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2012年 第63卷 第3期 刊出日期:2012-03-05
    综述与专论
    离子液体热物理性质与相行为预测的基团贡献法
    熊焰,丁靖,虞大红,彭昌军,刘洪来
    化工学报. 2012, 63(3):  667-676.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.001
    摘要 ( 3076 )   PDF (478KB) ( 1077 )  
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    离子液体(ILs)由于其优越的性能目前已成为多个领域的研究热点,但热力学基础数据的缺乏是其应用的障碍之一,除实验测定外,基团贡献法也为设计和筛选ILs提供了重要的性质预测方法。概述了预测纯ILs的熔点、黏度、密度、热容、电导率、声速、生态毒性、界面性质、临界性质、传递性质等一系列热物理性质的基团贡献方法,同时对含有ILs混合体系相行为的基团贡献估算模型进行了评述,展望了基团贡献法今后需进一步努力的方向。
    木质纤维素新型预处理与顽抗特性
    崔美1,黄仁亮2,苏荣欣2,齐崴2,张毅民1,何志敏2
    化工学报. 2012, 63(3):  677-687.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.002
    摘要 ( 2801 )   PDF (1108KB) ( 1572 )  
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    木质纤维素是地球上最丰富的可再生生物质资源,其中纤维类多糖的酶催化降解是木质纤维素生物精炼的关键环节之一。对木质纤维素进行预处理,破坏底物的顽抗特性,是实现木质纤维素高效酶解糖化的必要途径。为此,各国学者围绕预处理技术开发以及底物顽抗特性开展了大量研究,本文对近几年来在这两方面取得的最新成果进行了综述和分析。在预处理方面,重点介绍了组合预处理、低温预处理、绿色溶剂与电化学预处理4类新型预处理技术,并对预处理效果与技术优势进行了评价;在底物顽抗特性方面,综述了木质素、结晶度、酶可及度等不同顽抗特性对纤维素酶解的影响规律,重点总结了近年来顽抗特性研究方面的新方法、新认识与新理解。上述研究成果有助于了解当前木质纤维素预处理研究的导向以及明确制约纤维素酶解的关键因素,为设计和筛选适宜的预处理方式、深刻理解纤维素酶解机制提供基础和指导。
    热力学
    二甲基硫醚-吡啶-N,N-二甲基乙酰胺体系汽液平衡关联和预测
    高大明1,2,张俊龙1,朱德春1,2,张慧1,陈红1,孙虹1,2,施建军1,2
    化工学报. 2012, 63(3):  688-697.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.003
    摘要 ( 2332 )   PDF (471KB) ( 752 )  
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    在101.325 kPa下用沸点仪测定了二甲基硫醚-吡啶、二甲基硫醚-N,N-二甲基乙酰胺、吡啶-N,N-二甲基乙酰胺3个二元体系以及二甲基硫醚-吡啶-N,N-二甲基乙酰胺三元体系不同液相组成时的汽液平衡数据,3个二元体系活度因子分别用Wilson、NRTL、Margules、van Laar和UNIQUAC模型进行关联,用最小二乘法求出了它们的液相活度因子模型参数,用这些模型参数计算它们的汽相组成。根据过量Gibbs自由能函数,采用间接法由Tpx预测了3个二元系的汽相平衡组成。用所得的液相活度因子计算3个二元体系的过量Gibbs自由能。3个二元体系的Wilson、NRTL、Margules、van Laar和UNIQUAC模型参数分别对所测的三元体系数据进行关联,建立该系统汽液平衡的热力学模型并计算平衡时的汽相组成和泡点温度。分别由Herington法和McDermott-Ellis法对3个二元体系和三元体系进行热力学一致性检验,结果表明这些相平衡数据满足热力学一致性。
    流体力学与传递现象
    基于颗粒尺度的离散颗粒传热模型
    卜昌盛,陈晓平,刘道银,段钰锋
    化工学报. 2012, 63(3):  698-704.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.004
    摘要 ( 2413 )   PDF (858KB) ( 709 )  
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    颗粒间传热在诸多工业过程中有着十分重要的作用。详细考虑颗粒间传热机理,对颗粒间各传热途径建模,包括颗粒内部导热、颗粒粗糙表面传热、颗粒表面气膜及接触颗粒间隙气膜传热,并与离散颗粒模型(DEM)耦合,建立颗粒尺度下离散颗粒传热模型。以固定床为对象,考察颗粒粒径、颗粒比热容、颗粒热导率及压缩负载对固定床有效传热系数的影响,并将本文计算值和文献的实验值及模型预测值对比,结果表明,该模型可定量预测固定床有效传热系数。本文建立的离散颗粒传热模型为合理预测颗粒体系内的传热提供了一种有效方法。
    两段炉内的压降以及速度分布
    金渭龙,王亦飞,苏攀,彭康,郭庆华
    化工学报. 2012, 63(3):  705-712.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.005
    摘要 ( 1846 )   PDF (477KB) ( 446 )  
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    化学热回收两段组合式气化炉有效地提高了高温合成气的显热回收。为进一步了解该新型两段炉内气体的流动规律,在自行搭建的冷模实验装置上,考察了该组合式两段炉内的二段床层压降以及速度分布情况。研究表明,采用Montiller经验公式能够准确预测二段固定床的床层压降,当气体达到二段床层表面时,将产生一个冲击区。拟合得到单喷嘴顶喷的轴向速度衰减公式以及四喷嘴撞击后的向下径向射流速度衰减公式。轴向速度的径向分布中,中心气速最大并且衰减最快,采用四喷嘴对喷的形式达到管流区所需的轴向距离较单喷嘴顶喷小1.8D
