氣固分離耦合強化新技術（簡體書）

《氣固分離耦合強化新技術》是《化工過程強化關鍵技術叢書》的一個分冊。本書系統地歸納總結了氣固旋風分離過程耦合強化所涉及的基礎理論和工業應用等方面的研究成果。本書首先從氣固分離過程的發展機遇和歷程、分類和未來發展趨勢三個層面，以歷史的、發展的角度總括了氣固分離強化技術已取得的進展和發展方向(第一章)；其次簡單介紹氣固分離的基本理論與方法(第二章～第四章)；最後根據性能特點將氣固分離分為兩大類進行系統闡述，即氣固快分耦合強化新技術(第五章～第十章)和氣固旋風分離耦合強化新技術(第十一章～第十三章)。每一部分都對氣固分離過程的設計原理、結構特點及原理、流場分佈、性能優化及其在工業過程中的應用等方面已取得的進展進行了系統闡述。本書論述具有覆蓋面較全、論述較系統、承上啟下的特點，書中內容既有基礎理論分析，又聯繫工程實際，內容豐富翔實，較好地反映了該領域目前的動向和富有特色的工作。
《氣固分離耦合強化新技術》可供石油化工、煤化工等科技人員、工程技術人員、生產管理人員閱讀，也可供高等院校化學工程與工藝、過程裝備與控制工程、環境工程等相關專業本科生、研究生學習參考。

盧春喜，男，1963年2月生，博士，中國石油大學（北京）二級教授，博士生導師，國家重點基礎研究“973”項目首席科學家，北京市教學名師，北京市教學團隊負責人，享受國務院政府特殊津貼。中國顆粒學會副理事長，中國化工學會化工過程強化專業委員會副主任委員，中國顆粒學會流態化專業委員會副主任。1983―1996年在中國石化洛陽石化工程公司從事催化裂化流態化工程研究工作；1996年至今在中國石油大學（北京）從事教學和催化裂化工程領域的應用基礎研究和工程化應用，創建了重油催化裂化後反應系統的關鍵裝備平臺技術，解決了後反應系統結焦這一制約裝置長週期運行――長期困擾企業的世界性技術難題；所開發的FSC、CSC、VQS和SVQS四種新型快分技術達到國際領先水平，已在國內59套工業裝置成功應用，加工量占比達國內總加工量的40%以上，為企業創效60多億元。近年來，將氣液環流理論移植到氣固體系，為環流反應器在氣固流化床強化領域的應用開闢了一條良好的途徑，形成了催化裂化反應再生系統關鍵裝備耦合強化新技術,取得了很好的工業應用效果。獲國家科技進步2等獎2項（排名第1和第3），省部級科技成果獎20項（其中特等獎1項，1等獎8項）。先後在AIChE Journal、C.E.S. 等國內外學術刊物發表論文320餘篇，其中SCI、EI檢索210篇。出版《催化裂化流態化技術》和《催化裂化反應系統關鍵裝備技術》專著2部、《煉油過程及設備》教材1部，授權國家專利78項。
陳建義，男，1965年9月生，博士，教授，博士生導師；北京市教學名師，享受國務院政府特殊津貼。主要面向石油化工、煤的清潔高效利用、海洋油氣開採等領域開展多相流分離技術及裝備開發等方面的研究。系統研究了氣固旋風分離器的分離理論，開發的新型高效旋風分離器在煉油、石油化工、煤化工等領域獲得推廣應用，特別是首創的丙烯腈反應器新型兩級旋風分離器，其綜合性能處於國際領先水平，國內市場佔有率90%以上。主持或參加承擔的國家自然科學基金、973、863等項目5項；獲國家科技進步二等獎1項、教育部自然科學一等獎1項、省部級科技進步一等獎2項；獲中國發明專利5項；在國內外發表論文70餘篇（其中SCI、EI收錄20餘篇），出版專著1本。

