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本期目录
2007年 第58卷 第9期 刊出日期:2007-09-05
    综述与专论
    微通道冷凝研究的进展与展望
    陈永平, 肖春梅, 施明恒, 吴嘉峰
    化工学报. 2007, 58(9):  2153-2160. 
    摘要 ( 659 )   PDF (1021KB) ( 521 )  
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    微通道中的冷凝在微热管及微型燃料电池等器件中有着广泛的应用。本文综述了当前国内外微通道冷凝研究的现状,展望了该领域的未来研究方向。大量研究表明,控制微通道中冷凝与两相流动的主要作用力不是重力或浮力,而是表面张力。最新实验结果发现,随着通道直径的减小,微通道中主要的冷凝流型是间断的喷射流/弹状流/泡状流,而不是传统大直径通道中出现的由重力作用而导致的分层环状流。因此,未考虑表面张力的大尺度冷凝模型已不能完整描述微通道内的流动冷凝过程。对于间断流型,基于实验数据的半理论模型或经验关联式可能更为实用有效。润湿性和表面粗糙度等通道表面特性在微通道流动冷凝中有着重要的影响,这些因素的优化将会强化微通道中的冷凝换热。

    关于多孔电极理论数模及非线性分析

    孙彦平
    CIESC Journal. 2007, 58(9):  2161-2168. 
    摘要 ( 617 )   PDF (817KB) ( 438 )  
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    从一般工程理论的基本衡算概念出发,用累积项、散度和化学源(反应项)的概念解释了反应工程理论数模的普遍微分形式,并指出,反应系统中与化学动力学相关的物理量分布,即质量场和能量场,决定了表观的反应结果。作者认为,具有电化学源及传荷过程是电化学反应系统的特点,据此,经合理简化可导出多孔电极稳态操作的普遍化理论数模,其形式为量纲1的非线性二阶微分方程组的边值问题,以描述多孔电极内浓差极化、欧姆极化和活化极化耦联的非线性理论关系;所归纳出的4个量纲1参数sμαγ,可给出系统动力学和传递过程相似的依据。扼要介绍了非线性数模逼近解析的Adomian分解法,以及自编的符号运算自动执行程序PAMC(parameterized ADM mathematica code),并例举了柱状和环状多孔电极理论极化曲线的计算结果。总之,非线性和复杂性研究将成为反应工程理论深入探索的方向之一。

    一种新的生物分离方法——混合模式吸附层析
    姚善泾, 高栋, 林东强
    化工学报. 2007, 58(9):  2169-2177. 
    摘要 ( 939 )   PDF (714KB) ( 1579 )  
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    混合模式吸附层析是一种新型的生物分离方法,其功能配基兼有两种或两种以上的作用模式,主要为静电和疏水相互作用。在低盐和高盐条件下,都可以实现对目标物的有效吸附,具有明显的耐盐吸附的特性,可避免对料液的额外预处理,从而提高分离效率,减少分离成本,已获得一定的应用。本文对混合模式吸附技术的发展历程、类型及应用现状等进行综述,以推动该技术的发展和进一步应用。

    热力学
    化工装置反应能量系统的火用传递描述
    项新耀, Ji Kun, 成庆林
    化工学报. 2007, 58(9):  2178-2182. 
    摘要 ( 692 )   PDF (485KB) ( 355 )  
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    对反应(能量)系统的描述,焓分析法单讲能的量的利用,火用分析法只作静态描述,只有火用传递法可作动态描述。运用火用传递理论分析,反应系统具有化学火用转换元在系统中起主导作用,各输火用元皆以反应高温火用源为公共火用源,呈放射型并联结构的特点。据此建立的反应系统通用火用传递模型——化学火用转换元与输火用元并联群相串联的串-并联复合结构模型,清楚地显示了模型的结构特点和基本特征。基于反应系统化学平衡、火用平衡方程和传递学原理建立的系统火用传递方程,揭示了系统中计量和过量反应物、生成物,以及杂质等各项火用流变化率的性质及其相互转换或传递的数量关系,由此可获得对反应系统火用传递机理的清晰描述,进而可以作反应系统的火用传递计算和火用传递分析。

    传递现象
    非等宽微通道阵列速度均布的优化设计
    潘敏强, 汤勇, 陆龙生, 潘亮, 曾德怀
    化工学报. 2007, 58(9):  2183-2189. 
    摘要 ( 770 )   PDF (1748KB) ( 212 )  
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    通过建立微通道阵列和分布腔之间压降和流量的关系方程式,对等宽微通道之间的速度分布进行了分析,结果表明,通过改变微通道宽度值是实现速度均匀分布一种相对可行的方法。提出一个非等宽微通道阵列模型,即每个微通道的宽度不尽相等,并采用一个优化程序来计算每个微通道宽度值,实现微通道之间速度的均匀分布。结果表明,经优化后的模型有可能是等宽或非等宽微通道模型,所优化的微通道宽度值的分布有可能对称或非对称分布;经优化后的微通道之间的速度分布得到了比较理想的分布,但没有实现真正的均匀分布,这与计算过程产生的误差和尺寸变量的选择有关系。

