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2008年 第59卷 第5期 刊出日期:2008-05-05
    热力学
    对苯二甲酸在酰胺类溶剂中的溶解度
    郭霞, 成有为, 袁以能, 王丽军, 李希
    化工学报. 2008, 59(5):  1073-1076. 
    摘要 ( 1251 )   PDF (502KB) ( 1012 )  
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    测定了303.2~363.2 K温度范围内,对苯二甲酸在N,N-二甲基丙酰胺(DMP)、N,N-二乙基丙酰胺(DEP)和N,N-二乙基乙酰胺(DEA)中的溶解度。随着温度的升高,对苯二甲酸在3种酰胺类溶剂中的溶解度都增大;但是在不同的溶剂中表现出不同的温度敏感性,在该温度范围内N,N-二乙基乙酰胺中溶解度对温度最为敏感。实验数据用Buchowski等提出的λh方程进行了关联,实验值与计算值符合良好。

    传递现象
    基于温差函数的低温多效蒸发海水淡化过程热力学分析
    丁涛, 王世昌
    化工学报. 2008, 59(5):  1077-1082. 
    摘要 ( 1047 )   PDF (828KB) ( 493 )  
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    从分析低温多效蒸发海水淡化过程的不可逆性出发,建立了海水加热和蒸发以及冷凝器海水预热过程的火用损失关系;导出了反映低温多效蒸发过程热力学效率的不可逆温差函数,为分析、评价过程的热力学效率提供了新的工具;并在温差函数的基础上研究讨论了蒸发器总效数、冷凝器端差、首效加热蒸汽温度和相对热容率等关键因素对低温多效蒸发海水淡化过程热力学效率的影响,为过程的优化、提高过程的能量利用率指明了方向。

    汞-水混合工质脉动热管实验研究
    胡建军, 徐进良
    化工学报. 2008, 59(5):  1083-1090. 
    摘要 ( 965 )   PDF (8292KB) ( 704 )  
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    在恒定加热功率条件下,考察了不同倾斜角时蒸发段壁面温度的脉动情况,发现了汞-水脉动热管微倾角起振的特性;在相同充液比下,对比了汞-水混合工质与纯水工质脉动热管在微倾角时的运行特性;对比了不同倾斜角下汞-水脉动热管的传热性能。实验结果表明:工质汞的掺入能够有效辅助脉动热管的微倾角起振,增加了脉动热管应用的灵活性。传热热阻随加热功率的增加而减小,而在高加热功率下,热阻大小基本不受倾斜角影响。实验中还发现汞-水脉动热管起振的临界热通量与热载荷施加的历史有关。

    多相流和计算流体力学
    一个基于双流体理论预测三维流化床内流动特性的数学模型(Ⅰ)气固体系散式或鼓泡流态化特性
    张锴, BRANDANI Stefano
    化工学报. 2008, 59(5):  1091-1099. 
    摘要 ( 1340 )   PDF (2260KB) ( 618 )  
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    将考虑拟平衡状态下颗粒与流体相互作用的附加力添加到基于双流体理论动量方程的数学模型中,用于Geldart A类物料散式流态化和B类物料鼓泡/床层塌落特性的三维数值模拟。该模型主要特点是将表征颗粒离散属性的特征长度视为颗粒直径的同一数量级且只需曳力系数一个关联式来封闭控制方程。在商业软件CFX4.4平台上,通过增加用户自定义子程序模拟了长0.2 m、宽0.2 m和高0.5 m流化床内瞬态流动特性。为了检验数学模型的实用性和数值模拟的可靠性,首先考察了两种A类物料在表观气速为umf和1.5umf下的散式流态化特性,结果展示出床层均匀膨胀的固有属性。随后,考察了扰动对A类物料在网格尺度上的局部空隙率和固体速度分布以及在设备尺度上床层压降的影响,探索了B类物料在网格尺度上鼓泡和床层塌落以及在设备尺度上鼓泡过程中床层压降和塌落过程中平均床层高度和相界面标准偏差的动态特性。上述模拟结果与经典的Geldart理论、前人的实验或模拟结果相吻合,说明该模型可以用来预报三维气固流化床内A类物料散式流态化和B类物料鼓泡及塌落的时空特性。

    一个基于双流体理论预测三维流化床内流动特性的数学模型(Ⅱ)液固体系流体动力学特性
    张锴, 裴培, BRANDANI Stefano
    化工学报. 2008, 59(5):  1100-1106. 
    摘要 ( 872 )   PDF (1642KB) ( 337 )  
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    将考虑拟平衡状态下颗粒与流体相互作用的附加力添加在基于双流体理论的动量方程中的数学模型,用于预报三维液固流化床内流体动力学特性。该模型主要特点是将表征颗粒离散属性的特征长度视为颗粒直径的同一数量级且只需曳力系数一个关联式来封闭控制方程。在商业软件CFX4.4平台上,通过增加用户自定义子程序考察了液体速度突变后水-颗粒(密度3000 kg·m-3,粒径为2.5×10-3 m)体系在长0.1 m、宽0.1 m和高0.5 m流化床内时空分布特性。三维、XY方向中间截面上固含率的模拟结果表明:当液体入口速度增大时,床层表面和分隔界面均随时间呈上升趋势,且分隔界面呈现波浪状;当液体入口速度减小时,下降的床层表面和上升的分隔界面与时间呈较好的线性关系。对床层膨胀和收缩过程的动态响应时间进行了定量化模拟,其结果与Didwanla和Homsy的二维实验研究以及Gibilaro的一维理论分析相吻合。

