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原标题:精细分离集成系统,微界面传质强化反应器

浏览次数:99 时间:2019-11-03

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  南大新型反应器把国外同行逼停产 创造数十亿产值

在石化、煤化工、制药、生化发酵、新材料制备、废水处理等工业领域大显身手的“微界面传质强化反应器”,终于有了“升级版”。4月9日,南京大学等单位完成的“微界面传质强化反应—精细分离集成系统研发”项目通过中国石油和化学工业联合会科技鉴定,该装置的技术水准让发达国家同行无路可走,生产线相继关闭。 据本项目技术总负责人张志炳介绍,该项目的一大创新性进展就是研制了微界面传质强化反应器及建立了构效调控数学模型,可实现气液颗粒的超细破碎和效率与能耗的调控。反应系统大部分气液颗粒直径可处于25μm—1mm,而传统反应器所得气泡直径通常为5—20mm。 “为了做好这次鉴定,我们对这个项目进行了72小时的连续考核。”中国石油与化学工业联合会姜砚茹处长告诉记者。与传统的塔式鼓泡反应器生产系统相比,MTIR的单位反应器界面面积提高了500%,生产强度提高了177%,从18.5kg/m3.h增长至51.2kg/m3.h,单位时间内产品的产量大幅提高。 张志炳称,由于本技术在江苏某公司实施,在国际市场上一直占主导地位的日本三菱瓦斯化学株式会社和英国帝国化学工业公司美国分公司的同类产品线相继宣布关闭。

中国橡胶网讯 随着2015年我国新环保法的实施,以及2016年开始的环保巡回督查,环保风暴给橡胶助剂企业带来了极大的冲击,不仅使小企业受到影响,大型企业也遇到了许多新问题。橡胶助剂行业身处高温高压和“三废”排放的重点关注行业,如何通过新工艺新技术来更加优化安全环保措施,实现绿色清洁生产?在6月6~7日举办的微化工反应技术与智能制造产业化推进会上了解到,微化工技术的应用,成为橡胶助剂绿色、安全、高效、连续化生产的重要发展趋势。

据了解,由南京大学张志炳教授团队牵头联合三家企业单位共同完成的“微界面传质强化反应-精细分离集成系统研发”项目在宁举行科技成果鉴定会。南京大学校长、中科院院士陈骏,南京大学校长助理李成及科技处、化学化工学院等相关单位负责同志出席会议并讲话。鉴定会由中国石油和化学工业联合会姜砚茹处长主持。

  据南京大学官网4月9日消息,由南京大学张志炳教授团队联合三家企业单位共同完成的“微界面传质强化反应-精细分离集成系统研发”项目举行科技成果鉴定会。这项新技术有望解决石油开采、页岩气、地球化学等不少领域的关键问题。该技术现已累计新增产值数十亿元。在国际市场上一直占主导地位的两个国外跨国公司的同类产品生产线也因该技术的实施而相继宣布关闭。

中国石油和化学工业联合会原会长李勇武对行业在微化工反应技术方面的研究持鼓励态度。他表示,微反应器的发明与微化工技术的推广应用对传统化工装置而言是革命性的颠覆,为化工产业开启了高效精细化的新时代,将对行业智能制造水平的提升起到积极的推动作用。他预计未来5~10年,微化工反应技术将会在精细化工等领域与纳米材料上率先得到应用推广。

李成在致辞中对与会专家、学者和企业代表的到来表示欢迎,对中国石油和化学工业联合会一直以来对南京大学科技工作的支持表示感谢。他表示,南京大学所取得的成绩离不开行业协会、兄弟高校、合作企业长期以来的鼎力支持和精诚合作,希望与会专家能多提宝贵意见、支持项目继续完善为国家发展服务。

云顶集团 2  鉴定会现场  (佘治骏 摄影)

