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2010年 第61卷 第6期 刊出日期:2010-06-05
    热力学
    水合物存在条件下CH4和CO2在溶液中溶解度计算
    李遵照, 郭绪强, 田欢
    化工学报. 2010, 61(6):  1341-1348. 
    摘要 ( 1004 )   PDF (826KB) ( 267 )  
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    实验测定了在不同温度、压力条件下,水合物存在时CO2和CH4在水溶液中的溶解度。将Chen-Guo水合物模型和拓展的P-T状态方程应用到水合物存在条件下CH4和CO2在溶液中的溶解度计算,对于V-Lw-H三相条件下CH4和CO2在液相中的溶解度取得了较高的计算精度。本文将van der Waals-Platteeuw模型和拓展的P-T状态方程结合,建立了用于计算高于三相平衡压力条件下CH4和CO2在液相中溶解度的模型。考察了系统压力对CH4和CO2在液相中溶解度的影响。结果表明,压力增加会显著影响CH4和CO2在其溶液中的溶解度。模型基于两点假设经过改进后具有较高的计算精度,能够用于水合物存在条件下CH4和CO2在液相中溶解度的计算。

    流体力学与传递现象
    基于小波包分析和K-OPLS的集成方法在颗粒粒径分布检测中的应用
    陈敏, 贺益君, 王靖岱, 阳永荣
    化工学报. 2010, 61(6):  1349-1356. 
    摘要 ( 1056 )   PDF (2070KB) ( 294 )  
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    颗粒粒径分布的实时在线检测对于调控气固流化床中颗粒的流化特性具有重要意义。基于混料均匀设计法安排实验,以声发射(AE)技术为检测手段,结合小波包分析,提出采用K-OPLS方法构建颗粒粒径分布的声信号预测模型,定量描述小波包能量特征与颗粒粒径分布的非线性变化规律。实验结果显示,留一交叉验证法的均方根误差(RMSE)仅为0.063,表明基于K-OPLS的颗粒粒径分布声信号预测模型能准确测量气固流化床中颗粒的粒径分布,具有良好的工业应用前景。

    气固环流燃烧器内颗粒流动行为
    严超宇, 卢春喜
    化工学报. 2010, 61(6):  1357-1366. 
    摘要 ( 781 )   PDF (3185KB) ( 389 )  
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    针对石油焦及气化余焦的燃烧特点和流态化特性,提出了一种采用气固密相环流烧焦与快速床管式烧焦技术相组合的新型燃烧器结构。在不同操作条件(导流筒区表观气速0.772~1.674 m·s-1,环隙区表观气速0.223~0.519 m·s-1,装置系统的颗粒外循环强度40.8~229.4 kg·m-2·s-1)及两类颗粒体系下,采用光纤测量仪对组合燃烧器环流段内颗粒流动特性进行了系统的实验研究。结果表明,两类颗粒体系的固含率和颗粒轴向速度在导流筒区、底部区和颗粒分流区床层内沿径向的分布规律为中心区小、边壁区大的环-核型分布,体现了气固流化床典型聚式流态化的非均一性特征;在环隙区,受环流段结构的影响,两类颗粒体系的固含率和颗粒轴向速度参数沿床层径向的分布相对较均匀;混合颗粒体系的固含率、颗粒轴向速度较单一石英砂颗粒体系的要小,细颗粒的加入在一定程度上能改善气固混合的均匀程度;两类颗粒体系在底部区和颗粒分流区的径向流动具有剪切破碎气泡的作用,有利于环流段内气固的充分混合接触。

    翅片管换热器内部空气流场的数值模拟与实验研究
    鹿世化, 刘卫华, 余跃进, 黄虎
    化工学报. 2010, 61(6):  1367-1372. 
    摘要 ( 937 )   PDF (2219KB) ( 605 )  
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    空气侧换热是制约翅片管换热器发展的一个主要因素,而风机-换热器单元的内部空气流场分布对空气侧的换热影响显著。本文用数值模拟和实验两种手段对一种“U”型翅片管内部空间的空气流场进行了研究。通过商用软件对该空间进行了三维数值模拟,研究结果给出了整场流速的详细分布。用干冰作为材料,对该空间进行了可视化发烟实验。在不同高度的速度分布上,数值模拟与实验结果吻合较好。结果显示正对风机的速度最大,换热最好。本研究为翅片管的优化提供了数据,为本领域的研究者提供了一个新的思路。

    内置发热体的封闭方腔自然对流换热数值模拟
    张敏, 晏刚, 陶锴
    化工学报. 2010, 61(6):  1373-1378. 
    摘要 ( 905 )   PDF (2092KB) ( 829 )  
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    对底部中心位置具有不同大小内热源的二维封闭方腔自然对流换热问题进行了数值模拟。通过改变内热源量纲1高度b和Rayleigh数的大小,分析了不同工况对封闭方腔内温度场、流场结构和热源表面平均Nusselt数的影响。数值模拟结果表明:b和Ra的大小对封闭方腔内空气的流动换热有着重要影响;热源表面Nuave是Ra和b的增函数,且其增幅随Ra的增加而增加,随b的增加而减小。

    回转窑内传热及燃烧过程的数值模拟
    王春华, 陈文仲, 贾冯睿, 田远航, 刘裕
    化工学报. 2010, 61(6):  1379-1384. 
    摘要 ( 795 )   PDF (1053KB) ( 532 )  
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    运用流体模拟软件Fluent和Matlab分别对碳素煅烧回转窑内气体空间和物料料层内的传热过程进行了研究,预测了窑内烟气、窑内壁和料层的温度分布。结果表明,窑内的高温区域主要集中在挥发分大量燃烧的区段上;二、三次冷空气的引入均会使窑内烟气温度明显下降,但对料层温度影响不显著。将窑外壁的计算结果与其实际测试结果进行了比较,两者吻合较好,说明该模拟方法的适用性,从而为碳素回转窑的优化设计和经济运行提供了指导和依据。

