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本期目录
2008年 第59卷 第8期 刊出日期:2008-08-05
    综述与专论
    浅谈21世纪的化学工程
    李静海
    化工学报. 2008, 59(8):  1879-1883. 
    摘要 ( 937 )   PDF (629KB) ( 847 )  
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    在参考我国化工界已有战略研究的基础上,进一步分析了当前我国社会经济发展需求和世界科技发展的趋势,指出我国化学工程科学正面临难得的发展机遇,同时也面临多方位的挑战。化学工程作为一个共性的工程学科,既要适应其应用领域的扩展,更要充分利用科学技术发展带来的机遇,扩展深化自身的知识基础,为各种物质转化相关领域提供共性的理论、方法和技术。复杂系统理论的发展、计算技术的进步以及测试技术的提升,为化学工程科学的发展提供了新的动力;经济社会的进步,能源、资源与环境问题的突显以及高技术的发展,大大扩展了化学工程服务的领域。我们应当抓住这一机遇,适应这一变化,为解决能源、资源和环境等领域的瓶颈问题,推动高技术的发展做出贡献,开创化学工程新的发展阶段。
    生物产业发展中的系统论
    黄星, 李寅, 杨光, 张延平, 曹竹安
    化工学报. 2008, 59(8):  1884-1893. 
    摘要 ( 668 )   PDF (3000KB) ( 460 )  
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    以系统论为方法,分析了生物产业的特点,结合工业生物技术的成果,说明系统论在生物过程中的应用实例及其突出成效。并通过与传统石油化工的比较,说明系统论用于生物化工具有重要意义。用系统论的方法总结了生物产业中的有益经验,对生物产业进行了展望。

    V2O5/炭基材料用于烟气脱硫脱硝的研究进展
    刘清雅, 刘振宇
    化工学报. 2008, 59(8):  1894-1906. 
    摘要 ( 729 )   PDF (3299KB) ( 451 )  
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    燃煤烟气污染是我国可持续发展需要重点解决的环境问题。目前国内外使用的均是偏离排烟温度的单一污染物控制技术,几种技术串连实现多种污染物排放控制的成本较高。炭基材料由于其独特的性质,不仅可在排烟温度范围脱除烟气主要污染物——硫、硝、汞等,而且可以实现这些污染物的同时脱除。活性焦作为较为廉价的炭基材料,已经在国外实现了工业应用。过去10余年的研究表明,V2O5/活性焦的脱硫、脱硝、脱汞活性显著优于活性焦自身,也优于其他金属氧化物改性的活性焦,有望成为新一代烟气污染物排放控制技术的核心催化剂。本文总结了过去10年中V2O5/活性焦的研究进展,重点展示了脱硫和脱硝过程中的原理性认识,得出V2O5的低温氧化性是其促进多种污染物脱除的共性原因。可以看出,我国在这方面的研发中做出了重要贡献,形成了系统、深入的研究成果。

    二氧化钛材料微观结构与应用性能的联系
    魏明杰;邵庆;吕玲红;朱育丹;刘维佳;陆小华
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  1907-1913. 
    摘要 ( 637 )   PDF (472KB) ( 427 )  
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    二氧化钛是一种具有良好热稳定性和化学稳定性的金属氧化物材料,可用作光催化剂、光电材料、催化剂载体、复合材料中的填充剂或惰性组分等。然而二氧化钛材料在工业应用中常存在难题,实验表征手段又不能够很好地认识这些困难背后隐藏的分子相互作用的机理。分子模拟技术有助于在分子尺度了解二氧化钛材料的微观结构对其性质的影响。本文在总结已有工作的同时从二氧化钛材料润湿性、催化反应活性、受限条件特殊性质3个方面入手介绍了利用分子模拟手段研究二氧化钛表观性质与微观结构间的联系。

    CFD方法在固定床反应器传热研究中的应用

    郭雪岩
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  1914-1922. 
    摘要 ( 858 )   PDF (1551KB) ( 441 )  
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    固定床反应器是一种常见的化学和生化反应器,由于内部结构十分复杂,固定床内的局部流动和传热过程研究一直是一个颇具挑战性的问题。有效参数法是长期以来固定床传热研究的常用方法,但是由于对固定床内温度场缺乏准确的了解,目前为止许多基于有效参数法的传热模型的普适性仍然存在问题。计算流体力学(CFD)的数值模拟方法是近年来应用于固定床流动和传热研究的一种新的研究方法,它通过数值方法求解流动和传递的微分方程组而获得流场和温度场。CFD数值模拟方法能够提供精确的局部流动和传递信息如速度分布、压力分布、温度分布、组分浓度分布等。本文综述和分析了CFD方法在固定床反应器的流动和传热研究领域的最新进展,讨论了CFD方法在该领域的应用前景。

