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| 編輯推薦： |
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超声化工过程强化，也称为超声化学工程，属于外场协同强化化工过程，是声学与化学化工相互交叉渗透而发展起来的一门新兴的边缘学科，其作用机制主要是超声热效应及声空化产生的机械效应和化学效应。超声可用于强化绝大部分化工单元操作，研究超声化工过程强化对我国过程工业的发展将起重大作用。
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| 內容簡介： |
《超声化工过程强化》是《化工过程强化关键技术丛书》的一个分册。全书共分七章，内容包括绪论、声学基础与超声换能器、超声强化化学反应过程、超声强化传质与传热过程、超声强化机械分离与粉碎过程、超声强化在材料化学中的应用及超声强化在过程工业中的应用等。本书凝结了作者在超声化工过程强化领域多年的理论研究和实践开发经验，内容丰富翔实，较好地反映了本学科领域的现状与发展动向，对于实际问题解决具有很好的指导意义。
《超声化工过程强化》可供化工、资源、能源、材料、环保、轻工、食品、医药等相关过程工业领域的科研与工程技术人员及高等院校相关专业研究生、本科生学习参考。
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| 關於作者： |
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吕效平，南京工业大学化学化工学院，教授，博导。主要从事化学工程及超声在化工、石油与环保中应用的交叉学科研究，已有多项省部级与中石化科研项目完成、申请发明专利5项并有六十余篇SCI、EI及核心期刊文章发表、研究成果也多次在国际会议发表。与瑞士洛桑联邦高等理工学院EPFL化学工程研究所及法国国立图卢兹高等化学工程师学校（ENSIGC）、法国国家化学工程实验室（UMR CNRS 5503）等国外研究单位有化工模拟、化工传质、气升式环流反应器及超声化工应用等合作研究。组建的超声化学工程研究所在超声应用研究开发工作位于国内前列，专门进行超声强化化工单元操作（乳化、萃取）、超声原油破乳脱盐脱水、超声降粘、超声化学反应、超声清洗、超声处理难降解有机废水和剩余生物污泥、超声化学反应器及设备及微乳柴油开发等方面纵向与横向研究课题，超声回收含油浮渣、超声处理剩余生物污泥等中试项目正在进行中。
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| 目錄：
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第一章 绪论 1
第一节 超声化工过程强化技术的重要作用 1
第二节 超声化工过程强化技术的发展历程 2
第三节 超声化工过程强化技术应用简介 6
第四节 超声化工过程强化应用的发展前景与挑战 12
一、发展前景 12
二、挑战 16
参考文献 18
第二章 声学基础与超声换能器 21
第一节 声波与声场 22
一、波动方程与平面声场 22
二、声速与声特性阻抗 26
三、声强与声功率 30
四、球面声波 33
五、声波的反射与透射 34
六、声辐射压力与声流 39
七、驻波场与混响场 41
八、声衰减与吸收 44
第二节 超声空化 49
一、空化现象 49
二、液体的空化核理论 50
三、超声空化阈值 51
四、空化理论 53
五、空化的基本效应及空化强度 56
第三节 超声换能器与声处理设备 56
一、超声换能器简介 57
二、超声换能器的主要性能指标 58
三、功率超声换能器种类 61
第四节 换能器变幅杆形式及其应用 74
一、超声变幅杆 74
二、阻抗匹配与调谐 77
参考文献 78
第三章 超声强化化学反应过程 79
第一节 超声强化机理和动力学问题 79
一、声空化物理和化学效应 79
二、声化学反应发生的三个区域 80
三、声空化强化机理 82
四、声化学动力学研究 83
第二节 超声强化化学合成过程 85
一、氧化还原反应 85
二、催化或非催化偶联反应 87
三、多组分合成 91
四、固定化脂肪酶反应 92
五、离子液体下的声反应 93
第三节 超声强化电化学反应过程 94
一、概述 94
二、超声电化学强化机理 94
三、声电化学应用 96
第四节 声化学反应器 96
一、常规声化学反应器 97
二、连续式声化学反应器 99
三、超声气升式反应器 100
四、声化学微反应器 102
第五节 声化学反应操作参数的影响 102
参考文献 103
第四章 超声强化传质与传热过程 109
第一节 强化原理简介 109
一、超声与物质间的相互作用 109
二、声热学效应 112
三、声学效应 114
第二节 超声强化乳化破乳过程 116
一、概述 116
二、超声强化乳化破乳机理 116
三、乳化 119
四、破乳 122
第三节 超声强化萃取与提取过程 136
一、概述 136
