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本期目录
2009年 第60卷 第11期 刊出日期:2009-11-05
    综述与专论
    面向过程工业的陶瓷膜制备与应用进展
    邢卫红, 范益群, 仲兆祥, 徐南平
    化工学报. 2009, 60(11):  2679-2688. 
    摘要 ( 671 )   PDF (1165KB) ( 312 )  
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    陶瓷膜具有优异的化学稳定性、机械稳定性及分离性能,在过程工业中获得了成功应用,成为我国膜领域中最有国际竞争力的膜品种之一。本文基于面向应用过程的膜材料设计的理论框架,系统概述了陶瓷膜的定量制备技术、面向应用体系的陶瓷膜选择与设计方法以及膜应用过程中污染控制的研究进展,并对未来我国陶瓷膜领域的发展态势进行了分析和研讨。

    热力学
    混合制冷剂循环的级数对制冷性能的影响
    尹全森, 李红艳, 季中敏, 崔杰诗, 杜宏鹏, 范庆虎, 贾林祥
    化工学报. 2009, 60(11):  2689-2693. 
    摘要 ( 1394 )   PDF (1428KB) ( 515 )  
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    混合制冷剂制冷循环可以提高制冷系统的效率,广泛应用在天然气液化领域。混合制冷剂的循环级数对制冷性能影响很大。针对不同级数的混合制冷剂循环进行热力学分析,建立了流程中主要设备的热力学模型,模拟计算了采用不同级数的混合制冷剂循环的天然气液化流程,得到不同级数的制冷循环的主要参数:制冷压缩机的功耗、制冷系数和火用效率。结果表明,制冷循环的级数增加,制冷系统的功耗降低,制冷系数和火用效率增加,但是级数增加对制冷性能的影响减小。制冷循环的级数增加会增加流程的复杂性,降低可操作性,不同规模的制冷系统的最优级数不同,规模越大,最优级数就越多。

    传递现象
    空气源热泵热水系统即刻加热模式和循环加热模式的对比
    裴刚, 李桂强, 季杰, 符慧德, 王佳音
    化工学报. 2009, 60(11):  2694-2698. 
    摘要 ( 793 )   PDF (380KB) ( 544 )  
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    建立了空气源热泵在即刻加热(即热)模式和循环加热(循环)模式下制取热水的对比试验台,并对两种模式制取热水的运行性能作了对比研究。在环境温度为(19±0.5)℃条件下,分别将176 kg热水从初温20℃加热至55℃,即热模式平均COP比循环模式高出24%,同时冷凝加热功率也提高了约20%。结果表明,即热模式不仅具有更高的COP,还具有更高的冷凝加热功率,节约了电能消耗,缩短了加热时间。同时即热模式下冷凝压力、压缩比、压缩机最高出口温度等重要参数都要优于循环模式。显示出了空气源热泵热水系统在即热模式下具有更优越的热泵性能。

    去耦室压力变化对脉动燃烧器尾管传热的影响

    翟明;董芃;彭三珑;夏新林
    CIESC Journal. 2009, 60(11):  2699-2704. 
    摘要 ( 704 )   PDF (3528KB) ( 356 )  
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    去耦室是脉动燃烧器的重要部件,除降低燃烧噪声外,其另一作用是保证尾管出口声学边界条件,维持整个燃烧器的运行性能。在一台无阀自激脉动燃烧器尾部建立了去耦室压力控制系统,通过调节引风机前的阀门开度来改变去耦室内部压力即尾管出口压力大小(调节范围-10~10 kPa),实验研究了去耦室压力变化对脉动燃烧器尾管传热的影响。结果表明:当去耦室压力高于或低于大气压力时,尾管中的传热系数均能提高,而去耦室压力为负值时,尾管传热系数相对较高;燃烧室压力幅值的大小和速度比的大小均能反映传热系数的高低。

    周期性变截面微通道结构参数对流体流动和传热的影响
    夏国栋, 柴磊, 杨瑞波, 周明正
    化工学报. 2009, 60(11):  2705-2711. 
    摘要 ( 709 )   PDF (1262KB) ( 347 )  
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    周期性变截面微通道扇形凹穴的设计,使通道内流体流动分为等直径流速型和弧形流速型,因此微通道的等直径段和弧形段的长宽度等结构参数对流体流动和传热有重要影响。针对周期性变截面微通道单相液体流动与传热特性,利用计算流体力学(CFD)模拟与分析软件进行了三维数值模拟。模型采用有限体积法离散、SIMPLEX算法进行层流计算。分析结果显示,等直径段和弧形段的长宽度等结构参数对周期性变截面微通道流体流动特性和传热特性有重要影响。在本文的模拟条件下,u=4 m·s-1时,其最佳结构参数范围为0.15<L1/L2<2,1.4<W2/W1<2.1。