    扭曲椭圆管换热的壳程强化传热特性
    谭祥辉,孙赫,张立振,朱冬生
    化工学报. 2012, 63(3):  713-720.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.006
    摘要 ( 2763 )   PDF (555KB) ( 686 )  
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    通过搭建扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能测试平台,对扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能进行了实验测试,以实验数据为基础对前人得到的壳程传热与压降性能计算准则关系式的应用范围进行了分析,同时拟合得到了测试用扭曲椭圆管换热器壳程传热与压降性能计算准则关系式,设计了与测试扭曲椭圆管换热器结构类似的折流板换热器以及折流杆换热器,采用相关计算方法对换热器的传热与压降性能进行了计算和比较,并分析了3台换热器的综合性能,结果显示扭曲椭圆管换热器传热效果好、压降低,具有很好的工业应用前景。
    三分螺旋折流板换热器水-水传热壳侧综合性能
    董聪,陈亚平,吴嘉峰,操瑞兵,盛艳军,倪明龙
    化工学报. 2012, 63(3):  721-727.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.007
    摘要 ( 2478 )   PDF (1280KB) ( 744 )  
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    对倾斜角为10°、15°和20°的扇形折流板,倾斜角为15°的椭圆折流板和倾斜角为20°的轴向搭接扇形折流板三分螺旋折流板换热器以及弓形折流板换热器的传热特性和压降性能进行了测试试验研究,其中螺旋折流板全部采用分区布管结构,有48根管子,而弓形折流板换热器有49根管子。试验数据分析采用轴向Reynolds数Rez,o作为自变量,壳侧Nusselt数Nuo、轴向Euler数Euz,o等参数作为因变量,并采用Nuo/Euz,o量纲1组合数作为综合性能指标。在试验范围内,20°s方案的综合性能指标最高,比弓形折流板换热器方案平均提高69.8%;倾斜角最小的10°s方案的综合性能低于弓形折流板换热器方案;轴向搭接折流板换热器方案的综合性能低于相同倾斜角外圈连接折流板换热器方案,而椭圆折流板方案的综合性能低于相同倾斜角的扇形折流板方案。
    内置转子套管式换热器强化传热实验
    张震,丁玉梅,阎华,杨卫民
    化工学报. 2012, 63(3):  728-732.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.008
    摘要 ( 2832 )   PDF (540KB) ( 904 )  
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    概述了转子组合式强化传热装置的强化传热和自清洁原理,通过实验研究了内置螺旋叶片转子及叶片间断型转子换热管的传热和阻力特性。实验结果表明,在相同的Re条件下,内置螺旋叶片转子换热管管内的Nusselt数高于内置叶片间断型转子换热管,阻力系数低于内置叶片间断型转子换热管,同时PEC值明显高于叶片间断型转子的PEC值,说明内置螺旋叶片转子换热管的综合性能优于叶片间断型转子。
    CuO/R141b纳米制冷剂在管内的流动沸腾传热特性
    孙斌,钱铮
    化工学报. 2012, 63(3):  733-739.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.009
    摘要 ( 3146 )   PDF (623KB) ( 594 )  
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    实验研究了CuO/R141b纳米制冷剂在水平管内的流动沸腾传热特性。为了验证实验的可靠性,将纯HCFC141b流动沸腾传热的实验结果与陈民公式进行了比较,计算值与实验值绝对平均误差为7. 4%,达到实验精度要求。实验工况:质量流率为100~350 kg·m-2·s-1,干度为0.3~0.8,实验段为长1400 mm、内径10 mm、壁厚1 mm的紫铜管。分别研究了不同纳米颗粒质量分数、不同干度、不同流量的传热系数。结果表明:质量流率在120 kg·m-2·s-1下,CuO纳米颗粒质量分数为0.1%、0.2%和0.3%时,传热系数分别平均提高了7%、10.4%、16.6%。添加纳米颗粒,强化了管内流动沸腾换热,并且其强化程度与流量、干度和颗粒浓度有关。
    水平蒸发管管间相邻液柱分离间距测量
    吕凯,王小飞,张颖,何茂刚
    化工学报. 2012, 63(3):  740-745.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.010
    摘要 ( 1876 )   PDF (539KB) ( 445 )  
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    采用可视化方法对水、乙二醇、水/乙二醇混合物在8种液体分布装置开孔规格下的管间相邻液柱分离间距进行了实验测量,得到了分离间距随流量、管间距、管外表面结构和开孔规格的变化规律。随着Reynolds数增加,分离间距呈减小趋势;随着管间距增大,分离间距先增大后趋于稳定值。管外表面结构和工质热物性共同影响分离间距。在开孔孔径一定的条件下,开孔间距逐步增大,分离间距随之增大;在孔间距一定的条件下,开孔孔径逐步增大,分离间距随之减小。
