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2007年 第58卷 第4期 刊出日期:2007-04-05
    热力学
    甲基异丁基酮-水-苯酚三元物系液液相平衡数据的测定与关联
    杨楚芬 钱宇 章莉娟 江燕斌
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  805-809. 
    摘要 ( 705 )   PDF (1591KB) ( 675 )  
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    为了给以甲基异丁基酮为溶剂的含酚废水萃取过程设计和流程模拟计算提供基础数据,实验测定了常压,25、40和50℃下甲基异丁基酮-水-苯酚三元物系在稀酚水范围内的液液相平衡数据。采用NRTL活度系数模型对实验数据进行了关联,回归得到了该三元物系的二元交互参数。运用回归得到的模型参数,对该三元物系的相平衡数据进行预测计算,结果表明该模型可以很好地关联实验数据,模型计算值与实验值的相对均方根误差和绝对平均误差均在2%以内。
    反式-1,2-环己二醇在乙酸甲酯与水混合溶剂中的溶解度
    周彩荣 王海峰 石晓华 高玉国 蒋登高
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  810-813. 
    摘要 ( 622 )   PDF (355KB) ( 425 )  
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    采用激光监视技术测定了1,2-环己二醇在乙酸甲酯和水混合溶剂中的溶解度,并用UNIFAC模型进行了关联,其溶解度预测值与实测值吻合程度良好。
    基于大尺度数据库的肽离子迁移谱碰撞截面定量预测模型
    周鹏 田菲菲 李志良
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  814-816. 
    摘要 ( 686 )   PDF (488KB) ( 185 )  
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    通过定义有机化合物的36种原子碎片类型,并按分子中不同键距原子碎片成对出现次数构造多阶原子对频数矩阵,在此基础上得到了一种新的分子编码技术:特征原子对全息码(characteristic atom-pair hologram code, CAHC)。从文献报道收集组建了一个包含819个样本的大尺度肽离子迁移谱碰撞截面数据库,以此为基础采用CAHC成功实现了该组数据的定量构谱关系(QSSR)建模研究,通过内部及外部双重验证的办法对所得模型稳定性能及泛化能力进行了深入分析和检验,其结果表明CAHC码与肽离子碰撞截面呈显著线性相关,而对少数多肽则包含一定非线性因素。本文模型有助于实现计算机辅助肽离子碰撞截面定量预测自动化平台的构建。
    离子液体与芳香类高沸点有机物相平衡
    姜晓辉 赵锁奇 孙学文 浮东宝
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  817-820. 
    摘要 ( 788 )   PDF (4151KB) ( 396 )  
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    采用超临界CO2萃取方法得到了高纯度的离子液体[bmim]PF6、[bmim]BF4 和[bupy]BF4。用反相键合相高效液相色谱法(HPLC)测定了三种离子液体中萘、菲、联苯、二苯并噻吩(DBT)和二苯基二硫醚在280~340K的溶解度,分别用两参数和三参数的NRTL方程关联了测得的溶解度数据。溶解度计算值与实验值的相对平均偏差在3.86~9.94%之间。显然,可以用NRTL方程描述这些固体物质与离子液体的固液相平衡。同样条件下,测定了乙苯—[bmim]PF6、十二烷基苯—[bmim]PF6 液液相平衡数据。前者的规律也可以用NRTL方程描述,两相溶解度计算值与实验值的平均偏差分别是10.20、3.37%。
    传递现象
    滴状冷凝初始液滴的形成机理
    刘天庆 穆春丰 夏松柏 孙相彧
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  821-828. 
    摘要 ( 770 )   PDF (8154KB) ( 444 )  
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    滴状冷凝初始液滴形成机理一直是悬而未决的问题。鉴于镁能与热水(冷凝液)反应,反应后镁表面的化学成分将发生变化,采用金属镁作为冷凝表面,在实验中通过控制过冷度和冷凝时间而实现蒸汽在镁表面的初始冷凝。然后应用电子探针(EPMA)技术分析冷凝前后试件表面化学成分的变化,用于推断蒸汽的初始冷凝状态。实验结果表明,镁表面氧元素的含量随着过冷度和冷凝时间增加而明显增加,并且氧元素在镁表面的分布是不均匀的。这些结果说明在固体表面上发生初始冷凝时凝液是成核状态的,而不是成膜状态。因此,滴状冷凝初始液滴形成机理符合成核中心假说。
    双效氨水吸收式制冷循环的性能
    张宝怀 陈亚平 施明恒
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  829-834. 
    摘要 ( 737 )   PDF (7318KB) ( 412 )  
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    双效氨水吸收式制冷循环是将高温级的吸收热用于加热低温级发生过程的高效且较简洁的新型复叠循环。通过数学建模对双效氨水吸收式循环在热源温度、冷却水温度、蒸发温度和放气系数等变化条件下的制冷性能系数(COP)等指标进行了分析计算,对双效氨水吸收式循环与传统的单效循环和双级循环的制冷性能系数进行了比较。结果表明,双效循环在冷却水温度低于30℃且蒸发温度高于-15℃的条件下有较高的COP值,但其所需热源温度比其他两种对照循环的高。
    活性炭/水浆料中CO2吸收过程的增强
    沈树华 马友光 朱春英 卢素敏
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  835-841. 