    旋流片支撑缩放管管束的复合强化传热
    王杨君, 邓先和, 李志武
    化工学报. 2007, 58(9):  2190-2193. 
    摘要 ( 619 )   PDF (813KB) ( 319 )  
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    提出了由旋流片支撑缩放管管束的管壳式换热器壳程结构,对壳程工质为空气时,4种类型旋流片和空心环分别支撑缩放管管束的传热与流阻性能进行了实验研究,并进行了相互比较。实验结果表明:工质为空气时,270-20.3、180-20.3两种旋流片分别与缩放管管束配合,均具有优良的复合强化传热性能。尤其是270-20.3旋流片与缩放管管束配合,当Reynolds数为2000~20000时,其强化传热综合评价因子比空心环与缩放管管束配合时平均高出18%。

    黏性耗散效应对微石英管内部对流换热的影响
    刘志刚, 赵孝保, 张承武
    化工学报. 2007, 58(9):  2194-2199. 
    摘要 ( 705 )   PDF (1432KB) ( 255 )  
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    以去离子水为工质,对流过内径分别为45 μm、92 μm及141 μm的微石英管内的黏性耗散对换热特性的影响进行了实验研究。通过对紧密缠绕在管外的细铜丝通电以加热管外壁,得到了Reynolds数在100~2000之间变化时的Nusselt数,同时在考虑到电双层效应的基础上计算出黏性耗散所产生的热量。实验结果表明,Re较低时,黏性耗散效应对微管内部对流换热的影响较小;随着Re的增加,黏性耗散对对流换热的影响增大,并随着微管直径的减小而明显增强。对于内径为45 μm的管,当Re达到2000左右时,黏性耗散效应对对流换热的影响超过14.1%;对于内径为141 μm的管,层流黏性耗散效应对微管内部对流换热的影响较小,基本可以忽略。

    振荡热管内不同形态纳米颗粒流动及传热特性
    商福民, 刘登瀛, 冼海珍, 杨勇平, 杜小泽
    化工学报. 2007, 58(9):  2200-2204. 
    摘要 ( 758 )   PDF (1008KB) ( 271 )  
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    主要针对不同形态的纳米颗粒在振荡热管内的流动及热传输特性进行了实验研究。在相同的压力、相同的热管倾角、不同的充液率条件下,对振荡热管内工质分别为Cu-水纳米流体以及Cu-水纳米流体中Cu纳米颗粒沉积后溶液的流动以及热传输特性进行了实验研究,并与工质为蒸馏水时进行了对比实验分析,以此来研究振荡热管内气、液以及纳米颗粒多相流动存在时,对热管传输特性的影响。实验表明:当振荡热管内存在气、液以及不同形态的纳米颗粒多相流动时,对其传热特性会产生很大的影响,在一定条件下会起到强化传热的作用。

    四丁基溴化铵包络化合物浆在铜管内的对流传热特性
    肖睿, 何世辉, 黄冲, 冯自平, 樊栓狮
    化工学报. 2007, 58(9):  2205-2210. 
    摘要 ( 693 )   PDF (1381KB) ( 267 )  
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    四丁基溴化铵(TBAB)包络化合物浆是在常压下由TBAB水溶液被冷却到0~12℃时生成的,是一种理想的冷量输送和蓄冷媒体,以固液两相悬浊液的形式存在。作为冷量传输媒体,由于存在相变过程,其冷量传输密度远高于相同温差下的冷水。另一方面,TBAB包络化合物浆具有良好的流动性,可以像液态水一样方便地通过泵和管道系统输送。因此,在中央空调及区域集中供冷系统中具有很好的节能应用前景。本文研究了TBAB包络化合物浆在水平铜管内的传热特性。在定热流边界条件及不同Reynolds数下测量并分析了对流换热系数。实验中发现固相粒子的扰动和表观黏性的下降都能破坏或拉薄包络化合物浆流动的动量边界层,结果导致了传热系数的提高。在不同的Reynolds数下固相含量(Φ)对Nusselt数的影响很微弱。通过与文献的比较发现,本文所测取的包络化合物浆Nusselt数均高于冰浆甚至单相水。最后获得了NuRe之间的实验关联式。

    污水污泥动态间壁热干燥特性及工艺
    王兴润, 金宜英, 杜欣, 聂永丰
    化工学报. 2007, 58(9):  2211-2215. 
    摘要 ( 684 )   PDF (1191KB) ( 323 )  
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    建立了序批式动态污泥间壁热干燥实验平台,并借此研究了干燥温度对干燥效率、干污泥热值、干污泥有机物含量(VS)、干燥冷凝水有机物含量(TOC)的影响;研究了水分蒸发速率与含水率的关系。结果表明:干燥温度低于160℃,水分蒸发速率较慢,干燥效率较低;干燥温度高于180℃,污泥絮体和微生物细胞发生破坏,水分存在形态发生改变,干燥效率提高较大,干污泥热值降低以及干燥冷凝水TOC浓度增加。干燥冷凝水属高浓度有机废水,须处理达标后才能排放。