    细小尺度下潜热型功能热流体压降与传热特性
    鲁进利, 郝英立
    化工学报. 2010, 61(6):  1385-1392. 
    摘要 ( 765 )   PDF (1680KB) ( 435 )  
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    实验研究了相变微胶囊颗粒(囊芯材料为正十六烷,壳材为尿素-甲醛树脂)和去离子水混合制成的潜热型功能热流体流过等热流细小圆管的流动与传热特性,同时以去离子水作为传热工质在相同条件下进行了对比实验。得到了压降随质量流量的变化规律,实验段出、入口温度以及量纲1出口温度随Reynolds数变化规律,量纲1壁面温度沿轴向的分布规律,平均Nusselt数随Reynolds数的变化关系。结果表明,相变微胶囊颗粒的加入会导致流动压降增大,但随着流量增加,流动压降逐渐与单相液体的接近;出口温度及壁面温度要比相同条件下单相液体的低;含有较小相变微胶囊颗粒浓度的潜热型功能热流体的平均Nusselt数是相同条件下单相液体的2.0~4.0倍。

    基于粒子图像测速技术的流浆箱阶梯扩散器性能试验
    杜红霞, 王乐勤, 刘锦涛, 杨旭, 程俊, 杨健
    化工学报. 2010, 61(6):  1393-1398. 
    摘要 ( 944 )   PDF (1194KB) ( 431 )  
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    采用粒子图像测速(PIV)系统对两种出口段型式阶梯扩散器的内流场进行了测试,得到了多种流量工况下阶梯扩散器轴向水平截面的速度分布、阻力损失及阶扩处空化等情况。测试结果表明,入口浆速为8~24 m·s-1时,出口段横向速度分布在长径比为3~5时达到均匀,随后圆管出口段横向速度分布再由均匀发展到不均匀,而方管出口段的横向速度在达到均布后,后续流动没有明显不均匀的横向速度分布。入口浆速越大,对纤维的解絮越有利,但随着入口浆速的增大,流动阻力急剧增加,阶扩处空化区域增大,故在纤维充分分散的前提下,入口浆速以不超过空化的临界浆速为宜。研究表明,方管出口阶梯扩散器更适用于高速纸机,适当高的浆速和合适的形状尺寸是获得定量均匀、匀度好纸张的保证。

    旋风分离器旋涡尾端测量及压力特性分析
    高翠芝, 孙国刚, 董瑞倩
    化工学报. 2010, 61(6):  1399-1405. 
    摘要 ( 643 )   PDF (1838KB) ( 388 )  
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    采用多点压力传感器对旋风分离器轴向、径向不同位置的压力时间序列信号进行了测量分析,同时用液体示踪法对旋风分离器内流动进行了显示。结果表明,壁面压力在筒体段及锥体段的周向分布轴对称;锥体下口及料腿顶部区域,壁面压力出现陡降突变,周向分布不再对称,在相对分离器入口约270°方位处出现凹陷,压力降至最低;再往下壁面压力很快回升,又复现轴对称。这些特征可作为旋涡尾端的识别标志,由此识别的旋涡尾端位置与液体示踪显示的旋转的封闭液环位置几乎一致。试验还发现,当入口气速大于5m·s-1时,旋风分离器内外旋流区压力波动的频率不同,内旋流压力波动频率高于外旋流且随入口气速增减而增减,外旋流区的压力信号频率则不随入口气速改变;内旋流涡核碰到器壁处的壁面压力信号会同时具有内、外旋流两个主频率。采用壁面压力信号可以很好地研究旋风分离器旋涡尾端的位置及其动态特性。

    随机分布纤维束间纵向层流时传质的数值模拟
    陈冰冰, 张元平, 高增梁, 金伟娅
    化工学报. 2010, 61(6):  1406-1414. 
    摘要 ( 777 )   PDF (2230KB) ( 248 )  
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    按层流流动理论模型,对纤维为随机分布的中空纤维膜组件的壳程,在恒定壁面传质量和恒定壁面浓度边界条件下的传质现象进行了数值模拟,并得到了不同装填率下传质Sherwood数关联式。结果表明,纵向层流时,随机分布纤维间的传质仍可分进口段和充分发展段。对于某一给定的纤维束,在传质的充分发展段,传质Sherwood数为一个定值,且较纤维束规则排列时小得多,纤维分布不均一性将导致膜组件的传质能力下降。在传质进口段,传质Sherwood数也较纤维束规则排列时要小,装填率不但对传质系数的关联式Sh=BReaScbf(de/L) 的系数B值有影响,且对该式中的Reynolds数的指数a和Schmidt数的指数b值也均有影响。

    粉煤密相气力输送流型
    马胜, 郭晓镭, 龚欣, 黄万杰, 陆海峰, 刘剀
    化工学报. 2010, 61(6):  1415-1422. 
    摘要 ( 717 )   PDF (1375KB) ( 436 )  
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    基于电容层析成像技术对粉煤密相气力输送系统的流型进行了研究,获得了水平管和竖直上升管粉煤密相气力输送系统的典型流动形态。研究结果表明,水平管输送时的流型随时间复杂多变,典型流型有满管流、沉积层流、悬浮流等;统计分析发现,随表观气速不同,存在明显的主导流型;结合固相速度及管道压力信号分析,展示出其与流型之间存在一定的对应关系,进一步证实了密相气力输送系统的不稳定性特征。对竖直上升管的ECT测试结果表明,输送流型为环核结构。