氣固離心分離是基於氣-固兩相的密度差，利用旋流離心力實現兩相分離的，屬￿氣固非均相體系的物理場分離技術，常用的方式是氣-固旋風分離。它具有處理量大、結構緊湊、操作簡便等優點，應用**廣泛，尤其是在高溫高濃度條件下，已成為工程上普遍的分離方法。
本書部分內容和應用案例得益於**科技進步二等獎――“催化裂化後反應系統關鍵裝備技術的開發與應用”之****技術（高效氣固旋流分離、高效催化劑預汽提和高油氣包容率3項創新技術），以及**科技部973項目（綠色低碳導向的高效煉油過程基礎研究）、**自然科學基金重大項目（雙氣固流態化反應過程直接耦合的多尺度分析及放大規律重點課題）等。
本書論述具有覆蓋面較全、論述較系統、承上啟下的特點，書中內容既有基礎理論分析，又聯繫工程實際，內容豐富翔實，較好地反映了該領域目前的動向和富有特色的工作。

第一章 緒論
第一節 引言
第二節 氣固快分技術
一、氣固快分技術在催化裂化工藝的應用
二、國外快分技術的研究進展與工業應用
三、國內快分技術的研究進展與工業應用
第三節 氣固旋風分離技術
一、旋風分離器概述
二、影響分離性能的主要因素
三、旋風分離器性能強化新技術
參考文獻
上篇 氣固分離的基本理論與方法
第二章 氣固分離方式及機理
第一節 氣固分離基本條件和方法
一、氣固分離基本條件
二、氣固分離基本方法
第二節 氣固分離設備性能表徵
一、分離效率
二、粒級效率
三、淨化氣內顆粒的粒徑分佈
四、分離器壓降
五、分離器的經濟性
第三節 氣固分離的基本物理模型
一、塞流模型
二、橫混模型
三、全返混模型
第四節 氣固重力分離機理
一、重力沉降器的分離效率
二、重力沉降器的壓降
第五節 氣固慣性及旋風分離機理
一、慣性分離基本原理
二、慣性分離器的分離效率
三、旋風分離基本原理
第六節 攔截分離機理
第七節 擴散、湍流分離機理
參考文獻
第三章 氣固分離特性參數的測量方法
第一節 顆粒形狀的測量方法
一、顯微鏡法
二、機械沉降測量法
第二節 顆粒粒徑的測量方法
一、篩分法
二、顯微鏡法
三、光電沉降法
四、流體分級法
五、電感應法
六、激光測速法
七、激光衍射法
第三節 氣固多相流顆粒速度測量方法
一、固體顆粒速度的光導纖維測量技術
二、固體顆粒速度的激光多普勒測量法
第四節 氣固多相流顆粒濃度測量方法
一、等速採樣法
二、光導纖維測量法
三、電容測量法
參考文獻
第四章 氣固分離過程的研究方法
第一節 氣相流場測量和經驗歸納
一、旋風分離器內氣相三維時均速度分佈
二、旋風分離器內局部二次流
第二節 旋風分離器流場的半理論解
一、Rankine旋渦模型
二、Burgers旋渦模型
三、Ogawa旋渦模型
第三節 氣相流場的數值模擬
第四節 氣固兩相流場數值模擬方法
一、稀密相流動的劃分
二、氣固兩相流動數學模型
三、隨機軌道模型
四、典型數值模擬結果
第五節 氣固旋風分離的機理模型
一、轉圈理論
二、平衡軌道理論
三、邊界層理論
四、分區理論
第六節 氣固旋風分離的相似模化
一、旋風分離器內氣固兩相運動方程
二、旋風分離器內氣固運動的相似參數
三、旋風分離器的近似模化
四、旋風分離器近似模化設計舉例
五、基於相似參數關聯的分離效率計算方法
參考文獻
中篇 氣固快分耦合強化新技術
第五章 氣固旋流分離強化技術
第一節 旋流分離強化技術現狀
第二節 氣固旋流分離存在問題分析
第三節 氣固旋流分離強化原理及方法
第四節 高效氣固旋流強化技術在某140萬噸/年重油催化裂化裝置的應用
參考文獻
第六章 擋板預汽提式粗旋快分技術