    多相流和计算流体力学
    颗粒移动床内不稳定运动的计算颗粒动力学模拟
    赵永志, 程易, 金涌
    化工学报. 2007, 58(9):  2216-2224. 
    摘要 ( 723 )   PDF (9287KB) ( 183 )  
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    采用考虑滚动摩擦的三方程离散单元法(DEM)模型对侧开孔的移动床中的颗粒流动进行了数值研究。结果表明,计算颗粒动力学(CGD)方法可对复杂颗粒系统内颗粒的运动行为进行准确的预测,包括时均速度场和脉动速度场。讨论了模型中颗粒摩擦参数的重要影响,并对颗粒流动表现出的间歇现象进行了分析。颗粒流动与流体流动有相似之处,都存在随机的脉动,但颗粒流的随机脉动机理与流体中的湍流机理有很大不同,颗粒流动会表现出很强的不连续性。

    基于模糊规则的多模型固相质量流量软测量
    许传龙, 汤光华, 杨道业, 周宾, 潘琦, 邵理堂, 王式民
    化工学报. 2007, 58(9):  2225-2231. 
    摘要 ( 771 )   PDF (1393KB) ( 273 )  
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    针对静电传感器无法给出颗粒质量流量绝对值以及多相流流动形态和结构变化影响传感器输出等问题,提出了一种基于分解合成的多模型加权平均的固相质量流量非线性软测量模型。在高压密相气力输送系统上,通过静电传感器获得大量试验数据,提取信号特征,利用模糊聚类算法将输入数据进行空间分区, 每一区间上用径向基函数(RBF)神经网络辨识出一个子模型, 再利用模糊推理将各子模型输出加权求和得到颗粒质量流量的估计值。该模型减小了流型对测量结果的影响,提高了测量精度。

    基于灰度共生矩阵和支持向量机的气液两相流流型识别
    周云龙, 陈飞, 孙斌
    化工学报. 2007, 58(9):  2232-2237. 
    摘要 ( 826 )   PDF (1158KB) ( 516 )  
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    根据灰度共生矩阵具有较好的纹理表达能力的特性,提出了一种基于图像灰度共生矩阵和支持向量机相结合的气液两相流流型识别的新方法。该方法利用高速摄影系统获取水平管道内气液两相流的流动图像,经过图像处理后,提取图像灰度共生矩阵的纹理特征,进而建立流型图像的灰度共生矩阵纹理特征向量,并以此特征向量作为流型样本对支持向量机进行训练,实现了对流动图像的流型智能化识别。实验结果表明,支持向量机能够快速准确地识别水平管道内的7种典型流型,整体识别率达到100%,每幅流型图像的判别时间约为1.7 s,为流型在线识别提供一种新方法。

    催化、动力学与反应器
    催化剂失活时甲醇反应器的优化
    洪梅, 钱刚, 周兴贵
    化工学报. 2007, 58(9):  2238-2243. 
    摘要 ( 933 )   PDF (462KB) ( 267 )  
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    以拟均相一维模型为基础,考察了两种考虑催化剂失活时甲醇合成反应器的优化策略。这两种优化策略的共同之处是在反应初期保持日产率平稳,后期使日产率最大。第一种优化方案在调节操作压力的同时调节反应温度和空速至最优值,而在另一种方案中空速始终保持不变,先调节操作压力至设计上限后再使反应温度处于最优值。研究表明,后一种简化方案尽管优化得到的平均时空产率略有降低,但由于运行中只需调节一个操作变量(先压力后温度),因而易于工业实施。

    柠檬酸对Ni-W焦化蜡油加氢处理催化剂性能的影响
    陈俊任, 周亚松
    化工学报. 2007, 58(9):  2244-2248. 
    摘要 ( 707 )   PDF (2638KB) ( 505 )  
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    以含改性HY分子筛的TiO2-SiO2复合氧化物为载体,以Ni、W为活性金属组分,采用等体积溶液浸渍法制得了焦化蜡油加氢处理催化剂,考察了浸渍液中加入柠檬酸对催化剂性质及加氢精制性能的影响。BET、FT-IR、XRD、UV-Vis DRS和TG-DSC等表征结果表明,柠檬酸与金属组分间的络合作用提高了金属活性组分的分散度,改变了金属组分的存在状态,促进了单一形式的聚钨酸盐和高活性的六配位八面体Ni物种的形成。柠檬酸改性的Ni-W系催化剂对焦化蜡油的加氢精制性能明显改善,尤其是加氢脱氮性能得以大幅度提高。

