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編輯推薦： 从实验室到工业生产，特别是大规模的生产，都要解决反应器的设计、放大与过程强化问题。 本书包括初入门需要的基本概念、模型和方法的简介，典型问题的示例，以及前沿研究的新近发展和趋势，既有基础理论分析，又联系工业实际体系，也包括作者团队的研究工作。 《多相反应器的设计、放大和过程强化》是多项国家和省部级成果的系统总结，提供了大量基础研究和工程应用数据 內容簡介： 《多相反应器的设计、放大和过程强化》是《化工过程强化关键技术丛书》的一个分册。本书综合多相反应器工程、计算流体力学、计算传递学、先进测量技术等研究进展，论述多相反应器模型、模拟与测量，以及工业反应过程强化技术，构建和发展计算反应工程学科基础。本书侧重于多相反应器过程强化所涉及的基础理论、数学模型和数值方法、测量技术及其在工业中的应用，强调分散相颗粒（包括液滴、气泡）特性和颗粒群特性对多相反应器流动和传递过程的影响，从不同尺度及跨尺度耦合上阐述多相反应器内流动和传递特性。本书包括基本概念、模型和方法的简介，典型问题的示例，以及前沿研究的新近发展和趋势，既有基础理论分析，又联系工业实际体系，也包括作者团队的*工作。《多相反应器的设计、放大和过程强化》是多项国家和省部级成果的系统总结，提供了大量基础研究和工程应用数据，可供化工、材料、环境、制药、食品等领域科研人员、工程技术人员、生产管理人员以及高等院校相关专业师生参考。 關於作者： 杨超，1971年生，研究员，中国科学院过程工程研究所副所长，中国科学院大学长江学者特聘教授。国家杰出青年科学基金获得者，国家万人计划科技创新领军人才。1998年南京工业大学获博士学位，1998-2000年中科院化工冶金研究所博士后，2005-2006年美国康奈尔大学高访。研究方向：反应器工程和绿色化工。主持国家重点研发计划重点专项、国家重大科研仪器研制等项目。发表SCI论文150多篇，申请专利80件（国际8件），获计算机软件著作权34项，出版英文专著1本。获2019年国家科技进步二等奖、2016年何梁何利基金科学与技术创新奖、2015年国家技术发明二等奖、2014年光华工程科技奖-青年奖、2013年中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖、2012年SCEJ Asia Research Award、2011年中国青年科技奖、2009年国家自然科学二等奖。毛在砂，1943年生，中国科学院过程工程研究所研究员。1966年清华大学工程化学系毕业，1981年中国科学院化工冶金研究所硕士，1988年美国Houston大学博士。长期从事化学反应工程和多相流动的应用基础研究和工程实践，致力于推动化学工程学科的数学模型方法和数值模拟技术的发展和应用。承担多项国家自然科学基金项目和工业技术改造项目等。发表论文200余篇，授权发明专利30余件，撰写专著、教材4册。曾任Chinese Journal of Chemical Engineering和过程工程学报副主编。获国家自然科学奖二等奖（2009，第1完成人）和国家技术发明奖二等奖（2015,第2完成人）。 目錄： 第一章　绪论1 第一节　化学反应工程基础 2 一、化学反应工程的任务 2 二、化学反应工程的研究内容 3 第二节　计算化学反应工程 4 一、化学工程的发展范式 4 二、新阶段的范式 5 三、计算化学工程的发展 8 第三节　多相反应器与过程强化 11 一、多相反应器与混合 11 二、宏观混合强化 13 三、微观混合强化 14 四、化学反应器强化的总体策略 17 第四节　展望 17 参考文献 18 第二章　颗粒尺度流动和传递22 第一节　引言 22 第二节　理论基础 23 一、流体力学 23 二、传质 24 三、界面力平衡 25 四、界面质量传递 26 第三节　数值计算方法 27 一、正交贴体坐标系 27 二、水平集方法 31 三、镜像流体法 36 第四节　单颗粒的浮力驱动运动和传质过程 39 一、气泡和液滴运动 39 二、传质过程的数值计算 47 第五节　传质引起的Marangoni效应 