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| 編輯推薦： |
1.介绍了流态化基本原理、剖析了催化裂化过程气体分布器和工业流化床反应器流动问题。
2.介绍了吡啶碱合成过程的特点，耦合流化床反应器内的多相流动，小型热态反应器、工业侧线和工业反应器中的反映特点及性能。
3.详细介绍了新型耦合流化床反应器开发过程中的研究成果：半焦合成二硫化碳的热力学和反应动力学分析、大型冷态流体力学实验、工业耦合流化床反应器的设计、流动与温度控制手段。
4.工业装置运行时的操作数据与分析。
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| 內容簡介： |
本书汇集了研究团队二十余年来在气固流化床反应器基础研究和工程放大方面的研究成果，介绍了流态化基本原理、剖析了催化裂化过程气体分布器和工业流化床反应器流动问题，介绍了吡啶碱合成过程的特点、耦合流化床反应器内的多相流动、小型热态反应器中的流动传递与反应、工业侧线和工业反应器中的质量平衡、压力平衡和热量平衡以及反应性能。
此外，本书还详细介绍了新型耦合流化床反应器开发过程中的研究成果，包括半焦合成二硫化碳的热力学分析和反应动力学分析、大型冷态流体力学实验结果、工业耦合流化床反应器的设计要点、开工时流动与温度的控制手段，以及工业装置正常运行时的操作数据与分析。
可供化工和石油化工等领域科技人员、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、石油化工等相关专业本科生、研究生学习参考。
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| 關於作者： |
刘梦溪，中国石油大学(北京)化工学院教授，博士生导师，中国颗粒学会青年理事，多相分离技术与装备 工程中心主任。主要从事新型流化床反应器和气固分离器的基础研究与工程放大。主持国家重大研发计划课题1项、国家自然科学基金2项，参加”973”计划项目课题、国家自然科学基金重大项目课题多项。获 技术发明二等奖2项，中国石油和化学工业联合会科技进步奖、科技发明二等奖。获发明专利14项，在国内外发表研究论文75篇，出版专著《催化裂化反应系统关键装备技术》。
基于气液环流的理论提出气固环流的理念，解决了环流理论的跨体系移植等问题。开发了基于气固环流的耦合催化剂汽提器、预汽提器、颗粒混合器等多项催化裂化关键装备，成功应用于25套工业装置。在同一套设备内实现惯性分离与离心分离的协同，实现了超短快分的工程放大，并在中试装置上连续运行1000小时以上。开发出耦合气固流化床反应器，成功应用于上海百金化工二硫化碳生产装置，与安徽国星合作建成了全球首套2.5万吨/年耦合流化床吡啶碱合成反应器并一次开车成功，解决了原装置产品收率低、装置易结焦等问题。
卢春喜，中国石油大学（北京）领军学者，重油国家重点实验室二级教授、博士生导师，”973”计划项目首席科学家，全国优秀科技工作者，享受国务院政府特殊津贴。任化工学会会士，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主任。获国家科技进步二等奖2项，省部级科技成果奖21项。先后于国内外学术刊物发表论文360余篇，出版专著《催化裂化流态化技术》《催化裂化反应系统关键装备技术》《气固分离耦合强化新技术》、教材《炼油过程及设备》，获国家专利100余件。
主要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制约装置长周期运行这一长期困扰企业的世界性技术难题；开发了FSC、CSC、VQS和SVQS新型快分技术，在工业装置上成功应用，加工量占全国的40%以上；开辟了一条科研成果快速转化的成功之路。将气液环流理论结合气固体系，为环流反应器在气固流化床强化领域的应用开辟了良好途径，形成的催化裂化反应系统关键装备耦合强化新技术已在国内127套工业装置中成功应用。
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| 目錄：
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第1章流态化基本原理 001
1.1流态化颗粒 001
1.1.1颗粒的分类 002
1.1.2有关颗粒的一些概念 005
1.2流化床的形成与流化相图 010
1.2.1压降与流速的关系 011
1.2.2流化床实际与理想状态的差异 013
1.2.3低速气固流化床的床型 014
1.2.4流化相图 016
