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2010年 第61卷 第5期 刊出日期:2010-05-05
    热力学
    液相己二酸二乙酯热导率
    李晓静, 吴江涛, 刘志刚
    化工学报. 2010, 61(5):  1073-1077. 
    摘要 ( 772 )   PDF (1144KB) ( 227 )  
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    己二酸二乙酯是有机合成重要的溶剂和中间体,也在日用化学工业和食品工业,如香料、增塑剂等方面应用广泛。近年来,含氧燃料如己二酸二乙酯可以改善油品性能和降低柴油机排放,被认为是良好的柴油添加剂和替代燃料。然而到目前为止,对己二酸二乙酯的热物性研究相对不足。利用钽丝作为热线的瞬态双热线系统对温度区间为283~383K、压力区间为0.1~30 MPa的液相己二酸二乙酯热导率进行了实验研究,并将实验数据拟合为温度和压力的关联式。实验数据与热导率关联式计算结果的标准偏差和最大偏差分别为 0.14%和0.43%,热导率的标准合成不确定度为±1.0%。

    流体力学与传递现象
    环周进汽型喷射器的火用效率分析
    蔡琴, 童明伟, 白秀娟, 张强
    化工学报. 2010, 61(5):  1078-1082. 
    摘要 ( 921 )   PDF (958KB) ( 256 )  
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    对环周进汽型喷射器的工作原理进行了深入分析,从可用能角度出发,建立了分析喷射器运行经济性的火用分析模型,计算得到了不同结构参数和运行参数下喷射器的火用效率,对喷射器火用效率的影响因素进行了分析,并将计算值与实验结果进行了对比。研究结果表明,喷射器的火用效率随入口水温、引射系数和升压比的升高而增大,随蒸汽压力的变化存在最小值,计算和实验得到的各参数对喷射器火用效率的影响规律基本一致,为环周进汽型喷射器的设计和应用提供了理论基础。

    随机分布纤维束间纵向层流流动数值模拟
    陈冰冰, 高增梁, 金伟娅
    化工学报. 2010, 61(5):  1083-1088. 
    摘要 ( 867 )   PDF (2056KB) ( 309 )  
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    按层流流动理论,采用数值方法模拟了随机分布纤维束间纵向流动时的量纲1速度分布,讨论了中空膜组件中纤维的装填率φ对流动阻力系数fRe和纤维束间流量分布的影响,并得到了0.1≤φ≤0.7范围内的fReφ的关系式。模拟结果表明,对于随机分布的纤维束,纵向流动速度分布不均匀,存在明显的偏流现象;由Voronoi划分所得的子单元通道面积分布与流量分布存在一定的关系,装填率φ对此关系影响较小。流动阻力系数fRe明显小于相同装填率下纤维按正三角形排列时的数值,它的模拟值与Sullivant和Costello等的实验值基本一致,随装填率φ增大而增大。

    矩形截面螺旋通道内流体的流动特性
    张丽, 邢彦伟, 吴剑华
    化工学报. 2010, 61(5):  1089-1096. 
    摘要 ( 927 )   PDF (2702KB) ( 531 )  
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    为合理强化内管外壁带螺旋翅片的套管式换热器,对矩形截面螺旋通道内流体的流动特性进行了实验和数值研究。高宽比为3.5的矩形截面螺旋通道速度场的实验测量值与模拟值吻合较好。采用正交螺旋坐标系统分析了不同高宽比矩形截面螺旋通道内的轴向速度、二次流速度、流函数以及涡量的分布规律。结果表明,矩形截面螺旋通道内轴向速度最大值偏向外壁;截面上出现两个二次涡;上半截面流体粒子的二次流动方向为顺时针,下半截面流体粒子的二次流动方向为逆时针;除了壁面上涡量较大以外,截面中心出现了两个相反的涡量。随高宽比增大,轴向速度最大值逐渐向上半截面移动;两个二次涡分别向两端移动;截面中心处的涡量逐渐变弱。因此,对于利用二次流动来强化传热的螺旋翅片管换热器,当矩形截面高宽比较大时,应该采取措施改善其中心处的二次流动以进一步提高换热效果。

    HFC245fa水平光管与强化管管束外冷凝换热
    马志先, 张吉礼, 孙德兴
    化工学报. 2010, 61(5):  1097-1106. 
    摘要 ( 606 )   PDF (1798KB) ( 557 )  
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    试验研究了新型环保工质HFC245fa在光管与强化换热管管束上的冷凝换热特性。试验管束由4列排深为5排的列管构成,换热管公称外径为19.05 mm、有效换热长度为1000 mm。试验中,通过改进的Wilson图解法获得强化换热管水侧对流传热系数,利用2接点温差电偶测试蒸气与冷却水温差(±0.025℃),利用热电偶通过小周期标定法获取试验管进出水温差(±0.01℃);考察了冷凝温度、热通量对冷凝换热的影响。研究结果表明:HFC245fa在光管单管外冷凝传热系数与Nusselt模型预测值一致性较好;同热通量下,强化换热管单管上的冷凝传热系数为光管的13.5倍;光管管束上的试验结果比Nusselt管束模型预测值高20%~50%;强化管冷凝换热性能受作用热通量的影响较大。试验结果对工质与新管材推广、应用具有指导意义。

