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2007年 第58卷 第10期 刊出日期:2007-10-05
    综述与专论

    过程系统工程技术与中国石化可持续发展

    王基铭
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2421-2426. 
    摘要 ( 606 )   PDF (458KB) ( 266 )  
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    石油化工行业是国民经济的重要基础和支柱产业,中国石化集团公司作为中国最大的油品和石化产品生产商及经销商,已步入世界大型能源化工公司行列。过程系统工程(PSE)技术在中国石化结构调整、技术创新、降本增效、节能降耗、环境保护、安全生产、科学决策等诸多方面都起到了重要的作用,有效促进了中国石化科技进步和生产发展。企业资源计划(ERP)系统成功上线;初步形成供应链体系;全面启动总部生产营运指挥系统建设;电子商务系统长周期在线运行等。中国石化积极推进可持续发展,积极调整结构,强化技术改造,大幅降低能源消耗水平;全面推进清洁生产,从源头减少污染;努力节能降耗,提高资源和能源利用效率;不断完善安全、环境、健康(HSE)管理体系。坚持不懈地开展PSE技术的研究与应用,是中国石化可持续发展的内在要求与必然选择。

    活性污泥合成PHAs单体组分的调控方法
    蔡萌萌, 蔡宏, 单羿, 王玉洁, 何丹, 赵庆良
    化工学报. 2007, 58(10):  2427-2431. 
    摘要 ( 677 )   PDF (530KB) ( 269 )  
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    聚羟基烷酸酯(PHAs)是一类生物合成的环境友好高分子塑料,具有广泛应用前景。活性污泥合成PHAs可降低PHAs生产成本,实现废物资源化。PHAs的物化性质取决于其单体组分的结构和含量。基于优化PHAs产量的工艺研究,总结了调控活性污泥合成的聚羟基丁酸羟基戊酸(PHBV)中羟基戊酰含量的工艺措施和生化原理。已有研究表明,好氧时,碳源类型决定PHBV中的单体组分;一般地,溶解氧浓度(DO)降低,PHBV中HV含量会增加;污泥来源、pH值以及碳源与氮磷浓度比的变化都会影响HV含量;各参数对PHAs组分的影响存在关联性。展望了调控活性污泥合成PHAs中单体组分的进一步研究方向。

    热力学

    多氯联苯热力学性质的构效关系

    堵锡华
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2432-2436. 
    摘要 ( 726 )   PDF (1531KB) ( 411 )  
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    通过计算二噁英类化合物多氯联苯(PCBs)217种分子的定位指数和基团对应指数,以这些分子的热力学性质的文献值为建模样本,运用多元线性回归方法建立了多氯联苯的标准熵(S0)、标准焓(H0)、标准自由能(G0)、分子总能量(ET)、热能校正值(Eth)、零点振动能(Ezpv)及恒容热容(Cv0)等热力学性质的定量结构-性质相关方程,相关系数均在0.99以上。这些模型能较好地解释多氯联苯热力学性质的递变规律,而且相关系数高,稳定性好,预测能力强。采用留一法对模型稳健性进行了检验,得到的预测模型对另外一些多氯联苯分子的热力学性质进行预测,预测结果和文献值基本吻合。
    传递现象
    旋流片强化传热的数值模拟和场协同分析
    周水洪, 邓先和, 何兆红, 李志武
    化工学报. 2007, 58(10):  2437-2443. 
    摘要 ( 731 )   PDF (6106KB) ( 438 )  
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    基于壳程周期性单元流道模型;采用数值模拟方法分析了一种新型的传热强化元件——旋流片作为管间支撑物的湍流流动与传热特性。数值模拟采用重整化(RNG)κε双方程湍流模型;SIMPLEC算法进行压力和速度的耦合;壁面处理采用强化壁面处理法。分析了单元流道横截面流场和湍流强度的周期性变化;以及截面上流场和温度场的协同关系。比较了截面平均Nusselt数和平均协同角的对应变化趋势。结果表明;旋流片使流体在管束间做三维螺旋运动;破坏了流体流动的连续性和稳定性;增强湍流强度从而强化传热;同时改变了管束间流体的速度场与温度场分布;旋流片强化传热的根本机理是改善了两场的协同关系。

    基于知识及遗传退火混合算法的翅片管换热器管路优化方法
    吴志刚, 丁国良, 浦晖
    化工学报. 2007, 58(10):  2444-2449. 
    摘要 ( 547 )   PDF (2100KB) ( 323 )  
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    通过在现有方法中引入专业知识及模拟退火算法;提出了一种基于知识及遗传退火混合算法的换热器管路连接优化方法。以一个实际翅片管换热器为例;在满足实际制造工艺的约束条件下;以换热器换热能力最大为优化目标对提出的方法进行了验证。结果表明;基于知识及遗传退火混合算法得到的最优管路连接中;各支路均匀交叉分布于空气流中;且所含换热管数目相等;避免了流体在不同支路之间换热不平衡的问题;优化后得到换热器的换热能力比优化前提高22%;比单纯基于遗传算法的优化方法得到换热器的换热能力提高10.3%。

    空调工况下非共沸制冷剂在冷凝器内的传热窄点
    赵力, 朱禹, 王晓东, 韩建盛
    化工学报. 2007, 58(10):  2450-2454. 
    摘要 ( 674 )   PDF (923KB) ( 412 )  
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    为了揭示15种常用非共沸制冷剂在空调工况下冷凝器中的传热窄点特征;探明它们和换热流体间温差的沿程变化规律;以及如何防止传热窄点的产生;进行了相应的理论分析。首先;建立了制冷剂的冷凝换热模型;明确了冷凝过程中传热窄点产生的条件;并根据标准的空调工况确定了15种制冷剂的冷凝物性参数。然后;利用制冷剂状态方程得到冷凝过程中温度与焓值的对应关系;并分段计算了焓随温度的变化率;进而得到15种制冷剂冷凝过程中发生传热窄点现象的概率。最后;针对10种可能发生传热窄点现象的制冷剂给出了换热流体温差控制范围;为合理选择制冷剂和设计运行工况提供了一定的理论依据。

