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| 編輯推薦： |
气固离心分离是基于气-固两相的密度差，利用旋流离心力实现两相分离的，属于气固非均相体系的物理场分离技术，常用的方式是气-固旋风分离。它具有处理量大、结构紧凑、操作简便等优点，应用非常广泛，尤其是在高温高浓度条件下，已成为工程上普遍的分离方法。
本书部分内容和应用案例得益于国家科技进步二等奖催化裂化后反应系统关键装备技术的开发与应用之国际领先技术（高效气固旋流分离、高效催化剂预汽提和高油气包容率3项创新技术），以及国家科技部973项目（绿色低碳导向的高效炼油过程基础研究）、国家自然科学基金重大项目（双气固流态化反应过程直接耦合的多尺度分析及放大规律重点课题）等。
本书论述具有覆盖面较全、论述较系统、承上启下的特点，书中内容既有基础理论分析，又联系工程实际，内容丰富翔实，较好地反映了该领域目前的动向和富有特色的工作。
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| 內容簡介： |
《气固分离耦合强化新技术》是《化工过程强化关键技术丛书》的一个分册。本书系统地归纳总结了气固旋风分离过程耦合强化所涉及的基础理论和工业应用等方面的研究成果。本书首先从气固分离过程的发展机遇和历程、分类和未来发展趋势三个层面，以历史的、发展的角度总括了气固分离强化技术已取得的进展和发展方向（*章）；其次简单介绍气固分离的基本理论与方法（第二章～第四章）；*后根据性能特点将气固分离分为两大类进行系统阐述，即气固快分耦合强化新技术（第五章～第十章）和气固旋风分离耦合强化新技术（第十一章～第十三章）。每一部分都对气固分离过程的设计原理、结构特点及原理、流场分布、性能优化及其在工业过程中的应用等方面已取得的进展进行了系统阐述。本书论述具有覆盖面较全、论述较系统、承上启下的特点，书中内容既有基础理论分析，又联系工程实际，内容丰富翔实，较好地反映了该领域目前的动向和富有特色的工作。
《气固分离耦合强化新技术》可供石油化工、煤化工等科技人员、工程技术人员、生产管理人员阅读，也可供高等院校化学工程与工艺、过程装备与控制工程、环境工程等相关专业本科生、研究生学习参考。
《气固分离耦合强化新技术》是《化工过程强化关键技术丛书》的一个分册。本书系统地归纳总结了气固旋风分离过程耦合强化所涉及的基础理论和工业应用等方面的研究成果。本书首先从气固分离过程的发展机遇和历程、分类和未来发展趋势三个层面，以历史的、发展的角度总括了气固分离强化技术已取得的进展和发展方向（*章）；其次简单介绍气固分离的基本理论与方法（第二章～第四章）；*后根据性能特点将气固分离分为两大类进行系统阐述，即气固快分耦合强化新技术（第五章～第十章）和气固旋风分离耦合强化新技术（第十一章～第十三章）。每一部分都对气固分离过程的设计原理、结构特点及原理、流场分布、性能优化及其在工业过程中的应用等方面已取得的进展进行了系统阐述。本书论述具有覆盖面较全、论述较系统、承上启下的特点，书中内容既有基础理论分析，又联系工程实际，内容丰富翔实，较好地反映了该领域目前的动向和富有特色的工作。
《气固分离耦合强化新技术》可供石油化工、煤化工等科技人员、工程技术人员、生产管理人员阅读，也可供高等院校化学工程与工艺、过程装备与控制工程、环境工程等相关专业本科生、研究生学习参考。
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| 關於作者： |