    纵向涡发生器在管翅式换热器中的应用及优化
    何雅玲,楚攀,谢涛
    化工学报. 2012, 63(3):  746-760.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.011
    摘要 ( 2721 )   PDF (3007KB) ( 768 )  
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    纵向涡发生器能够在较大幅度提升换热器换热能力的同时,较小幅度地增加其流动阻力。利用三维数值模拟的方法,详细分析和研究了纵向涡发生器对管翅式换热器传热流动的影响;并对纵向涡发生器的关键参数(攻角,数目,摆放位置)进行了优化。结果表明:纵向涡发生器的攻角为15°,采用3对矩形小翼时,管翅式换热器的空气侧换热能力的提升幅度超过了其流动阻力增加的幅度,与未采用强化措施的换热器相比,其空气侧传热系数提升了71.3%~87.6%,相应的流动阻力增加了54.4%~72%;空气侧的换热能力随着纵向涡发生器数目的增加而逐渐变大,但空气侧的局部换热能力在第5根换热管之后几乎不受涡发生器数目的影响;与纵向涡发生器的顺排布置相比,纵向涡发生器以交错叉排的方式布置时,可以在保证强化换热水平的同时,进一步减小换热器流道内的流动阻力。
    分流板结构对微通道平行流蒸发器性能的影响
    刘巍,朱春玲
    化工学报. 2012, 63(3):  761-766.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.012
    摘要 ( 2469 )   PDF (535KB) ( 947 )  
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    试验研究了仅改变微通道平行流蒸发器内第一个分流板上的开孔数量和位置时,蒸发器的流动和换热性能的变化规律。结果表明:分流板的开孔数量和位置对蒸发器的流动和换热性能影响很大。合理布置分流板的结构,可以改善蒸发器内的流量分配,从而提高蒸发器的制冷能力,同时压降也会上升,且上升幅度大于制冷量的增加幅度。分流板上的总开孔面积一定时,开孔数量和位置的变化对蒸发器的内部阻力系数没有影响。分流板上的开孔数量太少及开孔位置偏离中心都不利于流量的均匀分配。分流相对均匀的第一个分流板的结构是:开孔数量是扁管数量的一半,开孔位置与相邻两扁管的投影等距。
      静态混合器中液液分散的实验及CFD模拟
    王修纲,郭瓦力,吴剑华
    化工学报. 2012, 63(3):  767-774.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.02.013
    摘要 ( 2195 )   PDF (2651KB) ( 1165 )  
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    在SK型静态混合器上进行甲苯-水两相混合实验,采用截面直接拍摄法获得分散混合性能指标Sauter平均直径(SMD)。利用Box-Behnken响应面分析设计实验,在Design Expert 7.0平台上拟合实验数据,获得SMD的多项式形式的表达式。建立了与实验相同的静态混合器物理模型,使用Mixture多相流模型、k-ε湍流模型进行了CFD模拟研究,获得了浓度场云图及分布混合指标不均匀系数。模拟所得压降与实验值的相对误差在15%以内,表明模拟结果与实验结果吻合较好。结果表明,静态混合器中液液分散过程是分散混合和分布混合共同作用的结果,两种混合经过6~8个混合单元后共同达到充分发展。充分发展后的SMD受表观流速、分散相分率和静态混合器直径三因素影响,且表观流速的影响最为显著;充分发展后的不均匀系数均达0.05以下,表明静态混合器自身具有较好的分布混合性能。
    泡沫夹芯结构板泡沫壁流道内的流动特性
    雷波1,周持兴1,俞炜1,张羽2,周华2,王健2
    化工学报. 2012, 63(3):  775-780.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.014
    摘要 ( 1934 )   PDF (788KB) ( 593 )  
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    沟槽型真空辅助树脂传递模塑成型工艺(VARTM)是一种新型的泡沫夹芯结构板成型方法,利用实验探明了泡沫夹芯结构板芯材上不可渗泡沫壁流道内的流动行为。实验结果表明,液体在泡沫壁流道的流动能力大幅降低,只有光滑壁流道的60%左右,泡沫壁流道的粗糙内表面是造成这种现象的主要原因。提出了相应的压力驱动流动方程,并采用等效渗透率来表征液体在泡沫壁流道内的流动能力,得到了考虑粗糙表面影响的等效渗透率计算公式,提出了一个正确计算不可渗泡沫壁流道内流动的处理方法。
    基于“平面前锋”启动模型的计量用钠热管启动特性
    焦永刚,夏国栋,周明正,王伟
    化工学报. 2012, 63(3):  781-787.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.015
    摘要 ( 1777 )   PDF (420KB) ( 859 )  
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    通过平面前锋启动模型分析了计量用钠热管的启动特性。介绍了计量用钠热管的结构和特点,建立了计量用钠热管的平面前锋启动模型。以输入功率1000 W为例,计算分析了热管启动过程中轴向的温度分布,通过与文献值的比较,说明平面前锋启动模型是适用于计量用高温热管的。并利用平面前锋启动模型分析了计量用钠热管的转折点温度以及不同输入功率情况下热管的启动时间;蒸气通道直径为100 mm时,蒸气密度为0.31×10-4kg·m-3,相应的转变温度为628.2 K;在输入功率分别为800、1000、1200 W时,计量用钠热管的热区移动300 mm的时间分别是1200、919、681 s。对于计量用钠热管,管径大且长度短,所以启动较容易,一般不考虑热管的工作极限。
