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2007年 第58卷 第3期 刊出日期:2007-03-05
    传递现象
    用于Texaco气化炉同轴射流计算的不同湍流模型的比较
    吴玉新 张建胜 岳光溪 吕俊复
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  537-543. 
    摘要 ( 889 )   PDF (1887KB) ( 318 )  
    相关文章 | 多维度评价
    应用商业CFD软件Fluent,分别采用Spalart-Allmaras模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和RSM模型对气化炉同轴射流冷态实验台进行了数值模拟,并通过不同模型计算结果与实验结果的对比,讨论了各模型受网格质量、网格类型和边界条件的影响。通过对比发现,S-A模型和标准k-ε模型受网格质量影响最小,但准确性不高;RSM模型受网格影响较大;而RNG k-ε模型和R k-ε模型在网格划分合理的情况下,能够给出合理的结果。
    等温反应湍流流动标量关联量输运的直接模拟
    王方 许春晓 周力行
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  544-549. 
    摘要 ( 752 )   PDF (680KB) ( 253 )  
    相关文章 | 多维度评价
    用谱方法对等温反应槽道湍流流动中标量关联量输运进行了三维直接模拟。所得到的无反应情况下的单标量时均值和脉动值与文献中差分法的直接模拟(DNS)数据一致。瞬态模拟结果显示有反应情况下标量脉动量也有条带结构。用直接模拟数据库对标量关联量输运方程各项的贡献进行了先验性统计,发现产生项和耗散项的贡献最大,扩散项和反应项的贡献很小,然而化学反应对各项的大小和分布规律影响很大。对标量关联量方程RANS模拟各项的封闭模型进行了后验性检验。与DNS的统计值相比,除了近壁区之外,在流场的大部分区域,模拟值与精确的统计值基本一致。
    新型高效复合吸附剂开发及系统仿真
    夏再忠 杨国忠 王如竹 K. Daou
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  550-554. 
    摘要 ( 662 )   PDF (420KB) ( 206 )  
    相关文章 | 多维度评价
    针对一种新型高效复合吸附剂开展了吸附性能实验研究,并假想将该复合吸附剂装填于一固体吸附式空调样机吸附床内进而开展仿真研究。对比研究表明该复合吸附剂不但具有比硅胶强得多的吸附能力,而且再生温度较低。装填该复合吸附剂的吸附式空调不但可以获得比装填纯硅胶时高得多的比制冷功率SCP,而且系统性能系数COP也明显高于纯硅胶系统。
    CO2/R170混合物作为复叠式制冷系统低温环路制冷剂的性能
    牛宝联 张于峰
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  555-561. 
    摘要 ( 824 )   PDF (494KB) ( 490 )  
    相关文章 | 多维度评价
    针对CO2/R170混合物在复叠式制冷系统低温环路使用的工况,建立了固液平衡和汽液平衡的数学模型,决定了保证混合物在较低温度下不结晶的配比。在一定的配比范围内对混合物进行了循环性能和可燃性分析。研究了混合物配比对循环性能参数和可燃性的影响,以及中间温度在高温环路使用R290、低温环路使用CO2/R170混合物时,复叠式制冷系统整体制冷系数(COP)的变化趋势。研究表明,这种混合物适宜作为复叠式制冷系统低温环路的制冷剂。
    一种协同式强化表面的换热特性
    张宝东 苑中显
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  562-566. 
    摘要 ( 745 )   PDF (1582KB) ( 409 )  
    相关文章 | 多维度评价
    根据场协同理论发展了一种新型强化换热表面,对其紊流流动和换热特性进行了实验测定,考察了翅片倾角、通道高度和Reynolds数的影响,并且在相同泵功条件下进行了强化效果评价。结果表明,在翅片倾角β=0~23.2°范围内,强化效果随翅片倾角单调增加,但是随Re的增大而单调减小。对于一定的翅片倾角,通道高度大者呈现较好的低功耗、高换热率特性。
    梯度表面能材料表面上滴状凝结换热
    廖强 顾扬彪 朱恂 王宏
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  567-574. 
    摘要 ( 894 )   PDF (2629KB) ( 1005 )  
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    采用气相沉积(CVD)的方法,以十二烷基三氯硅烷和辛基三氯硅烷为扩散工质,制备了梯度表面能材料表面。对空气中水滴在水平梯度表面能材料表面上的运动现象和表面倾角为0°、30°、60°和90°情况下,梯度表面能材料表面上的水蒸气滴状凝结换热进行了可视化实验,研究了凝结液滴的长大、聚并、运动和脱落现象。结果表明:直径大于1 mm的凝结液滴峰值运动速度达到110 mm·s-1,远大于空气中液滴的运动速度。通过图像分析,分别讨论了壁面过冷度、凝结表面倾角和表面能梯度对换热和液滴运动的影响。结果表明:随着壁面过冷度的增加,凝结表面传热系数先增加后减小;当凝结表面倾角大时,由于重力作用加大,凝结表面传热系数也高;当表面能梯度较大时,运动液滴尺寸更小,速度更快,凝结表面传热系数更高。
    竖直毛细微槽群热沉中蒸发液体的干涸特性
    胡学功 唐大伟
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  575-580. 