    摘要 ( 716 )   PDF (6967KB) ( 426 )  
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    针对分散相微粒增强难溶气体的吸收过程,提出了一个一维非稳态非均相传质的二区模型,并进行了理论求解。根据表面更新理论,得到了增强因子的数学表达式。利用恒温反应釜,对活性炭/水浆料中发生的CO2吸收过程进行了实验研究,测定了不同颗粒浓度及转速下的增强因子。实验结果与模型预测值吻合良好,表明本文模型具有很高的预测精度。
    氨基酸扩散系数的分子动力学模拟
    刘清芝, 胡仰栋, 杨登峰, 刘光增
    化工学报. 2007, 58(4):  842-847. 
    摘要 ( 1059 )   PDF (6182KB) ( 445 )  
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    采用分子动力学模拟的方法模拟了298. 15 K正则系综下甘氨酸、丙氨酸等12种氨基酸在水中的扩散过程,扩散系数的计算采用微分-区限变分法。计算结果表明:相同浓度下按不同分子数样本计算得到的扩散系数有较大差别,且分子数越多则模拟结果越接近于实验值。5种氨基酸在水中的扩散系数与文献值相对比,误差小于7%。还用同样的方法模拟了氧气在水中的扩散过程,模拟结果与实验结果吻合也较好。实验表明采用分子模拟手段可以获得具有工业应用价值的扩散系数,从而有助于计算传质学的发展。
    热源位置对轴向槽道热管传热的影响
    栾涛 程林 曹洪振 曲燕
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  848-853. 
    摘要 ( 618 )   PDF (8262KB) ( 175 )  
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    探讨了轴向槽道热管垂直安装时热源位置的不同对热管工作特性的影响。当热源位于热管管内工质静止液面以下时,重力的作用提高了垂直安装热管的传热极限。热源相对于热管管内工质静止液面的位置不同时,热管的工作温度、启动过程以及传热极限都表现出不同的特性。当热源位于热管管内工质静止液面附近时,热管存在一个非正常启动过程,在该过程中热管的工作温度会发生瞬态的升高,然后逐渐恢复到正常的工作状态,该瞬态最高温度受热源位置、热管充液量、热管加热速率等因素的影响。当热源的位置高于热管管内工质静止液面一定距离后,热管将无法正常工作。
    连通容器气体爆炸流场的CFD模拟
    王志荣 蒋军成 郑杨艳
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  854-861. 
    摘要 ( 698 )   PDF (1168KB) ( 447 )  
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    跟单个容器或管道相比,连通容器内气体爆炸会导致较高的爆炸压力和压力上升速率,以至于很多装置或设备不能承受而造成人员伤亡和财产损失。连通容器内气体爆炸强度增加主要是跟气体流动与燃烧过程有关,研究该类气体爆炸机理就必须从爆炸流场着手。本文利用大型计算流体动力学软件FLUENT对气体爆炸流场进行了数值模拟,获得了气体爆炸流场中温度、压力、速度、密度和燃烧速率随时间的变化规律,模拟结果能够比较清晰地反映出气体爆炸的整个过程。研究表明,连通容器中气体燃烧和流动引起未燃气体的压缩和湍流以及湍流诱导的喷射燃烧是系统中气体爆炸强度增加的主要原因,而管道在湍流诱导的喷射火焰中扮演非常重要的角色。
    多相流
    两相流电阻层析成像测量电路与图像重建
    刘铁军 王保良 黄志尧 李海青
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  862-868. 
    摘要 ( 647 )   PDF (992KB) ( 445 )  
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    提出一种用于两相流测量的高速电阻层析成像(electrical resistance tomography,ERT)系统。该系统采用双极性脉冲电流源为激励电极对提供激励信号,避免了直流激励造成的电极极化效应,同时简化了滤波电路的设计,相对于常规的交流激励ERT系统显著提高了数据采集速度。针对成像速度较快但成像质量差的线性反投影算法(linear back projection,LBP),采用离线预迭代技术对其进行改进,提出一种改进型线性反投影算法(modified LBP, MLBP),可高速重建较好质量的ERT图像。数值仿真和采用实际测量数据重建图像的结果表明,基于高速数据采集技术和改进的图像重建算法的高速ERT系统可实现两相流实时在线测量。
    错流旋转填料床气相压降特性
    刘有智 刘振河 康荣灿 郭雨
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  869-874. 
    摘要 ( 621 )   PDF (449KB) ( 409 )  
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    旋转填料床的气相压降是旋转填料床应用和设计的一项重要指标。在气液两相错流流动条件下,利用空气-水系统对错流旋转填充床的气相压降进行分段模型化和实验研究。按照错流旋转填料床气体流动的路径将气相压降分为进口压降、填料层压降、集气段旋转动能转化压降和出气段压降。推导出压降与操作工况的关联式,其计算值与实测值吻合较好。实验表明错流旋转填料床的气相总压降与气体流量、旋转床转速、液体流量有关。在高转速和小气量的条件下,气相压降随气量增大先下降后上升;其他情况随气量增大而上升。错流旋转填料床气相压降随转速上升而下降,在小气量情况下转速对气相压降有明显影响。气相压降随进液量的增大而增大,当旋转填料床在低转速时进液量对气相压降有明显影响。
    高频脉冲电场作用下乳状液液滴动力学模型
    张建 董守平 甘琴容
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  875-880. 