    基于实体模型的低温液体储罐有限元结构分析
    毛雪东, 张杰, 周凯崧, 王明富
    化工学报. 2010, 61(5):  1107-1111. 
    摘要 ( 773 )   PDF (1893KB) ( 290 )  
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    根据低温液体储罐的结构特点,完成了30 m3低温储罐三维实体模型,并选取实体模型结构中可靠性最弱部位作为分析对象,通过有限元分析软件ABAQUS建立了两种结构分析模型,对该结构满载时的应力和位移进行对比分析,依据JB 4732—95校核材料强度,验证了基于实体模型进行有限元结构分析的可行性和简洁性,根据分析结果提出了分析模型简化方案和结构改进措施。

    单体Ag纳米流体强化氨水鼓泡吸收特性
    武卫东, 庞常伟, 盛伟, 陈盛祥, 武润宇
    化工学报. 2010, 61(5):  1112-1117. 
    摘要 ( 942 )   PDF (1566KB) ( 378 )  
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    为探讨纳米流体对氨水鼓泡吸收传热传质特性的影响,利用自行设计的实验系统进行了不同浓度单体Ag纳米流体基液下的氨水鼓泡吸收实验。实验表明:纳米流体浓度与初始氨水浓度是影响鼓泡吸收过程中传热与传质的关键因素。当单体Ag纳米流体在浓度0.005%~0.020%内、基液中没有添加纳米流体时,5 min内随着时间推移,吸收器内溶液温度明显高于添加有纳米流体的情况;氨水鼓泡吸收传质过程中,有效吸收比均大于1.0,随着氨水浓度上升,各浓度纳米流体基液下吸收率逐步减小,有效吸收比逐渐增大,且吸收率和有效吸收比均随着纳米浓度增大而上升,当氨水浓度为20%且纳米流体浓度为0.020%时,单体Ag纳米流体强化氨水鼓泡吸收有效吸收比达到最大值1.55。对实验现象和相关结论进行了可能的机理解释。

    气升式内环流反应器内局部气含率径向分布
    张文晖, 李鑫钢
    化工学报. 2010, 61(5):  1118-1122. 
    摘要 ( 693 )   PDF (419KB) ( 274 )  
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    竖直流动皂膜中解吸导致的Marangoni对流观察
    沙勇, 李樟云, 江桂仙, 吐松, 肖宗源, 叶李艺
    化工学报. 2010, 61(5):  1123-1126. 
    摘要 ( 746 )   PDF (672KB) ( 238 )  
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    催化、动力学与反应器
    无机/有机复合载体负载TiCl3/(n-BuCp)2ZrCl2复合催化剂用于宽峰聚乙烯的制备
    历伟, 吴晶, 杜丽君, 蒋斌波, 王靖岱, 阳永荣, 吴文清
    化工学报. 2010, 61(5):  1127-1136. 
    摘要 ( 1095 )   PDF (1629KB) ( 454 )  
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    采用溶胶-凝胶法,将苯乙烯-丙烯酸(PSA)共聚物包覆在以硅胶/MgCl2为载体的TiCl3催化剂上,负载(n-BuCp)2ZrCl2后制得Ziegler-Natta/茂金属复合催化剂。实验在同一反应釜中进行两段反应模拟双釜串联聚合工艺。在第一段反应中制备高分子量高支化度的乙烯/1-己烯共聚物,在第二段反应中,制备低分子量低支化度的聚合物。淤浆聚合结果表明,所得聚乙烯的熔融流动比(MI21.6/MI2.16)较宽,达到79,分子量分布达到18.6。两段反应得到的聚乙烯共混物的结晶度和熔融温度介于第一段、第二段单独反应时所得产物的结晶度和熔融温度之间,且DSC曲线具有单一的熔融峰,说明该两段反应法制备的聚乙烯共混物具有良好的共结晶行为。动力学研究同时表明,苯乙烯-丙烯酸共聚物的引入,使得催化剂的活性缓慢释放,活性持续时间明显长于负载于无机载体的催化剂,有利于灵活地调节各段反应的停留时间。

    超重力法制备La0.5Pb0.5MnO3及其在碳酸二苯酯合成中的应用
    鲁超, 金放, 袁华, 杜治平, 吴元欣
    化工学报. 2010, 61(5):  1137-1142. 
    摘要 ( 932 )   PDF (1411KB) ( 305 )  
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    采用液液相共沉淀法在旋转填充床中合成钙钛矿型复合氧化物La0.5Pb0.5MnO3的前驱体, 再经高温焙烧后制备出碳酸二苯酯合成催化剂的载体材料。考察了旋转填充床转速、反应物流量和添加分散剂PEG对La0.5Pb0.5MnO3物性的影响,通过XRD、BET、SEM、粒度分析手段对载体进行表征。结果表明,旋转填充床转速为1200 r·min-1,反应物流量为80 L·h-1,加入PEG10000时可制备出纯晶相的钙钛矿载体,相应的载钯(Pd占载体质量的0.5%)催化剂在氧化羰基化合成碳酸二苯酯反应中的活性最好。当反应总压为5 MPa、CO/O2分压比为96∶6、反应时间3 h、反应温度65℃时,碳酸二苯酯收率可达13.30%。