    套片式换热器设计计算和CAD绘图软件的研制

    寇蔚;项威;杨立
    CIESC Journal. 2009, 60(11):  2712-2717. 
    摘要 ( 681 )   PDF (4324KB) ( 622 )  
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    结合国内生产企业实际研制了套片式换热器的设计计算和CAD绘图软件。该软件将套片式换热器的性能设计计算、结构和强度计算、生成产品报价和绘制CAD结构图功能结合在一起,实现了一体化的设计流程。提供了一条全新的性能设计计算思路,从设定限制条件预先筛选、优化搜索策略等方面来极大减少计算量,同时保证可以计算出满足各项热力性能指标和离散设计参数的全部方案,对方案挑选、排序后,进行下一步的结构和强度计算;将结构计算和强度计算实现轻度耦合,使得设计结果可以灵活地满足不同的强度标准;将CAD绘图模块需要的参数分为4部分,防止了在CAD绘图模块调整零部件结构参数时,影响其强度性能。

    团聚模型在连续体系中的应用
    胡慧, 陈志明
    化工学报. 2009, 60(11):  2718-2722. 
    摘要 ( 640 )   PDF (1257KB) ( 255 )  
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    竖直窄流道内过冷流动沸腾的单汽泡生长模型

    袁德文;潘良明;陈德奇
    CIESC Journal. 2009, 60(11):  2723-2728. 
    摘要 ( 772 )   PDF (3266KB) ( 281 )  
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    多相流和计算流体力学
    充模过程的Level Set两相流模拟
    杨斌鑫, 欧阳洁, 郑素佩, 赵智峰
    化工学报. 2009, 60(11):  2729-2736. 
    摘要 ( 743 )   PDF (4882KB) ( 264 )  
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    采用Level Set两相流方法模拟了熔体充模过程,避免了处理复杂的边界以及用Ghost方法将熔体内的速度值外推到熔体外的情况。分别对型腔水平中面与垂直中面的充模过程进行了模拟。讨论了不同注射速度、不同注射口数量以及不同Reynolds数对充模过程的影响,得出了不同时刻各种情况下熔体界面的位置与充模过程刚结束时型腔内的压力分布,分析了熔体在型腔内运动的不同阶段的特点及形成不同阶段的原因。结果表明,在注射口宽度与型腔宽度相差不大的情况下,如果采用中低速充模,则整个充模运动过程以比较平稳的扩展性运动为主,充模较完全,熔体不发生破裂,制件效果较好。充模速度越大,熔体达到平稳流动的时间越短,充模过程越短。数值模拟结果与实验结果一致,同时表明Level Set两相流方法在求解拓扑性质发生较大变化问题时具有很大的优势。

    含硫天然气井放喷气体点火位置的确定
    钱新明, 孙文磊, 黄平, 雷鸣, 梁锋, 李昌卫
    化工学报. 2009, 60(11):  2737-2742. 
    摘要 ( 622 )   PDF (2973KB) ( 988 )  
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    为了及时、可靠地点燃含硫天然气井的放喷气体,根据中石化南方公司天然气井生产实际,对井场中原有的放喷装置进行了改进,并以计算流体力学理论为基础,建立优化后的放喷装置数学模型,借助FLUENT软件,模拟了天然气放喷后放喷池内的流场与浓度场,结合现场的多次试验对模拟结果进行修正,最后确定了天然气有效点火位置的范围,为点火设备的建设提供了理论和技术支持。

    催化、动力学与反应器
    大庆重石脑油蒸汽热裂解集总动力学模型
    张红梅, 尹云华, 徐春明, 高金森
    化工学报. 2009, 60(11):  2743-2748. 
    摘要 ( 641 )   PDF (622KB) ( 383 )  
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    通过对自建小型裂解装置实验数据的分析,建立了大庆重石脑油蒸汽热裂解反应8集总动力学物理模型,并用Matlab语言对Marquardt++ 法进行编程求取了该物理模型的动力学参数。通过对模型计算值与实验值的相对误差分析表明:原料集总因分得较少,相对误差较大,约为10%,但主要产品产率的最大相对误差不超过7%,其中乙烯产率的平均相对误差为1.62%,说明所建模型较好地反映了大庆重石脑油蒸汽裂解反应规律,可以较好地预测主要产品分布。

    神华煤液化残渣的加氢反应动力学
    徐蓉, 王国龙, 鲁锡兰, 李洋洋, 张德祥
    化工学报. 2009, 60(11):  2749-2754. 
    摘要 ( 753 )   PDF (4602KB) ( 317 )  
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    在微型反应管中,以神华煤液化残渣为原料,四氢萘为溶剂,在氢初压6 MPa、反应温度425~485℃、反应时间为0~30 min条件下,进行了煤液化残渣加氢实验,研究了煤液化残渣的加氢动力学特性。将氢化产物分为油气、沥青质和四氢呋喃不溶有机质,根据集总概念建立了煤液化残渣的加氢动力学模型,所建模型与实验值吻合程度高。在实验条件下,四氢呋喃不溶有机质向沥青质转化的活化能为147.41 kJ·mol-1,沥青质向油气转化的活化能为34.81 kJ·mol-1,沥青质缩合为四氢呋喃不溶有机质的活化能为173.48 kJ·mol-1

