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2015年 第66卷 第1期 刊出日期:2015-01-05
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    本期封面、广告页、中英文目次表
    化工学报. 2015, 66(1):  0-0. 
    摘要 ( 66 )   PDF (1422KB) ( 235 )  
    相关文章 | 多维度评价
    综述与专论
    优化工业行业空间布局, 实现区域协调发展
    王基铭
    化工学报. 2015, 66(1):  1-6.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141430
    摘要 ( 106 )   PDF (408KB) ( 184 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    在简要分析改革开放36年来中国工业取得的辉煌成就的同时, 针对当前存在的工业大而不强、发展方式粗放、资源能源消耗高、污染排放强度大、核心技术不足、产能普遍过剩、产业布局不合理、与区域经济发展不协调等突出问题, 运用过程系统工程理念, 采用效益理论和均衡理论, 以环渤海经济圈(京津冀鲁辽)为代表, 深入开展了环渤海经济圈石化工业与区域发展的协同研究, 提出了优化环渤海湾石化工业空间布局, 实现与区域协调发展的相关建议。

    石化企业能源管理系统的研发与应用
    李德芳, 索寒生, 刘暄
    化工学报. 2015, 66(1):  7-13.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141521
    摘要 ( 233 )   PDF (4847KB) ( 557 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    石化工业在为经济发展提供物质支撑的同时, 也消耗着大量的能源。石化企业节能降耗的潜力很大, 信息技术在节能降耗方面前景广阔。在对石化企业能源管理业务范围、介质、管理维度进行分析的基础上, 进行了系统的功能设计, 描述了工厂模型, 按照用能优化、管网优化与动力优化3方面刻画了能源优化模型。最后, 从试点企业的应用成效出发, 为石化企业推进能源管理信息化建设提供了借鉴和参考。

    超重力场内气液传质强化研究进展
    桑乐, 罗勇, 初广文, 邹海魁, 向阳, 陈建峰
    化工学报. 2015, 66(1):  14-31.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140863
    摘要 ( 221 )   PDF (1360KB) ( 725 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    气液传质过程广泛存在于化学工业当中。气液传质强化技术的研究, 对缩短工艺流程、缩小设备尺寸、降低投资和运行成本等具有重要的意义。以旋转床为核心装备的超重力技术, 是气液传质过程强化的有效技术之一。经过30多年的发展, 超重力过程强化技术在基础和应用研究方面都取得了长足的进展, 特别是在受混合和传递限制的过程中得到广泛应用。本文从旋转床转子结构出发, 综述了整体旋转式、双动盘式、动静结合式等转子结构的超重力旋转床气液传质强化的研究进展和理论成果, 并展望了超重力旋转床气液强化传质的发展方向。

    水网络与虚拟水的过程系统工程研究进展
    杨友麒, 贾小平, 石磊
    化工学报. 2015, 66(1):  32-51.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140823
    摘要 ( 291 )   PDF (1054KB) ( 497 )  
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    水危机的迫切性已经引起了全世界过程系统工程领域的普遍关注。首先概述了全球和中国水危机的严重情况, 介绍了政府和学术界的对策, 系统地检索了1994年以来对水网络和虚拟水问题发表的文献著作。分3个层次对国内外的研究做了系统综述:①单个企业内水网络系统集成优化, 包括用水网络(WUN)、废水处理网络(WWTN)、总水网络(TWN)和全水网络(CWN)及冷却循环水系统问题、有中水道水网络和间歇水网络问题3个特殊问题;热量和水耗同时最小化的水配置和换热网络问题(WAHEN);多种工艺与能、水网络系统同时集成优化研究;②跨企业多个水网络系统集成优化;③跨地区/国家的虚拟水与产品水足迹研究。这些研究对企业的、跨企业的生态工业园区以及区域产业系统的节水减排和提高水、能的利用效率可以发挥重要作用, 并对解决缺水地区/国家的政策制定提供依据。

    论偶氮染料的偶氮-腙互变异构
    吴祖望, 张蓉, 荣泽明
    化工学报. 2015, 66(1):  52-59.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140958
    摘要 ( 324 )   PDF (865KB) ( 952 )  
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    偶氮染料存在着偶氮-腙互变异构。其中包括两个概念, 一是偶氮体和腙体是一对异构体, 由其结构不同导致其发色和化学性能不同;二是两种异构体在满足某种条件下可以互变。对偶氮体或腙体结构的识别是研究偶氮染料结构与性能的基础。当前染料学术界和产业界对偶氮-腙互变异构有两大误识:偶氮体即腙体, 两者不必加以区分;以及两者既为互变异构, 则时刻处于变化中而无法进行区分。本文针对上述误识, 讨论了两种异构体的结构与性能关系。一个偶氮染料的偶氮体及醌腙体是两种结构与性能, 如紫外-可见光谱吸收、化学反应性能及牢度不同的化合物。通常仅以某种异构体结构为稳定状态存在, 折中结构结决定了它的颜色和染色性能。两者仅在某种特定的条件下可以互相变化。这些条件取决于化合物结构、所处环境条件, 如温度、溶剂、介质pH等环境因素对偶氮-腙平衡的影响。介绍了用其红外光谱、拉曼光谱、核磁波谱、质谱以及晶体的X衍射谱来确认互变异构体的方法。

    降冰片烯与丙烯共聚合的研究进展
    曹堃, 谢冰, 肖智贤, 戴斌斌, 姚臻
    化工学报. 2015, 66(1):  60-66.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140864
    摘要 ( 216 )   PDF (573KB) ( 281 )  
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    继高活性茂金属催化体系成功开发以降冰片烯和乙烯共聚物为代表的高性能环烯烃共聚物以来, 降冰片烯与其他α-烯烃如丙烯的共聚物研究也备受学术界和工业界的重视。本文介绍了降冰片烯与丙烯共聚合的催化剂和聚合机理等方面的最新研究进展, 包括各种不同结构的茂金属催化剂催化降冰片烯与丙烯共聚合的特点及其共聚物的结构分析。C2-对称和Cs-对称的茂金属催化剂催化降冰片烯与丙烯共聚合时链转移反应较多, 以致催化活性较低, 所得的聚合产物分子量偏低。采用限定几何构型茂金属柄型-二甲基亚甲硅基(芴基)(氨基)二甲基钛催化剂进行降冰片烯与丙烯共聚合时, 催化活性可高达107 g polymer·(mol cat·h)-1, 所得共聚物的相对分子质量超过20万, 降冰片烯含量可达70%(mol)且玻璃化转变温度高。

    热力学
    正构烷基酚热力学性质的构效关系
    何伟平, 黄菊, 王德堂, 王天易
    化工学报. 2015, 66(1):  67-78.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140903
    摘要 ( 216 )   PDF (589KB) ( 407 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    选取了150种正构烷基酚的热力学性质作为分析对象。为了研究热力学性质的构效关系, 引入并简化了主量子拓扑指数0P1P。考虑到分子对称性对热力学性质的影响, 为了方便量化对称程度, 将烷基作为类原子处理, 定义了烷基的折算点价和烷基相似度的计算方法, 借助矩阵形式计算了烷基酚分子对称特征指数Q。将0P1PQ与苯环上烷基的数目T、苯环上相邻烷基的对数B作为分子描述符, 利用方差膨胀因子VIF进行筛选, 确定1PTBQ作为构效关系模型的自变量。采用最佳变量子集回归方法, 并根据Akaike信息判据、Kubinyi函数建立了热力学性质定量构效关系模型, 所有模型的相关系数均大于99%, 甚至达到100%。采用交叉验证方法对模型的稳健性和预测能力进行了检验, 结果表明所建模型具有良好的稳健性和预测能力。

    流体力学与传递现象
    催化裂化装置烟气轮机积垢及其增厚机理
    费达, 侯峰, 陈辉, 吴晓磊
    化工学报. 2015, 66(1):  79-85.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140994
    摘要 ( 75 )   PDF (4197KB) ( 201 )  
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    针对近年来炼油厂中出现的催化裂化烟气轮机结垢严重问题, 采用SEM(扫描电子显微镜)对催化剂平衡剂、烟机入口催化剂颗粒和垢样进行了微观形貌的分析, 结果表明, 烟机叶片上的结垢主要是由1~2 μm的催化剂颗粒组成。对催化剂黏附在叶片表面的机理进行研究, 分析黏附力对黏附作用的影响, 结果表明, 催化剂颗粒粒径越小, 越容易被黏附, 与SEM的结果吻合。通过CFD模拟烟机流道内速度场的分布, 验证了黏附力对结垢的影响。