1.2.5umf、umb、ut、uc、ufp的确定 019
1.3催化裂化催化剂床膨胀 037
1.3.1床膨胀高度历史回顾 037
1.3.2密相床高的确定 039
1.4夹带、扬析和输送分离高度 041
1.4.1颗粒的夹带 041
1.4.2颗粒的扬析 049
1.4.3输送分离高度 055
1.5工程放大中必须解决的问题 064
参考文献 066
第2章工业流化床的气体分布器 069
2.1工业气体分布器简介 069
2.1.1气体分布器的作用及要求 069
2.1.2气体分布器的结构形式 070
2.1.3树枝状分布器 072
2.2树枝状气体分布器的流场 082
2.2.1树枝状气体分布器内的气相流场 082
2.2.2树枝状气体分布器外的两相流场 094
参考文献 113
第3章工业流化床反应器流动问题的剖析 115
3.1装置介绍 115
3.2数值模拟方法 118
3.2.1气相流场的数值模拟方法 118
3.2.2气固两相流场的数值模型 121
3.3待生剂分配器的影响 126
3.4外取热分配器的影响 127
3.5主风分布器的影响 131
3.6优化方案及性能预测 142
3.6.1优化方案的确定 142
3.6.2方案一性能预测 143
3.6.3方案二性能预测 144
第4章吡啶碱合成过程简介 168
4.1吡啶碱合成工艺简介 168
4.1.1吡啶碱的生产工艺 168
4.1.2醛氨法生产吡啶碱 170
4.2工业吡啶碱合成装置目前存在的问题及解决方案 175
4.2.1分布器结焦现象的分析 175
4.2.2新型耦合流化床反应器 177
参考文献 179
第5章吡啶碱合成耦合反应器内的多相流动 181
5.1气固两相在预提升进料段内的流动特性 182
5.1.1轴向流动特性 182
5.1.2典型截面的流体力学特性 184
5.2喷嘴射流流动行为 190
5.2.1示踪气体的浓度分布 190
5.2.2射流扩散长度 191
5.2.3气相返混特性 196
参考文献 201
第6章吡啶碱合成耦合反应器内的流动、传递与反应 202
6.1装置简介和实验方法 202
6.2实验结果及分析 205
6.3流动-反应模型的建立 208
6.3.1流动模型的选择 208
6.3.2流动-反应模型的建立 210
6.4模型预测分析 212
参考文献 216
第7章新型耦合流化床反应器的工业化 218
7.1新型耦合流化床反应器的工业化实验 218
7.1.1装置简介 218
7.1.2实验结果分析 223
7.2全反应器模型 226
7.2.1耦合反应器的流动模型 227
7.2.2耦合反应器的反应器模型 238
7.2.3模型预测结果与实验数据的对比 244
7.3新型耦合流化床反应器的工业运行数据分析 247
参考文献 260
第8章二硫化碳合成过程简介 263
8.1二硫化碳合成工艺简介 263
8.1.1木炭法 263
8.1.2半焦法 264
8.1.3天然气法 265
8.1.4丙烯法 268
8.1.5其他工艺 268
8.1.6半焦法合成二硫化碳循环流化床工艺 268
8.2半焦制二硫化碳的反应 270
8.2.1半焦制二硫化碳的反应热力学 270
8.2.2半焦制二硫化碳固定床反应研究 278
参考文献 286
第9章耦合反应器内的两相流动行为 287
9.1实验装置与测量方法 287
9.2燃烧器内的流体力学行为 290
9.2.1燃烧器内半焦床层的密度分布 290
9.2.2燃烧器内的夹带速率 294
9.3半焦提升管内的流体力学行为 296
9.3.1实验现象 297
9.3.2提升管内床层密度的分布 298
9.4半焦在循环管线中的流动 302
9.4.1主要松动点对颗粒循环的影响 303
9.4.2一般松动点对颗粒循环的影响 306
9.5氧化铝小球的流体力学行为 307
9.5.1基本实验现象 308
9.5.2氧化铝小球在流化床中的流动行为 312
9.5.3氧化铝小球在提升管中的流动行为 314
9.6半焦和氧化铝小球混合颗粒的流体力学行为 315
9.6.1基本实验现象 315
9.6.2混合颗粒在流化床内的流体力学行为 316
9.6.3混合颗粒在提升管内的流体力学行为 319
第10章二硫化碳耦合反应器的工业化 322
10.1半焦制二硫化碳循环流化床工艺的设计结果 322
10.1.1反应-燃烧系统简介 323
10.1.2循环流化床工艺的开工要点 327
10.1.3循环流化床的操作条件 340
10.2循环流化床工业装置工艺条件的优化 343
10.2.1操作条件对反应产率和产品分布的影响 343
