《高剪切混合強化技術》是《化工過程強化關鍵技術叢書》的一個分冊。高剪切混合器作為一種能量密集型的過程強化手段，近年來在其流動特性、功耗、混合與分散等方面取得了系列研究成果，已在化工、材料、食品、環(huán)境等領域獲得了廣泛的工業(yè)應用。本書對間歇式、連續(xù)式高剪切混合器在單相、兩相（氣液、液液、液固）和氣液固三相體系的流動與功耗、分散與混合、相間傳遞及反應性能的影響規(guī)律進行了歸納總結，重點描述了操作參數(shù)、結構參數(shù)、物性參數(shù)等對高剪切混合器性能的影響，可以幫助讀者更好地理解高剪切混合器的原理、性能；其次，給出了現(xiàn)有的高剪切混合器性能預測方法，以方便讀者選擇高剪切混合器進行實際生產過程的強化，形成基于高剪切強化技術的新工藝；進而，結合工業(yè)應用實例，介紹了高剪切混合器的實際工業(yè)過程強化效果，為讀者提供借鑒；最后，提出了今后高剪切混合器需要開展的研究方向。
《高剪切混合強化技術》可幫助化工、材料、食品、環(huán)境等領域的技術人員更好地選擇、使用高剪切混合器，并為利用高剪切混合技術強化混合、溶解、乳化、分散、解聚、反應等過程的研究人員提供參考。
張金利，天津大學化工學院教授，IChemE Fellow、Chartered Engineer，教育部長江學者特聘教授，教育部創(chuàng)新團隊、國家級教學團隊、教育部“全國高校黃大年式教師團隊”和天津市“131人才工程”創(chuàng)新團隊負責人。1992年、1994年、2003年先后在天津大學獲學士、碩士、博士學位。圍繞著我國能源、化工、食品、輕工等行業(yè)高效、清潔生產的重大需求，與團隊成員一起從分子-團簇-設備-工廠多尺度進行研究，探究了超臨界、多相等復雜體系反應機理，開發(fā)了新型催化劑和特種樹脂聚合體系；揭示了高剪切混合器（反應器）、微管反應器、塔式反應器、噴射環(huán)流反應器、磁場流化床反應器、杯形攪拌反應器、超臨界反應器內流動、混合與傳遞規(guī)律，建立了多相過程設計與優(yōu)化方法，創(chuàng)新了過程強化技術及裝備，形成了高剪切混合強化技術、微尺度反應強化技術、反應分離耦合強化技術等；提出了折點法、非線性優(yōu)化等水熱系統(tǒng)優(yōu)化方法，創(chuàng)建了綜合考慮環(huán)境因素和外加流股的水熱網絡同時優(yōu)化方法，提供了全局優(yōu)化工具；實現(xiàn)了部分技術與裝備的工業(yè)應用，與合作企業(yè)一起在中國、美國、英國等36個國家和地區(qū)推廣了3000多家用戶，提升了產業(yè)水平。以第一作者或通訊作者發(fā)表科研論文146篇，以第一發(fā)明人獲中國發(fā)明專利授權26件，獲得省部級科技獎勵6項；已培養(yǎng)研究生87名。兼任天津市生物與制藥工程重點實驗室主任、中國化工學會混合與攪拌專業(yè)委員會副主任、中國化工學會化工過程強化專業(yè)委員會委員、中國化工學會化工信息技術專業(yè)委員會委員、中國職業(yè)安全健康協(xié)會常務理事、中國能源學會能源與環(huán)境專業(yè)委員會委員。
緒論 / 1
第一節(jié) 高剪切混合器的構成與分類 1
第二節(jié) 高剪切混合器的性能概述 4
一、高剪切混合器的流動與功耗特性 4
二、高剪切混合器的微混合特性 8
三、高剪切混合器的分散特性 9
四、高剪切混合器的傳遞特性 10
第三節(jié) 高剪切混合器的應用概述 12
一、高剪切混合器用于溶解和乳化過程 12
二、高剪切混合器用于液固破碎與分散 13
三、高剪切混合器用于浸取過程 13
四、高剪切混合器用于化學反應過程 14
五、高剪切混合器用于納米材料制備 14
六、高剪切混合器用于催化劑的制備 15
參考文獻 16
第一章 單相間歇高剪切混合器 / 20
第一節(jié) 流動 21
一、單相間歇高剪切混合器內流場的測定 22
二、計算流體力學模擬方法 28
三、單相徑流式間歇高剪切混合器流場模擬 35
四、捷流式間歇高剪切混合器流動模擬 47
第二節(jié) 功耗 63
一、軸流式間歇高剪切混合器的功耗特性 64
二、徑流式間歇高剪切混合器的功耗特性 65
三、捷流式間歇高剪切混合器的功耗特性 67
第三節(jié) 混合性能 71
一、宏觀混合性能 71
二、微混合特性 72
第四節(jié) 工業(yè)應用 78
一、選型指導 78
二、 工業(yè)應用舉例 79
參考文獻 82
第二章 氣液兩相間歇高剪切混合器 / 85
第一節(jié) 流動與分散 85
第二節(jié) 功耗特性 89
一、操作參數(shù)的影響 91
二、物性參數(shù)的影響 93
三、結構參數(shù)的影響 94
四、功耗特征曲線 97
第三節(jié) 氣液傳質特性 97
一、操作參數(shù)的影響 100
二、物性參數(shù)的影響 101
三、結構參數(shù)的影響 102
四、氧傳質系數(shù)關聯(lián)式 106
第四節(jié) 工業(yè)應用 107
一、選型指導 107
二、工業(yè)應用舉例 107
參考文獻 108
第三章 液液兩相間歇高剪切混合器 / 110
第一節(jié) 流動與功耗 110
一、液液兩相間歇高剪切混合器內的流動 112
二、液液兩相間歇高剪切混合器的功耗 114