    可视化方法研究合成硫醚反应动力学
    胡方锋, 陈金芳, 徐俊辉, 陈中
    化工学报. 2007, 58(9):  2249-2254. 
    摘要 ( 669 )   PDF (2084KB) ( 170 )  
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    采用光电显微技术和数字图像跟踪处理技术,实现了液-液界面亚微观环境的可视化。在微型反应器中研究了兰索拉唑中间体硫醚(2-[3-甲基-4-(2,2,2-三氟乙氧基)-2-吡啶基]-硫醚-1H-苯并咪唑)的界面合成反应。用数字图像灰度方法建立了浓度-灰度标准曲线,得到了硫醚界面合成反应动力学曲线和反应速率方程,计算出了咪唑钠和溴代吡啶由主体相到达界面相的总平均传质阻力。
    Rh负载的整体型催化剂甲烷催化部分氧化过程
    丁石, 胡蓉蓉, 阳宜洋, 王德峥, 程易
    化工学报. 2007, 58(9):  2255-2258. 
    摘要 ( 759 )   PDF (521KB) ( 291 )  
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    采用负载Rh的泡沫独石整体型催化剂研究了甲烷催化部分氧化过程,考察了外界温度、空速和甲烷与氧气进料比例对反应转化率和选择性的影响,并对过程控制条件和调控参数进行了分析。研究结果表明该过程为毫秒级超短接触过程,反应可以在自热条件下进行,高空速条件下(8×105 h-1),甲烷与氧气进料比(体积比)为1.8,甲烷转过率超过90%,CO选择性接近95%,H2选择性超过90%。外界加热对过程有利,可获得更高的转化率和选择性。
    分离工程
    金属离子改性活性炭对二氯甲烷脱附活化能的影响
    潘红艳, 李忠, 夏启斌, 奚红霞, 李晶, 钱宇
    化工学报. 2007, 58(9):  2259-2265. 
    摘要 ( 684 )   PDF (502KB) ( 483 )  
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    主要研究了金属离子改性活性炭对二氯甲烷脱附活化能的影响。通过浸渍法分别将6种不同金属离子负载在活性炭表面,采用ASAP 2010M测定该系列改性活性炭的孔径分布和比表面积,利用程序升温脱附技术测定了二氯甲烷在系列改性活性炭上的脱附活化能,应用软硬酸碱理论分析和讨论了活性炭表面负载不同金属离子对二氯甲烷脱附活化能的影响。结果表明,二氯甲烷在Al(Ⅲ)/SY-6AC、Li(Ⅰ)/SY-6AC、Mg(Ⅱ)/SY-6AC、Fe(Ⅲ)/SY-6AC和Ca(Ⅱ)/SY-6AC的脱附活化能高于其在原始活性炭上的脱附活化能,而它在 Ag(Ⅰ)/SY-6AC的脱附活化能低于在原始活性炭上的脱附活化能。根据软硬酸碱理论分类,二氯甲烷属硬碱,当活性炭表面分别负载了硬酸类金属离子Al3+、Li+、Mg2+、Fe3+和Ca2+,则增大了表面局部硬酸度,提高了对二氯甲烷的吸附能力; Ag+ 属软酸,当活性炭表面负载了Ag+,则降低了活性炭表面局部硬酸度,从而降低了对二氯甲烷的吸附能力。

    利用熔融结晶法进行芴的提纯
    贾春燕, 尹秋响, 张美景, 王静康
    化工学报. 2007, 58(9):  2266-2269. 
    摘要 ( 799 )   PDF (422KB) ( 803 )  
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    以工业芴为原料,实验研究了利用熔融结晶法制备精芴的工艺过程,考察了结晶降温速率、结晶终温、发汗升温速率及发汗终温对产品纯度及收率的影响,得到了利用熔融结晶方法分离提纯芴的优化工艺条件,产品纯度可达97.4%。同时根据实验结果,对芴与2-甲基氧芴两元物系的固液平衡相图进行了推测分析。
    迎头色谱法测定人参皂苷Rg1和Re的吸附量
    吴秀红, 林炳昌
    化工学报. 2007, 58(9):  2270-2275. 
    摘要 ( 757 )   PDF (455KB) ( 188 )  
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    制备色谱分离条件优化的基础是吸附等温线的测定及保留时间的预测。本文以人参皂甙Rg1、Re为研究对象,用色谱单柱制备了人参粗粉中的人参皂甙Rg1、Re,以迎头法测定了人参皂甙Rg1、Re在C18球形固定相中的吸附等温线,在竞争Langmuir模型基础上确定了吸附参数Gb,并应用非线性色谱理论的结果预测了人参皂甙Re的保留时间,上述结果与实验值进行了比较,平均相对误差为3.68%。在实验中发现了运用竞争Langmuir模型进行拟合的一些问题并进行了讨论。
    过程系统工程
    用于过程故障诊断的自适应kernel学习网络分类器
    王海清, 蒋宁
    化工学报. 2007, 58(9):  2276-2280. 
    摘要 ( 620 )   PDF (434KB) ( 177 )  
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    提出一种统一的最小二乘kernel学习框架,将自适应kernel学习(AKL)网络辨识器推广为分类器,用于化工过程的故障诊断。推导了AKL分类器在向后缩减和向前增长两种情况下的递推算法,实现了对记忆样本长度的控制。该分类器无需利用历史故障数据,即可进行在线学习并建立过程诊断模型。通过对Tennessee Eastman(TE)过程的5种典型故障的诊断分析,验证了该方法的有效性。

    最小化新鲜水量与废水处理量的图形方法
    廖祖维, 霍超, 武锦涛, 王靖岱, 蒋斌波, 阳永荣
    化工学报. 2007, 58(9):  2281-2287. 
    摘要 ( 680 )   PDF (537KB) ( 171 )  
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    水分配网络由回用、再生和废水处理3个相互作用的子系统构成。设计水分配网络需考虑质量负荷固定和流量固定两类用水操作模型。目前,兼顾两类用水操作的图形方法对水分配网络的研究局限于一个或两个子系统的设计,而缺少一种能同时处理3个子系统的方法。本文用新的方法合成了反映用水网络水源盈亏情况的总组合曲线,并由此得到最小废水量和新鲜水量。为考虑废水再生情况,提出通过用再生水线和废水线合成废水排放线的方法求解再生情况下的最小新鲜水量。同时,根据总组合曲线得到了废水组合曲线,求得最小废水处理量。实例表明,本文所提方法可在具体网络设计前,在同一浓度-质量负荷图中确定单杂质水分配网络的各目标参数,且简便易行。

