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2010年 第61卷 第3期 刊出日期:2010-03-05
    综述与专论

    酵母细胞连续发酵过程振荡现象的研究进展

    申渝;白凤武
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  537-543. 
    摘要 ( 892 )   PDF (1085KB) ( 1274 )  
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    振荡现象在连续发酵过程中普遍存在,本文综述了酿酒酵母连续发酵中不同类型振荡现象的研究进展。一类以乙醇连续发酵过程中参数振荡为代表的特殊振荡现象,普遍存在于工业发酵过程,对发酵系统的稳定运行造成不利影响。本文论述了这类振荡现象产生的机理、调控策略的研究进展及其潜在的应用价值。

    热力学
    复杂含氧盐矿物热力学数据的简单估算方法
    钱红亮, 刘畅, 吉远辉, 姚文俊, 冯新, 陆小华
    化工学报. 2010, 61(3):  544-550. 
    摘要 ( 810 )   PDF (516KB) ( 410 )  
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    提出了一种复杂含氧盐矿物的摩尔生成Gibbs自由能和摩尔生成焓的简单估算方法,并把复杂含氧盐矿物分为不含水复杂含氧盐矿物和含水复杂含氧盐矿物,不含水复杂含氧盐矿物可以看作是酸性氧化物和碱性氧化物组成的物质,其摩尔生成Gibbs自由能或摩尔生成焓都可以看作是酸性氧化物和碱性氧化物复合成的化合物摩尔生成Gibbs自由能或摩尔生成焓之和。含水复杂含氧盐矿物摩尔生成Gibbs自由能或摩尔生成焓是不含水部分和水的摩尔生成Gibbs自由能或摩尔生成焓贡献值之和。本文提出的方法计算步骤十分简单,从相对误差来看,本方法和其他方法相比精度较好,可以计算包含本课题组长期研究的钛酸盐系列晶须的所有复杂含氧盐矿物的摩尔生成Gibbs自由能和摩尔生成焓,为热力学在钛酸盐系列晶须制备中的应用提供理论支持。

    中间完全冷却CO2跨临界双级压缩节流循环

    谢英柏;刘迎福;汤建成;孙刚磊
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  551-556. 
    摘要 ( 880 )   PDF (6657KB) ( 290 )  
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    双级压缩是提高CO2跨临界制冷循环性能系数COP的有效途径,且中间完全冷却形式的性能优于中间不完全冷却形式。对于中间完全冷却CO2跨临界双级压缩节流循环,节流形式有一次节流(STDC循环)和两次节流(DTDC循环)。分析了高压压力和气体冷却器出口温度对STDC循环和DTDC循环的性能影响,并与CO2跨临界单级压缩(STSC)节流循环进行了比较。结果表明:在给定条件下,DTDC循环的COP值最大、STDC循环的最优高压压力值最高;随着气体冷却器出口温度的升高,3个循环的最大COP均减小,最优高压压力均升高,压缩机的等熵效率均降低。对于DTDC和STDC循环,最优中间压力值偏离高压压力与低压压力的几何平均值,但是对系统的性能系数影响不大。

    流体力学与传递现象
    气-固流化床压力脉动递归图分析
    王春华, 仲兆平, 李睿, 鄂加强
    化工学报. 2010, 61(3):  557-564. 
    摘要 ( 953 )   PDF (4600KB) ( 1012 )  
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    引入递归图分析方法对具有混沌与分形特性的气-固循环流化床压力脉动信号进行分析,针对Logisitc模型比较了递归图特征量递归率、确定性、平均对角线长度、分叉性与最大Lyapunov指数之间的关系,得出了递归图特征量对于混沌特性具有表征作用的结论。研究了递归图特征量在气-固循环流化床不同床型下的变化规律,递归图特征量在固定床型、湍流床型、气力输送床型下保持稳定,在鼓泡床型、快速流化床型下分别迅速递增或递减,因此递归图特征量同样可以对循环流化床不同床型进行辨识。

    提升管内颗粒团聚行为的离散颗粒模拟
    王淑彦, 刘永建, 董群, 宋承毅, 成庆林, 王春生
    化工学报. 2010, 61(3):  565-572. 
    摘要 ( 1120 )   PDF (4635KB) ( 349 )  
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    采用计算流体力学和离散单元方法对二维提升管气固流动过程进行了数值模拟。采用大涡模拟方法模拟气体湍流流动,采用离散单元方法模拟颗粒碰撞过程。基于网格内流体能量守衡,提出了动能加权平均法,实现Euler坐标与Lagrange坐标的耦合与分解。模拟计算得到的瞬态流型揭示了颗粒聚团的合并和破碎过程及颗粒的详细运动行为,定性地揭示了提升管内气体-颗粒两相流动过程。