    摘要 ( 845 )   PDF (761KB) ( 425 )  
    相关文章 | 多维度评价
    利用宽视场体视显微镜和CCD摄像系统对纯蒸发换热情形下竖直放置的矩形毛细微槽群热沉中的液体沿微槽槽道方向的流动情况和干涸点高度(润湿高度)进行了观察测量,并对微槽几何尺寸、工质等因素对润湿高度的影响进行了实验研究。实验结果表明:纯蒸发情形下的液体润湿高度随着输入加热功率的增加而陡降;一定热负荷下,微槽较深、较窄以及微槽群密度较大时液体的润湿高度较高;甲醇和乙醇在较低输入加热功率条件下的润湿能力要强于蒸馏水;竖直毛细微槽中液体的润湿特性受重力的影响严重。
    煤焦吸附NO特性与红外光谱分析
    张超群 姜秀民 黄庠永 刘建国
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  581-586. 
    摘要 ( 863 )   PDF (642KB) ( 1183 )  
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    对煤焦与NO 的化学吸附过程进行了分析,研究了颗粒粒径和温度对煤焦吸附NO特性的影响; 得到了吸附平衡和动态数据, 利用漫反射红外光谱来研究煤焦经过表面吸附化学反应后官能团结构变化的信息,从而揭示煤表面吸附过程中发生的化学变化。结果表明,煤焦经化学吸附后表面增加了—NO2和—NO官能团,NO气体分子在煤焦表面主要发生的是二位吸附;并且随着煤样平均粒径的减小和温度的升高,—NO2和—NO官能团吸收峰强度明显增强,表明粒径减小和温度升高有利于煤焦化学吸附NO气体。
    螺旋折流板换热器螺距计算的通用公式
    李斌 陶文铨 何雅玲
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  587-590. 
    摘要 ( 954 )   PDF (528KB) ( 767 )  
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    螺旋折流板换热器在许多工程领域尤其是石油化工领域应用广泛。本文以四块板连续搭接型螺旋折流板换热器为例,推导出了其螺距的计算公式,进而扩展到n块板连续搭接型、完全连续型和交错搭接型。最后得出一个能用于任何种类螺旋折流板换热器螺距计算的通用计算公式。并对现有文献中采用的计算公式的局限性做了简要讨论。
    漏斗型导流内构件对内循环三相流化床流体力学与传质特性的影响
    韦朝海 李磊 吴锦华 吴超飞 吴景雄
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  591-595. 
    摘要 ( 758 )   PDF (572KB) ( 705 )  
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    通过增加新型内构件来改善内循环三相流化床的流体力学与传质特性,以实现化工、环保领导中追求高氧利用率的过程。针对此过程设计了3种不同结构参数的漏斗型导流内件并设置于导流筒顶端,分别测定反应器内气含率、液相混合时间、液体循环速度、体积氧传质系数的数据并分析其变化规律,以解析内件的作用机制。实验在有效体积39L,以空气为气相、水为液相、多孔泡沫颗粒为固相的反应器中进行,研究发现:漏斗型导流内件的设置使升流区气含率平均增大10%,体积氧传质系数kLa提高了15%,液相混合时间下降10%-25%;内件的设置可以改变液体循环速度,当表观气速<0.5cm/s时,液体循环速度加快,当表观气速>0.5 cm/s时,液体循环速度下降;此外,漏斗型导流内件的结构参数变化对流化床流体力学与传质特性有较大影响。结果表明,流化床内增加新型内构件并合理设置能够实现反应器效能的提高。
    基于涡流管能量分离效应的数值模拟
    周少伟 姜任秋 王朋涛 宋福元 张鹏 陈跃进 高超
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  596-601. 
    摘要 ( 771 )   PDF (437KB) ( 737 )  
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    获得涡流管内的温度场分布是揭示涡流管内气体能量分离机制的首要问题和关键问题。考虑到管内气体运动的强旋流特性,采用计算流体力学(CFD)中的Realizable 湍流模型对涡流管内三维可压缩强旋流气体所产生的能量分离效应进行了数值模拟,获得了相应的总温、静温与动温沿轴向、径向的分布。由于涡流管中的零轴速包络面是内外旋气流的分界面,依据数值模拟结果,分别得到了涡流管中内外旋气流的混合平均动能和混合平均滞止焓沿其出口方向的变化曲线。为了验证数值模拟结果的准确性,将冷端气流温降随冷气流率的变化关系与实验值相比较,二者吻合较好。同时采用无量纲的分析方法将数值结果与前人的实测结果加以比较,进一步验证了模拟结果的准确性。
    多相流
    竖直上升管中密相气力输送压降特性
    郭晓镭 龚欣 代正华 王辅臣 于遵宏
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  602-607. 
    摘要 ( 985 )   PDF (538KB) ( 789 )  
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    研究了内径20 mm的竖直上升不锈钢管道中粉煤密相气力输送单位管长压降随输送参数的变化规律,并得到了Zenz相图。结果表明,在实验操作范围内管道压降主要由固相自身静压降和固相摩擦压降组成,气相产生的压降不超过总压降的1%;固相体积分数是影响压降变化的主要因素,并讨论了粉煤流速以及固相体积分数对固相静压降和摩擦压降的影响规律;考察了粉煤流速和固相体积分数对固相摩擦系数的影响,对实验数据拟合得到了固相摩擦系数的关系式,计算结果与实验值吻合较好。
    提升管内气固两相双组分颗粒流动的离散颗粒硬球模型的模拟
    赵云华 何玉荣 陆慧林 叶校圳 鹿高明
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  608-616. 