    耦合燃烧室的焦炉炭化室内热过程的数值分析
    金珂1,冯妍卉1,张欣欣1,林蔚1,张长青2,杨俊峰2,马小波2
    化工学报. 2012, 63(3):  788-795.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.016
    摘要 ( 2622 )   PDF (2502KB) ( 589 )  
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    基于焦炉炼焦的流动、燃烧和传热过程,以质量守恒、能量守恒和动量守恒定律为基础,建立了焦炉燃烧室-炭化室耦合的三维非稳态数理模型,开展了数值模拟,将焦饼中心温度计算值与测量值进行了对比,进一步比较了3种不同水分蒸发模型的计算结果,分析了装炉煤水分含量、初始温度以及堆密度等工艺参数和操作参数对结焦时间的影响。研究结果表明,所建立的燃烧室-炭化室耦合模型能够较好地模拟焦饼的加热过程,并反映焦饼加热的高向均匀性,同时采用煤预热技术、煤调湿技术、煤料密实工艺可以很好地提高生产效率,为焦炉生产实际提供理论指导依据。
    基于独立分量分析和RBF神经网络的气液两相流流型识别
    周云龙,顾杨杨
    化工学报. 2012, 63(3):  796-799.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.017
    摘要 ( 1659 )   PDF (357KB) ( 821 )  
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    微纳米颗粒受自然对流影响运动沉积特性
    李琪,戴传山
    化工学报. 2012, 63(3):  800-805.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.018
    摘要 ( 2464 )   PDF (2826KB) ( 973 )  
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    基于两相流流型的平行流冷凝器整体仿真模型与实验验证
    胡浩茫1,陈焕新1,王彦忠1,谢军龙1,邓家生2,周阿龙1
    化工学报. 2012, 63(3):  806-811.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.019
    摘要 ( 2192 )   PDF (653KB) ( 901 )  
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    催化、动力学与反应器
    酸性离子液体催化苯胺和二氧化碳合成二苯基脲
    姚素杰,赵新强,安华良,王延吉
    化工学报. 2012, 63(3):  812-818.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.020
    摘要 ( 3191 )   PDF (450KB) ( 719 )  
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    以苯胺和二氧化碳为原料催化合成二苯基脲是一条绿色工艺路线,重点对Lewis酸类离子液体催化该反应性能进行了研究。考察了一系列碱性和Lewis酸性催化剂的催化性能,以及溶剂对该反应的影响,结果表明,以无水AlCl3为催化剂和乙腈为溶剂组成的反应体系效果较好。以氯铝酸类离子液体为催化剂兼溶剂,考察了离子液体阴阳离子、CO2初始压力、反应时间、反应温度以及催化剂用量等因素对二苯基脲合成反应的影响。结果表明,以[Bmim]Cl-AlCl3离子液体为催化剂兼溶剂,在CO2初始压力为1 MPa、反应时间为7 h、反应温度为160℃、AlCl3/苯胺质量比为1∶1的条件下,苯胺的转化率、二苯基脲的收率及选择性分别为18.1%、17.9%和98.9%。此外,提出了[Bmim]Cl-AlCl3离子液体催化苯胺和二氧化碳的反应机理。
    完全液相法催化剂上甲醇脱水合成二甲醚的动力学及DFT研究
    胡建水, 王程俊, 刘雷, 左志军, 黄伟, 谢克昌
    化工学报. 2012, 63(3):  819-825.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.021
    摘要 ( 2476 )   PDF (1504KB) ( 766 )  
    相关文章 | 多维度评价
    采用完全液相法制备AlOOH催化剂并进行了浆态床反应器中甲醇脱水制备二甲醚的反应动力学和DFT的研究。在3种甲醇脱水制备二甲醚的反应机理中,以表面反应即两个同时吸附的甲醇反应生成二甲醚作为速控步骤,所建立动力学模型的计算值和实验值吻合较好。采用DFT计算了液体石蜡环境中AlOOH(100)面的脱水反应,其反应过程和活化能结果与动力学模型结果基本一致,进一步表明采用该模型可以合理描述完全液相法制备的AlOOH催化剂表面甲醇脱水反应过程。
    离子液体超声-微波协同制取洋葱精油
    曹红1,段海燕1,李春1,2,辛娜1,李军1,李炳奇1
    化工学报. 2012, 63(3):  826-833.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.022
    摘要 ( 3342 )   PDF (546KB) ( 726 )  
    相关文章 | 多维度评价
    以离子液体[BMIM〖DK〗]PF6作为生物催化介质,结果显示洋葱蒜氨酸酶在含25%[BMIM]PF6催化体系中的活性比在纯缓冲液介质中明显要高,对高温变性作用的抵抗能力也相应增强,但若离子液体浓度过高会对酶催化作用的发挥产生阻碍。以洋葱蒜氨酸为底物,测得离子液体[BMIM]PF6/缓冲液两相体系中蒜氨酸酶的米氏常数为0.591 mmol·L-1,最大反应速率为0.316 mmol·L-1·min-1Vmax/Km约为缓冲液单相体系中的两倍。实验还尝试发挥疏水性离子液体[BMIM]PF6作为生物催化介质和萃取剂的双重功能,并将其与超声-微波协同萃取技术相结合应用于洋葱精油制取的酶解和萃取过程,明显提高了酶解效率和精油得率,将制得的精油经GC-MS分析,共鉴定出22种物质,其中19种为含硫化合物。