第一節 FSC系統設計原理
第二節 FSC系統結構及特點
第三節 擋板內的氣固流動特徵
第四節 預汽提段對粗旋內流場和分離效率的影響
一、預汽提氣對粗旋內流場的影響
二、預汽提段對粗旋分離性能的影響
第五節 FSC系統大型冷模實驗研究
一、分離效率
二、系統內壓力分佈的特點
三、FSC系統內氣體停留時間分佈
四、FSC系統操作的穩定性及靈活性
五、大型冷模實驗主要結論
第六節 小型工業試驗
一、改造方案及應用效果
二、技術分析
三、小型工業試驗主要結論
第七節 工業應用實例――某石化公司100萬噸/年摻渣催化裂化裝置
一、改造後裝置標定結果
二、應用效果
三、經濟效益分析
參考文獻
第七章 帶有密相環流預汽提式粗旋快分技術
第一節 CSC系統設計原理
第二節 CSC系統結構及特點
第三節 密相環流預汽提器的性能與結構優選
一、實驗裝置及方法
二、實驗結果及分析
第四節 CSC系統大型冷模實驗研究
一、實驗裝置及方法
二、CSC系統分離效率
三、系統壓力分佈特徵
四、密相環流預汽提器密度分佈特徵
五、系統內氣體停留時間分佈及汽提效果
六、系統的操作彈性及開停工狀況的分析
七、大型冷模實驗主要結論
第五節 小型工業應用試驗
一、改造方案及應用效果
二、裝置標定結果
三、小型工業應用實驗主要結論
第六節 工業應用實例――某石化公司80萬噸/年重油催化裂化裝置
一、改造前裝置的主要問題
二、改造內容
三、應用情況及標定結果分析
四、經濟效益分析
五、應用效果總結
第七節 FSC/CSC系統與其他提升管出口快分技術的比較
參考文獻
第八章 帶有擋板預汽提的旋流快分技術
第一節 VQS系統設計原理
第二節 VQS系統結構及特點
第三節 旋流頭的結構
一、旋流頭的結構形式
二、旋流頭的結構參數
第四節 VQS系統內的氣相流場實驗分析
一、旋流頭噴出口中心處的流速分佈
二、封閉罩內氣流速度分佈
三、靜壓分佈
四、VQS系統內旋流的能量傳遞過程
五、VQS系統內湍流強度的分佈
六、汽提氣對流場的影響
第五節 VQS系統內的氣相流場數值模擬分析
一、數值模擬方法
二、邊界條件
三、VQS系統內流動特徵的分析
四、主要結構參數對旋流快分器內流場的影響
第六節 VQS系統的壓降
一、主要結構參數對壓降的影響
二、壓降的計算
第七節 VQS系統內的氣相停留時間
一、旋流頭噴出口噴出速度對氣相停留時間的影響
二、S值對氣相停留時間的影響
三、汽提氣對氣相停留時間的影響
第八節 VQS系統內的顆粒濃度分佈
一、徑向顆粒濃度分佈
二、軸向顆粒濃度分佈
三、顆粒濃度分佈模型
第九節 入口顆粒質量濃度對VQS系統分離性能的影響
一、入口顆粒質量濃度對氣相流場的影響
二、入口顆粒質量濃度對湍流強度的影響
三、入口顆粒質量濃度對不同尺寸顆粒分離效率的影響
第十節 VQS系統大型冷模實驗
一、實驗現象及分析
二、系統的壓力分佈
三、分離效率
四、氣相停留時間分佈及汽提效果
五、系統的操作彈性及開停工狀況的分析
六、大型冷模實驗主要結論
第十一節 工業應用實例――某公司100萬噸/年管輸油重油催化裂化裝置
一、改造內容
二、裝置標定結果及改造效果
三、運行經驗
四、應用效果總結
參考文獻
第九章 帶有隔流筒的旋流快分技術
第一節 SVQS系統設計原理
第二節 SVQS系統結構特點
第三節 SVQS系統的氣相流場實驗分析
一、旋流頭噴出口中心處的流速分佈
二、封閉罩內氣流速度分佈
三、SVQS系統內湍流強度的分佈
四、汽提氣對流場的影響
