化工过程强化关键技术丛书 微界面传质强化技术

化工过程强化关键技术丛书 微界面传质强化技术
作者：张志炳 等 著
出版时间：2020
丛编项： 化工过程强化关键技术丛书
内容简介
　　《微界面传质强化技术》是《化工过程强化关键技术丛书》的一个分册。 强化传质是强化化学反应的主要技术手段之一。本书从传质基本理论出发，系统论述了气-液、气-液-液、气-液-固、液-液、液-液-固、气-液-液-固等多相体系在微米尺度上的相际传质现象与行为特征，阐述微界面传质对多相反应过程强化的科学机理、调控手段、设备结构和影响规律。主要内容既涉及微界面内涵和微气泡、微液滴的制备技术，又包括对数以亿计的微颗粒（气泡或液滴）及其形成的微界面体系的测试和表征技术，以及微界面传质强化与反应强化的构效调控原理，同时以若干典型实例介绍微界面传质强化技术在不同工业领域的应用。本书还介绍了相关技术在实际工程应用过程中所延伸的各种工艺、材料、装备及技术对策。 《微界面传质强化技术》既有新概念、新理论，又有新方法、新技术，还有开发的数学模型和应用实例，全书内容丰富、层次清晰、图文并茂、文字流畅。可供化工、能源、材料、环境、食品等过程工程领域科技人员阅读，也可供高等学校相关专业师生参考。
目录
第一章　绪论/1
第一节　引言 1
第二节　界面传质与反应 2
一、经典气-液传质理论简介 3
二、修正的经典模型 6
三、湍流旋涡理论 7
第三节　基于微通道和外场的传质强化 9
一、概述 9
二、基于微通道的传质强化 9
三、基于超重力场的传质强化 10
四、基于超声波的传质强化 11
五、基于电磁波的传质强化 12
第四节　基于机械能的传质强化 14
一、撞击流传质强化 14
二、喷雾传质强化 18
三、气-液混流泵传质强化 22
参考文献 24

第二章 微界面传质强化的基本理论问题/31
第一节　概述 31
第二节　微界面的涵义 32
一、微颗粒与微颗粒体系 32
二、宏颗粒与宏颗粒体系 33
三、微界面与微界面体系 33
四、宏界面与宏界面体系 34
第三节　微界面传质强化和反应强化概念 35
一、气液相界面积的强化 37
二、气泡平均停留时间的强化 39
第四节　微界面反应强化原理 44
一、气膜传质系数kG 45
二、液膜传质系数kL 47
第五节　τs和δL的确定 53
一、τs的确定 53
二、δL的确定 53
三、静止水中空气微气泡的τs和δK计算 54
四、空气微气泡在水中的上升速度实验值 56
五、液膜（传质边界层）δL的计算 57
第六节　催化剂的表面液膜传质系数ks 59
第七节　微气泡的内压 59
第八节　微气泡的碰撞与聚并 62
一、微气泡的碰撞频率 62
二、微气泡的聚并效率 64
参考文献 74

第三章 Marangoni效应及其界面微结构/79
第一节　Marangoni界面湍动 79
第二节　Marangoni界面微结构的形成与尺度 80
一、Marangoni界面湍动的形成 80
二、界面湍动现象的表现形式 82
第三节　液-液传质过程中的Marangoni界面微结构 84
一、液-液传质过程中的Marangoni界面微结构 84
二、Marangoni界面湍动微结构对液-液传质的影响 91
第四节　气-液Marangoni效应与界面微结构 92
一、气-液传质过程中的Marangoni界面微结构 93
二、气-液Marangoni界面微结构对传质的影响 97
第五节　Marangoni界面湍动与界面微结构的表征 99
一、示踪剂法 99
二、粒子成像测速法 100
三、光学观测法 100
第六节　Marangoni效应对传质设备效率的影响 102
参考文献 104

第四章 气-液微颗粒制备技术/111
第一节　概述 111
第二节　微气泡的主要理化特征 112
第三节　气泡的产生、发展与溃灭机理 113
一、微气泡的形成与振荡 113
二、孔口鼓泡和微气泡平动 114
三、微流道中的两相流型 115
四、微气泡的溶解溃灭 116
第四节 微气泡的制备技术 116
一、溶气-释气法 117
二、微孔曝气法 118
三、引气-散气法 120
四、微流控方法 123
五、超声/声压法 128
六、电解法 130
第五节 微液滴制备技术 132
一、概述 132
二、填充床法 133
三、超重力法 135
四、多相流法 137
五、气动法 151
六、电动法 152
七、微液滴制备的其他方法 156
第六节 微型乳液制备技术 158
一、概述 158
二、乳液的分类 159
三、机械法 159
四、双T型微通道法 160
五、多重流动聚焦 162
六、膜乳化技术 165
七、填充床法 168
八、温变转相法 169
第七节 乳液的稳定性与破乳 170
一、奥氏熟化现象 171
二、过处理问题 172
三、破乳 172
第八节 反气泡制备技术 173
一、概述 173
二、制备方法 176
三、反气泡稳定性 178
四、反气泡运动控制 179
参考文献 180