    分离工程
    丙酮、乙醇对丁醇渗透汽化性能的影响
    周浩力, 苏仪, 伊守亮, 万印华
    化工学报. 2010, 61(5):  1143-1149. 
    摘要 ( 1006 )   PDF (2042KB) ( 531 )  
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    考察了全硅沸石silicalite-1对丁醇-水、丙酮-水、乙醇-水、丙酮-丁醇-水、乙醇-丁醇-水5种体系中各溶剂的吸附作用。采用自制的silicalite-1/硅橡胶杂化渗透汽化透醇膜,研究了温度对丙酮、丁醇、乙醇分离性能的影响以及不同分离温度下丙酮、乙醇的浓度对丁醇、水渗透汽化性能的影响, 结果表明丙酮和乙醇的存在会促进丁醇的透膜性。

    液体黏度和表面张力对滤材气液过滤性能的影响
    李柏松, 姬忠礼, 冯亮
    化工学报. 2010, 61(5):  1150-1156. 
    摘要 ( 1191 )   PDF (2128KB) ( 814 )  
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    利用滤材实验装置,研究了黏度和表面张力等液体物性参数对气液过滤性能的影响。结果表明:液体黏度对滤材压降影响较小,滤材稳态压降基本不变,液体黏度较小时滤材出口液滴浓度较大,且出口有较多粒径较大的液滴;而液体表面张力对滤材压降有较大影响,液体表面张力较大时出口液滴浓度较大。并利用Ohnesorge数对滤材出口液滴浓度进行了分析,Ohnesorge数越大,则出口液滴浓度越低。

    超滤与泡沫分离内耦合应用于表面活性物质浓缩分离的实验研究
    王斐, 南碎飞, 窦梅, 胡岸松
    化工学报. 2010, 61(5):  1157-1162. 
    摘要 ( 976 )   PDF (1356KB) ( 427 )  
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    过程系统工程
    基于模腔压力的注塑过程注射速度设定曲线优化
    李闯, 王福利, 刘阳, 常玉清
    化工学报. 2010, 61(5):  1163-1168. 
    摘要 ( 921 )   PDF (1080KB) ( 506 )  
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    注塑成型中,把熔前速度恒定(熔体均匀填充模具)作为设定注射速度参数的重要依据。针对熔前速度无法测量问题,提出对于一类注塑制品,用模腔压力随时间线性增加来近似熔前速度恒定。其次,利用实验数据,设计并建立了模腔压力递归神经网络(RNN)模型。在此基础上,提出一种注射速度设定曲线的分级优化策略,其中曲线分级是利用Douglas-Peucker方法自动确定速度分级数目和位置,优化过程则采取基于滑动窗口的迭代优化方法来实现。实验结果表明,该优化方法可以根据模腔复杂程度自动选择合适的注射曲线分级数目,并且其优化精度较常规等间隔分级优化方法更高。

    吸收法捕集二氧化碳过程的离子浓度软测量
    颜立伟, 余云松, 李云, 卢红芳, 张早校
    化工学报. 2010, 61(5):  1169-1175. 
    摘要 ( 840 )   PDF (965KB) ( 300 )  
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    针对采用吸收法捕集CO2的过程中存在着成分难以准确在线测量的问题,设计了工业化应用最广泛的乙醇胺(MEA)化学吸收过程的软测量系统。系统使用红外传感器,通过基于改进Powell鲁棒支持向量机(IP-RSVM)的方法对吸收溶液的离子组分分布进行了软测量,其结果与核磁共振(NMR)测量所得的数据符合较好,均方误差为3.1692×10-7,最大绝对误差绝对值为0.0010,最大相对误差为3.54%。研究结果表明,在CO2回收的软测量系统中,使用基于IP-RSVM的红外软测量具有良好应用前景。

    具有中间水道的多杂质用水网络简化设计方法
    何海娜, 万林战, 刘智勇
    化工学报. 2010, 61(5):  1176-1182. 
    摘要 ( 641 )   PDF (1213KB) ( 473 )  
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    与常规水网络相比,具有中间水道的水网络更有利于运行和控制。浓度势是作者最近提出的解决多杂质用水网络设计的新概念。在浓度势概念基础上提出了一种具有中间水道的多杂质用水网络设计新方法。该方法采用浓度势方法设计出初始水网络,并在此基础上初步确定各中间水道的结构及水量,然后根据浓度势从小到大的顺序依次由中间水道满足各用水过程,而各级中间水道的最终水量以能满足各级水阱需求来确定。该方法只需简单计算即可完成具有两级中间水道的水网络设计。对文献实例求解结果表明,所得结果与由数学规划法得出的结果接近。