    三角翼涡流发生器纳米氧化镁颗粒污垢特性
    徐志明, 杨苏武, 朱新龙, 张一龙, 刘坐东
    化工学报. 2015, 66(1):  86-91.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140962
    摘要 ( 124 )   PDF (592KB) ( 243 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为了探究三角翼涡流发生器的纳米氧化镁颗粒污垢特性, 选用粒径为50 nm的氧化镁颗粒配制的胶体溶液为研究对象, 研究了在不同水浴温度、颗粒浓度、流速、三角翼间距以及不同布置等工况下三角翼涡流发生器的污垢特性。结果表明:三角翼涡流发生器具有抑垢特性, 水浴温度、浓度、流速对其抑垢能力及结垢速率均有影响, 水浴温度升高、颗粒浓度降低以及工质流速升高都会导致三角翼的抑垢能力增强。三角翼不同列间距的抑垢能力随着布置方式的改变而改变, 采用均匀分布布置形式时40 mm列间距的抑垢能力最强, 而采用同列数布置时80 mm列间距的抑垢能力最强。

    水平管内纯饱和蒸汽强制对流冷凝局部换热特性
    徐慧强, 孙中宁, 谷海峰, 李昊
    化工学报. 2015, 66(1):  92-98.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140754
    摘要 ( 96 )   PDF (638KB) ( 180 )  
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    通过对水平管内饱和纯蒸汽强制对流冷凝换热的实验研究, 分析在管内两相流型为环状流-半环状与波状流时, 质量含汽率、蒸汽入口流速和压力对蒸汽冷凝换热的影响, 并得到了同时适用于这两种流型的计算局部冷凝传热系数的经验关联式。结果表明:局部冷凝传热系数在环状流-半环状流及波状流下均随质量含汽率和压力的降低而减小;在环状流-半环状流下, 随蒸汽入口流速的升高而增大, 在波状流下, 随蒸汽入口流速的增大而减小;实验拟合所得到的换热经验关联式与实验结果符合良好, 偏差在±20%以内。

    自吸式文丘里洗涤器引射特性及其影响因素
    周艳民, 孙中宁, 谷海峰, 苗壮
    化工学报. 2015, 66(1):  99-104.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141131
    摘要 ( 140 )   PDF (579KB) ( 392 )  
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    以自吸式文丘里洗涤器为研究对象, 基于伯努利方程分析了影响其引射量的主要因素, 并通过实验对各因素进行分析验证。结果表明, 自吸式文丘里洗涤器的引射量主要取决于吸液口两侧的静压差、截面积、高度差以及液体在流动通道内的阻力系数。当文丘里洗涤器不引射液体时, 液体流动通道出口截面上的静压力与喷嘴壁面处的压力相等, 远高于喷嘴出口中心和出口平均压力;当文丘里洗涤器引射液体时, 气液两相的动量交换作用, 会在气液界面处产生额外的压力增量, 并以压力波的形式向整个截面传递, 导致有效的吸液压差进一步降低。当吸液压差较小时, 液体的流通面积和阻力系数对引射量的影响明显, 通过增大外套管与喷嘴面积比同时增大喷管出口直径的方法, 一方面能够增大液体流通面积, 另一方面也减小了液相流动阻力, 对于改善液体引射量是有 效的。

    催化、动力学与反应器
    棉杆活性炭负载Co-B催化剂催化硼氢化钠水解制氢的性能
    曲健林, 韩敏, 张秀丽, 徐秀峰, 郭庆杰
    化工学报. 2015, 66(1):  105-113.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140645
    摘要 ( 125 )   PDF (1530KB) ( 316 )  
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    采用棉杆生物质废弃物为原料、H3PO4为活化剂, 在流化床中化学活化制备棉杆活性炭, 并将其作为载体负载Co-B组分, 制备了棉杆活性炭基Co-B催化剂(Co-B/C)。以该催化剂应用于硼氢化钠水解制氢, 系统考察了活性炭活化条件(活化温度、活化时间、活化剂用量mH3PO4/mCS)、水解反应温度及催化剂循环使用次数对催化产氢性能的影响。同时, 使用N2物理吸附、FTIR、XRD和SEM等技术对活性炭载体及催化剂进行了表征。结果表明:在活化温度500℃、活化时间1 h、mH3PO4/mCS为0.75条件下制得的活性炭载体, 负载14.5%Co的催化剂表现出最佳催化性能:反应温度为25℃时, 平均产氢速率可以达到12.06 L·min-1·(g Co)-1, 催化剂表现了较高活性。催化产氢反应的活化能为44.61 kJ·mol-1。循环使用5次后, 催化剂仍保持初次活性的54%。

    纳/微复合结构TiO2负载催化剂的加氢脱硫性能
    汪怀远, 程小双, 王池嘉, 肖博, 蒋凤
    化工学报. 2015, 66(1):  114-120.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141083
    摘要 ( 105 )   PDF (3073KB) ( 216 )  
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    以传统固相烧结法制备的不稳定的层状K2Ti2O5为前驱体, 直接将钛酸钾晶须进行离子交换得到具有纳微复合结构的TiO2载体, 等体积浸渍法制备出MoO3/TiO2催化剂, 运用SEM、XRD、BET、TEM等技术手段对载体和催化剂进行表征, 并考察了该TiO2复合结构负载催化剂的加氢脱硫催化活性。SEM和XRD分析显示:该纳微米复合结构是由纳米颗粒与微米晶须构成的特殊结构, 拥有不同形貌和尺寸的TiO2却具有相同的锐钛矿相。与单独TiO2纳米粒子和TiO2晶须相比, TiO2复合结构负载催化剂表现出更佳的脱硫催化能力, 在温度310℃、压力2.1 MPa、体积空速6 h-1、氢/油体积比600条件下, 催化剂表现出优异的DBT脱硫性能。

    咪唑类离子液体在纤维素酶降解纤维素体系中的作用
    范琳, 王少君, 李坤兰
    化工学报. 2015, 66(1):  121-125.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141062
    摘要 ( 147 )   PDF (651KB) ( 327 )  
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    以1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([Emim]DEP)、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸([Emim]Ac)为研究对象, 考察两种离子液体(IL)对酶法降解纤维素过程的影响。采用超声辅助离子液体溶解纤维素, [Emim]DEP和[Emim]Ac分别使纤维素的结晶度降为53.6%和62.3%。在纤维素酶降解再生纤维素的过程中, 当IL的加入量小于2.0%时, 对酶解过程起促进作用, 其中加入量为0.5%时, 促进作用最强, 酶解率分别提高了11.4%和17.5%。在最优条件下(加入0.5%IL), 测量纤维素酶系中各个酶的酶活, 结果表明离子液体对β-葡萄糖苷酶起到了明显的促进作用, 分别使该酶酶活提高了120%和87%。离子液体降低了纤维二糖对葡聚糖外切酶的抑制作用, 提高了酶解效率。

    [(C2H5)3NH]Cl/ZnCl2离子液体催化合成维生素E
    罗曼, 杜军, 刘作华, 范兴, 周小霞, 陶长元
    化工学报. 2015, 66(1):  126-131.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141011
    摘要 ( 110 )   PDF (728KB) ( 250 )  
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    维生素E合成过程中催化剂用量大、损失严重且不能循环使用, 后处理过程产生大量废液导致严重的环境问题。实验合成了几种Lewis酸性离子液体, 并应用于维生素E合成。研究发现, [(C2H5)3NH]Cl/ZnCl2离子液体催化合成维生素E效果最好, 该离子液体中无机阴离子起主要催化作用, 季铵阳离子易与异植物醇的羟基形成氢键, 能使异植物醇与主环发生定向缩合反应。采用FT-IR研究了[(C2H5)3NH]Cl/ZnCl2离子液体结构和酸性, 并系统考察了其对维生素E合成的影响。随着ZnCl2摩尔分数增加, 离子液体的Lewis酸性增强。在ZnCl2摩尔分数为0.66的[(C2H5)3NH]Cl/ZnCl2离子液体催化作用下, 维生素E的产率可达到87.4%, 该离子液体重复使用5次, 催化性能没有明显下降。

