超声化工过程强化

　　《超声化工过程强化》是《化工过程强化关键技术丛书》的一个分册。全书共分七章，内容包括绪论、声学基础与超声换能器、超声强化化学反应过程、超声强化传质与传热过程、超声强化机械分离与粉碎过程、超声强化在材料化学中的应用及超声强化在过程工业中的应用等。本书凝结了作者在超声化工过程强化领域多年的理论研究和实践开发经验，内容丰富翔实，较好地反映了本学科领域的现状与发展动向，对于实际问题解决具有很好的指导意义。 《超声化工过程强化》可供化工、资源、能源、材料、环保、轻工、食品、医药等相关过程工业领域的科研与工程技术人员及高等院校相关专业研究生、本科生学习参考。

　　吕效平，南京工业大学化学化工学院，教授，博导。主要从事化学工程及超声在化工、石油与环保中应用的交叉学科研究，已有多项省部级与中石化科研项目完成、申请发明专利5项并有六十余篇SCI、EI及核心期刊文章发表、研究成果也多次在国际会议发表。与瑞士洛桑联邦高等理工学院（EPFL）化学工程研究所及法国国立图卢兹高等化学工程师学校（ENSIGC）、法国国家化学工程实验室（UMR CNRS 5503）等国外研究单位有化工模拟、化工传质、气升式环流反应器及超声化工应用等合作研究。组建的超声化学工程研究所在超声应用研究开发工作位于国内前列，专门进行超声强化化工单元操作（乳化、萃取）、超声原油破乳脱盐脱水、超声降粘、超声化学反应、超声清洗、超声处理难降解有机废水和剩余生物污泥、超声化学反应器及设备及微乳柴油开发等方面纵向与横向研究课题，超声回收含油浮渣、超声处理剩余生物污泥等中试项目正在进行中。

第一章　绪论 / 1
第一节　超声化工过程强化技术的重要作用 1
第二节 超声化工过程强化技术的发展历程 2
第三节 超声化工过程强化技术应用简介 6
第四节 超声化工过程强化应用的发展前景与挑战 12
一、发展前景 12
二、挑战 16
参考文献 18

第二章 声学基础与超声换能器 / 21
第一节 声波与声场 22
一、波动方程与平面声场 22
二、声速与声特性阻抗 26
三、声强与声功率 30
四、球面声波 33
五、声波的反射与透射 34
六、声辐射压力与声流 39
七、驻波场与混响场 41
八、声衰减与吸收 44
第二节 超声空化 49
一、空化现象 49
二、液体的空化核理论 50
三、超声空化阈值 51
四、空化理论 53
五、空化的基本效应及空化强度 56
第三节 超声换能器与声处理设备 56
一、超声换能器简介 57
二、超声换能器的主要性能指标 58
三、功率超声换能器种类 61
第四节 换能器变幅杆形式及其应用 74
一、超声变幅杆 74
二、阻抗匹配与调谐 77
参考文献 78

第三章 超声强化化学反应过程 / 79
第一节 超声强化机理和动力学问题 79
一、声空化物理和化学效应 79
二、声化学反应发生的三个区域 80
三、声空化强化机理 82
四、声化学动力学研究 83
第二节 超声强化化学合成过程 85
一、氧化还原反应 85
二、催化或非催化偶联反应 87
三、多组分合成 91
四、固定化脂肪酶反应 92
五、离子液体下的声反应 93
第三节 超声强化电化学反应过程 94
一、概述 94
二、超声电化学强化机理 94
三、声电化学应用 96
第四节 声化学反应器 96
一、常规声化学反应器 97
二、连续式声化学反应器 99
三、超声气升式反应器 100
四、声化学微反应器 102
第五节 声化学反应操作参数的影响 102
参考文献 103

