在化工生产过程中，通常需要多步化学反应才能获得目标产物。为了最大限度地节约能源、提高资源利用率和减少排放，多步反应过程集成是重要途径。通过对化学反应过程集成系统的分析，基于不同催化剂活性相的组合尺度，提出将多个催化反应构成的系统划分为纳米尺度、微米尺度和宏观尺度3类绿色集成系统，并通过典型实例进行了论述。认为催化剂活性相以纳微尺度复合的多功能催化剂是实现多步反应一步化的有效方法之一。

系统阐述了火用和火用计算的基本概念以及应用状态方程法（PR）进行火用计算的步骤和若干相关的技术细节，以“真空”为例对火用理论中较模糊的概念由低压造成的“负火用”作出理论和计算分析，认为它同低温火用一样，也是一种宝贵的火用源。运用“三环节”能流论的概念，对精馏塔的用火用过程拆分为塔体用火用和换热器用火用分析，得出了不同情况下精馏塔节能工作的着眼点需有所区别的结论；此外还对换热单元流程进行了细致的介绍，指出了换热设备的优化除了重视降低热火用损耗外，还需注意调节压火用的损耗以期达到进一步节能降耗的目的。

对氟里昂R134a在水平单管外的沸腾换热性能进行了试验研究，试验管为4根双侧强化管。在蒸发温度为8℃时比较不同肋型的强化换热性能。结果表明：所研究的强化管均有明显的强化换热作用，E12管的总传热系数略高于其他强化管，其管外沸腾传热系数相对于光管Cooper公式预测值的强化倍率为2.23～2.71，平均值为2.54。由于R22和R134a的物性不同，其管外沸腾传热系数约比R134a高出20%～40%。试验管的沸腾换热强化倍率与制冷剂的关系不明显。

为了揭示封闭腔内非Boussinesq流体在浮力驱动下所特有的流动换热现象和形成机理，采用CFD软件Fluent对封闭腔内水的自然对流进行数值模拟，得到矩形封闭腔高宽比、Rayleigh数、倾斜角度、壁面温度差对流动和传热的影响规律。研究结果表明：由于水的密度在3.98℃达到最大，两竖壁面温度跨越这一点时会引起流动图像反转；具有流动反转的双涡结构降低了对流换热平均Nusselt数；相同Rayleigh数下,高宽比为1对应对流换热平均Nusselt数最大值；倾斜角度对平均Nusselt数影响与Rayleigh数和温度边界条件有关。

在铝制微通道内壁上制造出超疏水表面，水滴在其表面上的接触角达到153°。对水在内径同为0.60 mm的超疏水微通道和超亲水微通道中流动的压降进行实验测定与对比，得出水在超疏水微通道内的流动阻力降有明显降低，降低的最大值可达25%。研究了水在超疏水微通道内的流动特性，发现水由层流向湍流转变发生在Reynolds数为2500左右，且在层流范围内fRe值基本保持不变。通过计算得出了不同流量下水在超疏水表面微通道壁面处的滑移速度和滑移长度，结果显示滑移速度和滑移长度均随流量的增大而增大。

为了探讨空调系统中非共沸制冷剂的变工况循环特性，揭示系统循环参数与冷凝器中的换热流体温度和流量之间的关系，进行了大量的实验研究。根据实验数据发现了一种特殊的实验现象，即在换热流体进口温度不变的前提下，系统性能系数（COP）随换热流体流量的逐步增大呈现先升高后降低的特性，为解释此现象提出了制冷剂非完全冷凝的假想。在此基础上，初步建立了非共沸制冷剂非完全冷凝的理论判据，并将该判据推广应用到了15种已商品化的非共沸制冷剂上，预测了这些制冷剂发生非完全冷凝现象的条件。

葡萄酒发酵过程放热量大，控温发酵是高品质葡萄酒酿造中的一项主要技术措施。对葡萄酒发酵过程的放热特性进行了实验研究，首先在没有加入温控的情况下，进行红葡萄酒胶的自然发酵实验，得到其产生热量的变化关系，即确定发酵过程中变化的内热源项。然后进行控温发酵实验，考虑其发酵内热源项，进行了非稳态传热分析，获得了发酵过程中温度分布的表达式，并对发酵过程中温度分布进行了数值计算，与实验结果吻合较好。