    分离工程
    低浓度纳米颗粒在剪切流中扩散、吸附的简单模型
    乔崇智, 刘文君, 付林伟, 白志山, 赵双良, 刘洪来
    化工学报. 2015, 66(1):  132-141.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140912
    摘要 ( 160 )   PDF (1083KB) ( 310 )  
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    剪切流场中粒子扩散、吸附的微观机理探索为提高分离、传递等典型化工过程的效率提供理论依据。针对旋流分离过程中低浓度污染物纳米颗粒在剪切流场中被螯合剂大颗粒(又称吸附大颗粒)吸附及扩散过程构建近似理论模型, 研究了污染物颗粒扩散及螯合剂捕集吸附与剪切流速度的关系。结果表明, 剪切流的存在对于颗粒的吸附过程起到强化的效果, 剪切流速度越大效果越强, 而吸附的方向(朝向或远离吸附大颗粒)只取决于吸附大颗粒及溶液的特性, 此外低浓度污染物纳米颗粒被捕集吸附的过程主要与颗粒的扩散有关。推导了扩散时间的简洁解析表达式, 扩散时间与吸附大颗粒浓度的4/3次方呈反比, 与粒子的体积大小呈正比。剪切流对吸附的影响及捕集吸附时间的估算, 为物理化学吸附结合旋流分离处理污染物等技术开发提供理论指导。

    纳米聚苯胺改性聚哌嗪酰胺纳滤膜的制备
    李洪懿, 翟丁, 周勇, 高从堦
    化工学报. 2015, 66(1):  142-148.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140919
    摘要 ( 200 )   PDF (6601KB) ( 301 )  
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    以导电态纳米聚苯胺(PANI)为添加剂, 哌嗪和均苯三甲酰氯(TMC)为反应单体, 通过界面聚合反应在聚砜超滤膜上形成复合层制备纳滤膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等对复合膜的性能和结构分别进行了测试和表征。SEM照片证实PANI含量低时, 可以在复合膜上分布得比较均匀;AFM图像看出膜表面粗糙度的增加;膜性能的测试结果证实了添加PANI的复合膜水通量得到了提高, 同时脱盐率也有变化。最优实验条件下, 膜对Na2SO4、MgSO4、MgCl2和NaCl的截留率分别为99.4%、98.5%、85.4%和59.2%。试验结果表明, 加入PANI能够提高膜的水通量, 并提升了膜的脱盐性能。

    新型中空纤维空气隙式膜蒸馏用于海水淡化
    李卜义, 王建友, 王济虎, 刘红斌
    化工学报. 2015, 66(1):  149-156.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141026
    摘要 ( 117 )   PDF (768KB) ( 396 )  
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    利用自制的添加隔热管状隔网并呈螺旋缠绕结构编排的中空纤维膜组件进行了空气隙式膜蒸馏(AGMD)海水淡化过程性能研究, 实验以模拟标准海水(质量分数3.5%, 总溶解性固体含量35000 mg·L-1)为热料液进水, 考察了热料液进水温度、热料液流量、冷凝液进水温度和冷凝液流量对膜通量、造水比和热效率的影响。结果表明, 随着热料液进水温度增加, 膜通量、造水比和热效率均增加;冷凝液进水温度增加, 膜通量下降而造水比和热效率增加;热料液流量增加, 膜通量上升而造水比和热效率明显下降;冷凝液进水流量对膜蒸馏过程性能影响较小。实验过程中产水TDS始终保持在3.0 mg·L-1以下, 相应的离子去除率高于99.99%, 膜通量、造水比和热效率最高可分别达5.87 L·m-2·h-1、5.37和0.943。研究表明, 引入清洁能源取代传统电加热驱动热源将进一步突出膜蒸馏技术的实际应用潜力。

    异步控制Varicol工艺分离愈创木酚甘油醚对映体过程研究
    龚如金, 林小建, 李平, 于建国
    化工学报. 2015, 66(1):  157-163.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140996
    摘要 ( 141 )   PDF (587KB) ( 326 )  
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    模拟移动床技术已经成为手性化合物拆分的重要手段。以Chiralcel OD为固定相、乙醇/正己烷混合物为流动相, 采用一种先进的模拟移动床技术(Varicol工艺)分离愈创木酚甘油醚对映体。针对进出料口位置异步切换模式建立了Varicol工艺数学模型, 采用有限元正交配置法对模型进行求解。从初始循环内愈创木酚甘油醚对映体内部浓度的时间进程曲线分析了Varicol工艺的分离过程。并且设计了5柱 (1-1.5-1.5-1) 构态的Varicol工艺分离愈创木酚甘油醚操作区, 确定了获得单一对映体产品纯度99%的分离条件, 通过实验数据进行了验证。理论和实验研究可以为Varicol工艺的工业应用提供基础依据。

    碳酸氢钠调控五水碳酸镁的合成
    宋兴福, 杨晨, 汪瑾, 孙淑英, 许妍霞, 于建国
    化工学报. 2015, 66(1):  164-170.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141032
    摘要 ( 144 )   PDF (2733KB) ( 256 )  
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    在NaHCO3调控作用下, 通过MgCl2和Na2CO3反应结晶合成了五水碳酸镁(MgCO3·5H2O)。利用SEM、XRD和TG等技术, 结合反应结晶过程中镁离子浓度变化, 研究了工艺参数对结晶过程和产物影响。实验结果表明, 合成五水碳酸镁过程中极易生成MgCO3·3H2O副产物。纯MgCO3·5H2O制备工艺条件为:NaHCO3加入量≥3.00 g·L-1, 碳酸钠加料速率2~50 ml·min-1, 合成温度0~5.0℃。所合成的五水碳酸镁呈棱柱状形貌, 晶体表面光滑, 尺寸20~160 μm。分析表明, 添加碳酸氢钠促进了结晶动力学, 同时 基团对三水碳酸镁晶体的形成具有位阻效应, 但有利于五水碳酸镁晶体形成, 产生晶型调控的协同效果。工艺参数的改变将使得结晶过程发生热力学和动力学控制的转换, 影响结晶产物的晶型晶貌。

    牛磺酸合成工艺的改进
    周彩荣, 梁欢欢, 韩雪巍, 黄明星, 王嬴权, 苏玉
    化工学报. 2015, 66(1):  171-178.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141023
    摘要 ( 250 )   PDF (538KB) ( 1441 )  
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    乙醇胺酯化-磺化法制备牛磺酸工艺分为酯化反应和磺化反应两部分, 用亚硫酸铵代替亚硫酸钠作为磺化反应的原料, 在含氨气体存在下与2-氨基乙醇硫酸酯进行磺化反应, 得到的优化条件为:反应温度为98℃, 反应时间为12 h, 物料配比(n亚硫酸铵:n)为1.65, 分4批加料, 2-氨基乙醇硫酸酯的转化率可以达到76.43%。对磺化反应后的混合溶液的分离提纯进行研究。首先用化学沉淀法除去其中的无机盐(NH4)2SO4, 滤出沉淀物硫酸盐后稍微加热母液, 生成的NH3·H2O分解放出的氨气用于磺化反应过程, 此过程的除盐率达到98%以上。采用溶剂结晶法对含有牛磺酸、未反应完的2-氨基乙醇硫酸酯和不到2%的滤液物系进行分离。用均匀实验设计法考察了结晶温度、结晶时间、降温速率和搅拌速率对牛磺酸结晶过程的影响, 并用软件对实验结果进行回归分析, 得到溶剂结晶较优的工艺条件为:结晶温度为13.9℃, 结晶时间为1 h, 搅拌速率为低速搅拌(350~450 r·min-1), 降温速率为0.5℃·min-1 。在此条件下, 牛磺酸的一次结晶率可达到67.94%, 纯度接近100%。