    内插旋流片的管内流动与换热的数值模拟
    王杨君, 邓先和
    化工学报. 2007, 58(10):  2455-2461. 
    摘要 ( 606 )   PDF (5353KB) ( 327 )  
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    通过数值模拟,详细考察了光管内间隔插有旋转角为270.°、旋流角为38.1°旋流片的速度场与热流场的分布特性及其相互间的协同,并对4种旋流片的场协同数进行了比较。结果表明,在同样Reynolds数下,根据场协同数的大小来排列的旋流片类型依次为270-38.1、180-38.1、270-20.3、180-20.3,且与传热性能高低排列是一致的。通过改善速度场与温度梯度场的协同程度是提高换热性能的一个有效手段,且内插旋流片能有效地改善速度场与温度梯度场的协同程度从而提高换热性能。

    利用3ω法同时测量纳米流体热导率和热扩散系数
    王照亮, 唐大伟, 郑兴华, 周乐平, 刘石
    化工学报. 2007, 58(10):  2462-2468. 
    摘要 ( 651 )   PDF (1465KB) ( 519 )  
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    提出了应用基于谐波探测技术的3ω法进行液体导热性能测量的方法。设计了3ω测试系统,测试了不同浓度和不同温度下纳米流体的热导率和热扩散系数,与文献中的测试结果进行了对比。实验中测试的热波信号较好地满足频域内的导热方程,说明采用交流电流加热可使流体的微对流作用得到有效减弱。采用基于多颗粒布朗运动的微对流(MSBW)模型预测了纳米流体的热导率。浓度比较低时TiO2+蒸馏水、Al2 O3+蒸馏水纳米颗粒流体的热导率随温度增加呈线性增大,并且与液体的Prandtl数有关,在测试温度为18~65℃范围内,水的热导率随温度升高以及纳米颗粒的布朗运动所引起周围基液的微对流作用是纳米流体强化传热的两个重要机理。

    多股流换热器设计的量纲1温差场均匀性优化因子
    吕岩岩, 崔国民, 郭佳, 李美玲
    化工学报. 2007, 58(10):  2469-2473. 
    摘要 ( 602 )   PDF (644KB) ( 216 )  
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    本文提出了多股流换热器无量纲温差场均匀性优化因子的概念,并且研究了该因子在多股流换热器通道排列上的应用。研究表明:无量纲温差场均匀性优化因子能够作为多股流换热器通道排列的一个有效的评价指标,并进而指导多股流换热器的设计。
    多相流和计算流体力学

    大涡模拟搅拌槽中的液相流动

    张艳红; 杨超; 毛在砂
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2474-2479. 
    摘要 ( 667 )   PDF (3394KB) ( 401 )  
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    采采用大涡模拟湍流模型对有档板的Rushton 桨搅拌槽进行了数值模拟研究。控制方程采用控制容积法进行离散,对流项用三阶QUICK格式,扩散项是二阶中心差分。压力速度耦合方程在交错网格上采用SIMPLE算法进行求解。小尺度流动的模化采用动力学(dynamic)亚格子模型。搅拌桨与档板之间的相互作用采用改进的内外迭代法进行处理。计算结果和文献值吻合得很好。
    底隙设置挡板内循环流化床水力特性分析
    韦朝海, 李磊
    化工学报. 2007, 58(10):  2480-2484. 
    摘要 ( 841 )   PDF (1078KB) ( 354 )  
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    针对流化床反应器中多相流体混合碰撞的复杂性、突变性的问题,以底隙设置十字形挡板反应器的水力特性改变为研究对象,采用电导法测定反应器内液体循环速度和混合时间等动力学数据及其变化,分析新型内构件的强化作用原理。研究结果发现,两相条件下,十字形挡板的设置使反应器的升流区及降流区的液体循环速度分别提高9.5%±1.0%和11.8%±1.0%,低流速时,液相混合时间变长,高流速时,混合时间反而短缩,变化范围在±5%,计算的摩擦阻力系数由4.13降低为2.75,证明了流体在反应器底部碰撞能量消耗的下降。通过全环路能量衡算得到液体循环速度模型计算参数的实验关联式,应用于三相条件,计算值与实验值误差在8%以内。表明在急剧湍流内循环流化床底部设置挡板所实现的流态有序、矢量归一的目标能有效改善反应器中流体的水力特性而使流体稳定,并进一步实现稳态运行条件下的节能。

    循环流化床锅炉一体化外置式换热器
    熊斌, 卢啸风, 刘汉周, 陈继辉
    化工学报. 2007, 58(10):  2485-2492. 
    摘要 ( 813 )   PDF (1856KB) ( 534 )  
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    大型循环流化床锅炉广泛采用各种形式的外置式换热器。传统的换热器只能实现换热器(EHE)和返料机构(loop seal)之间的物料流量的调节,此时进入EHE的物料将会全部顺次流过各个换热仓室,很难对外置床中的各种受热面的传热量进行单独调节。本文首次提出了一种全新的非机械阀式外置式换热器布置方式,通过控制流入各个换热仓室的固体物料流量,从而达到对各换热仓室中布置的受热面的换热情况进行单独调节。同时把EHE和loop seal结合在一起,保证向炉膛的返料。文中对这种一体化外置式换热器及其返料机构中的物料流动特性进行了冷态试验研究。试验结果表明,这种外置式换热器有很好的物料分流和流量控制特性。可以通过调节运行参数和结构参数来控制两个换热室、EHE和loop seal以及两个返料口之间的物料流量和比例。同时还得到了物料在换热室的流动特性。通过对可见输送分离高度的测量,提出了分配室和换热室相对隔板高度的设计方法。