    传递现象
    矩形微通道中环状冷凝的三维数值模拟
    陈永平, 吴嘉峰, 施明恒, 张程宾, 肖春梅
    化工学报. 2008, 59(8):  1923-1929. 
    摘要 ( 546 )   PDF (2842KB) ( 445 )  
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    建立了恒热流边界条件下矩形微通道中环状冷凝过程的三维模型。通过求解气相和弯月面区动量和质量方程及薄液膜厚度方程,得到了弯月面毛细半径分布、冷凝液膜厚度分布,以及传热系数和壁面温度分布。薄液膜区液膜将沿程逐渐增厚,到达一极值后再逐渐变薄。在通道截面中,薄液膜区的传热系数大于弯月面,最大局部传热系数及壁面最高温度皆位于薄液膜区和弯月面的连接处。[JP2]在冷凝起始段,通道横截面平均传热系数沿程急剧减小至一极值;在此之后的很长一段距离内,则基本保持不变;[JP]直至接近环状冷凝终点时又再次沿程减小。

    毛细微结构中延展薄液膜过渡区的蒸发特性
    赵娜, 杜小泽, 杨立军, 杨勇平
    化工学报. 2008, 59(8):  1930-1935. 
    摘要 ( 828 )   PDF (853KB) ( 595 )  
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    毛细力驱动下微细通道内延展薄液膜的蒸发是很多高效热控和热沉装置的关键换热环节。借助表观接触角的演化,建立起包含固有弯月面、过渡薄液膜和平衡区三部分的延展薄液膜形状及其表面蒸发的物理数学模型,并考虑液膜的结构、工质物性和通道特征尺度,引入分离压力和毛细压力比确定液膜不同区域的范围。分析结果表明,过渡薄液膜区域占整个延展弯月面区的比例很小,但气液界面的温度变化非常明显;薄液膜过渡区对传热的主要贡献不在于增加总换热量,而是通过界面温度变化产生的Marangoni效应,对整个液膜区域的流动产生显著的“泵吸”作用。描述了过渡薄液膜区表面蒸发率和液膜平均速度的变化规律,发现受液膜导热热阻和分离压力产生吸附作用的综合影响,该区域的蒸发率存在局部最大值。

    圆弧型与X型开缝翅片空气侧流动与传热特性可视化试验
    李红智, 罗毓珊, 王海军, 陈听宽, 熊伟, 李晨飞
    化工学报. 2008, 59(8):  1936-1941. 
    摘要 ( 972 )   PDF (2600KB) ( 241 )  
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    利用粒子图像测速(PIV,particle image velocimetry)技术和红外热成像技术对增压空冷器空气侧的4排叉排圆弧型和X型开缝翅片的流动和传热特性进行了可视化试验研究。在试验的Reynolds数范围内,得到了阻力和换热特性曲线以及能反映流动和传热细节的流场和温度场。试验结果表明:X型开缝翅片的波动强度、流动阻力大于圆弧型开缝翅片,但前者的换热性能和场协同性优于后者。提出的新概念波动强度是表征翅片结构对流场扰动程度的物理量,波动强度越大,流场内的速度梯度、涡量强度越大,翅片结构对流场的扰动越大。可视化的试验结果为后续的数值模拟和翅片结构优化设计提供了可靠的试验依据。

    硅橡胶复合膜用于含酚水溶液渗透萃取传质过程

    肖敏;周集体;王英刚;王黎
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  1942-1949. 
    摘要 ( 519 )   PDF (1613KB) ( 358 )  
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    以苯酚为模型污染物,以氢氧化钠溶液为萃取液,利用平板复合膜[聚二甲基硅氧烷(PDMS)/聚偏氟乙烯(PVDF)]构造渗透萃取体系,系统地研究了该体系渗透萃取含酚水溶液的传质过程与特性。探讨了料液与萃取液的浓度及流量、运行温度等操作条件及活性层厚度对渗透萃取传质性能的影响。结果表明,pH>13时,总传质系数Kov不随萃取液流量及浓度变化而变化;苯酚的液膜传质系数kf与膜面流动Reynolds数Re0.46呈正比,传质通量与温度符合Arrhenius方程。在苯酚初始浓度5.0~15.0 g•L-1范围内,Kov为定值。活性皮层厚度为4、6、8 μm的膜扩散传质系数分别为15.0×10-7、9.9×10-7及7.5×10-7m•s-1(323.2 K),较均质膜提高了2~4倍。苯酚在复合膜中的传质仍属膜阻控制的传质。

    多相流和计算流体力学
    T形微通道中互不相溶两相流数值模拟
    董贺飞, 张德良, 赵玉潮, 陈光文, 袁权
    化工学报. 2008, 59(8):  1950-1957. 
    摘要 ( 659 )   PDF (1096KB) ( 403 )  
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    采用摄动有限体积(PFV)算法和水平集(level set)技术对T形微通道内互不相溶两相流动进行了数值模拟研究。考察了两相界面张力和微通道壁面润湿性对流动的影响,精确地捕捉到了油水两相流动的界面。对一些典型的T形微通道油水两相流动进行了数值计算,模拟结果和实验结果吻合较好。分析总结出了微通道内两相流动过程中的一些基本规律,为微通道内的液液两相流动实验设计和工业应用提供了新的数值预测手段。