    湍流模型对钝体燃烧器流场模拟的影响

    张海军;郭雪岩;陈永辰;倪娟娟
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  573-579. 
    摘要 ( 998 )   PDF (5034KB) ( 939 )  
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    湍流燃烧过程涉及燃烧反应和湍流在微小时间和空间尺度上的耦合,因此湍流模型的有效性对燃烧器流场CFD模拟的准确性有重要影响。采用5种k-ε类和k-ω类两方程模型和雷诺应力模型模拟了钝体燃烧器内冷流流场,并采用PIV测量方法进行了实验验证。比较和分析数值模拟和PIV实验结果发现,不同湍流模型的模拟结果在诸如速度分布和涡结构上存在较大差别,标准k-ε模型和RNG k-ε的模拟流场最接近本文的实验结果。

    高压高过冷度下过冷流动沸腾数值模拟

    窦从从;毛羽;王娟;王江云
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  580-586. 
    摘要 ( 868 )   PDF (2217KB) ( 1059 )  
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    采用双流体模型对高压高过冷度下垂直圆管中水的过冷流动沸腾进行了数值模拟。通过对比不同气泡直径模型,揭示了气泡直径对于壁面传热方式的影响,确定了适合高压工况的气泡直径模型。考察了压力及壁面热通量对流动及传热特性的影响。计算结果表明,压力增加气泡脱离直径减小,单相对流传热所占比例增加,表面传热系数减小。高压高过冷度特征决定了气泡相分布极不均匀,随着热通量的增加,壁面附近容易形成气泡的密集,对过冷流动沸腾中的传热特性有重要影响。

    扰流柱协同螺旋片强化套管换热器壳侧换热

    张丽;田密密;吴剑华
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  587-593. 
    摘要 ( 919 )   PDF (1671KB) ( 375 )  
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    对于内管外壁安装有螺旋片的套管换热器的壳侧,在螺旋片所形成的螺旋通道中心,沿螺旋方向周期性地布置扰流柱以进一步提高其换热性能,对这种扰流柱协同螺旋片强化的换热器的换热特性进行了实验研究,应用场协同理论分析了其强化机理。结果表明,在Re=4000~14000范围内,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的传热系数为相同螺距下只安装螺旋片的换热器的1.53~2.53倍,为光滑内管换热器的3.08~4.87倍。在相同质量流量、相同压降及相同泵功条件下,扰流柱协同螺旋片强化的换热器的综合换热性能明显好于相同螺距下只安装螺旋片的换热器及光滑内管换热器;在相同压降及相同泵功条件下,保持螺距不变,安装扰流柱比螺距减小一半的综合换热性能更好;单位螺距内安装奇数个扰流柱比安装偶数个扰流柱略好。扰流柱的安装增大了径向速度,使温度场与速度场的协同效果更好,从而提高了换热效果。

    超疏水表面有滑移时的层流换热分析
    范新欣, 周玉红, 刘天庆
    化工学报. 2010, 61(3):  594-600. 
    摘要 ( 1429 )   PDF (1782KB) ( 341 )  
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    在考虑速度滑移的前提下,对于圆管形微通道内温度边界层充分发展的恒热流量对流传热,推导了速度和温度分布表达式,并进一步得到对流传热系数和Nusselt数计算式。此外,还针对超疏水表面不同结构参数下的滞留空气层,提出了超疏水表面的有效导热模型,推导出超疏水表面不同结构参数下的热阻。最后将传热系数与超疏水表面热阻进行耦合,得出超疏水表面有效传热系数及其与超疏水表面结构参数的关系。计算结果表明:超疏水表面上流体的滑移使得管内温度更加均匀,传热系数或Nusselt数有所增加,恒热流条件下最多可以增加1.8倍;超疏水表面热阻随肋间距和肋高的增加而增大;超疏水表面的表观传热系数随肋间距或孔宽的增加而显著降低,随肋高或孔深的增加,表观传热系数也降低,其幅度与肋间距以及肋高与肋间距之比有关;各种结构参数条件下均存在表面滞留空气层的临界厚度,在此厚度以下表面有效传热系数不低于普通表面无滑移时的数值。因此,需要综合考虑超疏水表面的结构参数,包括肋高、肋间隙等,才能使超疏水表面有利于传热。