卢春喜，男，1963年2月生，博士，中国石油大学（北京）二级教授，博士生导师，国家重点基础研究973项目首席科学家，北京市教学名师，北京市教学团队负责人，享受国务院政府特殊津贴。中国颗粒学会副理事长，中国化工学会化工过程强化专业委员会副主任委员，中国颗粒学会流态化专业委员会副主任。19831996年在中国石化洛阳石化工程公司从事催化裂化流态化工程研究工作；1996年至今在中国石油大学（北京）从事教学和催化裂化工程领域的应用基础研究和工程化应用，创建了重油催化裂化后反应系统的关键装备平台技术，解决了后反应系统结焦这一制约装置长周期运行长期困扰企业的世界性技术难题；所开发的FSC、CSC、VQS和SVQS四种新型快分技术达到国际领先水平，已在国内59套工业装置成功应用，加工量占比达国内总加工量的40%以上，为企业创效60多亿元。近年来，将气液环流理论移植到气固体系，为环流反应器在气固流化床强化领域的应用开辟了一条良好的途径，形成了催化裂化反应再生系统关键装备耦合强化新技术,取得了很好的工业应用效果。获国家科技进步2等奖2项（排名第1和第3），省部级科技成果奖20项（其中特等奖1项，1等奖8项）。先后在AIChE Journal、C.E.S. 等国内外学术刊物发表论文320余篇，其中SCI、EI检索210篇。出版《催化裂化流态化技术》和《催化裂化反应系统关键装备技术》专著2部、《炼油过程及设备》教材1部，授权国家专利78项。
卢春喜，男，1963年2月生，博士，中国石油大学（北京）二级教授，博士生导师，国家重点基础研究973项目首席科学家，北京市教学名师，北京市教学团队负责人，享受国务院政府特殊津贴。中国颗粒学会副理事长，中国化工学会化工过程强化专业委员会副主任委员，中国颗粒学会流态化专业委员会副主任。19831996年在中国石化洛阳石化工程公司从事催化裂化流态化工程研究工作；1996年至今在中国石油大学（北京）从事教学和催化裂化工程领域的应用基础研究和工程化应用，创建了重油催化裂化后反应系统的关键装备平台技术，解决了后反应系统结焦这一制约装置长周期运行长期困扰企业的世界性技术难题；所开发的FSC、CSC、VQS和SVQS四种新型快分技术达到国际领先水平，已在国内59套工业装置成功应用，加工量占比达国内总加工量的40%以上，为企业创效60多亿元。近年来，将气液环流理论移植到气固体系，为环流反应器在气固流化床强化领域的应用开辟了一条良好的途径，形成了催化裂化反应再生系统关键装备耦合强化新技术,取得了很好的工业应用效果。获国家科技进步2等奖2项（排名第1和第3），省部级科技成果奖20项（其中特等奖1项，1等奖8项）。先后在AIChE Journal、C.E.S. 等国内外学术刊物发表论文320余篇，其中SCI、EI检索210篇。出版《催化裂化流态化技术》和《催化裂化反应系统关键装备技术》专著2部、《炼油过程及设备》教材1部，授权国家专利78项。
陈建义，男，1965年9月生，博士，教授，博士生导师；北京市教学名师，享受国务院政府特殊津贴。主要面向石油化工、煤的清洁高效利用、海洋油气开采等领域开展多相流分离技术及装备开发等方面的研究。系统研究了气固旋风分离器的分离理论，开发的新型高效旋风分离器在炼油、石油化工、煤化工等领域获得推广应用，特别是首创的丙烯腈反应器新型两级旋风分离器，其综合性能处于国际领先水平，国内市场占有率90%以上。主持或参加承担的国家自然科学基金、973、863等项目5项；获国家科技进步二等奖1项、教育部自然科学一等奖1项、省部级科技进步一等奖2项；获中国发明专利5项；在国内外发表论文70余篇（其中SCI、EI收录20余篇），出版专著1本。
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| 目錄：
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第一章 绪论 1
第一节 引言 1
第二节 气固快分技术 3
一、气固快分技术在催化裂化工艺的应用 3
二、国外快分技术的研究进展与工业应用 6
三、国内快分技术的研究进展与工业应用 11
第三节 气固旋风分离技术 14
一、旋风分离器概述 14
二、影响分离性能的主要因素 16
三、旋风分离器性能强化新技术 20
参考文献 23
上篇 气固分离的基本理论与方法 27
第二章 气固分离方式及机理 29
第一节 气固分离基本条件和方法 29