    连续内环流三相反应器局部流动特性
    李红星, 黄海, 谷奎庆, 刘辉, 李建伟, 李成岳
    化工学报. 2007, 58(10):  2493-2499. 
    摘要 ( 625 )   PDF (2413KB) ( 881 )  
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    在φ200 mm×2500 mm连续内环流三相反应器内,考察了空气水玻璃珠体系反应器内局部流动参数随操作条件的变化规律。结果表明,导流筒内截面平均气含率随表观气速的增大而增大,较之气液两相流,在低固含率时,加入固体对气含率影响不明显,而在较高固含率下,气含率有明显降低,但固体再增加时对气含率变化影响不大。在较低表观气速下,进料浆速对导流筒内气含率轴向分布趋势有一定的影响,但在较高表观气速下影响不大,导流筒内的气含率大于环隙内的气含率且随气速增大差别更加明显,浆相连续有利于气相分散并增大环隙内的气含率。导流筒内循环浆速径向分布呈抛物状,中心高、近壁处低,受进料浆速和入口固含率影响都不大。浆相循环强度最低为20,高可达180。固含率轴、径向分布受表观气速和进料浆速的影响,固含率轴、径向分布基本均匀,随进料浆速增加,反应器内固含率降低。

    高密度聚乙烯等温结晶的流变行为
    廖华勇, 林渊, 范毓润
    化工学报. 2007, 58(10):  2500-2505. 
    摘要 ( 1025 )   PDF (1029KB) ( 501 )  
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    用旋转流变仪研究了高密度聚乙烯的等温结晶行为,发现结晶速率对夹具表面粗糙度存在依赖性,随着表面粗糙度的增加,结晶速率先增加后减小.粗糙度的增加增大了样品与夹具间的接触面积,减小了热阻,同时界面间可能积存的气泡使得界面热阻较大,都影响着结晶速率.对于相同表面粗糙度的铝、黄铜和不锈钢三种材质的夹具,相应的结晶速率排序为:铝最快,黄铜居中,不锈钢最慢.我们研究发现HDPE样品的结晶速率对夹具的表面能不敏感,而夹具的导热系数越大,热阻越小,结晶速率越大.
    催化、动力学与反应器
    固体碱催化剂用于油脂甲醇酯交换反应制备生物柴油
    颜姝丽, 鲁厚芳, 姜利寒, 梁斌
    化工学报. 2007, 58(10):  2506-2512. 
    摘要 ( 650 )   PDF (1177KB) ( 969 )  
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    固体碱催化剂用于酯交换反应制备生物柴油有易分离、流程简单的优点。通过金属氧化物活性筛选,发现氧化钙具有很好的酯交换反应活性。将乙酸钙溶液等体积浸渍负载于碱性载体MgO上,并煅烧得到了氧化钙负载量为16.5%(质量)的CaO/MgO混合氧化物催化剂,其在油脂甲醇酯交换反应制备生物柴油的过程中具有高的反应活性。在64.5℃、醇油比18∶1 、催化剂用量2%、反应3.5 h条件下,油脂转化率为92%,接近传统的液体强碱NaOH的催化能力。用XRD、AAS、XPS、CO2 -TPD等对制得的系列催化剂进行了表征,发现催化剂的碱强度对酯交换反应有着重要的影响。通过选择合适的载体、含钙前驱体和氧化钙负载量可以增加负载型氧化钙催化剂的强碱性位,提高催化剂的反应活性。

    001×7(732)阳离子交换树脂催化醋酸甲酯
    水解反应过程模拟与优化
    刘跃进, 朱福勇, 韩路长, 李毅斌, 谢中权, 李宗会, 刘永杰
    化工学报. 2007, 58(10):  2513-2518. 
    摘要 ( 645 )   PDF (1603KB) ( 640 )  
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    在充分搅拌和可忽略粒度影响条件下,测定了间歇搅拌反应釜中001×7(732)阳离子交换树脂催化醋酸甲酯水解反应动力学数据,建立了其拟均相与非均相反应动力学模型,进行了模型筛选和参数估值。结果表明,醋酸甲酯与水均吸附,表面反应为控制步骤的非均相反应动力学模型能较好地拟合实验数据,并满足统计检验。根据优选的反应动力学模型,对醋酸甲酯水解过程进行了模拟计算,考察了反应温度、树脂浓度、水酯摩尔比对水解过程的影响,得到的优化反应条件为:反应温度55℃、树脂浓度260 g·L-1、水酯摩尔比1.5∶1。此时反应90 min接近醋酸甲酯平衡水解率34.8%。

    负载途径对炭气凝胶载Pt催化剂性能的影响
    原鲜霞, 杜娟, 巢亚军, 马紫峰
    化工学报. 2007, 58(10):  2519-2523. 
    摘要 ( 566 )   PDF (1109KB) ( 264 )  
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    选择孔隙率高、孔隙尺寸小、比表面积大、电导率高、孔径大小及分布可控的新型炭材料炭气凝胶(CAs)为载体,通过在成品CAs表面负载和在CAs制备过程中同步负载两种途径制备了CAs负载的Pt催化剂,利用XRD、TEM、ICP及电化学循环伏安测试等手段对比讨论了负载途径对CAs载Pt催化剂物化性能及甲醇氧化催化活性的影响。结果表明,同步负载虽然可以简化制备工艺,但所制得的催化剂样品中催化活性组分Pt颗粒大、团聚严重、分散性差、负载量低,而且有许多Pt颗粒被包裹在CAs内部,因而导致了催化剂的有效利用率和催化性能降低。相反,通过在成品CAs表面负载的方法可以制得Pt颗粒小、分散均匀、实际负载量接近理论设计的高性能催化剂。