    木瓜蛋白酶在离子液体双水相中的分配行为
    王伟涛, 蒋志国, 张海德, 彭健, 许英豪, 董安华, 杨雪芳, 蒋欣欣
    化工学报. 2015, 66(1):  179-185.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140555
    摘要 ( 121 )   PDF (562KB) ( 191 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    采用离子液体双水相提取木瓜蛋白酶。首先考察不同浓度、pH、温度的离子液体对木瓜蛋白酶活性的影响, 其次考察不同离子液体双水相体系、离子液体侧烷基链长度及浓度、酶添加量、pH、温度对木瓜蛋白酶分配行为的影响。结果表明:[C4mim]Cl和[C4mim]Br体系萃取木瓜蛋白酶的效果比[C4mim]BF4体系好;高温(≥60℃)对离子液体双水相体系萃取木瓜蛋白酶不利。离子液体双水相萃取木瓜蛋白酶的最佳工艺条件:0.25 g·ml-1的[C4mim]Cl, 0.35 g·ml-1的K2HPO4, pH 8.0, 酶添加量2.0 mg·ml-1, 30℃。此条件下木瓜蛋白酶的酶活性回收率达到95.16%, 纯化因子达到1.5。为今后进一步研究该体系的放大实验或规模化生产奠定了基础。

    过程系统工程
    TE过程闪蒸罐双时间尺度建模与动态特性分析
    罗雄麟, 赵晗, 许锋
    化工学报. 2015, 66(1):  186-196.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140925
    摘要 ( 175 )   PDF (932KB) ( 291 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    闪蒸罐是工业常用的化工单元设备, 在对其进行动态机理建模时, 气相物质的动态特性方程被拟稳态处理转化为稳态代数方程, 而液相仍为微分方程。由此一来, 与气相相关的压力的真实动态信息无法得到, 而是完全依赖于液相相态的变化。基于闪蒸罐的化工动态学机理和“拟稳态”的系统特点, 通过增加快变量的动态物料守恒关系式, 还原系统的气相快暂态过程, 建立了TE过程闪蒸罐的双时间尺度全阶模型。利用奇异摄动方法将全阶模型精确求解后, 与拟稳态模型进行了仿真对比;最后, 设计了全阶模型的压力控制回路, 得到很好的控制效果, 验证了建模方法的合理性和工业应用价值。

    基于最小二乘支持向量机的MIMO线性参数变化模型辨识及预测控制
    冯凯, 卢建刚, 陈金水
    化工学报. 2015, 66(1):  197-205.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141636
    摘要 ( 126 )   PDF (1200KB) ( 388 )  
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    将现有的面向单输入单输出系统的基于最小二乘支持向量机的参数变化模型辨识算法(SISO-LSSVM-LPV), 推广到多输入多输出系统, 实现了面向多输入多输出系统的基于最小二乘支持向量机的参数变化模型辨识算法(MIMO-LSSVM-LPV), 进一步结合基于遗传算法的预测控制算法(GA-MPC), 提出并实现了MIMO-LSSVM-LPV+ GA-MPC的建模控制一体化新架构。仿真结果表明, 该辨识算法可逼近复杂非线性MIMO系统, 辨识精度高, 并且保留了线性回归低计算量的优点, 结合了GA的MPC可实现最优控制量的在线实时寻优, 并取得了良好控制效果。

    基于改进支持向量机的高炉一氧化碳利用率预测方法
    安剑奇, 陈易斐, 吴敏
    化工学报. 2015, 66(1):  206-214.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141482
    摘要 ( 81 )   PDF (662KB) ( 199 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    高炉冶炼是一个具有非线性、大时滞、大噪声、分布参数等特征的高度复杂生产过程。针对目前高炉现场以焦比为能耗评价指标却无法提供实时指导的问题, 研究以一氧化碳利用率为能耗评价指标, 提出一种基于改进支持向量机的高炉一氧化碳利用率预测方法。首先分析高炉炼铁过程机理, 结合互信息法得出影响一氧化碳利用率的相关操作因素。然后鉴于生产数据含噪高的特点, 采用小波去噪方法去除数据噪声干扰, 并且利用灰色相对关联度分析方法对操作参数进行时序配准, 消除时滞影响, 建立高炉一氧化碳利用率预测模型。在建模过程中, 将自适应粒子群与支持向量机回归方法相结合, 以克服模型参数选择的随机性, 提高了模型预测精度。现场实际数据的预测结果表明所提出方法的有效性, 能够实时精确地预测高炉一氧化碳利用率, 为后续高炉的优化操作和节能减排提供了及时有效的决策支持。

    过程工业报警系统可视化监控技术及应用
    高慧慧, 徐圆, 朱群雄
    化工学报. 2015, 66(1):  215-221.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141417
    摘要 ( 108 )   PDF (733KB) ( 373 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    合理有效的可视化监控技术及工具有助于操作员及时理解报警信息并采取响应措施。针对现有可视化技术存在的缺点及不足, 如资源利用不充分、报警等级划分不明确、报警根源分析不彻底等, 构建了4种新型可视化工具:基于信息融合的解释结构模型(静态和动态)、层次高密度报警图、层次优先级色彩图、性能水平趋势图, 分别实现了过程递阶模型建立、报警根源分析、滋扰报警识别、报警优先级划分、报警系统性能常规评估等目的。以TE仿真模型为例, 阐明了上述可视化技术及工具的实用性和有效性, 不仅可以展示报警全貌原始信息, 还可快速识别报警根源、关键报警、滋扰报警以及报警系统性能水平, 实现了高效监控,从一定程度上解决了报警泛滥问题。

    自适应混合粒子群约束优化算法及其在软测量模型参数估计中的应用
    徐文星, 何骞, 戴波, 张慧平
    化工学报. 2015, 66(1):  222-227.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141471
    摘要 ( 86 )   PDF (756KB) ( 155 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    对于软测量模型参数估计问题, 针对传统梯度法求解非线性最小二乘模型时依赖初值、需要追加趋势分析进行验证和无法直接求解复杂问题的缺陷, 提出将参数估计化为约束优化问题, 使用混合优化算法求解的新思路。为此提出一种自适应混合粒子群约束优化算法(AHPSO-C)。在AHPSO-C算法中, 为平衡全局搜索(混沌粒子群)和局部搜索(内点法), 引入自适应内点法最大函数评价次数更新策略。对12个经典测试函数的仿真结果表明, AHPSO-C是求解约束优化问题的一种有效算法。将算法用于淤浆法高密度聚乙烯(HDPE)串级反应过程中熔融指数软测量模型参数估计, 验证了方法的可行性与优越性。

    集成炼油企业生产与能量系统的生产计划优化
    赵浩, 荣冈, 冯毅萍
    化工学报. 2015, 66(1):  228-236.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141493
    摘要 ( 101 )   PDF (1154KB) ( 284 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    炼油企业通常由物料生产系统与能量系统组成。传统的企业生产计划优化通常以生产系统物流优化为主, 能量系统基于物料生产优化结果进行产能优化以满足企业级能源供需平衡。此种优化方法不仅压缩了企业整体优化空间并且降低了燃料油与瓦斯等中间产品的利用率。基于装置能耗模型与能源供需以及中间产品的产耗质量平衡关系, 建立炼油企业生产系统与能源系统的集成优化模型, 通过求解MINLP模型进而实现企业生产物流与能流的集成优化。案例实践表明, 相较于传统分步优化方法, 集成优化方法不仅有效降低了全厂的生产成本, 并且实现了生产的节能减排。

    基于流程模拟的常减压装置过程操作与生产计划集成优化
    董晓杨, 赵浩, 冯毅萍, 荣冈
    化工学报. 2015, 66(1):  237-243.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141548
    摘要 ( 104 )   PDF (576KB) ( 394 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    传统的炼油企业生产计划优化与过程操作优化往往是分离的, 从而造成生产计划优化系统制定出的生产方案可能在实际的生产装置操作上无法实现的情况。为了确保石化企业生产计划制定的方案可行的同时实现过程装置操作优化, 基于流程模拟软件建立了常减压蒸馏装置生产计划与过程操作的集成优化策略, 并提出了该优化策略的有效寻优方法。该方法通过流程模拟软件验证生产计划的可达性, 不断修正生产计划关键变量的优化区间, 在求得生产计划最优解的同时确定装置的工艺操作条件。以某炼油厂常减压蒸馏装置炼油为例验证提出的集成优化方法, 案例证明该集成策略不仅确保生产计划在实际生产的可操作性, 还得到了生产计划与过程装置操作的同步优化。