    摘要 ( 636 )   PDF (458KB) ( 712 )  
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    基于乳状液中液滴在电场中的受力情况的分析,建立了W/O乳状液中液滴振荡固有频率公式,从理论角度分析和解释了高频脉冲电场对W/O乳状液的破乳机理,从力学的角度分析了最佳频率存在的理论基础,并推导出了最佳频率的计算公式。该固有频率与液滴尺寸、界面张力、黏度、温度、密度等有关。为了验证最佳频率公式的可靠性,用正辛烷乳状液进行了室内实验。实验结果表明,理论最佳频率公式的预测结果与实验测得的最佳频率结果吻合,经修正后与白油实验结果也非常接近。
    用VOF法模拟导向立体传质塔板罩内两相流
    李春利 李建慈 刘继东 张仂 刘长江 李彦芬
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  881-886. 
    摘要 ( 650 )   PDF (19570KB) ( 200 )  
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    利用计算流体力学中的VOF方法对导向立体传质塔板(CTST-8)罩内气液两相流场进行了数值模拟,用Fluent的前处理软件gambit建立物理模型,在速度梯度大的地方采用局部加密网格,根据计算结果进行网格的自适应。用Fluent 6.1 对CTST-8在板孔气速为8.4 m/s,清液层高度为25 mm的工况下进行数值模拟。模拟结果显示了罩内流场的三维特性,并反映出罩内流场的相含率分布,速度分布以及压强分布等。将罩内压强的测量结果与模拟结果进行对比,两者吻合较好。说明本文数值模型具有较好的精度,可以用于CTST-8罩内两相流场的预测。
    催化、动力学与反应器
    二甲醚催化氧化制下游化学品(Ⅰ)HZSM-5催化氧化制碳氢化合物
    向杰 余林 吕逵弟 孙明 郝志峰 余倩 许洁瑜 王雪涛
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  887-891. 
    摘要 ( 626 )   PDF (468KB) ( 258 )  
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    考察了4种分子筛HZSM-5、Hβ、HY、Al-MCM-41及Mn、Mo、Co、Cu改性的HZSM-5型分子筛催化剂对二甲醚(DME)催化氧化制碳氢化合物的反应性能。结果表明,HZSM-5分子筛在275~325 ℃具有较高活性;二甲醚的转化率在Mn改性的HZSM-5分子筛催化剂上有较大提高,275 ℃时达到27. 8 %,甲酸甲脂(MF)的收率可达6. 9 %。并在生成产物的基础上推测了二甲醚催化氧化的反应机理。
    二甲醚催化氧化制下游产品(Ⅱ)V/Mn改性的SnO2/MgO催化氧化制碳氢化合物
    吕逵弟 余林 向杰 孙明 郝志峰 余倩 许洁瑜 王雪涛
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  892-896. 
    摘要 ( 634 )   PDF (1063KB) ( 342 )  
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    考察了SnO2/MgO催化剂和添加助剂V、Mn对二甲醚(DME)催化氧化制取乙二醇二甲醚(DMET)和其他碳氢化合物的催化性能。结果表明,锡镁催化剂对DME在275~325 ℃有良好的催化活性;添加VOx能较大提高DME转化率和产物DMET的选择性,DME转化率可达23%,DMET选择性可达44%,在300℃收率达9%以上。
    硫酸氢钠催化甲醛与甲酸甲酯的偶联反应
    王克冰 姚洁 雷永诚 王越 王公应
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  897-902. 
    摘要 ( 860 )   PDF (1022KB) ( 772 )  
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    在釜式反应器中研究了硫酸氢钠催化甲醛和甲酸甲酯的偶联反应,考察了反应温度、原料配比、催化剂用量、反应时间等因素对乙醇酸甲酯和甲氧基乙酸甲酯收率的影响,得到最佳反应条件为:反应温度160℃、反应物料配比n(甲醛):n(甲酸甲酯)=0.65、催化剂的用量为总反应物料质量的20.0%、反应时间4h,在此条件下,乙醇酸甲酯和甲氧基乙酸甲酯的收率最大,总收率达到42.15%。催化剂浓度和反应温度对活化甲醛分子,确保有效地进行羰基化反应,提高反应活性起重要作用。硫酸氢钠难溶于反应体系,后处理简单,副反应少,可重复使用,较其它相关催化剂具有突出的性能。
    伴有水解缩合反应的种子乳液聚合动力学(I)模型
    倪克钒 单国荣 翁志学
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  903-907. 
    摘要 ( 882 )   PDF (468KB) ( 372 )  
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    伴有水解缩合反应的自由基种子乳液聚合反应是制备有机-无机杂化乳胶粒的一种新方法,水解缩合反应和自由基聚合这两种反应在乳液体系中的动力学耦合过程决定了聚合产物的微结构和应用性质。通过单体的分配系数建立了单体在乳液体系中各相的分配模型,进而建立了考虑单体分配的自由基种子乳液共聚合的动力学模型。针对功能基团在乳液各相中水解缩合反应的特点,结合自由基种子乳液共聚合的动力学模型,建立了伴有水解缩合反应的自由基种子乳液聚合动力学模型。该模型反映了反应过程中的物质传递规律、非均相反应特点、自由基共聚合和水解缩合反应间的耦合关系。
    多元硅醇固化缩聚动力学
    梁志超 单国荣 翁志学
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  908-912. 
