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多相体系的化学反应工程为产业升级打基础

来源:博天堂官网 | 时间:2018-09-27

  传统化工和高附加值精细化工产业要实现可持续发展,有赖于化学工程基础研究创新技术的支持。在这一领域孜孜以求20多年的中科院过程工程研究所毛在砂研究员领导的课题组,经过艰苦攻关,在多相体系的化学反应工程和反应器的基础研究及应用方面取得一系列重要突破,并用于化工企业引进装置技术改造,带来了显著的经济与社会效益。这项成果被授予2009年度国家自然科学二等奖。

  毛在砂告诉记者:“化学工程是一门工程学科,基础性研究不仅对其发展起着关键性推动作用,也是石油炼制、化工、能源、新材料等过程工业可持续发展和技术进步的基础。”记者了解到,毛在砂等带领一批年轻博士,与中石化石家庄炼化分公司等企业开展了紧密的合作。他们多次深入生产现场,将多相体系的化学反应工程和反应器基础研究成果应用于从意大利引进的SNIA己内酰胺流程中多台大型工业多相反应器,帮助企业成功地进行了技术改造,在节能减排、降耗增收方面收效显著。

  毛在砂提出:“这样的结果,用事实彰显了多相体系化学反应工程基础性研究对过程工业技术创新的重要推动作用。”

  曾经推荐本项目的专家之一——已故清华大学汪家鼎院士认为,项目组20余年来对多相化学反应器中复杂流动、传热、传质和反应过程机理从单个液滴、气泡、颗粒到反应器宏观过程及其相互关系进行了系统研究,深化了对此复杂过程的理解,建立了先进的研究方法,构建出可靠、实用的数学模型,取得了多项创新性的成果,达到国际先进水平。

  毛在砂指出,目前人们对过程工业所涉及的多相反应、分离设备等的认识尚不够深入,急需深入了解设备内流动、传递、反应过程机理,建立可靠的数学模型。在这方面,过程所有着自身独特的专长,他们对化工、冶金、材料、石化等领域中普遍存在的多相复杂体系进行了长期研究,在国内外学术界形成了自己的特色与优势。

  上世纪70年代,过程所的陈家镛院士意识到化学工程应用基础研究的重要性,启动了多相体系化学反应工程的基础研究。自上世纪80年代起,毛在砂研究员等在国家自然科学基金、“973”计划等多个项目的支持下,对多相流动、传递和反应过程机理及模型的应用基础进行专门探究,对固相不运动的滴流床反应器、以气体为搅拌动力的环流反应器和机械搅拌的搅拌槽反应器等三类多相反应器作了集中研究,并取得一系列重要突破。

  据介绍,该课题组提出了滴流床反应器的理论模型,解决了流体力学多态性条件下气、液、固三相体系实际性质预测的困难;用数值模拟方法揭示了多相流动规律,提供了进一步研究传递过程和建立过程设备的总体数学模型的基础;定量揭示了表面活性剂的阻滞界面对流,以及在界面占位传质阻力的双重作用。这些成果的取得,为过程工业设备的优化操作和科学放大设计提供了可靠的应用基础,推动了石油和化工等过程工业的技术进步和节能减排工作。

  课题立项以来,已申请13项发明专利,获得了6项发明专利授权。建立的数学模型、计算方法、实验数据和研究结论已被国内外同行采用,受到同行好评。

  采访的最后,毛在砂坚定地说:“可以预计,在几代化工科技人员的共同努力下,我国在不久的将来一定能够成为世界上过程工业科研、开发、生产的强国。我们项目组正立足于新的起点,以服务于过程工业技术进步为目标,努力为化学工程科学的发展作出积极贡献。”

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