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商品簡介
作者簡介
名人/編輯推薦
序
目次
商品簡介
混合是化學工業以及相關的過程工業等應用領域不可或缺的單元操作之一。《化學反應器中的宏觀與微觀混合》主要論述評價混合技術和設計優劣的三種實用指標：宏觀混合的混合時間、微觀混合的離集指數、連續流動反應器的停留時間分布，包括它們的意義、實驗測定和數值模擬，以及在混合技術評價上的作用。本書聚焦多種以液相為連續相的化學反應器，包括攪拌槽、環流反應器、固定床等，重點是混合程度和混合速率定量的指標和描述，包括研究的工業攪拌應用背景、混合機理、模型化的研究現狀和今後的發展趨勢。
《化學反應器中的宏觀與微觀混合》將為混合設備（例如攪拌槽、環流反應器）的設計、優化和放大提供基礎理念、實驗測定和數值計算方法，適合化工、製藥、材料、生物、食品等領域科技工作者閱讀，也可供高等學校相關專業師生學習參考。
《化學反應器中的宏觀與微觀混合》將為混合設備（例如攪拌槽、環流反應器）的設計、優化和放大提供基礎理念、實驗測定和數值計算方法，適合化工、製藥、材料、生物、食品等領域科技工作者閱讀，也可供高等學校相關專業師生學習參考。
作者簡介
毛在砂，中科院過程工程研究所研究員、博導，2004年享受政府特殊津貼。1966年畢業於清華大學化工系，1981年中科院化工冶金研究所碩士，1988年美國休斯頓大學化工系博士。1990~2010年任中科院研究生院兼職教授，講授“化學反應工程”和“化工數學模型及方法”課，出版教材《化學反應工程學基礎》、《化工數學模型方法》。2000年起任Chinese Journal of Chemical Engineering副主編，1999年起任《過程工程學報》副主編。研究方向為化學反應工程和多相流體力學。以含液相的典型多相化學反應器為物件，研究其中多相流動及傳遞現象的機理和數學模型，注意將多相流體力學、傳遞原理、平衡態和非平衡態熱力學、數值計算方法用於化學反應工程問題，以推動化學工程研究向定量和機理模型的方向發展。1997~2000年負責國家自然科學基金委重大基金子課題“絡合催化a-烯烴氫甲酰化的反應工程研究”，2004~2008年負責國家自然科學基金委重大基金項目“多相化工體系中Marangoni效應的機理、模擬及調控”課題，還曾參加多項自然科學基金項目和973項目課題的研究。現主持國家自然科學基金面上項目1項。在Chem. Eng. Sci.、Chinese J. Chem. Eng.等科技期刊上發表論文近200篇，有30餘項多相反應技術的專利。獲得2001年北京市科技進步三等獎（滴流床反應器的性能和優化模擬研究），2003年中石化集團科技進步一等獎，2006年中國石油和化學工業協會科技進步一等獎（多相體系的化學反應工程和反應器的應用基礎研究），2009年國家自然科學二等獎（多相體系的化學反應工程和反應器的基礎研究及應用），2015年國家技術發明二等獎（含高濃度分散相的攪拌反應器數值放大與混合強化的新技術）。
名人/編輯推薦
混合是分離的反過程，其效果取決於對過程的調控，決定了產品的性能。關於攪拌的原理和設備的研究雖然很多，但缺乏從化學反應工程的角度來深入論述攪拌和混合的專著。
毛在砂、楊超兩位兩位作者在20多年的混合和攪拌研究工作中很有成效，特別是對混合問題的數值模擬有很多創新。
本書從學科的高度來討論混合在過程工業中的作用、混合的機理和數學模型，將理論分析、實驗研究和數值模擬結合起來。系統論述了廣大過程工業的工程技術領域內讀者都比較感興趣的重要研究熱點和前沿，是化工科技中很需要的一本書。
毛在砂、楊超兩位兩位作者在20多年的混合和攪拌研究工作中很有成效，特別是對混合問題的數值模擬有很多創新。