50 一、溶质引起的Marangoni效应 50 二、表面活性剂对运动及传质的影响 53 三、表面活性剂引发Marangoni效应 57 第六节　颗粒群行为研究 59 一、单颗粒上的受力分析 61 二、单元胞模型 64 第七节　拉伸流和剪切流中的单颗粒行为 67 一、拉伸流场中颗粒的传热传质 67 二、剪切流场中球形颗粒的传质 69 第八节　小结和展望 71 一、小结 71 二、展望 72 参考文献 73 第三章　多相搅拌反应器80 第一节　引言 80 第二节　数学模型和数值方法 81 一、控制方程 82 二、相间动量交换 83 三、RANS模型方法 85 四、LES模型 91 五、搅拌桨处理 93 六、数值求解方案 96 第三节　两相流搅拌槽 100 一、固液体系 100 二、气液体系 109 三、液液体系 122 第四节　三相搅拌反应器 130 一、液液固体系 130 二、气液液体系 133 三、液液液体系 133 四、气液固体系 136 第五节　小结和展望 143 一、小结 143 二、展望 144 参考文献 145 第四章　气升式环流反应器156 第一节　引言 156 第二节　气液多相流的流型识别 157 第三节　环流反应器的流动型态 160 一、单级内环流反应器的流动型态 160 二、多级内环流反应器的流动型态 161 第四节　工业气体分布器初始气泡直径的估计 164 第五节　数学模型和数值方法 167 一、欧拉-欧拉两流体模型 168 二、相间作用力的封闭 170 三、湍流模型的封闭 188 四、数值方法 190 第六节　环流反应器中的传递现象 199 一、流体力学特性 199 二、相间质量传递 201 三、宏观混合和微观混合 208 第七节　多级环流反应器内的传递现象 216 一、气含率分布特性 217 二、循环液速 218 三、混合时间 220 四、体积传质系数 221 第八节　多相混合与分离的过程集成及过程强化 221 第九节　环流反应器的设计和放大建议 224 第十节　小结和展望 226 参考文献 227 第五章　两相微反应器242 第一节　引言 242 第二节　数学模型和数值方法 243 第三节　格子Boltzmann方法数值模拟 246 一、微通道内两相流 246 二、微通道内传热 249 三、微通道内传质 253 第四节　微反应器的实验研究 255 一、流型 255 二、压降 258 三、传质性能 259 四、微观混合 259 第五节　小结和展望 260 参考文献 261 第六章　结晶过程模型与数值模拟270 第一节　引言 270 第二节　数学模型与数值计算方法 271 一、一般化的粒数衡算方程 271 二、标准矩方法 274 三、积分矩方法 276 四、粒度分级法离散法 277 第三节　宏观与微观混合 282 第四节　反应结晶过程模拟 286 一、组分传输方程 287 二、成核与生长动力学 287 三、团聚与破裂动力学 288 四、模拟细节 289 五、沉淀过程模拟 290 第五节　溶析结晶过程模拟 294 一、模型与方程 295 二、模拟结果 296 第六节　溶析与反应结晶混合强化 299 第七节　小结和展望 300 参考文献 301 索引311 內容試閱： 化工等过程工业中普遍涉及多相复杂反应体系，在多相反应器中进行化学反应的同时还涉及流动、混合、传质、相变、加热、冷却等复杂的物理过程。从实验室到工业生产，特别是大规模的生产，都要解决反应器的设计、放大与过程强化问题，其目的是为了使化学反应器提供最贴近化学家所期望的反应条件和环境，这些都是化学反应工程学的核心内容。确保放大成功、降低风险、实现工业过程与装置的高效率及过程强化是反应器工程放大的主要目标。现代化学工业对反应工程学和反应器设计放大提出了新的挑战，例如：由于节能和过程集成化、绿色化的要求，希望多个化学反应在同一个反应器中进行、几个工艺步骤在一个设备内完成，化学反应过程因而在更多物相共存、更多传递过程并行的条件下进行。 化学反应器内的流动、传递和反应过程具有典型的多尺度特征，尤其多相体系的非均匀性、非线性和非平衡性的特点，导致工业大型反应器内的混合、流动、传递与反应的环境和状态远远偏离小型的实验室反应器。