    鼓泡塔反应器气液两相流CFD数值模拟

    李光;杨晓钢;戴干策
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  1958-1965. 
    摘要 ( 969 )   PDF (1615KB) ( 543 )  
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    对圆柱形鼓泡塔反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟的表观气速范围为0.02~0.30 m•s-1; 模拟采用了双流体模型,并耦合了气泡界面密度单方程模型预测气泡尺寸,该模型考虑了气泡聚并与破碎对气泡尺寸的影响。液相湍流采用考虑气相影响的修正k-ε模型,两相间的动量传输仅考虑曳力作用。模拟获得了轴向气/液相速度分布、气含率分布、湍流动能分布以及气泡表面面积密度等,对部分模拟结果与实验值进行了定量比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。

    湍流泡状流混合层流动的PIV测量
    郭富德, 陈斌, 张西民, 宁涛, 郭烈锦
    化工学报. 2008, 59(8):  1966-1970. 
    摘要 ( 765 )   PDF (1332KB) ( 439 )  
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    在单相实验的基础上,使用PIV对不同位置注入气泡的泡状流湍流混合层流动进行实验研究。混合层高低侧流速比为4∶1,基于两股流体速度差和管道水力直径的Reynolds数范围为4400~158400。与单相相比,气液两相混合层流动脉动速度的测量结果表明,在低Reynolds数时气泡的加入会增强混合层的速度脉动,但随着Reynolds数的增大气泡的加入反而会减弱速度脉动。雷诺应力集中在隔板下游一个较窄的区域内,并随Reynolds数的增大而增大。从流动横截面上雷诺应力的分布可以看出,气泡的加入减小了混合层内的平均雷诺应力,并且与单相相比泡状混合层流动在同一横截面上的雷诺应力分布曲线会产生波动。

    气固流化床中双组分混合颗粒的流态化特性

    刘伟伟;卢春喜;范怡平;施晓萌;徐春明
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  1971-1978. 
    摘要 ( 600 )   PDF (1682KB) ( 386 )  
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    在一套φ500 mm×12500 mm大型有机玻璃冷模实验装置中,采用FXC-П/32型压力巡检仪测量了双组分混合颗粒体系沿流化床轴向的颗粒浓度分布,采用容积法测量了不同操作条件下自由空域内双组分混合颗粒的饱和夹带量,并根据稀相空间的轴向颗粒浓度获得了双组分混合颗粒的输送分离高度(TDH)。实验结果表明:混合颗粒在密相床的平均空隙率在小颗粒质量分数为0.4时存在一最小值;双组分混合颗粒的TDH随表观气速的增加而增大,随小颗粒质量分数的增加也增大。在自由空域内双组分混合颗粒的饱和夹带量随表观气速的增加而增加,当表观气速小于0.6 m•s-1时,随表观气速增加明显;当表观气速大于0.6 m•s-1时,增加趋势减缓。而当表观气速小于0.5 m•s-1时,双组分混合颗粒的饱和夹带量随小颗粒质量分数增加,变化趋势不明显;当表观气速大于0.5 m•s-1时,则随小颗粒质量分数的增加而增大明显。通过对实验结果的分析,建立了双组分混合颗粒TDH的数学模型,模型值与实验值吻合较好。

    中空纤维膜组件壳程流动的数值模拟
    杨毅, 王保国, 彭勇
    化工学报. 2008, 59(8):  1979-1985. 
    摘要 ( 695 )   PDF (2116KB) ( 504 )  
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    利用随机顺序添加算法(RSA)建立了中空纤维膜组件壳程三维几何模型,研究了膜组件壳程复杂结构条件下的流体力学特征,进行了组件壳程流动的数值模拟。通过与实验数据及现有经验关联式的比较表明,在低Reynolds数下,基于上述几何模型的数值模拟可较好地预测膜组件的传质特性,能够替代经验关联式,为具有特定几何结构的膜组件和膜过程设计提供依据。模拟结果表明,膜丝轴向的非平行分布导致的径向流动能够消除局部沟流和死区带来的影响,合理地安排膜丝沿组件轴向的排布方式是提高组件分离性能的潜在手段之一。