    陶瓷过滤管管壁内气体流动的LBM并行模拟
    孙梅玉, 姬忠礼
    化工学报. 2010, 61(6):  1423-1430. 
    摘要 ( 927 )   PDF (2861KB) ( 594 )  
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    采用格子Boltzmann方法,编制并行程序,计算了陶瓷过滤管管壁内的流体流动,从微观角度对滤管多孔介质结构内的流动进行分析。以陶瓷过滤管管壁扫描电镜图片为基础,根据实际滤管的厚度,确定计算中的多孔介质结构。分析了无膜滤管微细通道内的速度及压力随入口参数的变化情况以及多孔介质结构对速度的影响,给出了压力沿滤管厚度方向的变化曲线;分析了有膜滤管内的流动情况,给出了压力变化曲线,由计算结果可知,滤膜压降占滤管压降的比例较大。对过滤管微孔结构内流动的研究,可为陶瓷过滤管的性能优化提供理论指导。

    水平气液两相流流型图像信息递归特征分析
    李洪伟, 周云龙, 宋倩, 孙斌, 杨悦
    化工学报. 2010, 61(6):  1431-1436. 
    摘要 ( 863 )   PDF (2344KB) ( 277 )  
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    采用高速摄像机在气液两相流实验台上拍摄各种典型流型的流动时频,将单帧图像提取信息熵组成时间序列。对信息熵时间序列进行WVD分析,对气液两相流几种典型流型以及过渡流型的演化轨迹进行解析。同时对序列进行了近年来较少用到的非线性混沌递归图分析(RP),将其分析结果同WVD的分析结果进行对比,在对流型演化轨迹提出新的见解外也对WVD的分析结果进行验证。在分析后将100组不同流型的信息熵序列进行平均值计算,列出随气体体积流量增大的变化趋势图,进一步对流型信息熵与气流量的关系进行说明。最后讨论了气液两相流容积含气率与信息熵的关系。结果表明:流动图像的信息熵序列结合WVD与RP可以对气液两相流型演化轨迹进行很好表征。同时流型图像的信息熵能够对气液两相流各种流型的容积含气率进行表征,是一种有效的流型图像特征参数。
    加压气升式内环流反应器流动特性
    刘敏, 郭志, 史士东, 胡发亭, 毛学峰, 李培霖
    化工学报. 2010, 61(6):  1437-1442. 
    摘要 ( 754 )   PDF (1363KB) ( 493 )  
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    在连续进料的操作条件下,选用水、氮气等作为实验介质,在Φ600mm?000mm的耐压不锈钢环流反应器内进行了实验。获得了下降环隙以及中心导流筒气含率的实验数据,并根据所获得的实验数据给出了中心导流筒以及下降环隙的关联式。从能量衡算的角度出发,对中心气升式加压环流反应器进行了理论分析,根据能量平衡推导出了连续操作模式下液相循环速度模型。同时根据实验所获得的数据确定了模型参数,通过计算可以发现,循环液速会随空塔气速以及体系压力的增加而增大,但是液相循环速度不会随着这两个操作工况无限制的变化,当体系压力与空塔气速大于某个值之后,液相循环速度的基本趋于平缓
    催化、动力学与反应器
    固体酸负载Cu催化剂表征及催化甲醇氧化羰基化
    李忠, 刘媛媛, 郑华艳, 黄海彬, 阴丽华
    化工学报. 2010, 61(6):  1443-1449. 
    摘要 ( 717 )   PDF (1412KB) ( 452 )  
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    采用稀H2SO4和(NH4)2S2O8溶液浸渍Fe(OH)3,高温焙烧制得SO2-4/Fe2O3和S2O 2-8/Fe2O3固体酸,然后与CuCl 混合高温处理制备Cu/SO 2-4/Fe2O3和CuI/S2O2-8/Fe2O3催化剂。该催化剂在CH3OH液相氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)反应中表现出良好的催化活性,明显高于传统CuCl催化剂。载体和催化剂的XRD、NH3-TPD和XPS等表征结果表明,制备的SO2-4/Fe2O3和S2O 2-8/Fe2O3固体酸为超强酸,与CuCl混合高温处理中发生了固体离子交换,形成了负载CuⅠ的低氯催化剂。固体酸载体酸量越多,离子交换负载的Cu离子的含量越高,催化活性越好。550℃焙烧制备S2O2-8/Fe2O3固体酸有较多的酸量,与CuCl热处理获得的Cu/S2O2-8/Fe2O3催化剂具有较好的催化活性,CH3OH转化率达到16.58%,DMC选择性和时空收率分别为97.00%和2.83 g·g-1·h-1,且Cu/Cl原子比达到1.69。

