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2010年 第61卷 第2期 刊出日期:2010-02-05
    综述与专论
    超临界溶液浸渍法制备缓释药物
    关怡新, 余金鹏, 姚善泾, 朱自强
    化工学报. 2010, 61(2):  269-274. 
    摘要 ( 818 )   PDF (850KB) ( 242 )  
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    超临界溶液浸渍法(supercritical solution impregnation,SSI)是一种将小分子物质负载到聚合物中的过程技术,主要是利用超临界流体的高扩散系数、低黏度及其对聚合物的溶胀作用,使小分子物质通过分子扩散作用迅速进入溶胀的聚合物并包裹于其中。近年来该技术已用于制备缓释药物/聚合物复合微球、薄膜和纤维等。该法的主要优点在于载体结构灵活,拓展了超临界技术在控释药物制备中的应用。本文主要介绍了SSI法的原理、流程及其在缓释药物制备中的应用,并展望了SSI法的发展趋势。

    热力学
    不同制冷剂喷射制冷性能计算分析
    王菲, 沈胜强
    化工学报. 2010, 61(2):  275-280. 
    摘要 ( 813 )   PDF (1394KB) ( 533 )  
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    引入制冷剂的实际物性,建立了喷射器热力学模型;比较了沸点相近工质在喷射器内的压力和速度变化趋势及喷射系数,探讨了引起喷射器性能差异的主要物性因素;比较了几组具有相近沸点制冷剂的喷射制冷性能。结果表明:对沸点相近的工质来说,一般工作蒸气的比焓值越高,喷射系数越高;沸点相近的工质对中,R717的性能优于R290,R152a优于R134a,R141b优于R123,R142b优于R600a;在研究的所有制冷剂中,R717的制冷性能最好,R152a次之,两者的COP(性能系数)值差随发生温度的升高而增大。

    流体力学与传递现象
    基于低Reynolds数k-ε模型的超临界流体对流换热的快速计算模型
    毛宇飞, 郭烈锦, 白博峰
    化工学报. 2010, 61(2):  281-288. 
    摘要 ( 838 )   PDF (2164KB) ( 249 )  
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    基于边界层理论,针对管内变物性湍流流动,建立了一种简单的数值模型,对超临界压力下水在直管内的湍流强制对流换热进行了数值研究。计算结果与实验数据比较表明,该数值模型不仅能正确地反映超临界工况下压力、质量流速和壁面热通量等参数对传热系数的影响,而且整个计算过程简洁而高效;计算中分别应用了两种均由Jones和Launder提出的低Reynolds数k-ε湍流模型(JL模型),发现JL1模型(c1=1.55)适用于常物性管流,但在模拟超临界工况时计算值比实验值偏低很多;JL2模型(c1=1.45)明显高估了常物性管流的传热系数,但在模拟超临界工况时在大部分参数范围内有着良好的预测精度。

    垂直风冷翅片管中氨水鼓泡吸收特性
    罗玉林, 徐士鸣
    化工学报. 2010, 61(2):  289-295. 
    摘要 ( 797 )   PDF (1165KB) ( 342 )  
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    详细描述了垂直风冷翅片管吸收器中氨水鼓泡吸收的传热和传质过程。管外侧套用翅片,管内侧中氨水吸收溶液和氨气都从吸收器的底部流入、顶部流出。根据质量守恒方程和能量守恒方程建立了热质传递的微分数学模型。该模型分析了吸收器中两相流(即波动流、弹状流、泡状流)的变化,同时考虑了不同的两相流中气液相之间的热质传递以及两相流与管外空气之间的热量传递。通过解模型的微分方程,得到了一些重要参数(温度、摩尔分数)的局部值以及这些参数在吸收高度方向上的变化趋势。

    Chebyshev配置点谱方法直接求解离散坐标辐射传递方程
    李本文, 张文玲
    化工学报. 2010, 61(2):  296-301. 
    摘要 ( 964 )   PDF (1144KB) ( 261 )  
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    针对三维长方形炉内具有吸收-发射介质的辐射换热,基于Chebyshev配置点谱方法和Schur分解开发了直接求解辐射离散坐标方程的求解器。针对离散后所得到的三维矩阵方程,分别用两种方法进行求解,一种是用张量积将三维转变成二维然后直接用Schur分解求解;另一种是自行开发三维Schur分解直接求解。数值实验表明,在相同的输入参数下,新求解器具有很好的精度,尤其相比于标准离散坐标法,新求解器能节省大量计算时间。特别是基于三维Schur分解的直接求解器,在相同的输入参数下,计算时间只有标准离散坐标法的10%~1%。