    内热式惰性粒子流化床中膏状物料干燥模型

    朱学军;叶世超
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  601-606. 
    摘要 ( 673 )   PDF (2104KB) ( 237 )  
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    通过对惰性粒子流化床中膏状物料干燥机理的分析,得到了干燥时间及单位面积床层水分汽化量的数学计算式,可对干燥器的性能进行预测。采用带浸没加热管的惰性粒子流化床对膏状钛白物料进行干燥中试研究,采用气流式喷嘴将膏状物料分散成200~400 μm的小液滴喷洒在惰性粒子表面进行干燥,探索了适宜的干燥条件,测定和确定了最佳的干燥工艺参数、操作参数和设备参数。结果表明:该干燥工艺能强化床内传热传质,促进高黏性膏糊状物料很好地分散,床层温度分布均匀,干燥器的操作弹性大,热量消耗低,干燥强度高,传热系数可达300 W·m-2·K-1以上。

    超疏水表面蒸汽及含不凝气蒸汽滴状冷凝传热实验分析

    王四芳;兰忠;王爱丽;马学虎
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  607-611. 
    摘要 ( 1332 )   PDF (5177KB) ( 767 )  
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    通过紫铜基表面上制备两种具有微纳米结构的超疏水表面以及相同化学修饰的光滑疏水表面,实验研究了各表面上空气环境下水的润湿特性以及在纯蒸汽、蒸汽-空气混合气体环境下,表面的滴状冷凝传热特性和冷凝液滴的运动和润湿特性。结果表明:纯蒸汽滴状冷凝条件下,超疏水表面的传热性能明显低于光滑疏水表面的传热性能;含低浓度不凝气蒸汽冷凝环境下,超疏水表面传热性能与光滑疏水表面相近;蒸汽冷凝环境中,超疏水表面上液滴的接触角明显低于其在空气条件下接触角,并且接触角滞后增大。分析得到,微纳米结构的存在使冷凝过程液滴的接触角滞后增大,微纳米结构中冷凝液滞留增加的壁面热阻等抑制了滴状冷凝传热性能;并提出了蒸汽及含不凝气蒸汽冷凝环境中液滴在超疏水表面上的润湿模式。

    基于光学分层层析成像原理的火焰测温法

    周宾;郝英立;王式民
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  612-622. 
    摘要 ( 1057 )   PDF (4485KB) ( 468 )  
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    燃烧火焰温度场的测量无论对研究火焰的结构及生成机理、燃料的混合和燃烧方式,还是对燃烧设备的稳定运行和控制都具有重要的意义。介绍了一种利用高速分层摄像控制系统重建火焰温度场的方法。连续的三维发光体可以看成若干个互相平行的二维发光断层的组合,对发光体某断层进行聚焦摄像,得到的图像是该断层的像和其他断层的离焦像的叠加像。对不同断层分别快速聚焦摄像,得到一组辐射图像,采用图像反演算法,可以重建各断层的原始图像。根据图像灰度和火焰温度之间的关系,可建立火焰的三维温度场。通过蜡烛火焰实验,验证了该方法的可行性。实验结果在一定程度上揭示了火焰内部的辐射分布、温度分布和燃烧结构,反映了火焰的三维燃烧特性。该方法可作为一种新的测量和诊断方法,应用于燃烧火焰三维场参数和其他两相流三维场参数的测量中。

    超短接触反应器气固快分装置的数值模拟
    章莉, 颜彬航, 吴昌宁, 程易
    化工学报. 2010, 61(3):  623-628. 
    摘要 ( 793 )   PDF (4584KB) ( 328 )  
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    油气水三相段塞流与滚动波流型的转变

    罗小明;何利民;吕宇玲
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  629-634. 
    摘要 ( 689 )   PDF (7048KB) ( 243 )  
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    降膜微反应器中CO2化学吸收过程传质行为
    张好翠, 乐军, 陈光文, 袁权
    化工学报. 2010, 61(3):  635-641. 
    摘要 ( 1023 )   PDF (1468KB) ( 352 )  
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    固体除湿剂电渗再生
    綦戎辉, 田长青, 邵双全
    化工学报. 2010, 61(3):  642-647. 
    摘要 ( 689 )   PDF (1171KB) ( 473 )  
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    催化、动力学与反应器
    铬酸钠氢还原烧结法制备氧化铬绿颜料
    李平, 徐红彬, 张懿, 李佐虎
    化工学报. 2010, 61(3):  648-654. 
    摘要 ( 880 )   PDF (1183KB) ( 721 )  
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    提出了一种氧化铬绿颜料的全新制备工艺。通过研究在低温氢还原过程和烧结过程中影响氧化铬颜料性能的关键因素及其作用机理,制备出性能优异的氧化铬绿颜料。结果表明,低的氢还原温度和相应Al添加剂有利于得到高质量的氧化铬绿颜料;氧化铬的烧结机制为蒸发-凝聚;此外,副产物以NaOH形式回收。该工艺基于中国科学院过程工程研究所自主研发的铬盐清洁工艺与集成技术,实现了氧化铬绿颜料的短流程清洁生产。

