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2012年 第63卷 第5期 刊出日期:2012-05-05
    热力学
    RG-CPA方程计算超临界CO2-醇体系汽液相平衡
    许心皓,段远源,杨震
    化工学报. 2012, 63(5):  1331-1337.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.001
    摘要 ( 2229 )   PDF (422KB) ( 769 )  
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    综合考虑缔合作用和密度涨落的影响,将经重整化群修正的CPA方程(RG-CPA方程)扩展到二元体系汽液相平衡的计算。通过一个温度下的汽液相平衡数据回归得到二元交互作用参数,预测其他温度下的相平衡。采用这种方法计算了超临界CO2与醇二元体系的汽液相平衡性质和临界曲线。结果表明,RG-CPA方程预测超临界CO2与醇二元体系的气液相组成和密度具有较高的精度,液相组分平均绝对偏差为0.032,气相组分平均绝对偏差为0.019。与原始CPA方程相比,RG-CPA方程能更好地预测气液临界曲线。
    有机/无机纳米复合粒子平衡型态的热力学计算——粒子型态的转化率依赖性
    蒋波,蔡飞鹏,张晓东,许敏
    化工学报. 2012, 63(5):  1338-1343.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.002
    摘要 ( 2055 )   PDF (424KB) ( 442 )  
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    有机/无机纳米复合粒子是一种性能优异的纳米复合材料,基于分裂/融合过程的细乳液聚合是制备此类复合粒子的新型方法。从热力学角度出发,基于界面Gibbs自由能最低原理推导了核壳型、半球型、夹心型和分离型有机/无机纳米复合粒子平衡型态的界面Gibbs自由能方程,考虑了聚合过程中单体转化率对纳米复合粒子热力学平衡型态的影响,扩展了上述方程应用范围。将这些热力学方程用于炭黑/(聚)苯乙烯/水体系中,发现当无机颗粒体积分数小于0.2时,核壳型纳米复合粒子的界面Gibbs自由能最低;随着单体转化率的增加,核壳型、半球型和夹心型复合粒子的界面Gibbs自由能略有下降,这可能是由于聚苯乙烯/水相的界面张力略低于苯乙烯/水相的数值造成的。
    流体力学与传递现象
    烧结床层的热质分析
    刘斌,冯妍卉,姜泽毅,张欣欣
    化工学报. 2012, 63(5):  1344-1353.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.003
    摘要 ( 2293 )   PDF (1199KB) ( 803 )  
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    基于烧结生产的复杂物理化学过程,建立了烧结床层传热、传质和流动的二维非稳态数学模型,考虑了孔隙率、物料颗粒当量直径等床层结构影响参数的变化,并对气固传热系数进行了修正。通过数值计算,获得了烧结床层的温度场、结构变化和烟气的流场、温度场、浓度场等。烟气出口温度、床层总压降与生产实测值吻合较好,验证了数学模型的正确性。进一步分析了燃料配比、风量和给料温度等操作参数对烧结过程的影响。研究结果表明:燃烧带的厚度、最高温度随着烧结过程的进行而逐渐增加。床层孔隙率、颗粒当量直径的变化主要发生在燃烧带的熔融、冷凝阶段。料层压损最大的是燃烧熔融层,其次是混合料带,最小的是烧结矿层。增加焦粉含量、提高烧结混合料的初温,有利于提高成矿质量;风量过大时,会造成成矿质量下降、生产成本提高。
    受限空间内空心锥形喷雾-横流掺混规律
    张海滨,白博峰,刘利,孙慧娟
    化工学报. 2012, 63(5):  1354-1359.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.004
    摘要 ( 1831 )   PDF (4304KB) ( 610 )  
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    在自建的冷态横流-旋流喷雾两相掺混系统实验台上,采用PIV测量了掺混通道内气液两相掺混过程中液滴群的运动特性,获得了掺混流场中不同位置的液滴分布图像与流场结构特性。实验段结构为方腔(横截面尺寸为95 mm×95 mm),喷嘴采用空心锥形雾化喷嘴。对影响掺混效果的主要参数(横流速度、喷嘴雾化压力、喷嘴雾化粒径)进行了详细研究,绘出了最佳掺混效果下各参数关系曲线。掺混过程主要受不同尺度的旋涡结构影响,液滴多富集于旋涡边缘,稳定的大尺度涡不利于掺混。提高掺混效果的途径即是避免流场中出现稳定的大尺度旋涡结构,采用喷嘴前倾布置、增加喷嘴个数、确定合适的横流速度均是提高掺混效果的有效途径。分析方法与研究结果为工程实际应用中掺混室结构的设计及掺混性能的改进提供了依据和参考。
    周向重叠三分螺旋折流板换热器壳侧传热性能
    孙海涛,陈亚平,吴嘉峰