    气辅注射成型运动界面的Level Set方法数值模拟
    李强, 欧阳洁, 杨斌鑫, 蒋涛
    化工学报. 2010, 61(2):  302-309. 
    摘要 ( 728 )   PDF (1287KB) ( 522 )  
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    给出气液两相流数学模型,选取Cross-WLF模型作为熔体的黏度模型,采用Level Set /SIMPLEC方法模拟了气体辅助注射成型中气体穿透过程,追踪到了不同时刻的运动界面(气熔界面和熔体前沿界面),描述了运动过程中不同时刻速度和温度等重要物理量的分布情况,分析了熔体温度、气体延迟时间和注射压力对气体穿透时间和穿透长度的影响。数值结果表明,Level Set /SIMPLEC方法可以准确追踪气体穿透过程中的两个运动界面;熔体温度、延迟时间和气体注射压力对气体穿透长度有显著影响。

    中国神木煤灰渣在高温下的流变特性
    宋文佳, 孙以敏, 吴勇强, 朱子彬, 梁少球
    化工学报. 2010, 61(2):  310-316. 
    摘要 ( 816 )   PDF (2213KB) ( 397 )  
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    利用高温流变仪测定了中国神木煤灰渣在不同温度下的流变特性,并利用光学显微镜观察了煤灰渣在高温下冷激后的微观形貌,同时利用热力学软件FactSage预测了煤灰渣在不同温度下结晶粒子的相对含量与其均相熔体组成随温度的变化。实验结果表明:当实验温度为煤灰渣的全液相温度时,其流型表现为牛顿性流体;当温度低于其全液相温度时,随着温度的降低,其流型依次变为Bingham流型与Casson流型。同时随着温度的降低,由于煤灰渣中的固含量在不断增加,使得煤灰渣表现出明显剪切变稀的流变现象。最后利用Urbain模型与改进后的Einstein-Roscoe模型分别对煤灰渣中均相熔体黏度与实际黏度进行了模拟,其模拟值与实验值有良好的相关性。

    旋风分离器内旋转流的不稳定性
    王甜, 徐俊, 宋健斐, 魏耀东, 时铭显
    化工学报. 2010, 61(2):  317-322. 
    摘要 ( 794 )   PDF (1097KB) ( 252 )  
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    采用二维热线风速仪(HWA)测量了Φ300mm旋风分离器内瞬时切向速度随随时间的变化,主要考察旋转流的不稳定性。测量结果表明在旋风分离器的中心区域,瞬时切向速度随时间波动变化较大,而靠近边壁区域,瞬时切向速度随时间波动起伏的变化较小。通过对瞬时切向速度进行频谱分析,中心区域的主频约44Hz,而边壁区域的主频不明显,中心区域瞬时切向速度的脉动幅值远大于壁面区域的脉动幅值。瞬时切向速度的变化反映了旋风分离器内旋转流的不稳定性,这种不稳定性导致了旋风分离器内旋转流的旋转中心与几何中心不重合,旋转中心围绕着几何中心摆动,由此造成了瞬时切向速度随时间的类周期的波动变化。
    催化、动力学与反应器
    MnOx/RHA催化氧化NO制备工艺优化
    高继慧, 陈国庆, 杜谦, 徐莉莉, 付晓林, 秦裕琨
    化工学报. 2010, 61(2):  323-329. 
    摘要 ( 741 )   PDF (1815KB) ( 188 )  
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    以稻壳灰(RHA)为载体,采用等体积浸渍法制备了MnOx/RHA催化剂,在常压固定床反应器上,考察了制备条件对MnOx/RHA催化氧化NO活性的影响,采用XRD、SEM、EDX和XRF等方法对催化剂特征及制备条件的影响进行了分析。通过对催化剂特征的分析发现,MnOx主要以无定形颗粒状负载在RHA内表面和断面上;除煅烧时间外,制备条件对催化剂活性有显著影响。通过对催化剂及RHA表面微观形貌和组分的分析发现,随着煅烧温度升高,RHA表面MnOx颗粒尺寸增大,MnOx晶体含量增加,当煅烧温度由200℃ 上升到650℃时,MnOx颗粒粒径由0.1 μm增大到1.0 μm。随着灰化温度升高,RHA表面结构由平板状向疏松蜂窝状和细丝状转变。

    氯丙烯环氧化反应器气相安全控制条件
    姜杰, 谢传欣, 王振刚, 张晨
    化工学报. 2010, 61(2):  330-335. 
    摘要 ( 710 )   PDF (864KB) ( 378 )  
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    在相转移法氯丙烯环氧化反应过程中,由于少量双氧水发生无效分解生成氧气,导致反应器气相存在燃爆危险性。测试了工况条件下氯丙烯-氧-氮三元体系的燃爆特性,得出该体系的极限氧浓度值(LOC)为10.9%;考察了主要因素对气相氧浓度的影响。研究发现,要降低气相氧浓度,应尽可能降低催化剂用量,适当提高搅拌速度,严格控制H2O2用量;应在液相沸腾后开始H2O2进料,并控制反应初始阶段的H2O2进料量,以避免瞬间H2O2进料过快。