    分离工程
    磁性交联壳聚糖对水溶液中铀(Ⅵ)离子的吸附行为
    黄国林1,陈中胜1,梁喜珍1,SHI Jeffrey2
    化工学报. 2012, 63(3):  834-840.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.023
    摘要 ( 1804 )   PDF (1052KB) ( 864 )  
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    采用纳米Fe3O4作为磁流体包埋、戊二醛和硫脲进行交联壳聚糖,制备磁性交联壳聚糖(TTG-MCTS)。红外光谱(FTIR)和X射线能谱(EDS)分析结果表明,壳聚糖改性后,吸附能力得到提高,铀(Ⅵ)成功地被吸附在TTG-MCTS上。系统研究了溶液pH值、铀(Ⅵ)初始浓度及振荡时间对吸附容量的影响,继而得到最佳工艺条件。吸附过程用Langmuir等温式拟合优于用Freundlich等温式,最大吸附容量为161.3 mg·g-1。较之拟一级动力学模型,拟二级动力学模型能更好地拟合实验数据。
    过程系统工程
    一种改进的知识进化算法及其在化工动态优化中的应用
    彭鑫,祁荣宾,杜文莉,钱锋
    化工学报. 2012, 63(3):  841-850.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.024
    摘要 ( 1961 )   PDF (984KB) ( 585 )  
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    智能优化算法在动态优化问题的求解中,一方面可以一定的概率收敛到全局最优,避免局部极值而得到了广泛应用;但另一方面,基于随机机制的仿生智能算法也面临收敛速度慢、寻优效率较低的瓶颈,限制了其工业实时应用的场合。为此,从提高智能优化算法在动态优化问题的求解效率出发,提出了一种改进的基于知识引导的进化算法结构,主要包括候选控制策略-时域与控制域的离散策略、知识库空间的进化、知识引导的种群进化。该算法分别在批式反应器等4个典型化工动态优化问题上进行了仿真验证,计算结果表明,该方法能够以较小的种群规模通过知识的引导,以较少的计算代价找到较好的全局解,有效提高了算法的收敛效率。
    芳烃抽提过程多目标优化
    陈博,廖祖维,王靖岱,俞欢军,阳永荣
    化工学报. 2012, 63(3):  851-859.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.025
    摘要 ( 2077 )   PDF (3426KB) ( 468 )  
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    芳烃抽提是芳烃生产过程的重要环节,其生产调优对提高整个芳烃联合装置的效益具有重要意义。基于流程模拟及响应面分析方法,得到了芳烃抽提过程的产品纯度模型及能耗模型。建立了以产品纯度最大化及过程能耗最小化的多目标优化模型。提出了一种改进的自适应加权求和算法,并用于多目标优化模型的求解。求解结果表明新算法在Pareto最优解分布的均匀性上与原算法相当,但求解效率要高于原算法。给出了不同产品等级下的最佳操作参数,采用优化后的操作参数可有效地提高产品纯度并降低过程能耗。提出的多目标优化模型及求解算法用于芳烃抽提过程的操作调优,可有效地提高决策的准确性。
    一种新的电容层析成像电极组合激励测量模式
    张立峰1,王化祥2
    化工学报. 2012, 63(3):  860-865.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.026
    摘要 ( 1631 )   PDF (1109KB) ( 700 )  
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    电容层析成像图像重建为非线性不适定反问题,其敏感场分布不均匀,可获得的测量数据有限,中心处物体的成像效果不佳。增加电极数目,可获得更多的电容测量数据,减小其不定性,同时改善敏感场分布。但同时导致电容测量值变小,测量精度下降。在保证电容测量精度的前提下,提出了24电极组合式电容层析成像传感器结构,研究了两种激励测量方案,并与传统12电极电容层析成像传感器进行了对比分析,包括电容测量值的大小及其动态测量范围、灵敏场分布的均匀性以及不同流型下的重建图像。仿真结果表明,与12电极电容层析成像传感器相比,采用24电极组合式电容层析成像传感器,其电容测量值大,可较好地保证测量精度,其灵敏度分布更加均匀,对中心处物体的成像质量明显提高。
    免疫PSO_WLSSVM最优聚丙烯熔融指数预报
    蒋华琴, 刘兴高
    化工学报. 2012, 63(3):  866-872.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.027
    摘要 ( 1927 )   PDF (635KB) ( 635 )  
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    熔融指数(MI)是聚丙烯生产的重要指标,建立可靠的熔融指数预报模型非常重要。针对标准粒子群算法(PSO)在迭代过程中易出现粒子过早收敛而陷入局部最优的缺陷,通过引入免疫系统的抗体选择机制,构造了一种基于免疫机制的免疫粒子群优化算法(ICPSO),来保持更新粒子的多样性,从而克服标准粒子群算法过早收敛的缺陷;然后利用ICPSO方法对鲁棒最小二乘支持向量机预报模型(WLSSVM)进行参数寻优,得到最优的ICPSO_WLSSVM预报模型。以实际聚丙烯生产的熔融指数预报作为实例进行研究,结果表明所提出的ICPSO_WLSSVM模型的有效性和良好的预报精度。