运用考虑颗粒自旋转流动对颗粒碰撞能量交换和耗散影响的颗粒动理学方法，建立鼓泡流化床气固两相Euler-Euler双流体模型，数值模拟流化床内气体颗粒两相流动特性。分析表明，颗粒平动温度与旋转温度之比是法向和切向颗粒弹性恢复系数和摩擦系数的函数。与不考虑颗粒旋转效应计算结果相比，考虑颗粒旋转效应后床内较容易形成气泡，颗粒自旋转运动将导致床内非均匀结构更明显。并且床层平均空隙率和床层膨胀高度增加，床中心区域颗粒轴向速度提高，床内颗粒平动温度下降。考虑颗粒旋转效应后预测的颗粒轴向速度和颗粒脉动速度与文献实验结果基本吻合。考虑颗粒旋转效应后获得的气泡直径更接近于前人经验关联式。

采用格子Boltzmann方法（LBM）研究了单颗粒绕流流动过程。通过使用LBM中的LBGK（lattice Bhatnagar-Gross-Krook）模型和二阶精度的曲线边界条件处理方法，实现了对单颗粒绕流问题的定常及非定常流动过程中涡结构的模拟。采用动量交换法分别计算了Reynolds数在0.1～200范围内27个不同Reynolds数时的曳力系数，并将计算结果拟合得到基于LBM数值模拟的曳力曲线。计算结果表明，LBM在气固两相流的模拟计算中具有精确、可靠的优点，使用LBM模拟计算曳力曲线的方法经济、易行，并且可以克服由传统实验方法获得曳力曲线的局限性。

针对化学链燃烧分离CO₂技术特点，在一串行流化床（循环床+喷动床）冷态实验装置上，以CaSO₄载氧体为实验原料（d_p= 0.6 mm），研究串行流化床气固流动特性。基于床内压力分布特征，提出将循环床（空气反应器）沿床高方向划分为鼓泡段和快速流化段2个流型区域，将喷动床（燃料反应器）沿床高方向划分为喷动段、鼓泡段和悬浮段3个流型区域，得出串行流化床内气固流动控制机理。研究并考察了循环床流化风速度、喷动床喷动风速度对串行流化床内反应器间（空气反应器和燃料反应器）气体串混、颗粒循环速率以及床层压降的影响。研究结果表明，流化风是床内颗粒循环的驱动力，流化风速度应控制在 3.77～4.05 m·s^-1；喷动风速度对床内颗粒循环以及系统稳定运行起着关键作用，建议将喷动风速度控制在0.42～0.56 m·s^-1。

分别以干燥空气和粉煤为输送载气和介质，在39 mm工业级水平不锈钢管内进行了浓相气固两相流动特性实验研究。高速摄像仪拍摄到的粉煤流型表明，浓相输送条件下存在分层流。在流化气和调节气协同作用下，工业级管道中的粉煤浓相输送规律与此两路气流流量密切相关，并获得了39 mm管径下的粉煤气力输送相图。与管径较小的20 mm水平不锈钢管输送结果的比较表明：较大管径条件下，输送压力对粉煤流率的影响更为显著，输送的经济气速相对较高；相同输送通量情况下，较大管径的输送单位管长压降低，且输送通量变化引起的单位管长压降变化也较为平缓。

通过对微机电系统微流体器件中气泡生长实验结果的分析，考虑加热元表面液体微层的作用，将微气泡生长分为晶核形成、球形气泡、受侧壁挤压的气泡、沿微通道生长的气泡4个阶段，建立了矩形微通道内微气泡控制生长物理模型；采用Level Set Method模拟了矩形微通道内微气泡控制生长过程，获得了微气泡生长特性。数值模拟结果表明：微气泡初期生长速率较快，后期由于凝结率增大使生长速率减缓；液体温度、微通道宽度、微加热元宽度、加热电压等均对气泡生长始点和生长速率有显著影响。