    两级气液内环流反应器内气含率和循环液速
    于伟, 王铁峰, 汪展文
    化工学报. 2008, 59(5):  1107-1113. 
    摘要 ( 768 )   PDF (1704KB) ( 510 )  
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    基于多釜串联可以有效减小返混的原理,通过引入特殊设计的级间构件构建了一种新型的两级内环流反应器。实验研究了级间构件形式、表观气速、表观液速和气液分离器对每一级内气含率和循环液速的影响。实验结果表明,表观气速对反应器二级(上一级)中上升管与下降管气含率之差和循环液速影响较大,而对一级(下一级)的影响较小;各级内上升管和下降管的气含率均随表观液速的增大而减小,但影响程度较小。基于推动力和阻力平衡建立了预测反应器中每一级的气含率和循环液速的流体力学模型,模型预测值与实验结果吻合较好。

    交联聚合物溶液在孔隙介质中的流动与滞留行为
    石冈, 蒲守智, 李明远, 吴肇亮, 鲍晓军
    化工学报. 2008, 59(5):  1114-1121. 
    摘要 ( 755 )   PDF (1824KB) ( 413 )  
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    在内径为40 mm、长度为1500 mm的填充砂管中,在线测量了由部分水解聚丙烯酰胺和柠檬酸铝所形成的交联聚合物溶液在填充砂孔隙介质中的流动和滞留特性,考察了交联聚合物溶液的流动形态及流动速度对孔隙封堵位置的影响。结果表明,交联聚合物溶液在孔隙介质中的流动过程中,经过多次压力脉动最终导致一种局部性的非均匀封堵;随着流动线速度的增加,封堵位置与交联聚合物注入口间的距离呈非线性增大;对应于封堵现象的发生,可能存在一个临界注入量,只有当交联聚合物溶液的注入量大于该临界值时,才会对孔隙介质产生封堵作用。

    基于图像纹理分析的两相流流型时空演化特性
    王振亚, 金宁德, 王淳, 王金祥
    化工学报. 2008, 59(5):  1122-1130. 
    摘要 ( 950 )   PDF (3894KB) ( 333 )  
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    为了研究气液两相流流动结构时空演化特征,在水流量为0.02~0.4 m·s-1及气流量为0.005~2.7 m·s-1 的流动范围内,对垂直及倾斜30°上升的气液两相管流中的七种典型流型采集了动态图像信息。在流型图像特征分析中采用了灰度共生矩阵法对图像局部邻域内的二维信息进行量化表征,提取了六种反映不同流型动态图像纹理结构的时变特征参数,对流型生长过程中流动结构变化进行了分析。研究结果表明:流型图像纹理结构特征动态参数演化趋势刻画了不同流型流动结构差异及动力学复杂性,该分析方法有助于理解气液两相流流动结构时空演化特征,也是气液两相流流型辨识的有效手段。
    利用U形管测量低压环雾状流与液束环状流体积含气率
    方立德, 张涛, 徐英, 姜庆勇
    化工学报. 2008, 59(5):  1131-1135. 
    摘要 ( 859 )   PDF (936KB) ( 698 )  
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    由能量方程出发,根据U形管垂直上升段与下降段的重位压降与摩阻压降的大小及方向之间的关系求得体积含气率测量模型,并通过实验研究了体积含气率测量误差的影响因素,利用体积含气率测量误差与流动密度测量值之间的线性关系对体积含气率进行了修正,使测量精度明显提高,并通过独立实验进行了验证。最后分析了U形管测量低压气液两相流体积含气率的适用范围。
    催化、动力学与反应器
    撞击流反应器用于甲醇合成反应
    胡立舜, 王兴军, 于广锁, 王辅臣, 于遵宏
    化工学报. 2008, 59(5):  1136-1142. 
    摘要 ( 899 )   PDF (1724KB) ( 1025 )  
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    撞击流反应器用于气液固三相甲醇合成反应可以充分发挥其优良的传热、传质性能。在撞击流反应器内,催化剂浆料经喷嘴雾化后成微米尺度的液滴,气液相间接触面积远大于其他三相合成反应器。考察了温度、压力、气体流量、浆料循环量以及喷嘴个数对甲醇合成反应的影响,结果表明,当压力从3.8 MPa上升到5 MPa时,反应器的时空产率增长了近1倍,气体流量达22.4 L·min-1后时空产率几乎不再变化,增加浆料循环量以及在同一循环量下采用多喷嘴对置都可以增加催化剂时空产率。同时,与固定床、搅拌釜和浆态鼓泡床甲醇合成进行了对比,结果表明,在低空速下撞击流反应器与其他反应器时空产率相当,而在高空速下要优于其他反应器。

    B(C6F5)3催化Si—H/Si—OR缩聚反应机理及产物结构
    陈循军, 崔英德, 尹国强, 贾振宇, 刘正堂
    化工学报. 2008, 59(5):  1143-1149. 
    摘要 ( 1086 )   PDF (1104KB) ( 468 )  
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    根据DFT理论,用量子化学的方法对B(C6F5)3催化Si—H/Si—OR缩聚反应的机理进行了研究,用29Si NMR对1,4-双(二甲基硅基)苯(BDSB)与二甲基二甲氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷缩聚产物的微观结构进行了表征,结合反应机理,对单体的结构与缩聚产物的微观结构的关系进行了讨论。B(C6F5)3先与Si—H形成弱加合物,然后Si—OR进攻Si—H/B(C6F5)3加合物使Si—H断裂,形成氧钅翁离子中间体,最后H-向正电中心迁移形成产物。H-迁移方向的不同将导致3种反应:缩合、交换、逆反应。烷氧基硅烷中的乙烯基、苯基可以增加烷氧基C的正电性,并使C—O键伸长,减少Si—H/Si—OR交换反应的发生,使得缩聚产物具有更为交替的结构。

