高了反應(yīng)速率及目的產(chǎn)物收率。上述調(diào)控方法和技術(shù)已成功應(yīng)用于 10萬噸/年甲基氯硅烷單體合成工業(yè)系統(tǒng)（見圖5），有機(jī)硅單體選擇性達(dá)到國際先進(jìn)水平。

圖3 雙錐進(jìn)氣分布器簡圖

圖4 條形組合內(nèi)件簡圖

圖5 均熱流化床反應(yīng)器實(shí)例圖

4 高效精餾洗滌技術(shù)

為徹底去除合成氣中的超細(xì)顆粒，一般流態(tài)化反應(yīng)器及旋風(fēng)除塵器后常采用精餾洗滌塔對超細(xì)顆粒進(jìn)行分離。精餾洗滌塔的液相中含有一定量的固體，易造成塔盤堵塞，生產(chǎn)不穩(wěn)定、不連續(xù)；氣體穿過塔底液層時(shí)常出現(xiàn)“水錘”現(xiàn)象，引起塔的振動，且容易形成大氣泡，不利于氣液充分接觸，顆粒物難以徹底去除。因此采用板式塔時(shí)，應(yīng)防止大氣泡產(chǎn)生或及時(shí)破除大氣泡，以增大比表面積，防止氣體短路，實(shí)現(xiàn)物系的高效分割。

基于“充分混合、均勻分布”的調(diào)控準(zhǔn)則，李建隆等［52］利用鼓泡層破泡方法，實(shí)現(xiàn)對氣相的調(diào)控，將塔板液層中大氣泡直徑減小為原來的1/20（如圖6所示），增加了超細(xì)顆粒與液相的接觸概率，實(shí)現(xiàn)了超細(xì)顆粒的高效捕集；增大了板上液層的傳質(zhì)比表面積，強(qiáng)化塔板上的氣液傳質(zhì)，大幅提高塔板的分離效率。

圖6 篩網(wǎng)對氣泡尺寸的影響圖［52］

將鼓泡層破泡方法與慣性除塵、導(dǎo)向篩板、穿流塔盤有效結(jié)合，形成了微尺度塔板分離技術(shù)，解決了超細(xì)顆粒去除不徹底、氣液分離效率低、操作彈性小、塔內(nèi)件易堵塞等問題。

微尺度塔板分離技術(shù)主要用于流態(tài)化反應(yīng)器后氣體的洗滌凈化以及分離精度要求較高的領(lǐng)域，已在有機(jī)硅單體合成、乙酸乙烯合成、生物質(zhì)熱裂解等分離與氣體凈化領(lǐng)域應(yīng)用11臺套，在有機(jī)硅單體合成領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，單臺處理量可達(dá)25t/h，操作彈性介于 60%～200%，并實(shí)現(xiàn)了氣固兩相的高效分離。在保證洗滌效果的同時(shí)，提高了高沸物的分離效率，大幅降低了固體廢棄物的產(chǎn)率，環(huán)保和減排效益顯著。

5 結(jié) 語

化學(xué)工業(yè)在我國的國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。在地球資源日益枯竭、生態(tài)環(huán)境急劇惡化的今天，過程強(qiáng)化技術(shù)是推動、促進(jìn)我國化學(xué)工業(yè)向資源節(jié)約型和環(huán)境友好型模式轉(zhuǎn)變的重要手段。

青島科技大學(xué)化學(xué)工程研究所在過去二十多年里的實(shí)踐表明：利用合適的調(diào)控方式和方法，實(shí)現(xiàn)“充分混合、均勻分布”的多相流流動形態(tài)，能夠有效提高過程的速率和效率，達(dá)到過程強(qiáng)化的目的?；凇俺浞只旌稀⒕鶆蚍植肌倍嘞嗔髡{(diào)控準(zhǔn)則的化工過程強(qiáng)化研究，雖然取得了一些成績，但正如費(fèi)維揚(yáng)院士指出的那樣：“化工過程強(qiáng)化是靈活地利用化工基礎(chǔ)理論和先進(jìn)技術(shù)，大幅度地提高現(xiàn)有過程和設(shè)備的效率…但是在艱深的化工理論與復(fù)雜的工程實(shí)踐之間往往存在著很深的鴻溝，需要我們努力工作，構(gòu)筑跨越這條鴻溝的橋梁”。

［1］ 閔恩澤. 分子篩、綠色化學(xué)和化工過程強(qiáng)化——在“21世紀(jì)分子篩化學(xué)與應(yīng)用基礎(chǔ)專題研討會”上的總結(jié)發(fā)言［J］. 中國基礎(chǔ)科學(xué)，2001（06）：11-15.