针对目前邻硝基苯甲醛（ONBD）生产方法中存在环境污染和设备腐蚀严重等问题，研究了一种金属卟啉仿生催化氧气液相氧化邻硝基甲苯（ONT）绿色合成邻硝基苯甲醛的新方法。考察了不同金属卟啉催化剂对上述反应的影响，发现催化剂的中心金属离子种类及环外取代基的种类和位置对催化剂的性能均有不同程度的影响。系统地考察了反应时间、碱浓度、反应温度等因素对反应的影响，并对反应条件进行了优化。结果表明，以2×10^-6 mol·L^-1 的 T(o-Cl)PPZn为催化剂，在5 mol·L^-1NaOH-甲醇溶液中于40℃、1.5 MPa的条件下反应4 h，邻硝基甲苯的单程转化率可达47.8%，邻硝基苯甲醛的选择性和收率分别达到54.2%和25.9%。

用水热法制备了高比表面积的TiO₂纳米管，通过TEM、XRD及BET进行物化表征，试验得到外径5～7 nm、壁厚1 nm左右、长200～300 nm、比表面积276 m²·g^-1的锐钛型TiO₂纳米管。试验考察了TiO₂纳米管的吸附性能及对O₃的催化性能和本征反应动力学，结果显示：60 min时O₃/UV/TiO₂纳米管较O₃/UV/P25和O₃/UV对垃圾渗滤液的COD去除率分别提高了20.83%和32.65%；293 K时0.5 g TiO₂纳米管对COD的最大吸附量为P25的1.34倍，对COD去除率贡献为10.14%； 2 h内O₃/UV/TiO₂纳米管工艺的总反应表观速率常数k分别是O₃/UV/P25工艺的1.19倍和O₃/UV工艺的1.80倍；得出两种催化工艺k-T关系方程，反应表观活化能E_a,nanotube比E_a,P25降低了2.925 kJ·mol^-1。

采用置换-扩散法制备得到Mg₂NiH₄，用SEM、XRD和DSC等对其结构和性能进行了表征。Mg₂NiH₄纯度较高，含氢量为3.6％，放氢温度为292.4℃。用DSC法研究了Mg₂NiH₄对高氯酸铵（AP）热分解的催化性能。结果表明：加入含量为10％的Mg₂NiH₄可使AP高温放热峰温降低108.2℃，使表观分解热增加217.0％，Mg₂NiH₄对高氯酸铵热分解具有良好的催化作用。Mg₂NiH₄含量增加，对高氯酸铵热分解的催化作用增强。初步探讨了Mg₂NiH₄催化高氯酸铵热分解的作用机理。

采用两套有效容积为3.2 L的UASB 反应器，以含NH⁺⁴-N 和NO^-2-N的模拟废水为进水，对ANAMMOX反应过程的启动及运行期间的特征进行对比研究。试验结果表明：1号反应器的NH⁺⁴-N和NO^-2-N的去除率分别达到99.7%和99.9%需要220 d；而2号反应器的NH⁺⁴-N和NO^-2-N的去除率分别达到99.8%和99.9%只需要150 d；1号反应器的出水在第220～300 d 的平均三氮比即去除的NH⁺⁴-N︰去除的NO^-2-N∶生成的NO^-3-N=1︰1.16︰0.15，2号反应器的出水在第150～300 d 的平均三氮比为1︰1.28︰0.15；两台反应器的pH值先后都存在特征性变化，在稳定阶段反应器内活性污泥都由接种时的黑褐色转化为黄棕色颗粒污泥，随试验时间的延长同样的负荷变化都对反应器的冲击越来越小；具有生物膜的2号反应器在提高ANAMMOX细菌的固定化、减少菌种的流失等方面具有较大优势。

提出一种新型的节点与测量数据组合检测的稳态数据协调方法。该方法通过节点检测法和测量检测法共同检测可能存在显著误差的可疑节点，以及与可疑节点相连的最可疑测量变量，并通过调整量检测法融合领域专家的先验知识判断最可疑测量变量是否存在显著误差，最终实现稳态数据协调和显著误差同步检测。该组合方法融合测量检测和节点检测方法的各自优点且克服各自的缺点。仿真研究与实际应用表明，该组合方法对有多个显著误差的系统也能给出准确的显著误差检测结果，且优于迭代测量检测方法。