    声波测量在搅拌釜中固体颗粒临界悬浮转速测定的应用

    任聪静;王靖岱;阳永荣;张晓欢
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  1986-1991. 
    摘要 ( 730 )   PDF (504KB) ( 442 )  
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    基于声发射测量技术,结合声信号的频谱分析、小波分解和R/S分析,获得了代表颗粒运动的特征信号频段(d1d2频段)。同时,根据声波特征信号频段能量随搅拌转速的规律性变化,以固体颗粒碰撞壁面产生信号高频区域的声能量分率值为特征参数,提出了搅拌釜临界悬浮转速的测量判据,即声能量分率快速减少并开始趋于稳定时所对应的搅拌转速为临界悬浮转速。以水-玻璃珠体系为例,与目测法相比,声波法测量值的平均相对误差为3.51%,具有较高的精度。利用经典的Zweitering临界悬浮转速计算公式对声波法测得的实验数据进行拟合,计算值与测量值之间的平均相对误差为3.17%,表明公式对于临界悬浮转速的计算具有较高的准确性。由此获得了一种快速、准确、安全的搅拌釜反应器临界悬浮转速测量技术,有利于工业生产流程的优化和控制。

    催化、动力学与反应器
    环己烷液相非催化/催化氧化反应动力学特性比较
    刘长军, 唐盛伟, 谭平华, 刘颖颖, 梁斌, 闵恩泽
    化工学报. 2008, 59(8):  1992-1999. 
    摘要 ( 768 )   PDF (1205KB) ( 612 )  
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    分别以不同氧浓度气体及纯氧作为氧源,利用鼓泡塔反应器在1.1 MPa、不同温度、不同气体流量条件下比较了环己烷液相非催化氧化和催化氧化反应特性。通过比较分析,讨论了环己烷液相氧化的链式反应机理。理论分析和实验数据表明,环己烷液相催化氧化反应诱导期短,其表观速率与环己烷浓度和氧气浓度都为一级;而非催化氧化反应诱导期长,是由烃直接氧化引发过程控制,只有当过氧化氢积累到一定浓度以后,过氧化物分解产生自由基速率变得显著,反应才表现出自催化反应特征。而在催化剂存在的情况下,环己基过氧化氢分解非常迅速,环己基过氧化氢浓度在整个反应过程中稳定在一个很低的水平,反应由氧化生成酮的链传递反应过程控制。

    混合型TS-1/CNF催化剂的过滤性能及催化活性
    赵茜, 李平, 李道权, 张雷鸣, 周兴贵, 袁渭康, 胡喜军
    化工学报. 2008, 59(8):  2000-2006. 
    摘要 ( 698 )   PDF (1077KB) ( 147 )  
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    纳米碳纤维(CNF)是一种新型的碳基催化剂载体。采用机械湿混的方式制得了混合型钛硅分子筛/纳米碳纤维(TS-1/CNF)催化剂,研究了其在水相体系中的过滤性能,以及在环己酮氨氧化反应中的催化活性。与单独TS-1相比,混合型TS-1/CNF催化剂的团聚体宏观尺寸较大,CNF交织形成的大量大孔非常有利于液体的穿透,使得TS-1/CNF催化剂具有良好的过滤性能,因而可改善TS-1在水相体系中的分离问题。SEM观察显示,CNF具有独特的长纤维结构以及较大的外表面,为TS-1微粒提供了较多的附着点,使得TS-1能均匀分布在CNF表面上。TS-1颗粒与直径处于相同尺度的CNF之间可能存在着较强的分子间作用力、静电作用力及疏水作用力,可避免分散和过滤过程中两者的分离。混合型TS-1/CNF催化剂上环己酮氨氧化反应的结果表明,环己酮的转化率接近100%,环己酮肟收率达98.4%,与纯TS-1的催化活性相当。

    Raney Ni催化剂上苯酚液相原位加氢表观动力学
    项益智, 卢春山, 张群峰, 马磊, 巫晓琼, 李小年
    化工学报. 2008, 59(8):  2007-2013. 
    摘要 ( 761 )   PDF (776KB) ( 268 )  
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    考察了Raney Ni催化剂作用下,反应条件(温度、压力、空速、苯酚浓度和甲醇与水的配比)对苯酚液相原位加氢反应性能的影响规律。结果表明,较高的反应温度和压力以及较低的液体空速和甲醇含量有利于提高苯酚的转化率和环己醇的选择性,但是苯酚的浓度对反应性能的影响不大。针对该反应体系的动力学研究表明,苯酚原位加氢生成环己醇和环己酮的表观浓度级数α1α2分别为0.93和1.09,β1β2分别为3.82和3.47,表观活化能Ea1Ea2分别为67.8 kJ•mol-1和80.2 kJ•mol-1。将动力学研究结果与各个反应条件对反应性能的影响规律相关联,解释了不同反应条件引起苯酚加氢反应速率以及生成环己醇和环己酮选择性差异的原因。