李勇武认为,未来几年将是微化工技术产业化的关键期,行业要大力开展科技攻关,加强微反应技术和设备的科研开发力度,不断提高反应系统集成水平,促进工程设计、设备制造和技术工艺的配套协调,重点提升微反应过程的工艺水平和装备可靠性,争取取得一批引领性科技创新成果。同时还要围绕清洁生产、绿色发展,积极开展中大型工程示范项目的建设,解决好安全环保与产品质量稳定性等问题。

会上,张志炳教授代表项目团队向与会人员报告了项目研究相关情况,从项目立项背景、科学技术问题、理论基础、研发情况、应用与先进性等方面详细阐述了“微界面传质强化反应-精细分离集成系统”的核心内容,并就专家组提出的问题进行了解答。

  据了解,现代石化、煤化工、制药、生化发酵、新材料制备、废水处理等工业中有很多慢反应过程,如氧化、加氢等等,这些反应体系的气液相界面积很小,传质效率较低,因而制约了反应效率的提高,而反应效率低将直接影响产品生产过程的能耗物耗和产品竞争力。长期以来,人们想了很多办法试图解决此问题,虽在某些方面取得了可喜进展,但终因理论或设备方面等种种原因,没有找到突破性普适化的技术方法。

4118cc云顶集团,云顶集团,清华大学化工系副教授王凯认为,微化工技术应用的主要途径就是提高反应装置的反应性能。微化工系统具有混合速率快、传质系数高、停留时间短、生产效率高以及过程安全、易于控制、放大效应小、产业化风险低等特征,完全有可能对复杂的化学反应进行有效控制,实现高效、安全、清洁生产,减少副反应的发生,减少“三废”排放。

项目应用现场标定组资深专家、原中国石油和天然气集团炼化局门存贵总工程师介绍了示范装置72小时连续标定情况与结论。

  张志炳团队从基本理论分析入手,认为目前工业上采用的加氢、氧化、氯化等慢反应过程的气液固反应器设备效率低主要归因于它们大多只能产生较大尺寸的气泡(厘米或毫米级),即使有些大毫米级尺度的气泡产生,也仅占其中很小比例。其内在原因是传统的搅拌桨或鼓泡塔反应器中只能产生厘米或大毫米尺度的Kolmogorov湍流涡。因此,即使再加大搅拌电机功率,其大部分能量也只能转化为热能,而不能转变成为小气泡生成所需的表面能。

目前,清华大学与瓮福集团合作已开发成功15万吨/年湿法磷酸净化装置,工业化装置平稳运行多年。近年来,清华大学还在以甲苯为原料合成己内酰胺、反式乙烯醛合成、溴化丁基橡胶等方面开展了广泛的研究,通过微反应系统设计,强化反应过程,实现了安全、高效、连续化的生产。

云顶集团官网,鉴定委员会由七位行业内高级专家组成,中国科学院院士、清华大学费维扬教授担任主任委员,中国工程院院士、南京工业大学欧阳平凯教授和中国工程院院士、福州大学付贤智教授任副主任委员。鉴定委员会在审读成果报告、查阅支撑材料并对课题主要研究与应用情况充分质询的基础上,形成了鉴定意见:“该技术具有原创性和自主知识产权,多项关键技术已达到国际领先水平。”

云顶集团 3  反应器

南京大学教授周政认为,目前化学反应中有很多慢反应,如氧化、加氢等,制约了反应效率的提高,直接影响了产品市场竞争力。南京大学团队提出了微界面传质强化反应的理论,并开发了微界面传质强化反应器构效调控系统,建立了整套构效调控数学模型。MTIR系统实现了化学反应高倍数强化,反应效率成倍提高,能耗、物耗、水耗、污染物排放大幅降低。该技术已在17家企业推广应用,在工业领域有良好的发展前景。