    化工学报. 2012, 63(5):  1360-1366.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.005
    摘要 ( 1782 )   PDF (1836KB) ( 586 )  
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    探析了周向重叠三分螺旋折流板换热器高效强化传热性能的主要机理,周向重叠三分螺旋折流板换热器除了具备螺旋折流板换热器的一般特点外,还同时具有适合正三角形布管方案和防相邻折流板之间短路的功能;指出周向重叠方案相邻折流板连接处三角区内的一排管束可以有效抑制因上下游通道的压差引起的逆向泄漏;介绍了倾斜角为20°、24°、28°和32°的单头螺旋、32°双头螺旋周向重叠三分螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的试验结果,表明试验范围内的最佳方案是倾斜角20°方案,其平均壳侧传热系数、压降和综合指标(hopo)与弓形折流板换热器的数值之比分别为1.122、0.566和2.035。
    热电制冷模块热连接与电连接的性能优化分析
    申利梅,陈焕新,梅佩佩,钱小龙
    化工学报. 2012, 63(5):  1367-1372.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.006
    摘要 ( 1391 )   PDF (1940KB) ( 514 )  
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    在考虑汤姆逊效应情形下,分析两块热电制冷模块的热连接与电连接方式的制冷性能,讨论热电偶对数比、工作电流和面长比对4种连接方式的制冷量和制冷系数的影响,探讨4种连接方式的最佳工况和适用范围。发现在大制冷量或较小温差需求下可选择热并联电串联模式;在较大温差需求下可选择热串联模式,且热串联电串联的制冷量始终大于热串联电并联的;然而对于中等温差需求,当需要大的制冷量时,可选用热并联电串联,当需要较高的制冷系数时,可选用热串联电串联。为实际应用中多个制冷模块的连接方式的选取提供了理论指导。
    真空制冰过程中水滴动态特性
    章学来,李晓菲,高文忠,王为,李志伟
    化工学报. 2012, 63(5):  1373-1378.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.007
    摘要 ( 1820 )   PDF (899KB) ( 910 )  
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    为研究真空制冰水滴温度影响因素并进行分析,搭建了真空制冰动态特性研究实验台,进行相关实验,采集了相关图像和实验数据。对采集的图像进行了定性分析。采集的实验数据主要是在不同环境温度、环境压力、供水水温、水质、粒径及水滴下落初速度等情况下水滴温度随时间的变化情况,并与模拟计算值一并进行了对比分析。分析得出环境温度、供水水温、下落初速度对其影响较小,而环境压力、水滴粒径对其影响较为明显,供水水质对其影响比较特殊,主要表现在液滴的最大过冷度上。
    出水温度对采用电子膨胀阀的风冷热泵冷(热)水模块机组制冷性能的影响
    江燕涛,何理
    化工学报. 2012, 63(5):  1379-1384.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.008
    摘要 ( 1796 )   PDF (523KB) ( 651 )  
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    为了研究出水温度对采用电子膨胀阀和模块化能量调节系统的风冷热泵冷(热)水模块化机组制冷性能的影响,对5台制冷量60 kW该类机组在蒸发器冷冻水出水温度5~12℃、环境干球温度25~42℃、相对湿度40%变工况条件下进行实验。得出机组制冷量在54~71 kW之间,消耗功率在17.2~22.2 kW,制冷COP是2.55~3.84,以及冷冻水出水温度对机组制冷量、输入功率和COP值的一系列变化规律,这些规律为风冷热泵冷(热)水模块机组的节能运行和优化设计提供了依据。
    环冷机分层布料仿真与优化
    张家元,田万一,戴传德,张小辉
    化工学报. 2012, 63(5):  1385-1390.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.009
    摘要 ( 2022 )   PDF (1209KB) ( 724 )  
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    以提高环冷机“余热利用区”出口烟气温度和环冷机的余热回收利用率为目标,对某钢铁企业420 m2环冷机进行了分层布料仿真实验研究。以多孔介质模型为基础,结合Fluent软件的UDF和UDS功能,建立气、固局部非热力学平衡的双能量方程模型,以Fluent软件为计算平台,建立了烧结矿冷却过程求解的数学模型。利用该模型对不同的分层布料工况及常规布料工况进行了模拟计算,得到了最优分层布料参数。研究结果表明,按粒度对环冷机烧结矿实行分层布料可有效提高环冷机“余热利用区”出口烟气温度和环冷机的余热回收利用量,余热回收利用量比常规工况提高了23.2%,出口烟气平均温度比常规工况提高了43.72 K。