    分离工程
    混合模式吸附层析从猪血浆中分离免疫球蛋白
    庄甜甜, 夏海锋, 林东强, 姚善泾
    化工学报. 2010, 61(2):  336-341. 
    摘要 ( 931 )   PDF (1912KB) ( 585 )  
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    混合模式吸附层析是一种新型的生物分离方法,通常结合了静电和疏水相互作用,具有非盐依赖的吸附特性,在高盐和低盐条件下,都可以高效吸附目标蛋白。本文将混合模式吸附用于从猪血浆中分离免疫球蛋白,首先比较了不同沉淀法从猪血浆中去除纤维蛋白原,确定了最佳硫酸铵沉淀条件;进一步考察了混合模式吸附剂对猪血免疫球蛋白的静态和动态吸附性能,确定了吸附和解吸条件;最后采用混合模式吸附层析,从硫酸铵沉淀的上清液中直接分离免疫球蛋白,得率为11.5 mg.8226ml-1血浆,SDS-PAGE凝胶图像分析纯度达到77.4%,为猪血资源的综合利用提供了新方法。

    过程系统工程
    化工过程混合故障诊断系统的应用
    戴一阳, 赵劲松, 陈丙珍
    化工学报. 2010, 61(2):  342-346. 
    摘要 ( 1079 )   PDF (577KB) ( 259 )  
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    故障诊断是保障化工过程安全、平稳进行的一个重要工具。主成分分析法(PCA)作为典型的故障诊断方法,已经广泛应用于各类化工过程的故障诊断,但在复杂过程的故障类别判断上还存在不足。而人工免疫系统对于自我-非我的识别能力有助于对故障类别的判断,并且其良好的自适应、自学习能力,有助于在诊断过程中对系统的完善和改进。本文将主成分分析法与人工免疫系统结合,建立了一个新的混合故障诊断系统,实现对于化工过程故障的早期诊断,并用Honeywell公司的UniSim平台建立了一个动态的化工过程模型,对该诊断系统进行了验证。

    丙烯精馏塔智能控制系统设计及应用
    王振雷, 叶贞成, 钱锋
    化工学报. 2010, 61(2):  347-351. 
    摘要 ( 978 )   PDF (1398KB) ( 657 )  
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    针对乙烯生产装置丙烯精馏塔的工艺特征和操作特点,利用支持向量机在小样本数据建模中的优势,提出一种基于支持向量机丙烯浓度软测量技术,解决了塔釜建模数据样本少的问题,实现了塔釜丙烯浓度在线测量。在上述软测量系统的基础上,设计了丙烯浓度智能控制系统。该系统采用模糊PID作为丙烯浓度控制器,其输出量作为灵敏板温度控制器的设定值,与灵敏板温度控制构成串级调节系统,同时为了克服进料量对灵敏板温度造成的干扰,设计了进料流量前馈控制器。丙烯浓度智能控制系统对塔釜丙烯指标进行实时控制,提高了塔釜丙烯浓度的控制平稳度,解决了塔釜丙烯浓度超标问题。现场应用效果表明,该丙烯浓度软测量系统测量精度高,控制系统可以有效控制塔釜丙烯浓度,取得了良好的控制效果,满足了工业现场运行的需要。

    面向流程企业的可配置MES体系结构
    李德芳, 张朝俊, 蒋白桦, 刘伟
    化工学报. 2010, 61(2):  352-358. 
    摘要 ( 848 )   PDF (2354KB) ( 952 )  
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    过程系统工程的概念内涵将企业的经营管理、供应链和MES的运作紧密联系在一起,当企业组织结构调整、工艺过程改造、产品方案变动等发生时,要求MES系统具有对工厂过程和业务过程持续变化的适应能力。本文提出了一种面向流程企业的可配置MES体系结构,包含模型层、协同平台层和功能层3个配置层次,通过模型层实现业务功能与工厂描述分离;协同平台层实现业务逻辑与技术支撑分离,以及实现整体过程协同和全局优化;功能层实现不同厂商产品间标准化的功能接口。最后,以基于可配置体系结构的MES产品(SMES)为例,分析了各层次的实现方式以及对流程企业业务持续变化的适应性验证。

    制造执行系统功能体系结构
    肖力墉, 苏宏业, 苗宇, 褚健
    化工学报. 2010, 61(2):  359-364. 
    摘要 ( 914 )   PDF (1775KB) ( 611 )  
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    在总结现有制造执行系统(MES)体系结构的发展、特点和问题的基础上,提出了面向我国制造企业的MES功能体系结构。该功能体系结构以生产管理模型为中心,详细定义了该模型内部的主要功能及各功能之间的信息流;同时定义了维护管理、质量管理及库存管理这3类直接影响生产的主要功能模型,并给出其与生产管理模型之间的信息交互;此外,还定义了影响生产的其他功能模型,以保证该功能体系结构的可扩展性。最后,给出一个该功能体系结构用于实际指导我国流程工业MES软件产品的设计与应用的参考实例,从而说明该功能体系结构的实用性和完备性。