    焦化苯中噻吩的卤化新反应

    赵炜;李晓良; 段玉亲; 龙厚坤; 苗茂谦
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  655-659. 
    摘要 ( 698 )   PDF (641KB) ( 299 )  
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    分离工程

    全原子分子动力学模拟反相色谱分离细胞色素C的过程

    康锴;卢滇楠;张敏莲;刘铮
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  660-667. 
    摘要 ( 958 )   PDF (2946KB) ( 372 )  
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    采用全原子分子动力学方法模拟了反相色谱分离蛋白质的吸附和洗脱过程。采用表面键合C4烷基链的硅胶基质作为反相色谱介质和细胞色素C作为蛋白质模型,模拟蛋白质在反相色谱分离过程中的构象变化。结果显示:在吸附过程中,蛋白质在释放出表面结合水分子的同时置换出色谱介质表面的水分子。与其在溶液中的天然构象相比,吸附态蛋白质的构象发生改变。在洗脱过程中,随着溶剂从水切换到甲醇,甲醇取代水分子包覆在介质和蛋白质表面,将蛋白质从介质表面置换下来。分子模拟的结果再现了有关反相色谱“优先水化”的吸附机制,并从分子水平上展现了吸附和洗脱过程中蛋白质、色谱介质和溶剂之间相互作用,对反相色谱介质设计和过程优化提供了参考。

    普那霉素发酵与吸附分离耦合过程动力学

    郑喜;金志华;梅乐和;张达
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  668-675. 
    摘要 ( 1146 )   PDF (1103KB) ( 312 )  
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    根据S. pristinaespiralis E-71普那霉素发酵过程的代谢特性提出了一个针对产物合成期的普那霉素合成动力学方程,结合液膜-孔扩散理论,建立了描述2.5 L通气搅拌发酵罐中JD-1大孔吸附树脂吸附分离原位耦合发酵过程的动力学模型,并获得产物生成速率常数、产物抑制常数及液膜传质和孔内扩散系数。结果表明该发酵-吸附耦合过程动力学模型能较好地描述这一原位分离耦合发酵生产普纳霉素过程。在此基础上,考察了树脂添加量及树脂半径对原位分离耦合发酵过程的影响,结果表明添加JD-1树脂能有效移走发酵液主体相中高达90%的普那霉素,且原位分离效果随树脂粒径减小而增强,在一定范围内随树脂添加量的增加而增强,当添加70 g·L-1半径为0.195 mm的树脂时,普纳霉素产量达到1. 01 g·L-1,其中被树脂吸附的高于95%。

    过程系统工程

    基于Kriging代理模型的稳健优化设计

    高月华;王希诚
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  676-681. 
    摘要 ( 753 )   PDF (1188KB) ( 293 )  
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    稳健优化设计需要进行不确定性分析,优化过程比较费时。为提高计算效率,提出了基于Kriging代理模型的稳健优化设计方法。该方法结合双重Kriging代理模型和多点加点准则进行稳健优化设计。双重Kriging代理模型的建立,减小了不确定性分析的计算量,提高了计算效率。多点加点准则实现了序列的迭代优化,在保证计算效率的同时提高了对全局最优解的逼近程度。数学函数测试结果表明,与一般模拟基稳健优化方法相比,本文所提出的序列稳健优化方法在效率上有很大的提高。最后,考虑注塑工艺的不稳定性,对一盒式注塑制件的壁厚和工艺进行稳健优化,结果表明该稳健优化设计方法是有效的。