    5-羟甲基糠醛在稀硫酸催化下的降解反应动力学
    彭新文, 吕秀阳
    化工学报. 2008, 59(5):  1150-1155. 
    摘要 ( 1233 )   PDF (1116KB) ( 1884 )  
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    5-羟甲基糠醛脱羧生成乙酰丙酸是生物质资源出发制备乙酰丙酸过程中的关键步骤之一。为了研究低硫酸浓度下水解生物质制备乙酰丙酸工艺的可行性,系统地测定了在压力5 MPa、初始浓度1~9 mg·ml-1、硫酸浓度0.05%~0.4%(质量分数)、温度150~190℃条件下,5-羟甲基糠醛在稀硫酸催化下的降解反应动力学数据,并以主反应生成乙酰丙酸、副反应生成腐黑质的平行反应动力学模型对数据进行了拟合,拟合结果表明,在实验范围内,主、副反应对5-羟甲基糠醛均为一级反应;主反应对H+浓度为1.16级,反应的活化能为78.5 kJ·mol-1;副反应对H+浓度为0.722级,反应的活化能为98.0 kJ·mol-1。研究结果表明,降低温度和提高硫酸浓度有利于提高生成乙酰丙酸的选择性。

    NO在Pt/γ-Al2O3上催化氧化反应机理和动力学
    赵迎宪, 危凤, 张艳辉, 虞影
    化工学报. 2008, 59(5):  1156-1164. 
    摘要 ( 795 )   PDF (1570KB) ( 333 )  
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    用连续流动管式反应器考察了在空时为0.090~0.720 s、NO进口浓度为0.03%~0.2%(体积分数)、O2浓度为2%~10%(体积分数)和温度为473~573 K条件下,NO在Pt/γ-Al2O3上的催化氧化反应。结果表明:在空速为5000 h-1、NO进口浓度为0.05%和O2浓度为5%条件下,当反应温度从473 K依次升高到523 K和573 K时,NO催化氧化反应的定态转化率从22.4%提高到45.5%和74.3%。NO定态转化率随空时或O2浓度的增加而增加,但基本与NO的进口浓度无关。基于实验结果和反应动力学理论,提出了含有6对12个正、逆向基元反应的机理,进而确立了以气相NO与解离吸附在催化剂表面的O之间的反应为控制步骤的NO催化氧化总反应速率模型,以其拟合动力学实验数据,确定了动力学参数,得到反应的活化能为80.01 kJ·mol-1

    填充床电极反应器中典型有机电合成反应系统的选择性分析
    张兴芳, 孙彦平
    化工学报. 2008, 59(5):  1165-1170. 
    摘要 ( 839 )   PDF (793KB) ( 616 )  
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    典型的有机电合成反应,常伴有相互竞争的电极副反应和均相反应,增加电极极化以提高反应速率会使选择性明显降低。填充床电极具有大的内表面,能在相对低的极化下,达到较高的表观电流密度,有利于缓解反应速率和选择性之间的突出矛盾。本文对填充床电极微分反应器(PBEDR)中典型有机电合成反应过程进行了理论分析,重点在于床层内超电势横向分布对选择性的影响。建立了描述超电势分布的普遍化数学模型,归纳出表征电极极化和副反应影响的量纲1数μω,并用ADM(Adomian’s decomposition method)对该非线性微分方程模型求解;所获得的逼近解代数表达式,可方便地计算不同参数下超电势分布对平均选择性的影响,而毋需反复求解模型微分方程。最后给出了PBEDR硝基苯电还原制对氨基苯酚选择性分析实例,优化了反应器特征尺寸(填充床电极厚度)。结果证明:理论计算与实验数据令人满意地一致。
    分离工程
    CO2萃取分离离子液体[bmim][PF6]与萘的高压相平衡
    赵锁奇, 孙学文, 浮东宝, 仇艳华
    化工学报. 2008, 59(5):  1171-1178. 
    摘要 ( 878 )   PDF (1378KB) ( 319 )  
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    采用紫外光谱在线检测的静态相平衡方法,在温度313~333 K、压力8~20 MPa、萘的液相浓度0.0169~0.378 mol·kg-1的范围内,测定了CO2+[bmim][PF6]+萘三元系中萘在富含CO2相的浓度。结果表明,在所测温度和压力范围内,萘在富含CO2相的浓度随着温度的升高而减小,随着压力的升高而增大,而且随着萘在液相中的浓度的减小而减小。在一定的温度压力条件下,萘在富含CO2相的浓度与萘在液相中的浓度近似呈双对数线性关系。采用Chrastil缔合模型关联了所有溶解度数据,平均相对偏差为14.9 %。此外,还探讨了CO2萃取分离离子液体与高沸点有机物的操作模式,发现釜式间歇操作较为适宜。

    分子印迹吸附剂对红景天水煎液中重金属的吸附
    江伟, 苏海佳, 谭天伟
    化工学报. 2008, 59(5):  1179-1183. 
    摘要 ( 922 )   PDF (1118KB) ( 1167 )  
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    采用分子印迹技术,以Pb(Ⅱ)为印迹离子制备了铅印迹壳聚糖包覆硅藻土微球(PbCSDE)。研究了PbCSDE对红景天水煎液中重金属Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附,考察了吸附时间、溶液pH对吸附的影响。与732商业树脂比较,铅印迹壳聚糖包覆硅藻土微球(PbCSDE)对红景天水煎液中Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附能力提高了2倍多。紫外光谱和高效液相色谱分析表明,经PbCSDE吸附后,红景天水煎液中的活性成分红景天苷没有发生改变。