南京大学化学化工学院执行院长黎书华向张志炳教授团队取得的成绩表示祝贺,并代表学院向与会专家、代表及各级领导对化学化工学院学术发展的大力支持表示衷心感谢。

  为此,张志炳教授提出了研发微米尺度气液界面反应系统的构想。经过十多年的攻关,不仅提出了微界面传质强化反应的理论,同时开发了微界面传质强化反应器构效调控系统(简称MTIR系统),建立了整套构效调控数学模型,这些模型可依据输入的能量调控气泡直径和气泡个数、从而调控气液界面和传质速率,因而可以依据工业上的实际需求,计算和设计反应器的结构,或反之。如此,可在反应过程的催化剂、物料配比、操作条件等不变情况下,实现反应效率成倍提高、能耗、物耗、水耗、污染物排放等大幅降低的目标。

但目前微反应技术研发也存在一些问题。康宁管理有限公司康宁反应器技术中心经理伍辛军认为,最大的问题在于专业人才培养迫在眉睫。目前微通道连续流反应技术在化工行业方兴未艾,已经成为化工行业应对安全环保、节能减排等挑战,提高生产效率,实现产品差异化的必备神器,在企业实现智能化连续化生产的进程中不可或缺。然而,在这一进程中,专业人才的缺乏成为制约行业发展的瓶颈之一。目前国内还没有一家高校开设微通道连续流反应技术系统的本科教学工作,企业急需的专业人才十分短缺。这项技术有许多独特的创新性理论,如果没有经过专门的学习和培训,工程技术人员很难对相关知识和理论有深入的理解和掌握,更谈不上熟练地运用相关知识进行自主开发。

陈骏校长在致辞中对张志炳教授团队不断推陈出新的科技研究成果表示高度赞扬,并认为这项新技术应用范围很广,有望解决石油开采、页岩气、地球化学等不少领域的关键问题。他指出,南京大学在过去三十年始终坚持基础研究这一特色与优势,始终坚持与国际接轨的科研标准,取得了丰硕成果。在关注SCI指标、解决数量问题后,在最近十多年,学校聚焦前沿科学问题,重视顶尖期刊,重视质量,成绩显著,在NI指数排名中南大名列全球12位、全国第2。当前,南京大学提出要做问题导向的原创科研,将论文导向的科研转向问题导向。他希望,南京大学的科研能从解决科学问题出发,发展有重大意义的原创性应用研究,并注重与其他学科、其他团队的交叉融合,创造更大成果。

  据科技日报消息,该项目的一大创新性进展就是研制了微界面传质强化反应器(以下简称MTIR)及建立了构效调控数学模型,可实现气液颗粒的超细破碎和效率与能耗的调控。反应系统大部分气液颗粒直径可处于25μm—1mm,而传统反应器所得气泡直径通常为5—20mm。与传统的塔式鼓泡反应器生产系统相比,MTIR的单位反应器界面面积提高了500%,生产强度提高了177%,从18.5kg/m3.h增长至51.2kg/m3.h,单位时间内产品的产量大幅提高。

据了解,微化工技术能显著缩短反应时间和缩小反应系统的体积。反应时间从几小时至几十小时缩短到几十秒,甚至几秒,让体积庞大的传统反应容器瘦身至以升、毫升为单位的桌上微反应器,改变化学工业一些环节污染重、能耗高和安全性差的传统形象,实现化工生产过程的强化、安全、微型化和绿色化,大幅提高化工生产的资源和能源利用效率。

姜砚茹处长祝贺南京大学取得高水平的研究成果,并希望南大能在我国转型“中国智造”的新时期,为企业解决更多的生产实际困难,延续企业与院校的良好合作传统。

  以二甲苯空气氧化制甲基苯甲酸生产为例,与传统的塔式鼓泡反应器(CBR)生产系统相比,该技术在原料利用率、节能和减排方面显示了突出的综合性能:反应效率是原来的2.77倍,主产品收率净提高34个百分点,吨产品原料消耗从1.3吨下降到1.1吨,综合能耗降低11%,水耗下降93%。