    温控型水-有机两相苯酚催化加氢反应
    项益智, 马磊, 卢春山, 张群峰, 王红, 李小年
    化工学报. 2007, 58(10):  2524-2529. 
    摘要 ( 587 )   PDF (720KB) ( 303 )  
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    根据反应物苯酚在室温下微溶于水,但是在反应温度下能与水互溶,而产物环己酮或环己醇微溶于水的特点,提出利用绿色溶剂水代替挥发性有机物,实现在水溶剂条件下的苯酚催化加氢反应。在反应过程中,反应速率不受传质限制,而且反应结束后可以通过简单的相分离技术实现产物与水的分离,分离得到的水可以循环使用,过程无废液排放,环境友好。更重要的是,由于催化剂在水相和在有机溶剂相中对反应物和产物具有不同的吸脱附性能,如Raney Ni催化剂在水相中比在醇类等有机溶剂相中具有更强的氢气吸附能力,这为提高催化加氢反应的活性和改变目标产物的选择性提供了一种有效的途径。

    过程系统工程

    一种DNA-NSGA-Ⅱ RBF网络非线性动态系统建模

    陶吉利; 王宁
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2530-2538. 
    摘要 ( 738 )   PDF (1992KB) ( 237 )  
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    基于DNA计算操作算子,提出了一种多目标非支配排序遗传算法,用于实现径向基函数(RBF)网络的优化设计。以RBF网络结构最简、拟合精度最高为优化指标,得到一组Pareto最优解,并根据测试数据的误差绝对值之和最小准则,从Pareto最优解集中筛选出最佳RBF网络。连续搅拌反应釜和pH中和过程建模仿真研究表明,该算法是一种有效的“黑箱”动态建模方法。

    基于目标函数瞬时值的反应器网络综合方法
    陈启石
    化工学报. 2007, 58(10):  2539-2542. 
    摘要 ( 478 )   PDF (423KB) ( 383 )  
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    反应器网络综合是化工过程集成的关键问题之一,但求解过程十分复杂。提出了目标函数瞬时值的概念,并研究了利用目标函数瞬时值曲线所对应的面积进行反应器网络综合的方法。以两个复杂反应为例说明了该方法的应用并和国内外文献进行了对比。从案例研究可以看出,本方法能够得到最优反应器网络,也避免了求解大规模的非线形最优化问题,也克服了可得区法维数的限制,具有几何直观的特点。
    表面与界面工程
    环氧富锌/氯化橡胶涂层体系腐蚀过程的电化学阻抗谱
    李玮, 曹京宜, 熊金平, 左禹
    化工学报. 2007, 58(10):  2543-2547. 
    摘要 ( 719 )   PDF (1042KB) ( 404 )  
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    采用环氧富锌作为底漆、氯化橡胶作为面漆,研究了涂层体系腐蚀过程中电化学阻抗谱(EIS)的变化。结果表明,腐蚀初期环氧富锌/氯化橡胶涂层体系中底漆的厚度比例与涂层的防护性能无关,而在腐蚀中后期,随底漆厚度比例适当增大,涂层自修复能力增强,离子等腐蚀介质在涂层中的传输速度得到显著延缓,涂层吸水率和孔隙率明显降低,涂层防护性能出现短时间升高。当环氧富锌底漆为涂层总厚度的2/3左右时,涂层体系的防护性能最好,而仅有底漆或面漆的体系则不具备良好的防护性能。
    生物化学工程与技术

    秸秆醋酸纤维素的制备

    张建兴; 陈洪章
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2548-2553. 
    摘要 ( 700 )   PDF (731KB) ( 949 )  
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    农作物秸秆是自然界中数量极大的可再生资源,本研究以农作物秸秆为反应原料,采用无污染蒸汽爆破技术活化预处理,然后进行乙酰化反应,通过溶剂萃取分离并制备出高附加值的醋酸纤维素。实验结果表明:秸秆汽爆后明显增加了反应活性,制备醋酸纤维素的适宜条件是123℃,2 h,催化剂用量为7%,汽爆秸秆中性洗涤剂处理后的乙酰化结果效果最好,不同汽爆秸秆中小麦秸秆乙酰化效果最佳,优化实验条件下,秸秆醋酸纤维素聚合度均在120以上,取代度2.80以上,并且用红外图谱、1H NMR进行了表征。与目前工业上采用α-纤维素含量较高的高级浆为反应原料相比,不仅原料和预处理成本大大降低,而且工艺流程简单。

    促肝细胞生长素冻干粉针剂的性状与结构

    尹双青; 姚日生; 刘鹏举
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2554-2557. 
    摘要 ( 788 )   PDF (587KB) ( 279 )  
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    借助X-衍射分析和显微成像研究促肝细胞生长素原药、辅料及冻干粉针剂的结构,结合对冻干制剂的含水量以及水溶解时限的测定,确定注射用促肝细胞生长素的合理冻干时间。结果表明,促肝细胞生长素原药和右旋糖酐溶液的冻干品为无定形结构,右旋糖酐不影响甘露醇的结晶,促肝细胞生长素多肽链干扰了甘露醇的结晶并使其晶型发生改变。当冷冻干燥时间低于30 h时,产品的组成是不均一的。因此,冻干粉针剂的结晶相由其中甘露醇的结晶构成,甘露醇的晶粒构成了粉针剂的骨架支撑材料,无定形的右旋糖酐是促肝细胞生长素的保护剂和分散剂,而形成性状良好的促肝细胞生长素冻干粉针剂所需冻干时间为36小时。
    贝那普利前体的制备
    Kafssi Hassan, 王涛, 王芳, 万平玉
    化工学报. 2007, 58(10):  2558-2560. 
    摘要 ( 806 )   PDF (249KB) ( 310 )  
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    本文采用两种过程制备盐酸贝那普利的前体[3-[(1-乙氧羰基-3-苯基丙基)-氨基]-2,3,4,5-四氢-2-氧代-1-H-1-苯并氮杂卓-1-乙酸叔丁酯(EPTAB),并优化了其制备条件。异构体的分离采用柱层析分离。产品结构采用IR和NMR表征。
    能源和环境工程