    摘要 ( 576 )   PDF (1077KB) ( 535 )  
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    固化是有机硅树脂涂层制备过程的一个重要步骤,其本质是多元硅醇在非溶液体系中的交联缩聚反应。采用FTIR对有机硅树脂固化进行分析,并建立了固化过程中的多元硅醇缩聚反应动力学模型,该动力学模型能描述固化过程的反应动力学。通过研究得到无固化剂以及分别采用2-乙基-4-甲基咪唑、碳酸胍或乙酸胍固化剂时的一系列动力学参数,如反应程度、反应速率常数、反应活化能等。在不同温度下,固化剂可以促进多元硅醇的固化缩聚,并使最终反应程度增加。
    纳米ZSM-5沸石上丁烯芳构化反应
    叶娜 孙 琳 王 刃 陈黎行 郭洪臣 王祥生
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  913-918. 
    摘要 ( 890 )   PDF (467KB) ( 306 )  
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    用小型固定床加压反应器研究了液化石油气(C4 LPG)中的丁烯在纳米ZSM-5型催化剂DLG-1上的低温芳构化反应,重点考察了原料中二烯烃和碱性氮杂质,以及反应温度、压力和C4 LPG进料重量空速(WHSV LPG)条件对催化剂芳构化反应活性及稳定性的影响。结果表明:原料中的二烯烃和碱性氮杂质都能加速催化剂失活,其中碱性氮的失活作用比二烯烃大。反应温度、压力和进料重量空速都对催化剂性能有显著影响,最佳反应条件为450℃、2. 0 MPa和WHSV LPG=0. 83 h-1。反应温度、压力和进料空速过高都会导致催化剂积炭失活速度加快。
    重组甲酸脱氢酶对合成1,3-丙二醇的促进作用
    黄志华 刘铭 张延平 曹竹安
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  919-924. 
    摘要 ( 655 )   PDF (546KB) ( 482 )  
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    在甘油厌氧发酵生产1,3-丙二醇的过程中,需要消耗还原当量NADH,NADH的有效供给决定了1,3-丙二醇的产量。本文从Candida boidinii基因组DNA中克隆了甲酸脱氢酶基因fdh,利用表达质粒pMAL TM-p2X-fdh转化到1,3-丙二醇生产菌 Klebsiella pneumoniae YMU2中,构建了具有NADH再生系统的重组菌Klebsiella pneumoniae F-1。在5 L发酵罐培养中,F-1合成1,3-丙二醇浓度和产率分别达到了78. 6 g·L-1 和1. 33 g·L-1·h-1,分别比YMU2提高了12. 5% 和41. 2%。根据F-1和YMU2菌株的主要代谢产物的生成情况比较了二者的代谢流分布。
    不同植物油脂在近临界水中水解反应动力学的比较
    孙辉 吕秀阳 陈良
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  925-929. 
    摘要 ( 654 )   PDF (1255KB) ( 501 )  
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    系统地测定了压力10 MPa、温度170℃~240℃范围内橄榄油、花生油、大豆油、红花油等植物油脂在近临界水中无催化水解反应动力学数据。实验结果表明,近临界水中油脂水解反应是一个典型的自催化反应,采用二级自催化反应动力学模型对动力学数据进行了拟合,得到了橄榄油、花生油、大豆油、红花油等四种植物油脂的水解反应活化能分别为41.8 kJ/mol、37.3 kJ/mol、37.7 kJ/mol、31.2 kJ/mol。油脂水解活化能与其碘价密切相关,随着油脂碘价的增加,水解活化能逐渐降低。
    分离工程
    盐析结晶法分离铬酸钾
    徐红彬 张懿 尤海侠
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  930-937. 
    摘要 ( 655 )   PDF (1180KB) ( 400 )  
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    关联了不同温度下K2CrO4在K2CrO4-KOH-H2O体系中的溶解度数据,分析了从K2CrO4-KOH-H2O体系中通过盐析结晶方式分离K2CrO4的可能性;通过K2CrO4-KOH-H2O体系中K2CrO4的盐析结晶实验,得出了初级成核现象发生时,体系的最大过饱和度与过饱和速率之间的动力学关系式及结晶过程中盐析剂浓度、盐析结晶终点K2CrO4收率、溶液体积等工艺参数间的关系,探讨了以KOH作为盐析剂,采用盐析结晶方法从K2CrO4-KOH-H2O体系中分离提纯K2CrO4的可行性,为K2CrO4的高效分离提供了一种新思路。
    活性炭表面热氧化对其吸附二苯并噻吩性能影响
    余谟鑫 李忠 夏启斌 王书文
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  938-943. 
    摘要 ( 642 )   PDF (1910KB) ( 475 )  
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    本文主要研究活性炭表面氧化对其吸附二苯并噻吩性能的影响。将活性炭在不同低温下氧化制得表面氧化活性炭,用静态吸附法进行了二苯并噻吩在初始及氧化活性炭上的吸附等温线,应用Langmuir方程对吸附等温线进行拟合,用漫反射红外谱(DRIFTS)表征活性炭表面含氧基团,用Boehm滴定测定活性炭表面官能团含量,讨论了活性炭表面化学性质对其吸附二苯并噻吩的影响。结果表明:活性炭表面酸性含氧基团对二苯并噻吩的吸附有重要影响,酸性含氧基团越多,其吸附量越大。低温气相氧化活性炭提高了活性炭表面酸性含氧基团,提高了其对二苯并噻吩的吸附。氧化温度越高,其表面含氧基团含量越多,其对二苯并噻吩的吸附量也越大。Langmuir吸附等温线可适用于描述二苯并噻吩在活性炭表面上的吸附。
    超声波作用下柠檬酸盐溶液中SO2的解吸机理
    薛娟琴 兰新哲 杜士毅 李伟达 孟令嫒
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  944-950. 