    二甲醚精馏塔实验研究与模拟计算
    韩媛媛, 张海涛, 应卫勇, 房鼎业
    化工学报. 2008, 59(5):  1184-1189. 
    摘要 ( 825 )   PDF (1143KB) ( 556 )  
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    建立了用于二甲醚精制的精馏塔实验流程,实验测定了在操作工艺条件下的精馏结果。以平衡级理论为依据建立二甲醚精馏过程的数学模型,根据研究体系在通常情况下沸点相差较大、液相非理想性的特点,建立序贯收敛的循环嵌套迭代计算方法对模型进行求解,模拟计算结果与实验数据结果吻合较好。对二甲醚精馏塔的模拟分析结果表明:塔顶要得到含量不小于99 %(mol)二甲醚产品,维持操作压力1 MPa、在精馏塔中部进料的情况下,进料量不超过22 mol·h-1为宜;回流比要根据进料液中二甲醚组分含量控制在一定范围内;进料液中二氧化碳含量高低对产品二甲醚纯度和收率影响显著,在进入精馏塔之前尽可能地将二氧化碳除去是必要的。
    反渗透复合膜研究(Ⅱ)初生态膜的原位改性
    周勇, 俞三传, 高从堦
    化工学报. 2008, 59(5):  1190-1193. 
    摘要 ( 775 )   PDF (797KB) ( 604 )  
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    界面聚合是制备超薄复合膜是通过两种互不相溶的单体溶液在多孔支撑的表面进行聚合,再经热处理,洗涤等工艺后得到超薄复合膜。初生态膜(IniM)是指完成界面聚合反应而未经后处理(热处理,洗涤等)的膜。采用间苯二胺和均苯三甲酰氯通过在多孔聚砜膜上界面聚合得到初生态反渗透复合膜,再用四乙烯五胺对初生态膜进行表面原位改性,经后处理得到改性反渗透复合膜。对改性反渗透复合膜面XPS分析结果为:改性膜表面的O/N比明显低于未改性的,这说明四乙烯五胺通过反应接枝在膜表面;同时,改性膜面接触角大于未改性膜的,进一步证明了这一点。脱盐性能测试结果为:改性反渗透复合膜的水通量和NaCl脱除率随着进水pH值的增大而减小,这与未改性的反渗透复合膜变化趋势完全相反;这是因为改性反渗透复合膜面含有氨基(—NH2)或亚胺基(=NH),当pH值增大时,其与水的亲和力减小;而未改性的反渗透复合膜表面含有羧基(—COOH), 当pH值增大时,其与水的亲和力增大。
    过程系统工程
    关键核网络及其在发酵过程在线建模中的应用
    刘毅, 王海清, 李平
    化工学报. 2008, 59(5):  1194-1199. 
    摘要 ( 731 )   PDF (4205KB) ( 743 )  
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    发酵过程通常采用流加补料操作,无稳态工作点、非线性强,且重要生物量往往无法在线测量。本文提出了一种适用于非线性多输入多输出的发酵过程在线建模方法:关键核网络(key kernel network,KKN)。结合过程的先验知识给出控制模型关键节点加入的准则,使其能自适应调整模型的复杂度,以提高建模的精度和速度,并给出了关键节点增加时KKN模型的在线递推形式。将KKN应用于青霉素发酵过程的在线建模,研究表明,KKN能同时快速、准确地预报菌体和产物浓度,且随着批次的增加,过程信息不断得到积累,模型精度逐渐提高。

    换热网络操作夹点分析与旁路优化控制
    罗雄麟, 孙琳, 王传芳, 张俊峰, 解增忠
    化工学报. 2008, 59(5):  1200-1206. 
    摘要 ( 878 )   PDF (4095KB) ( 1854 )  
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    换热网络夹点设计法是从设计的角度,针对某一给定的典型操作条件而进行的,而炼油化工过程的生产条件经常在一定范围内波动。在实际的生产中,换热网络的操作夹点和最小温差与设计值往往不尽相同,为换热网络的优化控制带来了一定困难。因而近年来对于换热网络夹点技术以及旁路优化控制方面的研究不断深入,但将夹点技术与换热网络控制集成的方法仍不成熟。本文从操作的角度求解并分析换热网络结构已定或网络正在运行情况下的操作夹点,定性分析操作夹点的变化规律,并提出在操作夹点附近设置旁路实现网络的旁路优化控制,从而将夹点技术应用于换热网络旁路优化控制中。实例仿真表明,这一旁路优化控制方法在满足控制要求的同时明显降低了网络的总公用工程,验证了其有效性。

    新一代的自适应模型预测控制器
    徐祖华, ZHU Yucai, 赵均, 钱积新
    化工学报. 2008, 59(5):  1207-1215. 
    摘要 ( 1223 )   PDF (1870KB) ( 647 )  
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    提出了新一代的自适应模型预测控制器,自适应MPC控制器由MPC控制模块、在线辨识模块、性能监控模块3个模块组成,相互协调配和来实现自适应MPC控制。除了控制器功能设计以外,其余过程均可自动进行。对于新建MPC应用,首先进行多变量测试与辨识,在模型符合控制要求时,自动进入控制器投运。通过控制器性能监视发现模型不满足控制要求精度时,触发一次多变量模型测试与辨识过程,替换原有模型进行控制,保证控制器性能始终处于最佳状态。自适应MPC控制器在PTA装置上的应用表明了算法的有效性。