    表面与界面工程
    有机模板剂和硅酸物种的电荷效应对SBA-15介观组装结构的影响
    陈汇勇, 林东强, 周碧红, 吴永标, 奚红霞, 钱宇
    化工学报. 2010, 61(3):  682-690. 
    摘要 ( 939 )   PDF (2448KB) ( 321 )  
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    采用介观动力学(MesoDyn)方法模拟了硅基有序介孔分子筛SBA-15介观相的形成过程,并深入研究了有机模板剂、硅酸物种的电荷效应以及二者之间的电荷匹配相互作用对SBA-15介观相结构的影响。结果表明:当硅酸物种不带电或分配1e正电荷,同时有机模板剂P123的每个EO单元分配0.093e正电荷的时候得到的SBA-15介观组装结构具有较好的六角特性;硅酸物种和有机模板剂之间的电荷匹配相互作用对SBA-15介观组装结构影响很大,带电的硅酸物种促进了有机模板剂形成类液晶相,而质子化的有机模板剂不但使硅酸物种有序化,而且促进了硅酸物种在两相界面的浓缩。模拟研究结果很好地验证和解释了SBA-15的“有机模板剂与硅酸物种之间的协同相互作用”的形成机理。本文的研究提供了一种探索硅基有序介孔分子筛形成机理的新手段,弥补了现阶段实验表征手段的不足,同时也扩展了MesoDyn方法在超分子自组装方面的新应用。

    复合α-烯基高分子聚醚羧酸盐的制备和在高矿化度水中的应用
    辛寅昌, 马磊, 卞介萍, 董晓燕, 赵明方, 侯尔群
    化工学报. 2010, 61(3):  691-698. 
    摘要 ( 757 )   PDF (1795KB) ( 357 )  
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    由于高矿化度水含盐量大、表面张力高、腐蚀性强,一般表面活性剂在高矿化度的水中的活性极大降低,所以在海水中不能用一般表面活性剂作为洗涤剂使用。文献报道某些特殊功能的表面活性剂耐受矿化度范围是110000 mg·L-1以下(碱土金属只能在2500 mg·L-1以内)。复合α-烯基高分子聚醚羧酸盐耐受碱金属盐高达150000 mg·L-1,其中,耐受碱土金属高达20000 mg·L-1左右。用于海水洗涤具有优异的洗涤效果和防锈、防腐蚀效果;用在高矿化度稠油开采中,能把储层矿化度高达150000 mg·L-1左右、碱土金属高达20000 mg·L-1左右的黏度高达100000 mPa·s (50℃)以上的特稠油乳化降黏至50 mPa·s (50℃)以下。

    3,6-二氯吡啶甲酸电化学合成及其工业化生产
    马淳安, 徐颖华, 褚有群, 毛信表, 赵峰鸣, 朱英红
    化工学报. 2010, 61(3):  699-703. 
    摘要 ( 949 )   PDF (2061KB) ( 657 )  
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    能源和环境工程
    La0.8K0.2Mn0.95Cu0.05O3在含SO2气氛下氧化模拟炭烟的性能
    刘晓娟, 黄碧纯, 付名利, 叶代启, 梁红
    化工学报. 2010, 61(3):  704-711. 
    摘要 ( 767 )   PDF (6968KB) ( 265 )  
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    采用柠檬酸络合法合成La0.8K0.2Mn0.95Cu0.05O3钙钛矿型催化剂,并用浸渍法、络合法、混合法制备了系列担载型催化剂La0.8K0.2Mn0.95Cu0.05O3/γ-Al2O3。运用程序升温氧化(TPO)对未担载及不同担载量下的催化剂进行了活性评价,并考察了在不同浓度的SO2气氛下催化剂氧化模拟炭烟的性能,采用XRD、BET和FT-IR对催化剂进行了表征。XRD和BET测试结果显示,担载前催化剂具有良好的钙钛矿结构,担载后催化剂的比表面积增大;TPO测试表明浸渍法制备担载量为20%的催化剂表现了更好的催化活性。未担载的催化剂活性较高,但催化剂担载后耐硫性能得到提高。FT-IR证实了随着SO2浓度的升高催化剂表面产生的硫酸盐物种逐渐积累从而抑制了催化剂的活性。

    流化床锅炉温度条件下钙基工业废弃物的固硫反应性能
    李英杰, 韩奎华, 路春美, 赵建立, 赵改菊
    化工学报. 2010, 61(3):  712-719. 
    摘要 ( 897 )   PDF (1872KB) ( 568 )  
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    在流化床锅炉温度条件下研究了赤泥、电石渣等钙基工业废弃物煅烧后的固硫特性,并与石灰石比较,同时研究了吸收剂在反应过程中的物相变化、微观结构特性。结果表明,在相同反应条件下,随反应时间增加,赤泥的钙转化率高于电石渣和石灰石,石灰石的钙转化率最小。赤泥和电石渣的最佳固硫温度分别为850~900℃和950~1000℃。随SO2浓度增加,在相同反应时间内赤泥的钙转化率和硫化反应速率也相应增大。粒径对赤泥的固硫性能影响不大。赤泥和电石渣中钙的主要化合物分别为Ca2SiO4和Ca(OH)2。它们煅烧后孔径主要分布在5~20 nm内,这正是最有利于固硫的孔径区域,石灰石煅烧后孔径主要分布于45~420 nm。钙基废弃物具有优良的孔隙结构,因而它们在流化床锅炉温度条件下具有良好的固硫性能。