    摘要 ( 709 )   PDF (1556KB) ( 711 )  
    相关文章 | 多维度评价
    基于离散颗粒(DPM)硬球模型,数值模拟提升管内双组分颗粒气固两相湍流流动行为。应用Vreman的亚格子尺度(SGS)模型模拟气体湍流,建立考虑不同颗粒加速度效应的两颗粒碰撞最小时间计算模型。数值模拟预测了大颗粒和小颗粒的速度和浓度分布。研究结果表明小颗粒具有高的轴向速度和脉动速度,而大颗粒具有低的轴向速度和脉动速度。在床中心区域,小颗粒轴向速度分布出现3个峰值,对于大颗粒轴向速度仅出现两个峰值。在壁面区域大颗粒和小颗粒速度均出现两个峰值。沿床径向方向呈现床中心颗粒浓度低、壁面区域颗粒浓度高的环核流动结果。随着表观气速的增大,颗粒浓度沿径向和床高分布趋于均匀。在床中心区域模拟计算轴向颗粒速度、颗粒浓度和RMS速度与文献实验结果相吻合。在提升管内气体湍流对小颗粒流动具有一定的影响,颗粒间碰撞作用对颗粒相流动的影响大于气相湍流的影响。
    基于Hilbert-Huang变换和支持向量机的油水两相流流型识别
    马龙博 张宏建 周洪亮 贺庆
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  617-622. 
    摘要 ( 658 )   PDF (594KB) ( 399 )  
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    针对油水两相流的测量难题,利用文丘里管对水平管内油水两相流流型进行了研究。基于差压波动信号,提出了Hilbert-Huang变换与支持向量机相结合的流型识别方法。首先计算差压波动信号的均方根,并对其进行归一化处理后作为表征流型的特征向量之一;然后对差压信号进行Hilbert-Huang变换,利用经验模态分解后的多分辨率特征,提取第一层和第二层的能量比作为表征流型的另外两个特征向量;最后利用训练好的支持向量机进行流型识别,对分层流型及分散流型取得了较好的流型识别效果。如果将流型识别与推导得到的文丘里油水两相流流量测量模型相结合,可以较好地实现油水两相流的流量测量。
    催化、动力学与反应器
    汽油催化改质反应过程数值模拟
    侯栓弟
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  623-629. 
    摘要 ( 648 )   PDF (1001KB) ( 463 )  
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    在汽油催化反应动力学模型和气固两相流动模型的基础上,建立了汽油改质反应过程流动-反应耦合模型。针对不同的转化反应器构型(提升管、提升管-床层反应器),对汽油改质过程进行了数值模拟。模拟结果表明,对提升管反应器而言,汽油经过低温改质反应后,烯烃含量可以从35.1%降低到18%左右,烯烃降低幅度可达48%,汽油中烯烃主要转化为异构烷烃。另外,随着反应温度的升高,汽油转化反应中的裂化反应增强,导致汽油收率下降。对于提升管-床层反应器而言,汽油中的烯烃含量可以降得更低,在床层空速4时,烯烃含量可以降低到5%左右,汽油收率为80%左右。
    用于甲苯歧化与C9芳烃烷基转移过程先进控制的反应动力学模型
    徐欧官 苏宏业 金晓明 褚健
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  630-637. 
    摘要 ( 1027 )   PDF (868KB) ( 741 )  
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    针对某实际工业装置,建立了甲苯歧化和C9芳烃烷基转移反应简化机理模型,用于反应过程的监控、优化及大型轴向流反应器内各物料组成分布的预测;采用四-五阶Runge-Kutta法对模型方程进行了数值求解,并基于多套稳态平衡数据,采用Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(BFGS)优化算法对动力学模型参数进行了估计;针对不同的进料组成和操作条件,对工业装置进行模拟仿真。结果表明,模型估计值与工业标定值相当吻合,达到了工业应用的模拟精度要求。所建立的模型形式简单、参数估计方便,适用于工业装置的离线仿真和在线软测量。
    外消旋乳酸直接聚合-二异氰酸酯溶液扩链反应机理
    汪朝阳 赵耀明 王浚 赵海军
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  638-645. 
    摘要 ( 836 )   PDF (605KB) ( 1144 )  
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    以2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)为扩链剂,以外消旋乳酸(D,L-LA)直接熔融聚合合成的低分子量聚外消旋乳酸(PDLLA)为预聚体,在四氢呋喃(THF)溶液中进行扩链,使用不同的沉淀剂终止扩链反应,用黏均分子量、红外光谱(IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)、DSC等对扩链产物进行了表征和对比,探索外消旋乳酸直接熔融聚合-二异氰酸酯溶液扩链的反应机理。结果表明,二异氰酸酯溶液扩链中,前期的机理与二异氰酸酯熔融扩链类似,但溶液扩链结束时,使用不同的沉淀剂,有不同的终止机理:用甲醇沉淀时,残余NCO与甲醇OH反应,可保持原有聚合物结构基本不变;用水沉淀时,残余NCO与水反应较复杂,易引起交联产物形成。
    环丙沙星-磷钼多金属氧酸盐的制备及热分解动力学
    汪敦佳 魏先红 方正东
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  646-651. 
