过程强化与流化床气相聚合反应器细观环境的调控

以具有绿色工艺特征的流化床气相聚合反应器的过程强化为研究对象，以撞击壁面的振动能量信号测量、感应静电势测量、现代波谱分析和多尺度结构解析为研究手段，分别在冷模流化床、热模聚合反应流化床和工业装置上，研究多相流场内颗粒涡流/尾涡结构的发生和演变规律，及其与聚合反应的相互作用机制。重点研究"颗粒温度"的特性及其调控规律，考察以其为封闭条件的流体力学计算模拟方法，实现模拟计算和实验测量的结合；并从化学反应工程的角度出发，建立离析的涡流反应器模型以准确描述细观尺度上的化学环境性质，深刻阐明流化床气相聚合反应体系在细观尺度上的传热不均匀机理，验证涡流热点判据，消除涡流热点，强化传热，实现反应器尺寸的大幅度缩小，为相应的过程强化和创新设计提供新的科学原理。流化床内涡流/尾涡结构体测量和调控机制的成功，将应用于其它多相流动体系的过程强化与工艺创新，同时推动化学工程学科在介观尺度方面的更深入研究。

以流化床气相聚合反应器的过程强化为研究对象，以撞击壁面的振动能量信号测量、感应静电势测量为研究手段，借助于现代波谱分析和多尺度结构解析方法，分别在冷模流化床、热模聚合反应流化床和工业装置上，研究多相流场内颗粒涡旋结构的发生和演变规律，及其与聚合反应的相互作用机制。重点研究“颗粒温度”的特性及其调控规律，通过气固流化床相干结构的表征，揭示了颗粒涡的演化规律；通过颗粒温度分布的研究，获得了其流动模式；通过多信息融合的分析，揭示了持液气固流化床反应器的流体力学行为；建立旋涡结构体的模式识别方法和模型化。研究成果指导了多温区流化床聚乙烯新工艺的开发，为聚乙烯工艺的过程强化和创新设计提供新的科学原理。发表SCI/EI收录文章12篇，申请中国发明专利6件，培养博士生和硕士生各2名。2015年，获高等学校技术发明一等奖。