中文摘要：

本课题将针对有机化工中的磺化和氧化等官能化反应过程，通过研究其反应本征动力学与超重力条件下多相反应体系的分子混合与传递规律，建立传递与反应协同机制的理论体系基础，构建快速反应过程的超重力强化技术平台。拟利用实验研究和计算流体力学相结合的方法，深入研究超重力旋转床中的流体力学行为，掌握分子混合与传递的规律，建立其分子混合/传递-反应过程的理论模型；同时对反应本征动力学及其与传递过程的协同机制进行研究，掌握过程调控方法，达到分子混合/传递与反应过程的匹配，实现对反应过程的强化，形成超重力反应过程强化基础理论。在大幅提高反应效率的同时提高反应选择性，达到节能降耗目标。并通过对工程匹配性问题的研究，形成三次采油用原油磺化制石油磺酸盐、维生素E生产关键氧化过程的超重力等生产新工艺，为最终建立磺化和空气氧化反应"节能减排"示范装置奠定坚实基础。

结论摘要：

本课题针对有机化工中的磺化和氧化等官能化反应过程，通过研究其反应本征动力学与超重力条件下多相反应体系的分子混合与传递规律，建立了相关传递与反应协同机制的理论体系基础，构建了快速反应过程的超重力强化技术平台。采用高速摄像技术对超重力旋转填充床（RPB）内液体流动状况进行观测，揭示了RPB 内液体微元及流动端效应强化区的特征。建立了旋转填充床计算流体力学模型，对不同结构的旋转填充床的气相分布及压降和液相分布及停留时间进行数值计算，揭示了床内气液两相流动状况。对旋转填充床的宏观混合、分子混合与反应过程进行了实验和模拟研究，揭示了RPB端效应区、宏观混合对分子混合效率以及黏性流体分子混合效率的影响规律。结合端效应区特点，对旋转填充床内填料微结构及内构件进行了创新改进和优化，并测定了新结构RPB的有效传质面积及体积传质系数等基础数据，形成了新一代结构的RPB反应器。 针对快速反应（本征反应特征时间在秒量级或以下），重点开展了强化分子混合的机制与新技术的研究，深入研究了超重力强化宏观混合与分子混合效率及其对有机反应或反应结晶过程的影响规律，建立了超重力多尺度非连续介质混合反应理论模型。利用上述基础理论研究成果，成功指导了总产能100万吨/年MDI超重力缩合反应、1000吨/年超重力法合成三次采油用石油磺酸盐（工业侧线）、11万吨/年己内酰胺超重力重排反应等新工艺的开发和工业化应用，取得了显著的增产增效、节能减排效果，经济效益显著。围绕氧化等多相复杂反应体系的本征动力学强化进行了研究，掌握了其反应动力学调控机制，深入研究了固体催化剂表面的微观反应机理。以脂溶性维生素及类胡萝卜素的绿色合成新工艺及其产业化为研究对象，发明了一类离子化合物修饰的金属配合物空气氧化催化剂，使本征反应速率显著提升，基此发明了维生素E关键中间体假紫罗兰酮的合成新工艺，开发了相应的反应过程强化新技术，并实现了工业化应用，经济效益显著。本课题执行期间，获得国家技术发明二等奖2项；发表学术论文62篇（包括AIChE J 3篇、Angew.Chem.Int.Ed. 3篇）；授权及申请国际与国内发明专利30件；培养毕业博士生17名，硕士研究生17名。基本构建了多相快速反应超重力强化的反应工程理论体系，为工业多相复杂反应体系的强化和工程放大，从根源上消除化工高能耗、高污染等问题，提供了重要的研究基础。