［2］ 張永強(qiáng)，閔恩澤，楊克勇，等. 化工過程強(qiáng)化對未來化學(xué)工業(yè)的影響［J］. 石油煉制與化工，2001（06）：1-6.

［3］ 劉會洲，郭晨，常志東，等. 過程強(qiáng)化：從概念到實(shí)踐［C］// 第一屆全國化學(xué)工程與生物化工年會，南京，2004.

［4］ 孫宏偉，陳建峰. 我國化工過程強(qiáng)化技術(shù)理論與應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.化工進(jìn)展，2011，30（01）：1-15.

［5］ 常凌飛，劉有智. 化工過程強(qiáng)化的研究進(jìn)展［J］. 化工中間體，2010（08）：15-19.

［6］ 錢剛，許煜汾. 應(yīng)用靜態(tài)混合反應(yīng)器制備ZrO2納米晶微粉［J］. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1999（05）：22-25.

［7］ 吳煜，姚敏，劉智鋒. 靜態(tài)混合反應(yīng)器在混合油精煉工藝中的應(yīng)用［J］. 糧食與食品工業(yè)，2013（06）：26-28.

［8］ 徐崢勇，楊朝暉，曾光明，等. 序批式生物膜反應(yīng)器（Sbbr）處理高氨氮滲濾液的脫氮機(jī)理研究［J］. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006（01）：55-60.

［9］ 俞漢青，顧國維. 生物膜反應(yīng)器掛膜方法的試驗(yàn)研究［J］. 中國給水排水，1992（03）：12-17.

［10］ 王鋒，李隆鍵，漆波，等. 微型反應(yīng)器中甲醇水蒸氣重整制氫研究［J］. 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（04）：509-514.

［11］ 陳光文，袁權(quán). 微化工技術(shù)［J］. 化工學(xué)報(bào)，2003，64（04）：427-439.

［12］ 甄茹，劉有智，張巧玲，等. 旋轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器光催化降解含酚廢水的研究［J］，現(xiàn)代化工，2013（12）：107-110.

［13］ 沈志剛，陳建峰，劉春光，等. 超重力反應(yīng)器中碳化反應(yīng)參數(shù)對碳酸鈣產(chǎn)品的影響［J］. 北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002（01）：1-5，13.

［14］ 鄒?？?，初廣文，趙宏，等. 面向環(huán)境應(yīng)用的超重力反應(yīng)器強(qiáng)化技術(shù)：從理論到工業(yè)化［J］. 中國科學(xué)（化學(xué)），2014（09）：1413-1422.

［15］ 湯立新，韓萍芳，呂效平. 超聲波氣升式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器流體力學(xué)性能研究［J］. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（01）：41-45.

［16］ 李永祥，吳巍，閔恩澤. 幾種多功能反應(yīng)器研究和應(yīng)用的最新進(jìn)展［J］. 石油煉制與化工，2001（03）：35-39.

［17］ 劉全生，張志新，周敬來. 新型多功能反應(yīng)器［J］. 天然氣化工，1997（04）：45-50.

［18］ 肖建平，范崇政. 超臨界流體技術(shù)研究進(jìn)展［J］. 化學(xué)進(jìn)展，2001，13（02）：94-101.

［19］ 李成岳，王健. 化學(xué)反應(yīng)器的動態(tài)操作［J］. 化工學(xué)報(bào)，2004，65（06）：861-868.

［20］ 戴猷元，張瑾. “場”“流”分析與分離過程強(qiáng)化［J］. 膜科學(xué)與技術(shù)，2011（03）：47-52.

