混合是化学工业以及相关的过程工业等应用领域不可或缺的单元操作之一。《化学反应器中的宏观与微观混合》主要论述评价混合技术和设计优劣的三种实用指标：宏观混合的混合时间、微观混合的离集指数、连续流动反应器的停留时间分布，包括它们的意义、实验测定和数值模拟，以及在混合技术评价上的作用。本书聚焦多种以液相为连续相的化学反应器，包括搅拌槽、环流反应器、固定床等，重点是混合程度和混合速率定量的指标和描述，包括研究的工业搅拌应用背景、混合机理、模型化的研究现状和今后的发展趋势。
《化学反应器中的宏观与微观混合》将为混合设备（例如搅拌槽、环流反应器）的设计、优化和放大提供基础理念、实验测定和数值计算方法，适合化工、制药、材料、生物、食品等领域科技工作者阅读，也可供高等学校相关专业师生学习参考。

毛在砂，中科院过程工程研究所研究员、博导，2004年享受政府特殊津贴。1966年毕业于清华大学化工系，1981年中科院化工冶金研究所硕士，1988年美国休斯顿大学化工系博士。1990~2010年任中科院研究生院兼职教授，讲授“化学反应工程”和“化工数学模型及方法”课，出版教材《化学反应工程学基础》、《化工数学模型方法》。2000年起任Chinese Journal of Chemical Engineering副主编，1999年起任《过程工程学报》副主编。研究方向为化学反应工程和多相流体力学。以含液相的典型多相化学反应器为对象，研究其中多相流动及传递现象的机理和数学模型，注意将多相流体力学、传递原理、平衡态和非平衡态热力学、数值计算方法用于化学反应工程问题，以推动化学工程研究向定量和机理模型的方向发展。1997~2000年负责国家自然科学基金委重大基金子课题“络合催化a-烯烃氢甲酰化的反应工程研究”，2004~2008年负责国家自然科学基金委重大基金项目“多相化工体系中Marangoni效应的机理、模拟及调控”课题，还曾参加多项自然科学基金项目和973项目课题的研究。现主持国家自然科学基金面上项目1项。在Chem. Eng. Sci.、Chinese J. Chem. Eng.等科技期刊上发表论文近200篇，有30余项多相反应技术的专利。获得2001年北京市科技进步三等奖（滴流床反应器的性能和优化模拟研究），2003年中石化集团科技进步一等奖，2006年中国石油和化学工业协会科技进步一等奖（多相体系的化学反应工程和反应器的应用基础研究），2009年国家自然科学二等奖（多相体系的化学反应工程和反应器的基础研究及应用），2015年国家技术发明二等奖（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）。

第1章混合概述001
1.1过程工业中的混合001
1.1.1化学反应器中的混合001
1.1.2单元操作中的混合003
1.1.3均相混合与非均相混合004
1.2混合设备006
1.2.1搅拌槽006
1.2.2环流反应器018
1.2.3高剪切混合器021
1.2.4射流混合器023
1.2.5静态混合器026
1.2.6捏合/挤出设备027
1.3其它形式反应器的混合强化030
参考文献033

第2章混合过程和机理035
2.1混合体系中的流动-宏观混合035
2.1.1搅拌槽的基本流型035
2.1.2搅拌槽流动的数学模型037
2.1.3流动与宏观混合的关系040
2.1.4宏观混合的基本理念041
2.2混合体系中的传热043
2.3混合体系中的传质043
2.4化学反应-微观混合046
2.4.1简单反应体系046
2.4.2平行复杂反应047
2.4.3连串复杂反应048
2.4.4化学沉淀049
2.4.5微观混合的基本理念050
2.5混合研究的发展趋势053
参考文献054

第3章宏观混合的实验研究056
3.1混合的特征指标056
3.1.1混合时间057
3.1.2混合时间的其它定义061
3.1.3宏观混合的其它指标063
3.2宏观混合实验068
3.2.1示踪剂069
3.2.2示踪实验技术070
3.3典型反应器的宏观混合097
3.3.1单液相体系100
3.3.2多相体系101
3.4小结125
参考文献127