    高温液态水中氯化铜催化葡萄糖分解反应动力学
    卢崇兵, 吕秀阳
    化工学报. 2010, 61(6):  1450-1456. 
    摘要 ( 1526 )   PDF (1807KB) ( 590 )  
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    以纤维素的水解产物葡萄糖为模型物质,利用小型高压反应釜系统地测定了不同反应温度 (423.15K~463.15K)和不同的氯化铜浓度(0~0.08M)对葡萄糖和中间产物5-羟甲基糠醛(5-HMF)分解动力学的影响,结果表明反应温度的提高和氯化铜浓度的增加都能促进葡萄糖和5-HMF的分解反应,提高乙酰丙酸(LA)的收率。采用相关系数比较法确定了葡萄糖和5-HMF分解反应的级数均为一级。利用一级动力学模型对葡萄糖和5-HMF分解反应动力学数据进行了拟合,求得葡萄糖分解生成5-HMF的主副反应活化能分别为134.65kJ.mol-1、144.1kJ.mol-1,而5-HMF分解生成LA的主副反应活化能分别为131.97kJ.mol-1、135.18kJ.mol-1。本文的研究工作能为葡萄糖水解反应机理的探索以及高活性、高选择性催化剂的开发提供重要的基础数据。
    游离态和吸附态铁催化分解过氧化氢
    张学金, 李友明, 陆瑞江, 侯轶
    化工学报. 2010, 61(6):  1457-1462. 
    摘要 ( 1418 )   PDF (752KB) ( 541 )  
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    通过制备差异态铁,研究了差异态铁对碱性过氧化氢的催化分解行为,考察了硫酸镁、硅酸钠及DTPA在差异态铁存在下的功能效果.研究发现,游离态铁以Fe2O3晶体颗粒形式存在,通过吸附在纤维表面或者填充在纤维“孔腔”内形成纤维素吸附态铁;游离态铁减弱了过氧化氢碱性分解,吸附态铁强化了过氧化氢碱性分解.DTPA、硫酸镁显著抑制游离态铁催化分解碱性过氧化氢,将过氧化氢分解率分别降至25%,50%.DTPA、硫酸镁对抑制纤维素吸附态铁的催化分解无效,1 h内碱性过氧化氢分解率达到80%以上.
    超稳Y沸石封装磷钨酸的制备、表征及其催化性能
    曾湘, 袁霞, 吴剑, 罗和安
    化工学报. 2010, 61(6):  1463-1468. 
    摘要 ( 810 )   PDF (1013KB) ( 560 )  
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    采用“瓶中造船”方法制备了超稳Y沸石封装的磷钨酸催化剂PW-USY,并用FT-IR、UV-vis,N2吸附,NH3-TPD等手段对其进行了表征,并与浸渍法制备的负载催化剂PW/USY进行了比较,结果表明在超稳Y沸石超笼中成功合成了具有Keggin结构的12-磷钨酸。在以H2O2为氧源的环己酮氨肟化反应中,封装型磷钨酸催化剂表现出较好的催化活性,选择性较纯磷钨酸有所降低。封装型磷钨酸催化剂重复使用5次后,催化性能没有明显的下降,较负载型磷钨酸而言能较好地解决活性组分流失的问题,显示出潜在的应用前景。
    分离工程
    接枝微粒材料PMAA/SiO2对碱性氨基酸(精氨酸)的吸附性能
    郭建峰, 高保娇, 王蕊欣
    化工学报. 2010, 61(6):  1469-1474. 
    摘要 ( 796 )   PDF (1518KB) ( 464 )  
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    采用接枝法将甲基丙烯酸(MAA)接枝于微米级硅胶表面,制得了接枝有甲基丙烯酸的接枝微粒PMAA/SiO2,采用红外光谱(FTIR)对其化学结构进行了表征,用金相显微镜观察了接枝微粒的形貌。采用静态法研究了功能微粒PMAA/SiO2对碱性氨基酸精氨酸吸附性能,考察了介质pH、离子强度及温度对其吸附性能的影响,探索了吸附机理。研究结果表明,在较大的pH范围内,接枝微粒PMAA/SiO2对碱性氨基酸精氨酸表现出很强的吸附能力,而对酸性氨基酸的吸附能力则很弱; 随着介质pH值的增大,PMAA/SiO2对精氨酸的吸附能力呈现先增强后减弱的规律,在pH=7处,吸附容量可以达到239 mg·g-1;温度升高,吸附容量减小; 盐度增大,吸附容量降低。

    定标粒子理论在加盐萃取分离醋酸甲酯的应用
    杨东杰, 黄锦浩, 陈玉珍, 楼宏铭, 邱学青
    化工学报. 2010, 61(6):  1475-1481. 
    摘要 ( 808 )   PDF (785KB) ( 221 )  
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    采用选择性溶剂化模型和定标粒子理论计算了8种盐类萃取剂在醋酸甲酯-甲醇-水三元体系中的标准摩尔溶剂化自由能,引入盐的溶解参数进行修正,并结合萃取分离实验进行验证,结果表明,随着盐的标准摩尔溶剂化自由能绝对值的增大,有机相中酯的质量分数呈线性增大,而有机相中水的质量分数则呈线性降低。静电相互作用力是影响加盐萃取效果的主要原因,盐与水(或醇)分子之间的静电自由能绝对值越大,盐对酯的萃取效果越好。采用标准摩尔溶剂化自由能的计算值可从理论上定量选择适宜的盐类作为萃取剂。

    乙醇溶析结晶法由棉籽壳制备木糖
    李士雨, 李响, 齐向娟, 韩亚杰, 张玲, 顾承志
    化工学报. 2010, 61(6):  1482-1485. 
    摘要 ( 744 )   PDF (1605KB) ( 532 )  
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    采用乙醇溶析结晶方法,以棉籽壳为原料,经一系列处理步骤,得到一种木糖晶体产品;对该晶体产品进行了红外光谱分析、熔程分析、环境扫描电镜分析、液相色谱分析和粒度分析。结果表明,该晶体产品与由玉米芯得到的木糖晶体具有类似的红外光谱曲线和熔程,但在晶形上,该晶体呈长棱形,而玉米芯木糖晶体呈方形;按本文优化的操作条件进行操作,结晶产品纯度为99.64%,收率为77.6%,中间粒度(M.S.)为151μm,变异系数(C.V.)为47%。表明乙醇溶析结晶是一种很有潜力的结晶方法。
    过程系统工程
    多尺度小波核支持向量回归及其对丙烯浓度的估计与应用
    余艳芳, 杜文莉, 钱锋
    化工学报. 2010, 61(6):  1486-1494. 
    摘要 ( 684 )   PDF (1634KB) ( 494 )  
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    多尺度小波核支持向量回归方法具有较强的鲁棒性和较好的泛化能力,而模型选择是其获得良好泛化性能的关键,其中采用多尺度核方法参数选择的复杂度比单个核方法的参数选择大得多。这里提出了一种构造多尺度Morlet小波核的支持向量回归机的方法,它采用量子聚类方法划分样本类别以确定多尺度核的尺度个数,依赖支持向量数据描述方法对相应样本计算其核宽度,然后用文化算法优化剩下的少量模型参数。结果表明所得到的多尺度小波核模型的泛化能力明显优于单小波核或高斯核情形。分别用3个标准回归数据集Boston housing、Bodyfat和Santa作仿真,结果表明,相对于高斯核方法,多尺度小波核支持向量回归方法的测试集均方差分别减小了6.8%、62.0%和91.3%。同时,该方法对丙烯精馏塔的塔釜丙烯浓度预估表现出较好的泛化能力。它不仅使丙烯浓度训练集模型输出与实际输出基本吻合,而且使丙烯浓度测试集相对误差为0.211,与其他方法相比,其预测误差是最小的。

