高剪切混合强化技术

1.《高剪切混合强化技术》是国家973计划项目、国家自然科学基金项目和教育部创新团队发展计划项目的研究成果与总结； 2.《高剪切混合强化技术》归纳总结了间歇式、连续式高剪切混合器在单相、两相（气液、液液、液固）和气液固三相体系的流动与 功耗、分散与混合、相间传递及反应性能的影响规律进行； 3.《高剪切混合强化技术》重点描述了操作参数、结构参数、物性参数等对高剪切混合器性能的影响，帮助读者更好地理解高剪切混合器的原理、性能； 4.《高剪切混合强化技术》整理了现有的高剪切混合器性能预测方法，以方便读者选择高剪切混合器进行实际生产过程的强化，形成基于高剪切强化技术的新工艺； 5.《高剪切混合强化技术》结合工业应用实例，介绍了实际工业高剪切混合器的过程强化效果，为读者提供借鉴； 6.《高剪切混合强化技术》提出了今后高剪切混合器需要开展的研究方向。

《高剪切混合强化技术》是《化工过程强化关键技术丛书》的一个分册。高剪切混合器作为一种能量密集型的过程强化手段，近年来在其流动特性、功耗、混合与分散等方面取得了系列研究成果，已在化工、材料、食品、环境等领域获得了广泛的工业应用。本书对间歇式、连续式高剪切混合器在单相、两相（气液、液液、液固）和气液固三相体系的流动与功耗、分散与混合、相间传递及反应性能的影响规律进行了归纳总结，重点描述了操作参数、结构参数、物性参数等对高剪切混合器性能的影响，可以帮助读者更好地理解高剪切混合器的原理、性能；其次，给出了现有的高剪切混合器性能预测方法，以方便读者选择高剪切混合器进行实际生产过程的强化，形成基于高剪切强化技术的新工艺；进而，结合工业应用实例，介绍了高剪切混合器的实际工业过程强化效果，为读者提供借鉴；最后，提出了今后高剪切混合器需要开展的研究方向。
《高剪切混合强化技术》可帮助化工、材料、食品、环境等领域的技术人员更好地选择、使用高剪切混合器，并为利用高剪切混合技术强化混合、溶解、乳化、分散、解聚、反应等过程的研究人员提供参考。

张金利，天津大学化工学院教授，IChemE Fellow、Chartered Engineer，教育部长江学者特聘教授，教育部创新团队、重量教学团队、教育部“全国高校黄大年式教师团队”和天津市“131人才工程”创新团队负责人。1992年、1994年、2003年先后在天津大学获学士、硕士、博士学位。围绕着我国能源、化工、食品、轻工等行业高效、清洁生产的重大需求，与团队成员一起从分子-团簇-设备-工厂多尺度进行研究，探究了超临界、多相等复杂体系反应机理，开发了新型催化剂和特种树脂聚合体系；揭示了高剪切混合器（反应器）、微管反应器、塔式反应器、喷射环流反应器、磁场流化床反应器、杯形搅拌反应器、超临界反应器内流动、混合与传递规律，建立了多相过程设计与优化方法，创新了过程强化技术及装备，形成了高剪切混合强化技术、微尺度反应强化技术、反应分离耦合强化技术等；提出了折点法、非线性优化等水热系统优化方法，创建了综合考虑环境因素和外加流股的水热网络同时优化方法，提供了全局优化工具；实现了部分技术与装备的工业应用，与合作企业一起在中国、美国、英国等36个国家和地区推广了3000多家用户，提升了产业水平。以第一作者或通讯作者发表科研论文146篇，以第一发明人获中国发明专利授权26件，获得省部级科技奖励6项；已培养研究生87名。兼任天津市生物与制药工程重点实验室主任、中国化工学会混合与搅拌专业委员会副主任、中国化工学会化工过程强化专业委员会委员、中国化工学会化工信息技术专业委员会委员、中国职业安全健康协会常务理事、中国能源学会能源与环境专业委员会委员。