    摘要 ( 932 )   PDF (448KB) ( 422 )  
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    报道了环丙沙星与十二磷钼酸的多金属氧酸盐化合物,用元素分析、IR、TG-DTA等方法对其进行了表征,结果显示该化合物仍保持Keggin型结构特征。同时,采用TG-DTG技术研究了标题化合物在氮气气氛中的热分解机理及非等温动力学,它的热分解过程经历了3个阶段,其中间体和残余物运用TG-DTG、IR和XRD 技术进行了确证。采用Achar方程、Coats-Redfern方程、Kissinger方程、Flynn-Wall-Ozawa方程和Starink方程对非等温动力学数据进行了分析,得到了第3步热分解反应的机理函数、动力学参数和热分解反应动力学方程,其热分解反应过程受F3(化学反应)机理控制, 表观活化能为351 kJ·mol-1,指前因子为2.57×10 30s-1。
    催化裂化汽油中特征硫化物噻吩的催化氧化脱硫
    陈兰菊 郭绍辉 赵地顺
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  652-655. 
    摘要 ( 765 )   PDF (386KB) ( 832 )  
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    以负载金属铈的分子筛为催化剂,在H2O2-HCOOH体系中,对催化裂化(FCC)汽油中特征硫化物噻吩(C4H4S)的正庚烷溶液进行了氧化脱硫研究。考察了氧化剂用量、溶剂、氧化时间、氧化温度、相转移剂等因素对噻吩脱除效果的影响,并对对噻吩的氧化反应历程进行了初步的探讨。实验结果表明:以负载金属铈的分子筛为催化剂,在反应温度50℃,反应60min, H2O2:S=10:1(mol/mol),H2O2:HCOOH=1:1(V/V)的条件下,正庚烷溶液C4H4S的脱除率达到了78.2%,加入乳化剂OP可使C4H4S的脱硫率达到94.5%,但四丁基溴化胺(TBAB)的加入使氧化后的样品中出现了噻吩的溴代产物。
    2-巯基-5-甲氧基咪唑并[4,5-b]吡啶的合成工艺
    戴立言 程国林 王晓钟 陈英奇
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  656-659. 
    摘要 ( 740 )   PDF (395KB) ( 779 )  
    相关文章 | 多维度评价
    对新型质子泵抑制剂泰妥拉唑的关键中间体2-巯基-5-甲氧基咪唑并[4,5-b]吡啶的合成工艺进行了研究,以2,6-二氯吡啶为原料,先硝化得到2,6-二氯-3-硝基吡啶,然后经胺化得2-氨基-3-硝基-6-氯吡啶,再与甲醇钠反应得2-氨基-3-硝基-6-甲氧基吡啶,用铁粉还原得2,3-二氨基-6-甲氧基吡啶,最后与二硫化碳环化制得标题化合物。各步反应的最佳反应条件(反应温度,反应时间,摩尔收率)分别为,硝化: 110℃, 8 h, 79.3%; 胺化:室温, 10 h, 87.6%; 甲氧基化:65℃, 30min, 98.7%; 还原:回流, 3hrs; 环化:回流, 4hrs, 71.3%(还原及环化两步)。 标题化合物熔点与文献报道一致,并通过1H NMR进一步确证结构。
    超声降解条斑紫菜多糖的反应动力学
    马海乐 周存山 郑悦 骆琳 王振斌
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  660-664. 
    摘要 ( 738 )   PDF (512KB) ( 399 )  
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    针对多糖化学降解、热裂解和生物降解存在的一些不足,采用超声波技术研究了紫菜多糖(PYPS)的降解问题。研究了以下几个基础问题:(1)PYPS浓度、超声功率和溶液温度对降解过程中反应产物特性粘度随处理时间变化的影响;(2)用于描述PYPS分子量与特性粘度之间关系的Mark-Houwink方程的建立;(3)超声降解反应动力学方程的建立;(4)超声降解反应活化能的计算。结果表明,超声功率和溶液温度的增加有利于PYPS超声降解作用的增强,浓度的影响不是单调变化的,在0.75g/dL时降解较快;PYPS在水溶液中25℃下的Mark-Houwink方程参数为KMH=7.86×10-3和α=0.626;超声降解动力学研究发现,反应速率常数与反应时间之间呈显著的指数关系;超声降解反应的活化能为52.13kJ/mol。超声降解反应的活化能的数值小于两例发表的酶解法活化能,初步认为超声降解法优于酶解法。
    含有均二苯乙烯基的苯并二口恶唑衍生物的合成及荧光特性
    张田林 马娟娟 郁春辉 熊建军
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  665-669. 
    摘要 ( 677 )   PDF (459KB) ( 818 )  
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    由2-氰基吡啶合成2-氨基吡啶及其烷基衍生物
    戴立言 方俊 王晓钟 陈英奇
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  670-672. 
    摘要 ( 898 )   PDF (250KB) ( 667 )  
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    本文研究2-氨基吡啶及其衍生物的合成。目标产物以氰基吡啶为原料,以水和丙酮为混合溶剂,在稀碱溶液中,以过氧化氢为催化剂进行不完全水解,然后用新制的次溴酸钠进行霍夫曼降解反应制得。此合成路线周期简短,原料廉价易得,工艺操作简便,反应条件温和,具有较高的工业应用价值。
    分离工程
    用纳滤膜分离混合无机电解质溶液的性能评价方法
    王大新 廖卓丹 伍灵 王晓琳 富康博 安藤雅明 新谷卓司
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  673-678. 