本書從學科的高度來討論混合在過程工業中的作用、混合的機理和數學模型，將理論分析、實驗研究和數值模擬結合起來。系統論述了廣大過程工業的工程技術領域內讀者都比較感興趣的重要研究熱點和前沿，是化工科技中很需要的一本書。
序
混合是化學工業以及相關的過程工業等應用領域不可或缺的單元操作之一。化工生產中大多數的化學反應器是攪拌槽反應器。通過攪拌來實現混合，使反應體系達到濃度均勻、反應條件均一的理想狀態，提供化學反應所需的最佳條件，從而實現高效、低耗的新物質（產品、材料）制備過程。
化學反應涉及兩種或兩種以上反應物時，需要通過攪拌等混合手段讓反應物盡快地在反應器（宏觀）尺度上混合均勻，使分子（微觀）尺度上的化學反應得以進行。若反應物處於不同的物相（非均相體系）中，要使它們接觸和反應，體系中的混合任務又增加了一層困難。均相和非均相催化反應器中，反應物和催化劑的充分接觸也需要通過混合才能實現。即使是最簡單的單一反應物非催化反應，也要求反應物在反應器內迅速地達到均一的指定反應條件，這也要靠有效的混合技術。一些不涉及化學反應的物理加工過程也同樣需要良好的混合，例如某些均相的或非均相的添加劑要在主體材料中均勻地分散，產品才能有優越的使用性能。
化學工程中對混合的研究從19世紀末葉起，已有上百年的歷史，而且研究物件和內容十分寬廣。有均相體系的混合，如兩種可混溶液相的混合、幾種氣體的混合；有非均相體系的混合，如不互溶液體的混合（或乳化）、氣體在液相中的均勻分散、固體顆粒在流體（液體和氣體）中的均勻懸浮（分散）、不同性質（密度、顏色、顆粒大小等）的固相顆粒的均勻混合、細微液滴或固體顆粒在氣相中的分散等。實際的工業過程也會不斷提出更多的混合新課題，需要化學工程基礎和應用研究來及時加以解決。
混合設備與技術涉及面越來越寬廣，可以分為內部有運動機件的和沒有運動機件的兩大類。各種混合技術首先依賴於在設備內產生流場（速度場）的剪切，這是不同性質的物料尺度減小的直接原因。按產生的剪切強度大小，混合設備又分為高剪切和低剪切混合兩類。混合設備還必須有足夠強勁的主體（循環）流動，這是使設備內所有介質都能受到剪切、最終均一化的必要條件。這兩個因素互相影響，它們的優化耦合是獲得以合理的比能耗實現高質量混合的高效混合技術的關鍵。
化學工程學已經經歷了兩個明確界定的發展階段，即單元操作和傳遞原理，它們標志著化學工程學從經驗性方法向機理性方法的飛躍。從20世紀後半葉至今，化學工程研究已逐漸發展到能以數學模型和數值方法來定量地認識包含復雜物理和化學機理的計算化學工程的新高度。涉及混合的學術和工程問題，同樣發展到用實驗、理論分析、數學模型/數值模擬三管齊下的方式來解決的高度。首先要解決的是流動（包括固相混合的流態化）問題，涉及質量守恒、動量守恒和能量守恒的基本原理和微分方程，以及物質在一個物相內部的流動、擴散、熱量的傳導，也包括物相間在相界面上的相互作用，還要依靠固體力學、彈性力學、流體力學、材料學等學科來提供必需的本構方程。化工學科的上述新進展，即計算化學工程的出現，為混合技術發展展示了新方向，並為此提供有力的工具。
混合本身是一個單元過程，例如產品中的添加劑和輔料的均勻分散需要有效的混合才能促進產品效能提高，有利於高效地進行目標化學反應，使產品得到優良性能。另外，混合也是其它許多化工單元操作和過程機理中的一部分，它影響著諸如相間傳熱、化學沉澱生成的固相顆粒大小和粒度分布、多相體系的相界面積、相間傳質速率、均相化學反應或非均相化學反應（包括簡單反應和復雜反應體系）等。這些伴隨過程的效率可以作為混合效能的定量參考指標。因此，混合往往是和這些伴隨過程一起來研究的。例如，氣液攪拌體系的混合效率，就體現在攪拌功率減少的程度、氣液界面積、氣液體積傳質速率、氣液非均相反應反應物的轉化率和有用產物的選擇性的改善程度上。故混合和攪拌的研究物件多種多樣，內容十分廣泛。