    生物化学工程与技术
    重组柠檬酸杆菌合成紫色杆菌素的工艺条件优化
    张瑞萍, 蒋培霞, 李春, 邢新会
    化工学报. 2010, 61(6):  1495-1505. 
    摘要 ( 990 )   PDF (2696KB) ( 539 )  
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    以L-色氨酸为前体物,对弗氏柠檬酸杆菌(Citrobacter freundii)基因工程菌株生产紫色杆菌素的工艺条件进行了优化。通过单因素实验研究了培养基种类、培养温度、碳源、溶氧、种子液的状态、接种量、诱导时机、诱导剂的浓度及初始pH对细胞生长和紫色杆菌素产量的影响,通过正交实验研究了这些因素中可能存在交互作用的4个因素(种子液OD660、接种量、诱导时机、诱导剂浓度)的影响主次,确定了这些因素、水平的最佳搭配方案。结果表明,重组柠檬酸杆菌合成紫色杆菌素的最优培养条件为:种子液培养至OD660=3.6时,以3 %的接种量接种于以甘油为碳源、初始pH为6.5的磷酸盐发酵培养基E2(25 μg·ml-1卡那霉素),先在37℃、200 r·min-1下培养至OD660=1.4,然后加入0.5 μl·ml-1的诱导剂正辛烷,同时转入20℃,在150 r·min-1下诱导培养31 h。在此最优条件下,紫色杆菌素粗提物(紫色杆菌素及脱氧紫色杆菌素的混合物)产量可达1.809 g·L-1,比优化前(0.514 g·L-1)提高了252%,是目前国际上其他研究小组报道的最高摇瓶产量(0.43 g·L-1)的4.2倍。质粒稳定性实验结果表明重组柠檬酸杆菌在抗生素选择压力条件下具有良好的遗传稳定性。

    基于元素分析的生物质化学组成快速分析方法
    蒋波, 张晓东, 李岩, 孙立, 许敏
    化工学报. 2010, 61(6):  1506-1509. 
    摘要 ( 855 )   PDF (711KB) ( 647 )  
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    生物质中纤维素、半纤维素和木质素含量的准确分析对于生物质的利用很重要。基于元素分析和集总模型化合物,提出了一种快速、简便分析生物质中主要化学成分含量的方法,并将这种方法用于分析九种不同类型生物质中主要成分的含量。结果发现九种生物质主要成分含量的计算结果与化学方法得到的结果符合良好,分析误差在10%以内。
    能源和环境工程
    不同碳源类型对活性污泥PHA贮存及转化的影响
    黄惠珺, 王淑莹, 王中玮, 郭建华, 彭永臻
    化工学报. 2010, 61(6):  1510-1515. 
    摘要 ( 994 )   PDF (1054KB) ( 424 )  
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    采用经乙酸钠驯化培养的具有吸放磷功能的活性污泥,考察了不同碳源类型对厌氧底物贮存和转化的影响,碳源包括乙酸/丙酸=1/2、乙酸/丙酸=2/1、丙酸、甲醇、乙醇、葡萄糖、淀粉及生活污水。试验结果表明,以乙酸和丙酸为碳源时,系统的底物贮存量较大,其中进水乙酸/丙酸=1/2条件下系统内PHA及PHB含量最多,为6.0 mmolC·L-1及4.25 mmolC·L-1,而乙酸/丙酸=2/1条件下PHV含量最多,为3.69 mmolC·L-1。系统可以利用甲醇、乙醇、葡萄糖、淀粉及生活污水作为碳源物质进行底物贮存,贮存物以PHB为主,但贮存量较乙酸及丙酸低。以乙酸及丙酸为碳源时,磷的释放量随着丙酸含量的增加而升高,丙酸为单一碳源条件下,磷的释放量达到最大值,为16.53 mg·L-1。以淀粉及生活污水为碳源时释磷量小,为3.56 mg·L-1与6.75 mg·L-1,而甲醇、乙醇及葡萄糖为碳源时考察的活性污泥没有表现明显的释磷特性。