    摘要 ( 902 )   PDF (487KB) ( 378 )  
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    提出一个新的混合无机电解质溶液的纳滤膜分离性能的评价方法。该评价方法将纳滤膜分离性能表述为某种离子在膜中的透过率,其值与混合电解质总浓度、各种离子的当量分数和同号离子之间通过纳滤膜的竞争作用有关。首先根据一些双组分无机电解质溶液的纳滤膜分离实验获得离子的竞争系数,然后采用几种不同组成不同浓度的混合电解质溶液(NaCl和NaF;NaCl和KCl;NaF、NaCl和NaNO3;NaCl、NaNO3和Na2SO4;NaF、NaCl、NaNO3和Na2SO4)通过ESNA 1膜的透过实验验证该评价方法的适用性。结果表明混合电解质溶液总浓度和离子的当量分数是影响各种离子通过纳滤膜的表观透过率的主要因素,评价方法预测值与实验数据相符合。说明该方法适用于评价含有单价阳离子的混合无机电解质溶液的纳滤膜分离性能。
    手性溶剂萃取分离布洛芬对映体
    阎建辉 盛盈 黄可龙 唐课文 易建民
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  679-684. 
    摘要 ( 815 )   PDF (448KB) ( 818 )  
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    研究了布洛芬对映体在含有疏水性L-酒石酸酯的1,2-二氯乙烷溶液及甲醇水溶液两相中的萃取分配行为,考察了不同烷基链长的L-酒石酸酯、D-酒石酸酯以及L-酒石酸酯的浓度、有机溶剂的种类和溶解布洛芬的甲醇水溶液浓度对分配系数K和分离因子α的影响。实验表明,L-酒石酸酯与布洛芬Ⅱ对映体形成的复合物稳定性比与布洛芬Ⅰ对映体形成的复合物稳定性要大,而D-酒石酸酯的萃取性能则与此相反,它与布洛芬Ⅰ对映体形成的复合物稳定性比与布洛芬Ⅱ对映体形成的复合物稳定性要大。有机溶剂的萃取性能为醇>1,2-二氯乙烷>烷烃,随着溶解布洛芬的甲醇水溶液中甲醇浓度的增大,分配系数K和分离因子α均降低,当甲醇的浓度为10%时,可以得到最佳的K和α。随着L-酒石酸酯浓度的提高,分配系数K和分离因子α先增大后减小,当L-酒石酸酯的浓度约为0.2 mol·L-1时,K和α达到最大值;L-酒石酸酯的碳链长度对分配系数K和分离因子α也有很大的影响。
    过程系统工程
    用于能量系统多层次集成的组合物流的矩阵表示方法
    王杭州 陈丙珍 何小荣
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  685-691. 
    摘要 ( 656 )   PDF (2437KB) ( 321 )  
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    夹点技术在工厂的能量系统设计和改造过程中发挥着巨大的作用。用夹点技术分析能量系统时,原始物流的信息不断汇集,得到总组合曲线。当物流信息向上汇总时,通过组合曲线可在更高层面查看系统的能量集成情况。本文提出一种从总组合曲线中获取局部信息的方法——组合物流矩阵表示方法,利用此方法向下分解可获得组合曲线上某个温度区间中包含的原始物流的信息。最后举例说明组合物流矩阵在能量系统设计和改造过程中的作用。
    制碱工业生产过程的建模与仿真
    李笕列 荣冈
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  692-697. 
    摘要 ( 783 )   PDF (6977KB) ( 398 )  
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    针对60万吨的纯碱生产流程,建立了包括石灰石煅烧、盐水制备、盐水氨化和碳化、重碱煅烧以及蒸氨等过程基于物料平衡和能量平衡产率模型,以典型操作单元为例给出了建模细节说明,并利用工厂实际运行数据对模型的参数进行了拟合。提出了针对该模型的数据校正和MINLP优化目标函数。基于上述模型对纯碱的生产过程进行各种生产条件下制碱过程的物流和能耗的实际状态的仿真,与生产数据进行了对比,验证了模型的有效性。该模型是对制碱过程进行数据校正和过程优化的基础。
    表面与界面工程
    磁阻探头系统腐蚀速率解析及在大气腐蚀中的应用
    唐子龙 宋诗哲
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  698-703. 
    摘要 ( 832 )   PDF (7843KB) ( 308 )  
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    磁阻探头技术是一种新的腐蚀检测技术,该技术使用范围广,可获得腐蚀速率的定量表征。基于信号降噪技术和相关的数值分析,提出了新的磁阻探头(IRP)数据处理的积分过滤算法(IFA)。并建立一套完整的磁阻探头腐蚀数据处理环境,该环境基于作者最新提出的范式腐蚀数据标记语言。数据处理环境良好的用户界面大大简化了磁阻探头的数据处理,促进了数据的共享。本工作将IRP用于大气腐蚀早期行为的研究,根据测试结果从多方面验证了解析方法的可靠性及适应性。计算结果完全反映了实测曲线随时间变化的所有特征,与自然环境大气腐蚀结果的对比证明了计算结果的准确性。
    羧甲基壳聚糖在酸性溶液中缓蚀性能
    程莎 尹衍升 陈守刚 常雪婷 闫林娜 刘涛
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  704-708. 
    摘要 ( 792 )   PDF (3986KB) ( 489 )  
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    采用失重及电化学方法(EIS 和 Tafel曲线)研究了羧甲基壳聚糖(CM-chitosan)作为一种绿色缓蚀剂,在1 mol·L-1 HCl 和0.5 mol·L-1 H2SO4溶液中对碳钢的缓蚀作用。结果表明,CM-chitosan是一种良好的缓蚀剂,且在1 mol·L-1 HCl 溶液中的缓蚀作用要优于在0.5 mol·L-1 H2SO4溶液中的缓蚀作用。在HCl和H2SO4两种酸性溶液中,CM-chitosan在碳钢表面的吸附都遵循修正的Langmuir吸附等温式。
    生物化学工程、制药、食品和天然产物加工
    微组织组装方法的实验研究及CFD模拟
    江华 汤强 周燕 谭文松
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  709-714. 
