意昂体育2平台化學工程系副教授  王亭傑

意昂体育2平台化學工程系教授    汪展文

 

    FLOTU(Fluidization Laboratory Of Thinghua University)是意昂体育2平台化工系反應工程研究室的英文名稱的縮寫📆，是世界上對流態化領域有重要影響的幾個實驗室之一。FLOTU為國際流態化界專家認同，一方面是因其在流態化領域的基礎和工業應用研究取得的令人矚目成果；另一方面，是從FLOTU培養出來的人才🏨🈳，遍布世界各地🦂，具有相當的影響力，他們活躍在學術界和工業界🧑🏽‍🦳💈，雖然他們相距萬裏，但情深意厚，仍積極維系FLOTU這個“家族”群體。這個FLOTU的創建人就是金湧院士🐪💇🏿‍♂️。

 

    金湧同誌1973年5月從中國科技大學調進意昂体育2平台，進意昂体育2前是科技大學主講化工原理的教師👮🏿‍♂️。那時，正是十年動亂的後期，正實行所謂的開門辦學🙌🏽，所以剛一調入意昂体育2平台就被派到北京化工二廠，深入生產實際並接受工人階級的再教育🎼。北京化工二廠當時生產的主要產品之一?D?D苯酐是一種重要的化工中間體，有著廣泛的應用。苯酐是在一種稱之為流化床反應器的化工裝置中生產的，它由一個高近30米🛷💅🏻、直徑3米的圓筒體，底部設有氣體分布裝置，內部裝有換熱管，氣固分離裝置和反應催化劑顆粒所構成❄️。原料氣體在一定的溫度和壓力下通過處於懸浮狀態的催化劑顆粒層，發生化學反應而生成苯酐㊙️。理想的流化床反應器的特點是氣固兩相接觸均勻🏭，能保持整個反應器內的溫度均一恒定，反應放出的熱量能夠及時移出👮🏼‍♀️，在氣固相反應或者是氣固相催化反應中，具有獨特的優越性🍦。

 

    金湧同誌在工廠時就特別註意觀察琢磨流化床反應器的狀態，發現現有流化床反應器存在很多問題🪯🫳🏼，床層結構、操作狀態均未達到較理想的設計和操作狀態，苯酐的收率和選擇性都不高🧖🏿‍♂️🏄‍♀️。為了提高生產技術水平，金湧當時也同工人和技術人員一起嘗試進行了一些技術改造⚪️♌️，但限於當時的條件和技術的復雜性，效果並不明顯♻。由於流化床在化學工業中的優點和重要性，開始受到越來越多的註視🛞，成為國際學術界與工業界是熱門研究課題🧑🏿‍🔬，取得了迅速的進展🍮。而那時國內的“文化革命”運動正熱，學校根本不可能開展真正意義上的科研🦴⛎，文獻查閱，學術交流都很缺乏➙🆘，問題難以解決是在情理之中。但問題一直縈繞在他的頭腦中，始終也放不下。粉碎“四人幫”後，科學的春天來到了，學校的科研工作開始逐步走向正軌。正是在這個大好的形勢下🧏🏼‍♂️，金湧與一些同誌合作很快組建了一個科研小組，開始進行有計劃的系列研究👨🏽‍🏭。

 

    首先針對在北京化工二廠生產實踐中的問題，研究解決方案🔻。通過實驗研究與分析♜，要提高氣固接觸效率，提高反應轉化率和選擇性，必須從減小氣泡的尺寸加強氣泡相與乳相間傳遞速率為著眼點🍘。通過查閱大量文獻知道在流化床內部采用構件可以有效地破碎氣泡。國內外有的流化床采用垂直👳🏻、水平構件，有一定的效果👷🏽‍♂️，但是，金湧教授仔細分析和試驗後認為🦻🏼：垂直、水平構件各有優缺點，我們要研究如何吸取它們的優點，摒棄其缺點。在多次試驗研究的基礎上科研組開發了塔式組合內構件💅。在實驗室完成冷態模型研究後🎐，在山東一個廠進行熱態工業性實驗👨🏼，但實驗結果發現產品收率、轉化率均未見有明顯提高。當時，廠裏的積極性也沒了，學校裏也頗有議論，周圍的輿論壓力也不同程度地存在，但大家並沒有因此放棄，而是在實驗室進一步開展實驗，找出問題的症結☦️，進一步改進內構件設計，再次在湖北一個苯酐廠進行工業性實驗🧜🏽。為穩妥進行實驗👱‍♂️，本次實驗首先在直徑為1米的反應器上進行，然後又上升到2米和3米反應器♣️。湖北的工業性實驗，不知往返湖北有多少次，克服了很多預想不到的難題。湖北夏天的氣溫達到40度，流化床爐內反應溫度達到300多度，實驗現場溫度在50度左右，試裝構件幾上幾下🤶🏿🚌，其艱難程度可想而知。但無論多麽艱難都不能擋住他們的步伐🧎🏻‍♂️🚵🏻‍♂️，終於在工業反應器上取得了成功，使苯酐的收率提高4～5％🥎🧚🏼‍♀️，即從原來的78％提高到83～85％，達到該工藝的國際水平👩‍🍳，1982年當年該廠效益增加數百萬元✸，工廠非常高興。通過對構件的進一步研究完善🪹，形成了塔式構件、脊型構件的系列產品，1985年申報並獲得了國家發明專利授權，並迅速在工業上推廣👩🏽‍🎓，1987年獲得國家發明二等獎。

 