［21］ 呂秀菊，曲紅波，叢威，等. 磁場流化床在生化工程中的應(yīng)用［J］.化工進(jìn)展，2001，20（03）：7-12.

［22］ 駱振福，樊茂明，陳清如. 磁場流化床的穩(wěn)定性研究［J］. 中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（04）：30-33.

［23］ 朱子川，孫婧元，黃正梁，等. 外加電場下氣固流化床的數(shù)值模擬［J］. 化工學(xué)報(bào)，2013，74（02）：490-497.

［24］ 梁華瓊，周勇，李愛蓉，等. 超細(xì)顆粒在聲場流化床中的流化特性［J］. 高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)，2004（05）：579-584.

［25］ 李珺，劉初升，趙躍民，等. 新型振動流化床的動態(tài)特性及試驗(yàn)研究［J］. 煤炭學(xué)報(bào)，2013（10）：1882-1887.

［26］ 嚴(yán)建華，岑可法，康齊福. 脈動流化床的機(jī)理及燃燒試驗(yàn)研究［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，1986（06）：128-136.

［27］ 肖帥剛，王亭杰，汪展文，等. 振動流化床中淺床層時(shí)床層與分布板之間的彈性作用［J］. 過程工程學(xué)報(bào)，2001（02）：132-137.

［28］ 陳建義，羅曉蘭，時(shí)銘顯. 旋風(fēng)分離器分離空間流場的理論分析［J］. 中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，30（6）：83-88.

［29］ 胡瓅元，時(shí)銘顯. 蝸殼式旋風(fēng)分離器內(nèi)的湍流特性（Ⅱ）——環(huán)形空間［J］. 磁流體發(fā)電情報(bào)，2004，55（3）：351-355.

［30］ 錢付平，章名耀. 旋風(fēng)分離器分離性能的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c數(shù)值預(yù)測［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，35（1）：35-39.

［31］ 蘇亞欣，岑可法，駱仲泱. 方形旋風(fēng)分離器內(nèi)氣固兩相流湍流特性的研究［J］. 熱能動力工程，2002，17（02）：147-150.

［32］ LAPPLE C E. Processes use many collector types［J］. Chem. Eng.，1951，58（5）：144-151.

［33］ LEITH David，MEHTA Dilip. Cyclone performance and design［J］. Atmospheric Environment（1967），1973，7（5）：527-549.

［34］ STAIRMAND C J. The design and performance of cyclone separators［J］. Chemical Engineering Research and Design，1951，29（a）：356-383.

［35］ HOFFMANN A C，ARENDS H，SIE H. An experimental investigation elucidating the nature of the effect of solids loading on cyclone performance［J］. Filtration & Separation，1991，28（3）：188-193.

［36］ LIM K S，KIM H S，LEE K W. Characteristics of the collection efficiency for a cyclone with different vortex finder shapes［J］. J. Aerosol. Sci.，2004，35（6）：743-754.

［37］ RAOUFI Arman，SHAMS Mehrzad，F(xiàn)ARZANEH Meisam，et al. Numerical simulation and optimization of fluid flow in cyclone vortex finder［J］. Chemical Engineering and Processing：Process Intensification，2008，47（1）：128-137.

［38］ MARTíNEZ L F，LAVíN A G，MAHAMUD M M，et al. Vortex finder optimum length in hydrocyclone separation［J］. Chemical Engineering and Processing： Process Intensification，2008，47（2）：192-199.

［39］ XIANG R B，LEE K W. Numerical study of flow field in cyclones of different height［J］. Chem. Eng. Process，2005，44（8）：877-883.

［40］ OBERMAIR Stefan，WOISETSCHLAGER Jakob，STAUDINGER Gernot. Investigation of the flow pattern in different dust outlet geometries of a gas cyclone by laser doppler anemometry［J］. Powder Technol.，2003，138（2-3）：239-251.

［41］ YOSHIDA Hideto，F(xiàn)UKUI Kunihiro，YOSHIDA Kenji，et al. Particle separation by Iinoya's type gas cyclone［J］. Powder Technol.，2001，118（1-2）：16-23.