    水汽在燃煤PM2.5表面异质核化特性数值预测

    凡凤仙; 杨林军 ;袁竹林; 颜金培
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2561-2566. 
    摘要 ( 528 )   PDF (811KB) ( 367 )  
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    根据Fletcher经典异质核化理论建立数值实验平台,将水汽在不可溶微粒表面异质核化临界过饱和度模拟结果与文献中实验结果进行了对比,二者符合较好。在此基础上,结合燃煤PM2.5物化性质及实测的表面张力与接触角数据,数值预测了水汽及润湿剂溶液蒸气在燃煤PM2.5表面异质核化晶核形成自由能、临界晶核半径、成核速率、临界饱和度。结果表明,添加润湿剂能降低临界晶核形成自由能,减小临界晶核半径,使成核速率急剧增加,成核临界饱和度显著降低,极大地改善了水汽的核化凝结能力,但不同润湿剂的作用效果不同,所选用的5种润湿剂中,以SDS与Silanol w22效果最佳。

    煤粉密度对燃煤过程中颗粒物形成特性的影响[

    刘小伟;姚洪;蔡攸敏;于敦喜;周科;徐明厚
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2567-2572. 
    摘要 ( 541 )   PDF (1238KB) ( 482 )  
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    通过浮选实验先将典型烟煤分成高、中、低3个密度段,然后对3种不同密度原煤在沉降炉内进行热解和燃烧实验,研究原煤密度对颗粒物形成机理和特性的影响。实验采用低压撞击器(LPI)把颗粒物按不同粒径大小从0.03~10.0 μm共分13级,分别采集燃烧后的可吸入颗粒物。实验结果显示:低密度原煤对颗粒物形成的贡献最大,中密度次之,高密度最小,低密度原煤所含矿物质粒度最小,形成的焦的膨胀率、总孔体积和BET表面积最大,高密度原煤所含矿物质粒度最大,形成的焦的膨胀率、总孔体积和BET表面积最小,中密度原煤介于两者之间,3种密度原煤燃烧后形成的PM10颗粒物元素构成的相同点是:对于亚微米颗粒物,元素S+碱金属元素+其他元素>难熔元素,对于超微米颗粒物,难熔元素占80%以上,远远大于其他三类元素。

    臭氧强化电絮凝处理直接耐晒大红4BS模拟染料废水

    何志桥; 裘建平;宋爽; 陈建孟
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2573-2579. 
    摘要 ( 608 )   PDF (530KB) ( 432 )  
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    采用臭氧强化电絮凝法处理直接耐晒大红4BS模拟染料废水,研究了染料脱色的影响因素及其CODCr去除动力学。考察了电流密度、溶液初始pH 值、染料初始浓度、支持电解质浓度、反应温度和臭氧流量对臭氧强化电絮凝法处理4BS染料脱色效率的影响。结果表明,电流密度15 mA·cm-2,pH值10.0,4BS染料初始浓度100 mg·L-1,支持电解质浓度3000 mg·L-1,臭氧流量06 L·h-1,20 ℃下反应50 min后4BS脱色率达94%以上。CODCr去除符合拟二级动力学。

    基于不同三组分模型解析生物质热解过程
    胡松, Andreas Jess, 向军, 孙路石, 邱建荣, 徐明厚
    化工学报. 2007, 58(10):  2580-2586. 
    摘要 ( 508 )   PDF (1055KB) ( 362 )  
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    三组分模型(threepseudocomponent model)通常被用来表征生物质热解过程。传统三组分模型中单个模型的反应级数被限定为1或3。在本研究过程中,利用非线性最小二乘法,在不限定反应级数的前提下回归三组分模型动力学参数(活化能、指前因子、反应级数)。通过研究发现,纤维素(cellulose)分解反应级数接近1,与前人结果相一致。木质素(lignin)分解级数与生物质种类有关,接近于1或3。半纤维素(hemicellulose)的分解过程最复杂,其反应级数在1.5~4之间变化。以Ozawa方法计算得到的活化能作为相对标准,对3种三组分模型进行比较,发现反应级数未确定时的模型比其他两种模型更精确地表征生物质热解过程。

    缺氧胁迫影响硝化污泥活性的机理

    胡安辉; 郑平; 金仁村
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2587-2594. 
    摘要 ( 663 )   PDF (820KB) ( 172 )  
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    硝化过程是废水生物脱氮的关键环节。为了研究缺氧胁迫对硝化活性的影响及其机理,采用分批培养法分别测定了经0、12、24 h缺氧滞留处理的污泥硝化活性、过氧化氢酶活性和过氧化物酶活性,以及这些硝化污泥抗氧毒(过氧化氢)性能。经过12、24 h缺氧处理后,污泥平均比氨氧化活性分别从0.894 mg N·(g MLSS)-1·h-1降为0.453、0.387 mg N·(g MLSS)-1·h-1,下降了46.8%、49.8%,平均比亚硝酸氧化活性也从0.761 mg N·(g MLSS)-1·h-1降至0.485、0.459 mg N·(g MLSS)-1·h-1,下降了36.3%、39.7%。试验结果证明,缺氧胁迫可降低污泥硝化活性,缺氧胁迫时间越长,硝化活性降幅越大,缺氧胁迫对氨氧化的影响大于亚硝酸氧化。缺氧胁迫可抑制硝化污泥的抗氧化酶活性,POD、CAT活性分别下降了10%、17%(12 h)和24%、21%(24 h),缺氧胁迫时间越长,抗氧化酶活性越低。缺氧胁迫可削弱硝化细菌的抗氧毒能力,引起硝化活性降低。