    钙基CO2吸收剂循环活性衰减原因初探

    乔春珍;王宝利;肖云汉
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  720-724. 
    摘要 ( 812 )   PDF (2403KB) ( 289 )  
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    对钙基CO2吸收剂的循环活性衰减进行了实验研究,考察了随着循环次数的增加,吸收剂的表面形态、吸收剂分子孔径及比表面积等微观结构的变化,分析了钙基CO2吸收剂循环活性衰减的原因。结果表明,随着循环次数的增加,吸收剂晶粒中的片状结构已经完全消失,取而代之的是正方体状的大晶粒,晶粒生长严重,大量空隙被封闭。而由此引起的吸收剂的比表面积的不断减小和孔容积的降低以及孔分布的改变,导致了吸收剂循环活性的衰减,吸收剂的循环转化率降低。

    基于介观尺度模拟的污泥絮凝形态及机理

    金余其;王彬全;万嘉瑜;麻红磊;池涌
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  725-731. 
    摘要 ( 791 )   PDF (2160KB) ( 665 )  
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    用介观动力学的方法对胶体颗粒与高分子链的絮凝过程进行了模型研究,并根据模型结果对污泥和阳离子聚丙烯酰胺的絮凝过程和污泥脱水机理进行有针对性的探讨。通过建立粗粒化模型和经验势函数力场有效模拟了负电性的胶体颗粒与阳离子型高分子链的絮凝过程;模拟得出了絮凝的外观形态,证明了高分子链对胶体颗粒的桥接作用以及表面电荷的中和作用对絮凝的影响;并对絮凝反应过程的体系势能变化进行了研究。对实际污泥胶体颗粒和阳离子聚丙烯酰胺溶液拍摄了电镜图片并观察了其吸附过程;最后研究了高分子链离子度对溶液体系絮凝的影响,验证了离子度的增加有利于絮凝体的形成,但同时也由于絮凝体结构的复杂而对污泥脱水造成了一定的不利影响。

    高负荷厌氧氨氧化EGSB反应器的运行及其颗粒污泥的ECP特性
    唐崇俭, 郑平, 汪彩华, 张吉强, 陈建伟, 丁爽
    化工学报. 2010, 61(3):  732-739. 
    摘要 ( 955 )   PDF (1542KB) ( 267 )  
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    高效性是厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation, anammox)生物脱氮工艺的优势,污泥颗粒化则是生物反应器高效性的重要原因。控制进水亚硝酸盐浓度为360 mg·L-1,回流比为0.5,经过230 d的连续运行,逐步将厌氧氨氧化膨胀颗粒污泥床(expanded-granular sludge bed, EGSB)反应器(1.1 L)的水力停留时间由6.9 h缩短至0.30 h,获得的容积基质氮去除速率为50.75 kg·m-3·d-1,是原有世界最高水平的2倍。在此工况下获得的高负荷厌氧氨氧化颗粒污泥的平均粒径为(2.51±0.91)mm,比污泥厌氧氨氧化活性为1.899 kg·(kg VSS)-1·d-1,胞外多聚物(extracellular polymers, ECP)总含量达143.00 mg·(g VSS)-1。随着反应器容积基质氮去除速率的提高,反应器内厌氧氨氧化颗粒污泥胞外多聚物含量增加,其中蛋白质含量增加更快,蛋白质的“超量产生”致使颗粒污泥的PN/PS增大,易随水流失。