    序批式光生物反应器中光合细菌跨膜传输及产氢特性
    谢学旺, 朱恂, 廖强, 王永忠, 王宏, 丁玉栋, 李俊, 叶丁丁
    化工学报. 2010, 61(6):  1516-1522. 
    摘要 ( 774 )   PDF (1411KB) ( 551 )  
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    以沼泽红假单胞菌CQK-01为实验菌种,研究了序批式光生物制氢反应器不同初始底物浓度和初始pH值对光合细菌葡萄糖跨膜传输速率、细胞膜渗透性及产氢性能的影响,计算了光合细菌细胞膜对葡萄糖的渗透系数。结果表明光合细菌细胞膜对底物渗透性及传输速率的影响随菌体生长环境及时间而异;在初始底物浓度较低时,葡萄糖最大跨膜传输速率随初始底物浓度的增大而增大,并在75 mmol·L-1时取得最大值,而不同初始底物浓度下光合细胞膜对葡萄糖的最大渗透系数都约为250 cmg DW)-1·h-1;但高底物浓度下葡萄糖跨膜传输速率减小,最大渗透系数在150 mmol·L-1时仅为116 cm3·g DW) -1·h -1;当培养基初始pH值为7.0时,光合细菌细胞膜对葡萄糖的渗透性最佳,葡萄糖跨膜传输速率最大为9.74 mmol· (g DW)-1·h-1;实验工况下光合细菌平均产氢速率最大为0.26 mmol·L-1·h-1,产氢得率最高为0.63 mol H(mol glucose) -1

    弱碱性亚硫酸盐预处理甘蔗渣过程中脱木素规律
    付时雨, 李坤, 罗小林, 陈成聪, 梁日喜, 詹怀宇
    化工学报. 2010, 61(6):  1523-1527. 
    摘要 ( 993 )   PDF (1116KB) ( 507 )  
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    木素障碍是影响木质纤维素水解转化的主要原因,弱碱性亚硫酸盐条件既能降解木素,又能减少碳水化合物脱水降解。本文研究了甘蔗渣在弱碱性亚硫酸盐条件下的脱木素行为,建立以H因子和亚硫酸钠浓度为变量的蔗渣脱木素的经验模型, 并优化出蔗渣的亚硫酸钠预处理最佳工艺条件为:亚硫酸钠浓度为20%(质量),温度为160℃,保温时间为30 min。

    常温低氨氮污水生物滤池CANON工艺的实现
    王俊安, 李冬, 张杰, 李占, 陶晓晓
    化工学报. 2010, 61(6):  1528-1533. 
    摘要 ( 810 )   PDF (857KB) ( 212 )  
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    基于厌氧氨氧化反应的生物自养脱氮是目前污水处理中最为经济的脱氮途径。采用装有火山岩活性生物陶粒滤料的反应器,在常温(8~25℃)条件下对低NH+4-N(60~90 mg·L-1)城市污水进行试验研究,通过改变曝气等运行工况,经过硝化自然挂膜、优选亚硝酸细菌和培养厌氧氨氧化菌3个阶段之后,实现了生物滤池同步亚硝化/厌氧氨氧化生物自养脱氮。结果表明,DO控制可作为反应器启动的主要控制因子,通过在生物滤池上方水柱中进行曝气和处理水携氧内循环联合的方式,可以实现对生物膜系统内DO浓度的良好控制。运行过程中可以通过pH值的变化来对反应周期进行判断,pH值的第二个突跃点是系统反应周期结束的标志。

    低溶解氧丝状菌污泥微膨胀在SBR中的可行性
    彭赵旭, 彭永臻, 桂丽娟, 刘旭亮, 薛清
    化工学报. 2010, 61(6):  1534-1539. 
    摘要 ( 1064 )   PDF (1273KB) ( 374 )  
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    为了考察污泥微膨胀低能耗方法在间歇序批式(SBR)反应器中应用的可行性,采用实际生活污水进行试验,研究了污泥膨胀的启动、过度膨胀的抑制以及微膨胀的维持方法。结果表明,在pH 7.0~8.0,温度(23±0.5)℃时,连续进水和单纯设置好氧段可以快速启动低氧丝状菌污泥膨胀。减少好氧时间和设置前置缺(厌)氧段可以有效地抑制丝状菌繁殖。微膨胀启动成功后,根据反应条件及处理要求的改变及时调整SBR运行方式,可将系统稳定地维持在微膨胀状态。低氧微膨胀状态下处理实际生活污水,出水氨氮浓度、磷浓度和悬浮物浓度(SS)可分别控制在4.5 mg·L-1、0.2 mg·L-1和5.0 mg·L-1以下。每周期中联合利用DO、pH等在线参数可以实时了解系统生化反应的进程。