    介质阻挡放电等离子体对茜素红溶液的降解

    雪晶;陈砺;王红林;胡蔚昱;黄芳敏
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2595-2600. 
    摘要 ( 721 )   PDF (802KB) ( 198 )  
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    利用介质阻挡放电等离子体法对染料茜素红溶液进行降解。考察了放电间距、输入电压及溶液pH值对茜素红降解效果的影响,并通过测定放电过程溶液中活性粒子O3的浓度,探讨了促使茜素红降解的主要因素。结果表明,高压电极与液面间距为8 mm、输入电压为8 kV时,降解效果较好。其中弱碱性环境下(pH=8.4)降解效果最好,40 min后茜素红浓度降为0.26 mg·L-1,在弱酸性环境(pH=5.8)中处理45 min后,茜素红浓度为1.61 mg·L-1,而在中性环境(pH=7.0)中降解效果较差,处理45 min后茜素红残留浓度为5.70 mg·L-1。溶液中的O3是推动氧化反应进行的主要因素。

    大港减渣及其超临界萃取残渣沥青质中的桥接链和烷基侧链分布
    张占纲, 郭绍辉, 闫光绪, 赵锁奇, 宋兰琪, 陈立波
    化工学报. 2007, 58(10):  2601-2607. 
    摘要 ( 704 )   PDF (595KB) ( 283 )  
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    利用钌离子催化氧化(RICO)方法研究了大港减渣庚烷沥青质和大港减渣超临界萃取(SFEF)残渣庚烷沥青质的化学组成和结构特征。结果表明,两种庚烷沥青质的芳香结构上都存在一定量的烷基侧链和桥接不同芳碳的聚亚甲基桥接链,烷基侧链碳数最大约为33,聚亚甲基桥最大碳数约为24,含量均随碳数的增加呈递减趋势,并存在不同程度的偶碳优势。SFEF残渣沥青质C25+烷基侧链比减渣沥青质少,但C16~C25的烷基侧链比减渣沥青质多,SFEF残渣沥青质的聚亚甲基桥接链含量比减渣沥青质少约25倍,这说明减渣沥青质中部分长链结构在SFEF过程中可能发生了热裂化反应。

    凝结式蒸汽干度测量方法与应用

    李世武;康芹
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2608-2612. 
    摘要 ( 584 )   PDF (650KB) ( 644 )  
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    依据能量守恒原理和凝结式蒸汽干度测量原理,研制了凝结式蒸汽干度测量装置,并对该装置进行了测量精度的定量分析,分析结果显示其干度测量精度可达到98%,并得出了提高该装置测量精度的内部测量部件的匹配模式,同时制定了该装置的现场安装方案,现场应用实验表明这一干度测量装置具有在线实时测量的实用性。

    螺旋升流式反应器系统较长泥龄时运行效果及其流态释因

    季铁军;罗固源;王丹云;许晓毅;朱亮
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2613-2618. 
    摘要 ( 650 )   PDF (949KB) ( 303 )  
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    结合螺旋升流式反应器(SUFR)的特性,通过对比试验分析SUFR系统在较长泥龄时(主要在32 d左右)营养物去除的工艺特点。试验结果表明,SUFR系统(θc=32 d)出水COD和TN分别小于40 mg·L-1﹑10 mg·L-1,SUFR系统(θc=32 d)除磷率随着泥龄的延长有一定的下降,但出水TP一直稳定在1 mg·L-1内, SUFR系统(θc=32 d)的SOUR值为10~18 mg·g-1·h-1。流态模拟结果表明,SUFR系统中单元反应器的推流流态容积利用率为63%。这说明SUFR系统反应器以活塞流为主要特征的流态特性有助于减轻较长泥龄对污水处理的负影响。该系统具有更宽的泥龄适宜范围。

    混合液回流比对A/A/O工艺反硝化除磷的影响

    徐伟锋;顾国维;张芳
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2619-2623. 
    摘要 ( 1129 )   PDF (944KB) ( 343 )  
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    以生活污水培养驯化污泥的小试规模A/A/O工艺为研究对象,进行了混合液回流比为100%、200%和300%时对反硝化除磷的影响研究,并利用厌氧/缺氧批式试验方法对污泥特性进行单独考察。结果表明,随着混合液回流比的增大,缺氧除磷在系统除磷所起的作用、反硝化聚磷菌缺氧利用单位聚羟基链烷酸(PHAs)的吸磷量和反硝化数量出现先升高后下降,厌氧合成单位PHAs的释磷量和好氧利用单位PHAs的吸磷量并没有受到影响,以200%时反硝化除磷和系统脱氮除磷效果为最好,过高或过低NO3-N浓度均会影响反硝化聚磷菌的缺氧吸磷速率和PHAs降解速率,但并没有影响其本身所固有的特性。