    表面与界面工程
    无机/有机复合涂层体系在3.5%NaCl溶液中的EIS
    刘旭文, 熊金平, 曹京宜, 左禹
    化工学报. 2007, 58(9):  2288-2292. 
    摘要 ( 920 )   PDF (417KB) ( 325 )  
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    采用电化学阻抗谱(EIS)研究了无机富锌底漆/环氧云铁中间漆/氯化橡胶面漆复合涂层体系在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电化学行为,考察了紫外辐射对其电化学行为的影响。结果表明:复合涂层体系在3.5%NaCl介质中的腐蚀失效过程可以用4种等效电路来等效。浸泡失效前120 h,电解质溶液电阻Rc从开始的5×109 Ω·cm2以大约2.2×107 Ω·h-1的速度迅速下降到4×105 Ω·cm2,到浸泡120 h后Rc则以较小的速度808 Ω·h-1下降,涂层电容Cc是按线性增加。紫外辐射不改变复合涂层体系在3.5% NaCl溶液中的电化学行为,仅仅加速复合涂层的失效。

    含CTAB-苦味酸的水/油/水体系的液膜振荡规律
    周莉, 汤郊宁, 彭建华, 杨丽君
    化工学报. 2007, 58(9):  2293-2299. 
    摘要 ( 639 )   PDF (583KB) ( 210 )  
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    研究了水(CTAB-正丁醇水溶液)/油(含苦味酸的硝基苯溶液)/水(葡萄糖水溶液)体系的液膜振荡。通过改变CTAB的浓度、苦味酸等协同物的浓度研究了振荡曲线的变化规律。研究显示,CTAB浓度在3 mmol·L-1以上才有振荡,随着浓度的增加,振荡频率变小;随着苦味酸浓度的增加,振荡频率增大,但超过1.5 mmol·L-1前期没有振荡;苦味酸和其他协同物还对振荡曲线的规律性和重现性具有明显的影响。首次测定了电流-时间振荡曲线,发现其与电势-时间曲线具有类似的趋势,表明在液膜振荡研究中也可以通过监测电流的变化来监测振荡体系。采用自制的直型玻璃管装置,操作方便,重现性好,测定振幅可达50~200 mV。

    Co-B纳米合金功能膜化学沉积和电沉积的比较
    廖树帜, 张淳, 何晶, 蒋登辉, 张邦维
    化工学报. 2007, 58(9):  2300-2305. 
    摘要 ( 730 )   PDF (1433KB) ( 288 )  
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    以硫酸钴、硼氢化钠为主要原料,对电沉积和化学沉积Co-B纳米合金功能膜进行比较,发现尽管电沉积较化学沉积的速度快,但各影响因素和变化规律是一致的。pH值增大和温度的升高会加快沉积速率,络合剂浓度增大则会降低沉积速率,增加硫酸钴、硼氢化钠的浓度都会加快沉积速率,但用化学法沉积时,当硫酸钴、硼氢化钠的浓度超过最大值时,沉积速率反而下降。XRD结果表明,两种方法制备的Co-B纳米合金在镀态下都是非晶态,其结构并不受沉积方法的影响,SEM、STM和AFM观察发现,非晶膜镀层是由纳米相微粒构成微米级的二次颗粒,二次颗粒堆砌形成薄膜。化学沉积得到的颗粒相对电沉积得到的要小一些,两种方法得到的最大颗粒都不超过3 μm。

    电解清除氧化皮的304不锈钢盘条耐蚀性的电化学评价
    唐子龙, 李国栋, 魏军胜
    化工学报. 2007, 58(9):  2306-2312. 
    摘要 ( 787 )   PDF (2323KB) ( 382 )  
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    研究了电解清洗黑色和蓝黑色氧化皮304不锈钢盘条在盐酸和氯化钠介质中的耐蚀性能。动电位极化曲线方法测试了清洗后盘条的耐点蚀性能;恒电位充电曲线研究了不锈钢盘条的时间有效性。结果表明,电解清洗后不锈钢具有良好的耐蚀性。表面电子能谱测试表明清洗后不锈钢表面有显著的Mn元素富集,并探讨了Mn元素富集对耐蚀性的影响。

    梯度表面能材料上液滴运动机理
    王宏, 廖强, 朱恂
    化工学报. 2007, 58(9):  2313-2320. 
    摘要 ( 792 )   PDF (1923KB) ( 562 )  
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    通过显微测量技术获得了梯度表面能材料表面的微观结构,分析了经扩散控制的硅烷化处理的硅基材料表面上表面能梯度形成的机制和影响因素。通过可视化实验,并从能量转换关系和液滴受力分析上探讨了液滴在梯度表面能材料上的快速运动机理,研究了液滴运动过程,及薄膜润滑对液滴运动速度的影响。