    摘要 ( 603 )   PDF (503KB) ( 221 )  
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    本文从超声波作用特点出发,利用数值计算研究了在超声解吸SO2过程中,超声波的作用机理,从理论上阐明了影响超声解吸SO2的主要因素,并对此进行了实验验证,实验结果与理论分析吻合较好。研究表明,超声场下脱除柠檬酸盐溶液中SO2在理论和实验室规模下是可行的;超声频率、溶液中气体含量以及溶液性质对超声解吸SO2影响较大;给溶液中增加空化气泡核如通入微量惰性气体,SO2解吸效率显著提高;超声频率越低,超声脱除SO2效果越好;给溶液施加适当搅拌,SO2解吸率提高20%~30%;溶液中SO2初始浓度越高,解吸效果越好。
    过程系统工程
    基于核Fisher判别分析方法的非线性统计过程监控与故障诊断
    赵旭 阎威武 邵惠鹤
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  951-956. 
    摘要 ( 688 )   PDF (470KB) ( 233 )  
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    化工过程中大量的生产数据反应了生产过程的内在变化和系统的运行状况,基于数据驱动的统计方法可以有效地对生产过程进行监控。对于复杂的化工和生化过程,其过程变量之间的相关关系往往具有很强的非线性特性,传统的线性统计过程监控方法显得无能为力。本文提出了基于核Fisher判别分析的非线性统计过程监控方法,首先利用非线性核函数将数据从原始空间映射到高维空间,在高维空间中利用线性的Fisher判别分析方法提取数据最优的Fisher特征矢量和判别矢量来实现过程监控与故障诊断,能有效地捕获过程变量之间的非线性关系,通过对流化催化裂化(FCCU)过程的仿真表明该方法的有效性。
    基于神经网络的水平文丘里湿气测量模型
    方立德 张涛 罗翼
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  957-962. 
    摘要 ( 757 )   PDF (467KB) ( 402 )  
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    文丘里流量计用于湿气测量需要对因液相的存在而产生的读数偏高(虚高)进行修正。文中分析了8个经典的文丘里湿气测量虚高模型的特点与局限,用分相模型理论结合神经网络曲线拟合方法得到了一个新的文丘里湿气测量模型,并对模型进行了验证,结果证明模型对文丘里湿气测量虚高特性的预测较准确,误差在5%以内。模型的适用范围宽,经大量实验验证并与8个传统模型作了对比,结果表明模型在压力P〖HTSS〗为0. 15~6. 0 MPa,孔径比β〖HTSS〗为0. 4~0. 75,气相Froude数Fr g为0. 5~5. 5,LM参数X为0. 002~0. 3,质量含气率x为0. 5~0. 99范围内均得到满意的预测结果。
    中小氮肥合成氨生产系统操作条件优化
    沈之宇 阎镜予 薛美盛 孙德敏
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  963-969. 
    摘要 ( 690 )   PDF (513KB) ( 325 )  
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    针对国内中小氮肥企业合成氨生产系统的设备条件和技术水平,以提高氨净值为目标,将整体优化问题进行合理有效的分解,采用广义预测控制算法实现氨合成塔热点温度自动调节,以保证在线优化调节的稳定;抽取单向优化因素进行卡边操作,最终实现合成氨生产操作条件的自适应在线操作优化,氨净值提高0. 4%,系统压力降低1. 2 MPa,实现节能降耗,说明了该方案的有效性。
    因子分析及其在过程监控中的应用
    赵忠盖 刘飞
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  970-974. 
    摘要 ( 653 )   PDF (437KB) ( 338 )  
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    概率主元分析(PPCA)模型是因子分析(FA)模型的一种特殊形式,而主元分析(PCA)模型是PPCA模型的一种特例。PPCA和PCA已经在过程监控中得到了成功的应用,但是这两种方法的约束条件较多,而FA约束条件少,因此更能反映数据的本质特征。本文将FA引入工业过程监控,通过期望最大化(EM)算法建立FA模型,然后提出基于FA的监控指标,并讨论了因子个数的选择方案。在田纳西-伊斯曼(TE)过程中的应用结果以及与PCA、PPCA监控结果的对比表明了该方法的优越性。
    香茶菜属植物二萜化合物核磁共振碳谱模拟
    仝建波 张生万 马云霞 李改仙
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  975-979. 
    摘要 ( 673 )   PDF (418KB) ( 212 )  
    相关文章 | 多维度评价
    将原子电性作用矢量(AEIV)和原子杂化状态指数(AHSI)应用于香茶菜属植物二萜化合物核磁共振碳谱(13C NMR)模拟。分别利用多元线性回归(MLR)和人工神经网络(CNN)建立定量结构波谱相关(QSSR)模型,同时采用内部及外部双重验证的办法对所得模型稳定性能进行了深入分析和检验。建模计算值、留一法(LOO)交互校验(CV)预测值和外部样本预测值的复相关系数分别为Rcum=0.9724, QLOO=0.9723, Qext=0.9738(MLR); Rcum=0.9957,Qext=0.9956(CNN)。结果表明:AEIV,AHSI与13C NMR谱化学位移显著相关,且CNN所建模型明显优于MLR。
    生物化学工程、制药、食品和天然产物加工
    海因酶法耦合原位分离技术制备N-氨甲酰-D-苯丙氨酸
    徐晓滢 姚忠 马哲 刘辉 周华 韦萍
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  980-986. 