    木块填料对高浓度乙醇连续发酵过程中振荡行为的弱化机制

    陈令伟;葛旭萌;赵心清;陈丽杰;白凤武
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2624-2628. 
    摘要 ( 686 )   PDF (854KB) ( 147 )  
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    前期研究发现,添加木块填料可有效弱化管式反应器中的振荡行为,并推测其机理可能与酵母细胞的固定化、酵母细胞生长微环境的改变和管式反应器中稀释速率的改变三方面因素有关。本文实验证明了木块填料反应器的稀释率的改变不是导致振荡弱化的主要原因。进一步研究表明:一方面,与其他填料体系相比,木块填料体系不仅维持了较高的生物量浓度,而且维持了较高的细胞活性,从而具备了弱化振荡的前提条件;另一方面,与无填料体系培养出的酵母细胞相比,木块填料体系培养的酵母细胞具有较高的乙醇耐受性,从而弱化了乙醇浓度变化导致的发酵参数的大幅度波动。
    水蒸气对煤粉再燃还原NO的影响
    苟湘, 周俊虎, 周志军, 杨卫娟, 刘建忠, 岑可法
    化工学报. 2007, 58(10):  2629-2635. 
    摘要 ( 687 )   PDF (1386KB) ( 162 )  
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    在兖州烟煤煤粉再燃还原NO的固定床反应器试验中加入不同量的水蒸汽,研究了水蒸汽对煤粉再燃还原NO的影响。结果表明,水蒸汽的加入加快了煤粉再燃还原NO的速度,但单位质量煤粉的还原效果随水蒸汽量的增加而降低,原因是水蒸汽同时也加速了煤粉的燃尽。水蒸汽加快了CO和CO2生成速度以及O2消耗速度,在挥发分为主的反应阶段促进CO2的生成更明显,而在焦炭为主的反应阶段促进CO的生成更明显,但单位质量煤粉的CO2生成量和O2消耗量均降低、CO生成量增加。煤粉再燃的燃尽时间随水蒸汽量的增加而缩短,比如当水蒸汽量为2%时,燃尽时间缩短了25.9%,当水蒸汽量为4%时,燃尽时间缩短了47.8%。在再燃区加入一定量的水蒸汽,既能改善煤粉对NO的还原效果,又能提高煤粉的燃尽率。工程应用要根据煤质特点、主燃区NO浓度、再燃煤粉比例、再燃区过量空气系数、经济性评价等因素进行试验确定最佳水蒸汽量。

    双液相萃取棉籽油制备脂肪酸甲酯

    王本庭;钱俊峰;刘森;云志
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2636-2640. 
    摘要 ( 728 )   PDF (885KB) ( 592 )  
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    以双液相萃取技术处理棉籽,在得到脱毒棉粕的同时得到含有高质量毛油的非极性相。以非极性相作为与甲醇进行酯交换反应的原料,得到脂肪酸甲酯和甘油。考察了非极性相溶剂石油醚与棉籽油的比例对酯交换转化率和洗涤粗产品用水量的影响,确定了石油醚与棉籽油的最佳质量比为3,在此条件下,洗涤用水量可降低一半。考察了醇油比、催化剂用量、反应温度、反应时间等参数对转化率的影响。应用正交实验的方法找出酯交换反应的适宜条件为:醇油比6:1,催化剂用量1.1%,反应温度60℃,反应时间120min。在此反应条件下,产物中脂肪酸甲酯的含量可达97.4%。
    材料化学工程与纳米技术

    模板法制备二氧化硅纳米管及其表征

    郑斌;李元庆;朱路平;杨洋;付绍云
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2641-2646. 
    摘要 ( 857 )   PDF (1935KB) ( 793 )  
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    以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,D〖DK〗,L酒石酸铵为模板制备了高产率、尺寸均匀、大长径比的二氧化硅纳米管。借助透射电子显微(TEM)、扫描电子显微(SEM)、电子能谱(EDX)和X射线衍射(XRD)等分析方法对样品进行表征,探讨了二氧化硅纳米管的形成机理,并考察了实验条件对二氧化硅纳米管的产率和形貌等的影响。研究结果表明,静置时间、TEOS的滴加速率以及氨水用量对纳米管的形成有明显影响,而温度对纳米管形成的影响不明显。

    PS-PVA-CH塑料空心微球充D2

    张占文;李波;唐永健;陈素芬;冯建鸿;王朝阳;魏胜;袁玉萍
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2647-2651. 
    摘要 ( 645 )   PDF (644KB) ( 160 )  
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    研究了激光惯性约束聚变靶用PS-PVA-CH三层塑料空心微球采用热扩散法高温高压充氘气技术。实验研究表明,对于直径300 μm、PS壁厚5~7 μm、PVA壁厚3~5 μm、CH层厚4~6 μm的塑料微球,50℃充气的平衡时间为20~40 h,70℃的平衡时间为7~12 h,90℃的平衡时间为2~4 h。在室温25℃时,微球的气体渗透系数为(3.0~4.2)×10-19 mol·m-1·s-1·Pa-1,对应的保气半寿命为28~37 h。对于参数接近的微球,如果充气时间相同,充气外压与微球内压基本呈正比。当外压达到6.0 MPa时微球开始出现破损。

    溶胶-凝胶法制备镁掺杂的硅灰石化合物及其相形成机理与模型

    王焕平;张启龙;杨辉
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2652-2657. 
    摘要 ( 692 )   PDF (1284KB) ( 498 )  
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    以硝酸钙、硝酸镁、正硅酸乙酯为先驱体,利用溶胶凝胶法合成镁掺杂的硅灰石(Mg/CaSiO3)陶瓷粉体,研究了体系的溶胶凝胶机理、物相和微观形貌随煅烧温度的变化规律,建立了晶相形成与晶粒长大模型。结果表明:溶胶系统通过正硅酸乙酯的水解与聚合形成凝胶网络,钙离子与镁离子没有参与凝胶网络的形成而是均匀镶嵌在凝胶网络内,固定干凝胶的煅烧时间为1 h,当煅烧温度低于800℃时,主要发生硅氧硅键的断裂,晶相形成少,当煅烧温度高于900℃时,晶相大量生成,颗粒呈球状并因高的比表面能而产生团聚,粉体粒径随着煅烧温度的升高经历了先变小后增大的过程。

