项目名称：含高浓度分散相的搅拌反应器数值放大与混合强化的新技术
获奖类别： 2015年度国家技术发明奖二等奖
主要完成人：杨超、毛在砂、王志侃、雍玉梅、程景才、冯鑫
完成单位：中国科学院过程工程研究所
生物和化工反应器放大是实验室到生产的必经之路，关系到能否减少副产物、简化流程和降低分离负担。国内外普遍使用传统的逐级试验放大方法，成本高、周期长，导致收率大幅下降。数值放大技术（小试 →数值模拟→工业化）是理想的放大方法。传统多相生物反应体系固体原料含量一般为 5%，其余 95%为水。我国是全球最大发酵产品国，反应器总容积约 5000万 M3，每年耗水量约 13亿 M3，废水量约 10亿 M3。如能提高原料浓度（ >15%），则能大幅度降低用水量和废水排放。但是，含高浓度分散相的非均相搅拌反应器放大困难，有 2个难题亟待解决：一是缺少高浓度非均相微观混合的计算模型；二是缺少计算与收敛速度快、准确性高的高效数值方法。
本项目将混合分数方差引入微观混合模型，与欧拉多相流模型耦合，建立了非均相微观混合模型；构建各向异性的非均相湍流模型，提高雷诺时均方法的精度，建立了快而准的算法；从而有效解决了上述 2个问题，发明了实用的数值放大技术、强化非均相混合的向心流搅拌桨和旋转进料混合器，实现了高浓度搅拌反应器数值放大走向工业应用的突破。
主要技术发明点包括：（1）高浓度搅拌反应器的工业数值放大技术，如盐酸吉西他滨反应器数值放大后的选择性比逐级放大提高了 9.7个百分点；（2）发明了强化非均相混合的向心流桨、随轴同步旋转的流体分布混合器，显著提高反应选择性。成功实施了 24台套高浓度搅拌反应器的新设计及工业数值放大，实现了增产降耗；（3）发明了强化微观混合的进料混合器，突破了高浓度反应结晶模拟和粒径多峰分布调控的技术困难，实现了高浓度搅拌反应结晶器的低成本、短周期放大。
授权发明专利 12项（包括 1项美国专利）、实用新型 2项；建立了有自主知识产权、成体系的反应器设计放大软件，获计算软件著作权 11项；SCI论文 53篇，英文专著 1本，会议邀请报告 32次；获中国石油与化学工业协会技术发明一等奖、国际化工奖各 1项，中石化鉴定成果 2项。已在 8家医药、石化和精细化工企业应用；为开具应用证明的 3家企业新增利税 99790万元，近 3年创造利税 25440万元、节支 7472万元。反应器数值放大是共性核心技术，覆盖发酵工程、生物冶金、石油化工、材料等众多工程领域。
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