二、萃取 137
三、超临界流体萃取 138
四、提取 140
五、湿式冶金浸出 143
六、提取设备 144
第四节 超声强化吸附脱附过程 145
一、概述 145
二、超声强化吸附脱附机理 146
三、超声在吸附脱附过程中的应用 149
第五节 超声强化结晶过程 153
一、概述 153
二、超声强化结晶过程机理 154
三、超声在结晶分离过程中的应用 159
四、超声强化结晶过程的应用展望 162
第六节 超声强化传热过程 162
一、超声强化单相对流传热 163
二、超声强化核沸腾传热与膜沸腾传热 164
三、超声强化过冷沸腾传热 165
四、超声强化饱和沸腾传热 167
五、超声与纳米流体协同强化传热 169
六、超声强化传热小结与研究方向 170
第七节 超声强化蒸发与冷冻（制冷）过程 171
一、蒸发 171
二、冷冻 174
第八节 超声强化干燥过程 181
一、超声强化食品干燥 181
二、超声强化其他产品干燥 191
三、超声强化干燥技术展望 197
第九节 超声强化蒸馏与吸收过程 198
一、蒸馏 198
二、气体吸收 199
第十节 超声强化增溶过程 201
一、药物增溶 201
二、植物蛋白增溶 205
三、超声溶胞增溶 210
四、其他增溶过程 211
第十一节 超声强化油品降黏过程 220
一、概述 220
二、超声强化油品降黏 220
三、超声与化学反应协同强化 222
四、超声与溶剂协同物理强化 226
五、超声与降黏设备协同强化 227
第十二节 超声强化雾化、分散、凝聚与悬浮过程 230
一、雾化 230
二、分散、凝聚与悬浮 237
第十三节 超声强化脱气过程 249
一、超声脱气原理 250
二、超声脱气研究与应用 252
三、铝合金在线超声除气设备 254
参考文献 255
第五章 超声强化机械分离与粉碎过程 269
第一节 超声浮选 269
一、超声浮选理论 270
二、超声浮选应用 271
三、超声浮选设备 274
第二节 超声清洗与除垢 274
一、超声清洗与除垢机理 274
二、影响超声清洗效果的因素 275
三、超声清洗与除垢应用 278
四、超声清洗机简介 279
五、超声清洗技术的发展趋势 281
第三节 过滤与超声膜技术、筛分 283
一、超声过滤 283
二、超声膜分离 284
三、超声筛分 296
第四节 超声粉碎技术 300
一、超声粉碎的机理 300
二、超声粉碎机械的特点 301
三、超声粉碎的应用 302
四、超声的其他机械作用 307
第五节 超声除尘技术 307
一、粉尘产生的原因及危害 307
二、超声除尘的工作原理 307
三、超声除尘在工程方面的应用 312
参考文献 317
第六章 超声强化在材料化学中的应用 321
第一节 超声对材料的改性 322
一、超声强化层状材料的剥落 322
二、超声对粉末的团聚与分散 323
三、超声强化脆性材料的破碎 324
四、超声对材料表面的改性 325
第二节 超声强化纳米材料合成过程 326
一、超声电化学法 327
二、超声还原法 328
三、超声雾化-热分解法 328
四、超声分解金属有机物 330
五、超声化学沉淀法 331
第三节 超声强化聚合物反应过程 332
一、超声聚合物降解过程强化 332
二、超声自由基聚合反应过程强化 335
三、超声生物高分子微球制备过程强化 339
参考文献 340
第七章 超声强化在过程工业中的应用 347
第一节 超声强化采油过程 347
一、概述 347
二、超声强化采油机理与理论简介 350
三、超声强化采油设备的开发 354
四、超声强化采油应用 358
第二节 超声强化污水处理 365
一、机理 365
二、超声强化降解酚类有机废水 368
三、超声强化处理造纸废水 375
四、超声强化处理垃圾渗滤液 377
第三节 超声强化生物污泥减量 384
一、生物污泥的特点与分类 385
二、剩余生物污泥处理方法及现状 385
三、超声强化生物污泥减量原理 387
四、超声强化生物污泥减量过程的工业应用研究 391
第四节 超声强化纺织品和皮革加工过程 393
一、超声强化纺织品加工过程 393
二、超声强化皮革加工过程 403
第五节 超声强化在食品工业中的应用 406
一、低能超声与高能超声 406
二、使用超声的优缺点 407
三、超声对食品与原料的作用 408
四、超声食品工业强化应用 412
五、超声强化食品加工前景 425
参考文献 426
索引 432
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| 內容試閱：
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化学工程作为一个基础厚、口径宽、适用性强的学科，正面临着来自资源、能源和环境的新挑战，促使各种过程强化的科学技术不断引入到高质、高效、节能、降耗、安全与环保的化学工程学科研究领域中，由此提出化工过程强化新学科概念。化工过程强化的四个领域是新材料强化、外场协同强化、核心反应器强化和系统耦合强化。
