据南京大学官网4月9日消息，由南京大学张志炳教授团队联合三家企业单位共同完成的“微界面传质强化反应-精细分离集成系统研发”项目举行科技成果鉴定会。这项新技术有望解决石油开采、页岩气、地球化学等不少领域的关键问题。该技术现已累计新增产值数十亿元。在国际市场上一直占主导地位的两个国外跨国公司的同类产品生产线也因该技术的实施而相继宣布关闭。

鉴定会现场  (佘治骏 摄影)

据了解，现代石化、煤化工、制药、生化发酵、新材料制备、废水处理等工业中有很多慢反应过程，如氧化、加氢等等，这些反应体系的气液相界面积很小，传质效率较低，因而制约了反应效率的提高，而反应效率低将直接影响产品生产过程的能耗物耗和产品竞争力。长期以来，人们想了很多办法试图解决此问题，虽在某些方面取得了可喜进展，但终因理论或设备方面等种种原因，没有找到突破性普适化的技术方法。

张志炳团队从基本理论分析入手，认为目前工业上采用的加氢、氧化、氯化等慢反应过程的气液固反应器设备效率低主要归因于它们大多只能产生较大尺寸的气泡（厘米或毫米级），即使有些大毫米级尺度的气泡产生，也仅占其中很小比例。其内在原因是传统的搅拌桨或鼓泡塔反应器中只能产生厘米或大毫米尺度的Kolmogorov湍流涡。因此，即使再加大搅拌电机功率，其大部分能量也只能转化为热能，而不能转变成为小气泡生成所需的表面能。

反应器

为此，张志炳教授提出了研发微米尺度气液界面反应系统的构想。经过十多年的攻关，不仅提出了微界面传质强化反应的理论，同时开发了微界面传质强化反应器构效调控系统（简称MTIR系统），建立了整套构效调控数学模型，这些模型可依据输入的能量调控气泡直径和气泡个数、从而调控气液界面和传质速率，因而可以依据工业上的实际需求，计算和设计反应器的结构，或反之。如此，可在反应过程的催化剂、物料配比、操作条件等不变情况下，实现反应效率成倍提高、能耗、物耗、水耗、污染物排放等大幅降低的目标。

据科技日报消息，该项目的一大创新性进展就是研制了微界面传质强化反应器（以下简称MTIR）及建立了构效调控数学模型，可实现气液颗粒的超细破碎和效率与能耗的调控。反应系统大部分气液颗粒直径可处于25μm—1mm，而传统反应器所得气泡直径通常为5—20mm。与传统的塔式鼓泡反应器生产系统相比，MTIR的单位反应器界面面积提高了500%，生产强度提高了177%，从18.5kg/m3.h增长至51.2kg/m3.h，单位时间内产品的产量大幅提高。

以二甲苯空气氧化制甲基苯甲酸生产为例，与传统的塔式鼓泡反应器（CBR）生产系统相比，该技术在原料利用率、节能和减排方面显示了突出的综合性能：反应效率是原来的2.77倍，主产品收率净提高34个百分点，吨产品原料消耗从1.3吨下降到1.1吨，综合能耗降低11%,水耗下降93%。

新技术应用范围很广，有望解决石油开采、页岩气、地球化学等不少领域的关键问题。该项目已申请国内外发明专利41项，已获国内外发明专利授权30项。其中７项为欧美专利，已授权４项。该技术已在10家企业推广应用。该技术实施后,在国际市场上一直占主导地位的日本某跨国公司和英国某跨国公司美国分公司的同类产品生产线相继宣布关闭。该技术已累计新增产值53.9亿元、利税21.2亿元,减排化学污染物82675吨,节能相当于10000吨标准煤。