    竖炉焙烧过程METSIM动态模拟
    卢绍文, 丁进良, 刘琳琳
    化工学报. 2015, 66(1):  244-250.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141539
    摘要 ( 190 )   PDF (733KB) ( 261 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    竖炉焙烧是我国赤铁矿选矿工业中常见的工艺环节。其关键工艺指标是磁选管回收率, 反映了矿石焙烧的质量。但磁选管回收率无法在线实时测量。在实际生产中, 对竖炉焙烧磁选管回收率的控制一般通过运行优化控制实现。而运行优化控制策略的设计需要进行大量工业现场实验, 建立磁选管回收率相对于主要控制变量的动态响应关系, 这样做的成本高, 风险大。为了解决这一问题, 基于冶金模拟软件METSIM设计了竖炉焙烧工艺动态模型, 并采用与实际一致的过程控制软硬件系统建立了竖炉过程半实物仿真系统。通过仿真实验获得磁选管回收率与燃烧时温度设定值之间的动态关系, 并与实际数据进行了比较验证。表明该平台能够作为运行优化控制方法设计的实验和测试工具。

    聚氯乙烯生产过程全流程调度
    田妙苗, 江永亨, 黄德先
    化工学报. 2015, 66(1):  251-258.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141498
    摘要 ( 109 )   PDF (608KB) ( 309 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    研究了电石法制聚氯乙烯(PVC)全流程生产调度问题, 包括从电石生产、盐水电解到氯乙烯(VCM)聚合产品出厂各环节, 其中电石生产和VCM聚合是间歇过程, 其他生产环节是连续过程, 是一个混杂系统调度问题。本文针对过程特性对该问题进行了合理假设, 以包括电耗、库存、产品型号切换、交货延迟等的成本最小为目标, 建立了基于离散时间表示的混合整数线性规划(MILP)调度优化模型, 并针对一个案例进行了调度优化求解和分析, 验证了模型的可行性。

    不确定条件下中间存储时间有限多产品间歇生产过程调度
    耿佳灿, 顾幸生
    化工学报. 2015, 66(1):  257-365.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141414
    摘要 ( 87 )   PDF (608KB) ( 203 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对产品处理时间不确定条件下中间存储时间有限多产品间歇生产过程调度问题, 采用三角模糊数描述处理时间的不确定性, 通过一种模糊排序的方法建立了以最小化模糊最大完工时间的值以及不确定度作为调度目标的数学模型, 提出一种基于改进粒子群和分布估计的混合算法(IPSO-EDA)。IPSO-EDA算法在粒子群更新公式中引入基于所有粒子自身最优位置的优质个体分布信息, 提高了算法的全局搜索能力, 同时采用NEH初始化获得理想的初始解, 采用NEH局部搜索提高算法的局部搜索能力。通过正交实验设计对算法的参数进行调节, 仿真结果表明了所提出算法的有效性和优越性。

    DMTO装置基于IDA与节能潜力框架的能效分析
    顾祥柏, 杨吟, 朱群雄
    化工学报. 2015, 66(1):  259-264.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141441
    摘要 ( 118 )   PDF (759KB) ( 208 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为全面分析技术和管理水平、负荷、生产结构、耗能工质等因素对装置能效、节能量和节能潜力的影响, 提出采用IDA指标分解的能源绩效分析和节能潜力分析的综合框架分析DMTO装置的能效。提出的分析框架能综合并且真实有效地反映出能源使用的活动水平、能源结构和能源强度等因素的影响, 并能量化装置的技术与结构对节能量的影响, 因而可以直观地揭示提高能效、降低能耗和节能的有效实施途径。DMTO装置的示例分析, 验证了IDA能效分析与节能潜力分析方法的一致性和实用性, 为提出方法广泛用于能效管理与节能的实践奠定了坚实的应用基础。

    基于统计量模式分析的T-KPLS间歇过程故障监控
    常鹏, 王普, 高学金
    化工学报. 2015, 66(1):  265-271.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141476
    摘要 ( 92 )   PDF (611KB) ( 241 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    核函数的全影结构投影(total kernel projection to latent structures,T-KPLS)最近在故障监控领域取得了广泛应用, 其实质是对数据矩阵的协方差矩阵进行分解, 没有利用数据的高阶统计量等有用信息, 在进行特征提取时会造成数据有用信息的丢失, 导致故障识别效果差。为了解决此问题, 提出了统计量模式分析(statistics pattern analysis, SPA)与核函数的全影结构投影法(total kernel projection to latent structures, T-KPLS)相结合的多向统计量模式分析的核函数的全影结构投影法(multi-way statistics pattern analysis total kernel projection to latent structures, MSPAT-KPLS)。该方法首先构造样本的不同阶次统计量, 将数据从原始的数据空间映射到统计量样本空间, 然后利用核函数将统计量样本空间映射到高维核空间并在质量变量的引导下将特征空间分为过程变量与质量变量相关、过程变量与质量变量无关、过程变量与质量变量正交和残差4个子空间;最后针对与质量变量相关和残差空间建立联合监控模型, 当监控到有故障发生时进行故障变量追溯。最后将该方法应用到微生物发酵过程中, 并与传统方法进行比较, 发现该方法具有更好的监控性能。

    一种非线性系统在线辨识的选择性递推方法
    周丽春, 刘毅, 金福江
    化工学报. 2015, 66(1):  272-277.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141481
    摘要 ( 95 )   PDF (616KB) ( 207 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对非线性系统的在线辨识, 提出了一种选择性递推岭参数极限学习机方法。首先, 推导了岭参数极限学习机模型节点增加的递推算法, 以有效地更新在线模型。其次, 结合训练模型的相对误差, 提出模型节点递推增加的选择性策略, 以限制模型的复杂度, 获得更简单的递推辨识模型。通过一个典型非线性化工过程的在线辨识, 从多方面比较验证了所提出方法的简单有效, 更适合非线性过程的在线辨识。

    基于PCA-DEA的乙烯装置能效分析
    朱群雄, 陈希, 贺彦林, 林晓勇, 顾祥柏
    化工学报. 2015, 66(1):  278-283.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141458
    摘要 ( 100 )   PDF (499KB) ( 227 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    由于影响乙烯装置能耗的因素较多, 有必要采用相关分析筛选与乙烯装置能效相关的因素, 以确保分析的全面性与有效性。数据包络分析(DEA)作为一种非参数的效率优化分析, 适用于多输入多输出系统的特点能够综合考虑乙烯能效评估中的多因素影响。输入输出指标过多或存在不当指标, 则会导致DEA分辨率过低, 需要对输入输出指标降维。为此, 提出采用主元分析(PCA)降维的PCA-DEA法, 并将该PCA-DEA法应用于某乙烯装置以2001~2010年的月实际生产数据为依据的能效分析中, 得到比单纯选用主要指标的DEA算法和未采取PCA降维的DEA算法更好的能效分析结果。通过与单位综合能耗(SEC)对比, 验证了PCA-DEA方法的有效性, 为乙烯装置能效分析的准确性提供了更为实用的方法。

    基于剩余使用寿命预测的替换时间和备件订购时间联合决策
    蒋云鹏, 郭天序, 周东华
    化工学报. 2015, 66(1):  284-290.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141517
    摘要 ( 107 )   PDF (2532KB) ( 352 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对带有状态监测的单部件系统, 基于剩余使用寿命预测信息, 考虑了替换时间和备件订购时间的联合决策。首先, 利用实时状态监测信息对剩余使用寿命分布函数进行预测;然后, 分别建立了该预测信息下的序贯优化模型和联合优化模型;最后, 进行了实验研究, 利用实际的轴承加速寿命实验对序贯决策和联合决策的效果进行比较。结果表明, 联合决策比序贯决策要好, 同时还避免了序贯决策中决策结果无法实施的问题。

    基于测地线距离统计量的多工况间歇过程监测
    郭小萍, 李婷, 李元
    化工学报. 2015, 66(1):  291-298.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141439
    摘要 ( 111 )   PDF (1019KB) ( 196 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对间歇过程数据具有非线性和多工况的特点, 提出一种基于测地线距离统计量(geodesic distance statistic, GDS)的监测方法。首先, 对多工况间歇过程数据按批次方向展开及标准化, 利用主元分析(principal component analysis, PCA)方法进行降维;然后, 在降维空间获得赋权邻接矩阵, 提出采用改进的Dijkstra (improved Dijkstra, IDijkstra)算法使Dijkstra算法更易于实现, 计算各批次之间的测地线距离, 用以表征非线性多工况数据之间的实际最短距离, 更好地体现批次数据之间的局部近邻关系。通过构造测地线距离α次方统计量Dα进行过程监测, 与欧氏距离平方和D2相比将减小边缘训练数据距离的偏离程度。最后, 通过在数值仿真和工业仿真实例中的应用, 验证所提算法的有效性。