    基于核独立元分析的间歇过程在线监控
    王丽, 侍洪波
    化工学报. 2010, 61(5):  1183-1189. 
    摘要 ( 720 )   PDF (2017KB) ( 542 )  
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    针对间歇过程独特的数据特点,提出了一种基于核独立元分析(kernel ICA)的局部在线建模监控方法。核独立元分析通过规范相关性将比较函数扩展到一个再生的核希尔伯特空间,并用核的方法在此空间对比较函数进行计算和寻优。对含有多种分布的过程源数据,核独立元分析是一种比独立元分析(ICA)更有效的特征提取方法。对于按批次方向展开的间歇过程历史建模数据,在每一个时间间隔点应用核独立元分析算法提取独立元用于建模,并计算I2和SPE统计量及相应的控制限。此方法不需要对未来测量值进行估计,更重要的是解决了核独立元分析不能直接处理间歇过程高维历史建模数据的难题。仿真结果验证了所提出方法的可行性和有效性,并显示出比传统MICA更好的监控效果。

    表面与界面工程
    Ti/CeO2-PTFE-PbO2电极的制备及其电催化氧化性能
    王勋华, 周琦, 张蓉, 童少平, 马淳安
    化工学报. 2010, 61(5):  1190-1195. 
    摘要 ( 757 )   PDF (1432KB) ( 394 )  
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    采用热分解-电镀法制备了聚四氟乙烯(PTFE)掺杂PbO2电极(Ti/PTFE-PbO2)和PTFE、CeO2共掺杂PbO2电极(Ti/CeO2-PTFE-PbO2),考察了电流密度、温度、搅拌速率、CeO2浓度等工艺条件对电极寿命的影响。对Ti/CeO2-PTFE-PbO2的电催化氧化性能进行了初步研究。结果表明,在电流密度为30 mA·cm-2、温度80℃、搅拌速率为1300 r·min-1和CeO2为3 g·L-1等较优条件下,Ti/CeO2-PTFE-PbO2电极在9 mol·L-1 H2SO4溶液中的强化电解寿命(1A·cm-2)达983 h。SEM和EDX的分析结果表明,PTFE、CeO2共掺杂使得Ti/CeO2-PTFE-PbO2表面的晶粒排布更均匀致密,电解过程镀层的铅氧计量比也具有较高的稳定性。由于具有更高的析氧电位,与Ti/PTFE-PbO2电极相比,Ti/CeO2-PTFE-PbO2电极对对氯苯酚的降解显示了更好的电催化活性。

    磷钼酸在酯化反应体系中对316不锈钢的腐蚀抑制机理
    王军, 赵秀霞, 刘文彬, 杨世伟, 张涛
    化工学报. 2010, 61(5):  1196-1201. 
    摘要 ( 1085 )   PDF (2245KB) ( 293 )  
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    采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了模拟醋酸丁酯反应(CH3COOH、H2SO4、H3PMo12O40,105℃)条件下316不锈钢(316 SS)的表面形貌和元素组成。结果表明,磷钼酸经物理吸附在不锈钢表面形成保护层,并发生氧化还原反应,生成的水合物、氧化物、难溶盐类沉积在不锈钢表面,形成致密的钝化膜,从而抑制316 SS的局部腐蚀,阻止点蚀的扩散和蔓延,PMo12O403-、MoO42-和CrO42-使钝化膜表层具有阳离子选择性,能阻挡SO42-通过该膜到达金属表面,膜内层结晶态氧化物具有阴离子选择性,阻止基体金属离子穿过钝化膜而溶解,从而抑制局部腐蚀的进一步扩展。

    低碳醇对氟碳与碳氢表面活性剂复配体系泡沫性能的影响
    王彦玲, 郑晶晶, 赵修太, 王业飞, 邱广敏, 倪洁, 辛寅昌
    化工学报. 2010, 61(5):  1202-1207. 
    摘要 ( 782 )   PDF (1024KB) ( 313 )  
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    普通碳氢表面活性剂与磺基甜菜碱氟碳表面活性剂(FS)相比,泡沫性能和耐油性不好。醇通常强烈地影响表面活性剂的自组织行为,醇的加入能提高表面活性剂的泡沫性能。本文采用Ross-Miles法探讨了低碳醇对FS与阴离子碳氢表面活性剂(AOS)复配体系FS/AOS泡沫性能的影响。结果表明,当甲醇、无水乙醇、异丙醇浓度分别为5%、3%、3%,复配体系FS/AOS的起泡性能和泡沫稳定性仍较好,在加入醇之后,煤油含量60%~80%时起泡性能和泡沫稳定性仍较好。不同碳数的低碳醇对复配体系泡沫性能的影响规律为:发泡性能甲醇最好、异丙醇次之、无水乙醇最差,异丙醇的稳泡性能较甲醇和无水乙醇差。