    基于距离空间统计量分析的多模态过程无监督故障检测
    马贺贺,胡益,侍洪波
    化工学报. 2012, 63(3):  873-880.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.028
    摘要 ( 1913 )   PDF (2989KB) ( 635 )  
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    工业过程往往运行于多个生产模态,针对多模态过程数据的空间分布特点,提出了一种新的基于样本距离空间统计量分析的故障检测方法(DSSA)。首先用每一个样本与其训练集样本中的邻居之间的k个最近邻距离之差来表示该样本,将样本从原始变量空间映射到对应的距离空间中。然后在距离空间中通过移动窗口的方式计算各阶统计量,最后对由各阶统计量组成的统计量样本进行主元分析(PCA)。将DSSA方法、PCA方法以及另一种基于k近邻规则的多模态故障检测方法(FD-kNN)应用于TE过程中,仿真结果表明DSSA方法对多模态故障检测更为有效。
    先进控制条件下化工过程操作裕量与控制性能分析
    许锋,罗雄麟
    化工学报. 2012, 63(3):  881-886.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.029
    摘要 ( 2281 )   PDF (360KB) ( 484 )  
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    生物化学工程与技术
    产磷脂酶菌株的筛选鉴定及其应用
    姜芳燕1,王金梅2,戴大章1,李春1,2
    化工学报. 2012, 63(3):  887-893.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.030
    摘要 ( 2288 )   PDF (562KB) ( 716 )  
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    采用磷脂平板初筛和摇瓶复筛,从富油土样中筛选得到一株产磷脂酶菌株BIT-18。经菌株形态特征、生理生化特征及16S rRNA序列分析,鉴定其为荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)。以磷脂标准品(1-棕榈酰-2-油酰-Sn-甘油-3-磷脂酰胆碱)为底物,通过气相色谱分析反应产物的脂肪酸成分,定性鉴定P.fluorescens BIT-18表达的磷脂酶为B型磷脂酶。该酶为低温酶,最适温度和pH值分别为25℃和6.5,低浓度的金属离子有利于其酶促反应进行。以磷脂酶B为催化剂在自制间歇式反应器中对大豆油进行酶法脱胶,在加酶量500 U·kg-1,加水量2%,温度40℃,pH 4.7的条件下反应6 h,脱胶油磷含量由90.1 mg·kg-1降至4.6 mg·kg-1,脱胶率高达94.9%,显示出良好的应用前景。
    能源和环境工程
      燃煤电厂CO2捕集与咸水层封存全过程经济性模型
    王宝群,李会泉,包炜军
    化工学报. 2012, 63(3):  894-903.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.031
    摘要 ( 1399 )   PDF (772KB) ( 574 )  
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    碳捕集与封存技术(即CCS技术)通过对CO2进行捕集、压缩、运输与封存,可实现CO2大规模减排,近年来受到广泛关注。CCS技术的经济成本是其商业化的关键因素,但目前多数研究都集中在捕集过程,CCS全过程的经济成本分析鲜见报道。针对CO2捕集与咸水层封存系统,给出了捕集封存全过程投资运行总成本和捕集封存整体系统CO2减排成本的计算公式,建立了CO2捕集、压缩、管道运输与咸水层封存全过程的成本估算模型,并对典型的600 MW超临界燃煤电厂捕集封存CO2的投资运行成本和减排成本进行了案例研究。
    化学链燃烧铁基载氧体还原反应积炭趋势
    玄伟伟,张建胜
    化工学报. 2012, 63(3):  904-909.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.032
    摘要 ( 2126 )   PDF (1158KB) ( 719 )  
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    利用热重分析仪对采用机械混合法自行制备的铁基载体还原过程中的积炭现象进行了实验研究。根据实验获得的热重曲线对铁基载氧体的CH4还原特性进行了分析,实验结果表明,CH4与铁基载氧体的还原反应过程中存在较为严重的积炭影响,且气体的浓度对反应有较大的影响。通过检测载氧体氧化过程中生成的CO2量对这种影响进行了定量分析,结果表明积炭随着循环次数的增多而略有下降。XRD和SEM分析结果显示还原反应生成的C部分与载体反应生成Fe3C,另一部分以碳丝的形式存在于载体表面以及颗粒之间。
    高含氯固体废弃物流化床气化的二噁英生成特性
    郑皎1,2,池涌2,李建新1,王永川1,胡长兴1
    化工学报. 2012, 63(3):  910-915.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.033
    摘要 ( 2218 )   PDF (792KB) ( 674 )  