    表面与界面工程
    304不锈钢管焊缝区碱性腐蚀的电化学噪声检测
    赵茹, 邓伟峰, 宋诗哲
    化工学报. 2008, 59(5):  1216-1222. 
    摘要 ( 887 )   PDF (956KB) ( 803 )  
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    利用电化学电位噪声检测304不锈钢管焊缝区在50%NaOH碱液沸腾温度下腐蚀过程的电位噪声谱,观测相应的腐蚀形貌,分析电化学噪声谱特征参数。结果表明:实验过程中焊缝处腐蚀电位呈下降趋势;发生局部腐蚀裂纹时,电位噪声时域谱振幅较大,出现暂态峰;经快速傅里叶变换(FFT)后的功率密度(PSD)谱出现高频白噪声水平,PSD谱高频线性部分的斜率K>-20 dB·dec-1。测试室温碱液中304不锈钢管焊缝处的电化学噪声表明,不同腐蚀状态的焊缝试样腐蚀电位及噪声时域谱特征不同,可利用K值定性判定是否发生局部腐蚀,为现场检测奠定基础。

    钼酸盐对镁合金在模拟冷却水中腐蚀的抑制作用
    李凌杰, 雷惊雷, 于生海, 赵川, 张胜涛, 潘复生
    化工学报. 2008, 59(5):  1223-1227. 
    摘要 ( 858 )   PDF (765KB) ( 627 )  
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    采用Tafel极化曲线、电化学阻抗谱方法研究了钼酸钠对AZ40镁合金在模拟冷却水中腐蚀的抑制作用,利用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱(EDS)表征了试样的形貌及组成。结果表明,钼酸钠对镁合金在模拟冷却水中的腐蚀具有一定的抑制作用,钼酸钠浓度为1000 μg·g-1时缓蚀效果最佳。钼酸钠的加入减弱了腐蚀性Cl-在试样/介质界面的吸附,同时参与镁合金试样在模拟冷却水中表面膜的生成,使表面膜变得致密,从而较好地抑制镁合金的腐蚀;其缓蚀作用属于阳极抑制型缓蚀作用。

    中性体系中MoO42-对碳钢垢下局部腐蚀的抑制作用
    朱元良, 邱于兵, 郭兴蓬
    化工学报. 2008, 59(5):  1228-1232. 
    摘要 ( 817 )   PDF (815KB) ( 269 )  
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    设计了一种能够模拟垢下局部腐蚀自催化过程的闭塞电池,采用极化曲线和电化学阻抗方法研究了MoO42-对N80钢在近中性NaCl溶液中闭塞区内化学及电化学状态变化的影响。结果表明,MoO42-能有效地减缓闭塞区内pH值降低及Cl-浓集、减弱酸化自催化效应、抑制垢下局部腐蚀。MoO42-的作用机制在于使水合氧化铁腐蚀膜由阴离子选择性变为阳离子选择性,H+可以从膜下扩散出去,而Cl-难以扩散到膜下富集,抑制了腐蚀反应的阴极过程;同时MoO42-迁入闭塞区后增大了电极表面膜层阻抗,抑制了腐蚀反应的阳极过程。

    生物化学工程与技术
    一种用紫外光谱测定混合糖含量的新方法
    胡湛波, 王景全, 柴欣生, 孔海南
    化工学报. 2008, 59(5):  1233-1237. 
    摘要 ( 1015 )   PDF (454KB) ( 1246 )  
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    提出一种用紫外光谱测定样品中混合糖含量的方法。其原理是基于样品中的糖经浓硫酸处理后生成有紫外吸收的糠醛和羟甲基糠醛,进行紫外波长吸收测定;通过化学计量学软件,根据一组已知糖浓度标准样品的多波长光谱和所对应组成浓度之间的数学关系,建立校正模型。将未知样品的紫外光谱信息输入校正模型即可预测其组成中糖的含量。本方法无需使用有机试剂,操作简便,可以测定样品中戊糖、己糖和总糖的含量,适合于木质生物质炼制研究中溶解性糖类组分的分析。

    蓖麻碱的分子修饰及其杀虫活性基团的探讨
    雷德柱, 郑成, 高晓明, 许丽珠, 周勇强, 吴琼
    化工学报. 2008, 59(5):  1238-1241. 
    摘要 ( 821 )   PDF (5442KB) ( 472 )  
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    通过计算蓖麻碱的基本量子化学参数和分析蓖麻碱分子的键能,探索除去蓖麻碱分子上氰基团的改性方法。在加入浓盐酸,微波功率600W,微波温度150℃,微波辐射4.5h的条件下,蓖麻碱分子上的氰基团被成功的去除。蓖麻碱改性后杀虫作用下降表明氰基团在蓖麻碱的杀虫作用中起了很重要的作用。
    能源和环境工程
    基于NiO载氧体的煤化学链燃烧实验
    高正平, 沈来宏, 肖军
    化工学报. 2008, 59(5):  1242-1250. 
    摘要 ( 1068 )   PDF (6270KB) ( 1009 )  
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    采用流化床反应器并以水蒸气作为气化-流化介质,研究了以NiO为载氧体在800~960℃内的煤化学链燃烧反应特性。实验结果表明,载氧体与煤气化产物在反应器温度高于900℃体现了高的反应活性。随着流化床反应器温度的提高,气体产物中CO2的体积浓度(干基)呈单调递增;CO、H2、CH4的体积浓度(干基)呈单调递减;煤中碳转化为CO2的比率逐渐递增,碳的残余率逐渐递减。反应器出口气体CO2、CO、H2、CH4的生成率随反应时间呈单峰特性,H2生成率的峰值远小于CO的峰值;且随反应器温度升高,CO2生成率升高,CO、H2、CH4的生成率降低。反应温度高于900℃时,流化床反应器NiO载氧体煤化学链燃烧在9 min之内就基本完成,CO2含量高于92%。