针对石化行业中软测量建模样本的特性，提出一种基于在线聚类和v-支持向量回归机(vSVR)的多模型软测量建模方法。在vSVR建模过程中，通过在线聚类算法改善vSVR模型参数选择算法的稳定性，并用vSVR参数的先验知识和KKT条件实现模型参数的快速寻优，提高了模型的学习效率和精度。该建模方法在加氢裂化分馏塔装置的轻石脑油终馏点在线预测系统中取得了良好的效果。

结合工业萘初馏塔关键质量指标估计问题，提出了采用高斯过程（GP）建立复杂工业过程软测量方法。将自动相关确定（ARD）原理与GP模型结合进行软测量模型辅助变量选择,通过建立GP软测量模型，同时得到关键质量指标估计值和相应的预测不确定度，有效解决了现有软测量建模方法不能给出估计值的测量不确定度的问题。研究表明，GP软测量模型不仅能自动选择辅助变量，而且还具有较高的估计精度和较小的测量不确定度，能够更好地满足工业现场对测量可靠性的要求。

当间歇生产切换于不同的工艺条件时，由于新工况下的样本一般很少，且批次间存在着不确定性（由于原材料波动或过程动态特性波动等），基于全局学习的建模方法（如最小二乘支持向量机回归，LSSVR）建立的模型泛化性能不强。将局部学习融入LSSVR中，提出一种局部LSSVR（local LSSVR, LLSSVR）的间歇过程在线建模方法。结合前一批次离线优化后的LSSVR参数，针对待预测新样本在线选择与之相关的近邻样本集并基于此进行建模。以建立青霉素发酵过程的菌体浓度为例，验证了LLSSVR算法能够从过程的第2个生产批次开始在线建立较准确的预报模型，较LSSVR有着更好的推广能力、适应性和鲁棒性。

提出了微小三角形槽道内电渗流动理论计算方法，通过Galerkin法计算并分析了其内部的电势及速度分布，获得了温度、槽道尺寸、外加电势的电场强度、ζ电势以及电解质浓度对微小三角形槽道内电渗流动的影响规律。计算结果表明：微小三角形槽道内液体的质量流量随ζ电势、电场强度、流体温度及电解质浓度的增加而增加，随微小三角形槽道尺寸的增加先增加后减小。

对纯镍及其表面离子注钇样品在1000℃空气中的恒温氧化和循环氧化行为进行了研究。用扫描电镜和透射电镜对表面氧化膜的微观形貌进行了观测。用声发射方法对氧化膜在氧化和空冷阶段的开裂信号进行了实时监测。用激光拉曼谱对含钇和不含钇氧化膜的内应力水平进行了测量。结果表明，离子注钇显著提高了镍的抗氧化性能，其原因是钇降低了NiO氧化膜的生长速率、细化了氧化物晶粒，使氧化膜具有更好的高温塑性及释放膜内应力的能力。此外，离子注钇还减少了氧化膜/基体界面缺陷的数量及大小，因而显著改善了氧化膜在镍基体上的黏附性和保护性。

将甜菜碱和海藻糖两种渗透剂作为添加剂，考察了其促进苹果酸脱氢酶包含体的复性作用。结果显示，甜菜碱和海藻糖均可有效促进大肠杆菌苹果酸脱氢酶包含体的复性。在本文实验条件下，随添加甜菜碱浓度的升高，复性后苹果酸脱氢酶的比活增大；而海藻糖则出现最佳添加浓度使复性后苹果酸脱氢酶的比活最大；同时在盐酸胍浓度较高、不添加渗透剂时复性效果较差的复性体系中，若添加合适浓度的甜菜碱或海藻糖即可有效促进苹果酸脱氢酶的复性，显示出渗透剂作为添加剂在实际包含体蛋白质复性过程中的应用前景。另外，通过外源荧光分析发现，添加甜菜碱和海藻糖均可降低苹果酸脱氢酶表面疏水性区域的暴露程度；圆二色光谱分析则表明，甜菜碱和海藻糖可以促进苹果酸脱氢酶α-螺旋结构的生成。