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    针对固体废弃物资源化过程中普遍关心的二噁英生成问题,利用自行设计建造的流化床气化综合实验平台对高含PVC模拟垃圾进行了流化床气化实验,讨论了PVC含量、空气计量系数对二噁英生成特性的影响规律。结果显示,对于PVC含量为20%的模拟垃圾,在空气计量系数由1.2降至0.4时,单位PVC的二噁英生成量和毒性当量分别由146.53 ng·g-1和20.71 ng I-TEQ·g-1降至2.07 ng·g-1和0.31 ng I-TEQ·g-1;在空气计量系数同为0.4时,随着PVC含量由20%降至1%,单位PVC的二噁英生成量及其毒性当量由23.54 ng·g-1和3.49 ng I-TEQ·g-1降至2.07 ng·g-1和0.31 ng I-TEQ·g-1。因此,在固废处理过程中,二噁英的生成风险随着PVC含量的增加而增加,而气化和低空气计量系数有利于抑制二噁英的生成。
    热处理对凹凸棒石结构及其脱硫性能的影响
    张先龙,姜伟平,吴雪平,时博文,杨保俊,贾小彬,张翠平
    化工学报. 2012, 63(3):  916-923.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.034
    摘要 ( 1956 )   PDF (499KB) ( 778 )  
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    凹凸棒石是一种性能优良的吸附材料,对小分子极性气体具有很好的吸附性,适宜的煅烧处理可以提高其吸附活性。考察了凹凸棒石经过不同条件热处理后对烟气中SO2吸附性能的变化行为。利用XRD、BET和TPD等方法表征了凹凸棒石脱硫剂在热处理过程中的结构变化。探讨凹凸棒石脱硫剂的结构特性与其脱硫性能的内在关系。研究发现:凹凸棒石的微观晶体结构随热处理温度的升高呈现显著的阶段性变化,而SO2吸附实验结果表明,这种结构变化的程度与凹凸棒石表面不同形态水分子的脱除密切相关。随着热处理温度的升高,凹凸棒石对SO2的吸附量呈现先增大后减少的趋势;凹凸棒石的表面吸附水和沸石水的存在占用大量的吸附位,对SO2的吸附是不利的;而结晶水的存在对SO2的吸附是有利的。
    超声波分解醇类水溶液制氢
    都学敏, 张哲瑞, 党政, 白博峰
    化工学报. 2012, 63(3):  924-928.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.035
    摘要 ( 2496 )   PDF (503KB) ( 618 )  
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    携带流反应器中稻壳气化过程的火用分析
    张亚宁,赵义军,孙绍增,李炳熙
    化工学报. 2012, 63(3):  929-934.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.036
    摘要 ( 2764 )   PDF (782KB) ( 560 )  
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    高底物浓度纤维乙醇同步糖化发酵工艺的比较
    常春1,王铎1,2,王林风2,马晓建1
    化工学报. 2012, 63(3):  935-940.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.037
    摘要 ( 2627 )   PDF (389KB) ( 764 )  
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    材料化学工程与纳米技术
    亚苄基缩醛在聚丙烯中溶解性和成核作用
    周军,辛忠
    化工学报. 2012, 63(3):  941-947.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.038
    摘要 ( 2558 )   PDF (462KB) ( 896 )  
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    研究了亚苄基缩醛中羟基和亚苄基基团的个数对其在聚丙烯中溶解性和成核性能的影响,结果表明随着羟基数目的减少,亚苄基基团数目的增加,亚苄基缩醛在聚丙烯中的溶解性增强,对甲基亚苄基山梨醇、二(对甲基亚苄基)山梨醇、三(对甲基亚苄基)山梨醇和二(对甲基亚苄基)季戊四醇能够在聚丙烯结晶前从熔体中结晶析出的最低浓度分别为0.15%、0.20%、0.80%和4.00%,在此添加浓度下,成核聚丙烯的结晶温度分别提高了8.4、15.8、15.7、16.5℃,成核聚丙烯的弯曲模量提高了19.9%、35.8%、28.7%和18.6%,成核聚丙烯的雾度分别下降了12.5%、46.2%、7.4%和-17.4%。综合来看,含有两个羟基和两个亚苄基基团的二亚苄基山梨醇缩醛的成核效果最好,说明在设计亚苄基缩醛类聚丙烯成核剂时要兼顾分子结构对溶解性和成核性能的影响。
    TMC/TMPIP纳滤超薄复合膜的制备
    邹凯伦1,王丽红2,张林1,陈欢林1,高从堦1,3
    化工学报. 2012, 63(3):  948-954.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.039
    摘要 ( 2030 )   PDF (2258KB) ( 804 )  
    相关文章 | 多维度评价
    基于哌嗪(PIP)与均苯三甲酰氯(TMC)界面聚合制备纳滤膜的原理,设计并合成了具有支化结构的三亚胺功能基团水相单体——均苯三甲酰哌嗪(TMPIP)盐酸盐,并与TMC界面聚合制得分子结构与TMC/PIP相同的TMC/TMPIP超薄纳滤复合膜。采用傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)表征了复合膜皮层的化学结构和表面形貌,结果表明在聚砜底膜表面形成了膜厚为100 nm左右的TMC/TMPIP超薄皮层。通过与TMC/PIP复合膜对PEG 200水溶液的分离性能相比较发现,TMC/TMPIP复合膜因其高度的网络化结构和超薄皮层,因而具有更高的截留率和水通量。考察了TMC/TMPIP复合膜对水中不同盐的截留性能,其截留率顺序与TMC/PIP复合膜相同,而通量和截留率均优于后者。