    蜡油催化裂化过程中的苯生成反应途径

    龚剑洪;许友好;谢朝钢;龙军
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  2014-2020. 
    摘要 ( 871 )   PDF (433KB) ( 217 )  
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    以大庆减压蜡油(VGO)为原料,采用不同类型分子筛催化剂在小型固定流化床装置上考察了催化裂化过程中苯生成的两条重要途径——芳烃迁移和芳烃生成反应。在Y分子筛催化剂上,从芳烃迁移反应向芳烃生成反应的过渡大约发生在转化率30%附近,芳烃迁移和芳烃生成反应对苯生成的贡献分别约为36%和64%,原料中约5%的烷基苯会发生脱烷基反应生成苯。在ZSM-5分子筛催化剂上,从芳烃迁移反应向芳烃生成反应的过渡大约发生在转化率55%附近,芳烃迁移和芳烃生成反应对苯生成的贡献分别约为20%和80%,原料中约10%的烷基苯会发生脱烷基反应生成苯。通过芳烃生成反应产生的苯与汽油芳烃的比值基本维持一恒定值,而不随转化率变化,但该比值与催化剂的分子筛类型有关。大庆VGO在转化率75%左右会发生苯消耗反应。反应温度会对苯的生成产生影响。

    旋转填充床中微观混合模型与实验验证

    向阳;陈建峰;高正明
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  2021-2026. 
    摘要 ( 912 )   PDF (1198KB) ( 500 )  
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    根据旋转填充床中液体流动和混合特征,建立了一个新的复合式微观混合模型,并对串联竞争反应的标准体系进行了模拟和实验验证。结果表明,在旋转填充床内,当体积比α较小时(如α=2),微观混合影响很小,过程处于化学反应控制区;当α较大时(如α=20),过程处于微观混合作用区,提高转速使离集指数降低,流量增加对离集指数影响很小;考虑液体初始宏观分布不均匀对混合的影响,模型计算结果与实验结果吻合良好。

    分离工程
    界面聚合工艺条件对反渗透复合膜性能的影响
    邱实, 吴礼光, 张林, 陈欢林, 高从堦
    化工学报. 2008, 59(8):  2027-2034. 
    摘要 ( 1090 )   PDF (1563KB) ( 798 )  
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    以聚砜超滤膜为支撑膜,间苯二胺(MPD)为水相功能单体,均苯三甲酰氯(TMC)为油相功能单体,通过界面聚合法制备了反渗透复合膜。研究了功能单体浓度、界面聚合反应时间、界面聚合成膜后热处理时间和温度等条件对复合膜分离性能的影响;并对在水相中添加相转移催化剂对复合膜分离性能的影响和相转移催化机理进行了初步探讨。首先在单因素实验条件下确定工艺条件的优化范围,然后经过正交实验得到最佳工艺条件,实验结果表明, 油相中TMC浓度为3 g•L-1、水相中MPD浓度为20 g•L-1、界面聚合反应时间为30 s、界面聚合成膜后热处理温度为90 ℃、后处理时间15 min时,所制备的反渗透复合膜表现出良好的分离性能,通量达14.91 L•m-2•h-1,截留率为0.951(测试条件: 压力1.6 MPa, 温度25 ℃, NaCl浓度20000 mg•L-1);当水相中MPD浓度较低时,加入适量的相转移催化剂,能有效地改善膜的分离性能。

    丙烯酸系树脂的吸附自由能特殊能分量对其吸附油烟性能的影响
    李晶, 李忠, 康忠贤, 奚红霞, 夏启斌
    化工学报. 2008, 59(8):  2035-2040. 
    摘要 ( 590 )   PDF (1204KB) ( 288 )  
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    主要研究了自行合成的3种吸油烟材料以及商用G-1651树脂表面的吸附自由能特殊能分量对其表面吸附油烟性能的影响。用反相气相色谱IGC测定了自行合成的聚丙烯酸异丁酯(PIBA)、聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸丁酯(PMMA-BMA)和聚甲基丙烯酸十二酯-丙烯酸-2-乙基己酯(PLMA-2-EHMA)3种吸油烟树脂以及商用G-1651树脂表面的吸附自由能特殊能分量。实验结果表明,4种聚合物的吸附自由能特殊能分量大小如下:G-1651 树脂PIBA>PMMA-BMA>PLMA-2-EHMA。4种树脂吸附油烟能力的大小顺序与其极性大小顺序恰恰相反,即PLMA-2-EHMA > PMMA-BMA > PIBA >G-1651树脂。这是由于油烟中的主要成分都是非极性或弱极性的,因此,材料表面的吸附自由能特殊能分量值越大,吸附质与吸油烟材料表面形成的吸附越牢,吸油烟材料吸附油烟的能力越强。

    介微称重技术测定药物在超临界流体和被掺杂聚合物间的分配
    马少玲, 陆兆文, 毕二利, 吴有庭, 张志炳, 孟为民
    化工学报. 2008, 59(8):  2041-2045. 
    摘要 ( 608 )   PDF (688KB) ( 170 )  
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    过程系统工程