    基于动态优化和反馈控制的聚合反应过程牌号切换策略
    郭青, 刘海艳, 陈娟
    化工学报. 2015, 66(1):  299-306.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141536
    摘要 ( 163 )   PDF (583KB) ( 364 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对单反应器多牌号聚合物生产过程, 提出一种结合动态优化和反馈控制的牌号切换策略。以实验室规模的连续搅拌釜式反应器中苯乙烯聚合牌号切换为对象, 以原料消耗最少为优化目标, 利用迭代动态规划求得切换过程中反应条件和产品性能指标的优化轨迹。引入针对反应温度的路径约束, 使优化后的切换轨迹更易跟踪实现, 防止过渡过程中变量的剧烈波动。仿真结果表明, 这一切换策略可以显著减少牌号切换过渡时间及过渡过程中原料的消耗量, 并能够有效克服进料温度变化的干扰。

    基于多属性性能评估的焦炉加热燃烧过程在线优化控制方法
    雷琪, 颜慧, 吴敏
    化工学报. 2015, 66(1):  307-315.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141483
    摘要 ( 148 )   PDF (630KB) ( 197 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    针对焦炉加热燃烧过程中控制器参数难以适应由加热煤气热值和结焦时间变化等因素引起的火道温度波动的问题, 设计了一种基于多属性性能评估的焦炉加热燃烧过程优化控制方法。首先通过分析焦炉加热燃烧过程的工艺特点及生产需求, 针对过程参数周期差异较大的特点, 提出了基于信息熵的多属性性能评估模型, 实现控制系统的在线性能评估。针对控制系统性能评估不合格的情况, 建立了以火道温度偏差、偏差变化率和调节时间为目标的多目标优化模型, 并采用差分进化算法进行求解, 通过控制器参数的在线调节, 保证焦炉火道温度的稳定。仿真结果表明该优化控制方法在加热煤气热值和结焦时间变化时能较好地抑制火道温度的波动。

    带有精英保留机制的混合差分化学反应算法
    魏民, 杨明磊, 钱锋
    化工学报. 2015, 66(1):  316-325.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141472
    摘要 ( 153 )   PDF (856KB) ( 338 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    传统智能算法在求解复杂的带有多峰特点的优化问题时, 由于其计算量和变异方式的限制很容易陷入局部最优, 并且不具备跳出局部最优进行二次搜索等能力。针对这一问题, 本文提出了混合差分的化学反应算法, 在利用化学反应算法(CRO)良好的全局搜索能力的同时, 使用差分变异策略来加强算法的计算精度。对于优秀分子可能在反应中被消耗掉的现象, 有针对性地加入了精英保留机制来保持种群的优良。本文选取了CEC2005中的测试函数, 特别是几个带有多峰特点的复杂测试函数来分析改进算法的各项性能, 并与几个改进的智能算法进行了对比实验。最终验证改进算法在提高计算精度和全局搜索能力两方面具有良好的效果。

    基于多目标教学优化算法在二甲苯吸附分离过程优化中的应用
    胡蓉, 杨明磊, 钱锋
    化工学报. 2015, 66(1):  326-332.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141473
    摘要 ( 94 )   PDF (679KB) ( 202 )  
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    以C8芳烃混合物的吸附分离过程作为研究对象, 应用多目标教学优化算法(multi-objective teaching-learning-based optimization algorithm, MOTLBO)对模拟移动床多目标优化问题进行求解。采用TMB方法, 建立了模拟移动床模型, 并对两个典型的模拟移动床多目标操作优化问题进行了优化设计。通过与NSGA-Ⅱ算法的比较, 证明了多目标教学优化算法在求解模拟移动床多目标优化问题上的有效性和优势。此外, 还分析了抽出液流量、抽余液流量以及步进时间等对多目标优化非劣解的影响, 优化结果为模拟移动床分离过程的工艺设计和操作提供了依据。

    自增长混合神经网络及其在燃料电池建模中的应用
    李大字, 刘方, 靳其兵
    化工学报. 2015, 66(1):  333-337.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141431
    摘要 ( 90 )   PDF (1517KB) ( 130 )  
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    为了提高非线性辨识的精度, 提出了一种基于混合算子的自增长混合神经网络。该神经网络通过自增长的混合隐含层结构, 包括加算子和乘算子, 形成神经元个数少、结果精确、增长快速的网络。论文在级联神经网络的结构基础上, 提出GQPSOI算法来引导神经网络的结构自增长以及权值更新。通过对燃料电池的建模与比较分析, 证明了方法的有效性和良好的应用前景。

    基于生产数据的原油加工事件跟踪和还原
    张睿, 冯毅萍, 荣冈
    化工学报. 2015, 66(1):  338-350.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141477
    摘要 ( 87 )   PDF (945KB) ( 148 )  
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    生产调度是生产执行系统MES的重要组成部分, 但目前对调度令的执行效果缺乏分析与反馈。为了更及时有效地指导生产, 提出了调度事件跟踪和还原的方法。基于生产数据的分析和处理, 利用多源测量数据之间的信息冗余性, 进行信息整合、事件跟踪与移动合成的方法, 实现了对流程工业现场调度事件的在线跟踪和还原, 尤其适用于原油加工调度。

    基于多元时序驱动的ELM全流程故障预测及其应用
    徐圆, 卢玉帅, 才轶
    化工学报. 2015, 66(1):  351-256.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141452
    摘要 ( 76 )   PDF (657KB) ( 202 )  
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    多元时序驱动建模方法是复杂系统故障预测和系统状态评估的一种有效途径, 其中人工神经网络作为一种数据驱动的处理非线性问题的有效建模工具, 近年来在处理多元时序建模这个问题上得到了较广泛的关注。从全流程的角度出发, 首先, 运用k-近邻互信息方法对多元时序变量进行降维与相关性计算, 从而选择特征变量;其次, 提出了一种改进的趋势分析方法对系统的状态进行实时监测, 并对系统运行状态进行有效细分;最后, 针对系统潜在故障阶段, 应用极限学习机(extreme learning machine, ELM)神经网络方法对其进行故障预测。通过对青霉素发酵过程(penicillin fermentation process)进行仿真实验, 结果验证了所提方法的有效性。

    碳二加氢等温反应过程模拟与操作参数优化
    胡宝龙, 胡贵华, 蒋达, 钱锋
    化工学报. 2015, 66(1):  366-372.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141562
    摘要 ( 101 )   PDF (759KB) ( 226 )  
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    以碳二加氢等温管式固定床反应器为研究对象, 利用计算流体力学(CFD)方法建立了与外界有热量交换的二维均相流反应器模型, 通过添加气固能量方程, 建立了多孔介质区内部热交换与气固耦合传热的两温度模型。采用遗传算法对反应的动力学参数进行了拟合, 并以加氢选择性最优为目标函数, 对碳二加氢反应的入口氢炔比与反应器的冷却温度进行优化, 得到最优氢炔比为1.18, 最优的冷却温度为334.66 K。最后根据模拟与优化结果, 分析了氢炔比和冷却温度对加氢反应选择性的影响, 对提高加氢反应器的操作性能具有重要的意义。

    乙炔加氢反应系统操作优化策略
    田亮, 蒋达, 钱锋
    化工学报. 2015, 66(1):  373-377.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20141592
    摘要 ( 149 )   PDF (726KB) ( 686 )  
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    乙炔加氢反应系统是乙烯生产流程中的重要装置, 在催化剂反应动力学模型和失活模型已知的情况下, 研究两组串联反应器中除炔负荷的最佳分配。通过优化计算结果显示, 一段反应器入口氢炔比尽量控制在1.0以下, 二段反应器的氢炔比根据实际需要可以从1.9逐渐提高到3.5。考虑实际的操作费用和产品价格因素, 在负荷分配优化操作的前提下, 进一步研究了反应器切换再生对整体经济效益的影响。为使其整体效益最大, 一段反应器应该使用14个月后切换再生, 而二段反应器使用4个月后就需要切换再生。