研究了微波辐射前后小麦淀粉物化性质的变化。采用微波对水分含量30％的小麦淀粉进行处理。结果表明微波处理淀粉颗粒表面出现小孔，微波处理增强了对应X射线衍射峰的强度，降低了膨胀度、溶解度、析水率以及焓值，提高了糊化转变温度、转变温度范围。小麦淀粉经处理后糊化起始温度升高、黏度降低，但其黏度曲线不改变。以上数据表明在淀粉颗粒内无定形区和结晶区的直链淀粉与直链淀粉、直链淀粉与支链淀粉发生交互作用，产生了新的不同稳定性的结晶体，从而导致微波处理淀粉内部更加有序的结晶排列。

煤粉燃烧排放大量超细颗粒物对大气环境和人类健康造成了严重的危害。提出一种燃后区烟尘团聚促进新方法，通过在燃后区烟道喷射团聚促进剂，利用絮凝理论，增加超细颗粒之间的液桥力和固桥力，促使超细颗粒物团聚长大，进而被现有除尘装置捕获，减少超细颗粒的排放。在自行设计搭建的团聚实验台上进行了系统的实验研究，分析了团聚促进剂溶液的pH值、流量、浓度，团聚室的温度以及模拟烟气中粉尘浓度等因素对超细颗粒物团聚效率的影响。结果表明，化学团聚对于超细颗粒物的脱除具有显著的作用，喷入团聚促进剂后的烟尘排放浓度远比无团聚和喷水的情况要低；团聚促进剂的高分子链对超细颗粒的吸附絮凝作用促进超细颗粒团聚，显著降低烟尘排放浓度，实现超细颗粒物经济高效脱除，达到国家新的烟尘排放标准。

利用热重分析仪对桦甸油页岩燃烧时的双峰现象以及与其500℃半焦按不同比例混烧时单样相互影响程度、颗粒特性、着火温度和燃烧特性指数进行了考察；利用DAEM模型解析了混烧动力学参数。结果表明：油页岩燃烧DTG曲线在500℃附近的双峰活性参数值相差不大，分别为0.79和0.73，反映油页岩燃烧DTG曲线双峰归因于脂类有机质与干酪根中芳香烃的燃烧；混样中各单样在不同温度段相互影响程度不同，表观影响程度系数f的值均小于1。在燃烧过程中颗粒的缩核形状和表面分形维数并不是固定不变的，在低温段接近长圆柱体，在高温段接近平板，当浓度级次β=0.6时，低温段分形维数接近3，在高温段接近1；着火温度随半焦掺混量的增加呈线性递增；混样燃烧特性指数介于单烧之间并且存在掺混效果明显区；试样表观活化能在燃烧前期变化比较缓慢并呈下降趋势，大约在60～90 kJ·mol^-1之间，在后期剧烈增加，当转化率在0.60～0.75之间时表观活化能从80 kJ·mol^-1剧增到200 kJ·mol^-1。

通过氮气等温吸附/脱附法(-196℃)、压汞法(414 MPa)、SEM等详细研究了在高速热解条件下谷壳的物理结构的演化。在热解的不同阶段，颗粒外表面特征明显不同。通过SEM测定发现，在热解中期颗粒表面孔结构明显增多，同时可以清晰地看到孔隙内表面粗糙且非规则结构。利用等温吸附/脱附法测定在高速热解过程中颗粒内微孔（micropore）演化特征，发现当热解反应率R_p等于0.8时，微孔增加速率最大。由压汞法测定得到的大孔（macropore）演化规律与微孔不太一致，在反应初期颗粒会发生强烈收缩现象，真密度增加很快，随着反应进行，颗粒的真密度基本保持恒定。

建立了用于测定卵磷脂(lecithin)对钻井液中水合物形成影响的实验装置及方法,以理解化学添加剂卵磷脂对北极Cascade地区钻井过程中水合物层的稳定作用。本研究旨在理解卵磷脂对纯水中甲烷水合物形成热力学和动力学的影响。结果表明，卵磷脂基本上不影响甲烷水合物生成的热力学条件，但当卵磷脂在水中的浓度超过0.003 g·g^-1时，它会影响甲烷水合物的生成速度和数量,是很好的水合物生成动力学促进剂。