    循环生物曝气滤池和过滤组合工艺处理炼油轻度污染废水
    谢文玉, 陈建军, 钟理, 钟华文
    化工学报. 2008, 59(5):  1251-1256. 
    摘要 ( 867 )   PDF (1577KB) ( 540 )  
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    采用新型的循环生物曝气滤池(CBAF)和过滤组合工艺对炼油轻度污染废水进行净化回用工业试验。研究了填料粒径和高度、水力停留时间和溶解氧浓度对CBAF工艺处理效果的影响。结果表明CBAF工艺具有碳化作用、硝化作用和过滤作用。CBAF工艺净化该废水适宜的操作条件为:水力停留时间100 min,溶解氧浓度3 mg·L-1左右,反冲洗周期2~3 d。炼油轻度污染废水经该组合工艺处理后,COD、石油类污染物、NH3-N和SS平均去除率分别为62.6%、71.7%、92.6%和97.0%,出水COD、石油类污染物、NH3-N和SS平均质量浓度分别为14.4 mg·L-1、0.75 mg·L-1、0.49 mg·L-1 和2.4 mg·L-1,经处理后出水水质达到工业回用水要求。

    进水碱度对厌氧序批式活性污泥法工艺的影响
    岳秀萍, 付梅红, 李亚新, 曹京哲
    化工学报. 2008, 59(5):  1257-1263. 
    摘要 ( 952 )   PDF (1488KB) ( 725 )  
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    厌氧序批式活性污泥法(ASBR)试验装置有效容积6 L,间歇运行,用葡萄糖人工合成废水为底物,进水COD0浓度6700 mg·L-1,进水中逐步减少碱度(Alk)投加量。考察了COD0/Alk分别为1.0∶1、2.0∶1、2.5∶1、3.4∶1、4.2∶1和4.8∶1等6种碱度条件下的挥发性脂肪酸(VFA)、碳酸氢盐碱度(BAlk)、CO2分压和pH的变化规律,以确定偏酸性条件下ASBR工艺的运行效果和稳定性。结果表明,进水碱度对VFA、BAlk、CO2分压和pH均有影响,对反应初期的产酸速率的影响尤其突出。COD0/Alk=1.0∶1时,消化液pH基本保持在7.20以上;COD0/Alk=3.4∶1时,反应初期产酸速率增加,出现了pH<6.5的时段,消化过程已经向偏酸性发酵状态发展;COD0/Alk≥4.2∶1之后,反应期内大部分时段的pH低于6.5,最低pH为6.10,偏酸性程度增大,但进行的仍是典型的以CH4为最终产物的厌氧消化过程。所有碱度条件下的COD去除率均≥97%,证明了ASBR工艺在低pH、低碱度下实现产甲烷过程的可行性。

    pH和碱度对同步厌氧生物脱氮除硫工艺性能的影响
    蔡靖, 郑平, 胡宝兰, 金仁村, 蒋坚祥
    化工学报. 2008, 59(5):  1264-1270. 
    摘要 ( 845 )   PDF (1509KB) ( 530 )  
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    采用UASB反应器研究了pH和碱度对同步厌氧生物脱氮除硫工艺性能的影响。控制进水pH在7.5~8.0之间,反应器的最大容积硫化物和硝酸盐去除速率分别为2.96 kg·(m3·d)-1和0.47 kg·(m3·d)-1(分别以硫元素、氮元素计),反应过程产碱及残留硫化物,均会导致反应液pH值过高(9.11±0.38),引发高负荷时工艺失稳。控制反应液pH在7.0±0.1范围,容积硫化物和硝酸盐去除速率分别可达4.78 kg·(m3·d)-1和0.99 kg·(m3·d)-1,容积效能高于控制进水pH时的相应值。要维持反应所需的中性条件,碱度宜控制在(454.1±40.5)mg ·L-1(以CaCO3计)。反应过程中的碱度变化(增量)可以指示反应器内主导反应的类型及其反应进度。单质硫型生物脱氮除硫反应(硫氮比为5∶2)和硫酸盐型生物脱氮除硫反应(硫氮比为5∶8)的硫化物去除量与碱度减少量之比分别为2.27和2.00,混合型生物脱氮除硫反应(硫氮比为5∶5)的硫化物去除量与碱度减少量之比为5.00。

    电化学还原脱氯用GC负载Pd-Ni电极的制备及表征
    孙治荣, 李保华, 胡翔, 石敏, 葛慧, 彭永臻
    化工学报. 2008, 59(5):  1271-1277. 
    摘要 ( 854 )   PDF (1155KB) ( 629 )  
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    通过电沉积法在玻碳板(GC)电极上负载钯镍双金属颗粒,并利用正交实验对其进行循环伏安(CV)研究,得到Pd-Ni/GC电极的最佳制备条件为:Ni2+=8.5 mmol·L-1,Pd2+=3 mmol·L-1,pH=7.0,Jk=15 mA·cm-2T=30 min。可以在-500 mV(以Hg/Hg2SO4为参比电极)左右获得-24.83 mA的氢吸附峰。用聚吡咯(PPy)修饰GC制备Pd-Ni/PPy/GC电极,CV结果表明,Pd-Ni/PPy/GC电极具有比Pd-Ni/GC电极更大的氢吸附峰值,可以在-500 mV(以Hg/Hg2SO4为参比电极)左右获得-32.33 mA的氢吸附峰。扫描电镜(SEM)分析表明,聚吡咯的修饰明显改变了Pd-Ni颗粒的沉积形态,使其沉积粒径更小,分散度更高。