第二節(jié) 液液兩相的乳化性能 116
一、操作參數(shù)的影響 117
二、物性參數(shù)的影響 121
三、結構參數(shù)的影響 124
四、液液乳化性能預測 127
第三節(jié) 液液兩相的傳質性能 129
一、操作時間的影響 131
二、轉子轉速的影響 131
三、分散相體積分數(shù)的影響 132
四、轉子齒數(shù)的影響 132
第四節(jié) 工業(yè)應用 133
一、選型指導 133
二、工業(yè)應用舉例 134
參考文獻 135
第四章 液固兩相間歇高剪切混合器 / 136
第一節(jié) 流動與功耗 136
第二節(jié) 間歇高剪切混合器的溶解分散性能 139
一、定子有無及直徑的影響 141
二、轉子葉片直徑的影響 143
三、轉子葉片傾角的影響 145
四、轉子葉片構型的影響 146
五、定子底面開孔面積的影響 148
第三節(jié) 解聚分散性能 149
一、操作參數(shù)的影響 151
二、物性參數(shù)的影響 156
三、結構參數(shù)的影響 157
四、固液懸浮解聚性能的預測 165
第四節(jié) 工業(yè)應用 167
一、選型指導 167
二、工業(yè)應用舉例 167
參考文獻 169
第五章 單相連續(xù)高剪切混合器 / 170
第一節(jié) 流動與功耗特性 171
一、流動特性 171
二、功率消耗特性 185
三、停留時間分布 197
第二節(jié) 微觀混合特性 209
一、操作參數(shù)的影響 210
二、結構參數(shù)的影響 212
三、物性參數(shù)的影響 213
四、關聯(lián)式 214
第三節(jié) 工業(yè)應用 215
一、選型指導 215
二、工業(yè)應用舉例 217
參考文獻 218
第六章 氣液兩相連續(xù)高剪切混合器 / 220
第一節(jié) 流動與功耗 220
第二節(jié) 分散與混合性能 223
第三節(jié) 氣液傳質特性 224
一、連續(xù)高剪切混合器的氣液傳質性能 224
二、連續(xù)高剪切混合器氣液傳質性能的預測 238
第四節(jié) 工業(yè)應用 241
一、選型指導 241
二、工業(yè)應用舉例 241
參考文獻 242
第七章 液液兩相連續(xù)高剪切混合器 / 244
第一節(jié) 多相流動與液滴破碎模擬 244
一、高剪切混合器內的多相流動特性 244
二、高剪切混合器內的液滴破碎模擬 246
第二節(jié) 液液兩相的乳化與功耗性能 248
一、操作參數(shù)對乳化效果的影響 249
二、物性參數(shù)對乳化效果的影響 256
三、結構參數(shù)對乳化效果的影響 259
四、液液乳化性能的預測 268
五、功耗特性 269
第三節(jié) 液液兩相的傳質性能 272
一、液液傳質效果的評價參數(shù) 272
二、操作參數(shù)對傳質性能的影響 273
三、物性參數(shù)對傳質性能的影響 276
四、結構參數(shù)對傳質性能的影響 278
五、液液傳質性能的預測 281
第四節(jié) 工業(yè)應用 282
一、選型指導 282
二、工業(yè)應用舉例 283
參考文獻 285
第八章 液固兩相連續(xù)高剪切混合器 / 287
第一節(jié) 流動與功耗 287
一、流動特性 287
二、功耗特性 289
第二節(jié) 分散與混合性能 290
一、操作參數(shù)的影響 290
二、流體物性的影響 299
三、結構參數(shù)的影響 300
四、液固分散性能的預測 310
第三節(jié) 工業(yè)應用 312
一、選型指導 312
二、工業(yè)應用舉例 313
參考文獻 314
第九章 氣液固三相高剪切混合器 / 316
第一節(jié) 氣液固三相高剪切混合器的功耗與傳質特性 316
一、間歇高剪切混合器 316
二、連續(xù)高剪切混合器 321
第二節(jié) 連續(xù)高剪切反應器中合成文石型納米CaCO3晶體 325
一、不同反應結晶器制備樣品的比較 326
二、高剪切反應結晶器轉子轉速的影響 329
三、反應溫度和CO2流量的影響 330
四、添加劑的影響 333
第三節(jié) 工業(yè)應用 337
一、選型指導 337
二、工業(yè)應用舉例 338
參考文獻 339
第十章 高剪切混合器研究及應用展望 / 341
第一節(jié) 高剪切混合器性能影響規(guī)律 341
一、高剪切混合器性能測定方法 341
二、結構參數(shù)對高剪切混合器性能影響的研究 342
三、多相體系高剪切混合器性能的研究 346
四、高剪切混合器噪聲的研究 347
五、高剪切混合器的流固耦合分析 349
第二節(jié) 高剪切混合器的放大與優(yōu)化 350
一、高剪切混合器的數(shù)值模擬放大與優(yōu)化模型 350
二、機器學習在高剪切混合器的設計與優(yōu)化中的應用 353
第三節(jié) 高剪切混合器強化化工過程 357
一、高剪切混合器強化化學反應過程 358
二、高剪切混合器強化化工分離過程 358
三、高剪切混合器強化化工混合過程 359
參考文獻 359
索引 / 361
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