    摘要 ( 928 )   PDF (514KB) ( 355 )  
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    利用自行筛选的海因酶高产菌株Burkholderia cepecia njut01发酵后,经过硫酸铵分级沉淀、phenyl sepharose FF、DEAE sepharose FF等纯化步骤,得到初步纯化的D-海因酶;利用碳二亚胺法建立了一种基于EAH sepharose 4B的D-海因酶共价固定化方法,酶活回收率达到79.44%,固定化酶经100d 25个批次转化后仍可保持63.2%的初始酶活。将固定化酶填充为固定床反应器,考察了不同条件下固定床与固定床耦合离子交换原位分离(in situ product removal,ISPR)两种反应体系在转化过程中pH值变化及转化率的差异。结果表明,耦合离子交换原位分离技术可大幅度提高D,L-苄基海因转化率,经24h转化,N-氨甲酰-D-苯丙氨酸转化收率最高达62.725%,较采用单一固定床酶转化体系的转化率提高了89.3%。
    能源和环境工程
    燃煤可吸入颗粒物在磁场中聚并脱除机理
    李永旺 赵长遂 吴新 鲁端峰 韩松
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  987-993. 
    摘要 ( 629 )   PDF (1102KB) ( 392 )  
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    提出了燃煤可吸入颗粒物在均匀磁场中的二元碰撞聚并模型,应用该模型计算了大同烟煤飞灰粒子的聚并系数,在此基础上通过求解聚并动力学方程计算了粒子的聚并脱除效率,并与实验结果进行了对比。数值模拟结果表明,燃煤可吸入颗粒物聚并系数随粒径的增大而增大,粒径差异越大,重力对聚并的加强作用越大;粒径越大,布朗力对聚并的影响越弱;同聚并系数对外磁场强度的变化规律一样,粒子的聚并脱除效率随外磁场的增强而增大,在粒子饱和磁化后,聚并脱除效率达到最大值;延长粒子在磁场中的停留时间以及增大其质量浓度,都可以提高粒子的聚并脱除效率,在质量浓度和停留时间分别为40 g·m-3和1. 2 s时,粒子聚并脱除效率可达44%;数值模拟结果与实验结果相一致。
    沛城煤矿天然焦的热解特性
    庞克亮 向文国 赵长遂
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  994-100. 
    摘要 ( 652 )   PDF (1849KB) ( 330 )  
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    天然焦是一种热值在18~28 MJ·kg-1 的化石燃料,虽储量丰富,但多被弃用,有待于开发利用。采用TG-FT-IR联用技术在Thermax500 型加压热重分析仪上比较徐州沛城煤矿天然焦与徐州韩桥烟煤的热解过程,并利用VECTOR 22 型红外分析仪对热解产物进行了分析。考察了升温速率、热解终温、颗粒尺寸和压力对天然焦热解特性的影响。结果表明,与煤的热解过程不同,天然焦的热解没有半焦形成阶段,只包括了2 个不同的脱气阶段;随升温速率的提高,TG曲线向高温区偏移,升温速率对天然焦挥发分的析出量几乎没有影响;热解终温对试样挥发分析出量的影响较为明显,高温时,试样颗粒在显微镜下呈现出丰富的微孔结构,有利于挥发分的析出和还原活性的提高;颗粒粒度的减小有利于挥发分的析出;低于某特定温度,热解压力的影响较弱,当温度继续升高,压力的影响逐渐明显。
    流光放电等离子体氨法烟气脱硫工艺
    胡小吐 姜学东 朱天乐 王 毅 邱瑞昌 张鸿迪 李瑞年 阎克平
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1001-1006. 
    摘要 ( 972 )   PDF (989KB) ( 483 )  
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    介绍一种流光放电烟气脱硫湿法工艺流程,其特征是:(1)采用交直流叠加(AC/DC)方式在工业型反应器发生分布良好的流光放电等离子体;(2)取代传统等离子体干法技术,采用分区湿式反应器系统,大幅降低能耗,无产物粘壁;(3)采用可规模化的流光放电等离子体氧化技术,实现高浓度亚硫酸铵氧化;(4)控制尾气氨逸出;(5)生成液浓缩脱水结晶干燥制得固体硫酸铵。通过半工业试验,在SO2初始浓度500~1000 μl·L-1 条件下,脱硫率≥95%,亚硫酸盐一次氧化率50%~70%,适当处理后达到90%以上,反应器能耗小于3. 5 W·h·m-3,氨逸出在5 μl·L-1以下,副产回收适合农用的铵肥。在吸收液盐浓度3 mol·L-1下还可以获得有实用价值的反应速度,显示出良好的工业应用前景。
    湿法脱硫旋流喷嘴雾化粒径空间分布规律
    李兆东 王世和 王小明 鄢璐
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1007-1012. 