    低氨基含量聚丙烯酰胺-co-乙烯胺的可控合成
    杨晶晶,唐炳涛,张淑芬,薄谷
    化工学报. 2012, 63(3):  955-961.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.040
    摘要 ( 2177 )   PDF (544KB) ( 616 )  
    相关文章 | 多维度评价
    建立了低碱用量下低氨基含量聚丙烯酰胺-co-乙烯胺的可控合成线性关系式。通过研究反应中次氯酸钠、氢氧化钠用量,降解反应时间和温度等因素,可知合成氨基含量小于50%的聚丙烯酰胺-co-乙烯胺化合物时,碱用量为聚丙烯酰胺物质的量的3倍即可,次氯酸钠用量与产物氨基含量有近似线性关系,应用元素分析对该线性关系进行了确认。降解产物聚丙烯酰胺-co-乙烯胺化合物的相对分子质量范围为1000~1800,PDI 在1.6~2.0之间。该线性关系式的建立为控制合成低氨基含量聚丙烯酰胺-co-乙烯胺提供了反应条件的设计依据。
      京尼平交联大豆蛋白/壳聚糖复合凝胶的控释
    段丽红1,金蓓2,高利军2,冯宗财3
    化工学报. 2012, 63(3):  962-969.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.041
    摘要 ( 2109 )   PDF (1860KB) ( 992 )  
    相关文章 | 多维度评价
    利用天然无毒的京尼平交联大豆蛋白(SB)和壳聚糖(CS)制备复合水凝胶(HD)并用作茶碱的控释载体。同时对其在模拟胃肠液和pH7.4缓冲液(PBS)中的控释特性进行了研究。结合扫描电镜和红外光谱以及核磁共振表征了复合凝胶的表观形态和结构。结果表明,复合水凝胶中大豆蛋白和壳聚糖通过京尼平发生了明显的交联作用,并呈现致密的片层结构。复合凝胶在模拟胃肠液和pH7.4PBS中均呈现溶胀现象,在模拟胃液中的溶胀度较低。而且凝胶在pH1.2模拟胃液中的释放量比模拟肠液和pH7.4PBS液中的低,并发现该凝胶具有pH响应,在120 h内可实现对茶碱的可控释放。因此,这种京尼平交联的复合凝胶具有作为药物在胃肠道中定向运送载体的潜力。
      pH及温度双重敏感性MCM-41/P(AA-co-NIPAAm)的制备和释药性能
    曹渊,张莉,王晓,徐彦芹
    化工学报. 2012, 63(3):  970-977.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.042
    摘要 ( 2737 )   PDF (467KB) ( 970 )  
    相关文章 | 多维度评价
    通过微波辅助水热法制备了介孔分子筛 MCM-41,并将其与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和丙烯酸(AA)原位聚合生成了一种新型的pH及温度双重敏感型复合材料MCM-41/P(AA-co-NIPAAm),用XRD、N2吸附-脱附、FT-IR、TGA对所得材料进行表征,结果表明合成了一种新型的复合材料。以氢氯噻嗪为模型药物进行载药性能测试并考察了此释药系统在不同pH及温度环境中的敏感释药行为。结果显示:MCM-41/P(AA-co-NIPAAm)复合材料的载药量达45.8%,并且通过改变环境体系的pH及温度可以有效控制药物的释放。复合材料在肠道靶向给药方面有一定的应用潜力。
    钢结构防火涂料配方的响应面法优化
    王国建1,2,王宜龙2
    化工学报. 2012, 63(3):  978-984.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.043
    摘要 ( 1786 )   PDF (2645KB) ( 692 )  
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    挤出机头内流场对玻纤取向和分布的影响
    王泉杰,黄汉雄,蔡梓林
    化工学报. 2012, 63(3):  985-990.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.044
    摘要 ( 2087 )   PDF (4624KB) ( 614 )  
    相关文章 | 多维度评价
    本文分析了平直和发散两种挤出机头内的流场,推得发散流道内熔体周向拉伸应变速率的表达式;研究了两种挤出流率下由这两种机头挤出的制品壁内玻纤的取向和分布,并通过流道内的剪切和周向拉伸应变速率,对玻纤取向和分布的形成机理进行解释。结果表明:经平直机头挤出的制品内,玻纤在剪切作用下基本沿流动方向排列。发散机头内熔体受剪切和周向拉伸的共同作用,使制品壁厚方向形成了“表层-次表层-芯层-次表层-表层”的五层结构,并首次发现芯层呈“W”形排列。玻纤的排列不仅受流动过程中的应变影响,更取决于应变速率的大小。
    现代化工技术
    硫酸铵熔融反应法从含钛高炉渣中回收钛
    王思佳,张悦,薛向欣,杨合
    化工学报. 2012, 63(3):  991-995.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.03.045
    摘要 ( 2532 )   PDF (364KB) ( 902 )  
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    以承钢含钛高炉渣、(NH4)2SO4和KHSO4为主要原料,通过熔融反应法使其中的钛转化为易溶于水的形式,达到回收钛的目的。考察了(NH4)2SO4加入量、KHSO4加入量、加热温度和保温时间对钛回收率的影响。实验结果表明,反应温度和保温时间对钛回收率的影响较大。回收钛的最适条件为:含钛高炉渣与(NH4)2SO4的质量比为1∶6,反应温度为350℃,保温时间为27 min,在此条件下钛的回收率为91.7%,硫酸铵中氮的挥发损失率为81.5%。回收钛后所得残渣主要含有大量硫酸钙、二氧化硅和少量钙钛矿、钙铝黄长石。