    基于序的原油调合调度问题
    江永亨, 蔡阳阳, 黄德先
    化工学报. 2010, 61(2):  365-368. 
    摘要 ( 688 )   PDF (363KB) ( 318 )  
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    原油在线调合调度对于平稳混炼原油性质、保障先进控制的实施和优化炼油计划具有重要的意义。原油调合调度问题由于既包括顺序变量又包括连续变量,不存在明确的问题结构,复杂度高,传统的优化方法效率低,不能满足在线实时的要求。本文针对问题的两层结构提出了基于序的求解方案,利用实际原油性质数据的仿真结果表明,基于序的求解算法可以大幅度提高计算效率。

    考虑非等温混合的能量集成水网络设计方法
    毛庭璧, 罗祎青, 袁希钢
    化工学报. 2010, 61(2):  369-377. 
    摘要 ( 840 )   PDF (2503KB) ( 209 )  
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    讨论了能量集成水网络中非等温混合对系统能量目标的影响,提出了分割温度的概念。对于同性混合,系统的公用工程需求量不会减少。对于异性混合,通过确定分割温度并比较分割温度以上区间混合流股的热量之和与低温区间所需的热量,可以准确确定系统公用工程会增加、减少或者保持不变。基于以上思想,得到了非等温混合规则。它能判断是否存在能量惩罚,以及如何通过设计混合温度来避免能量惩罚。结合改进的“分离系统”法,提出了一种系统化的能量集成水网络设计方法。

    间歇用水系统中废水回用与集中再生处理的调度优化设计方法
    李冠华, 王乐, 刘永忠
    化工学报. 2010, 61(2):  378-383. 
    摘要 ( 842 )   PDF (1101KB) ( 236 )  
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    针对间歇用水系统建立了废水回用与废水集中再生处理协调运行和调度优化的数学规划设计模型。在多周期运行条件下,以保证循环周期中水系统最优运行为目标,提出了消除不同操作周期下储罐中水量和浓度波动的多周期反算求解策略,并确定了多周期操作下优化的用水网络。通过单杂质间歇用水系统实例阐明了所提出方法的有效性,为具有废水集中再生处理的间歇用水系统从启动到稳定的多周期操作和设计提供依据。

    联立法中全局和局部正交配置算法
    陈杨, 邵之江, 钱积新, 王可心
    化工学报. 2010, 61(2):  384-391. 
    摘要 ( 855 )   PDF (942KB) ( 403 )  
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    化工过程的动态优化控制命题大多可以写成微分代数混合方程组(differential algebraic equations)的形式,联立法是求解该类命题的一种重要的数值方法。目前联立法中常用的离散方法是局部法,其中有限元正交配置(orthogonal collocation on finite elements)具有精度高、计算量小、稳定性好等优点。然而伪谱法(pseudo-spectral method)作为一种全局法,在离散中也有独特的优点,特别是具有指数级的收敛速度和较高精度,而且产生的NLP规模较小。本文分别以有限元正交配置法和伪谱法代表局部法和全局法比较其原理,并讨论离散配置点以及其在两种方法上的不同应用,针对离散后两种方法产生的NLP,分别提出判据以保证足够的自由度,最后用连续DAEs与不连续优化控制两个例子进一步比较这两种方法得出,如果命题平滑采用PS方法具有更好的收敛速度。

    基于基因表达式编程的化工过程故障诊断知识抽取
    李秀喜, 熊海霞, 杨国军
    化工学报. 2010, 61(2):  392-397. 
    摘要 ( 882 )   PDF (1016KB) ( 322 )  
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    专家系统是化工过程故障诊断最常用的技术之一。专家系统的基础是专家知识,而知识获取一直是专家系统的“瓶颈”问题,所以知识提炼是开发化工过程故障诊断专家系统的关键技术。本文提出了一种基于基因表达式编程(GEP)的化工过程故障诊断知识的提取技术,通过模糊函数对数据进行模糊化处理,利用GEP演化特性从数据库中找出异常以及产生这些异常的原因,从而获得用于故障诊断的知识规则。实际案例研究结果显示,该技术与领域专家结合能有效提取故障诊断知识,可作为化工过程故障诊断专家系统的知识获取手段。

    基于随机规划的炼厂氢网络改造设计
    宣吉, 廖祖维, 荣冈, 阳永荣
    化工学报. 2010, 61(2):  398-404. 
    摘要 ( 854 )   PDF (1171KB) ( 576 )  
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    氢气是炼油企业重要的战略资源。越来越多的炼油企业开始改造其氢网络以应对日趋严格的环保标准和产品质量。炼厂的氢气产耗量受原油供应和产品需求的变化而随机波动,这使得传统的确定性模型无法有效描述氢网络设计问题。本文针对氢网络的改造设计问题,建立了同时考虑设计和调度问题的集成优化模型。采用基于场景的二阶段随机规划方法表达氢网络运行中的不确定因素,通过将决策变量分为一阶和二阶决策变量,优化计算使第一阶段决策成本与第二阶段决策的期望成本之和最小。算例表明了本文所提方法的有效性和与传统的确定性方法相比的优越性。