一、气固分离基本条件 29
二、气固分离基本方法 30
第二节 气固分离设备性能表征 31
一、分离效率 31
二、粒级效率 32
三、净化气内颗粒的粒径分布 32
四、分离器压降 33
五、分离器的经济性 33
第三节 气固分离的基本物理模型 34
一、塞流模型 34
二、横混模型 34
三、全返混模型 35
第四节 气固重力分离机理 35
一、重力沉降器的分离效率 36
二、重力沉降器的压降 37
第五节 气固惯性及旋风分离机理 38
一、惯性分离基本原理 38
二、惯性分离器的分离效率 39
三、旋风分离基本原理 42
第六节 拦截分离机理 44
第七节 扩散、湍流分离机理 45
参考文献 46
第三章 气固分离特性参数的测量方法 48
第一节 颗粒形状的测量方法 48
一、显微镜法 48
二、机械沉降测量法 49
第二节 颗粒粒径的测量方法 50
一、筛分法 50
二、显微镜法 51
三、光电沉降法 52
四、流体分级法 53
五、电感应法 55
六、激光测速法 56
七、激光衍射法 57
第三节 气固多相流颗粒速度测量方法 57
一、固体颗粒速度的光导纤维测量技术 58
二、固体颗粒速度的激光多普勒测量法 59
第四节 气固多相流颗粒浓度测量方法 60
一、等速采样法 61
二、光导纤维测量法 64
三、电容测量法 66
参考文献 67
第四章 气固分离过程的研究方法 69
第一节 气相流场测量和经验归纳 69
一、旋风分离器内气相三维时均速度分布 69
二、旋风分离器内局部二次流 72
第二节 旋风分离器流场的半理论解 73
一、Rankine旋涡模型 73
二、Burgers旋涡模型 73
三、Ogawa旋涡模型 74
第三节 气相流场的数值模拟 74
第四节 气固两相流场数值模拟方法 78
一、稀密相流动的划分 78
二、气固两相流动数学模型 79
三、随机轨道模型 80
四、典型数值模拟结果 82
第五节 气固旋风分离的机理模型 85
一、转圈理论 85
二、平衡轨道理论 86
三、边界层理论 87
四、分区理论 88
第六节 气固旋风分离的相似模化 89
一、旋风分离器内气固两相运动方程 90
二、旋风分离器内气固运动的相似参数 91
三、旋风分离器的近似模化 92
四、旋风分离器近似模化设计举例 94
五、基于相似参数关联的分离效率计算方法 95
参考文献 97
中篇 气固快分耦合强化新技术 101
第五章 气固旋流分离强化技术 103
第一节 旋流分离强化技术现状 103
第二节 气固旋流分离存在问题分析 104
第三节 气固旋流分离强化原理及方法 105
第四节 高效气固旋流强化技术在某140万吨年重油催化裂化装置的应用 109
参考文献 112
第六章 挡板预汽提式粗旋快分技术 114
第一节 FSC系统设计原理 114
第二节 FSC系统结构及特点 115
第三节 挡板内的气固流动特征 116
第四节 预汽提段对粗旋内流场和分离效率的影响 117
一、预汽提气对粗旋内流场的影响 117
二、预汽提段对粗旋分离性能的影响 119
第五节 FSC系统大型冷模实验研究 120
一、分离效率 122
二、系统内压力分布的特点 122
三、FSC系统内气体停留时间分布 125
四、FSC系统操作的稳定性及灵活性 125
五、大型冷模实验主要结论 128
第六节 小型工业试验 129
一、改造方案及应用效果 129
二、技术分析 134
三、小型工业试验主要结论 135
第七节 工业应用实例某石化公司100万吨年掺渣催化裂化装置 136
一、改造后装置标定结果 136
二、应用效果 139
三、经济效益分析 142
参考文献 143
第七章 带有密相环流预汽提式粗旋快分技术 144
第一节 CSC系统设计原理 144
第二节 CSC系统结构及特点 145
第三节 密相环流预汽提器的性能与结构优选 146
一、实验装置及方法 146
二、实验结果及分析 146
第四节 CSC系统大型冷模实验研究 148