混合與化學工程中的其它單元操作有密切的關聯。與混合概念相對立的是另外一類單元操作：分離。在化工設備中的單相和多相流動，分離和混合在不同的程度上往往同時進行。例如，在水平管道的氣液兩相流動中，如果為了保持相分布狀態的均一（例如在管道流動的同時將氣體中的某一成分溶解吸收），應該考慮加大混合的強度，否則氣泡會向上浮、合並為大氣泡，最終由較均勻的氣泡流（氣相以小氣泡的形式存在，並分散在液相中）過渡到分層流（氣體在管道上方、液相在管道下方，分層並流流動）。還有，越微量的雜質越難去除，因此往往需要先加入分離試劑或介質並混合均勻，最終實現高質量、高效率的雜質分離。因此，混合與分離始終是既對立又不可分的一對矛盾。
在攪拌槽一類的設備中，混合是攪拌的主要目的，理想化的攪拌槽即是化學反應工程中的全混流反應器。而在另一些設備（如澄清槽、旋風分離器）中混合是有害的，需要設法避免。例如在管式（塔式）反應器中，所有同時進入反應器的反應物料，應在流動中保持同步，避免先後進入反應器的物料團塊（物料在反應器內停留的時間不同，反應進度不同，使反應物和產物濃度的沿程分布也不同）發生混合，降低反應器的效能。理想化的管式反應器即化學反應工程中的活塞流反應器，此類反應器中只有平行的一維流動，流動方向上無流體混合，垂直於流動方向則混合良好，以保持平行的各流在線的狀態完全一致。因此，管式反應器中的軸向混合是不利的，而橫向混合則是有利的（例如消除溫度和濃度的橫向梯度和保持狀態均勻）。可見，在混合有害的場合，也需要對混合的狀態和強度有深入的認識，以獲得高效反應器的設計和可靠的操作策略。這也提示，混合不總是各向同性現象，它可能是各向異性的，就像在活塞流反應器和環流反應器中那樣需要各向異性的混合。
對於混合良好的攪拌槽一類設備，宏觀混合效率的指標是混合時間。而對於不需要混合的設備，也需要有指標來定量描述混合的程度。這種情況下，在管式反應器中，示蹤劑無法在出口處達到足夠程度的混合，混合時間難以定義，現在文獻中多數采用軸向返混系數來描述軸向返混的程度。在有內部循環的環流反應器中，因為能夠使示蹤劑比較充分地混合，而內部的循環比較接近於管道流動，所以軸向返混系數和混合時間都可以使用。
由於混合的首要目的是使體系達到預先設定程度的均勻性，體系達到這個目標均勻度的速度往往作為此混合手段的技術指標，以此為依據來評價各種混合技術和設計的優劣。因此本書主要論述三種實用的評價指標：宏觀混合的混合時間、微觀混合的離集指數、連續流動反應器的停留時間分布，包括它們的意義、實驗測定和數值模擬，以及在混合技術評價上的作用。本書內容也主要限於以液相為連續相的化學工程體系。以氣相為連續相的體系，還有固固相的混合和反應，在過程工業中也十分重要而廣泛，限於筆者學識未能涉及。
本書內容多數來自浩瀚的化學工程文獻積累，除了化工專業的期刊外，已經有許多專著論述了混合的方方面面，如
永田進治, 1984. 混合原理與應用(馬繼舜等譯).北京: 化學工業出版社（Nagata S, 1975. Mixing: Principles and Applications.New York：Wiley）.
哈恩貝(Harnby N）, 1991. 工業中的混合過程(俞芷青等譯).北京: 中國石化出版社.
歐舒(Oldshue JY), 1991. 流體混合技術(王英琛等譯).北京: 化學工業出版社.
吳英樺, 1993. 粘性流體混合及設備.北京：中國輕工業出版社.
Baldyga J, Bourne JR, 1999. Turbulent Mixing and Chemical Reactions.Chichester, UK:John Wiley & Sons.
王凱,馮連芳, 2000. 混合設備設計.北京：機械工業出版社.
陳志平, 2004. 攪拌與混合設備設計選用手冊.北京：化學工業出版社.