    大型聚丙烯生产装置牌号切换滚动时域控制
    何德峰, 邹涛, 俞立
    化工学报. 2010, 61(2):  405-412. 
    摘要 ( 797 )   PDF (1443KB) ( 224 )  
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    基于滚动时域优化控制策略,提出了一种大型双环管聚丙烯生产过程最优牌号切换控制方法。首先结合机理分析,以Hammerstein模型描述聚丙烯牌号切换过程中质量指标动态特性;其次,根据牌号切换的性能指标,滚动优化计算每个时刻各反应器中聚合温度、氢气与丙烯浓度比、共聚单体乙烯与丙烯浓度比等操作变量。进一步结合双层控制结构和状态观测器设计,实现聚丙烯产品牌号切换的滚动优化闭环控制,并预测聚合物产品各质量指标的动态轨迹。最后,通过给出多个牌号切换实例仿真验证本文结果的有效性和实用性。

    一种新型线性约束系统预测控制算法
    邹志云, 刘建友, 于德弘, 刘兴红, 赵丹丹, 王志甄, 郭宁
    化工学报. 2010, 61(2):  413-419. 
    摘要 ( 813 )   PDF (787KB) ( 306 )  
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    通过对无约束预测控制算式的修正,应用线性规划求解技术,提出了一种基于脉冲响应模型的线性约束系统的预测控制算法。理论特性分析表明,该方法在一般情况下具有与无约束预测控制算法相同的稳定性和鲁棒性。以蒸馏塔质量控制为例进行了控制仿真,结果表明,这种新的预测控制算法不仅能满足系统存在的线性约束条件,而且有着比无约束预测控制和最优状态反馈控制更好的控制响应;与二次规划等优化算法比较,这种新的预测控制算法计算效率更高,能更好地满足生产过程实时控制需要。

    基于模糊核聚类的多类支持向量机
    曹巍, 赵英凯, 高世伟
    化工学报. 2010, 61(2):  420-424. 
    摘要 ( 836 )   PDF (413KB) ( 325 )  
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    传统的支持向量机是基于两类问题提出的,如何将其有效地推广至多类问题仍是一个值得研究的问题。本文在比较常用的几种多类支持向量机分类算法基础上,提出了一种基于模糊核聚类的多类支持向量机分类方法。支持向量机的分类精度和分类速度取决于树结构,新方法利用模糊核聚类生成模糊类,并结合基于二叉树的多类支持向量机分类算法实现多类分类。实验结果表明,该方法是一种效率更高、分类更准确的多类支持向量机分类算法。

    独立元子空间算法及其在故障检测上的应用
    张沐光, 宋执环
    化工学报. 2010, 61(2):  425-431. 
    摘要 ( 916 )   PDF (1917KB) ( 309 )  
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    针对高维数据建模问题,提出一种独立元子空间算法(ICSM),作为一种新的集成学习算法,ICSM利用独立元在不同变量上的贡献度来选取子空间,符合了集成学习的要求,具备了明确的物理意义,有效地克服了随机子空间算法(RSM)的主要缺点。在此基础上,进一步将ICSM应用于工业过程监控,提出了一种新的ICSM-PCA故障检测算法。首先在各个子空间内分别建立相应的PCA监测模型,然后根据T2和SPE统计量的值计算出集成时各自的权重,最后构造两个集成统计量对工业过程进行监测。通过在 Tennessee Eastman (TE) 模型上的仿真研究,说明提出的算法具有较好的建模效果和故障检测能力。

    基于混合遗传算法的催化重整过程多目标优化
    李鸿亮, 陆金桂, 侯卫锋, 赵英凯
    化工学报. 2010, 61(2):  432-438. 
    摘要 ( 915 )   PDF (959KB) ( 376 )  
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    为实现催化重整过程生产指标的综合优化,基于已实现工业应用的催化重整17集总反应动力学模型和催化重整过程机理模型,考虑相应的多种约束条件,建立了以最大化总芳烃收率和最小化重芳烃收率为目标的多目标操作优化模型。提出了一种将遗传算法与局部优化方法相结合的多目标混合遗传算法HNAGA,并用于多目标操作优化模型的求解。现场工业数据的仿真研究表明,HNAGA在寻找Pareto最优解前沿方面比原遗传算法具有一定的优越性。将该多目标优化模型和求解方法应用于工业催化重整装置的操作优化,可以有效提高决策的准确性。

    一种基于时序误差补偿的动态软测量建模方法
    杜文莉, 官振强, 钱锋
    化工学报. 2010, 61(2):  439-443. 
    摘要 ( 940 )   PDF (883KB) ( 614 )  
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    针对目前静态软测量建模方法无法反映工业过程动态信息,造成预测模型精度低、鲁棒性差等问题,提出了一种基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)和自回归-滑动平均模型(ARMA)的软测量建模方法。首先,建立了基于LS-SVM的软测量模型,利用ARMA模型对预测误差的动态估计,通过增加动态校正环节,实现了对静态模型的动态校正以改善系统动态响应特性。最后将上述方法用于乙烯精馏过程中乙烷浓度的软测量建模,仿真结果表明:与单一使用LSSVM模型相比,该方法具有跟踪性能好、泛化能力强等优点,是一种有效的软测量建模方法。