一、实验装置及方法 148
二、CSC系统分离效率 149
三、系统压力分布特征 149
四、密相环流预汽提器密度分布特征 151
五、系统内气体停留时间分布及汽提效果 151
六、系统的操作弹性及开停工状况的分析 154
七、大型冷模实验主要结论 154
第五节 小型工业应用试验 154
一、改造方案及应用效果 154
二、装置标定结果 155
三、小型工业应用实验主要结论 159
第六节 工业应用实例某石化公司80万吨年重油催化裂化装置 159
一、改造前装置的主要问题 159
二、改造内容 160
三、应用情况及标定结果分析 161
四、经济效益分析 161
五、应用效果总结 162
第七节 FSCCSC系统与其他提升管出口快分技术的比较 162
参考文献 163
第八章 带有挡板预汽提的旋流快分技术 164
第一节 VQS系统设计原理 164
第二节 VQS系统结构及特点 165
第三节 旋流头的结构 166
一、旋流头的结构形式 166
二、旋流头的结构参数 166
第四节 VQS系统内的气相流场实验分析 168
一、旋流头喷出口中心处的流速分布 169
二、封闭罩内气流速度分布 170
三、静压分布 176
四、VQS系统内旋流的能量传递过程 176
五、VQS系统内湍流强度的分布 178
六、汽提气对流场的影响 180
第五节 VQS系统内的气相流场数值模拟分析 181
一、数值模拟方法 181
二、边界条件 183
三、VQS系统内流动特征的分析 183
四、主要结构参数对旋流快分器内流场的影响 187
第六节 VQS系统的压降 193
一、主要结构参数对压降的影响 193
二、压降的计算 196
第七节 VQS系统内的气相停留时间 197
一、旋流头喷出口喷出速度对气相停留时间的影响 197
二、S值对气相停留时间的影响 198
三、汽提气对气相停留时间的影响 199
第八节 VQS系统内的颗粒浓度分布 201
一、径向颗粒浓度分布 201
二、轴向颗粒浓度分布 203
三、颗粒浓度分布模型 204
第九节 入口颗粒质量浓度对VQS系统分离性能的影响 206
一、入口颗粒质量浓度对气相流场的影响 206
二、入口颗粒质量浓度对湍流强度的影响 207
三、入口颗粒质量浓度对不同尺寸颗粒分离效率的影响 208
第十节 VQS系统大型冷模实验 208
一、实验现象及分析 209
二、系统的压力分布 209
三、分离效率 210
四、气相停留时间分布及汽提效果 211
五、系统的操作弹性及开停工状况的分析 212
六、大型冷模实验主要结论 212
第十一节 工业应用实例某公司100万吨年管输油重油催化裂化装置 213
一、改造内容 213
二、装置标定结果及改造效果 213
三、运行经验 217
四、应用效果总结 217
参考文献 218
第九章 带有隔流筒的旋流快分技术 219
第一节 SVQS系统设计原理 219
第二节 SVQS系统结构特点 220
第三节 SVQS系统的气相流场实验分析 221
一、旋流头喷出口中心处的流速分布 221
二、封闭罩内气流速度分布 222
三、SVQS系统内湍流强度的分布 226
四、汽提气对流场的影响 227
第四节 SVQS系统的气相流场数值模拟分析 227
一、数值模拟方法 227
二、SVQS系统内流动特征的分析 227
第五节 SVQS系统的压降 229
第六节 SVQS系统内的气相停留时间 231
第七节 隔流筒的尺寸及结构形式 232
一、隔流筒的主要特征尺寸 232
二、隔流筒直径的影响 234
三、隔流筒长度的影响 239
四、隔流筒结构形式的影响 243
第八节 SVQS系统内的颗粒浓度分布 249
一、径向颗粒浓度分布 249
二、轴向颗粒浓度分布 251
第九节 SVQS系统内分区综合分离模型 252
第十节 VQSSVQS系统与国外先进快分技术的比较 256
参考文献 257
第十章 超短快分技术 258
第一节 超短快分系统设计原理 258