    浆态床合成二甲醚用CuZnAlSi催化剂的完全液相法制备及表征
    李志红, 黄伟, 樊金串, 左志军, 谢克昌
    化工学报. 2009, 60(11):  2755-2760. 
    摘要 ( 749 )   PDF (839KB) ( 270 )  
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    采用完全液相法制备了不同SiO2含量的二甲醚(DME)合成CuZnAlSi双功能催化剂,并在浆态床反应器中评价其催化反应活性,通过in-situ XPS、XRD、BET、NH3-TPD等方法对其物理化学性能进行研究。结果表明,CuZnAl催化剂中加入SiO2组分,能够促进活性组分Cu的分散,并通过与AlOOH的作用调变催化剂的孔结构和表面酸性,从而提高催化剂在DME合成反应中的活性。准原位 XPS表征结果显示,还原后的催化剂表面Cu0和ZnO共同构成DME合成反应中的甲醇合成活性中心。SiO2的加入可能导致Cu、Zn和Al组分间的相互作用减弱,催化剂稳定性降低。

    过渡金属氧化物对烟火药剂的催化作用
    钱新明, 邓楠, 魏思凡
    化工学报. 2009, 60(11):  2761-2767. 
    摘要 ( 769 )   PDF (3811KB) ( 287 )  
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    为了提高含高氯酸钾和硝酸钾烟火药剂的反应速率,应用混合法和结晶法将过渡金属氧化物(TMO)氧化铁添加到含高氯酸钾的烟火药剂中,将氧化铜添加到含硝酸钾的烟火药剂中。利用绝热加速量热仪(ARC)分别研究了氧化铁对含高氯酸钾烟火药剂、氧化铜对含硝酸钾烟火药剂的催化作用。结果表明,氧化铁对含高氯酸钾的烟火药剂具有催化作用,以结晶添加法催化效果最佳;此药剂的最大反应速率为8.10 min-1,是不含催化剂药剂的4.09倍;到达最大反应速率时间为8.52 min,比不含催化剂的药剂降低了92.8%。氧化铜对含硝酸钾的烟火药剂具有催化作用,混合法添加的催化效果最佳;此药剂最大反应速率为7.38 min-1,是不含催化剂药剂的1.30倍;到达最大反应速率时间为53.55 min,比不含催化剂的药剂降低了66.3%。

    微波化学反应器介质耦合窗应力计算分析与设计
    罗明, 黄卡玛, 华伟
    化工学报. 2009, 60(11):  2768-2774. 
    摘要 ( 705 )   PDF (1700KB) ( 373 )  
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    微波能量耦合窗口是微波化学反应器的关键部件,它应该尽可能小地反射微波能量以避免烧毁功率源,同时密闭反应腔体以分隔反应物与微波装置。根据多物理场耦合模型,利用有限元方法对耦合窗进行了结构应力计算和设计,分析了微波加热过程中介质耦合窗的受热和热应力特点,得到了对工业应用具有参考价值的结果。提出可以通过设计适宜的介质垫片来降低窗体应力,提高可靠性。

    LDV技术优化膜反应器结构
    高永, 胡荣政, 顾平
    化工学报. 2009, 60(11):  2775-2780. 
    摘要 ( 1069 )   PDF (2194KB) ( 369 )  
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    通过采用激光多普勒测速仪(LDV)测定膜反应器内气水混合液的流速分布,研究了膜反应器中设置导流板、膜出水流速以及曝气强度对膜面的剪切流速的影响。研究结果表明,导流板可以增大混合液在中下部膜面附近的切向上升时均流速,混合液的紊动性增强,进而增强了对膜面的剪切作用,有助于延缓膜面滤饼层的形成,缓解浓差极化现象。增大膜出水流速,混合液上升流速和指向膜面的流速均有所增大。曝气强度也会影响流速。时均上升流速和脉动上升流速与曝气强度符合正对数关系。增大气量后,混合液的紊动性增大,气水混合液对膜面的剪切强度也增大。