Bockhorn H, Mewes D, Peukert W, Warnecke H-J, 2010. Micro and Macro Mixing, Analysis, Simulation and Numerical Calculation.Berlin Heidelberg:Springer-Verlag.
這些內容對我們認識混合原理和技術的全貌大有助益。本書部分內容來自筆者和所屬課題組同事、學生的工作，以及筆者對現有混合與攪拌研究思考中油然而生的困惑和心得。希望本書對從事化學工程研究和工程應用的科技人員有所裨益。在本書著述過程中深切感受到，雖然混合僅是化學工程學的一個分支，但其應用寬廣、內涵深厚。筆者在此中溫故而知新，增長了許多新知識。然而精通不易，書中不妥之處和錯誤在所難免，懇請方家不吝指出。
毛在砂，楊超
2020年2月識於北京中關村
化學反應涉及兩種或兩種以上反應物時，需要通過攪拌等混合手段讓反應物盡快地在反應器（宏觀）尺度上混合均勻，使分子（微觀）尺度上的化學反應得以進行。若反應物處於不同的物相（非均相體系）中，要使它們接觸和反應，體系中的混合任務又增加了一層困難。均相和非均相催化反應器中，反應物和催化劑的充分接觸也需要通過混合才能實現。即使是最簡單的單一反應物非催化反應，也要求反應物在反應器內迅速地達到均一的指定反應條件，這也要靠有效的混合技術。一些不涉及化學反應的物理加工過程也同樣需要良好的混合，例如某些均相的或非均相的添加劑要在主體材料中均勻地分散，產品才能有優越的使用性能。
化學工程中對混合的研究從19世紀末葉起，已有上百年的歷史，而且研究物件和內容十分寬廣。有均相體系的混合，如兩種可混溶液相的混合、幾種氣體的混合；有非均相體系的混合，如不互溶液體的混合（或乳化）、氣體在液相中的均勻分散、固體顆粒在流體（液體和氣體）中的均勻懸浮（分散）、不同性質（密度、顏色、顆粒大小等）的固相顆粒的均勻混合、細微液滴或固體顆粒在氣相中的分散等。實際的工業過程也會不斷提出更多的混合新課題，需要化學工程基礎和應用研究來及時加以解決。
混合設備與技術涉及面越來越寬廣，可以分為內部有運動機件的和沒有運動機件的兩大類。各種混合技術首先依賴於在設備內產生流場（速度場）的剪切，這是不同性質的物料尺度減小的直接原因。按產生的剪切強度大小，混合設備又分為高剪切和低剪切混合兩類。混合設備還必須有足夠強勁的主體（循環）流動，這是使設備內所有介質都能受到剪切、最終均一化的必要條件。這兩個因素互相影響，它們的優化耦合是獲得以合理的比能耗實現高質量混合的高效混合技術的關鍵。
化學工程學已經經歷了兩個明確界定的發展階段，即單元操作和傳遞原理，它們標志著化學工程學從經驗性方法向機理性方法的飛躍。從20世紀後半葉至今，化學工程研究已逐漸發展到能以數學模型和數值方法來定量地認識包含復雜物理和化學機理的計算化學工程的新高度。涉及混合的學術和工程問題，同樣發展到用實驗、理論分析、數學模型/數值模擬三管齊下的方式來解決的高度。首先要解決的是流動（包括固相混合的流態化）問題，涉及質量守恒、動量守恒和能量守恒的基本原理和微分方程，以及物質在一個物相內部的流動、擴散、熱量的傳導，也包括物相間在相界面上的相互作用，還要依靠固體力學、彈性力學、流體力學、材料學等學科來提供必需的本構方程。化工學科的上述新進展，即計算化學工程的出現，為混合技術發展展示了新方向，並為此提供有力的工具。
混合本身是一個單元過程，例如產品中的添加劑和輔料的均勻分散需要有效的混合才能促進產品效能提高，有利於高效地進行目標化學反應，使產品得到優良性能。另外，混合也是其它許多化工單元操作和過程機理中的一部分，它影響著諸如相間傳熱、化學沉澱生成的固相顆粒大小和粒度分布、多相體系的相界面積、相間傳質速率、均相化學反應或非均相化學反應（包括簡單反應和復雜反應體系）等。這些伴隨過程的效率可以作為混合效能的定量參考指標。因此，混合往往是和這些伴隨過程一起來研究的。例如，氣液攪拌體系的混合效率，就體現在攪拌功率減少的程度、氣液界面積、氣液體積傳質速率、氣液非均相反應反應物的轉化率和有用產物的選擇性的改善程度上。故混合和攪拌的研究物件多種多樣，內容十分廣泛。