第二节 超短快分系统的结构及特点 258
第三节 超短快分系统的气相流场 259
一、二维平面流场全貌 260
二、三维流场特征 261
三、分离器内静压和总压分布 262
四、中心排气管下方空间的流场特征 262
第四节 超短快分系统的结构参数实验分析 263
一、中心排气管下方横板形式 264
二、分离器入口宽度 266
三、中心排气管直径 267
四、中心排气管下方空间高度 268
五、挡板形式 270
六、折边 271
七、中心排气管开缝宽度 272
八、中心排气管开缝形式 272
参考文献 274
下篇 气固旋风分离耦合强化新技术 275
第十一章 PV型旋风分离器及其性能强化方法 277
第一节 PV型旋风分离器尺寸分类优化理论 277
一、PV型旋风分离器概述 277
二、尺寸分类优化理论 278
第二节 PV型旋风分离器性能计算方法 279
一、分离效率计算方法 279
二、纯气流压降计算方法 281
三、含尘气流压降计算方法 284
第三节 PV型旋风分离器优化设计方法 286
一、PV型旋风分离器优化设计问题 286
二、PV型旋风分离器优化设计模型的简化 287
三、单个旋风分离器两参数优化设计方法 293
第四节 单级PV型旋风分离器的工业应用 296
一、催化裂化二再外旋 296
二、高压聚丙烯旋风分离器 298
第五节 抗结焦高效顶部旋风分离器开发及工业应用 300
一、顶旋结焦现象 300
二、顶旋结焦机理 301
三、抗结焦顶旋结构特点 303
四、抗结焦顶旋的工业应用 304
参考文献 309
第十二章 旋风分离器并联与串联的性能强化及应用 311
第一节 并联旋风分离器的性能计算与强化 311
一、独立并联旋风分离器的性能计算 312
二、独立并联旋风分离器的性能强化 313
第二节 串联旋风分离器的性能计算与强化 316
一、串联旋风分离器的性能计算 316
二、串联旋风分离器的性能强化 317
第三节 串联旋风分离器性能强化原理与算例 320
一、两级串联旋风分离器优化算例 320
二、两级混联旋风分离器优化算例 323
三、三级串联旋风分离器优化算例 325
第四节 两级串联旋风分离器优化应用实例 328
一、PV-E型旋风分离器 329
二、设计条件和分离要求 329
三、优化设计分析与说明 330
四、工业应用效果 332
第五节 两级混联旋风分离器优化应用实例 333
一、旋风分离器设计条件 333
二、两级混联设计方案分析 334
三、两级混联旋风分离器设计 335
四、工业应用效果 335
第六节 三级旋风分离器优化设计应用实例 337
一、三级旋风分离器设计条件 337
二、优化设计结果 338
三、工业应用效果 340
参考文献 340
第十三章 多管旋风分离器性能强化及应用 342
第一节 多管旋风分离器概述 342
一、立管式多管旋风分离器 342
二、卧管式多管旋风分离器 343
第二节 立管式多管旋风分离器结构和性能强化 345
一、总体结构设计 345
二、惯性预分离结构 346
三、单管的数量与排布优化 346
第三节 卧管式多管旋风分离器结构和性能强化 347
一、总体结构设计 347
二、分离性能强化 347
第四节 单管结构与性能强化 348
一、切向进气型单管 348
二、轴向进气型单管 350
三、轴向进气直流式单管 352
第五节 大旋分式三旋性能强化 353
一、大旋分式三旋技术及特点 353
二、大旋分式三旋性能实验 356
三、大旋分式三旋流场分析 357
四、大旋分式三旋旋流稳定性分析 359
参考文献 361
索引 363
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| 內容試閱：