    分离工程
    氨基酸离子液体-MDEA混合水溶液的CO2吸收性能
    王渊涛, 方诚刚, 张锋, 吴有庭, 耿皎, 张志炳
    化工学报. 2009, 60(11):  2781-2786. 
    摘要 ( 1524 )   PDF (4270KB) ( 4202 )  
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    为改善N-甲基二乙醇胺(MDEA)水溶液对CO2气体的吸收性能,选择了四甲基铵甘氨酸([N1111][Gly])、四乙基铵甘氨酸([N2222][Gly])、四甲基铵赖氨酸([N1111][Lys])、四乙基铵赖氨酸([N2222][Lys])4种功能性离子液体作为活化剂与其复配组成新型CO2吸收剂。用恒定容积法考察了总质量分数为30%的混合溶液吸收CO2的性能,分析了离子液体在水溶液中与MDEA通过质子传递相互促进吸收CO2的机理。实验结果显示离子液体能够显著提高MDEA水溶液吸收CO2的速率,且吸收速率随着添加量的增加而提高。在本文所用的几种混合吸收剂中,阴离子为赖氨酸的离子液体混合吸收剂具有较高的吸收负荷;而[N1111][Gly]-MDEA混合溶液对CO2的初期吸收速率最快,同时[N1111[Gly]-MDEA混合吸收剂的再生效率高于其他离子液体混合吸收剂,达到98%。

    对二甲苯悬浮熔融结晶动力学
    陈亮, 肖剑, 谢在库, 于建国
    化工学报. 2009, 60(11):  2787-2791. 
    摘要 ( 1047 )   PDF (743KB) ( 539 )  
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    结晶法是工业上生产对二甲苯的主要方法之一。现有对二甲苯结晶动力学参数均单纯由结晶母液的温度和浓度变化通过非线性优化法而获得,未检测对二甲苯的晶体粒度数据,因而其准确性难以得到保证。本文利用超声在线粒度仪(OPUS)检测对二甲苯晶体的粒度分布,通过添加晶种的间歇悬浮熔融结晶实验,应用矩量变换法测定82%(质量)对二甲苯-间二甲苯体系中的对二甲苯结晶动力学。利用最小二乘法对动力学实验数据进行多元线性回归后得到了对二甲苯结晶动力学方程,研究结果表明,在对二甲苯悬浮熔融结晶过程中,溶液相对过饱和度对对二甲苯晶体成核速率的影响大于对晶体生长速率的影响,搅拌速率对成核过程影响明显,而晶浆悬浮密度对成核速率的影响不大。

    弹状流对陶瓷膜超滤葡聚糖水溶液的影响
    张峰, 景文珩, 邢卫红
    化工学报. 2009, 60(11):  2792-2797. 
    摘要 ( 1037 )   PDF (2467KB) ( 1280 )  
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    为降低膜污染和浓差极化需维持较高膜面流速,能耗较高。将气升式外循环引入膜过程,可有效降低浓差极化和能耗。实验考察了曝气量对渗透通量的影响,当曝气量为400 L·h-1时,与相同液速条件下单相流错流过滤相比较,膜通量提升87%;进一步增大曝气量,膜通量增加趋势变缓。对气升式膜过滤过程的水力学特性进行了研究,在弹状流条件下,气液两相流可有效提高膜面剪切力,增强膜面传质。在较低流速下,曝气可有效降低膜污染阻力,提高膜通量。结合气液两相流理论和膜过滤阻力模型,分析了弹状流提升膜通量的机理。

    乙醇/碳酸钾双水相萃取盾叶薯蓣发酵液中的2,3-丁二醇
    刘国兴, 江波, 王元好, 戴建英, 修志龙
    化工学报. 2009, 60(11):  2798-2804. 
    摘要 ( 1224 )   PDF (1142KB) ( 578 )  
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    实验考察了乙醇/碳酸钾双水相萃取盾叶薯蓣发酵液中2,3-丁二醇的分配情况,并对其工艺条件进行了优化。结果表明,当乙醇22%(质量)、碳酸钾26%(质量)时,发酵液中2,3-丁二醇的回收率达到最高值97%,此时,乙偶姻和残余还原糖的回收率为97%和87%,菌体和蛋白的去除率分别为99%和94%,而丙酮酸、柠檬酸、苹果酸、延胡索酸和琥珀酸的去除率高达100%,这为2,3-丁二醇的工业分离提供了一种新的技术。

    超声波对活性炭吸附/脱附Cr(Ⅵ)的影响
    荆国华, 董梅霞, 周作明, 许庆清
    化工学报. 2009, 60(11):  2805-2812. 
    摘要 ( 582 )   PDF (1470KB) ( 381 )  
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    研究了超声波对活性炭吸附/脱附Cr(Ⅵ)的影响,结果表明:有无超声波作用下,活性炭对Cr(Ⅵ)的吸附率均随pH值的升高而减小,相对于无超声作用体系,超声作用下的相平衡向吸附量减小的方向移动,且pH值越大,其减小的幅度越大;当Cr(Ⅵ)初始浓度由20 mg·L-1增至110 mg·L-1时,超声波作用下的Cr(Ⅵ)去除率由99.9%降至79.8%,平衡吸附量则由3.3 mg·g-1增至15.0 mg·g-1,与无超声波作用下的效果接近,但无超声波作用时的吸附率持续上升至平衡,而超声波作用下的吸附率先快速增加至近平衡,再出现小幅下降后又缓慢增至平衡。脱附实验发现,无论有无超声作用,活性炭表面Cr(Ⅵ)在蒸馏水中的脱附率均很小;添加NaOH可显著改善脱附效果,脱附率随NaOH用量的增加而增加,且超声场中NaOH对脱附的促进作用显著高于非超声场中的效果。

