新型浆态床反应与分离过程强化装置的传递机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

项目摘要

The slurry reactors have been applied in many industrials, and they have great potential in the petrochemical and energy chemical industries due to their prominent advantages of mixing, mass transfer and heat transfer. However, how to realize the rapid and economical separation of liquid products from catalysts continuously is a key issue that should be solved urgently at the present stage. Some new techniques, such as settling and filtration have been proposed in recent years, and the separation of the solid catalyst from the liquid phase is realized. However, there are still three major disadvantages, such as high investment and operating costs and poor continuity that should be conquered. In this project, the directional flow in the internal airlift loop reactor (IALR), the characteristic of catalyst in the slurry reactor and the economical and efficient solid-liquid separation in the hydrocyclone are combined, and a novel IALR for process intensification is invented. Therefore, gas-liquid reaction, separation of the solid catalyst from the slurry and cyclic utilization of the solid catalyst are realized. Moreover, the economical and rapid separation of the solid and the liquid is achieved continuously in this new reactor without extra power, and the commercial production costs will be reduced markedly. Hence, the methods of numerical simulation and experiments are integrated here; the quick and accurate mathematical models that for the design and scale-up of this type of gas-liquid-solid three-phase industrial slurry reactors will be set up. Synergetic transfer mechanisms will be further investigated, and the effects of the geometric and operating parameters on the performance will be analyzed. In addition, the synergetic mechanism among the gas-liquid reaction, the solid-liquid separation and mass transfer in this new reactor for the process intensification will be revealed, and the developed methods will be employed to promote its performance substantially. This project is very beneficial to develop the slurry reactor technologies, and it also can boost its large-scale applications and dissemination.
浆态床反应器由于混合、传质、传热性能优异,尤其在石油化工和能源化工中潜力巨大,如何经济、连续地实现液体产品和催化剂的快速分离是现阶段亟待解决的核心问题。虽然近年提出的沉降、过滤等方法可实现固体催化剂和液相的分离,但存在着投资和操作成本高、连续性差等缺点。本项目将内环流反应器内的定向流动、浆态床催化剂的特点及水力旋流器经济、高效的固液分离相结合,发明了新型浆态床反应与分离过程强化装置,实现了浆态床反应器内气液反应和固体催化剂与液体间固液分离的过程强化。无需额外动力,即可在反应器内实现经济、快速、连续地液固分离,可显著降低工业生产成本。进一步将数值模拟与实验相结合,建立“快而准”的气-液-固三相工程设计和放大模型,研究其内多场协同的传递机理,分析结构和操作参数对反应器性能的影响,揭示过程强化的协同作用机理,从而寻求大幅提高其性能的方法,有利于发展浆态床新技术并实现其大规模推广和应用。

结项摘要

将环流反应器内的定向流动与水力旋流器经济、高效的固液分离相结合,可实现浆态床反应器混合-分离的一体化,不仅节能减排,还可提升浆态床反应器生产的连续化和安全性。本项目将数值模拟与实验相结合,揭示了多过程耦合的过程强化机理,为新型浆态床反应器的设计和放大提供重要的理论基础。主要成果如下:. 1)、首次发现了浆态床反应器内存在的新型二次流(即在大直径反应器中,其轴向上存在着较多随机、交替存在的旋涡),并揭示了其产生和流动机理,促进了多相流理论的发展。. 2)、建立了气体分布器气泡直径的预测模型,为工业曝气反应器和气体分布器的设计提供了依据:通过对气体分布器结构参数(曝气孔直径)、流体物性(表面张力、气体粘度、液体粘度等)和操作参数(过孔气速)等系统性地考察,建立了工业曝气条件下气泡直径的预测模型,为工业设计提供了科学依据。. 3)、揭示了固体颗粒物性(包括粒度、密度、润湿性、球形度等)及浓度对浆态床反应器内主要流体力学参数和传质性能的影响,加深了对多相流的认识。. 4)、新型反应-分离一体化浆态床反应器的分离性能得到了大幅提升,其可被循环利用的最小颗粒直径由57.9 μm降至9.48 μm,拓宽了其应用范围。. 5)、利用定向流动促进液固分离的原理,激发研制了系列反应分离一体化反应器,如混合-分离一体化的新型外环流浆态床反应器、新型气升和搅拌式连续反应结晶器等,并利用开发的新型反应器合成了高质量碳酸钙晶须、纳米氧化锌和高性能高镍梯度正极材料等,尤其是碳酸钙晶须的低成本合成,有望实现其国产化和进口替代。. 已发表论文19篇,其中SCI论文18篇(包括在Engineering、CES、IECR、CEJ等权威SCI期刊上发表论文7篇),EI论文1篇。申请国际PCT发明专利4项,申请德美发明专利5项、国内发明专利9项,授权美国和日本发明专利各1项,授权国内发明专利8项。培养出站博士后2名并皆晋升为副高,培养博士研究生3名、硕士研究生2名、联合培养硕士研究生4名。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(25)
Magnetized fluidized bed with binary admixture of magnetizable and nonmagnetizable particles
具有可磁化和不可磁化颗粒二元混合物的磁化流化床
  • DOI:
    10.1515/revce-2018-0075
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Reviews in Chemical Engineering
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Quanhong Zhu;Hongzhong Li;Qingshan Huang
  • 通讯作者:
    Qingshan Huang
Impacts of solid physical properties on the performances of a slurry external airlift loop reactor integrating mixing and separation
固体物性对混合分离浆料外气升式环流反应器性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.cjche.2022.05.001
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Chinese Journal of Chemical Engineering
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Tian Zhang;Qingshan Huang;Shujun Geng;Aqiang Chen;Yan Liu;Haidong Zhang
  • 通讯作者:
    Haidong Zhang
Hydrodynamics and mass transfer in a slurry external airlift loop reactor integrating mixing and separation
混合与分离相结合的浆料外部气升环流反应器中的流体动力学和传质
  • DOI:
    10.1016/j.ces.2019.115294
  • 发表时间:
    2020-01-16
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING SCIENCE
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Geng, Shujun;Li, Zhuo;Huang, Qingshan
  • 通讯作者:
    Huang, Qingshan
锥体开缝对水力旋流器固液分离性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    段继海;黄帅彪;高昶;陈阿强;黄青山
  • 通讯作者:
    黄青山
Experimental investigation of hydrodynamics and mass transfer in a slurry multistage internal airlift loop reactor
浆态多级内气升环流反应器流体动力学和传质实验研究
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2019.122769
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Jinliang Tao;Jiangang Huang;Shujun Geng;Fei Gao;Taobo He;Qingshan Huang
  • 通讯作者:
    Qingshan Huang

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其他文献

喷射反应器内气液两相流体动力学特征
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以光合工厂理论为基础的微藻生长动力学模型的优化研究
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    黄青山
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  • DOI:
    --
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  • 期刊:
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    黄青山
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    --
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共沉淀法制备LiNi1-x-yCoxMnyO2正极材料工艺条件探究
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    2018
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    耿淑君;黄青山;朱全红;金永成;杨超
  • 通讯作者:
    杨超

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气泡群介尺度曳力的实验研究及基于介尺度理论的气-液两流体模型研究
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光生物反应器内流动、辐射和光生化反应协同机理的研究
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  • 批准年份:
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平板气升环流式光生物反应器中多场耦合的传递机理研究
  • 批准号:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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