第四節 SVQS系統的氣相流場數值模擬分析
一、數值模擬方法
二、SVQS系統內流動特徵的分析
第五節 SVQS系統的壓降
第六節 SVQS系統內的氣相停留時間
第七節 隔流筒的尺寸及結構形式
一、隔流筒的主要特徵尺寸
二、隔流筒直徑的影響
三、隔流筒長度的影響
四、隔流筒結構形式的影響
第八節 SVQS系統內的顆粒濃度分佈
一、徑向顆粒濃度分佈
二、軸向顆粒濃度分佈
第九節 SVQS系統內分區綜合分離模型
第十節 VQS/SVQS系統與國外先進快分技術的比較
參考文獻
第十章 超短快分技術
第一節 超短快分系統設計原理
第二節 超短快分系統的結構及特點
第三節 超短快分系統的氣相流場
一、二維平面流場全貌
二、三維流場特徵
三、分離器內靜壓和總壓分佈
四、中心排氣管下方空間的流場特徵
第四節 超短快分系統的結構參數――實驗分析
一、中心排氣管下方橫板形式
二、分離器入口寬度
三、中心排氣管直徑
四、中心排氣管下方空間高度
五、擋板形式
六、折邊
七、中心排氣管開縫寬度
八、中心排氣管開縫形式
參考文獻
下篇 氣固旋風分離耦合強化新技術
第十一章 PV型旋風分離器及其性能強化方法
第一節 PV型旋風分離器尺寸分類優化理論
一、PV型旋風分離器概述
二、尺寸分類優化理論
第二節 PV型旋風分離器性能計算方法
一、分離效率計算方法
二、純氣流壓降計算方法
三、含塵氣流壓降計算方法
第三節 PV型旋風分離器優化設計方法
一、PV型旋風分離器優化設計問題
二、PV型旋風分離器優化設計模型的簡化
三、單個旋風分離器兩參數優化設計方法
第四節 單級PV型旋風分離器的工業應用
一、催化裂化二再外旋
二、高壓聚丙烯旋風分離器
第五節 抗結焦高效頂部旋風分離器開發及工業應用
一、頂旋結焦現象
二、頂旋結焦機理
三、抗結焦頂旋結構特點
四、抗結焦頂旋的工業應用
參考文獻
第十二章 旋風分離器並聯與串聯的性能強化及應用
第一節 並聯旋風分離器的性能計算與強化
一、獨立並聯旋風分離器的性能計算
二、獨立並聯旋風分離器的性能強化
第二節 串聯旋風分離器的性能計算與強化
一、串聯旋風分離器的性能計算
二、串聯旋風分離器的性能強化
第三節 串聯旋風分離器性能強化原理與算例
一、兩級串聯旋風分離器優化算例
二、兩級混聯旋風分離器優化算例
三、三級串聯旋風分離器優化算例
第四節 兩級串聯旋風分離器優化應用實例
一、PV-E型旋風分離器
二、設計條件和分離要求
三、優化設計分析與說明
四、工業應用效果
第五節 兩級混聯旋風分離器優化應用實例
一、旋風分離器設計條件
二、兩級混聯設計方案分析
三、兩級混聯旋風分離器設計
四、工業應用效果
第六節 三級旋風分離器優化設計應用實例
一、三級旋風分離器設計條件
二、優化設計結果
三、工業應用效果
參考文獻
第十三章 多管旋風分離器性能強化及應用
第一節 多管旋風分離器概述
一、立管式多管旋風分離器
二、臥管式多管旋風分離器
第二節 立管式多管旋風分離器結構和性能強化
一、總體結構設計
二、慣性預分離結構
三、單管的數量與排布優化
第三節 臥管式多管旋風分離器結構和性能強化
一、總體結構設計
二、分離性能強化
第四節 單管結構與性能強化
一、切向進氣型單管
二、軸向進氣型單管
三、軸向進氣直流式單管
第五節 “大旋分式”三旋性能強化
一、“大旋分式”三旋技術及特點
二、“大旋分式”三旋性能實驗
三、“大旋分式”三旋流場分析
四、“大旋分式”三旋旋流穩定性分析
參考文獻
索引