    一株反硝化聚磷菌生长及脱氮除磷特性
    王强, 王继华, 张晓琦, 姜欣欣, 杜丛, 马放
    化工学报. 2010, 61(6):  1540-1544. 
    摘要 ( 1148 )   PDF (853KB) ( 359 )  
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    为进一步探讨反硝化除磷机理,试验采用前期分离一株典型的反硝化聚磷菌,研究其生长及除磷脱氮特性。利用纯菌和反应器静态模拟试验考察了不同电子受体对脱氮除磷效率的影响。该反硝化聚磷菌的生长曲线比较典型,其潜伏期不足1h,对数生长期约为14h,菌株除磷过程中吸磷与硝氮去除呈良好的线性关系,对硝氮和亚硝氮两种电子受体都能利用,该菌株相对亚硝酸盐敏感性低,不同的电子受体并未对菌株除磷效果有明显的影响,吸磷率都达到60%以上。反应器静态模拟实验验证了在反应器内存在的主要优势DPB菌对两种不同电子受体都能利用,与菌株实验结果一致。
    菌源处理方式对发酵产氢微生物菌群及产氢性能的影响
    刘义, 樊绍群, 徐耀伟, 樊耀亭, 侯红卫
    化工学报. 2010, 61(6):  1545-1549. 
    摘要 ( 866 )   PDF (679KB) ( 421 )  
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    菌源预处理方式是影响和制约发酵生物制氢效率的关键因素之一。本文以牛粪堆肥为产氢菌源,在20 L连续流搅拌槽式反应器(CSTR)反应器中,考察了红外烘干、浸泡、红外烘干结合曝气、红外烘干结合加糖曝气四种菌源预处理方式对发酵产氢微生物菌落及产氢性能的影响。结果表明,在T为36±1℃、pH为5.0±0.1、C:N:P=500:5:1、底物浓度为10 g/L、HRT为11 h的条件下,牛粪堆肥经红外烘干处理4 h后进一步加糖曝气3天,获得最大产气速率和最大氢浓度分别为0.5089 L H2·L·h) -1和55.5%。通过PCR-DGGE指纹图谱分析对不同菌源预处理条件下发酵产氢系统中微生物群落结构的变化信息进行了比较分析。产氢验证实验表明:在最佳产氢条件下,以红外烘干结合加糖曝气预处理的牛粪堆肥为产氢菌源,以蔗糖为底物,得到的最大氢产量、氢浓度、产氢速率分别为:387.6 ml H2/g-sucrose、55.5%和0.5089 L H2·L·h) -1.液相末端发酵产物中丁酸和乙酸占VFAs总量的75%以上。
    材料化学工程与纳米技术
    碱液中晶须增强PEEK复合材料的摩擦磨损性能
    汪怀远, 朱艳吉, 冯新, 陆小华
    化工学报. 2010, 61(6):  1550-1554. 
    摘要 ( 737 )   PDF (954KB) ( 337 )  
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    研究了不同含量PTW增强PEEK复合材料在碱液中的摩擦磨损性能,并与经典的CF增强PEEK复合材料对比,借助于SEM分析了磨损面和对偶面微观形貌,探讨了相关机理。结果表明,干摩擦时15%(质量)PTW增强PTFE/PEEK复合材料耐磨性是相同含量CF增强时的10.5倍。在碱液中,CF增加了PTFE/PEEK复合材料的摩擦系数、降低了其耐磨性能,而PTW可以进一步降低PTFE/PEEK复合材料的摩擦系数、明显地提高其耐磨性能。含5%PTW可提高PTFE/PEEK复合材料碱液中耐磨性2.36倍。碱液阻止了对偶面转移膜的形成,犁削和磨粒磨损是CF增强PEEK复合材料碱液中的主要磨损机制,而隧道状晶体结构和细微尺寸的纤维态形貌使得PTW在碱液中仍具有显微增强耐磨作用。

    退火对注射成型PC制品力学性能的影响
    王鑫, Yi-yan Peng, 李海梅, 申长雨
    化工学报. 2010, 61(6):  1555-1559. 
    摘要 ( 1296 )   PDF (678KB) ( 551 )  
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    注射成型的塑料光学制品应用日益广泛,但注射成型加工的聚碳酸酯制品通常有较大的残余应力,会对制品的光学性能、力学性能有负面的影响,而退火可减少/消除制品的残余应力。本文考察了退火对不同工艺条件下注射制品残余应力和力学性能的影响。研究的工艺条件包括三水平的变化的模具温度、熔体温度、保压压力、冷却时间等;残余应力的变化通过光弹实验的应力干涉条纹表示,力学性能的变化以拉伸强度、延伸率的变化表示。实验发现,退火前后,不同工艺条件下注塑PC制品拉伸强度平均提高4.5%,最大达9.0%;同时,断裂延伸率平均降低3%,最多减少14%。

    硫酸铵-水-聚丙烯酰胺及阳离子型聚丙烯酰胺体系相分离
    陈文彬, 单国荣
    化工学报. 2010, 61(6):  1560-1564. 
    摘要 ( 997 )   PDF (401KB) ( 514 )  
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    通过测量硫酸铵(AS)-水-聚丙烯酰胺(PAM)、AS-水-阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)双水相体系分相所需的加盐量,评价各种因素对相分离的影响。实验结果表明,添加一些特殊的物质(如液体石蜡、环己烷、正己烷等),以及在有大量单体存在的条件下添加叔丁醇或聚乙二醇200(PEG200),能起到促进分相的作用。考察了单体丙烯酰胺(AM)、温度、搅拌强度、保护剂聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(PDAC)、聚合产物PAM、CPAM对分相所需加盐量的影响。研究发现,体系中大量存在的单体能大幅削弱盐溶液的极性,是阻碍分相的最为重要的因素。

    聚醚改性三硅氧烷表面活性剂的合成与表征
    尹丹娜, 郑成, 张利萍, 张宇
    化工学报. 2010, 61(6):  1565-1570. 
    摘要 ( 876 )   PDF (735KB) ( 566 )  
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    选用聚合度为7的甲氧基封端的烯丙基聚醚来改性七甲基三硅氧烷,采用高效铂络合物催化剂,通过无溶剂界面聚合,在氮气保护下进行硅氢加成反应制备三硅氧烷类有机硅表面活性剂,用IR对其结构进行表征,并将其与同类有机硅产品进行水解稳定性对比。优化工艺条件为:nAEMnMDHM=0.9∶1,反应温度100℃,反应9 h,催化剂用量为12×10-4%(以铂原子计),在该条件下七甲基三硅氧烷的转化率为86.7%。结果表明,产物CMC为0.021 g·L-1γCMC为17.61 mN·m-1,其表面张力在强碱和酸性条件下随时间变化最小,产品水解稳定性优于一般同类有机硅产品,适用于更宽的pH范围。

    PBT/PC合金塑料的性能与微观结构
    吴承旭, 周健, 李雪飞, 李磊
    化工学报. 2010, 61(6):  1571-1576. 
    摘要 ( 995 )   PDF (2070KB) ( 474 )  
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    分别以丙烯酸酯与缩水甘油酯双官能化的乙烯类弹性体KT-22与具有“核-壳”结构的S-2001作为增韧剂,以聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)与聚碳酸酯(PC)作为基体材料,通过熔融共混挤出工艺,制得高韧性的PBT/PC合金。研究了增韧剂含量对合金的力学性能、流动速率、维卡软化温度的影响;用SEM对PBT/PC合金塑料的断面形貌进行了分析研究。结果表明:增韧剂KT-22和S-2001对PBT/PC合金塑料具有良好的增韧作用,但弹性体S-2001的增韧效果优于弹性体KT-22。