    生物化学工程与技术
    聚乳酸载药微球形成机理的模拟分析与实验研究
    郭新东, 章莉娟, 钱宇, 周健
    化工学报. 2007, 58(9):  2321-2328. 
    摘要 ( 805 )   PDF (6911KB) ( 1079 )  
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    对聚乳酸载药微球的形成过程进行了耗散颗粒动力学模拟和实验研究。载药体系以硝苯地平为模型药物、聚乳酸(poly-lactic acid, PLA)为载体材料、聚乙烯醇(poly vinyl alcohol, PVA)为稳定剂。通过研究,提出了聚乳酸载药微球的形成机理,认为微球形成过程可分为4个阶段,即高度分散阶段、PLA分子聚集阶段、硝苯地平分子向微球内部扩散阶段和微球的形成及稳定阶段。机理分析和模拟表明,微球对硝苯地平的包载量有一个临界值,硝苯地平浓度低于该值,几乎所有的硝苯地平分子都能扩散进微球的内部;高于该值,则部分硝苯地平分子难以扩散进微球内部,而分散在介质中,形成硝苯地平聚集体。

    不同溶氧控制方式下的谷胱甘肽分批发酵过程分析
    卫功元, 王大慧, 陈坚
    化工学报. 2007, 58(9):  2329-2335. 
    摘要 ( 922 )   PDF (445KB) ( 386 )  
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    分析了产朊假丝酵母生产谷胱甘肽(GSH)的摇瓶发酵过程,发现溶氧浓度的大小成为影响细胞生长和GSH产量的重要因素。在此基础上,研究了恒溶氧和恒转速条件下的GSH分批发酵过程,与恒转速发酵相比,恒溶氧控制发酵可以明显提高细胞干重和GSH产量,当恒溶氧浓度为35%时,二者的提高幅度最多可分别达到22%和30%。最后分别采用发酵动力学模型和代谢网络中各代谢物通量的分布情况对该结果产生的原因进行了定量解释。

    FTIR技术结合代谢物组学分析方法在菌株高通量筛选中的应用
    陈伟, 于凤鸣, 元英进
    化工学报. 2007, 58(9):  2336-2340. 
    摘要 ( 772 )   PDF (1127KB) ( 515 )  
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    为了寻找菌株高通量筛选的新方法,尝试运用代谢物组学的技术及其分析方法来筛选菌株。通过运用FTIR技术结合PCA、HCA,很好地区分了处于不同发酵时间的利迪链霉菌AS 4.2501,并找到了利迪链霉菌合成利迪链菌素时可能的生物标志物;并尝试使用FTIR技术结合ANN较好地预测了具有不同利迪链菌素合成能力的利迪链霉菌的突变株。实验结果表明基于代谢物组分析的FTIR技术和化学计量学数据处理方法的结合,有望用于菌株诱变后的高通量筛选。
    OSC-KPCA代谢物组学模式分析技术及应用
    宋凯, 李霞, 元英进
    化工学报. 2007, 58(9):  2341-2346. 
    摘要 ( 784 )   PDF (557KB) ( 204 )  
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    利用核主成分分析(Kernel Principle Components Analysis KPCA)强大的非线性识别能力及其在高维小样本数据处理方面的独特优势对模式植物—拟南芥的四种基因型(两种基因型Co10和C24及其杂交子代Co10×C24和C24×Co10)样本进行模式分析研究。结果表明利用正交信号校正(Orthogonal Signal Correction OSC)技术对原始数据进行滤波处理后,基于Sigmoid核函数的KPCA方法对这四种基因型样本的正确分类和预测能力均达到100%。有力地证明了OSC-KPCA方法可以有效地提取代谢物组信息,揭示生物系统内代谢表型与不同基因型之间的内在联系,为代谢物组学及系统生物学的进一步研究奠定基础。
    转盘反应器固定根霉重复批次发酵生产脂肪酶
    李丹, 张大皓, 谭天伟
    化工学报. 2007, 58(9):  2347-2351. 
    摘要 ( 675 )   PDF (430KB) ( 199 )  
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    以聚氨酯海绵为载体将根霉固定于转盘表面,利用转盘反应器实现脂肪酶的固定化发酵。考察了通气量、转速、装液量及转盘个数等操作参数对发酵过程的影响,得到了优化的反应操作条件,即通气量4 L·min-1,转速100 r·min-1,装液量3.5L,采用三个转盘。在上述条件下进行重复批次实验,可重复5批次, 单位时间产率10931.1 U·h-1, 是批次反应的3.5倍。固定化细胞连续发酵,大大缩短了发酵的时间, 酶的平均活力和时间产率获得大幅提高。
    添加表面活性剂对α-熊果苷发酵的影响
    韦祎, 张淑荣, 刘春巧, 张鹏
    化工学报. 2007, 58(9):  2352-2356. 
    摘要 ( 702 )   PDF (631KB) ( 665 )  
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    探讨了不同表面活性剂对嗜麦芽黄单胞菌BT-112(Xanthomonas mahophilia BT-112) 催化合成α-熊果苷的影响。通过比较不同种类、不同浓度的表面活性剂及其加入时间,实验得出最佳表面活性剂为Tween80,最适反应条件为:Tween80浓度为3 g·L-1,加入时间为12h,流加次数为3次,每次浓度1 g·L-1。在此条件下对苯二酚的转化率为96.2 %,菌体对对苯二酚的最大耐受度为60 mmol·L-1 ,分别比空白提高了3.53%和25.0%,发酵周期为36h,比空白缩短了25%。
    能源和环境工程
    增湿温度与气体流速对PEMFC阴极流道内液态水分布及排水影响
    马海鹏, 张华民, 胡军, 才英华
    化工学报. 2007, 58(9):  2357-2362. 
    摘要 ( 706 )   PDF (1850KB) ( 306 )  
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    通过直条单流道可视化PEM单池研究了阴极流道内液态水的传递行为,给出了液态排水与流道进、出口压降间的直接关系。结合可视化与压降测量,开发一种评价流道内液态水积累及排出的新方法,考察了增湿温度与气体流速对流道内液态水分布及排水的影响。随着增湿温度提高,存水区域由流道下部向进口扩展。对于给定流道,存在一特定流速。在该流速下液滴临界直径与流道尺寸相当,流道内液态水积累最严重。在本实验条件下,该特定流速为2 m·s-1。为了及时排出液态水,气体流速不能低于3 m·s-1