    生物化学工程与技术
    产青蒿二烯的人工酵母细胞的构建及发酵优化
    郭睿, 丁明珠, 元英进
    化工学报. 2015, 66(1):  378-385.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140956
    摘要 ( 194 )   PDF (1497KB) ( 772 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为了异源合成抗疟疾药物青蒿素重要前体青蒿二烯, 以酿酒酵母作为底盘细胞, 利用基因工程手段构建功能人工酵母细胞。为提高基因拷贝数, 并增加重组菌株基因型的稳定性, 选择酵母基因组中多拷贝位点Delta为整合点, 实现酿酒酵母内源基因tHMGRERG20的过表达以及外源基因ADS的整合。过表达tHMGRERG20基因增加了酵母体内半萜类物质共同前体法尼基焦磷酸FPP的积累量;而导入外源基因ADS, 实现了酵母生产青蒿二烯。经过摇瓶发酵优化实验, 人工酵母菌株青蒿二烯产量为225.3 mg·L-1;为了进一步提高青蒿二烯产量, 经过发酵过程优化和补料策略, 人工酵母菌株在5 L发酵罐中青蒿二烯产量达到1.05 g·L-1

    能源和环境工程
    新型准对称无机膜的正渗透去除Cd2+的效能
    钟溢健, 张济辞, 吴子焱, 尤世界, 王秀蘅, 任南琪
    化工学报. 2015, 66(1):  386-392.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140913
    摘要 ( 218 )   PDF (4655KB) ( 889 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    正向渗透(forward osmosis, FO)是一种以溶液渗透压差为驱动力的新型膜技术。课题组在先前研究中使用微界面溶胶凝胶法制备了一种全新的准对称结构无机薄膜(QSTFI膜), 与传统的有机聚合FO膜相比具有更大的优势。本文考察了QSTFI膜分离去除水中重金属Cd2+的效能, 讨论了Cd2+浓度、提取液浓度以及膜表面带电性对Cd2+去除的影响机制。采用扫描电子显微镜(SEM)表征了QSTFI膜的微观形貌, 使用能量色散光谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征了膜的化学组成, 并使用原子力显微镜(AFM)表征膜表面带电特性。结果表明, QSTFI膜表面带负电荷, 能够与液相主体中的Cd2+通过静电引力形成双电层结构, 双电层的Debye厚度越大越有利于膜对Cd2+的截留。FO实验测试中原液Cd2+浓度为10 mg·L-1的条件下, QSTFI膜对Cd2+截留率超过99%, 水通量最大值可达到69 L·m-2·h-1(提取液为2.0 mol·L-1 NaCl)。本研究为拓展FO技术在含重金属废水处理的潜在应用前景提供了理论依据和指导。

    五箱一体化活性污泥工艺的数学模拟与校正
    陈文亮, 吕锡武, 姚重华, 王佳
    化工学报. 2015, 66(1):  393-401.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140970
    摘要 ( 110 )   PDF (1159KB) ( 146 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    对五箱一体化活性污泥工艺进行了数学模拟研究, 针对模型中的动力学参数提出了一种迭代计算的校正方法。该方法结合了6个批式实验模拟(氨氮吸收速率AUR、硝氮吸收速率NUR、耗氧速率OUR、厌氧释磷速率PRR、好氧吸磷速率PUR_aerobic和缺氧吸磷速率PUR_anoxic)、灵敏度分析以及数学优化方法(遗传算法):通过迭代计算确定合适的污泥组分比例, 完成对6个批式实验的模拟;灵敏度分析可以分别确定各个批式实验模拟中参数对模拟结果的影响程度, 挑选待优化参数, 完成参数识别;数学优化方法可以自动对参数进行校正。结果显示, 校正后的模型对五箱一体化活性污泥工艺的模拟效果较好:6个批式实验的模拟值与测量值之间的平均相对误差(ARD)分别为5.65%、17.27%、6.02%、7.11%、13.07%和6.98%;30 d动态出水COD、NH4+-N、TN和TP的ARD值分别为4.72%、18.87%、9.45%和38.11%。研究结果表明, 提出的迭代方法可以用来对活性污泥模型进行校正, 而且校正效果较好。

    膜曝气生物膜反应器内流场的CFD模拟及组件优化
    吴云, 张楠, 张宏伟, 贾辉
    化工学报. 2015, 66(1):  402-409.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140975
    摘要 ( 204 )   PDF (6064KB) ( 228 )  
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    基于数值模拟的方法研究了不同填充方式、填充密度、循环流量下膜曝气生物膜反应器(MABR)内流场特性。研究结果表明, 随机填充时, 反应器内存在偏流沟流现象, 且进口处动能损失大;规则填充时, 截面流速稳定区域较长, 更适于MABR生物膜的生长。填充密度对MABR壳程速度场的影响显著, 并且存在一最佳值;当填充密度为30%时, 反应器整体速度场比较均匀稳定。实验采用三维电磁测速仪对实体模型进行流场测量, 得到反应器内流场速度与模拟值接近, 误差小于10%;当循环流量为7.62 L·min-1时, 反应器截面平均流速可以维持在0.026 m·s-1, 并且进口最大流速低于0.20 m·s-1, 不会导致生物膜的脱落, 该稳定的流场分布符合MABR内部的速度场分布需求。

    热活化过硫酸盐降解水中卡马西平
    邓靖, 冯善方, 马晓雁, 邵益生, 高乃云, 李军
    化工学报. 2015, 66(1):  410-418.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140943
    摘要 ( 253 )   PDF (630KB) ( 486 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    以典型抗癫痫药物卡马西平为目标污染物, 研究热活化过硫酸盐(thermally activated persulfate, TAP)技术对其的降解效果。此外, 还考察了过硫酸盐初始浓度、温度和零价铁投加量等对降解效果的影响。结果表明, 随着过硫酸盐初始浓度的增加, 降解速率常数提高, 不同温度下卡马西平降解速率常数与过硫酸盐初始浓度表现出良好的线性关系。提高系统温度能够提高卡马西平的降解速率。TAP氧化卡马西平符合拟一级动力学, 反应活化能Ea为(120.4±2.6)kJ·mol-1。在TAP系统中加入少量零价铁能够显著地提高卡马西平的降解速率和矿化度。当温度为60℃时, 零价铁的最佳投加量为0.05 g·L-1。硫酸自由基易于对卡马西平分子结构中氮杂卓环的烯烃双键进行攻击, 主要生成羟基化卡马西平、环氧卡马西平、吡啶类醛和酮等中间产物。

    医疗废物焚烧炉启炉过程二噁英排放特性
    王奇, 陈佳, 王超, 李敏, 陈彤, 陆胜勇, 李晓东, 蒋旭光, 严建华
    化工学报. 2015, 66(1):  419-425.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140995
    摘要 ( 249 )   PDF (744KB) ( 455 )  
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    选择了位于华东地区的某医疗废物焚烧处置设施开展启炉过程与正常工况下烟气和飞灰的二噁英排放特性对比研究。数据显示, 启炉后期烟气中二噁英的浓度达到1.68 ng I-TEQ·m-3, 在焚烧炉温度稳定以后12 h, 达到2.77 ng I-TEQ·m-3, 飞灰中二噁英毒性当量水平也达到4.5 ng I-TEQ·g-1。启炉过程中烟气中气相二噁英所占比例逐渐增加, 从平均占到50%增加到超过90%。启炉过程中烟气二噁英排放速率高于其正常达标时的排放水平, 最高值为58.1 mg I-TEQ·h-1, 超过正常排放的40倍。一个启炉周期二噁英的排放总量达到0.785 mg I-TEQ, 达标正常工况下二噁英的年排放总量为8.4 mg I-TEQ, 按照平均每年3次启炉来计算, 启炉过程二噁英的排放量占到全年正常排放的28%。