    高效气升循环式短程硝化工艺性能
    陈建伟, 郑平, 丁爽, 张吉强, 唐崇俭
    化工学报. 2010, 61(3):  740-746. 
    摘要 ( 719 )   PDF (1203KB) ( 279 )  
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    采用模拟含氨废水和气升循环式好氧反应器研究了短程硝化 (partial nitrification,PN) 工艺的高效性能。试验结果表明,气升式短程硝化工艺具有很高的容积效率,在30℃、进水氨氮浓度358.5~942.3 mg·L-1时,反应器水力停留时间可缩至0.86~2.00 h,反应器每天周转次数高达12~28次,平均容积去除速率高达5.5 kg N·m-3·d-1,处于文献报道的最高水平范围。该工艺具有超常的运行稳定性,在进水基质浓度、进水流量和pH波动的情况下,氨氮去除率、出水氨氮浓度和亚硝氮积累率的相对标准偏差分别为3.1%~16.8%,4.3%~26.5%和0.4%~5.3%。该工艺的高效稳定性可归因于气升循环式反应器的强污泥持留能力和短程硝化污泥的高反应活力。系统内持留的污泥浓度高达4.0~5.2 g VSS·L-1,动力学试验测得的最高比污泥活性达到2.71g N·(g VSS)-1·d-1

    氧化节杆菌与苯并[a]芘-镉交互作用机理
    邓军, 尹华, 叶锦韶, 彭辉, 秦华明, 龙焰, 何宝燕, 张娜
    化工学报. 2010, 61(3):  747-753. 
    摘要 ( 724 )   PDF (1760KB) ( 196 )  
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    利用HPLC、FTIR分析技术,研究了氧化节杆菌(Arthrobacter oxydans)对水体中苯并[a]芘(BaP)-镉(Cd)复合污染物交互作用机理。结果表明,BaP、Cd及BaP-Cd复合污染均对菌株的正常生长产生影响,其影响程度为:BaP-Cd>Cd>BaP;使用该菌投加到BaP、Cd浓度均为1 mg·L-1的BaP-Cd复合污染无机盐溶液中,30 ℃、130 r·min-1,培养5 d后,体系BaP、Cd的残留量分别为0.39、0.65 mg·L-1;添加一定浓度的H2O2并保持体系呈偏碱性更适于该复合污染的处理。红外扫描分析显示,在微生物作用下,BaP的结构发生改变,菌株降解BaP和吸附Cd的过程主要与羟基、C=C键、酰胺基团和C—H键有关。

    电去离子集成过程分级浓缩与纯化电镀镍漂洗废水
    王玉珍, 王建友, 卢会霞, 王少明, 董恒
    化工学报. 2010, 61(3):  754-760. 
    摘要 ( 747 )   PDF (531KB) ( 236 )  
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    钛基氧化物电极导致的H2O2分解及其对苯胺氧化的影响

    褚衍洋;王蒙
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  761-766. 
    摘要 ( 1061 )   PDF (1009KB) ( 316 )  
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    材料化学工程与纳米技术
    担载膜受限烧结孔结构模型的改进及验证
    邱鸣慧, 冯君, 范益群, 徐南平
    化工学报. 2010, 61(3):  767-772. 
    摘要 ( 1101 )   PDF (634KB) ( 249 )  
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    针对担载膜受限条件下,复杂的堆积方式及垂直膜面方向出现的加速收缩将影响孔径的问题,对前期建立的担载膜孔结构预测模型进行了改进,从两个方面对模型的关键参数进行定量修正。考虑制备过程中颗粒可能形成的软团聚体对初始堆积方式的影响,对模型重要参数——初始孔隙率进行调整;并结合受限烧结应力模型计算担载膜在垂直膜面方向上的收缩速率和收缩率,研究该方向加速收缩对孔径的影响。在此基础上,采用改进的模型对ZrO2担载膜在800~1200℃烧结后,孔径、孔隙率、膜厚等微结构进行了预测。结果表明:与原模型相比,改进模型具有更好的适应性以及更高的计算精度,能更准确地预测不同烧结温度制备的担载膜的孔径和膜厚,为陶瓷膜孔径的预测与定量控制提供了有效的工具。进一步将模型计算值代入Hagen-Poiseuille方程,可以预测膜的纯水渗透通量。

    注塑成型熔接线截面熔接过程数值模拟

    刘永志; 赵振峰; 马兰; 申长雨
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  773-777. 
    摘要 ( 583 )   PDF (2135KB) ( 258 )  
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    在多浇口和带嵌件注塑制品的成型过程中必然存在熔体的熔接过程,从而形成熔接线。熔接线沿厚度方向的熔接过程是影响该区域的力学强度以及纤维取向等制品性能的重要因素。本文采用有限元法针对注塑制品的典型截面建立数学模型,采用T6P3单元(速度二次插值,压力线性插值),数值模拟了注塑制品熔接线的截面熔接过程。通过等厚度截面和非等厚度截面两个算例,给出了两股熔体熔接过程中的截面速度场和压力场分布。讨论了熔接线区域的壁厚均匀程度对熔接过程的影响。该计算结果可以为制品力学性能以及纤维取向等数值模拟提供数据支持。