第4章宏观混合的模型和数值模拟研究133
4.1 混合时间的经验模型133
4.1.1经验关联式133
4.1.2主体循环模型135
4.1.3扩散模型136
4.1.4分区模型137
4.2混合时间的CFD模型138
4.2.1宏观流场的数学模型139
4.2.2示踪剂传递的数学模型141
4.2.3数值模拟步骤144
4.3单相体系混合的数值模拟145
4.3.1搅拌槽145
4.3.2其它混合/反应设备151
4.4多相体系混合的数值模拟157
4.4.1多相体系的宏观混合数学模型158
4.4.2气液两相体系的宏观混合159
4.4.3鼓泡塔和环流反应器166
4.4.4液固两相体系168
4.4.5液液两相体系170
4.4.6气液固和其它多相体系172
4.5宏观混合数值模拟的新思考177
4.5.1宏观混合的纯流体力学模型177
4.5.2宏观混合和空间均匀分布的关系179
4.6小结180
参考文献181

第5章反应器停留时间分布186
5.1停留时间分布和宏观混合性能的关系186
5.1.1停留时间分布（RTD）186
5.1.2宏观混合的定量指标189
5.1.3RTD与宏观混合时间的联系190
5.1.4反应器中年龄的时空分布192
5.2RTD的实验测定199
5.2.1RTD的测定技术199
5.2.2非理想流动的RTD 200
5.2.3流动反应器的RTD 202
5.3停留时间分布的模型和模拟204
5.3.1停留时间分布的模型化204
5.3.2停留时间分布的数值模拟210
5.3.3不依赖示踪剂的数值模拟211
5.3.4停留时间分布的随机过程模拟216
5.4多相体系的RTD220
5.4.1多相体系RTD的实验测定220
5.4.2多相体系RTD的数值模拟223
5.4.3多相体系中年龄空间分布的模拟232
5.5管式反应器的混合强化233
5.6小结241
参考文献242

第6章微观混合的实验研究245
6.1基本概念和定义245
6.1.1微观混合时间246
6.1.2离集指数254
6.2复杂测试反应258
6.2.1平行竞争反应258
6.2.2连串竞争反应264
6.2.3化学沉淀267
6.3实验方法269
6.3.1离集指数测定269
6.3.2宏-微混合联合测量274
6.3.3微观混合时间的估算279
6.4反应器内微观混合过程研究285
6.4.1搅拌槽反应器285
6.4.2环流反应器315
6.4.3膜反应器323
6.4.4静态混合器328
6.4.5撞击流反应器330
6.4.6其它反应器337
6.5微观混合强化342
6.5.1各种形式反应器的比较342
6.5.2微观混合强化技术344
6.6小结349
参考文献351

第7章微观混合的模型和数值模拟研究358
7.1历史回顾358
7.2经验和机理模型360
7.2.1经验模型361
7.2.2机理模型372
7.2.3宏观和微观混合结合的模型387
7.2.4微观混合时间估算390
7.3基于CFD的微观混合数值模拟390
7.3.1模拟策略390
7.3.2基于加料点流场的模拟392
7.3.3基于全流场的模拟398
7.4多相体系的模拟431
7.4.1液固体系432
7.4.2气液体系434
7.4.3化学沉淀435
7.5全CFD模拟展望461
7.5.1模型和模拟工作小结461
7.5.2机理模型耦合CFD的微观混合模拟463
7.5.3值得深入的课题465
参考文献466

第8章微通道器件中的混合474
8.1微通道器件及应用474
8.2混合性能的表征479
8.2.1微通道的混合性能479
8.2.2混合性能的指标480
8.2.3其它形式的指标483
8.3混合性能的实验测定485
8.3.1可视化实验技术485
8.3.2化学反应探针法491
8.3.3多相体系的实验研究494
8.4混合过程的CFD模型和模拟498
8.4.1计算流体力学方法的适用性498
8.4.2CFD数学模型500
8.4.3LBM方法507
8.4.4微通道混合的数值模拟510
8.5小结527
参考文献528

第9章混合研究的新课题532
参考文献542

符号说明543

索引549