    响应面法优化螺旋藻中叶绿素的超声提取工艺
    童洋, 肖国民, 潘晓梅
    化工学报. 2009, 60(11):  2813-2819. 
    摘要 ( 913 )   PDF (1276KB) ( 671 )  
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    过程系统工程
    基于多目标的模糊神经网络及在pH控制过程中的应用
    陶吉利, 王宁, 陈晓明
    化工学报. 2009, 60(11):  2820-2826. 
    摘要 ( 1027 )   PDF (1486KB) ( 408 )  
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    设计了一种基于多目标的动态模糊递归神经网络(FRNN)建模方法,用于pH中和过程的广义预测控制。所设计的多目标优化算法以提高拟合精度和简化网络结构为原则,同时优化模糊神经网络中的模糊规则数、隶属度函数中心点及其宽度,由此得到的FRNN模型可以高精度拟合pH中和过程。依据该动态模型,在控制过程的每一个控制周期得到其局部线性模型,将广义预测控制中复杂的非线性优化问题转化为简单的二次线性规划问题。仿真对比结果验证了所提方法的有效性。

    基于PDE降阶模型的最优控制
    李攀峰, 杨晨, 谭玲君
    化工学报. 2009, 60(11):  2827-2832. 
    摘要 ( 752 )   PDF (905KB) ( 447 )  
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    针对带有约束条件的偏微分方程(PDE)模型最优控制的实时性要求和巨大的内存开销问题,提出了基于降阶模型的输入/状态约束的最优实时控制方法。采用特征正交分解和奇异值分解以及Galerkin投影方法导出了动态PDE具有高精度离散形式的状态空间低阶模型,提出了一定输入/状态约束条件下的基于二次规划单步滚动最优控制并与基于线性二次调节器的极值验证最优控制策略相互验证。通过对流-扩散-反应过程的控制仿真结果证明了所提方法的高效性和准确性。

    利用离散正交多项式组合神经网络建立聚合物分子量分布灰箱模型
    吴海燕, 曹柳林, 王晶, 孙娅苹
    化工学报. 2009, 60(11):  2833-2837. 
    摘要 ( 1045 )   PDF (1357KB) ( 534 )  
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    聚合物分子量分布(MWD)是反映产品性能最重要的指标之一,它是典型的二元建模对象,聚合物分子量分布(MWD)是反映产品性能最重要的指标之一,它是典型的二元建模对象,采用组合神经网络对MWD的空间和时间变量进行分解建模。首先利用离散正交多项式神经网络在链长空间上建立分布与链长的模型,然后将MWD与时间变量的关系转换为网络权向量与输入变量之间的函数,利用递归神经网络建立两者之间的模型,最后组合两个网络达到建模目标。分布函数的模型表达式可写成状态方程形式,为进一步设计控制策略提供了基础。在链长空间上建立模型时,实现了神经网络的权向量与MWD相应阶次矩值之间的等价关系,网络权向量由单纯的拟合数据转变为有意义的物理量,实现了神经网络模型的灰箱化,为精确预测网络隐层节点数问题提供了解决途径。提出的方法应用于实验室规模的苯乙烯聚合过程,证明了建模方法的可行性,同时网络权值与矩值的等价关系也得到验证。

    一种基于改进MPCA的间歇过程监控与故障诊断方法
    齐咏生, 王普, 高学金, 公彦杰
    化工学报. 2009, 60(11):  2838-2846. 
    摘要 ( 682 )   PDF (2663KB) ( 373 )  
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    针对基于不同展开方式的多向主元分析(MPCA)方法在线应用时各自存在的缺陷,提出一种改进的基于变量展开的MPCA方法,实现间歇过程的在线监控与故障诊断。该方法采用随时间更新的主元协方差代替固定的主元协方差进行T2统计量的计算,充分考虑了主元得分向量的动态特性;同时引入主元显著相关变量残差统计量,避免SPE统计量的保守性,且该统计量能提供更详细的过程变化信息,对正常工况改变或过程故障引起的T2监控图变化有一定的识别能力;最后提出一种随时间变化的贡献图计算方法用于在线故障诊断。该方法和MPCA方法的监控性能在一个青霉素发酵仿真系统上进行了比较。仿真结果表明:该方法具有较好的监控性能,能及时检测出过程存在的故障,且具有一定的故障识别和诊断能力。