    多孔球层内水的过冷与蓄冷特性
    赵群志, 章学来, 刘田田, 梁笑阳, 罗孝学, 丁磊
    化工学报. 2015, 66(1):  426-432.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140910
    摘要 ( 141 )   PDF (8536KB) ( 309 )  
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    影响水过冷度的因素很多, 同样实验条件下水的过冷度并非一个定值, 多孔球层的存在对水的过冷度产生一定影响。对蒸馏水和不同球径的多孔球层介质进行了32次过冷度测定实验, 并对蒸馏水和多孔球层介质的蓄冷特性进行了实验研究。过冷度实验结果采用统计方法进行分析, 并用CCD相机和热像仪对过冷现象进行观察。结果表明:大温差降温条件下水的平均过冷度要小于阶梯缓慢降温条件下水的过冷度;多孔球层球径越小, 平均和峰值过冷度越小, 但直径为11 mm出现特例, 其平均过冷度比8 mm直径多孔球层要小, 峰值也比8 mm的小;多孔球层固体基底的存在大大缩短了蓄冷相变时间。

    干-湿冷却系统对空冷机组热经济性影响的分析
    郭民臣, 纪执琴, 安广然, 李安生
    化工学报. 2015, 66(1):  433-440.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140990
    摘要 ( 108 )   PDF (538KB) ( 269 )  
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    受环境温度影响, 空冷机组夏季工况的运行背压高, 严重限制了机组的带负荷能力, 并影响机组的热经济性和安全性。分析了一种干-湿混合冷却系统, 将汽轮机排汽分流出一部分通过循环水冷却, 以降低机组夏季工况背压。建立了干-湿混合冷却系统对机组热经济性影响的数学模型, 并以某330 MW直接空冷机组为例揭示了机组背压和净功率随主蒸汽流量、湿冷分流量以及环境温度的变化规律。结果表明:主蒸汽流量为1120 t·h-1、湿冷分流量为175 t·h-1时, 机组出力从326.266 MW达到330 MW满负荷运行, 提高了3.734 MW, 背压由46.8 kPa下降到31.9 kPa, 机组的热耗率降低了110.9 kJ·(kW·h)-1, 发电标准煤耗率降低了4 g·(kW·h)-1

    生物质燃油碳烟颗粒的形貌、结构与组分表征
    张斌, 胡恩柱, 刘天霞, 胡献国
    化工学报. 2015, 66(1):  441-448.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140926
    摘要 ( 174 )   PDF (6728KB) ( 439 )  
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    通过微乳化工艺分别把不同含量的精制生物质裂解油与柴油进行混合(micro-emulsified biomass fuel, MEBF), 研究了该类燃油碳烟颗粒的形貌与结构, 并对其组分进行了表征。结果表明:该类燃油碳烟的一次颗粒形貌均为球形, 而且一次颗粒之间互相连接构成链状团聚物。同时, 精制生物质裂解油含量为20%(质量)(BS20)的混合油碳烟颗粒的平均粒径最小, 约为32 nm, 其他含量混合油碳烟颗粒的平均粒径均在38 nm左右。BS30石墨化程度高于其余碳烟, 且BS20颗粒表面C=O和C—O—C基团含量较高, 可能归因于混合油燃烧过程中复杂含氧组分的氧化程度不同。

    Fe2+/H2O2体系内各种自由基在氧化NO中的作用
    赵海谦, 高继慧, 周伟, 王忠华, 吴少华
    化工学报. 2015, 66(1):  449-454.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140976
    摘要 ( 198 )   PDF (530KB) ( 465 )  
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    Fe2+/H2O2体系可分解产生多种氧化性自由基, 主要包括O2-·、·OH和HO2·。本文实验研究了O2-·、·OH及HO2·在Fe2+/H2O2体系氧化NO气体过程中的作用。结果表明:在本实验条件下, O2-·对NO气体的氧化作用不明显;·OH及HO2·是该体系氧化NO气体的主要活性物质, 其中·OH的氧化作用更大。加快自由基的生成速率可以增强Fe2+/H2O2体系对NO气体的氧化能力, 但O2的生成速率同时加快。只有少量·OH及HO2·参与NO的氧化, ·OH与HO2·之间的快速反应是Fe2+/H2O2体系氧化NO过程中H2O2利用率低的主要原因。

    两种典型滤料厌氧氨氧化效果与工艺运行优化
    杨庆, 谷鹏超, 刘秀红, 周瑶, 彭永臻
    化工学报. 2015, 66(1):  455-463.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140914
    摘要 ( 222 )   PDF (3865KB) ( 442 )  
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    为促进厌氧氨氧化在城市污水处理中的应用, 针对陶粒和火山岩两种典型滤料滤池的厌氧氨氧化脱氮效果和关键性工艺参数进行了研究。试验结果表明, 接种挂膜启动生物滤池, 10 d可实现稳定的厌氧氨氧化生物膜, 火山岩滤池生物膜量和EPS均高于陶粒。滤料和反冲洗对厌氧氨氧化滤池实现稳定脱氮具有重要影响, 低滤速条件下火山岩和陶粒滤池厌氧氨氧化效果基本相同, 火山岩滤池和陶粒滤池反冲洗周期均较长, 宜采用单独水冲方式;但高滤速条件下火山岩滤池比陶粒滤池更易堵塞, 滤层有效深度小, 反冲洗方式宜采用气水联合反冲方式, 并相应缩短反冲洗周期、延长反冲洗时间。火山岩和陶粒滤池滤速均不宜高于2 m·h-1, 最高总氮负荷分别可达3.81 kg·m-3·d-1和3.56 kg·m-3·d-1

    材料化学工程与纳米技术
    聚双胍/环氧树脂体系潜伏性固化过程
    王权, 史铁钧, 张焱, 虞伕, 刘建华
    化工学报. 2015, 66(1):  464-470.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140904
    摘要 ( 165 )   PDF (840KB) ( 490 )  
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    用己二胺与双氰胺熔融缩聚, 合成了一种新型潜伏性环氧树脂固化剂, 并研究了其与环氧树脂的固化过程。用FTIR、XPS、1H NMR分析了固化剂的结构;用DSC分析得到了固化剂与环氧树脂的适宜配比、固化体系的适宜固化温度及固化动力学参数;通过XRD分析了固化物的相结构;通过TG分析了固化物的热稳定性。结果表明, 与双氰胺环氧树脂固化体系相比, 固化温度降低近70℃, 同时潜伏性能良好, 30 d内固化度少于10%, 热稳定性能良好, 热分解温度超过300℃。

    Ag3PO4改性PVDF超滤膜的结构与性能
    周婕, 文晨, 吴佳朋, 肖长发
    化工学报. 2015, 66(1):  471-477.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140920
    摘要 ( 131 )   PDF (5944KB) ( 538 )  
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    将不同量Ag3PO4均匀地分散在聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中, 利用相转化法制备了改性PVDF膜, 通过扫描电镜(SEM)、接触角测定、过滤实验和污染性测试等研究了其微结构、分离性和耐污染性等, 并考察了膜污染后的清洗效果。结果表明, 添加Ag3PO4 的PVDF膜具有不同的微结构与性能, 当添加1% 的Ag3PO4时, 膜皮层变薄、微孔数增多, 并呈现出最优化的水通量、亲水性、力学性、抗污染能力和截留率等。采用太阳光-水清洗能使改性膜的通量恢复率达到85%以上。

    层层组装晶种法制备Mg-MOF-74膜及其分离性能
    李芳, 李其明, 于晓飞, 鲍新侠, 刘浩林, 贾坤
    化工学报. 2015, 66(1):  478-485.  doi:10.11949/j.issn.0438-1157.20140988
    摘要 ( 131 )   PDF (8836KB) ( 621 )  
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    以2,5-二羟基对苯二甲酸和乙酸镁溶液为原料通过交替浸渍层层组装法在a-Al2O3载体表面预置晶种层, 再利用二次生长法制备出连续而致密的Mg-MOF-74晶体膜。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对膜进行了表征。实验结果表明:相比于原位溶剂热合成法, 通过2, 5-二羟基对苯二甲酸和乙酸镁交替浸渍层层组装法可以增强Mg-MOF-74与氧化铝基体之间的附着效果, 提高晶体薄膜的致密性与连续性, 实验发现4次交替浸渍层层组装预置晶种可以制备出具有分子筛分性能的Mg-MOF-74晶体膜, 单组分气体渗透测试表明其H2/CO2的理想选择性可以达到8.96, 高于其努森扩散选择性。XRD测试表明该晶体膜的特征衍射峰与文献报告的粉末MOF-74完全一致, 表明Mg-MOF-74晶粒以无取向形式生长于氧化铝载体表面。SEM表征表明Mg-MOF-74晶粒呈麦粒状微观外形, 其BET比表面积可以达到1182 m2·g-1