    摘要 ( 859 )   PDF (679KB) ( 389 )  
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    应用于湿法脱硫的旋流喷嘴孔径较大,其雾化粒径在空间上存在一定分布规律,不同于其他领域。这个规律的存在直接影响该类喷嘴本体设计和脱硫塔雾化系统设计。试验利用马尔文激光粒径分析仪,对旋流喷嘴雾化粒径空间分布规律进行了系统研究,为便于分析定义了平均粒径、粒径相对离差和单流量粒径分布平均范围。试验结果表明,大孔径旋流喷嘴的雾化粒径和雾化粒径分布随流量和流出位置的不同均呈现一定的变化规律;各流量下,在与来流夹角90°处,粒径相对离差最大,Sauter平均粒径波动较大,粒径分布范围和粒径分布平均范围均最小,这说明该处分散度小,雾化均匀性好;平均粒径与压力呈幂函数关系;单流量粒径分布平均范围与压力呈线性关系。
    微生物培养液脱H2S及副产物的性质
    李万全 张永奎 徐绍霞 陈晓 周礼
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1013-1017. 
    摘要 ( 1050 )   PDF (721KB) ( 250 )  
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    以氧化亚铁硫杆菌培养液和酸性Fe2(SO4)3溶液为吸收剂,采用优化的工艺条件进行了H2S的脱除实验,并对微生物培养液脱H2S后的副产物硫磺的相关性质进行了测定分析,以期为工业应用中硫磺回收工艺的设计提供参考。实验结果表明:采用微生物培养液脱H2S比单纯使用酸性Fe2(SO4)3溶液的效果好,反应进行45 min后,脱硫率仍可保持在90%以上;微生物培养液脱H2S后的副产物硫磺颗粒不溶于水,微溶于乙醇,完全溶于二硫化碳和四氯化碳,密度为1. 90 g·cm-3,熔点为121℃;该颗粒为不规则球形,在溶液中极易发生团聚现象,加入分散剂后测得平均粒径为5. 09 μm;该副产物硫磺具有亲水性,在工业应用上优于具有疏水性的升华硫和酸性Fe2(SO4)3溶液脱H2S产生的硫;该副产物硫颗粒在溶液中的沉降速度为0. 125×10-2 m·s-1。
    生物过滤法处理炼油污水厂恶臭废气
    耿长君 张春燕 吴丹 郝丽 全燮
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1018-1024. 
    摘要 ( 749 )   PDF (1580KB) ( 343 )  
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    为了考察生物过滤法处理炼油污水厂恶臭气体的可行性,本试验采用两个串联的填充堆肥、树皮和火山岩混合物的三段式生物过滤反应器连续处理某炼油污水厂浮选池的恶臭废气。考察了主要污染物的去除、冲击负荷影响和填料中营养物质的变化。试验结果表明:空床停留时间66 s时, 非甲烷总烃、苯、甲苯及二甲苯的进口浓度范围分别为5. 1~1081. 8、0. 1~328. 8、0. 2~91. 8、0. 2~48. 2 mg·m-3时,平均去除率分别为79. 7%、98. 9%、98. 8%、99. 6%;对废气浓度变化的适应性好;反应器的渗沥液应通过喷淋返回填料层。应用该生物过滤器能成功地去除炼油污水厂浮选池排放的恶臭废气。
    生物通风修复多种有机污染物体系的模拟分析
    隋红 李鑫钢 姜斌 黄国强
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1025-1031. 
    摘要 ( 580 )   PDF (513KB) ( 276 )  
    相关文章 | 多维度评价
    针对多污染物体系的生物通风修复过程,对生物通风(bioventing, BV)操作中的空气注入方式,单井修复还是多井修复及生物降解作用用BIOVENT软件进行了模拟,系统研究了各种操作条件对修复效果的影响。模拟研究结果表明:BV修复现场采用间歇注入的操作方式,其处理效果与连续注入方式相似,且可减小操作费用;在受污染区域小的现场采用单井修复较为合适,而当受污染区域远大于单井影响半径时,应采用多井修复才能够达到较好修复效果;BV修复前期宜使用较大空气速率来加快挥发性有机污染物的挥发速率,后期则宜采用较小空气速率以充分利用微生物降解作用去除土壤中残留污染物。
    碱性条件下稻草NH4OH-KOH蒸煮黑液的絮凝处理
    黄国林 张成芳 邹丽霞 陈中胜
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1032-1036. 
    摘要 ( 623 )   PDF (541KB) ( 540 )  
    相关文章 | 多维度评价
    利用聚合氯化铝-聚丙烯酰胺处理稻草NH4OH-KOH蒸煮黑液。系统讨论了聚合氯化铝用量、聚丙烯酰胺用量、反应温度和黑液pH值等工艺参数对絮凝效果的影响,继而确定了适宜絮凝工艺条件。结果表明,该絮凝体系对黑液COD去除率为68%,木质素去除率为92%。仪器测试表明絮凝沉淀物中除含有大量木质素外,氮、钾等营养元素的含量分别为23. 73%、6. 24%(均为干基),为絮凝沉淀物制备固体有机肥料创造条件;上层清液pH 为9. 20,呈碱性,杂质含量低,补加NH4OH/KOH后可作为蒸煮液循环使用,使稻草制浆更易于实施清洁生产。
    超声功率对超声破解污泥的影响
    薛玉伟 季民 李文彬
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1037-1041. 
    摘要 ( 677 )   PDF (3146KB) ( 500 )  
    相关文章 | 多维度评价
    超声破解是促进污泥厌氧消化的一项新技术,超声功率直接影响污泥破解的效率和能耗。本文通过探头式和槽式超声波反应器不同功率组合成单功率模式、双功率模式和三功率模式破解污泥的试验,得出低功率长时间利于污泥超声破解,但速率较低,低功率组合可提高破解速率。综合分析比较,得出三功率模式中,低功率组合更利于污泥超声破解。
    城市生活垃圾晚期渗滤液氨氮的常温短程去除
    张树军 彭永臻 王淑莹 郑淑文 毛心慰
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1042-1047. 