    摘要 ( 832 )   PDF (3630KB) ( 911 )  
    相关文章 | 多维度评价
    提出利用微组织组装工程化组织移植物的新思想,并进行了初步实验研究和计算流体力学分析。利用可降解大孔微载体与组织种子细胞共培养,形成大量微组织,然后将微组织置于灌注反应器内培养,使微组织聚集形成功能化大型组织。实验结果表明构建的大型组织在细胞密度、细胞分布以及基质分泌等各方面优于传统方法。模拟分析也说明采用新的方法能够比传统方法获得更好的物质传递效果以及流体力学环境,能够满足组织细胞对氧以及其他营养物质的需求。
    高浓度酒精连续发酵过程中振荡行为的模拟及填料弱化振荡的机理
    杨蕾 陈丽杰 白凤武
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  715-721. 
    摘要 ( 752 )   PDF (2344KB) ( 727 )  
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    在利用酿酒酵母进行高浓度酒精连续发酵中,观察到了一种持久稳定的振荡现象,表现为当严格控制发酵参数时,发酵罐中残糖浓度、酒精浓度和生物量浓度呈现大幅度的周期性波动。前期研究工作推测,细胞对环境胁迫的延迟反应是引起这种振荡行为的主要原因之一,并发现填料具有弱化这种振荡行为的作用,但描述这种振荡行为的动态模型尚未建立,填料弱化振荡的机理也尚不清楚。通过引入时滞加权函数,建立了预测高浓度发酵(VHGF)条件下振荡行为的过程动态模型。并在前期实验研究基础上,分别采用3种性质不同的填料,通过考察其弱化振荡行为的差异,在一定程度上揭示填料对振荡行为弱化作用的机理。实验结果表明:采用木块填料能明显地弱化振荡现象,金属丝网环和聚氨酯填料则不能弱化振荡现象;填料弱化振荡现象的原因与酵母细胞生长微环境的改变有关;利用聚氨酯作为填料能显著提高反应器中的生物量浓度,从而显著提高反应器系统的设备生产强度指标。
    能源和环境工程
    管式固体氧化物燃料电池机理模型与性能分析
    史翊翔 李晨 蔡宁生
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  722-727. 
    摘要 ( 846 )   PDF (7557KB) ( 584 )  
    相关文章 | 多维度评价
    针对Siemens-Westinghouse公司阴极支撑型(AES)管式固体氧化物燃料电池,耦合电极内部离子传导、电子传导、气体扩散、热量传递及电化学反应过程,建立了全面考虑活化极化、欧姆极化与浓差极化损失的管式SOFC横截面方向二维微观机理模型。模型计算结果与文献中实验数据吻合较好,模拟结果表明:电池横截面方向的组分浓度和电流密度的分布与SOFC的运行工况密切相关。连接器的存在和尺寸对电池工作性能均有较强影响。对于所研究的阴极支撑型SOFC,电池性能会受到氧气在多孔阴极中扩散过程的限制,改善多孔电极的微观结构可有效提高电池运行性能。
    HCFC-141b乳化液生成气体水合物
    周锡堂 樊栓狮 梁德青 王武昌 陈光进
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  728-732. 
    摘要 ( 656 )   PDF (553KB) ( 401 )  
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    提出以HCFC-141b的O/W型乳化液形成其气体水合物的设想,且在可控变温仪中进行了程序降温实验。采用的乳化剂为OP-10和SDS。实验结果表明,在静态、高于-5℃的情况下,不同HCFC-141b含量的乳化液均能形成水合物;但诱导期随机性很强,起始水合温度也有一定的波动性;水合物形成前后都会结冰,结冰和加入冰粒都能诱发水合物的快速形成;水合物分解后,液体经再乳化后可以重新使用,其“记忆”效应可使其在1 h内于冰点以上形成水合物。
    移动床生物膜法处理垃圾渗滤液COD降解动力学
    陈胜 孙德智 陈桂霞 Chung Jongshik
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  733-738. 
    摘要 ( 837 )   PDF (595KB) ( 298 )  
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    采用移动床生物膜反应器间歇处理城市垃圾渗滤液,并建立了其COD降解的动力学模型。试验结果表明,模型能够很好地描述渗滤液COD的好氧降解过程,其中动力学参数K2可用来指示基质的降解速率, Sn可用作渗滤液可生化性和可降解程度的评价指标。在不同底物浓度下模拟出的参数K2和Sn均与底物浓度S0呈线性关系。在不同填料填充比下的拟合结果表明动力学参数K2与生物量浓度无关。两级MBBR串联运行能够有效处理该垃圾渗滤液,当总HRT为4 d,平均COD去除率达89.24%,其出水COD平均为452.10 mg·L-1,与模型得出该进水浓度下含有的惰性COD相近,直接证明了模型对评价该渗滤液可生化性具有较高的可靠性。
    循环流化床锅炉煤灰成分对其磨耗特性的影响
    王进伟 赵新木 李少华 杨海瑞 吕俊复 岳光溪
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  739-744. 