目前微化工技术已经走到了大规模工业化的前沿,正在成为解决当前困扰化工行业发展诸多难题与实现智能制造的重要手段与途径。从2016年始,微化工技术以它独有的魅力吸引了橡胶助剂生产企业的关注和介入,濮阳蔚林新材料股份有限公司、山东尚舜化工股份有限公司、山东斯递尔化工科技公司、南京曙光化工集团、阳谷华泰化工股份有限公司、天津科迈化工等助剂企业已步入微化工技术研发领域,并与大专院校建立了产学研结合机制。在“十三五”期间,橡胶助剂行业应更关注于提高过程效率,实现节能减排、绿色生产和安全生产,在设备小型化和微化工技术方面应加快取得突破。

据了解,现代石化、煤化工、制药、生化发酵、新材料制备、废水处理等工业中有很多慢反应过程,如氧化、加氢等等,这些反应体系的气液相界面积很小,传质效率较低,因而制约了反应效率的提高,而反应效率低将直接影响产品生产过程的能耗物耗和产品竞争力。长期以来,人们想了很多办法试图解决此问题,虽在某些方面取得了可喜进展,但终因理论或设备方面等种种原因,没有找到突破性普适化的技术方法。张志炳团队从基本理论分析入手,认为目前工业上采用的加氢、氧化、氯化等慢反应过程的气液固反应器设备效率低主要归因于它们大多只能产生较大尺寸的气泡,即使有些大毫米级尺度的气泡产生,也仅占其中很小比例。其内在原因是传统的搅拌桨或鼓泡塔反应器中只能产生厘米或大毫米尺度的Kolmogorov湍流涡。因此,即使再加大搅拌电机功率,其大部分能量也只能转化为热能,而不能转变成为小气泡生成所需的表面能。为此,张志炳教授提出了研发微米尺度气液界面反应系统的构想。经过十多年的攻关,不仅提出了微界面传质强化反应的理论,同时开发了微界面传质强化反应器构效调控系统,建立了整套构效调控数学模型,这些模型可依据输入的能量调控气泡直径和气泡个数、从而调控气液界面和传质速率,因而可以依据工业上的实际需求,计算和设计反应器的结构,或反之。如此,可在反应过程的催化剂、物料配比、操作条件等不变情况下,实现反应效率成倍提高、能耗、物耗、水耗、污染物排放等大幅降低的目标。

  新技术应用范围很广,有望解决石油开采、页岩气、地球化学等不少领域的关键问题。该项目已申请国内外发明专利41项,已获国内外发明专利授权30项。其中7项为欧美专利,已授权4项。该技术已在10家企业推广应用。该技术实施后,在国际市场上一直占主导地位的日本某跨国公司和英国某跨国公司美国分公司的同类产品生产线相继宣布关闭。该技术已累计新增产值53.9亿元、利税21.2亿元,减排化学污染物82675吨,节能相当于10000吨标准煤。

近年来橡胶助剂企业普遍建立了自己的研发中心和创新平台,创新机制的建立和人才培养的贡献不断使中国橡胶助剂走向世界。目前中国橡胶助剂总产量已占全球75%以上,在全球有了绝对话语权。

该项目已申请国内外发明专利41项,已获国内外发明专利授权30项。其中7项为欧美专利,已授权4项。该技术已在10家企业推广应用。以二甲苯空气氧化制甲基苯甲酸生产为例,与传统的塔式鼓泡反应器生产系统相比,该技术在原料利用率、节能和减排方面显示了突出的综合性能:反应效率是原来的2.77倍,主产品收率净提高34个百分点,吨产品原料消耗从1.3吨下降到1.1吨,综合能耗降低11%,水耗下降93%。该技术实施后,在国际市场上一直占主导地位的日本某跨国公司和英国某跨国公司美国分公司的同类产品生产线相继宣布关闭。该技术已累计新增产值53.9亿元、利税21.2亿元,减排化学污染物82675吨,节能相当于10000吨标准煤。

会议由中国化工学会橡塑产品绿色制造专业委员会主办。

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