    金属垫片密封连接的泄漏率计算
    冯秀, 顾伯勤
    化工学报. 2010, 61(5):  1208-1212. 
    摘要 ( 900 )   PDF (697KB) ( 945 )  
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    金属垫片密封是压力容器和管道中常见的连接型式,其失效极少是因强度不足引起的,泄漏是连接系统失效的主要原因。在金属垫片泄漏模型基础上,考虑垫片接触应力分布不均匀对泄漏通道的影响,推导了变截面泄漏通道的泄漏率计算公式,此公式将泄漏率、垫片接触应力、介质压力和密封表面分形参数联系在一起,因而使以最大允许泄漏率为准则的金属垫片密封连接设计以及紧密性评价成为可能。

    生物化学工程与技术
    超高温灭菌乳货架期加速试验的研究
    杭锋, 郭本恒, 任璐, 龚广予, 王荫榆, 陈卫, 张灏
    化工学报. 2010, 61(5):  1213-1218. 
    摘要 ( 984 )   PDF (708KB) ( 826 )  
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    能源和环境工程
    气流床煤气化炉壁面反应模型
    刘升, 郝英立, 杜敏, 陶明春
    化工学报. 2010, 61(5):  1219-1225. 
    摘要 ( 930 )   PDF (830KB) ( 483 )  
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    建立了气流床煤气化炉煤灰渣颗粒沉积和壁面反应模型,相应完善了渣层流动、传热传质和相变模型,发展了数值模拟方法,并以国内某型两段式干煤粉加压气流床煤气化中试炉为对象进行了模拟。利用建立的模型可以得到壁面反应速率、渣层含碳量、固态渣层厚度、液态渣层厚度、渣层平均温度和液态渣层平均速度等。结果表明:氧煤比升高,渣层平均温度升高,固态渣层厚度、液态渣层厚度和气化炉出口灰渣含碳量降低。计算得到的灰渣含碳量在14%左右,整体碳转化率为95.2%左右,与实际值相近。通过模拟发现壁面反应对于所分析气化炉的碳转化率、排渣含碳量、壁面渣层流动和温度状态具有重要影响,进而影响气化炉的安全稳定运行。

    O2/CO2气氛下醋酸调质石灰石煅烧/硫化特性
    武卫芳, 赵长遂, 李庆钊
    化工学报. 2010, 61(5):  1226-1232. 
    摘要 ( 866 )   PDF (1132KB) ( 223 )  
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    研究了醋酸溶液调质对石灰石在O2/CO2气氛下煅烧/硫化特性的影响,并结合氮吸附法、压汞法和XRD技术进行了分析。结果表明,与原石灰石相比,调质石灰石在煅烧/硫化过程中表现出更高的钙转化率,XRD图谱及其相定量分析证明了这一点;随温度升高,调质石灰石具有最佳的硫化温度,此温度下其钙转化率最高;随SO2浓度增大,初始阶段煅烧/硫化反应速率升高,调质石灰石钙转化率增大;随醋酸浓度增大,调质石灰石的钙转化率提高,提高幅度因石灰石种类而异;氮吸附及压汞分析表明调质石灰石较未调质石灰石具有发达的孔结构,促进了硫化反应的进行。

    氨法脱碳系统再生能耗的研究
    秦锋, 王淑娟, HALLVARD F.Svendsen, 陈昌和
    化工学报. 2010, 61(5):  1233-1240. 
    摘要 ( 1002 )   PDF (1689KB) ( 595 )  
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    氨水溶液能够实现较高的CO2脱除率,具备较大的吸收能力,同时能够脱除烟气中SOx和NOx等酸性气体,近年来被认为是具有发展潜力的CO2吸收剂。普遍认为氨法再生过程的反应热能耗可降至26.88 kJ·(mol CO2-1,远低于MEA能耗85 kJ·(mol CO2-1。文中对比大量文献中的再生能耗数据,分析了其数据可靠性,理论计算和量热计实验测量低温下(35℃)氨水吸收CO2吸收热为60~70 kJ·(mol CO2-1,并且随着CO2负载量增大无明显变化;高温下(80℃)初始吸收热热值约为60 kJ·(mol CO2-1,随着CO2负载量增大而增大至120 kJ·(mol CO2-1,然后再次减小至80 kJ·(mol CO2-1。碳酸铵溶液吸收CO2过程吸收热测量实验也证实了氨水吸收CO2过程无法实现26.88 kJ·(mol CO2-1低热值。和其他醇胺溶液吸收热热值相比,氨水溶液在降低能耗方面具有一定优势,但是优势不明显。

    密闭LNG储罐内的压力和蒸发率
    李玉星, 王武昌, 乔国发, 冯叔初
    化工学报. 2010, 61(5):  1241-1246. 
    摘要 ( 1434 )   PDF (1345KB) ( 802 )  
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    以LNG(液化天然气)为介质、以密闭LNG生产储罐为对象进行了储罐的压力及日蒸发气体量及蒸发率测试实验,结果证明:密闭LNG储罐内的温度场是非均匀的,即气相部分温度高于气液分界面处温度、气液分界面处液体温度高于液相主体的温度;在实验条件下,当初始充满率为0.475时,3部分的温差最大约为2~3℃。存在临界初始充满率,即当初始充满率小于临界充满率时,某一充满率下的日蒸发气体量和蒸发率随时间而增大;当初始充满率大于临界充满率时,某一充满率下的日蒸发气体量和蒸发率先随着时间增加而增大,然后又随着时间的增加而减小。