［42］ GIMBUN Jolius，CHUAH T G，CHOONG Thomas S Y，et al. Prediction of the effects of cone tip diameter on the cyclone performance［J］. J. Aerosol. Sci.，2005，36（8）：1056-1065.

［43］ 張建，金有海. 不同錐體結(jié)構(gòu)旋風(fēng)分離器的分離特性數(shù)值研究［J］.石油化工設(shè)備，2007，36（6）：33-36

［44］ CHUAH T G，GIMBUN J，CHOONG T S Y. A CFD study of the effect of cone dimensions on sampling aerocyclones performance and hydrodynamics［J］. Powder Technol.，2006，162（2）：126-132.

［45］ XIANG Rongbiao，PARK S H，LEE K W. Effects of cone dimension on cyclone performance［J］. J. Aerosol. Sci.，2001，32（4）：549-561.

［46］ 李建隆，王偉文，劉繼泉. 環(huán)流式旋風(fēng)除塵器：2577970［P］. 2003-10-08.

［47］ WANG Weiwen，ZHANG Pan，WANG Lixin，et al. Structure and performance of the circumfluent cyclone［J］. Powder Technology，2010，200（3）：158-163.

［48］ 陳瑩，陳光輝，李建隆. 多級液柱噴射塔噴嘴霧化特性的研究［J］.山東化工，2010，39（192）：8-11.

［49］ 李建隆，曾陽，王偉文，等. 有機(jī)硅單體流化床反應(yīng)器的導(dǎo)熱油分布器及其制造方法：101130551［P］. 2008-02-27.

［50］ 李建隆，曾勇，王偉文，等. 均熱直回式有機(jī)硅單體合成流化床反應(yīng)器：101139353［P］. 2008-03-12.

［51］ 李建隆，王偉文，陳光輝，等. 有機(jī)硅單體合成流化床反應(yīng)器的條形組合內(nèi)部構(gòu)件：201101962［P］. 2008-08-20.

［52］ WANG Weiwen，LI Suya，LI Jianlong. Experimental determination of bubble size distributions in laboratory scale sieve tray with mesh［J］. Industrial & Engineering Chemistry Research，2012，51（20）：7067-7072.

Process intensification based on fully mixed and evenly distributed method：practice in Qingdao University of Science and Technology

ZHANG Pan1，3，DUAN Jihai2，3，WANG Weiwen2，3，CHEN Guanghui2，3，LI Jianlong2，3
（1College of Electromechanical Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266069，Shandong，China；2College of Chemical Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao 266043，Shangdong，China；3State Key Laboratory Base of Eco-chemical Engineering，Qingdao 266043，Shandong，China）

Process intensification is one of the research hotspots in the field of chemical engineering and technology. By only to master the rule of common nature，principle and influence each other，it is possible to optimize the design of the chemical process，reasonable regulation of unit operations or unit process to achieve the chemical process intensification. Based on the understanding of the law of multiphase flow，Institute of Chemical Engineering，Qingdao University of Science and Technology has put out a rule of multiphase flow regulation，named“Fully Mixed，Evenly Distributed”，and has been done a lot of research work related to the subject of process intensification in the past decades. This review introduced the main contents of“Fully Mixed，Evenly Distributed”，and discussed the process intensification methods based on“Fully Mixed，Evenly Distributed”and its effect in some successful application cases，such as circumfluent cyclone separator，strong exothermic fluidizedprocess and washing and distillation process. This review also clarified the feasibility of chemical process intensification using“Fully Mixed，Evenly Distributed”regulation，as well as its key role and trend of process intensification technology.

chemical processes；fluid mechanics；transport processes；separation；fluidization

TQ 02

A

1000-6613（2016）10-3016-06

10.16085/j.issn.1000-6613.2016.10.002

2016-01-01；修改稿日期：2016-04-22。

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（21276132）。

張攀（1976—），男，博士，副教授，研究方向?yàn)槎嘞嗔鲃臃磻?yīng)過程及其數(shù)值方法。E-mail pan_zh@qust.edu.cn。聯(lián)系人：李建隆，教授，E-mail ljlong@qust.edu.cn。