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气固离心分离是基于气-固两相的密度差，利用旋流离心力实现两相分离的，属于气固非均相体系的物理场分离技术，最常用的方式是气固旋风分离。它具有处理量大、结构紧凑、操作简便等优点，应用非常广泛，尤其是在高温、高浓度条件下，已成为工程上首选的分离方法之一。例如在炼油催化裂化装置中，沉降器操作温度达500℃以上，再生器中更高达700℃，旋风分离器是稳定流化床操作、控制催化剂损耗的唯一可用的分离设备。由于应用领域的特殊性及气固分离要求的苛刻性，加上多相流理论上的困难，关于高温旋风分离器的研究无论在分离理论还是设计技术上都未取得大的进展，其分离效果也难以适应众多先进过程的要求，甚至成为某些工艺过程的技术瓶颈。对这样一种重要的过程装备，借助过程强化技术，迅速提升它的开发、设计和应用水平，使其不仅能适应超常的操作条件和要求，而且能满足高效节能和减排的需求，无疑具有重要的现实意义和长远价值。
化工过程强化理念作为国际化学工程领域的重要学科与优先发展方向之一，由于其在节能、降耗、环保、集约化等方面的优势而被众多研究者和工程师所关注。本书正是在《化工过程强化关键技术丛书》编委会的建议下，针对高温气固分离领域中近年来出现的过程强化新技术、新方法以及新理念进行整理与编撰，以期为从事气固分离领域学习与研究的学者和工程师读者提供一个全面系统的介绍。气固分离过程强化涉及以下三个方面的耦合强化问题：其一是对旋风分离器内部流场存在的不对称、旋进涡核扭摆、出口短路流等降低分离效率的流场调控强化问题；其二是对反应系统使用的旋风分离器不仅需要保持高的分离效率同时还必须能够精确调控反应时间并最大限度抑制反应后油气返混导致反应器结焦损失目的产品的耦合强化问题；其三是对采用多级旋风分离器串联或多组旋风分离器并联的大型工业装置旋风分离器组的最佳组合匹配方式的耦合强化问题。这三个方面的强化问题相互制约、高度关联、缺一不可，因此耦合协同强化难度极大。正是基于此，本书特邀从事该领域研究与工程化实践的专家、学者致力于本书的编撰工作。编撰团队基于对反应系统快分结构形式和参数的优化和改进，并结合相似理论，建立了基于相似参数关联的耦合强化快分性能的计算方法及优化设计方法；依据单级旋风分离器的性能计算方法并结合优化匹配理论，建立了多参数的优化设计模型，形成了指导大型工业装置气固高效组合分离的优化设计方法和技术。
本书系统地归纳总结了气固旋风分离过程耦合强化所涉及的基础理论和工业应用等方面的研究成果。全书每一部分都对气固分离过程的设计原理、结构特点及原理、流场分布、性能优化及其在工业过程中的应用等方面已取得的进展进行了系统阐述。本书论述具有覆盖面较全、论述较系统、承上启下的特点，既有基础理论分析，又有理论联系工程实际，内容丰富翔实，较好地反映了该领域目前的动向和富有特色的工作。
本书有幸入选化学工业出版社组织出版的《化工过程强化关键技术丛书》，在此要特别感谢中国化工学会和化学工业出版社对本书出版所给予的支持和帮助。本书部分内容和应用案例得益于国家科技进步二等奖催化裂化后反应系统关键装备技术的开发与应用之国际领先技术（高效气固旋流分离、高效催化剂预汽提和高油气包容率3项创新技术），以及科技部973项目（绿色低碳导向的高效炼油过程基础研究）、国家自然科学基金重大项目（双气固流态化反应过程直接耦合的多尺度分析及放大规律重点课题）、中石油重大专项（300万吨年催化裂化装置成套技术开发与工业应用重点课题）、中石化科技攻关项目（紧凑沉降器快分系统的研究）等，感谢项目组和课题组提供的研究与应用成果、经验总结。
本书由中国石油大学（北京）卢春喜教授和陈建义教授共同编写完成。本书内容汇聚了研究团队20多年气固分离强化方面的研究成果，也凝聚了研究团队曹占友、许克家、孙凤霞、刘显成、胡艳华等一大批研究生的辛勤付出。闫子涵博士为书稿的整理排版做了大量工作，罗晓兰、韩巧珍也为本书的校对付出大量心血。感谢已故时铭显院士生前给予的悉心指导！
限于编者水平，书中可能存在不妥和疏漏之处，恳请广大读者批评指正。
编者
2020年5月
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