    二级气固反应热变温器系统的性能
    汪城, 张鹏, 王如竹
    化工学报. 2010, 61(5):  1247-1254. 
    摘要 ( 616 )   PDF (2080KB) ( 220 )  
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    为提高系统的温度提升性能,实现对低温余热资源的有效利用,对二级气固反应热变温器系统进行了研究。和文献中的二级系统进行性能比较,结果表明,新型二级系统在温度提升和控制系统压力方面具有显著的优势。本文还建立了二级实验系统,并对系统性能进行了初步测试。系统的最大温度提升达到70℃;在温度提升为55~60℃时,系统COP和COPex分别达到0.10~0.12和0.16~0.17。

    双污泥-诱导结晶工艺除磷脱氮试验研究
    史静, 吕锡武, 吴义锋
    化工学报. 2010, 61(5):  1255-1261. 
    摘要 ( 919 )   PDF (2053KB) ( 448 )  
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    针对传统污水处理脱氮除磷工艺碳源不足、聚磷菌与硝化菌泥龄矛盾、磷资源无法有效回收利用等问题,开发出“双污泥-诱导结晶”新型工艺,对其去除有机物和脱氮除磷性能进行了考察和分析。结果表明:当进水COD为152~237 mg·L-1,TP为3.92~7.68 mg·L-1,TN为31.3~50.5 mg·L-1,C/N比约为3.91~5.21时,COD、TN和TP平均去除率分别为93.2%、71.2%和95.7%。厌氧段COD去除量约占系统COD去除总量的85.9%。TN的去除主要由缺氧池承担,厌氧池、硝化池、缺氧池、后置曝气池TN去除量约占系统TN去除总量的31.7%、11.4%、54.9%和2.0%。结晶在除磷过程中起着主要作用,结晶除磷量平均约占总除磷量的81.5%。双污泥工艺在系统中的主要作用为辅助化学除磷和脱氮。侧流比是保证系统稳定运行的关键参数。后置曝气池对超越污泥中COD和氨氮的去除有重要作用。

    锥形流化床混凝装置内混凝指标和絮凝体分形维数
    王婷, 周丹丹, 董双石, 郑文宇, 杨毅
    化工学报. 2010, 61(5):  1262-1267. 
    摘要 ( 924 )   PDF (4233KB) ( 420 )  
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    利用锥形流化床混凝工艺中固相颗粒的流化运动在液相中形成的微涡流,使液相中的胶体颗粒碰撞和聚集,形成絮体。结果表明在论文研究范围内,高岭土悬浊液去除率(23.97%~85.37%)随GT(1836.51~5399.53)增加而提高。G值的减小(169.2~189.7 s-1)和混凝时间增加都会引起混凝效率的升高。采用分形维数模型计算得到,相同运行条件下形成絮体的分形维数相关系数均在0.9以上,表明絮体性质具有相似性,因此相同操作条件下絮体自由沉降速度区间分布狭窄,相同沉速的颗粒数量百分比峰值达45%。

    填料对生活垃圾降解及渗滤液水质水量的影响
    蒋宝军, 尹军, 吴晓燕
    化工学报. 2010, 61(5):  1268-1274. 
    摘要 ( 842 )   PDF (2058KB) ( 219 )  
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    为了考察在生活垃圾中添加具有吸附性和干燥性的填料对垃圾降解速率、渗滤液产生量、渗滤液水质的影响,在实验室建立了五个圆柱形垃圾厌氧填埋反应器,用于模拟垃圾填埋场的运行情况,以不添加填料反应器作对比,其余四个反应器中分别混合加入锯末、活性炭、沸石、报纸作为填料。实验中对五个反应器中的垃圾层高度、渗滤液产生量、产生渗滤液的COD和NH3-N及重金属离子浓度进行了检测。实验结果表明:在垃圾中添加具有吸附和干燥性的填料具有减少渗滤液产量、加速垃圾降解和减少溶入渗滤液中污染物质的作用,整体来看,锯末在发挥这些作用方面要好于其他三种填料。

    微电解-UASB-接触氧化处理羧甲基纤维素废水
    潘碌亭, 吴锦峰, 罗华飞
    化工学报. 2010, 61(5):  1275-1281. 
    摘要 ( 1008 )   PDF (1948KB) ( 376 )  
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    针对羧甲基纤维素(CMC)废水高浓度、高盐分和难生物降解的特点,采用微电解-UASB-生物接触氧化组合工艺处理高浓度CMC废水。废水含盐约4%,COD和BOD5分别约20000 mg·L-1和2100 mg·L-1。最佳条件下微电解对COD去除率为35%,处理后废水B/C提高到0.34,稀释后经UASB和两级接触氧化法对COD的去除率分别达到了80%、75%和65%,最终出水COD在100 mg·L-1以下,达到国家一级排放标准。通过GS-MS和颗粒污泥分析,分别研究了微电解对污染物去除特性和去除机理与UASB的启动特性。微电解-UASB-生物接触氧化组合技术具有运行稳定、高效和抗冲击等优点。