    表面与界面工程
    斜排微孔端面机械密封富集效应的理论研究
    刘鑫, 彭旭东, 孟祥铠, 钟伟明, 古通生
    化工学报. 2010, 61(2):  444-449. 
    摘要 ( 856 )   PDF (2031KB) ( 653 )  
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    在周向部分开孔直排微孔端面机械密封富集效应研究的基础上,建立了周向部分开孔斜排微孔端面机械密封的理论分析模型,并采用有限元方法求解雷诺方程,获得了斜排微孔密封的端面液膜压力分布,分析了微孔斜排倾斜角、孔栏数、端面半径比等几何参数在不同转速、不同介质压力等操作条件下对端面液膜刚度、开启力和泄漏率的影响规律,指出了斜排微孔端面密封产生承载力的机理。结果表明,当倾斜角在60°~90°之间取值,且每栏微孔的径向微孔数与周向微孔数相等或相差±1个时,密封综合性能最优。

    1,4-二氯苯在乙腈-水两相系统中的电化学氧化降解途径
    刘奇, 宋欣欣, 王家德, 陈钰, 陈建孟
    化工学报. 2010, 61(2):  450-454. 
    摘要 ( 907 )   PDF (608KB) ( 508 )  
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    研究了乙腈-水两相中Pt电极上1,4-二氯苯的降解途径和氧化特性。实验结果表明,1,4-二氯苯在乙腈-水两相中的氧化电位区间约为2.0~2.3 V(vs SCE),且氧化反应是受扩散控制的不可逆过程。液相色谱、液相色谱-质谱联用、离子色谱等的分析结果表明,乙腈-水两相中1,4-二氯苯氧化中间产物包括对氯苯酚、对苯醌、2,5-二氯对苯醌、草酸根离子、乙酸根离子、甲酸根离子、顺丁烯二酸根离子和氯离子,最终产物为H2O和CO2。得出了1,4-二氯苯主要的降解途径有两种。

    生物化学工程与技术
    紫色杆菌素合成工程菌太空诱变效应及其高产菌株的筛选
    蒋培霞, 张瑞萍, 王海胜, 肖溯, 杨程, 邢新会
    化工学报. 2010, 61(2):  455-461. 
    摘要 ( 813 )   PDF (928KB) ( 320 )  
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    利用太空搭载(“神舟七号”航天飞船)对合成紫色杆菌素的弗氏柠檬酸杆菌(Citrobacter freundii) 基因工程菌株进行了太空诱变,平板和液体发酵筛选实验表明太空诱变后菌株突变率达到70%左右,其中正向突变率7.3%,负向突变率为61.2%。筛选到一株紫色杆菌素高产突变菌株MS4,该菌株在摇瓶水平上,以0.45% (体积分数)的甘油为碳源,于20℃发酵32 h, 紫色杆菌素浓度达到2.16 g·L-1,较出发菌株提高约143.8%。遗传稳定性、HPLC和DNA序列分析结果表明太空搭载突变菌株有很高的遗传稳定性,产生的紫色杆菌素比例比出发菌株有明显提高,但是紫色杆菌素生物合成基因簇序列没有发生突变,表明太空搭载有可能对菌株的基因调控网络产生了影响。

    能源和环境工程
    同步脱氮除硫污泥及其微生物生态学特性
    蔡靖, 郑平
    化工学报. 2010, 61(2):  462-468. 
    摘要 ( 705 )   PDF (1137KB) ( 365 )  
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    研究了同步脱氮除硫反应器稳态运行时的污泥特性与微生物生态学特性。测得污泥粒径为0.54~3.99 mm,沉降速度为56.13~171.43 m·h-1,污泥湿密度为1.08 kg·m-3。采用光学显微镜观察发现,污泥形状不规则,由污泥亚单位(菌胶团和絮体污泥)复合而成。采用扫描电镜观察揭示,污泥表面微生物以杆菌为主,内部微生物形态多样。运用PCR-DGGE分析表明,同步脱氮除硫污泥的微生物种类多样性较高,其中以变形菌门的微生物为主。

    介质阻挡放电脱硫脱硝过程特性
    孙保民, 尹水娥, 肖海平, 高旭东, 周志培
    化工学报. 2010, 61(2):  469-476. 
    摘要 ( 1106 )   PDF (799KB) ( 410 )  
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    氮氧化物和硫氧化物在介质阻挡放电(DBD)反应器中的脱除率与很多因素有关,如氧气含量、相对湿度和烟气中SO2的初始浓度等。本文通过改变SO2初始浓度、氧气含量和相对湿度来研究脱除氮氧化物和硫氧化物过程中的反应机理。结果发现,在N2/SO2/NO体系中SO2初始浓度在较大范围内变化对NO和SO2的脱除率影响很小;而N2/NO/SO2/H2O体系中相对湿度的增加对SO2的脱除的影响较NO的影响大,增加烟气中相对湿度能明显减少SO2在烟气中的浓度;N2/NO/SO2/O2体系中氧气的增加对SO2的脱除效率影响不明显,但能促进NO氧化成NO2或者其他的氮氧化物,同时,在一定的条件下,也能加速NO的生成。探讨NO和SO2的反应机理,发现SO2的反应主要与OH和水合电子有关,而NO的反应与O、N等活性基相关。