    摘要 ( 576 )   PDF (1165KB) ( 401 )  
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    试验用水为典型的晚期城市生活垃圾渗滤液。第一阶段试验采用“两级UASB+A/O”系统,在一级UASB中进行回流处理水反硝化,二级UASB进行产甲烷反应,A/O反应器进行NH4+-N硝化反应。第一阶段研究表明可生化有机物在一级UASB几乎全部降解,所以第二阶段试验取消第二级UASB形成“一级UASB+A/O”系统。系统的有机物去除率=50~70%,系统出水COD=1000~1500 mg•L-1。当运行温度为17~29℃时,实现了稳定的NO2--N累积率为90~99%的短程硝化。试验期间 NH4+-N负荷(ALR)=0.28~0.60 kgNH4+-N•m-3•d-1,NH4+-N硝化率=90~100%。当ALR <0.45 kgNH4+-N•m-3•d-1,硝化率>98%,出水NH4+-N<15mg•L-1。在进水COD/NH4+-N=2~3时,无机氮TIN去除率=70~80%。采用荧光原位杂交技术(FISH)对活性污泥进行检测,结果表明,A/O工艺活性污泥中的NH4+-N氧化菌(AOB)为细菌总数的4%左右,NO2--N 氧化菌(NOB)数量不足细菌总量的0.2%。
    微波共沉淀法制备锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2
    王亮 何雨石 张晓鸣 廖小珍 马紫峰
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1048-1052. 
    摘要 ( 686 )   PDF (850KB) ( 340 )  
    相关文章 | 多维度评价
    采用微波共沉淀法合成了制备LiNi0.8Co0.2O2的前驱体球形α-Ni0.8Co0.2(OH)2,将其与LiOH·H2O混合,在氧气氛围下,用不同的烧结温度分别烧结10小时获得LiNi0.8Co0.2O2正极材料。用XRD、SEM对所制备的正极材料进行结构和形貌分析,用恒流充放电测试材料的电化学性能。结果表明,烧结温度对材料结构和电化学性能影响较大,所合成材料均具有α-NaFeO2的层状结构,烧结温度越高材料结晶越完善。900℃烧结的LiNi0.8Co0.2O2材料初级颗粒结晶最完善而且其二次团聚粒子的平均粒径最小,其表现出的电化学性能也最好,首次放电容量为189.1mA·h·g-1,首次循环放电效率达到92.5%。30循环后放电容量保持在148 mA·h·g-1,显示出较好的循环稳定性。
    材料科学与工程
    不同介质中聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能
    汪怀远 冯新 史以俊 何鹏 陆小华
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1053-1058. 
    摘要 ( 865 )   PDF (2387KB) ( 515 )  
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    分别在碱液、水、油和干摩擦条件下考察了碳纤维和玻璃纤维填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能。利用SEM观察了不同介质中磨损面和对摩面的形貌,并探讨了其磨损机理。结果表明,不同介质中摩擦系数的大小关系是μ干>μ水或油>μ碱,磨损率是W水>W干>W碱或油。水、碱和油都不同程度地阻止了转移膜的形成。碱液和油具有很好的冷却与润滑作用,摩擦系数低,磨损小;然而水分子降低了填料和基体的界面粘接强度,造成犁削和磨粒磨损加重。
    纤维素的乳液接枝共聚合(Ⅰ)引发剂对纤维素的氧化降解作用
    许涌深 王丽丽 董巍 袁才登
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1059-1063. 
    摘要 ( 766 )   PDF (3667KB) ( 1150 )  
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    研究了乳液接枝共聚合,单体未加入体系前羟丙基甲基纤维素(HPMC)与引发剂过硫酸钾(KPS)的相互作用。通过HPMC水溶液特性黏度的测定、FT-IR及UV表征,证明了这种相互作用的存在,HPMC的特性黏数随着相互作用时间的延长而减小,说明HPMC与KPS的相互作用最终导致大分子链的氧化降解,而纤维素大分子自由基的形成是氧化降解的中间步骤。另一方面,在HPMC存在下,KPS的分解反应与在纯水中一样,仍符合一级动力学规律,但在60℃下,HPMC的存在使得KPS的分解速率常数比在纯水中提高了近7倍,在宏观上表现为分解半衰期缩短,分解速率提高。
    基于特征点检测的复合材料序列图像的配准
    赵秀阳 尹衍升 杨波 田晓峰
    CIESC Journal. 2007, 58(4):  1064-1068. 
    摘要 ( 615 )   PDF (640KB) ( 232 )  
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    在复合材料图像三维重构技术中,序列图像的配准是一个关键步骤。本文在通过小波边缘检测和Level set方法得到增强相颗粒轮廓的基础上,计算出平面曲线上的高曲率点作为候选点,利用自适应弯曲度来确定曲线上每个点的支撑区间,计算评价曲率。根据评价曲率和一定的规则选择出特征点。利用最大熵原理和Lagrange乘子将点集之间的匹配转化为一个能量函数,再利用最小二乘法计算出使该能量函数值最小的空间变换,即得到了配准的最优解。从而实现了序列图像的配准。