南大新型反應器把國外同行逼停產 創造數十億產值

據南京大學官網4月9日消息，由南京大學張志炳教授團隊聯合三家企業單位共同完成的「微界面傳質強化反應-精細分離集成系統研發」項目舉行科技成果鑑定會。這項新技術有望解決石油開採、頁巖氣、地球化學等不少領域的關鍵問題。該技術現已累計新增產值數十億元。在國際市場上一直佔主導地位的兩個國外跨國公司的同類產品生產線也因該技術的實施而相繼宣布關閉。

鑑定會現場  (佘治駿 攝影)

據了解，現代石化、煤化工、製藥、生化發酵、新材料製備、廢水處理等工業中有很多慢反應過程，如氧化、加氫等等，這些反應體系的氣液相界面積很小，傳質效率較低，因而制約了反應效率的提高，而反應效率低將直接影響產品生產過程的能耗物耗和產品競爭力。長期以來，人們想了很多辦法試圖解決此問題，雖在某些方面取得了可喜進展，但終因理論或設備方面等種種原因，沒有找到突破性普適化的技術方法。

張志炳團隊從基本理論分析入手，認為目前工業上採用的加氫、氧化、氯化等慢反應過程的氣液固反應器設備效率低主要歸因於它們大多只能產生較大尺寸的氣泡（釐米或毫米級），即使有些大毫米級尺度的氣泡產生，也僅佔其中很小比例。其內在原因是傳統的攪拌槳或鼓泡塔反應器中只能產生釐米或大毫米尺度的Kolmogorov湍流渦。因此，即使再加大攪拌電機功率，其大部分能量也只能轉化為熱能，而不能轉變成為小氣泡生成所需的表面能。

反應器

為此，張志炳教授提出了研發微米尺度氣液界面反應系統的構想。經過十多年的攻關，不僅提出了微界面傳質強化反應的理論，同時開發了微界面傳質強化反應器構效調控系統（簡稱MTIR系統），建立了整套構效調控數學模型，這些模型可依據輸入的能量調控氣泡直徑和氣泡個數、從而調控氣液界面和傳質速率，因而可以依據工業上的實際需求，計算和設計反應器的結構，或反之。如此，可在反應過程的催化劑、物料配比、操作條件等不變情況下，實現反應效率成倍提高、能耗、物耗、水耗、汙染物排放等大幅降低的目標。

據科技日報消息，該項目的一大創新性進展就是研製了微界面傳質強化反應器（以下簡稱MTIR）及建立了構效調控數學模型，可實現氣液顆粒的超細破碎和效率與能耗的調控。反應系統大部分氣液顆粒直徑可處於25μm—1mm，而傳統反應器所得氣泡直徑通常為5—20mm。與傳統的塔式鼓泡反應器生產系統相比，MTIR的單位反應器界面面積提高了500%，生產強度提高了177%，從18.5kg/m3.h增長至51.2kg/m3.h，單位時間內產品的產量大幅提高。

以二甲苯空氣氧化制甲基苯甲酸生產為例，與傳統的塔式鼓泡反應器（CBR）生產系統相比，該技術在原料利用率、節能和減排方面顯示了突出的綜合性能：反應效率是原來的2.77倍，主產品收率淨提高34個百分點，噸產品原料消耗從1.3噸下降到1.1噸，綜合能耗降低11%,水耗下降93%。

新技術應用範圍很廣，有望解決石油開採、頁巖氣、地球化學等不少領域的關鍵問題。該項目已申請國內外發明專利41項，已獲國內外發明專利授權30項。其中７項為歐美專利，已授權４項。該技術已在10家企業推廣應用。該技術實施後,在國際市場上一直佔主導地位的日本某跨國公司和英國某跨國公司美國分公司的同類產品生產線相繼宣布關閉。該技術已累計新增產值53.9億元、利稅21.2億元,減排化學汙染物82675噸,節能相當於10000噸標準煤。