    具有中间水道的废水再生循环水网络的优化

    冯霄;沈人杰;余新江
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  2046-2051. 
    摘要 ( 714 )   PDF (825KB) ( 323 )  
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    考虑废水再生循环的水网络,可以最大限度地减少系统的新鲜水消耗和废水排放量,具有中间水道的水网络结构,可以有效地提高系统的柔性,本文建立了具有中间水道的废水再生循环水网络的超结构,提出了网络优化的数学模型。由于该最优网络涉及多参数的优化,本文采用了分步优化的策略,根据各参数的相对重要性,依次对新鲜水消耗量、再生水流率和再生负荷进行优化。计算实例表明,本文建立的方法是有效的。

    用于发酵过程在线建模的自适应局部最小二乘支持向量机回归方法
    刘毅, 王海清, 李平
    化工学报. 2008, 59(8):  2052-2057. 
    摘要 ( 737 )   PDF (1034KB) ( 325 )  
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    提出一种基于自适应局部学习的最小二乘支持向量机回归(LSSVR)在线建模方法。考虑样本间的距离和角度信息以获得更全面合理的相似样本集,推导了采用快速留一法在线优化模型参数的准则,并给出了发酵过程在线自适应模型选择的策略。以链激酶流加发酵过程为例,验证了所提出算法能够从过程的第2批次开始,同时对活性菌体浓度和链激酶浓度进行较准确的在线预报,较普通的局部LSSVR等建模方法具有更高的预报精度和自适应性。

    基于混合差分进化算法的软测量时延参数估计
    王钧炎;黄德先
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  2058-2064. 
    摘要 ( 847 )   PDF (1237KB) ( 460 )  
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    时延参数估计是系统控制与信号处理的关键问题。通过构造一个适当的适应度函数,将软测量系统的时延参数估计问题转化为一个多维非线性优化问题,然后利用混合差分进化算法的全局搜索能力求解该优化问题。对两个典型问题进行了仿真实验,仿真结果表明了混合算法的有效性和鲁棒性。以石油炼制工业中典型装置常压塔为例,对其一线航空煤油的闪点软测量进行了应用验证,结果表明,时延参数估计的引入大大提高了软测量模型的精度,证实了混合差分进化算法的有效性。

    生物化学工程与技术
    基于动力学模型的丙酮酸分批发酵温度控制策略
    许庆龙, 刘立明, 史仲平, 堵国成, 陈坚
    化工学报. 2008, 59(8):  2065-2070. 
    摘要 ( 714 )   PDF (1383KB) ( 225 )  
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    在对不同温度下Torulopsis glabrata分批发酵生产丙酮酸过程进行详尽分析的基础上,建立丙酮酸分批发酵动力学模型,并分析了温度与动力学参数之间的函数关系,提出T.glabrata高产量、高产率和高强度发酵生产丙酮酸的温度控制轨迹:在发酵初始阶段(0~8 h) 控制发酵温度为34℃以维持较高的菌体生长速率和丙酮酸合成速率;发酵中期(8~42 h),逐步将发酵温度降到27℃以获取代谢流强化和细胞衰亡之间的最佳平衡;然后维持27℃至发酵结束以提高细胞后续产酸能力。采用这一最佳温度控制轨迹,丙酮酸产量(89.4 g •L-1)、对葡萄糖产率(0.76 g •g-1)和生产强度(1.32 g •L-1 •h-1)比30℃恒温发酵分别提高了25.7%、16.9%和48.3%。

    产气肠杆菌磷酸酶基因克隆表达及其特性
    赵洪新, 来奇恒, 杨程, 张子能, 邢新会
    化工学报. 2008, 59(8):  2071-2078. 
    摘要 ( 647 )   PDF (1688KB) ( 254 )  
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    产气肠杆菌(E.aerogenes IAM1183)的酸性磷酸酶,具有特异转移磷酸基团到核苷5′-位的功能,是极具应用价值的酶。本研究以产气肠杆菌(E.aerogenes IAM1183)的酸性磷酸酶(PhoC)为研究对象,采用基因工程手段,克隆了phoC基因,构建成酸性磷酸酶(PhoC)与麦芽糖结合蛋白(MBP)的融合表达载体pMKL-c2x-phoC,把其转化到不同的宿主,进行催化研究。结果发现构建成的基因工程菌具有高于原始菌催化5′-IMP生成的能力、水解5′-IMP的活性降低、酶促反应的最适pH值近中性等特点。

    魔芋葡甘聚糖酶解历程反应-扩散动力学
    袁素霞, 苏荣欣, 齐崴, 李秋瑾, 何志敏
    化工学报. 2008, 59(8):  2079-2082. 
    摘要 ( 897 )   PDF (872KB) ( 273 )  
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    能源和环境工程
    桨叶式干燥机热干燥处理制革污泥的排放特性
    朱晓琬, 邓文义, 王飞, 蒋旭光, 严建华, 池涌, 岑可法
    化工学报. 2008, 59(8):  2083-2088. 
    摘要 ( 793 )   PDF (1828KB) ( 267 )  
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    进行了使用桨叶式干燥机进行污泥热干燥处理的实验研究,分析在不同的温度下污泥的干燥效果、气体排放和冷凝水产生情况。实验结果表明,污泥在干燥过程中会释放出氨气、挥发性有机酸(甲酸、丙酸)和烷烃(庚烷)等挥发性有机污染物,且升高温度能够降低干燥机出料含水率,并能够通过影响水解及脱羧反应从而增加干燥过程排放的气体量及冷凝水的COD值。通过对比冷凝前后的气体排放量,表明冷凝操作有利于降低二次污染。

