《多過程耦合的能量轉化-傳輸-耗散規律及協同最佳化》是楊伯倫、楊寧、伊春海於2013年10月26日編制的科技報告。
基本介紹
- 中文名：多過程耦合的能量轉化-傳輸-耗散規律及協同最佳化
- 作者：楊伯倫、楊寧、伊春海
- 編制時間：2013年10月26日
- 報告類型：最終報告
內容摘要
本研究旨在於單元、系統層次上，獲得物系本徵特徵與系統傳遞規律之間的匹配關係, 明確物質轉化，能量耗散，過程強化的共性規律, 形成化工和冶金過程節能的本徵-傳遞耦合的原創性理論和方法。 本研究以碳酸酯合成體系為研究對象，針對尿素直接醇解法製備碳酸酯過程能耗高且產品收率低的問題，將直接醇解反應分解為兩個耦合反應，並分別通過反應-吸收耦合與反應-精餾耦合操作，進一步突破了熱力學限制，打破了反應平衡，實現了原子經濟反應及整個反應傳遞過程的強化。從理論層面明確了單元與單元、單元與過程、過程與過程間的耦合調控機制；獲得了如何結合不同單元、過程的能量品位和能級結構特點，進行通達匹配和協同最佳化，強化反應傳遞的進行，實現整個過程節能的科學策略。 此外，本研究針對多單元耦合過程的典型裝置，如鼓泡塔、流化床、反應精餾塔中的多尺度複雜現象，發展了可描述複雜體系多尺度結構的新方法。分析了體系中多尺度結構發展和演化和控制機制，以及各相之間的相互作用的機理。針對氣液多相系統的流動穩定性條件，對氣液鼓泡塔多相體系進行了能耗分析，提出了基於能量最小多尺度方法的氣液理論模型，建立了化工氣液多相體系的新分析方法。在變分型多尺度方法的基礎上，對氣液複雜體系提出了動量傳遞和能量耗散模式，建立了設備單元層次的動量傳遞與能量耗散機制的新分析策略。 基於汽油二次反應系統的特徵過程與特徵尺度的科學分析，運用能量最小多尺度模型理論和鑲嵌策略，建立了同時考慮汽油二次反應系統的流動-反應-傳質-傳熱耦合過程的提升管反應器多尺度模型，實現了不同尺度之間的關聯與鑲嵌，科學預測了提升管反應器內的非均勻性結構、各集總濃度分布、反應器溫度分布等。 將反應精餾塔分為分子尺度、流體力學尺度、塔板尺度和全塔尺度等四個尺度，考慮了傳質、傳熱、氣液兩相流動、反應熱力學和動力學，建立了反應精餾過程的多尺度模型。與傳統的平衡級模型相比，多尺度模型與實驗結果更吻合，證明流體力學尺度在該體系的模擬中不可以被忽略。 以上研究，全面分析了反應器內環境與反應本徵過程的不協調性所導致的高能耗、高物耗等共性的關鍵科學問題，為高效節能型反應傳遞新工藝的開發、工程放大提供了理論基礎。