    基于催化剂颗粒停留时间分布的双峰聚乙烯牌号切换优化
    魏舸裔, 王靖岱, 阳永荣
    化工学报. 2009, 60(11):  2847-2853. 
    摘要 ( 800 )   PDF (1407KB) ( 425 )  
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    针对环管-流化床串联的Borstar双峰聚乙烯工艺,建立了包括催化剂切换在内的双反应器串联牌号切换模型,使产品牌号的切换时间最短、过渡料数量最少。同时,推导了双反应器串联工艺中,存在催化剂切换时各反应器内聚合物的瞬时与累积性能指标(熔融指数与密度)的模型。研究表明,对于涉及催化剂切换的牌号切换,最优策略是采用催化剂分步进料方式,综合考虑新旧催化剂对操作参数的不同要求及各反应器内残留原催化剂比重对最终产品性能的影响,从而达到明显缩短切换时间、有效抑制操作变量急剧变化、平缓产品性质变化轨迹的优化目的。

    注塑机工艺参数的智能设置与优化
    赵朋, 周华民, 李阳, 李德群
    化工学报. 2009, 60(11):  2854-2861. 
    摘要 ( 1062 )   PDF (1520KB) ( 1086 )  
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    针对工艺人员的试模思路,混合使用实例推理、代理模型和模糊推理技术,建立一种描述注塑机工艺参数设置与优化全过程的混合智能模型。首先采用实例推理技术模拟工艺人员设置初始工艺参数时的“借鉴”思维,在实例推理失败的情况下,采用代理模型模拟工艺人员的“直觉”思维设置初始工艺参数,然后将初始参数用于试模,最后利用模糊推理技术实现工艺人员不断修正缺陷、优化工艺参数的思维过程。基于上述智能模型开发出了相应的软件系统,并通过与控制器的通讯实现与注塑机的集成,实际案例验证表明该系统正确有效,可应用于实际生产。

    表面与界面工程

    碱性溶液中硼氢化钠在铜阳极上的氧化行为

    段东红;孙彦平
    CIESC Journal. 2009, 60(11):  2862-2868. 
    摘要 ( 769 )   PDF (1164KB) ( 665 )  
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    生物化学工程与技术
    细胞色素P450 BM-3羟基化吲哚能力的半理性改造
    胡升, 虞青, 梅乐和, 姚善泾, 金志华
    化工学报. 2009, 60(11):  2869-2875. 
    摘要 ( 778 )   PDF (999KB) ( 492 )  
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    为进一步改造细胞色素P450 BM-3酶对吲哚的羟基化能力,以P450 BM-3结构与功能关系的推测为指导,选择突变酶P450 BM-3 (A74G/F87V/L188Q/E435T)为父本,在可能影响P450 BM-3催化吲哚羟基化区域选择性的D168位点进行定点饱和突变,根据全细胞催化产物颜色及组成进行筛选,得到了产物组成、酶动力学性质与父本不同的两个突变酶。突变酶D168W的吲哚羟基化产物中90%是靛玉红,而另一个突变酶D168R的产物中87%是靛蓝,产物组成均不同于亲本。在催化吲哚羟基化时,D168W的kcat与父本相当,但Km却是父本的4.8倍,催化活力只有父本的20%;而D168R的kcat是父本的1.9倍,Km是父本的82%,催化活力比父本提高了1.37倍。结果表明,在E435T突变上叠加D168位氨基酸残基突变对酶的催化性质产生了单一位点突变所不具有的协同效应,对酶催化的区域选择性和催化活力都有显著影响,以致改变了催化产物组成。这种基于知识的半理性定向进化方法由于是在关键位点进行突变,因此突变目的性强、突变效果显著。

    能源和环境工程
    液化天然气接收站蒸发气体再冷凝工艺的优化
    杨志国, 李亚军
    化工学报. 2009, 60(11):  2876-2881. 
    摘要 ( 1100 )   PDF (1022KB) ( 660 )  
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    针对液化天然气(LNG)接收站的蒸发气体(BOG)再冷凝工艺系统能耗偏高的问题,对现有BOG再冷凝系统进行了工艺流程优化。通过对BOG压缩机入口温度、BOG压比及物料比等影响BOG再冷凝工艺能耗的主要运行参数的分析,提出了利用高压LNG预冷增压后的BOG,降低BOG压缩机压比的工艺流程。优化后的BOG再冷凝工艺较原工艺可节约BOG压缩机能量消耗32. 5%,且优化后的流程改善了LNG下游管网输气峰、谷负荷波动时的操作弹性,有较好的调峰功能。