    TiO2-Pt/Mm(Ni3.4Mn0.4Al0.3Co0.7)电极的可助光充电
    王改田, 涂江平, 赵雪芝
    化工学报. 2008, 59(5):  1278-1282. 
    摘要 ( 850 )   PDF (1328KB) ( 498 )  
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    1~8 nm的Pt微粒通过光催化分解法沉积在20~50 nm的TiO2微粒表面,然后把所制备的TiO2-Pt纳米微粒修饰到富La的贮氢合金电极的表面,形成可助光充电的TiO2-Pt/Mm(Ni3.4Mn0.4Al0.3Co0.7)电极(TPM电极),研究了TPM电极的光电化学、可助光充电行为。结果表明:微小的电流对TPM电极的光充电效应有较强的辅助作用。当TPM电极只被光照时,放出的电量较小;而在光照的同时加上一个微弱的电流,可显著改善其光充电性能。通过交流阻抗谱和循环伏安实验研究了其光充电机理。

    接种污泥预处理对生物制氢反应器启动的影响
    郭婉茜, 任南琪, 王相晶, 张露思, 曲媛媛
    化工学报. 2008, 59(5):  1283-1287. 
    摘要 ( 697 )   PDF (554KB) ( 433 )  
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    采用3个相同的EGSB反应器,以糖蜜废水为底物,分别对取自污水处理车间集泥井的缺氧污泥进行曝气预处理和加热预处理,通过与不经任何预处理的接种污泥(对照反应器)的启动试验进行对比,在其他启动控制条件相同的情况下,研究了接种污泥不同预处理对EGSB生物制氢反应器启动的影响。结果表明,与对照反应器相比,经过适当预处理的活性污泥接种至生物制氢反应器有利于反应器的高效快速启动,产氢微生物得到了有效的富集,在启动末期反应器各项指标均优于对照反应器。启动末期,接种污泥经过适当预处理的反应器,酸化率较未经预处理的反应器提高了10%~30%;产氢量提高了1.69~1.82倍。考虑到降低生物制氢的工业化应用成本及提高系统可操作性,本研究推荐应用曝气预处理方法对生物制氢反应器的接种污泥进行预处理,以获得其高效快速启动。
    桦甸油页岩的微波干馏特性
    王擎, 桓现坤, 刘洪鹏, 孙佰仲, 贾春霞
    化工学报. 2008, 59(5):  1288-1293. 
    摘要 ( 1175 )   PDF (653KB) ( 508 )  
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    在自行设计的微波干馏装置上研究了桦甸油页岩、半焦及其混合物在微波场中的升温特性。发现油页岩本身是一种微波弱吸收物质,纯油页岩在微波场中升温能力较差;油页岩热解产物半焦在微波场中升温很快,可以作为油页岩微波干馏的微波吸收剂,将油页岩和半焦的混合物放入微波场中能达到良好的热解效果。实验研究了半焦和油页岩的混合比、微波功率、粒径等因素对微波干馏效果的影响,结果发现,随着半焦比例加大,产油率增加,半焦产率降低;在相同时间内,微波功率越大,产油率和气体损失产率越大,半焦产率降低;油页岩粒径对微波热解影响较小,但当粒径小于0.2mm时实验中出现了较严重的夹带现象。
    利用硫化亚铁从污酸废水中回收砷
    李亚林, 黄羽, 杜冬云
    化工学报. 2008, 59(5):  1294-1298. 
    摘要 ( 908 )   PDF (416KB) ( 1074 )  
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    针对铜冶炼过程中产生的高浓度的含砷酸性废水,研究了一种新的处理方法:采取两段操作的方式,一段利用硫化亚铁作为除砷剂,使砷生成硫化砷沉淀去除。二段利用石灰调节pH,进一步除砷。通过两段能够使污酸废水在处理后达到国家排放标准,同时能够回收废水中的砷。研究了投药量、pH、反应时间和曝气时间等因素对除砷率的影响。实验结果表明:在硫化亚铁的投加量为理论计算所需摩尔质量的2倍时,一段室温下反应3h,二段曝气反应30min后,水中砷含量由进水时的6240 mg·L-1降低至0.5 mg·L-1以下,水中砷的平均去除率可以达到99.9%以上,渣中砷含量可以达到15% 以上。
    材料化学工程与纳米技术
    两种咪唑类离子液体对杉木粉的溶解性能
    郭立颖, 史铁钧, 李忠, 段衍朋
    化工学报. 2008, 59(5):  1299-1304. 
    摘要 ( 742 )   PDF (778KB) ( 940 )  
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    合成了氯化1-(2-羟乙基)-3-甲基咪唑([HeMIM]Cl)和氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([AMIM]Cl)两种离子液体,并用红外和核磁谱图对其结构进行表征。以不同浓度的NaOH对杉木粉进行活化预处理,比较了这两种离子液体对活化后的杉木粉的溶解能力,并用红外光谱和X射线衍射分析了溶解前和溶解后杉木粉的化学结构与结晶结构的变化。结果表明,两种离子液体对木材中的纤维素表现出一定的溶解能力,且[HeMIM]Cl对杉木粉的溶解能力优于[AMIM]Cl,当选用浓度为25%的NaOH对杉木粉进行活化时,溶解性能最佳,且溶解后再生纤维素的结晶度变低。