    基于化学链燃烧的吸收剂引导的焦炉煤气水蒸气重整制氢过程模拟
    阳绍军, 徐祥, 田文栋
    化工学报. 2007, 58(9):  2363-2368. 
    摘要 ( 1209 )   PDF (941KB) ( 523 )  
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    建立了基于化学链燃烧供能的吸收剂引导的焦炉煤气水蒸气重整制氢系统,该系统包含吸收剂引导的焦炉煤气重整反应器(SECOGSR)、燃料反应器和空气反应器。该系统能产生高纯H2[93.23%(mol)],仅通过冷凝即可实现CO2的捕获,分离能耗低。采用Aspen Plus软件对吸收剂引导的焦炉煤气重整制氢过程进行了模拟,得到优化的反应条件为:温度650℃,压力1.5 MPa,Ca/C=1,H2O/C=4。并对系统进行了模拟,以NiO/Y2O3/ZrO2(0.73/0.022/0.248,摩尔比)为化学链燃烧的载氧体和载能体,在满足反应器自热平衡和系统吸放热平衡的基础上,重整1mol焦炉煤气,燃料反应器和空气反应器所需的焦炉煤气、空气及载氧体NiO/Y2O3/ZrO2的量分别为0.139、0.648、3.11 mol。该系统消耗1 mol焦炉煤气的产H2量为1.30 mol,捕获的CO2的量为0.355 mol。

    简化PDF模型对Texaco气化炉的三维数值模拟
    吴玉新, 张建胜, 王明敏, 岳光溪, 吕俊复
    化工学报. 2007, 58(9):  2369-2374. 
    摘要 ( 705 )   PDF (2061KB) ( 237 )  
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    应用商业CFD软件Fluent建立气化过程热态模型,对某化肥厂Texaco水煤浆气化炉进行了三维数值模拟。计算中采用简化PDF模型描述炉内的化学反应,将水煤浆看作燃料流,氧气看作氧化剂流;根据对冷态流场的计算,采用六面体结构网格为主的网格划分;Realizable k-ε湍流模型封闭湍流方程;dpm模型考察气体和颗粒相耦合;随机轨道模型对颗粒相进行追踪,P-1辐射模型计算炉内辐射特性;同时编制UDF函数模拟焦炭和O2、H2O、CO2以及H2的颗粒异相反应。通过与工业数据的对比,证明该模型能够真实反应气化炉内的物理特性,同时表明工业炉内的同相反应基本达到化学平衡。

    粉煤在流化料仓中的下料特性
    郑利娇, 郭晓镭, 代正华, 郭云舟, 肖为国, 黄万杰, 龚欣
    化工学报. 2007, 58(9):  2375-2381. 
    摘要 ( 620 )   PDF (848KB) ( 567 )  
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    在自行设计的有机玻璃流化料仓系统上对粉煤下料过程及其特性进行了实验研究。研究发现,在筒仓段与料斗段连接处上方存在一个临界面。在临界面以上的筒仓段,粉煤以柱塞流形式下料,在临界面以下,粉煤以不定向螺旋运动下料。研究结果表明,料斗下部的流化气对下料稳定性和下料流率有重要影响,存在最佳流化气位置区间和最佳流化气表观气速范围,当流化气补气位置太低,在补气位置附近易形成气压平衡拱。研究还表明,增加料仓压力能提高粉煤下料流率,改善下料稳定性,减弱流化气补气位置及气速对下料的影响,阻止气压平衡拱生成。

    不同相对分子质量木质素磺酸钙在盾构砂浆中的应用
    郑大锋, 邱学青, 楼宏铭, 杨东杰
    化工学报. 2007, 58(9):  2382-2387. 
    摘要 ( 630 )   PDF (538KB) ( 281 )  
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    在对木质素磺酸钙进行超滤分级,并对其不同相对分子质量(M)的级分进行红外光谱表征的基础上,实验研究了不同M的级分对盾构砂浆工作性能的影响。结果表明,中高M级分对砂浆性能的影响最大,掺量为0.4%(质量分数)时,其减水率达9.4%,砂浆的流动度从193 mm提高至243 mm,3 h内砂浆的流动度损失率由71.6%降为43.0%,2 h内砂浆的泌水率由5.1%下降到1.0%。在实验的基础上,提出了可以通过适当增大M的方法提高木质素磺酸钙的应用性能。