混合與化學工程中的其它單元操作有密切的關聯。與混合概念相對立的是另外一類單元操作：分離。在化工設備中的單相和多相流動，分離和混合在不同的程度上往往同時進行。例如，在水平管道的氣液兩相流動中，如果為了保持相分布狀態的均一（例如在管道流動的同時將氣體中的某一成分溶解吸收），應該考慮加大混合的強度，否則氣泡會向上浮、合並為大氣泡，最終由較均勻的氣泡流（氣相以小氣泡的形式存在，並分散在液相中）過渡到分層流（氣體在管道上方、液相在管道下方，分層並流流動）。還有，越微量的雜質越難去除，因此往往需要先加入分離試劑或介質並混合均勻，最終實現高質量、高效率的雜質分離。因此，混合與分離始終是既對立又不可分的一對矛盾。
在攪拌槽一類的設備中，混合是攪拌的主要目的，理想化的攪拌槽即是化學反應工程中的全混流反應器。而在另一些設備（如澄清槽、旋風分離器）中混合是有害的，需要設法避免。例如在管式（塔式）反應器中，所有同時進入反應器的反應物料，應在流動中保持同步，避免先後進入反應器的物料團塊（物料在反應器內停留的時間不同，反應進度不同，使反應物和產物濃度的沿程分布也不同）發生混合，降低反應器的效能。理想化的管式反應器即化學反應工程中的活塞流反應器，此類反應器中只有平行的一維流動，流動方向上無流體混合，垂直於流動方向則混合良好，以保持平行的各流在線的狀態完全一致。因此，管式反應器中的軸向混合是不利的，而橫向混合則是有利的（例如消除溫度和濃度的橫向梯度和保持狀態均勻）。可見，在混合有害的場合，也需要對混合的狀態和強度有深入的認識，以獲得高效反應器的設計和可靠的操作策略。這也提示，混合不總是各向同性現象，它可能是各向異性的，就像在活塞流反應器和環流反應器中那樣需要各向異性的混合。
對於混合良好的攪拌槽一類設備，宏觀混合效率的指標是混合時間。而對於不需要混合的設備，也需要有指標來定量描述混合的程度。這種情況下，在管式反應器中，示蹤劑無法在出口處達到足夠程度的混合，混合時間難以定義，現在文獻中多數采用軸向返混系數來描述軸向返混的程度。在有內部循環的環流反應器中，因為能夠使示蹤劑比較充分地混合，而內部的循環比較接近於管道流動，所以軸向返混系數和混合時間都可以使用。
由於混合的首要目的是使體系達到預先設定程度的均勻性，體系達到這個目標均勻度的速度往往作為此混合手段的技術指標，以此為依據來評價各種混合技術和設計的優劣。因此本書主要論述三種實用的評價指標：宏觀混合的混合時間、微觀混合的離集指數、連續流動反應器的停留時間分布，包括它們的意義、實驗測定和數值模擬，以及在混合技術評價上的作用。本書內容也主要限於以液相為連續相的化學工程體系。以氣相為連續相的體系，還有固固相的混合和反應，在過程工業中也十分重要而廣泛，限於筆者學識未能涉及。
本書內容多數來自浩瀚的化學工程文獻積累，除了化工專業的期刊外，已經有許多專著論述了混合的方方面面，如
永田進治, 1984. 混合原理與應用(馬繼舜等譯).北京: 化學工業出版社（Nagata S, 1975. Mixing: Principles and Applications.New York：Wiley）.
哈恩貝(Harnby N）, 1991. 工業中的混合過程(俞芷青等譯).北京: 中國石化出版社.
歐舒(Oldshue JY), 1991. 流體混合技術(王英琛等譯).北京: 化學工業出版社.
吳英樺, 1993. 粘性流體混合及設備.北京：中國輕工業出版社.