    注射成型熔接线区域流动诱导双折射行为
    韩健, 申长雨, 刘春太, 王松杰, 陈静波
    化工学报. 2008, 59(5):  1305-1309. 
    摘要 ( 863 )   PDF (925KB) ( 597 )  
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    带有熔接线的透明聚苯乙烯平板制品通过带嵌件的模具注射成型,利用光弹测试考察了不同工艺条件下的制品双折射行为,探讨了嵌件造成的相邻熔接线区域熔体流动行为及对制品双折射分布的影响。结果表明,保压压力和熔体温度对制品双折射整体分布影响明显;嵌件后熔接缝区域与制品其他区域的双折射行为有较大差异,其变化与熔体相遇后流动行为和熔接部位分子取向分布有关;制品最大双折射值出现在嵌件后一定距离处。热收缩实验进一步验证了上述结果。

    超重力技术制备有序介孔氧化铝
    王刚, 赵瑞红, 郭奋, 陈建峰, 李志平
    化工学报. 2008, 59(5):  1310-1314. 
    摘要 ( 1097 )   PDF (1370KB) ( 456 )  
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    从微观混合角度探讨有序介孔氧化铝制备过程,以硝酸铝为铝源,碳酸铵为沉淀剂,PEG 1540为模板剂,采用沉淀法在旋转填充床中制备有序介孔氧化铝。考察了旋转床转速、初始混合方式、反应温度、加料速度等因素对介孔结构的影响。研究结果表明采用超重力技术可以合成比表面积高、孔径分布窄、具有蠕虫状孔道、有序性较好的介孔氧化铝,进一步分析结果表明超重力技术在介孔氧化铝的合成过程中对孔结构有很好的控制作用。

    PTFE薄膜横向拉伸变形行为及其有限元分析
    郭玉海, 张华鹏, 王永军
    化工学报. 2008, 59(5):  1315-1319. 
    摘要 ( 806 )   PDF (2321KB) ( 872 )  
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    采用分步位移加载和弹塑性材料模型,在应力应变曲线及材料基本参数的基础上,对PTFE薄膜横向拉伸过程进行了实验研究和有限元分析,得到了均匀横向拉伸和横向拉伸过程中薄膜的应力和位移变形分布状态及规律。实验和模拟结果表明,由于PTFE薄膜在低应力下易发生塑性变形,在横向拉伸过程中存在明显的应力和位移分布不匀,并导致薄膜在面内发生弓曲变形。研究结果对通过扩幅实现双向拉伸薄膜的非均匀变形控制具有参考价值。

    PVA/PVAc复合黏结剂制备Li1.075Nb0.625Ti0.45O3水基流延膜
    李绍纯, 张启龙, 杨辉, 邹栋
    化工学报. 2008, 59(5):  1320-1324. 
    摘要 ( 826 )   PDF (1542KB) ( 265 )  
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    采用PVA/PVAc复合黏结剂制备Li1.075Nb0.625Ti0.45O3微波介质陶瓷基片。研究了PVAc用量和固相含量对浆料流变性能以及流延膜片力学性能的影响。结果表明,随着PVAc添加量的增加,浆料的黏度和屈服应力不断下降,膜片的断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂。随着浆料固相含量的增大,浆料的流变模型从Bingham型转变为Casson型。SEM观察表明,膜片的微观结构非常均匀。

    基于香豆胶的疏水改性阴离子聚电解质溶液性能
    史学峰, 吴文辉, 宫瑞英, 王建全
    化工学报. 2008, 59(5):  1325-1332. 
    摘要 ( 808 )   PDF (1756KB) ( 488 )  
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    将十二烷基(Dod)与十六烷基(Cet)以酯键方式分别引入经羧甲基化改性的香豆胶大分子骨架上,制备了基于香豆胶的疏水改性阴离子聚电解质衍生物(HmCmFG)。通过荧光探针芘的激发光谱、发射光谱以及紫外光谱研究了HmCmFG溶液中的疏水缔合行为,研究发现,此疏水缔合行为受到HmCmFG大分子上烷基链长与取代度以及溶液中小分子电解质NaCl的显著影响,增加烷基链长、提高烷基取代度或增大NaCl浓度均有利于溶液中疏水缔合微区的形成。采用黏度法研究了溶液中HmCmFG大分子与NaCl、表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)及十二烷基硫酸钠(SDS)的相互作用。结果表明,Dod取代度小于5.7时,NaCl的加入以增强HmCmFG分子间缔合为主,溶液黏度增加,加入CTAB对于Dod取代度小于5.7时的溶液黏度值的影响高于SDS;Dod取代度为10.2或Cet取代度为6.3时,加入NaCl、CTAB或SDS后使HmCmFG分子内缔合占优势,溶液黏度降低。

    现代化工技术
    输氯管线泄漏事故后果模拟
    张礼敬, 丁立, 陶刚
    化工学报. 2008, 59(5):  1333-1337. 
    摘要 ( 781 )   PDF (569KB) ( 646 )  
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    针对化工生产中常见的输氯管道破裂事故,选取典型案例,采用箱模型、高斯烟团扩散模型对其扩散的不同阶段进行模拟,并运用中毒事故后果模拟法确定事故影响范围及程度。结果表明:20kg的液氯瞬时泄漏,形成的重气云在下风向50m处转变为中性气云。下风向85m范围内为致死区,死亡率高达95%,人员暴露时间不得超过10min;下风向200m范围内为重伤区,死亡率达4%,人员暴露时间不得超过60min。该分析结果与事故的实际影响后果基本一致,表明选择合适扩散模型及相关参数,可较为准确地确定突发性泄漏事故的危险区域,对减灾救援具有一定的指导意义。