    强化生物除磷系统中聚磷菌菌群特性
    马斌, 彭永臻, 王淑莹, 葛士建, 杨莹莹, 祝贵兵
    化工学报. 2010, 61(5):  1282-1285. 
    摘要 ( 930 )   PDF (871KB) ( 386 )  
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    为了研究强化除磷系统中聚磷菌(PAOs)菌群特性,通过批次试验分别考察了厌氧/好氧(A/O)污泥和厌氧/缺氧(A/A)污泥吸磷特性。试验结果表明:A/O污泥好氧吸磷速率(qPo)大于缺氧吸磷速率(qPa),而A/A污泥qPo却小于qPa。基于此试验结果可得出目前普遍应用qPaqPo的比值表征反硝化聚磷菌(DPAOs)占PAOs的相对百分比的方法不合理。聚磷菌菌群构成与电子受体类型有关,根据电子受体类型可将PAOs分为三种,即:PON(既能以氧作为电子受体,也能以硝态氮作为电子受体)、PO(只能以氧作为电子受体)和PN(只能以硝态氮作为电子受体)。

    生活污水不同生物脱氮过程中N2O产量及控制
    巩有奎, 王赛, 彭永臻, 王淑莹
    化工学报. 2010, 61(5):  1286-1292. 
    摘要 ( 1149 )   PDF (1934KB) ( 757 )  
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    利用好氧-缺氧SBR反应器和全程曝气SBBR反应器处理生活污水,分别实现了全程、短程和同步硝化反硝化脱氮过程,研究了不同脱氮过程中N2O的产生及释放情况,同时考察了不同DO条件下同步脱氮效率及N2O产生量。结果表明,全程、短程生物脱氮过程中N2O主要产生于硝化过程,反硝化过程有利于降低系统N2O产量。全程、短程、同步硝化反硝化脱氮过程中N2O产量分别为4.67、6.48和0.35 mg·L-1。硝化过程中NO2--N的积累是导致系统N2O产生的主要原因。部分AOB在限氧条件下以NH4+-N 作为电子供体,NO2--N作为电子受体进行反硝化,最终产物是N2O。不同DO条件下同步硝化反硝化过程中N2O的产生表明:控制SBBR系统中DO浓度达到稳定的同步脱氮效率可使系统N2O产量最低。

    空冷型质子交换膜燃料电池堆最优性能输出控制
    卫东, 郑东, 褚磊民
    化工学报. 2010, 61(5):  1293-1300. 
    摘要 ( 2372 )   PDF (1725KB) ( 602 )  
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    空冷型质子交换膜燃料电池具有结构简单、自身能耗低等特点,在便携式电源研究领域有着良好的应用前景。本文通过实验研究环温和负载变化对电堆工作温度的影响关系,揭示温度和湿度特性对电堆输出性能的影响规律。通过建立基于遗传算法优化的温度特性模型,应用模糊-PID融合算法,设计电堆温度控制器,以及根据各电流输出段的湿度特性,采用不同方式控制尾气排放周期,最终保证电堆输出性能最优。

    热重-红外联用分析制革污泥的燃烧特性
    李春雨, 蒋旭光, 费振伟, 安春国, 池涌, 严建华, 俞恺, 傅娟娟, 潘金华, 施政
    化工学报. 2010, 61(5):  1301-1306. 
    摘要 ( 851 )   PDF (992KB) ( 351 )  
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    利用TG-FTIR对制革污泥的燃烧特性和燃烧过程气体释放情况进行了研究。研究发现,制革污泥挥发分和灰分含量较高,固定碳含量低、热值低。不同升温速率下,制革污泥的燃烧在800℃时已经比较充分,随着升温速率的增加,制革污泥碳燃烧的失重速率和峰值温度有所增加。运用Ozawa法进行活化能计算表明,制革污泥燃烧所需活化能随着反应程度的深入而增加。制革污泥的挥发分燃烧阶段符合三维扩散的Z-L-T方程反应模型,固定碳燃烧阶段符合自催化反应的P-T方程反应模型,且制革污泥在不同升温速率下燃烧动力学参数存在动力学补偿效应。TG-FTIR分析表明,不同升温速率对气体析出基本特征没有影响,在低温阶段,制革污泥的燃烧产物中有少量的有机酸组分析出。

    复合基质中乙炔缓释的扩散模型与工艺优化
    张丽杰, 赵天涛, 赵由才, 石晓鸿
    化工学报. 2010, 61(5):  1307-1312. 
    摘要 ( 653 )   PDF (1838KB) ( 236 )  
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    以甲烷生物抑制和长效缓释技术为基础,制备了石蜡/松香复合基质的甲烷缓释抑制剂。考察了乙炔和钙离子的释放情况,当碳化钙/石蜡比例为1∶1、缓释剂直径为10 mm时可获得较好的缓释效果,包裹醋酸纤维(CA)膜对缓释有明显的促进作用。当基质中添加松香含量达到20%时,缓释145 d的释放度仅为28.42%。Sinclair & Peppas经验扩散模型可以很好地预测乙炔的释放过程。基于复合基质扩散特性推演出了修正的Higuchi理论模型,并获得了有效扩散系数。