    质子交换膜燃料电池内扩散层/流道表面处液态水滴的运动特征

    肖宇;明平文;衣宝廉
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  2089-2094. 
    摘要 ( 744 )   PDF (1491KB) ( 235 )  
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    针对燃料电池流场内任意选取的特征单元建立二维模型,分析在剪切流作用下附着在扩散层(GDL)/流道(GFC)表面液滴的运动特征,认为液滴运动时迟滞角(液滴运动过程中前进角与后退角间的差值)与液滴高度、气体流速存在着一定关系;而与所选取的特征单元长度无关。模型还有效耦合了实验总结的液滴开始运动的条件关系式,真实反映了液滴开始运动、不断加速追赶及聚并的运动趋势。结果表明:选取矮流道,增大气体流速,采用疏水的GDL增大液滴的不稳定性,同时增加流道表面的亲水性,有利于液滴获得较大加速度,并以拐角流的形式快速从电池内排除。

    煤相关含氧模型化合物苯甲醚热解机理的量子化学研究
    赵俐娟, 凌丽霞, 章日光, 柳学芳, 王宝俊
    化工学报. 2008, 59(8):  2095-2102. 
    摘要 ( 952 )   PDF (1923KB) ( 498 )  
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    采用量子化学密度泛函理论方法对煤相关含氧模型化合物苯甲醚热解异构化反应的热力学和动力学进行了分析,确定了苯甲醚热解异构化生成邻位、对位甲酚的反应路径为两条平行的连串反应,且分别生成产率相当的邻位和对位甲酚。苯甲醚中O—CH3键的均裂为决速步骤,其活化能为285.90 kJ•mol-1(1000 K),从理论上解释了邻位和对位甲基取代的环己二烯酮中间体在反应中的存在。

    串行流化床煤气化试验
    吴家桦, 沈来宏, 肖军, 卢海勇, 王雷
    化工学报. 2008, 59(8):  2103-2110. 
    摘要 ( 796 )   PDF (773KB) ( 226 )  
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    针对串行流化床煤气化技术特点,以水蒸气为气化剂,在串行流化床试验装置上进行煤气化特性的试验研究,考察了气化反应器温度、蒸汽煤比对煤气组成、热值、冷煤气效率和碳转化率的影响。结果表明,燃烧反应器内燃烧烟气不会串混至气化反应器,该煤气化技术能够稳定连续地从气化反应器获得不含N2的高品质合成气。随着气化反应器温度的升高、蒸汽煤比的增加,煤气热值和冷煤气效率均会提高,但对碳转化率影响有所不同。在试验阶段获得的最高煤气热值为6.9 MJ•m-3,冷煤气效率为68%,碳转化率为92%。

    氯代硝基苯类废水臭氧化动力学和机理
    李炳智, 徐向阳, 朱亮
    化工学报. 2008, 59(8):  2111-2120. 
    摘要 ( 682 )   PDF (743KB) ( 429 )  
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    采用半连续臭氧化工艺处理氯代硝基苯类废水,对氯代硝基苯(ClNBs)臭氧化过程反应动力学、臭氧分子与自由基氧化反应的贡献、过程降解机理等方面进行了研究。结果表明,ClNBs降解遵循准一级反应动力学,降解速率顺序为o-CNB<m-CNB<p-CNB,同时反应速率常数随反应体系pH的升高、目标污染物和自由基猝灭剂浓度降低而增大。但ClNBs的矿化速率远低于其降解速率,表明臭氧化不能彻底矿化ClNBs。HPLC和GC-MS结果表明,ClNBs主要被转化为氯酚、硝基酚、氯代硝基酚、硝基苯、氯苯和低分子的羧酸等物质。通过评估臭氧分子和自由基在反应中的贡献发现,自由基起决定性作用。因此,强化自由基产生的高级氧化工艺可对氯代硝基苯污染环境进行有效的修复和治理。

    天然气管道泄漏速率的确定

    刘中良;罗志云;王皆腾;张建;孙晓春
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  2121-2126. 
    摘要 ( 935 )   PDF (799KB) ( 908 )  
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    天然气泄漏速率是模拟评价天然气管线泄漏事故过程中的重要因素之一,对其研究将有利于提高模拟评价结果的正确性。应用热力学和气体动力学理论,结合理想气体状态方程、绝热方程和能量守恒方程,研究分析了天然气管道的泄漏过程,分别给出了在临界泄漏阶段以及亚临界泄漏阶段的泄漏速率计算公式,为天然气管输安全工程的相关计算提供了可靠的理论依据。