    焦化厂污染土壤中多环芳烃降解菌群解析
    李晓斌, 孙寓姣, 王红旗, 丁爱中
    化工学报. 2010, 61(2):  477-483. 
    摘要 ( 1168 )   PDF (1532KB) ( 475 )  
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    以苯并[a]芘、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、茚并[1,2,3-cd]芘5种较难降解的多环芳烃为碳源和能源,采用富集培养的方法从焦化厂污染的土壤中筛选分离得到50株PAHs降解菌。通过对其16S rRNA基因序列分析,将这些PAHs降解菌分为15个种群,分别属于Sphingomonas(鞘氨醇单胞菌属)、Methylobacterium(甲基杆菌属)、Burkholderia(伯克霍尔德氏菌属)、Rhodococcus(红球菌属)、Bradyrhizobium(慢生根瘤菌属)、Phyllobacterium(叶杆菌属)、Chryseobacterium(金黄杆菌属)、Microbacterium(微杆菌属)8个属,其中优势菌为鞘氨醇单胞菌属。纯菌株降解能力测试表明,培养12 d后,菌株3-6-12降解效果要优于其他菌株,对苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、茚并[1,2,3-cd]芘的降解率分别可达39.64%、33.52%、38.57%、25.37%、31.17%。实验结果可为多环芳烃污染土壤的生物修复提供高效的降解菌源。

    太阳能与空气复合源热泵热水系统多模式运行实验特性
    张月红, 徐国英, 张小松
    化工学报. 2010, 61(2):  484-490. 
    摘要 ( 911 )   PDF (1269KB) ( 467 )  
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    提出并构建了一种直接膨胀式太阳能与空气复合源热泵热水系统。在南京夏季的晴天、阴天及冬季晴天工况下分别对实验样机的运行特性进行研究。实验结果表明:该系统在不同天气下以不同热源模式高效地将热水加热到55℃。在夏季晴天太阳辐射波动较大时,系统的集热/蒸发器可以同时吸收太阳辐射能和空气热量,以太阳能为主,空气源为辅,平均能效比为4.83;在夏季阴天,系统以空气源热泵模式稳定运行,平均能效比为3.97;在冬季晴天,系统以太阳能热泵模式运行,太阳能的输入提高了热泵蒸发温度,从而缓解了蒸发器结霜问题。

    超声能量密度对污泥脱水性能的影响
    严媛媛, 冯雷雨, 张超杰, 朱洪光, 谭学军, 张辰, 周琪
    化工学报. 2010, 61(2):  491-495. 
    摘要 ( 907 )   PDF (898KB) ( 504 )  
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    本文主要考察了不同超声波能量密度对污泥脱水性能及结构的影响,并对相关机理进行了探讨。研究表明,在低能量密度下,污泥脱水性能随超声时间延长变化幅度不大;当能量密度提高到0.5 kW·L-1时,污泥脱水性能显著改善,在此能量密度下,超声时间为10 s时效果最优,泥饼含水率、比阻、粘度和CST分别为83.8%、0.8×109 s 2·g-1、16.8 mPa·s和10.7s;在高能量密度下,随着超声时间的延长,菌胶团破坏严重,污泥处于分散状态,造成过滤阻力增加,脱水性能恶化,当超声能量密度为4 kW·L-1,作用时间为120s时,泥饼含水率、比阻、粘度和CST分别为89.4%、3.1×109 s 2·g-1、43.2 mPa·s 和56.2s。
    曝气量对不同填料CANON反应器运行效率的影响
    付昆明, 张杰, 曹相生, 李冬, 孟雪征, 朱兆亮
    化工学报. 2010, 61(2):  496-503. 
    摘要 ( 758 )   PDF (3156KB) ( 285 )  
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    为避免曝气对Anammox菌产生破坏,造成TN去除效果的降低,以海绵块与改性聚乙烯为填料两个反应器进行了曝气量对CANON工艺的影响试验。试验结果表明:CANON工艺的运行效果与曝气量密切相关,曝气的混合作用大大提高了CANON工艺的去除能力。对于海绵块反应器而言,填料的结构保护了Anammox菌免受溶解氧的破坏,保证了CANON工艺的稳定运行;使污泥容易持留在海绵块内部,避免了污泥的流失;限制了基质的传质效果,导致曝气量较大。在曝气量为35.8 m3·m-3·h-1时,TN去除率达到79.48%,TN去除负荷为2.32 kg·m-3·d-1.对改性聚乙烯反应器而言,改性聚乙烯填料不能持留大量污泥,且过量曝气容易破坏CANON工艺的运行,但基质传质能力强,所需曝气量较小。当曝气量为6.3 m3·m-3·h-1时,TN去除率达到77.6%,TN去除负荷达到1.01 kg·m-3·d-1 。但当曝气量达到7.m3·m-3·h-1时,会因溶解氧抑制Anammox菌活性而使TN去除能力恶化。
    材料化学工程与纳米技术
    一种提高聚合物挤出流量在线测量精度的方法
    许红, 吴大鸣, 周星, 王克俭
    化工学报. 2010, 61(2):  504-509. 
    摘要 ( 700 )   PDF (1034KB) ( 238 )  
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    针对聚合物挤出加工过程挤出流量间接测量的特点,提出了介于静态数字滤波与动态数字滤波之间的“转静态”数字滤波方法,将具有动态测量特点的直接测量变量转化为相对稳定的具有静态测量特点的间接测量变量。在此基础上,将限幅滤波和递推平均滤波应用于挤出流量在线测量的数据处理,以克服挤出过程中随机干扰和周期干扰对挤出流量测量精度的影响。通过实验选取最佳的滤波参数——滤波采样周期T及递推平均次数N,结果证明,“转静态”数字滤波输出值与挤出流量真值吻合度很好,符合对挤出流通量在线测量精度的要求。