    材料化学工程与纳米技术
    活性炭载碳化钨复合材料的制备及其对对硝基苯酚的电催化性能
    滕文娟, 毛信表, 马淳安
    化工学报. 2010, 61(5):  1313-1318. 
    摘要 ( 783 )   PDF (1607KB) ( 284 )  
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    以浓度为10%的偏钨酸铵溶液为前驱体、CH4/H2为还原碳化气氛,采用表面修饰技术和还原碳化技术制备了碳化钨(WC)/活性炭(C)复合材料。通过 FT-IR、XRD、SEM等对制备的 WC/C 材料进行表征,结果表明,酸处理后的活性炭外表面大幅度增加了羟基和羰基,WC/C 复合材料是由 WC、W2C 和 C 三相组成,碳化钨均匀地分散于活性炭表面,粒径约 50~100 nm。采用循环伏安法研究了碱性介质中 WC/C-PME 对对硝基苯酚的电还原行为,结果表明,该材料对对硝基苯酚的电催化活性优于 WC 和 C,且WC/C 材料在对硝基苯酚电还原过程中保持良好的化学稳定性。

    凹凸棒石基脱硫剂的制备及其性能评价
    张智宏, 张少瑜, 刘雪东, 李凤生
    化工学报. 2010, 61(5):  1319-1324. 
    摘要 ( 885 )   PDF (1413KB) ( 305 )  
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    采用沉淀法在凹凸棒石表面分别负载了铁和锌元素,制得Fe/凹凸棒石脱硫剂和Zn/凹凸棒石脱硫剂。用XRD、TEM和TPR等方法表征制得的两种凹凸棒石基脱硫剂,研究凹凸棒石基脱硫剂在氨水、盐酸中的稳定性;通过检测脱硫过程中尾气中H2S浓度的变化并分析脱硫剂的硫容比较两种脱硫剂的脱硫性能。分析了粒度、负载量和自体再生次数对铁脱硫剂的硫容的影响。结果表明,活性组分在凹凸棒石表面负载均匀;铁脱硫剂的脱硫性能较好,其硫容是活性炭的120倍,是锌脱硫剂的7.67倍;减小粒度和增加负载量都可以提高硫容,其自体有再生能力但再生仅能恢复脱硫剂的部分脱硫功能。Fe/凹凸棒石脱硫剂在脱硫领域有较好的应用前景。

    端羟基聚丙烯酸异辛酯及聚丙烯酸异辛酯-氨酯的制备及表征
    孙治丹, 李坚, 任强, 俞强, 王红丹
    化工学报. 2010, 61(5):  1325-1330. 
    摘要 ( 1203 )   PDF (1133KB) ( 963 )  
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    采用原子转移自由基聚合(ATRP)合成了分子量与设计分子量(2000)大小相符的聚丙烯酸异辛酯,再以N-甲基单乙醇胺作为亲核试剂,对活性端基溴进行亲核取代,得到了分子量可控、分子量分布较窄的线型端羟基聚丙烯酸异辛酯。以此为原料与甲苯二异氰酸酯(TDI)反应,制备得到了聚丙烯酸异辛酯-氨酯。利用核磁共振谱(1H NMR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重示差扫描量热仪(TGA)对合成的端羟基聚丙烯酸异辛酯及聚丙烯酸酯异辛酯-氨酯的结构、热稳定性等进行了表征。结果表明,利用端羟基聚丙烯酸异辛酯成功地制备了聚丙烯酸异辛酯-氨酯,由凝胶渗透色谱仪(GPC)测得其分子量为10200,玻璃化转变温度为-54℃,是一种新型的丙烯酸酯与聚氨酯的共聚物。

    芳纶浆粕增强丁腈橡胶复合材料的摩擦磨损性能
    左雯雯, 李锦春, 尤秀兰, 丁建宁
    化工学报. 2010, 61(5):  1331-1336. 
    摘要 ( 793 )   PDF (2195KB) ( 390 )  
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    利用开炼机制备了丁腈橡胶(NBR)/芳纶浆粕(PPTA-pulp)复合材料。研究了在干摩擦和水润滑条件下,纤维含量、摩擦时间以及载荷对NBR/PPTA-pulp复合材料摩擦磨损性能的影响,并分析了磨损机理。结果表明,芳纶浆粕的加入能够很好地改善复合材料的力学性能和摩擦磨损性能,在相同条件下,当纤维质量分数为20%时,复合材料的综合性能最佳;在干摩擦条件下,随着摩擦时间延长,复合材料的摩擦系数下降,磨耗量增大;随着载荷增加,摩擦系数和磨耗量增大;水润滑条件下,复合材料的摩擦系数和磨耗量较干摩擦大幅度降低且比较稳定,时间和载荷对其影响很小;干摩擦时,复合材料的磨损机理主要为磨粒磨损和疲劳磨损;水润滑时,主要为轻微磨粒磨损。