第五章　Q-CT法测试技术 / 195
第一节　概述 195
第二节 毫米-厘米级气泡颗粒测试技术 196
一、毫米-厘米级群颗粒测试技术现状 196
二、基于分水岭算法的气-液颗粒群图像分析技术 197
三、气-液颗粒群实验装置及图像拍摄 201
四、粘连气泡与重叠气泡 202
五、粘连气泡的分水岭分割 202
六、结果与讨论 210
七、小结 214
第三节 微气泡测试技术 214
一、实验装置 214
二、样品分析 217
三、结果与讨论 223
四、小结 226
第四节 液相微颗粒体系测试技术研究 226
一、背景及原理 226
二、试剂与测试仪器 229
三、实验步骤 231
四、测试与表征 231
第五节 误差校正 234
参考文献 234

第六章 微界面体系在线成像测量技术 / 239
第一节　概述 239
第二节　OMIS 系统简介 241
一、OMIS 系统组成 241
二、OMIS 成像原理及放大倍率 241
第三节　OMIS 数据采集与测定方法 242
一、视频采集 242
二、视频及图片的标尺确定 243
三、微颗粒群粒径分布统计 244
第四节　微界面固定床反应器内微颗粒的测试 248
一、测试装置简介 248
二、微界面固定床颗粒特性测试实例 250
三、视频采集及处理 250
四、结果与讨论 250
第五节　微界面浆态床反应器内微颗粒测试 255
一、试验装置 255
二、视频采集 256
三、结果与讨论 256
参考文献 265

第七章 微界面体系构效调控数学模型 / 267
第一节　概述 267
第二节　微界面体系气泡尺度构效调控数学模型 268
一、微界面体系气泡的聚并与破裂 268
二、d32 计算模型和半经验关联式 271
三、微界面体系气泡Sauter 平均直径通用数学模型 273
四、dmax 和dmin 理论研究 279
五、微界面机组能量耗散率数学模型 283
第三节　气-液微界面体系气含率构效调控数学模型 287
一、气含率研究进展 287
二、微界面体系气含率通用数学表达式 288
三、微界面体系气泡平均上升速度数学表达式 288
四、微界面体系气含率构效调控数学模型 292
第四节　微界面体系气液相界面积构效调控数学模型 292
一、气液相界面积研究进展 292
二、微界面体系气液相界面积一般数学表达 294
三、微界面体系气液相界面积构效调控数学模型 294
第五节　微界面体系传质系数构效调控数学模型 295
一、微界面体系传质概述 295
二、微界面体系气侧传质系数构效调控数学模型 295
三、微界面体系液侧传质系数构效调控数学模型 297
四、微界面体系液-固传质系数构效调控数学模型 298
第六节　微界面气-液-固反应体系宏观反应速率构效调控数学模型 299
一、宏观反应速率通用表达式 299
二、不考虑催化剂内扩散的宏观反应速率模型 300
三、考虑催化剂内扩散的宏观反应速率模型 301
参考文献 302

第八章　微界面反应体系参数的影响/311
第一节　概述 311
第二节　体系理化参数估算 312
一、气相扩散系数 312
二、液相扩散系数 313
第三节　理化参数对微界面体系界面传质的影响 313
一、液相密度的影响 314
二、液相动力黏度的影响 318
三、表面张力的影响 321
四、空气-乙醇-水体系 325
第四节　气液比的影响 329
一、气泡Sauter平均直径 330
二、气泡平均上升速度和气含率 330
三、气液相界面积 331
四、液侧传质系数和液侧体积传质系数 332
五、气侧传质系数和气侧体积传质系数 332
第五节　操作压力的影响 333
一、气泡Sauter平均直径 333
二、气泡平均上升速度 335
三、气含率 335
四、气液相界面积 335
五、液侧传质系数和液侧体积传质系数 337
六、气侧传质系数和气侧体积传质系数 338
七、甲醇羰基化反应体系宏观反应速率 340
第六节　操作温度的影响 341
一、液相动力黏度 341
二、表面张力 342
三、气泡Sauter平均直径 342
四、气泡平均上升速度 342
五、气含率 343
六、气液相界面积 344
七、液侧传质系数和液侧体积传质系数 345
八、气侧传质系数和气侧体积传质系数 346
九、甲醇羰基化反应体系宏观反应速率 347
参考文献 348

第九章　微界面气-液体系的理化特性/349
第一节　概述 349
第二节　微界面气-液体系的结构与特征 350
第三节　微界面气-液体系的物理特性 351
一、压力特性 351
二、传质特性 351
三、溶解性能 352
四、迁移特性 352
五、电学特性 353
六、表面特性 355
七、流变行为 355
八、力学特性 355
九、收缩特性 356
十、其他物理特性 356
第四节　微界面气-液体系的化学特性 357
一、气-液体系的微界面自由基的形成 357
二、微气泡引起的特异性化学反应 358
三、水处理相关反应特性 359
四、生化反应特性 368
第五节　微气泡与生命起源 369
参考文献 373

第十章　微界面传质强化技术的应用/379
第一节　概述 379
第二节　在石化生产方面的应用 379
一、浆态床反应器渣油加氢 379
二、间二甲苯空气氧化合成间甲基苯甲酸 395
第三节 在精细化学品生产方面的应用 402
一、蒎烷氢过氧化物生产 402
二、二氢月桂烯醇水合反应过程 409
第四节　在药物原料合成方面的应用 415
一、对乙酰氨基酚生产 415
二、农药原料乙烯利生产过程 420
第五节　在“三废”处理方面的应用 426
一、NOx废气的资源化治理 426
二、高盐废水湿式氧化 431
参考文献 439

后记/443

索引/447