    摘要 ( 657 )   PDF (416KB) ( 441 )  
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    采用静态燃烧加冷态振筛磨耗方法对4种煤灰的磨耗速率常数进行了测量,发现同类煤灰的磨耗速率常数随其粒径的增加呈指数衰减的规律, 而相同粒径的不同煤灰的磨耗速率常数不同。通过分析煤灰组分,认为煤灰成分差异是造成这一现象的主要原因。基于煤灰成分主要由偏高岭土、石英、氧化铁和氧化钙组成的假设,采用灰色关联和神经网络分析了煤灰主要成分对磨耗速率常数的影响以及趋势,认为氧化钙、氧化铁以及偏高岭土含量的增加能够增大煤灰的磨耗速率常数,而煤灰的磨耗速率常数随氧化硅含量的增加而降低。
    有毒有害气体泄漏的CFD数值模拟(Ⅰ)模型建立与校验
    沈艳涛 于建国
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  745-749. 
    摘要 ( 901 )   PDF (864KB) ( 586 )  
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    在石油、化工等行业中经常使用具有毒害性与较高泄漏频率的危险性气体,存在严重的泄漏事故后果。为了获得气体泄漏后扩散过程中关键的浓度时空分布信息,建立了危险性气体释放后的运动特征及浓度场时空分布的计算流体力学(CFD)模型,并利用FLUENT代码对Thorney Islands Trails实例场景进行了模型验证计算。结果表明CFD模型计算结果能很好的获得气云的运动特征和气体浓度时空分布信息。
    烟气膜吸收法脱除SO2的超声波强化处理
    薛娟琴 兰新哲 王召启 孟令嫒
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  750-754. 
    摘要 ( 815 )   PDF (1001KB) ( 509 )  
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    本文提出了以柠檬酸盐溶液为吸收剂、中空纤维膜组件为脱除SO2的基本设备,并配有超声波强化吸收的技术模式,首次将超声波和膜技术应用于烟气脱硫过程。重点探讨了超声空化作用及其促进传质过程的机理,利用自主设计的超声膜吸收器进行了烟气脱硫研究,同时分析了超声对吸收液和中空纤维稳定性的影响。研究结果表明:在超声频率为20kHz,柠檬酸盐溶液浓度为0.5mol&#8226;L-1, pH值为4.5的条件下,超声波对膜吸收SO2有明显的促进作用,对吸收液温度有加热的副作用,同时超声波的加入对吸收液和膜材料的稳定性没有影响。
    高效产氢突变体UV-d48的筛选及释氢行为
    任南琪 郑国香
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  755-758. 
    摘要 ( 682 )   PDF (407KB) ( 532 )  
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    氢气以其清洁、可再生及无污染等特性将成为未来最具潜力的能源之一,目前,菌种的产氢能力相对较低是影响发酵法生物制氢工业的一个关键因素之一。利用紫外线对产氢细菌Ethanologenbacterium sp.ZGX4进行连续辐射诱变和筛选,经连续传代稳定性实验考察后,得到一株高效产氢突变菌株UV-d48。温度37℃、初始pH 6.0和葡萄糖浓度10g/L的静态实验条件下,它的单位体积产氢量为2998.5 ml/L,最大产氢速率为34.4 mmol/g·h,分别比对照菌株提高了65.1%和56.4%;其氢气产率为2.61 mol H2/mol glucose,是对照ZGX4的1.54倍,主要的液相末端产物是乙醇和乙酸,与出发菌株相似。高效产氢突变体UV-d48的出现为进一步探讨产氢细菌的产氢代谢机理的研究和工程应用提供材料基础。
    材料科学与工程
    茂金属催化剂/MAO催化1-癸烯齐聚合及其产物的结构与性能
    盛亚平 黄启谷 陈伟 杨万泰
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  759-764. 
    摘要 ( 1038 )   PDF (694KB) ( 950 )  
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    用均相茂金属催化剂(n-Bu)Cp2ZrCl2/MAO对1-癸烯的齐聚合进行了研究。探讨了齐聚温度、Al/Zr摩尔比值、助催化剂、反应时间及催化剂浓度对齐聚反应的影响。 采用GC-MS、GC和13C NMR对齐聚物的组成和结构进行了表征。GC-MS和GC的分析结果表明所得齐聚物是由二聚体、三聚体、四聚体和五聚体组成。13C NMR分析结果表明1-癸烯齐聚时存在键接异构,主要是头-尾键接的1,2插入,也存在头-头、尾-尾键接的2,1插入。
    石英砂热形态和表面微观结构
    刘建国 姜秀民 王 辉 崔志刚 韩向新
    化工学报. 2007, 58(3):  765-770. 
    摘要 ( 1190 )   PDF (4287KB) ( 2199 )  
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    使用由德国生产的LEIAZ-ⅡA型高温热显微镜对异密度循环流化床床料——石英砂在加热过程中所表现出的熔融特性和热膨胀特性进行了研究。高纯度石英砂在升温过程(室温~1600℃)中存在3个相对独立的特征温度区间:缓慢膨胀区(室温~870℃),在此区间试样尺寸变化比较均匀,线膨胀速率k比较小;膨胀停滞区(1000~1350℃)内,试样的体积和形状几乎不随温度的升高而改变,k在此区间近于零;快速膨胀区(1400~1550℃)内,k在此区间突然增大,形成一个陡峭的波峰。升温过程中高纯度石英砂试样的膨胀特性与其多晶型转变温度有对应关系。通过不同纯度两个试样的对比实验发现,纯度直接影响石英砂的熔融特性,纯度高,则相应的特征温度值高。利用HITACHI S2150型扫描电子显微镜(SEM)对加热到不同终端温度并冷却到室温的高纯度石英砂颗粒亚稳相的微米级表面结构进行观察,当终端温度进入快速膨胀区后,试样由于剧烈的膨胀在表面和内部产生大量微观裂纹,大量微观裂纹的存在导致试样的力学性能急剧下降,表现为弹性能力的消失。
    纳米胶囊相变材料的制备
    方玉堂 匡胜严 张正国 高学农
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  771-775. 