超声化工过程强化，也称为超声化学工程，属于外场协同强化化工过程，是声学与化学化工相互交叉渗透而发展起来的一门新兴的边缘学科，其作用机制主要是超声热效应及声空化产生的机械效应和化学效应。超声热效应和机械效应可增大、更新反应界面及涡流效应产生的传质和传热过程。化学效应则是由于在空化气泡内的高温分解、化学键断裂、自由基的产生引起相关反应，甚至可能产生新的反应途径及产品。利用机械效应的过程包括萃取、浸取、吸附、吸收、结晶、乳化与破乳、膜过程、除垢、除气、消泡、过滤、凝聚沉降、悬浮分离、采油、固体颗粒粉碎、传热及超声清洗等。利用化学效应的过程主要包括有机物合成与降解、高分子化学反应及其他自由基反应、电化学、均相和非均相化学反应等。但在一个具体过程中往往是多种效应共同作用。超声可用于强化绝大部分化工单元操作，研究超声化工过程强化对我国过程工业的发展将发挥重大作用。
影响超声作用与效率的因素很多， 包括超声的强度、频率（频率高低、单频与多频）、声处理方式（连续、脉冲）、处理器声场形式、辐照时间、温度、体系性质（溶解气体、反应液体表面张力、黏度以及 pH值）等。需深入研究超声对化工过程强化机理， 针对化工单元过程具体特征， 正确把握声能与被处理物料间独特的相互作用关系， 从化学工程的角度分析超声场的强化作用。
超声化工过程强化技术研究需要与声学专业、功率超声设备厂家密切合作，才能较好地完成项目的大功率超声产生、超声作用过程机理以及超声设备与应用的研发等方面工作，其中智能化大功率超声发生器、不同频率的大功率换能器材料及结构（提高声能效率与使用寿命）、符合具体工艺要求的设备、超声声场及振动系统设计与声功率测量方法等， 是今后研发工作的重点。
从过程强化的角度来讲， 超声技术可以推广应用于过程速率受界面效应控制的任何过程与体系， 因此将超声与传统化工技术相耦合必将为化学工业带来新的活力。然而，我国出版的声学教材、手册和科普类书籍不是很多，介绍声化学与过程工程声技术方面的书更是凤毛麟角，至今没有较全面介绍与总结超声化工过程强化知识与进展的专著出版。为推广超声化工过程强化技术在我国过程工业中的应用，编著者梳理近年来国内外在超声化工过程强化方面的最新进展，以及自己研发工作的成果与体会，编写了系统性强、涵盖面宽的《超声化工过程强化》。希望本书的出版发行利于读者对超声化工过程强化有一个较全面的认识，同时本书涵盖了绝大多数超声强化化工过程单元操作及目前超声强化的应用领域，也可使读者较深入了解某个感兴趣的具体强化项目，对超声强化技术创新有一定的指导意义。
本书由南京工业大学吕效平教授、东南大学丁德胜教授和连云港职业技术学院张萍教授共同草拟内容框架并编写、统稿。全书分七章，包括第一章绪论，第二章声学基础与超声换能器，第三章超声强化化学反应过程，第四章超声强化传质与传热过程，第五章超声强化机械分离与粉碎过程，第六章超声强化在材料化学中的应用，第七章超声强化在过程工业中的应用。其中第一、四、五、七章由吕效平教授执笔，第二章由丁德胜教授执笔，第三、六章由张萍教授执笔，扬州职业大学的季彩宏老师参与了第六章编写。
本书在撰写过程中除了介绍编著者团队所做的部分超声化工强化工作，还将国内外公开发表的文献尽可能地介绍给读者，在此，向有关中外学者表示崇高的敬意与衷心的感谢！南京大学程建春教授、陕西师范大学林书玉教授提供了大量宝贵资料，并对编写方法和内容提出许多指导性建议，在此特向他们表示衷心的感谢！同时感谢南京工业大学支持本书的出版！本书的编写基于编著者团队的超声化工过程强化应用研究与开发工程项目所得到的国家与相关企业的大力支持，主要有国家自然科学基金面上项目：复杂形状换能器声场的解析方法和实验研究，复杂介质中二阶非线性声束传播的解析方法和实验，无衍射爱里声束及其非线性传播的研究，非线性超声显微术；江苏省自然科学基金：超声气升式化学反应器研究；中国石油化工股份有限公司：超声波强化炼厂原油破乳脱水脱盐工业化应用；中国石化扬子石油化工有限公司：超声波动态原油破乳脱水研究、炼厂浮渣超声波脱水及在焦化生产中的应用、炼油厂污油超声破乳脱水工业化应用、超声波强化原油破乳脱水脱盐工艺包开发、催化裂化原料油超声脱硫研究、石化废水COD降解及反硝化除磷集成技术研究、PTA废水处理中分级分相厌氧技术中试研究、剩余污泥消化释磷及磷盐回收和减排研究、超声强化处理水厂剩余污泥中试；中国石化燕山石化公司：减压渣油超声降黏轻质化技术研究、PVDF中空纤维超滤膜超声辅助清洗及反冲抑垢的研究、超声用于循环冷却水灭菌的实验研究；中国石油化工股份有限公司西北油田分公司：含酸及老化原油超声高频电脱水实验研究等。在此，由衷感谢国家自然科学基金委员会、江苏省科技厅、中国石油化工股份有限公司及各相关分公司的大力支持与资助！中国工程院院士欧阳平凯教授、南京大学程建春教授、南京工业大学沈旋教授和徐宁副教授在百忙中对本书进行了审校，提出了十分宝贵的意见，在此谨对他们表示由衷的感谢！
限于编著者的学识与水平，书中难免存在疏漏之处，敬请有关专家和读者提出宝贵建议。
编著者
2020年1月
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