    金湧和他們科研組並不為此而滿足，為進一步將科技轉化為生產力🦹🏽‍♀️，他們又開始在維尼龍行業進行新的開發研究。金湧及科研組的同誌對維尼龍行業的心臟?D 醋酸乙烯合成反應器進行了研究革新，用獲得的專利技術?D復合內構件對其進行改造，大大提高了反應器的生產強度，在不改變工藝條件和僅僅投資十幾萬元的情況下，單臺反應器年創利稅260萬元以上，具有顯著的經濟效益，在同行業中獲得了廣泛的應用，已占全行業反應器的一半©️，尚未包括一些工廠未經學校同意而自行效仿改造的反應器👨‍🚒。與此同時👋🏼，他們的目光也瞄準了國外某大公司壟斷的丙稀晴合成反應器技術👎🏽，通過技術改造，不僅提高了丙稀晴的收率，更重要的是形成了我國具有自主知識產權的技術🫷🏼，節省了大量的專利使用費👰。隨著流化床技術在苯酐、醋酸乙烯💆🏼‍♂️、丙稀晴🌆、三聚晴胺和間苯二晴行業中的推廣應用📶，直接經濟效益超過1億元。由於流化床反應器技術的成功研究和開發應用✏️🦔，獲得了省部委獎勵多項🕢，1996年又獲國家科技進步二等獎。

 

    科研成果在工業實踐中的成功應用源於理論上的突破。金湧和他們的科研組對流態化的流型劃分，溫度、壓力、催化劑粒度及其分布和重度等影響因素對流型轉變的作用進行了深入的研究，這也是當時化工學術界研究的熱點和難點。在認識到可以將流態化的流型劃分為鼓泡流態化和湍動流態化，而湍動流態化較鼓泡流態化具有更高的氣固接觸效率後👯‍♀️，影響流態化流型的因素卻非常復雜🧘🏿‍♀️，包括流化床的結構、反應物流的物理和化學性質🙇🏼‍♀️、操作條件等諸多因素。在理論上尋求突破🏄‍♂️，尋找流型的轉變特征和鼓泡床向湍動床轉變的定量判據，極具挑戰性。金湧和他領導的科研組對上述各種因素進行了系統的研究，提出了湍動流態化形成的定量判據，並對湍動流態化形成機理、狀態控製、判據等形成了較系統的理論，發表了一系列論文，在學術界和工業界受到廣泛重視，所提出的鼓泡流態化向湍動流態化轉變的關聯式，被美國有關領域權威技術咨詢機構推薦給美國若幹大公司在流化床設計時采用🌲，所發表的論文被選為AIChE化學工業研究與開發25年來的優秀外國論文紀念專刊的25篇論文之一🧑🏽‍🌾。

 

    科學研究不會停滯不前🤳👨🏼‍🏫，新的研究課題層出不窮👩🏽‍🦰，有遠見的科學研究工作者目光不會老是停留在固定的目標上👏，金湧院士就是這樣⏲。近年來，由於能源危機的影響🙅🏿‍♂️，超短接觸反應技術的研究成為國際學術界研究的新熱點🚭。金湧院士早就看到這一點，部署了研究計劃。由於該研究起步早，方向把握正確，研究工作突出🤷🏻‍♂️，經專家鑒定處於世界領先地位，尤其是在基礎研究方面，取得了令人註目的成就，被邀請參加由六個國家的九個研究集體合作撰寫的權威專著（Circulating Fluidized Bed），並多次被邀請在國際學術會議作大會報告，使意昂体育2平台FLOTU成為該領域的開創者之一。正是由於在下行循環流化床研究方面的突出成就🩴，並開展與此相關的熱態研究，如煤等離子體快速裂解製乙炔👩‍🦰、重油裂解製乙烯等具有重要價值的化工產品，意昂体育2平台在建設世界一流大學計劃過程中🦨，將下行床的深層次研究與熱態產業化研究列為學校十個重點發展的項目之一。

 

    在整個FLOTU多年的運行過程中💥，形成了不尚空談、腳踏實地解決問題的特點👈🏻。很多課題是來源於工廠企業的實際問題，經過實驗研究深化後🛼，再回到工業實際中去，解決實際問題；同時，從中發現和提出一些共同的問題🙇🏼，再進行理論上的研究🧑🏻‍🦼。在多管式固定床反應器5️⃣🕑、徑向移動床反應器、三相循環床反應器、密相氣力輸送👩🏽‍🦲、旋流幹燥等都取得了較好的基礎研究與應用研究成果，獲得國家和省部委獎勵12項🙋🏿‍♀️，專利20余項🏌️‍♂️🧙🏻‍♂️。正是由於這樣🤽🏿‍♀️，FLOTU超過半數的科研經費來源於企業🔆，與企業建立了密切的關系。

 

    金湧院士領導科研工作中特別註意對年輕人的培養，讓他們在第一線承擔任務✍🏼，如魏飛教授🏗，從93年博士後出站留校以來，在下行床研究方面取得了突出的成績，現在已經是教育部《長江學者計劃》意昂体育2平台的特聘教授。隨著時間的推移，一些創業者相繼退休，研究室又逐步增加了一些新的成員🦽💏，仍然保持十幾位教職工的規模，以年輕人為主，金湧院士更多地在學術上把握方向🫴，不斷拓展研究方向，把青年人扶上馬再送一程。並使FLOTU的團結作戰🙅🪜、協同攻關、不計較個人得失的優良傳統保持下來👨🏼‍🎓，多次成功地組織舉辦了全國👩🏼‍🔧、中日、亞太🤶🏿、中美等大型化工會議和流態化會議，為加強學術交流起到重要作用🙆🏿‍♂️，而不久前舉辦的金湧院士作為中方主席的第三屆中美化工學術會議吸引了中美雙方四十多名院士參加🤦🏼‍♀️，使FLOTU在國內外享有較高的聲譽。