针对磺化和氧化等典型"官能化"有机化工反应过程,采用理论分析、实验研究和计算机模拟相结合的方法,研究液相快速反应体系内的分子混合与传递机理、多相复杂反应体系的微纳尺度分散相的形成规律与界面传递现象、外场对化工过程传递与反应的强化机制和耦合协调规律,建立传递与反应协同作用新理论模型,应用超重力、等离子体、膜技术等强化手段,实现物质传递与反应过程的协调匹配和调控,解决反应选择性低和收率低的普遍性问题,达到典型有机化工过程节能降耗和减排的目的,并提高产品品质。创建甲烷氧化、丙酮氧化、三次采油用原油磺化等2-3个典型有机化工过程"节能减排"工业示范新技术,过程节能20%-30%。在本领域具有学术影响力的国际期刊发表系列论文,形成一支多学科交叉的具有国际学术影响的研究队伍。
organic chemical engineering;transfer;reaction;match;intensification
本项目围绕典型“官能化”有机化工反应体系的传递与反应协同机制及强化的关键科学问题,展开了从“科学基础—技术创新—工程化”系统性的理论和实验研究以及工业实践,深入研究了多相分子混合的机理模型、计算和实验测定方法,从微纳到宏观反应器尺度的耦合模型和高效数值计算方法,探索了超重力、等离子体、新结构膜等外场作用下对多相流的宏观/微观混合、界面传递与反应调控的影响规律,建立了液液界面微纳尺度混合/传递、超重力非连续介质混合反应、反应与膜分离过程耦合等理论模型,阐明了超重力等外场作用下的混合/传递与反应协同和调控原理,揭示了工业多相快反应体系的调控规律及反应器的工程设计基础,推进了反应工程学科在微纳尺度混合/传递与反应机制上的科学认识。在上述理论研究基础上,形成了超重力强化、等离子体强化、新结构膜强化等新工艺和技术,成功应用于12万吨/年己内酰胺超重力磺化重排、10万吨/年环己酮肟催化反应-陶瓷膜分离耦合等9条工业生产线中,典型单元过程节能30%以上,取得了显著节能减排效果,实现了项目总体科学目标,为从根源上消除化工高能耗、高污染问题,奠定了重要的理论基础,提供了强有力的技术支撑。获得国家技术发明奖二等奖2 项和国家科技进步二等奖 1 项、省部级一等奖4项、二等奖2项;共发表SCI论文225篇(AIChE J./CES/IECR三大化工顶级刊物48篇,Angew. Chem. Int. Ed./JACS/Adv. Mater. 7篇);获得授权国际发明专利 2 件、中国发明专利 64 件;申请国际发明专利 3 件、中国发明专利 55 件;获得计算机软件著作权登记证书8项。主办及参与组织国际会议14次,国际会议大会/特邀报告55次,与国际上多所高校和跨国公司开展了广泛的学术交流与合作;入选中组部“万人计划”科技创新领军人才2人,入选国家杰出青年基金、国家百千万人才工程人选、英国皇家化学会会士各1人次,入选“教育部新世纪优秀人才支持计划” 3人;在项目承担单位北京化工大学建立了“有机无机复合材料”国家重点实验室,在南京工业大学新组建了“国家特种分离膜工程技术研究中心”;新增教育部“创新团队发展计划”创新团队1个;新增国际杂志编委16人次;培养毕业博士生49名、硕士生69名,获包括“全国百篇优秀博士学位论文”在内的多项奖励,为形成一支具有国际学术影响的创新团队奠定了基础。