10.2.2循环半焦夹带气体对产品收率和分布的影响 347
10.3工业装置燃烧器内半焦流动规律的研究 359
参考文献 366
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| 內容試閱：
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气固流化床反应器是利用气固流态化的原理，将固体颗粒悬浮在气体中，在固体和气体之间进行质量和能量传递，并在颗粒内孔或表面发生反应，具有质量、能量传递速率快、温度均匀、易于大规模连续操作等优点。气固流化床反应器在化工和石油化工领域具有非常广泛的用途。流化催化裂化（FCC）、甲醇制烯烃（MTO或MTP）、燃煤锅炉、吡啶碱合成等过程中都用到了气固流化床。在石油炼制行业，气固流化床发展较为迅速，尤其是在流化催化裂化工艺过程中。经过50多年的发展，我国已积累了丰富的研究成果和工业化经验，实现了催化剂、工艺、工程和装备全面国产化，整体技术达到国际先进水平，自主开发出的DCC、MIP等催化裂化家族技术已出口国外。近年来，一些化工过程也在尝试从传统的固定床操作跃升到流化床操作，但由于规模较小、应用装置少、国外公司技术壁垒、研究基础薄弱等诸多原因，这些化工过程的气固流化床反应器技术发展相对较慢，尤其是缺乏从小型热态实验、大型冷态流体力学实验到工业侧线、工业化应用，这一流化床反应器开发全过程的基础数据和研究结果，从而导致这些化工过程的气固流化床反应器普遍存在器内传递受限、气固接触效果差、能耗高、排放超标、无法实现长周期运转等一系列问题。本书选取了吡啶碱合成和二硫化碳合成两个典型化工过程作为范例，系统地介绍了耦合气固流化床反应器开发全过程的研究结果和大量工业运行基础数据，以期为相同或相近化工过程的研究者和工程师提供一些参考和借鉴。
实现高效低毒农药的自主安全生产是我国农药发展的重大战略需求，关系到我国农业的战略安全。吡啶及其衍生物是目前杂环化合物中开发应用范围最广的品种之一，被称作是“三药”（农药、医药和兽药）及其“三药”中间体的“芯片”。我国是全球吡啶碱及其下游产品的主要生产和消费国，高效地合成吡啶碱对我国农药行业、甚至我国农业的发展和战略安全都有着重要的意义。目前，我国吡啶碱的生产主要存在以下“卡脖子”问题：（1）吡啶碱合成装置普遍存在反应器分布器频繁结焦的问题，开工周期一般只有3～4个月，远低于美国Vertellus等国际生产商的开工周期（1年以上），不但生产能力低下，而且能耗和排放等指标居高不下。（2）我国目前已经实现吡啶碱生产工艺和催化剂技术的国产化，但是反应器技术一直没有摆脱受制于人的局面，相关技术被美国Vertellus、UOP等国际专利商垄断。一方面，花费大量外汇购买的国外专利技术存在代差，导致装置在运行中普遍存在开工周期短、能耗高、排放量大等一系列问题；另一方面，核心反应器技术掌握在外方手中，使我国农药行业甚至农业都存在着巨大的隐患，极大地威胁我国农业的战略安全。针对这一现状，笔者研究团队开发出了一种新型的耦合流化床反应器。工业化结果表明，新型反应器彻底解决了以上“卡脖子”难题，并实现了较高的产品收率。
本书第1章至第3章介绍了流态化基本原理、催化裂化过程气体分布器并对工业流化床反应器流动问题进行剖析。第4章至第7章详细介绍了吡啶碱合成过程的特点、耦合流化床反应器内的多相流动、小型热态反应器中的流动传递与反应、工业侧线和工业反应器中的质量平衡、压力平衡和热量平衡以及反应性能。
二硫化碳是一种应用十分广泛的化工原料，目前合成二硫化碳主要采取木炭合成法，采用固定床反应器。该方法具有集成度差、劳动强度高、污染排放大、能耗高、效率低等一系列问题。另一种方法是采用天然气合成二硫化碳，由于原料价格昂贵，大大限制了产品的利润。针对这一现状，笔者研究团队开发出了一种高效的耦合流化床反应器，一套流化床装置就达到了近500台固定床反应器的产能，与此同时极大地降低了能耗和排放量。本书第8章至第10章详细介绍了新型耦合流化床反应器开发过程中的研究成果，包括半焦合成二硫化碳的热力学分析和反应动力学分析、大型冷态流体力学实验结果、工业耦合流化床反应器的设计要点、开工时流动与温度的控制手段，以及工业装置正常运行时的操作数据与分析。
本书内容汇集了研究团队二十余年来在气固流化床反应器基础研究和工程放大方面的研究成果，也凝聚了研究团队范怡平教授和程文嘉、孙祥虎、穆长春、秦迪、周帅帅等一大批研究生的辛勤付出。
由于编者水平有限，书中可能存在不妥和疏漏之处，恳请广大读者批评指正。
著者
2021年2月
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