在化学反应工程学创立之初就已认识到，虽然传统的化学工程学的三传一反理论模型和经验归纳方法用于均相反应器很有效，但难以满足多相反应器的设计放大要求，必须采用更富机理性的数学模型方法。近年来，化学工程学科致力于数学模型方法的建立，化学反应工程及相关学科在研究技术和方法上都取得了重要进展，反应过程测量与数据采集技术有了长足的进步，先进的流体力学和传递理论以及计算流体力学技术在反应工程研究中发挥了越来越重要的作用，多相反应器数学模型化和数值模拟放大技术正在一步步从理想变为现实。 本书是在著者的英文专著Numerical Simulation of Multiphase Reactors with Continuous Liquid Phase［Chao Yang and Zai-Sha Mao，Academic Press（Elsevier），2014］基础上，综合多相反应器工程、计算流体力学、计算传递学、先进测量技术等研究进展，论述多相反应器模型、模拟与测量，以及工业反应过程强化技术，构建和发展计算反应工程学科基础。本书侧重于多相反应器过程强化所涉及的基础理论、数学模型和数值方法、测量技术及其在工业中的应用，强调分散相颗粒（包括液滴、气泡）特性和颗粒群特性对多相反应器流动和传递过程的影响，从不同尺度及跨尺度耦合上阐述多相反应器内流动和传递特性。全书由杨超和毛在砂统稿，各章节具体内容和写作分工如下： 第一章绪论（撰稿人：冯鑫、杨超、毛在砂），简述化学反应工程的基础知识，点明新时代中计算反应工程的新特点，指出多相反应器和过程强化面临的机遇和挑战，展望了多相反应器研究领域需要开展的重要工作。 第二章颗粒尺度流动和传递（撰稿人：陈杰、王智慧），介绍了多相反应器的颗粒（包括气泡、液滴和固体颗粒）尺度流动和传递研究，包括理论基础、模型和数值计算方法等，给出了Marangoni效应、颗粒群行为、剪切流和拉伸流等新进展。 第三章多相搅拌反应器（撰稿人：李向阳、张庆华、冯鑫、段晓霞），详述了多相搅拌反应器的测量技术、数学模型与模拟计算，包括固液、气液、液液两相搅拌反应器，以及液液固、气液液、液液液、气液固等三相搅拌反应器。 第四章气升式环流反应器（撰稿人：黄青山、张伟鹏、张广积），重点介绍气升式环流反应器，包括气液和气液固反应器。给出了反应器模型和数值计算方法，以及流型、多级环流、多相混合与分离的过程集成等新进展。 第五章两相微反应器（撰稿人：雍玉梅、徐俊波、李媛媛），简要给出了两相微反应器的若干进展，包括多相微反应器的模型和格子Boltzmann方法等数值计算方法，以及微反应器内流动和传递的实验测量。 第六章结晶过程模型与数值模拟（撰稿人：程景才、张妍、张庆华），详述了结晶过程的数学模型与数值模拟方法，重点给出反应结晶、溶析结晶过程模拟计算的新进展，包括宏观与微观混合对结晶的影响。 感谢国家自然科学基金委员会（20236050，20490206，20990224，21025627，21427814，21938009）、国家科学技术部（2004CB217604，2008BAF33B03，2010CB630904，2012CB224806，2016YFB0301700）和中国科学院（QYZDJ-SSW-JSC030，122111KYSB20190032）的经费支持。本书成果支撑了2019年国家科技进步二等奖（芯片用超高纯电子级磷酸及高选择性蚀刻液生产关键技术）、2015年国家技术发明二等奖（含高浓度分散相的搅拌反应器数值放大与混合强化的新技术）和2009年国家自然科学二等奖（多相体系的化学反应工程和反应器的基础研究及应用）。 本书包括基本概念、模型和方法的简介，典型问题的示例，以及前沿研究的新近发展和趋势，适合于希望掌握先进的反应工程学（从理论到工业应用）工具、实现多相反应器科学设计放大与过程强化的读者。本书既有基础理论分析，又联系工业实际体系，也包括作者团队的最新工作。 限于著者的水平与学识，内容遗漏、编排和归类不妥之处在所难免，恳请有关专家和读者不吝指正。 杨超　毛在砂 2020年5月

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