绪论/1
第一节高剪切混合器的构成与分类1
第二节高剪切混合器的性能概述4
一、高剪切混合器的流动与功耗特性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、高剪切混合器的传递特性10
第三节高剪切混合器的应用概述12
一、高剪切混合器用于溶解和乳化过程12
二、高剪切混合器用于液固破碎与分散13
三、高剪切混合器用于浸取过程13
四、高剪切混合器用于化学反应过程14
五、高剪切混合器用于纳米材料制备14
六、高剪切混合器用于催化剂的制备15
参考文献16
第一章单相间歇高剪切混合器/20
第一节流动21
一、单相间歇高剪切混合器内流场的测定22
二、计算流体力学模拟方法28
三、单相径流式间歇高剪切混合器流场模拟35
四、捷流式间歇高剪切混合器流动模拟47
第二节功耗63
一、轴流式间歇高剪切混合器的功耗特性64
二、径流式间歇高剪切混合器的功耗特性65
三、捷流式间歇高剪切混合器的功耗特性67
第三节混合性能71
一、宏观混合性能71
二、微混合特性72
第四节工业应用78
一、选型指导78
二、工业应用举例79
参考文献82
第二章气液两相间歇高剪切混合器/85
第一节流动与分散85
第二节功耗特性89
一、操作参数的影响91
二、物性参数的影响93
三、结构参数的影响94
四、功耗特征曲线97
第三节气液传质特性97
一、操作参数的影响100
二、物性参数的影响101
三、结构参数的影响102
四、氧传质系数关联式106
第四节工业应用107
一、选型指导107
二、工业应用举例107
参考文献108
第三章液液两相间歇高剪切混合器/110
第一节流动与功耗110
一、液液两相间歇高剪切混合器内的流动112
二、液液两相间歇高剪切混合器的功耗114
第二节液液两相的乳化性能116
一、操作参数的影响117
二、物性参数的影响121
三、结构参数的影响124
四、液液乳化性能预测127
第三节液液两相的传质性能129
一、操作时间的影响131
二、转子转速的影响131
三、分散相体积分数的影响132
四、转子齿数的影响132
第四节工业应用133
一、选型指导133
二、工业应用举例134
参考文献135
第四章液固两相间歇高剪切混合器/136
第一节流动与功耗136
第二节间歇高剪切混合器的溶解分散性能139
一、定子有无及直径的影响141
二、转子叶片直径的影响143
三、转子叶片倾角的影响145
四、转子叶片构型的影响146
五、定子底面开孔面积的影响148
第三节解聚分散性能149
一、操作参数的影响151
二、物性参数的影响156
三、结构参数的影响157
四、固液悬浮解聚性能的预测165
第四节工业应用167
一、选型指导167
二、工业应用举例167
参考文献169
第五章单相连续高剪切混合器/170
第一节流动与功耗特性171
一、流动特性171
二、功率消耗特性185
三、停留时间分布197
第二节微观混合特性209
一、操作参数的影响210
二、结构参数的影响212
三、物性参数的影响213
四、关联式214
第三节工业应用215
一、选型指导215
二、工业应用举例217
参考文献218
第六章气液两相连续高剪切混合器/220
第一节流动与功耗220
第二节分散与混合性能223
第三节气液传质特性224
一、连续高剪切混合器的气液传质性能224
二、连续高剪切混合器气液传质性能的预测238
第四节工业应用241
一、选型指导241
二、工业应用举例241
参考文献242
第七章液液两相连续高剪切混合器/244
第一节多相流动与液滴破碎模拟244
一、高剪切混合器内的多相流动特性244
二、高剪切混合器内的液滴破碎模拟246
第二节液液两相的乳化与功耗性能248
一、操作参数对乳化效果的影响249
二、物性参数对乳化效果的影响256
三、结构参数对乳化效果的影响259
四、液液乳化性能的预测268
五、功耗特性269
第三节液液两相的传质性能272
一、液液传质效果的评价参数272
二、操作参数对传质性能的影响273
三、物性参数对传质性能的影响276
四、结构参数对传质性能的影响278
五、液液传质性能的预测281
第四节工业应用282
一、选型指导282
二、工业应用举例283
参考文献285
第八章液固两相连续高剪切混合器/287
第一节流动与功耗287
一、流动特性287
二、功耗特性289
第二节分散与混合性能290
一、操作参数的影响290
二、流体物性的影响299
三、结构参数的影响300
四、液固分散性能的预测310
第三节工业应用312
一、选型指导312
二、工业应用举例313
参考文献314
第九章气液固三相高剪切混合器/316
第一节气液固三相高剪切混合器的功耗与传质特性316
一、间歇高剪切混合器316
二、连续高剪切混合器321
第二节连续高剪切反应器中合成文石型纳米CaCO3晶体325
一、不同反应结晶器制备样品的比较326
二、高剪切反应结晶器转子转速的影响329
三、反应温度和CO2流量的影响330
四、添加剂的影响333
第三节工业应用337
一、选型指导337
二、工业应用举例338
参考文献339
第十章高剪切混合器研究及应用展望/341
第一节高剪切混合器性能影响规律341
一、高剪切混合器性能测定方法341
二、结构参数对高剪切混合器性能影响的研究342
三、多相体系高剪切混合器性能的研究346
四、高剪切混合器噪声的研究347
五、高剪切混合器的流固耦合分析349
第二节高剪切混合器的放大与优化350
一、高剪切混合器的数值模拟放大与优化模型350
二、机器学习在高剪切混合器的设计与优化中的应用353
第三节高剪切混合器强化化工过程357
一、高剪切混合器强化化学反应过程358
二、高剪切混合器强化化工分离过程358
三、高剪切混合器强化化工混合过程359
参考文献359
索引/361