    材料化学工程与纳米技术
    HPAM-g-P(NIPA-co-DMAM)的合成与温敏行为
    白荣光, 郭睿威, 蔡超
    化工学报. 2007, 58(9):  2388-2394. 
    摘要 ( 870 )   PDF (629KB) ( 380 )  
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    利用端基转换法合成了不同组成及相对分子质量的端丙烯酰胺基聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-N,N-二甲基丙烯酰胺)[poly(NIPA-co-DMAM), PID]大分子单体;与丙烯酰胺聚合后再水解,得到以PID为侧链,浊点在37~63℃的接枝共聚物[HPAM-g-P(NIPA-co-DMAM), HGPID]。利用1H NMR及端基分析等对大分子单体和接枝物的组成及结构进行了表征;考察了接枝共聚物侧链的组成和链长、共聚物质量浓度和外加盐浓度等因素对其水溶液的热敏特性及温敏增稠性的影响。

    火焰喷涂PA1010/nano-ZrO2复合涂层的非等温结晶动力学
    李亚东, 马亿珠, 强克刚, 曹少魁, 张治军
    化工学报. 2007, 58(9):  2395-2402. 
    摘要 ( 931 )   PDF (551KB) ( 189 )  
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    利用火焰喷涂法制备了聚酰胺1010 (PA1010)/纳米氧化锆(nano-ZrO2)复合涂层。采用示差扫描量热法(DSC)研究其非等温结晶行为,对所得的数据分别用Jeziorny法、Ozawa法和Mo法进行处理。结果表明,用Jeziorny法和Mo法处理非等温结晶过程比较理想,而Ozawa法不适用。用Jeziorny法求出的参数Zc(结晶速率常数)和n(Avrami指数)均随降温速率的增加而增加;nano-ZrO2的加入使复合涂层的Zcn略大于纯PA1010涂层;并使复合涂层结晶半衰期降低、结晶速率及结晶度增大。表明nano-ZrO2具有明显的成核剂作用,加快PA1010的结晶速率,提高涂层的结晶度。

    超临界CO2中合成聚碳酸酯
    肖杨, 吴元欣, 王存文, 应卫勇
    化工学报. 2007, 58(9):  2403-2407. 
    摘要 ( 693 )   PDF (439KB) ( 343 )  
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    在超临界CO2介质中由双酚A(BPA)和碳酸二苯酯(DPC)合成了双酚A型聚碳酸酯(PC)。反应生成的苯酚能够溶解扩散到超临界流体中。用红外光谱(FT-IR)、核磁共振谱(1H-NMR)表征了产物的结构。凝胶渗透色谱(GPC)测试表明,合成过程中存在线形缩聚和成环两种不同的反应机理,产物的重均分子量高达117740,分子量分布指数Pd=1.33;差示扫描量热法(DSC)测试表明,超临界CO2能增塑PC致使其玻璃化转变温度(Tg)降低。考察了反应时间、搅拌转速、反应温度等因素对PC分子量的影响。在反应压力为10 MPa下较佳反应时间为50 h,较佳搅拌转速为800 r·min-1,较佳反应温度为120℃。

    取向TS-1分子筛膜的合成与结构引导机理
    王晓东, 张宝泉, 刘秀凤
    化工学报. 2007, 58(9):  2408-2411. 
    摘要 ( 730 )   PDF (1071KB) ( 204 )  
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    通过壳聚糖的引导作用, 采用水热法在氧化铝载体上原位合成了b-轴取向的钛硅分子筛(TS-1)膜. 使用XRD、SEM等手段对所合成的TS-1膜进行了表征. 通过漫反射FT-IR和接触角的测定描述了壳聚糖薄膜的表面官能团、壳聚糖薄膜表面与合成液的相互作用. SEM结果表明, 在壳聚糖的引导下可得到b-轴取向的TS-1膜, 而直接在氧化铝载体上只能得到无序的TS-1膜层. XRD的测量结果表现了典型的TS-1结构. 漫反射FT-IR和接触角的测试结果表明, 由于壳聚糖表面官能团的作用, 其表面形成过渡层, 经过成核, 晶核生长得到片状TS-1晶体颗粒, 最后获得多层b-轴取向的TS-1膜.
    现代化工技术
    4-羟基-3-甲氧基苯乙腈的合成工艺
    付瑞新, 王晓钟, 戴立言, 陈英奇
    化工学报. 2007, 58(9):  2412-2416. 
    摘要 ( 724 )   PDF (398KB) ( 867 )  
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    4-羟基-3-甲氧基苯乙腈是重要的有机中间体,以香兰素为原料,经羟基保护、还原、氯化、氰化合成了目标产物,通过实验优化合成路线,确定了各步反应最优的反应条件(反应试剂、反应温度、反应时间、摩尔收率)。乙酰化:以乙酐为乙酰化试剂,室温反应3 h,产率为99%。还原:以Raney镍为催化剂,室温氢化8 h,产率为96.8%。氯化:0℃下滴加氯化亚砜,室温反应2 h,产率为78%。氰化:以氰化钠为氰化试剂,回流反应9 h,产率为78.5%。利用MS、1H NMR、元素分析等方法对产物进行了结构表征。此工艺原料易得,操作简便,反应条件温和。