    双环戊二烯加压连续聚合制备高能量密度燃料

    张香文;姜凯;邹吉军;王莅;米镇涛
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2658-2663. 
    摘要 ( 783 )   PDF (454KB) ( 545 )  
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    为制备密度大于1 g·ml-1的高密度燃料母体化合物三环戊二烯(TCPD),研究了双环戊二烯(DCPD)的加压连续聚合反应。分析了聚合反应产物组成和反应途径,研究了反应条件的影响。与常压间歇反应相比,加压连续反应能极大地提高反应转化率和收率,优化产物组成,TCPD中挂式/桥式(exo/endo)比例大大提高,并生成新的产物exo-DCPD。反应途径分析表明,TCPD中exo/endo比例与exo-DCPD选择性呈线性正相关。研究发现,为维持反应进行压力应不低于1.2 MPa,增加温度能提高反应转化率,而TCPD最高收率出现在160℃,TCPD的exo/endo比例随温度增加而降低,反应转化率和收率随停留时间增加而增加,但转化速率降低,缩短停留时间有利于提高TCPD的exo/endo比例,浓度对反应影响不大。在较优条件下,endo-DCPD转化率达82.2%,TCPD收率达41.7%。

    聚乙二醇/二氧化硅定形相变材料的制备

    王维龙;杨晓西;方玉堂;丁静;杨建平
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2664-2668. 
    摘要 ( 632 )   PDF (1147KB) ( 866 )  
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    采用多孔二氧化硅(SiO2)、聚乙二醇(PEG)等研究一种定形无机有机复合相变材料的制备方法,并加入适当的促进剂和改性剂对复合材料进行了改性。利用多孔二氧化硅具有良好的吸附性能特点,将聚乙二醇相变材料吸附在二氧化硅微孔结构内,在毛细管力和表面张力的作用下,聚乙二醇在发生固液相变的时候很难从二氧化硅的微孔结构内渗透出来,从而解决了聚乙二醇在蓄热技术中应用时的液体流动问题。同时对相变材料进行了热性能分析,实验证明该复合相变材料具有形状稳定,导热率高,储热能力大等特点。

    亲水-疏水PVP-semi-IPN-PCL水凝胶的制备与溶胀性能

    易国斌;王永亮;康正;崔亦华;崔英德
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2669-2674. 
    摘要 ( 576 )   PDF (473KB) ( 321 )  
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    N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)在聚己内酯(PCL)的乙酸乙酯溶液中进行自由基聚合,制备了亲水-疏水性聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/聚己内酯(PCL)半互穿网络水凝胶(PVP-semi-IPN-PCL)。凝胶中PCL的熔融温度Tm无明显变化,而Tm吸热峰形状随PVP含量变化。凝胶平衡溶胀率(ESR)随PVP含量的升高而增大,结合水量的增大尤其显著。由于“笼蔽效应”,低浓度引发剂时,偶氮二异丁睛(AIBN)引发制备的凝胶ESR低于过氧化苯甲酰(BPO)引发剂。交联剂浓度较低时,以戊二醛交联形成凝胶的ESR较N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)交联形成的凝胶大。浓度较高时,戊二醛交联凝胶ESR较NMBA低。PVP含量(质量)分别为20%、40%、60%、80%时,凝胶溶胀动力学Fick模型中的n值分别为0.854、0.471、0.466、0.253,说明在合适的PVP含量时,凝胶的溶胀动力学符合Fick模型。

    新型过氧化物引发剂引发氯乙烯悬浮聚合动力学

    吕挺;单国荣;黄志明;翁志学
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2675-2679. 
    摘要 ( 617 )   PDF (409KB) ( 582 )  
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    研究了新型过氧化物引发剂过氧化新癸酸1,1二甲基-3-羟基丁基酯(Lup 610)在51.3与56.8℃以及过氧化新庚酸叔丁酯(Lup 701)和过氧化新戊酸叔己酯(HPV)在61.8℃单一引发剂引发氯乙烯悬浮聚合动力学,并采用模型计算结果绘制转化率时间曲线,取与实验数据符合最好的f值作为引发剂的引发效率,求得引发剂Lup 610在51.3与56.8℃的引发效率分别为0.80与0.75,引发剂Lup 701和HPV在61.8℃下的引发效率分别为0.55和0.50。研究了上述引发剂与过氧化二碳酸二(2-乙基己酯)、过氧化新癸酸叔丁酯在各温度下复合引发剂引发氯乙烯悬浮聚合的动力学,与模型值相比较,发现两者能很好吻合。

    现代化工技术

    立式捏合机捏合间隙影响CFD分析

    易朋兴;胡友民;崔峰;杜润生;杨叔子
    CIESC Journal. 2007, 58(10):  2680-2684. 
    摘要 ( 902 )   PDF (1025KB) ( 334 )  
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    本文利用计算流体力学(CFD)方法研究捏合间隙对立式捏合机混合性能的影响。首先,根据立式捏合机搅拌桨叶运动特点以及被混物料的流变特性,进行立式捏合机混合流场数值模拟。其次,确定立式捏合机混合性能宏观评价指标。最后,分析了捏合间隙的变化对混合性能评价指标的影响。分析结果表明:间隙越小,立式捏合机的混合性能越好;当空心桨叶两侧的捏合间隙大小相等时,立式捏合机的功耗最小。