超重力环境下气-液-液三相传质与混合研究

Gas-liquid-liquid three-phase (GLLTP) systems have been widely employed in important industrial processes such as catalytic hydrogenation, hydroformylation, carbonylation, oligomerization, liquid-liquid extraction and fermentation. The aqueous phase is continuous and the gas and organic phases are dispersed in conventional reactors, resulting in poor mass transfer efficiency and low selectivity and yield of targeted products. Aiming at this issue, this project proposes the study on the intensification of GLLTP mass transfer and mixing in a novel high-gravity rotor-stator reactor (RSR) for the first time. A continuous gas phase and dispersed aqueous and organic phases will be adopted in the RSR. The absorption of CO2 into K2CO3/KHCO3-organic phase system will be studied as a model system. The project will study the absorption and reaction mechanism and behavior of CO2 with the K2CO3/KHCO3-organic phase system, the synergistic mechanism of mixing, mass transfer and reaction. The theory of the intensification of GLLTP mass transfer and mixing in high gravity environment will be established and the intensification rules and mechanism will be elucidated, so as to provide the fundamentals for the development of new intensification technologies of GLLTP systems and formulate a new process of intensifying GLLTP mass transfer and mixing.

气-液-液三相体系广泛存在于催化加氢、加氢甲酰化、羰基化、齐聚反应、液-液萃取及微生物发酵等重要工业生产过程。在传统的反应器中气-液-液三相体系均采用水相为连续相，气相和有机相为分散相的方式，存在气-液-液三相间的传质效率不高，目标产品的选择性和收率较低等瓶颈问题。据此，本项目首次提出利用一种新型的超重力定-转子反应器（RSR）强化气-液-液三相传质和混合的研究，在RSR中采用气相为连续相，水相和有机相为分散相的新方式，以K2CO3/KHCO3-有机相吸收CO2的三相体系为模型研究对象，研究RSR中CO2-K2CO3/KHCO3-有机相体系中CO2的吸收反应机理与传质规律，以及混合、传质和反应的耦合影响机制。在此基础上建立超重力环境强化气-液-液三相传质和混合的理论体系，阐明其强化规律和机制，为气-液-液三相体系强化新技术的开发提供理论支撑，并形成一种强化气-液-液三相传质和混合的新工艺。

气-液-液三相体系广泛存在于催化加氢、加氢甲酰化、羰基化、齐聚反应、液-液萃取及微生物发酵等重要工业生产过程。在传统的反应器中气-液-液三相体系均存在相间传质效率不高，目标产品的选择性和收率较低等瓶颈问题。据此，本项目提出利用超重力技术开展强化气-液-液三相传质和混合的研究，在定-转子反应器、旋转填充床和高剪切反应器等多种超重力反应器中进行了K2CO3/KHCO3-有机相吸收CO2的三相体系的探索，研究了超重力反应器中CO2-K2CO3/KHCO3-有机相体系中CO2的吸收反应机理与传质规律，以及混合、传质和反应的耦合影响机制，形成了一种强化气-液-液三相传质和混合的新工艺。将定-转子反应器应用于2,3,6-三甲基苯酚直接催化氧化制备2,3,5-三甲基-1,4-对苯醌过程中，利用超重力机强化气-液-液混合和传质的特点，来实现对该反应过程的强化，提供了一种2,3,5-三甲基-1,4-对苯醌制备的有效方法。此外，将超重力技术应用于强化臭氧的气-液传质过程以处理有机废水，可以提高臭氧的利用效率和污染物的降解效果，从而为难降解有机废水的处理提供了一种有应用前景的工艺。上述工作通过对超重力环境下气-液-液三相体系的传质和混合过程研究，阐明了超重力技术的强化机制，为超重力技术应用于多相复杂体系奠定了理论基础。