Baldyga J, Bourne JR, 1999. Turbulent Mixing and Chemical Reactions.Chichester, UK:John Wiley & Sons.
王凱,馮連芳, 2000. 混合設備設計.北京：機械工業出版社.
陳志平, 2004. 攪拌與混合設備設計選用手冊.北京：化學工業出版社.
Bockhorn H, Mewes D, Peukert W, Warnecke H-J, 2010. Micro and Macro Mixing, Analysis, Simulation and Numerical Calculation.Berlin Heidelberg:Springer-Verlag.
這些內容對我們認識混合原理和技術的全貌大有助益。本書部分內容來自筆者和所屬課題組同事、學生的工作，以及筆者對現有混合與攪拌研究思考中油然而生的困惑和心得。希望本書對從事化學工程研究和工程應用的科技人員有所裨益。在本書著述過程中深切感受到，雖然混合僅是化學工程學的一個分支，但其應用寬廣、內涵深厚。筆者在此中溫故而知新，增長了許多新知識。然而精通不易，書中不妥之處和錯誤在所難免，懇請方家不吝指出。
毛在砂，楊超
2020年2月識於北京中關村
目次
第1章混合概述001
1.1過程工業中的混合001
1.1.1化學反應器中的混合001
1.1.2單元操作中的混合003
1.1.3均相混合與非均相混合004
1.2混合設備006
1.2.1攪拌槽006
1.2.2環流反應器018
1.2.3高剪切混合器021
1.2.4射流混合器023
1.2.5靜態混合器026
1.2.6捏合/擠出設備027
1.3其它形式反應器的混合強化030
參考文獻033
第2章混合過程和機理035
2.1混合體系中的流動-宏觀混合035
2.1.1攪拌槽的基本流型035
2.1.2攪拌槽流動的數學模型037
2.1.3流動與宏觀混合的關係040
2.1.4宏觀混合的基本理念041
2.2混合體系中的傳熱043
2.3混合體系中的傳質043
2.4化學反應-微觀混合046
2.4.1簡單反應體系046
2.4.2平行復雜反應047
2.4.3連串復雜反應048
2.4.4化學沉澱049
2.4.5微觀混合的基本理念050
2.5混合研究的發展趨勢053
參考文獻054
第3章宏觀混合的實驗研究056
3.1混合的特征指標056
3.1.1混合時間057
3.1.2混合時間的其它定義061
3.1.3宏觀混合的其它指標063
3.2宏觀混合實驗068
3.2.1示蹤劑069
3.2.2示蹤實驗技術070
3.3典型反應器的宏觀混合097
3.3.1單液相體系100
3.3.2多相體系101
3.4小結125
參考文獻127
第4章宏觀混合的模型和數值模擬研究133
4.1 混合時間的經驗模型133
4.1.1經驗關聯式133
4.1.2主體循環模型135
4.1.3擴散模型136
4.1.4分區模型137
4.2混合時間的CFD模型138
4.2.1宏觀流場的數學模型139
4.2.2示蹤劑傳遞的數學模型141
4.2.3數值模擬步驟144
4.3單相體系混合的數值模擬145
4.3.1攪拌槽145
4.3.2其它混合/反應設備151
4.4多相體系混合的數值模擬157
4.4.1多相體系的宏觀混合數學模型158
4.4.2氣液兩相體系的宏觀混合159
4.4.3鼓泡塔和環流反應器166
4.4.4液固兩相體系168
4.4.5液液兩相體系170
4.4.6氣液固和其它多相體系172
4.5宏觀混合數值模擬的新思考177
4.5.1宏觀混合的純流體力學模型177
4.5.2宏觀混合和空間均勻分布的關係179
4.6小結180
參考文獻181
第5章反應器停留時間分布186
5.1停留時間分布和宏觀混合性能的關係186
5.1.1停留時間分布（RTD）186
5.1.2宏觀混合的定量指標189
5.1.3RTD與宏觀混合時間的聯系190
5.1.4反應器中年齡的時空分布192
5.2RTD的實驗測定199
5.2.1RTD的測定技術199
5.2.2非理想流動的RTD 200
5.2.3流動反應器的RTD 202
5.3停留時間分布的模型和模擬204