    摘要 ( 756 )   PDF (2401KB) ( 1023 )  
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    采用超声波工艺及细乳液原位聚合方法,研制了以聚苯乙烯为囊壁、正十八烷为囊芯的纳米胶囊相变材料;系统探讨了聚合反应各因素对乳胶粒子的形态、胶囊材料热性能的影响。适宜的反应条件为:引发剂AIBN 0.5%(油相质量分数,下同);链转移剂DDT 0.4%;正十八烷与苯乙烯比为1∶1以及复合乳化剂(SDS和OP-10)总量2%,配比为1∶1。实验结果表明胶囊Z均直径124 nm,相变焓可达124.4 kJ·kg-1。
    Pd/Ce-HMS介孔材料的结构和表面化学态
    张珍容 张世英 万隆 魏坤 李云龙
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  776-780. 
    摘要 ( 771 )   PDF (3206KB) ( 750 )  
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    为了制备新型负载型Pd催化剂,采用合成后组装法和浸渍法室温合成了Pd/Ce-HMS介孔材料,产物用XRD、N2吸附、FTIR及XPS谱等手段进行表征。结果表明,Ce、Pd引入后六方介孔结构仍保持完好。产物的BET表面积为742.9 m2·g-1,孔容0.803 cm3·g-1,表面Pd、Ce物种主要以PdO2和CeO2形式存在。研究表明,Ce前驱体通过与孔表面富集的Si—OH基团作用而嵌入骨架或键合于孔表面,Pd担载时由于模板剂仍留在孔道中,因而没有造成孔道堵塞。
    直接甲醇燃料电池用三羧基丁烷膦酸锆/磺化杂萘联苯聚醚酮复合质子交换膜
    黄绵延 王志涛 许莉 王亚权 王宇新
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  781-786. 
    摘要 ( 771 )   PDF (5395KB) ( 611 )  
    相关文章 | 多维度评价
    用高磺化度的磺化杂萘联苯聚醚酮(SPPEK)制备DMFC质子交换膜时,膜的机械强度会因过度溶胀而下降。通过在SPPEK(DS=61%)中掺杂1,2,4-三羧基丁烷-2-膦酸锆(Zr(PBTC)),我们制备出 Zr(PBTC)/SPPEK复合质子交换膜。实验表明, Zr(PBTC)的掺杂能有效降低膜的吸水量(溶胀),并能减小膜的甲醇透过系数。80℃时,30wt.%Zr(PBTC) /SPPEK复合膜的吸水量与SPPEK膜比降低了30%。室温下复合膜的甲醇透过系数在10-7 cm2.s-1数量级上,比Nafion 115膜低一个数量级以上。液体甲醇溶液进料的DMFC单电池测试表明,30wt.%Zr(PBTC) /SPPEK复合膜的电池性能优于SPPEK的电池性能。
    种子乳液聚合制备MCPU-PMMA复合乳液
    鲍利红 兰云军 张淑芬
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  787-793. 
    摘要 ( 1036 )   PDF (5108KB) ( 355 )  
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    本文采用改性蓖麻油合成了软段中含不饱和双键的阴离子聚氨酯水分散液(MCPU),将其作为可聚合乳化剂和种子成分同甲基丙烯酸甲酯(MMA)进行共聚,制得了MCPU-PMMA复合乳液。1HNMR谱图显示MCPU中含有双键结构,共聚后双键消失。通过考察单体转化率和复合乳液平均粒径、凝胶量及成膜耐水及甲苯性探讨了影响种子乳液聚合的多种因素:采用过硫酸钾作为引发剂,单体转化率高,乳液粒径小,成膜耐水及甲苯性好;反应的表观活化能Ea为164.86kJ/mol,反应温度控制在70℃较适宜;聚合反应速率Rp∝[I]1.0856,引发剂用量宜控制在聚合有效组份总质量的0.5%。
    现代化工技术
    金属卟啉催化空气氧化环己烷反应的工艺优化
    梁学博 胡伯羽 袁永军 刘强 郭灿城
    CIESC Journal. 2007, 58(3):  794-800. 
    摘要 ( 842 )   PDF (556KB) ( 734 )  
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    简单铁、钴、铜、锰四苯基卟啉用于催化空气氧化环己烷联产KA油(环己醇和环己酮)和己二酸的反应,利用正交实验方法考察了锰四苯基卟啉催化下环己烷氧化反应中反应温度、压力、空气流速、时间、催化剂用量对反应转化率和产物选择性的影响,并获得了优化的工艺条件。以醇酮酸(环己醇、环己酮和己二酸)总产率作为评价指数进行极差分析得到温度、空气流速、反应时间、压力、催化剂量的极差值分别为6.17、3.12、2.25、1.81、1.53,表明温度是影响环己烷氧化的关键因素。锰四苯基卟啉催化环己烷空气氧化反应的优化工艺条件为温度150 ℃、压力1.2 MPa、空气流速0.13 m3·h-1、催化剂用量7 mg、反应时间3.5 h。验证实验表明,在上述优化条件下,环己烷转化率达20.0 %,醇酮酸总选择性可达90.0 %,己二酸选择性达到21.0%。