科技成果

1、成果及优势简介

基于对搅拌反应器内时空混沌与跨尺度关联的认识，从理论上解释了流场结构的混沌区和隔离区，创新性地提出了刚柔组合桨、空气射流、混沌电机等界面失稳强化流体混沌混合新方法，研发出刚柔组合、偏心射流等一系列搅拌反应器，建立基于最大Lyapunov指数和混合效率数的混沌监控与放大准则，创建了流体混沌混合强化新技术，研发出了高效节能混沌强化搅拌反应器，电解锰产业、天然气化工产业、湿法磷酸和废水处理等领域得到应用，研究成果获重庆市科技进步一等奖1 项，中国国际发明展览会金奖1 项，中国循环经济协会专利奖金奖1 项。刚柔组合搅拌桨反应器入选中国石油和化工联合会石油和化工行业环境保护和清洁生产重点支撑技术（装备），改造应用装备40 台（套）。

图1刚柔组合桨搅拌反应器

通过研究搅拌反应器内介稳结构失稳动力学与多涡卷混沌吸引子演化规律，多涡卷混沌吸引子调控与过程强化规律，优化大型搅拌反应器的操作参数、结构参数。明确搅拌反应中流动-传递-反应耦合与放大规律，阐明流体混沌特性、介稳流场结构失稳与化学混沌强化的内在联系，建立数据采集-处理-反馈控制的装置，能够自动获取搅拌反应器流场结构信息与非线性耦合动力学信息的智能化搅拌反应装备。

图2 空气射流搅拌反应器

针对传统搅拌反应器运行模式匹配性差、反应器运行控制与数据监测缺乏等问题，采用工业物联网技术，研发了一套集数据在线采集、自动分析计算、远程监控和调控的刚柔搅拌反应器流体时变信号采集与分析终端。该终端主要由流体时变信号采集、信号分析处理系统与智能反馈控制APP组成，通过压力传感器及扭矩传感器采集流体混合过程中压力脉动和扭矩信号，依据互联网信号传输和计算机代码对原始数据进行自动分析及处理，实现刚柔搅拌反应器内混沌特性参数、振动信号、搅拌转速、温度、pH等数据的远程获取并进行反馈调控，形成实时查看、实时报警、远程监控和调控的刚柔搅拌反应器操作模式，并预测设备未来状态的变化趋势。

图3 搅拌反应器流体时变信号采集与分析智能终端

图4 PC及移动端APP调控界面

2、产业化前景及效益分析

将具有信息反馈和智能调控的化工装备应用于精细化工、石油化工、煤化工等领域，强化反应-传质过程，调控物质的定向转化，提高生产效率，实现资源的绿色可持续发展。智能化工搅拌反应器应用于锰、钒、钛、磷等化工领域，通过混沌混合强化机制，提升产品品质，提高资源综合利用率。电化学装备智能化终端应用在电解锰、煤泥和磷石膏污染治理等方面，节约生产能耗，降低污染物排放，并实现废弃物资源化利用。

图5 绿色智能搅拌反应器

通过大数据分析和计算机深度学习，优化装备的参数，实现人机交互、装备轻量化、操作便捷化。进一步加大智能化工装备在传统化工领域的推广应用，如：石油化工、煤化工等领域，不仅提高资源的综合利用水平，更是通过化工装备的智能化，提高化工生产的安全性和长期运行可靠性。推动智能化工装备在新兴领域的应用，引领化工行业绿色创新发展。通过“一带一路”战略与国际合作，将研发的先进化工装备走向国际化工市场。

深入研究化工装备的在线智能监控和调控系统，建立集实时数据采集系统、实时数据分析系统、数据反馈系统于一体化的智能化装备，推动节能减排、智能制造工作，促进相关产业向能源资源节约型、环境友好型和智能生产模式转变。装备智能化的最终目标就是在加快技术转换的同时，降低成本、资源消耗和浪费。将研究的智能化装备应用于电解锰生产，将锰矿中有价资源梯级利用和高附加值利用，如铜、钴、镍等。将智能化装备带入化工生产的每个环节，从可行性研究到实现量产，提高资源综合利用效率。

图6 智能装备与工艺的结合

3、产业化实施条件

· 整合现有实验室及企业资源，打造重庆首家搅拌反应器在线智能调控与反馈试验平台应用示范，进而借助重庆相关高校与科研院所的紧密合作，重点推广，扩大该平台的行业影响力。

· 借助重庆大学化学化工学院作为中国化工学会混合与搅拌专业委员会常任理事单位在行业内部的影响力，加强与行业协会的合作，积极参与协会活动，推介和广大行业内部的影响力。

· 积极参加具有较强影响力的行业展会，如《中国国际工业搅拌及混合技术展览会》、《国际工业搅拌及混合设备展览会》、《国际化工搅拌装置展览会》等，通过平台展示，面向终端企业和专业设备供应商组织专项交流、现场体验活动，进行平台的宣传和体验。

· 借助重庆丰鼎公司“渝工创新”的服务实力，聚焦重庆行业代表性的典型用户，通过辐射上下游相关企业，精准对接企业技术创新团队和企业劳模工作室，从而推动搅拌反应器时变信号智能采集、处理、监控和调控计算机平台及智能终端控制APP在企业中快速应用扩张。