5.3.1停留時間分布的模型化204
5.3.2停留時間分布的數值模擬210
5.3.3不依賴示蹤劑的數值模擬211
5.3.4停留時間分布的隨機過程模擬216
5.4多相體系的RTD220
5.4.1多相體系RTD的實驗測定220
5.4.2多相體系RTD的數值模擬223
5.4.3多相體系中年齡空間分布的模擬232
5.5管式反應器的混合強化233
5.6小結241
參考文獻242
第6章微觀混合的實驗研究245
6.1基本概念和定義245
6.1.1微觀混合時間246
6.1.2離集指數254
6.2復雜測試反應258
6.2.1平行競爭反應258
6.2.2連串競爭反應264
6.2.3化學沉澱267
6.3實驗方法269
6.3.1離集指數測定269
6.3.2宏-微混合聯合測量274
6.3.3微觀混合時間的估算279
6.4反應器內微觀混合過程研究285
6.4.1攪拌槽反應器285
6.4.2環流反應器315
6.4.3膜反應器323
6.4.4靜態混合器328
6.4.5撞擊流反應器330
6.4.6其它反應器337
6.5微觀混合強化342
6.5.1各種形式反應器的比較342
6.5.2微觀混合強化技術344
6.6小結349
參考文獻351
第7章微觀混合的模型和數值模擬研究358
7.1歷史回顧358
7.2經驗和機理模型360
7.2.1經驗模型361
7.2.2機理模型372
7.2.3宏觀和微觀混合結合的模型387
7.2.4微觀混合時間估算390
7.3基於CFD的微觀混合數值模擬390
7.3.1模擬策略390
7.3.2基於加料點流場的模擬392
7.3.3基於全流場的模擬398
7.4多相體系的模擬431
7.4.1液固體系432
7.4.2氣液體系434
7.4.3化學沉澱435
7.5全CFD模擬展望461
7.5.1模型和模擬工作小結461
7.5.2機理模型耦合CFD的微觀混合模擬463
7.5.3值得深入的課題465
參考文獻466
第8章微通道器件中的混合474
8.1微通道器件及應用474
8.2混合性能的表征479
8.2.1微通道的混合性能479
8.2.2混合性能的指標480
8.2.3其它形式的指標483
8.3混合性能的實驗測定485
8.3.1可視化實驗技術485
8.3.2化學反應探針法491
8.3.3多相體系的實驗研究494
8.4混合過程的CFD模型和模擬498
8.4.1計算流體力學方法的適用性498
8.4.2CFD數學模型500
8.4.3LBM方法507
8.4.4微通道混合的數值模擬510
8.5小結527
參考文獻528
第9章混合研究的新課題532
參考文獻542
符號說明543
索引549
1.1過程工業中的混合001
1.1.1化學反應器中的混合001
1.1.2單元操作中的混合003
1.1.3均相混合與非均相混合004
1.2混合設備006
1.2.1攪拌槽006
1.2.2環流反應器018
1.2.3高剪切混合器021
1.2.4射流混合器023
1.2.5靜態混合器026
1.2.6捏合/擠出設備027
1.3其它形式反應器的混合強化030
參考文獻033
第2章混合過程和機理035
2.1混合體系中的流動-宏觀混合035
2.1.1攪拌槽的基本流型035
2.1.2攪拌槽流動的數學模型037
2.1.3流動與宏觀混合的關係040
2.1.4宏觀混合的基本理念041
2.2混合體系中的傳熱043
2.3混合體系中的傳質043
2.4化學反應-微觀混合046
2.4.1簡單反應體系046
2.4.2平行復雜反應047
2.4.3連串復雜反應048
2.4.4化學沉澱049
2.4.5微觀混合的基本理念050
2.5混合研究的發展趨勢053
參考文獻054
第3章宏觀混合的實驗研究056
3.1混合的特征指標056
3.1.1混合時間057
3.1.2混合時間的其它定義061
3.1.3宏觀混合的其它指標063
3.2宏觀混合實驗068
3.2.1示蹤劑069
3.2.2示蹤實驗技術070
3.3典型反應器的宏觀混合097
3.3.1單液相體系100
3.3.2多相體系101
3.4小結125
參考文獻127
第4章宏觀混合的模型和數值模擬研究133