    相反转法制备超细Bi-Pb-Sn-Cd易熔合金粉
    马寒冰, 陈章
    化工学报. 2010, 61(6):  1577-1581. 
    摘要 ( 681 )   PDF (2631KB) ( 225 )  
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    用相反转法将含分散剂的水滴加到熔融的Bi-Pb-Sn-Cd易熔合金液中,制备了一系列超细合金粉,使超细粉的制备与表面修饰同步进行,系统研究了制备过程中温度、搅拌速度和分散剂浓度对超细合金粉粒径的影响。实验结果表明,随着水在合金液中含量的增加,体系发生相转变,合金从连续相逐渐破裂成分散相而形成超细金属粉,同时改性剂以物理吸附的方式对超细金属粉进行表面改性;制备温度、搅拌速度和分散剂浓度对合金粉粒径有明显影响,以浓度为1%的油酸钠为分散剂,温度为85℃,搅拌速度为1750 r·min-1,可制得平均粒径为0.3 μm的超细Bi-Pb-Sn-Cd合金粉。为获得满意粒径和表面改性效果的超细合金粉,必须将制备温度、搅拌速度和分散剂浓度控制在适当的范围。

    聚3,4-乙烯二氧噻吩聚苯乙烯磺酸复合LB膜对有机电致发光器件性能的优化
    郑华靖, 蒋亚东, 徐建华, 杨亚杰
    化工学报. 2010, 61(6):  1582-1586. 
    摘要 ( 654 )   PDF (1196KB) ( 305 )  
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    采用Langmuir-Blodgett(LB)膜诱导沉积法制备聚3,4-乙烯二氧噻吩高度有序导电聚合物复合薄膜,研究了薄膜的导电性能并进一步研究薄膜在改善器件性能方面的作用。将其应用于有机电致发光二极的空穴缓冲层,将聚3,4-乙烯二氧噻吩聚苯乙烯磺酸复合LB膜沉积于铟锡氧化物(ITO)电极上,制备了以复合LB膜为空穴缓冲层的有机电致发光二极。发现复合LB膜改善了器件性能(启动电压降低、最大亮度增加),但进一步的研究表明,LB膜器件在一定时间后出现性能劣化,X射线反射率(XRR)分析表明薄膜的结构发生一定程度的改变,是导致器件性能变差的可能原因。

    利用Heck反应制备立构规整聚(3-己基噻吩)
    张杰, 李坚, 孙明慧
    化工学报. 2010, 61(6):  1587-1591. 
    摘要 ( 1026 )   PDF (720KB) ( 401 )  
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    采用Heck反应法合成了具有较高分子量和立构规整度的聚(3-己基噻吩)。研究了溶剂的种类及配比、相转移催化剂及催化剂的种类以及反应温度、反应时间对所得聚(3-己基噻吩)的分子量和规整度的影响。用凝胶色谱(GPC)和核磁共振谱(1H NMR)对聚(3-己基噻吩)的分子量及立构规整度进行了表征。用紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计研究了聚(3-己基噻吩)的吸收光谱和发射光谱。结果表明,当溶剂为二甲基甲酰胺与四氢呋喃(DMF∶THF=1∶1)的混合溶剂,采用醋酸钯[用量为单体量的5%(摩尔分数)]为催化剂,四丁基溴化铵[用量为单体量的100%(摩尔分数)]为相转移催化剂时,在80℃下反应12 h所得聚(3-己基噻吩)的分子量可达6700,立构规整度超过96%。

    蔗渣纤维素在离子液体中的溶解与再生
    王犇, 曹妍, 黄科林, 李会泉, 廖丹葵, 王金淑
    化工学报. 2010, 61(6):  1592-1598. 
    摘要 ( 756 )   PDF (1279KB) ( 1739 )  
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    以蔗渣纤维素为原料, 在1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([Amim]Cl)离子液体中,制备出蔗渣纤维素再生膜。通过偏光显微镜观察了蔗渣纤维素的溶解过程,采用红外光谱、扫描电镜、X射线衍射、热重及力学性能等分析测试手段,对蔗渣纤维素及再生膜进行表征,结果表明:未经活化的蔗渣纤维素可快速、直接溶解在离子液体中,再生前后蔗渣纤维素发生了从纤维素Ⅰ到纤维素Ⅱ的晶型转变,蔗渣纤维素再生膜具有致密的结构,热力学稳定性达到292℃,拉伸强度高达144 MPa。

    其他
    爆炸球罐尺寸对抛射碎片击中相邻罐体概率的影响
    陈刚, 朱霁平, 武军, 贾敬蕊, 王国栋
    化工学报. 2010, 61(6):  1599-1604. 
    摘要 ( 631 )   PDF (1151KB) ( 418 )  
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    化工储罐爆炸产生碎片的抛射距离和抛射方位具有很大的随机性,一旦击中相邻罐体容易引发多米诺效应。在前人建立的碎片对相邻罐体的击中概率模型中,都忽略了爆炸储罐本身的尺寸,即假定碎片初始抛射高度和抛射水平位移为零。本文以球罐为研究对象,应用Monte Carlo法,计算了考虑爆炸球罐尺寸时抛射碎片对相邻罐体的击中概率。与忽略爆炸球罐尺寸的模型对比表明,击中概率整体偏高。在爆炸球罐自身直径的7倍距离范围内,爆炸球罐本身的尺寸对击中概率的影响可超过10%,不能被忽略。