    含有磺酸基/羧基高固含量聚氨酯分散体的合成与表征
    孙东成, 陈巧
    化工学报. 2010, 61(3):  778-783. 
    摘要 ( 868 )   PDF (1484KB) ( 928 )  
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    以磺酸盐聚醚二元醇(SPPG)作为软段亲水单体,DMPA作为硬段亲水单体,聚己二酸己二醇新戊二醇酯(PHNA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、三乙胺(TEA)、哌嗪为原料,采用丙酮法合成了固含量50%以上软硬段均含亲水的聚氨酯分散体(PUD)。研究表明,PUD的ζ电位处于-52~-72 mV之间,具有良好的稳定性。亲水基团含量(HGC)、HDI/IPDI摩尔比的增加使胶粒平均粒径变小,粒径分布变窄,黏度增加;—SO3Na/—COOH摩尔比的减小,使小粒子体积分数在21%~28%,黏度显著减小。透射电镜(TEM)显示,分散体胶粒多为大小不一的球形结构,呈多元分布。DMA显示PUD胶膜具有良好的软硬段相容性和耐寒性。

    GAP/PET双软段含能聚氨酯弹性体的性能

    王旭朋;罗运军;王晓青;葛震
    CIESC Journal. 2010, 61(3):  784-788. 
    摘要 ( 722 )   PDF (977KB) ( 342 )  
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    为改善聚叠氮缩水甘油醚(GAP)的性能,选用环氧乙烷/四氢呋喃共聚醚(PET),以三羟甲基丙烷(TMP)为交联剂、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为固化剂,制备了GAP/PET/TMP/IPDI双软段含能聚氨酯弹性体,采用FTIR、DSC、XRD等手段对弹性体进行了表征。实验结果表明:在催化剂含量为0.1%时,两种软段与IPDI的反应速率变化有一定差异,但能够共同形成交联网络结构;PET软段的引入使得弹性体拉伸强度提高0.9 MPa,延伸率提高156%;弹性体显示出两个软段的Tg,并随两类软段含量的不同而变化。所制弹性体为非晶聚合物,183℃开始分解。

    纳米白炭黑的复合改性及性能表征
    李延洁, 周竹发, 王春蓉, 冯杰, 田冉冉, 戴小春, 李勇
    化工学报. 2010, 61(3):  789-794. 
    摘要 ( 1179 )   PDF (1544KB) ( 2076 )  
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    为使纳米白炭黑具有强疏水性,在传统硅烷偶联剂改性工艺基础上,引入了硬脂酸进行复合改性,制备出了具有高疏水性能的纳米白炭黑。采用红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、接触角测试和沉降实验等研究了改性后试样的结构和性能,并讨论分析了复合改性的机理。结果表明:通过硅烷偶联剂改性,白炭黑表面接枝了氨基(—NH2)基团;硬脂酸改性后,—NH2基团与硬脂酸的羧基基团(—COOH)形成酰胺键(—CONH—),白炭黑最终表面形成了疏水性能优异的—(CH23COHN—(CH216CH3基团。复合改性后的纳米白炭黑表面通过化学键接枝了硬脂酸分子,与水的接触角达到了140°,具有优异的疏水性能。

    废纸基电路板非金属材料性质及其复合材料性能
    王新杰, 郭玉文, 张建强, 乔琦, 刘景洋
    化工学报. 2010, 61(3):  795-800. 
    摘要 ( 784 )   PDF (1335KB) ( 867 )  
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    利用电镜扫描、X射线荧光光谱和红外光谱分析废纸基PCBs非金属粉以及对复合材料力学性能和热性能测试,研究了废纸基PCBs非金属粉性质及对复合材料性能的影响,结果表明:废纸基PCBs中含少量玻璃纤维,绝大多数是树脂聚合物,颗粒表面存在羟基、羰基、缩醛基、硅醇基等官能团,是极性材料;非金属粉经改性后与基体PP混合表现出很好的相容性,有效提高复合材料弯曲强度和维卡软化温度(VST),增加复合材料的阻燃性能;复合材料弯曲强度随非金属粉添加量增加而增大,0.08 cm(180目)非金属粉添加量30%时可提高弯曲强度9.1 MPa,VST约提高2℃;小颗粒非金属粉有利于复合材料性能改善,可作为填料制作PP复合材料。