4.1 混合時間的經驗模型133
4.1.1經驗關聯式133
4.1.2主體循環模型135
4.1.3擴散模型136
4.1.4分區模型137
4.2混合時間的CFD模型138
4.2.1宏觀流場的數學模型139
4.2.2示蹤劑傳遞的數學模型141
4.2.3數值模擬步驟144
4.3單相體系混合的數值模擬145
4.3.1攪拌槽145
4.3.2其它混合/反應設備151
4.4多相體系混合的數值模擬157
4.4.1多相體系的宏觀混合數學模型158
4.4.2氣液兩相體系的宏觀混合159
4.4.3鼓泡塔和環流反應器166
4.4.4液固兩相體系168
4.4.5液液兩相體系170
4.4.6氣液固和其它多相體系172
4.5宏觀混合數值模擬的新思考177
4.5.1宏觀混合的純流體力學模型177
4.5.2宏觀混合和空間均勻分布的關係179
4.6小結180
參考文獻181
第5章反應器停留時間分布186
5.1停留時間分布和宏觀混合性能的關係186
5.1.1停留時間分布（RTD）186
5.1.2宏觀混合的定量指標189
5.1.3RTD與宏觀混合時間的聯系190
5.1.4反應器中年齡的時空分布192
5.2RTD的實驗測定199
5.2.1RTD的測定技術199
5.2.2非理想流動的RTD 200
5.2.3流動反應器的RTD 202
5.3停留時間分布的模型和模擬204
5.3.1停留時間分布的模型化204
5.3.2停留時間分布的數值模擬210
5.3.3不依賴示蹤劑的數值模擬211
5.3.4停留時間分布的隨機過程模擬216
5.4多相體系的RTD220
5.4.1多相體系RTD的實驗測定220
5.4.2多相體系RTD的數值模擬223
5.4.3多相體系中年齡空間分布的模擬232
5.5管式反應器的混合強化233
5.6小結241
參考文獻242
第6章微觀混合的實驗研究245
6.1基本概念和定義245
6.1.1微觀混合時間246
6.1.2離集指數254
6.2復雜測試反應258
6.2.1平行競爭反應258
6.2.2連串競爭反應264
6.2.3化學沉澱267
6.3實驗方法269
6.3.1離集指數測定269
6.3.2宏-微混合聯合測量274
6.3.3微觀混合時間的估算279
6.4反應器內微觀混合過程研究285
6.4.1攪拌槽反應器285
6.4.2環流反應器315
6.4.3膜反應器323
6.4.4靜態混合器328
6.4.5撞擊流反應器330
6.4.6其它反應器337
6.5微觀混合強化342
6.5.1各種形式反應器的比較342
6.5.2微觀混合強化技術344
6.6小結349
參考文獻351
第7章微觀混合的模型和數值模擬研究358
7.1歷史回顧358
7.2經驗和機理模型360
7.2.1經驗模型361
7.2.2機理模型372
7.2.3宏觀和微觀混合結合的模型387
7.2.4微觀混合時間估算390
7.3基於CFD的微觀混合數值模擬390
7.3.1模擬策略390
7.3.2基於加料點流場的模擬392
7.3.3基於全流場的模擬398
7.4多相體系的模擬431
7.4.1液固體系432
7.4.2氣液體系434
7.4.3化學沉澱435
7.5全CFD模擬展望461
7.5.1模型和模擬工作小結461
7.5.2機理模型耦合CFD的微觀混合模擬463
7.5.3值得深入的課題465
參考文獻466
第8章微通道器件中的混合474
8.1微通道器件及應用474
8.2混合性能的表征479
8.2.1微通道的混合性能479
8.2.2混合性能的指標480
8.2.3其它形式的指標483
8.3混合性能的實驗測定485
8.3.1可視化實驗技術485
8.3.2化學反應探針法491
8.3.3多相體系的實驗研究494
8.4混合過程的CFD模型和模擬498
8.4.1計算流體力學方法的適用性498
8.4.2CFD數學模型500
8.4.3LBM方法507
8.4.4微通道混合的數值模擬510
8.5小結527
參考文獻528
第9章混合研究的新課題532
參考文獻542
符號說明543
索引549
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