短程生物脱氮技术对于节省能源和碳源具有重要意义，而低温条件下实现短程硝化一直是制约该工艺推广的重要难题。以实际城市污水为研究对象，应用 54 m³的SBR中试系统重点研究了低温条件下短程硝化的实现途径和稳定方法。试验结果表明，通过对系统的硝化反硝化过程进行实时过程控制，并采用分段进水的运行模式，系统在温度为11.8～25℃的范围内均达到了稳定的短程脱氮效果，平均总氮去除率在９６％以上，平均亚硝化率在95%以上。长期的实时过程控制优化了系统的污泥种群结构，是低温中试SBR系统短程硝化实现与稳定的决定性因素。

制备了一系列支链结构不同的梳状聚合物二元醇(CPD)，并用FTIR对其结构进行了表征。着重研究了CPD梳状支链结构和温度对其流变性能的影响，并测定了CPD的流动活化能ΔE_η0。研究发现，梳状支链的长度增加和极性增大，CPD的黏度增加，出现剪切变稀行为的剪切速率降低。CPD的η-γ曲线出现两次剪切变稀行为，在两次行为之间存在一平台，这一平台随温度增加向高剪切速率方向移动，并逐渐变短，最后在50℃时消失。随梳状支链长度增加和极性增大，CPD的流动活化能ΔE_η0增加。

以自制纳米铋掺杂二氧化锡(nano-BTO)分散浆料和水性聚氨酯(PU)为原料，采用共混法制备nano-BTO/水性聚氨酯杂合材料。运用zeta电位仪、激光粒度仪和TEM等研究了nano-BTO的zeta电位分布及其分散。结果表明，nano-BTO浆料的等电点在pH=6附近；采用硅烷偶联剂KH-550和高分子分散剂DP-518对nano-BTO粉体进行分散处理可获得良好分散性的水性浆料。采用紫外-可见-近红外分光光度计和自制的隔热测试装置等研究了nano-BTO/氨酯杂合材料的力学性能、光学性能和热学性能。结果表明，当nano-BTO含量为1.0%时，涂膜的拉伸强度和断裂伸长率分别达到了9.23 MPa、223%，可见光透射率约为70%，其隔热效果同比纯PU膜可降温达8℃以上。

采用溶胶-凝胶（sol-gel）法，将正硅酸乙酯和水加入到制备聚对苯二甲酸乙二酯（PET）的中间产物对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)中,在液态下均匀混合，高温下快速发生溶胶-凝胶反应，再按PET缩聚反应制得PET/SiO₂纳米复合材料。通过TEM、TG、DSC对材料进行了表征和研究。结果表明，SiO₂在PET中均匀分散，其尺寸在10～100 nm之间，PET/SiO₂纳米复合材料的热降解活化能较普通PET有明显提高，但初始降解温度和结晶性能均有所降低。

以高纯超细α-Al₂O₃粉为原料，采用常压、高压烧结制备了高纯Al₂O₃陶瓷。研究表明，在乙醇溶剂中高速球磨可显著降低Al₂O₃粉料的平均颗粒尺寸，提高粉料的比表面积与烧结活性；在4.5 GPa、1230℃高压烧结30 min，制备了相对密度达98.71%的无烧结助剂掺杂的Al₂O₃陶瓷；与常压烧结相比，高压烧结可显著降低烧结温度，提高传质速率，大幅度缩短烧结时间，达到快速、低温烧结的效果；由于相对较低的烧结温度，掺杂微量MgO的Al₂O₃陶瓷在高压烧结中未出现液相，MgO对烧结致密化及Al₂O₃晶粒生长抑制几乎无影响。

应用Si-Mo逐时络合比色形态表征法, 对无机高分子复合絮凝剂聚硅硫酸铁（PFSS）中硅的形态进行了研究，包括SiO₂反应速率特征及其标准工作曲线，不同pH值条件下聚硅酸（PSi）的形态分布特征，不同pH值时PFSS与PSi中硅的形态特征比较。结果表明：不同pH值的PFSS中，硅的聚合形态熟化一定时间后，分布规律有所不同。pH值为1.46和1.70时，PFSS中硅酸的中聚体含量比pH值为0.64时的高，而pH值为0.64时，PFSS中硅酸的高聚态、凝胶态含量明显高于pH值为1.46和1.70的相应含量。同时，pH值为1.46和1.70的PFSS比pH值为0.64的PFSS有更好的絮凝性能和稳定性。由此可知，PFSS中聚硅酸的优势形态是其中聚体。