    GLS/GGLS/SUPG在三维注射成形充填模拟中的应用
    李阳, 严波, 赵朋, 李德群
    化工学报. 2010, 61(2):  510-515. 
    摘要 ( 840 )   PDF (1323KB) ( 226 )  
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    塑料注射成形充填模拟中,采用GLS(Galerkin/least-squares)法能实现速度、压力同次插值时稳定地求解速度场、压力场,在能量场方程的求解中采用GGLS(Galerkin gradient least-squares)/SUPG(streamline upwind/Petrov-Galerkin)法能得到稳定的温度场数值解,其中SUPG法抑制对流占优导致的数值震荡问题,GGLS法消除由于小扩散系数造成的虚假温度升高。由GLS法、GGLS/SUPG法建立的速度、压力、温度求解的稳定有限元计算格式,实现了对注射成形充填模拟。模拟结果表明,采用GGLS法,温度场模拟结果更加合理,由GGLS/SUPG法获得了充填过程中稳定、准确的温度场,并采用GLS法正确地模拟了熔体速度、压力及流动前沿。

    共聚物水凝胶在金属离子溶液中的消溶胀动力学
    廖列文, 刘正堂, 岳航勃, 崔英德
    化工学报. 2010, 61(2):  516-524. 
    摘要 ( 916 )   PDF (2221KB) ( 368 )  
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    采用重量分析法对达到溶胀平衡的AA/AMPS、AA/DMAEMA和AMPS/DMAEMA共聚物水凝胶在金属离子溶液中体积收缩变化的动力学过程进行了研究,结果表明:共聚物水凝胶在4种金属离子(Ag+、Cu2+、Fe3+、Pb2+)溶液中均发生体积收缩的响应变化,并且这种变化程度随着金属离子溶液浓度的增加而增加,由“指数衰减第一顺序”函数可以较好地拟合水凝胶体积收缩响应过程的实验数据;在相同的金属离子浓度下,AA/AMPS、AA/DMAEMA和AMPS/DMAEMA水凝胶的平衡体积收缩比(V∞/V0)和消溶胀速率常数Kd大小顺序总体一致,分别为Fe3+>Pb2+>Cu2+>Ag+、Cu2+>Fe3+>Pb2+>Ag+和Pb2+>Fe3+>Cu2+>Ag+。通过“孤对电子-空轨道”理论从结构上解释了水凝胶在不同价态重金属溶液中的消溶胀机理;AA/AMPS-Fe3+体系、AA/DMAEMA-Cu2+体系和AMPS/DMAEMA-Pb2+体系体积收缩过程的活化能Ea分别为3.081、1.86、1.917 kJ·mol-1。

    P-mSA/mCS双极膜的制备及其在电合成2,3,5,6四氯吡啶中的应用
    肖艳春, 陈日耀, 郑曦, 陈晓, 陈震
    化工学报. 2010, 61(2):  525-530. 
    摘要 ( 852 )   PDF (1172KB) ( 302 )  
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    以五氧化二磷、磷酸三乙酯和磷酸为反应剂, 制备了磷酸化海藻酸钠(P-SA), 经二茂铁离子改性后作为阳膜层;用乙酰基二茂铁改性壳聚糖制备了阴膜溶胶(mCS)。将阴膜溶胶流延于阳膜层上,制备了P-二茂铁-SA/乙酰基二茂铁-CS双极膜(P-mSA/mCS BPM)。测定了双极膜的电荷密度、H+渗透性、交流阻抗、Ⅳ曲线和SEM。以化学镀方法将金属锌和镍的合金镀在阳离子交换膜层的表面上,以实现阴极室中的零极距电解。实验结果表明,以五氯吡啶(PCP)为原料,经电催化还原脱氯制备2,3,5,6-四氯吡啶(2,3,5,6-TCP),电流密度30 mA·cm-2、电解时间40 min,电流效率70.1%、产率96%。与传统的Zn还原法相比,不仅省去了昂贵的金属还原剂的消耗,而且消除了锌泥对环境的污染。