    168 kA新型阴极高效节能铝电解槽节能机理

    王紫千;姜艳丽;冯乃祥
    CIESC Journal. 2009, 60(11):  2882-2890. 
    摘要 ( 623 )   PDF (2199KB) ( 307 )  
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    为了研究168 kA新型阴极铝电解槽的节能机理,对新型阴极电解槽内部热场、电磁场以及铝液流场进行了数值模拟,并利用自行研制的铝液波动动态检测系统对新型阴极电解槽阴极铝液液面波动进行了测量。结果表明:新型阴极电解槽的阴极凸起可降低槽内阴极铝液的流速,其阴极铝液X向、Y向水平流速均小于普通阴极电解槽,并且能够有效地减弱阴极铝液的波动。因此,新型阴极电解槽的极距为3.8 cm,比同系列普通阴极电解槽低1 cm,其电解质压降比普通阴极电解槽的电解质压降低380 mV。新型阴极电解槽能量利用率比同系列普通阴极电解槽能量利用率高5%。

    单一缺氧/厌氧UASB同步反硝化产甲烷与A/O组合工艺处理实际晚期渗滤液
    孙洪伟, 王淑莹, 时晓宁, 张树军, 杨庆, 彭永臻
    化工学报. 2009, 60(11):  2891-2896. 
    摘要 ( 893 )   PDF (1394KB) ( 443 )  
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    以实际高氮晚期渗滤液为研究对象,应用缺氧/厌氧UASB-A/O组合工艺重点研究有机物和氮的去除特性,同时考察了A/O系统内短程硝化实现途径及稳定方法。试验结果表明,该生化系统可实现有机物和氮的同步、深度去除。在原液COD平均为6537 mg·L-1,NH+4-N为2021 mg·L-1的条件下,系统最终出水分别为300 mg·L-1和15.6 mg·L-1,去除率分别为95.4%和99.2%。UASB反应器的平均COD负荷为6.5 kg COD·m-3·d-1,去除速率为5.3 kg COD·m-3·d-1。在单一UASB反应器内,发生了缺氧反硝化和厌氧产甲烷的双重生化反应,UASB反应器内获得了几乎100%的反硝化率。通过高游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)的协同作用,使A/O反应器实现并维持了稳定的短程硝化,通过99%以上的亚硝化率实现高效的氨氮去除。

    河渠特定生态岸坡基质酶活性及细菌种群的动态特征
    吴义锋, 吕锡武, 仲兆平, 史静
    化工学报. 2009, 60(11):  2897-2902. 
    摘要 ( 718 )   PDF (833KB) ( 322 )  
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    采用多孔混凝土预制球构建河渠特定岸坡生态系统,对坡面基质中的微生物量、3种酶活性和5种类群细菌数量进行了跟踪测量。结果表明,特定生态坡面上水位变动区即挺水植物生长区的微生物学性能指标明显优于草本植被生长区和淹没区;生态岸坡基质微生物量及各种酶活性不同月份存在显著性差异,脱氢酶、脲酶、纤维素酶在6月、9月时表现了较高的酶活性,并且显著高于3月和12月;微生物量在6月时达到最高值,坡面上的空间特征与酶活性分布特征较为一致,都具有明显的根际效应;细菌总数及5种功能性细菌类群的数量在6月和9月达到高峰,其时空分布规律与酶活性具有一致性。

    嗜酸氧化亚铁硫杆菌在沥青铀矿石浸出中的作用
    丁德馨, 刘玉龙, 李广悦, 胡南, 王永东, 王有团
    化工学报. 2009, 60(11):  2903-2910. 
    摘要 ( 824 )   PDF (917KB) ( 573 )  
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    为了研究沥青铀矿石的细菌浸出机理,设计了有菌有铁、有菌无铁及无菌无铁3种矿粉浸出试验及有菌无铁、无菌无铁两种试块浸出试验,检测了矿粉浸出体系中细菌的浓度、pH值、Eh、亚铁离子浓度、总铁离子浓度及铀浓度的变化,分析了浸出尾渣中O、Mg、K、P、S、Fe、U等元素的含量,观测了浸出前后试块表面形貌的变化。结果表明,在沥青铀矿石浸出过程中,嗜酸氧化亚铁硫杆菌可以高效氧化浸出体系中的亚铁、还原态硫及元素硫,使得浸出体系中的Eh升高和pH值降低;有菌有铁浸出体系中,高浓度的细菌、高浓度的铁、低pH值和高Eh可加速铀矿石的浸出和提高铀矿石的浸出率;有菌无铁浸出体系中,即使总铁离子浓度很低,但由于有细菌的存在,同样可以加速铀矿石的浸出和提高铀矿石的浸出率。有菌无铁的试块浸出中,试块表面出现了许多溶蚀坑,这表明细菌对铀矿石具有直接氧化作用。