第四章 超声强化传质与传热过程 / 109
第一节　强化原理简介 109
一、超声与物质间的相互作用 109
二、声热学效应 112
三、声学效应 114
第二节 超声强化乳化/破乳过程 116
一、概述 116
二、超声强化乳化/破乳机理 116
三、乳化 119
四、破乳 122
第三节 超声强化萃取与提取过程 136
一、概述 136
二、萃取 137
三、超临界流体萃取 138
四、提取 140
五、湿式冶金浸出 143
六、提取设备 144
第四节 超声强化吸附/脱附过程 145
一、概述 145
二、超声强化吸附/脱附机理 146
三、超声在吸附/脱附过程中的应用 149
第五节 超声强化结晶过程 153
一、概述 153
二、超声强化结晶过程机理 154
三、超声在结晶分离过程中的应用 159
四、超声强化结晶过程的应用展望 162
第六节 超声强化传热过程 162
一、超声强化单相对流传热 163
二、超声强化核沸腾传热与膜沸腾传热 164
三、超声强化过冷沸腾传热 165
四、超声强化饱和沸腾传热 167
五、超声与纳米流体协同强化传热 169
六、超声强化传热小结与研究方向 170
第七节 超声强化蒸发与冷冻（制冷）过程 171
一、蒸发 171
二、冷冻 174
第八节 超声强化干燥过程 181
一、超声强化食品干燥 181
二、超声强化其他产品干燥 191
三、超声强化干燥技术展望 197
第九节 超声强化蒸馏与吸收过程 198
一、蒸馏 198
二、气体吸收 199
第十节 超声强化增溶过程 201
一、药物增溶 201
二、植物蛋白增溶 205
三、超声溶胞增溶 210
四、其他增溶过程 211
第十一节 超声强化油品降黏过程 220
一、概述 220
二、超声强化油品降黏 220
三、超声与化学反应协同强化 222
四、超声与溶剂协同物理强化 226
五、超声与降黏设备协同强化 227
第十二节 超声强化雾化、分散、凝聚与悬浮过程 230
一、雾化 230
二、分散、凝聚与悬浮 237
第十三节 超声强化脱气过程 249
一、超声脱气原理 250
二、超声脱气研究与应用 252
三、铝合金在线超声除气设备 254
参考文献 255

第五章 超声强化机械分离与粉碎过程 / 269
第一节　超声浮选 269
一、超声浮选理论 270
二、超声浮选应用 271
三、超声浮选设备 274
第二节 超声清洗与除垢 274
一、超声清洗与除垢机理 274
二、影响超声清洗效果的因素 275
三、超声清洗与除垢应用 278
四、超声清洗机简介 279
五、超声清洗技术的发展趋势 281
第三节 过滤与超声膜技术、筛分 283
一、超声过滤 283
二、超声膜分离 284
三、超声筛分 296
第四节 超声粉碎技术 300
一、超声粉碎的机理 300
二、超声粉碎机械的特点 301
三、超声粉碎的应用 302
四、超声的其他机械作用 307
第五节 超声除尘技术 307
一、粉尘产生的原因及危害 307
二、超声除尘的工作原理 307
三、超声除尘在工程方面的应用 312
参考文献 317

第六章 超声强化在材料化学中的应用 / 321
第一节 超声对材料的改性 322
一、超声强化层状材料的剥落 322
二、超声对粉末的团聚与分散 323
三、超声强化脆性材料的破碎 324
四、超声对材料表面的改性 325
第二节 超声强化纳米材料合成过程 326
一、超声电化学法 327
二、超声还原法 328
三、超声雾化-热分解法 328
四、超声分解金属有机物 330
五、超声化学沉淀法 331
第三节 超声强化聚合物反应过程 332
一、超声聚合物降解过程强化 332
二、超声自由基聚合反应过程强化 335
三、超声生物高分子微球制备过程强化 339
参考文献 340

第七章 超声强化在过程工业中的应用 / 347
第一节　超声强化采油过程 347
一、概述 347
二、超声强化采油机理与理论简介 350
三、超声强化采油设备的开发 354
四、超声强化采油应用 358
第二节 超声强化污水处理 365
一、机理 365
二、超声强化降解酚类有机废水 368
三、超声强化处理造纸废水 375
四、超声强化处理垃圾渗滤液 377
第三节 超声强化生物污泥减量 384
一、生物污泥的特点与分类 385
二、剩余生物污泥处理方法及现状 385
三、超声强化生物污泥减量原理 387
四、超声强化生物污泥减量过程的工业应用研究 391
第四节 超声强化纺织品和皮革加工过程 393
一、超声强化纺织品加工过程 393
二、超声强化皮革加工过程 403
第五节 超声强化在食品工业中的应用 406
一、低能超声与高能超声 406
二、使用超声的优缺点 407
三、超声对食品与原料的作用 408
四、超声食品工业强化应用 412
五、超声强化食品加工前景 425
参考文献 426

索引 / 432