    材料化学工程与纳米技术
    木质素磺酸钠的结构特征及用作烯酰吗啉水分散粒剂分散剂
    李志礼, 庞煜霞, 李晓娜, 邱学青
    化工学报. 2008, 59(8):  2127-2133. 
    摘要 ( 893 )   PDF (1112KB) ( 602 )  
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    采用紫外、凝胶色谱和化学滴定法分析了国内外5种木质素磺酸钠(木钠)的结构特征,发现Ultrazine Na的亲水基含量达5.46 mmol&#8226;g-1,其亲水性最好;Kinsperse126的磺酸基含量达2.05 mmol&#8226;g-1;广纸木钠的重均分子量达13000,石岘木钠为10000。以各木钠为分散剂,制备烯酰吗啉水分散粒剂(WG),并测试其应用性能。以Kinsperse126为分散剂的WG悬浮率高达95.03%,以石岘木钠为分散剂的WG悬浮率为89.70%。木钠的分散能力随磺酸基含量和分子量的增加而提高,磺酸基对木钠的分散性能的贡献更大。首次采用Turbiscan LabExpert分散稳定仪测定烯酰吗啉WG悬浮液的稳定性,以Kinsperse126作分散剂的悬浮液稳定性最好,在15 min时才出现沉淀,厚度仅0.38 mm,广纸木钠为分散剂的悬浮液中颗粒粒径增幅仅0.59 μm。悬浮液的稳定性与木钠的分散能力正向相关,且分子量大的分散剂能减缓颗粒粒径的增长。

    羽毛蛋白接枝聚丙烯酸-丙烯酰胺树脂的合成与吸水性能

    尹国强;崔英德;陈循军
    CIESC Journal. 2008, 59(8):  2134-2140. 
    摘要 ( 1227 )   PDF (1199KB) ( 636 )  
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    以改性羽毛蛋白(MFP)、丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为主要原料,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,硫酸钾-亚硫酸氢钠为引发剂,采用溶液聚合法制备了羽毛蛋白接枝聚丙烯酸-丙烯酰胺高吸水树脂[P(MFP-g-AA/AM)],并对其吸水性能及其影响因素进行了考察。结果表明,P(MFP-g-AA/AM)制备的最适宜工艺条件为WAAWAM=70∶30,丙烯酸的中和度为90%,WMFPWAA+AM=10%,WinitiatorWAA+AM=0.8%,WcrosslinkerWAA+AM=0.10%,反应温度为60℃,反应时间为2 h。在此条件下合成的P(MFP-g-AA/AM)树脂在去离子水中的饱和吸水倍率为578.0 g&#8226;g-1,吸盐水(0.9%NaCl)倍率为78.6 g&#8226;g-1,吸人工尿液倍率为75.1 g&#8226;g-1,均高于羽毛蛋白接枝丙烯酸树脂。

    微波辅助回收废聚酯制备粉末涂料用聚酯树脂
    宋红玮, 许忠斌, 郑素霞
    化工学报. 2008, 59(8):  2141-2148. 
    摘要 ( 862 )   PDF (1947KB) ( 219 )  
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    在微波辅助下,采用新戊二醇(NPG)对废弃聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)进行多元醇解,产物经酯化后,制备了能用于聚酯-环氧粉末涂料的聚酯树脂。通过研究各主要因素对醇解反应和酯化反应的影响,实现了反应条件的最优化组合。同时研究了酯化过程中引入的均苯四酸二酐的作用。

    苯乙烯的间歇-半连续RAFT细乳液聚合
    杨雷, 罗英武, 李伯耿
    化工学报. 2008, 59(8):  2149-2155. 
    摘要 ( 838 )   PDF (2402KB) ( 215 )  
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    进行了苯乙烯的间歇-半连续RAFT细乳液聚合,考察了半连续段的起点、单体滴加速率及最终胶乳固含量的影响。结果发现:从最终胶乳的稳定性考虑,半连续聚合的起点选择在间歇聚合的高转化率时期更好;若综合考虑胶乳的稳定性、分子量及其分布、固含量、乳化剂及共稳定剂在胶乳中的残留率等因素,半连续聚合的起点可适当提前,但必须在间歇聚合成核期结束后。过早容易引起乳液的失稳;过迟会延长反应时间,降低聚合物的制备效率,导致死聚物链含量升高。聚合体系的稳定性与胶乳的固含量密切相关,最终固含量不宜超过40%。采用间歇-半连续二段聚合工艺可以制得窄分子量分布(PDI=~1.3),低乳化剂及共稳定剂残留量(~1.5%,质量)的高分子量聚合物(≈8×104g&#8226;mol-1)。