    微生物驱油过程中多孔介质对激活剂运移的影响
    刘涛, 包木太, 郭辽原, 李一鸣, 李希明
    化工学报. 2009, 60(11):  2911-2917. 
    摘要 ( 685 )   PDF (582KB) ( 332 )  
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    为研究MEOR过程中注入激活剂在地层中的运移及多孔介质对激活剂的影响,进行了不同激活剂在填砂岩心和含油岩心中的运移实验,并考察了激活剂在不同注入速度、注入浓度条件下的运移堵塞情况。结果表明,在玉米浆、葡萄糖、淀粉3种主激活剂中,岩心多孔介质对葡萄糖的运移影响程度最小。但由于玉米浆廉价且具有较好的激活效果,所以将玉米浆作为进一步考察对象,实验表明玉米浆浓度为10 g·L-1、注入速度为1. 2 ml·min-1是适合的注入条件。同时实验还表明在填砂岩心中要比在含油岩心中对激活剂运移的影响大。

    多喷嘴对置式气化炉中飞灰性质
    廖胡, 郭庆华, 梁钦锋, 张健, 廖敏, 于广锁
    化工学报. 2009, 60(11):  2918-2923. 
    摘要 ( 693 )   PDF (1248KB) ( 370 )  
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    材料化学工程与纳米技术
    水合硼酸锶纳米超结构的制备与表征
    张林进, 叶旭初
    化工学报. 2009, 60(11):  2924-2930. 
    摘要 ( 1202 )   PDF (3198KB) ( 3290 )  
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    采用液相沉淀法,以氯化锶和硼酸氢铵为原料,制备了由纳米片组成的水合硼酸锶(SrB6O10·5H2O)花状、枣状纳米超结构,并利用SEM、TEM、XRD进行了表征。化学分析及XRD结果表明,产物为单一SrB6O10·5H2O相,纯度为99.5%。通过研究产物形貌结构随反应时间的演变过程,提出了水合硼酸锶纳米超结构的形成机理:反应初期晶核球形团聚,在此基础上晶核各向异性生长成片状结构,最终形成由纳米片组成的枣状或花状超结构。此外,研究了反应温度、反应物浓度等反应条件对产物形貌的影响。反应温度的升高使得纳米片尺寸增大,形状由不规则片状向矩形片状演变;团聚的有序度增加,产物形貌由无规则团聚体逐步演变为花状、枣状超结构。反应物浓度的降低,团聚体的有序度减小,产物中出现不规则团聚微球。

    甲基丙烯酸酯/二甲基丙烯酸酯自由基共聚合体系中的自加速和凝胶行为
    朱梦冰, 徐思佳, 张洪文, 丁永红, 俞强
    化工学报. 2009, 60(11):  2931-2936. 
    摘要 ( 713 )   PDF (1011KB) ( 271 )  
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    对甲基丙烯酸聚乙二醇单醚酯/二甲基丙烯酸聚乙二醇酯共聚体系分别实施常规自由基聚合(FRP),原子转移自由基聚合(ATRP)和可逆加成-断裂链转移(RAFT)自由基聚合,通过观察聚合速率、双键转化率、凝胶点以及交联网络的发展,比较FRP、ATRP和RAFT共聚合体系的反应动力学和交联行为。3个聚合体系均出现了自加速现象,ATRP体系的自加速由扩散控制的自由基脱活造成,RAFT体系的自加速来自于扩散控制的自由基加成。在ATRP和RAFT交联体系中,初级链的缓慢增长和充分松弛减少了分子内环化,抑制了微凝胶形成,因此其凝胶点远低于FRP体系。ATRP和RAFT交联网络通过凝胶自由基与单体加成以及支化链的结合而不断发展,导致凝胶含量和交联网络密度随转化率不断增大。

    3,3′-二磺化-4,4′-二氟二苯砜二钠盐的合成与表征
    毕慧平, 陈守文, 高智琳, 张莎, 王连军
    化工学报. 2009, 60(11):  2937-2942. 
    摘要 ( 684 )   PDF (1966KB) ( 463 )  
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    以工业级4,4′-二氟二苯砜(DFDPS)为原料,利用升华方法进行纯化处理后,采用发烟硫酸直接磺化,通过改变反应物计量比、反应温度、反应时间等参数,系统研究了3,3′-二磺化-4,4′-二氟二苯砜二钠盐(SDFDPS)的制备方法。采用HPLC、UV、1H NMR 及FTIR对磺化产物结构及纯度进行了表征,由此得到最佳的磺化条件为:反应物摩尔比(SO3∶DFDPS)为3.0∶1,在110℃下反应20 h。在此反应条件下的磺化产物中未发现单磺化产物以及未磺化的原料DFDPS。经过乙醇/水两次重结晶后,总收率达到75%。以合成的SDFDPS为原料合成了磺化度60%的磺化聚芳醚砜聚合物,该聚合物具有较高的相对黏度,同样也表明了SDFDPS的高纯度。