    基于感应式静电传感器的流化床中颗粒循环时间的测量
    许南,黄正梁,王靖岱,阳永荣
    化工学报. 2012, 63(5):  1391-1397.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.010
    摘要 ( 2130 )   PDF (877KB) ( 711 )  
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    边界条件和结构尺寸对提升管内气固流动特性的影响
    周新宇,高金森,徐春明,蓝兴英
    化工学报. 2012, 63(5):  1398-1404.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.011
    摘要 ( 2451 )   PDF (1201KB) ( 556 )  
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    直流磁场作用下水的过冷和结晶现象
    周子鹏,赵红霞,韩吉田
    化工学报. 2012, 63(5):  1405-1408.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.012
    摘要 ( 2434 )   PDF (461KB) ( 1196 )  
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    纳米流体黏度特性
    凌智勇,邹涛,丁建宁,程广贵,张忠强,孙东建,钱龙
    化工学报. 2012, 63(5):  1409-1414.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.013
    摘要 ( 2572 )   PDF (934KB) ( 823 )  
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    催化、动力学与反应器
    常温常压催化湿式氧化中Mo-Mn-Al-O催化剂的制备及活性
    许银,孙德智
    化工学报. 2012, 63(5):  1415-1421.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.014
    摘要 ( 2033 )   PDF (1111KB) ( 496 )  
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    以Mn-Al-O为载体,钼酸盐为活性成分的前驱体,采用共沉淀-浸渍法制备出Mo-Mn-Al-O催化剂,使用ICP-OES、BET、XRD和XPS方法对其进行表征,研究其在常温常压下催化湿式氧化阳离子型染料废水的催化活性。实验结果表明,Mo的浸渍浓度为1.5 mol·L-1、浸渍温度为55℃、焙烧时间为3 h和焙烧温度为400℃下制备出的Mo-Mn-Al-O催化剂对阳离子红GTL、阳离子红X-GRL、阳离子黄X-GL和阳离子蓝X-BL都有较好的催化性能。特别是,当催化剂投加量为2.72 g·L-1时,反应1 h后对阳离子红GTL的脱色率和TOC去除率分别达到74.8%和64.5%。
    Ni/Si3N4催化剂在甲烷部分氧化反应中的应用
    尚如静,穆仕芳,魏灵朝,蒋元力,郭向云
    化工学报. 2012, 63(5):  1422-1428.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.015
    摘要 ( 1813 )   PDF (1417KB) ( 518 )  
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    前期工作表明Ni/Si3N4催化剂在甲烷部分氧化反应中有较好的催化活性和很强的抗积炭能力。在前期工作的基础上考察了镍负载量和焙烧温度对Ni/Si3N4催化剂在甲烷部分氧化中催化性能的影响,并采用XRD、TPR、XPS等技术对催化剂进行了表征。结果表明,镍负载量和焙烧温度影响催化剂活性组分的表面分布和晶粒尺寸,并进一步影响催化剂的反应性能。在800℃反应条件下,活性组分负载量与CH4转化率之间的关系为:C-10>C-15>C-5>C-1;而焙烧温度与CH4转化率大小顺序为:S(400)> S(600)>S(800)。
    4-枯基酚与2,4-二枯基酚联产工艺
    由君,刘波,段聪文,秦伟艳,王慧娟,田海燕
    化工学报. 2012, 63(5):  1429-1436.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.016
    摘要 ( 3852 )   PDF (436KB) ( 651 )  
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    提出了以苯酚和α-甲基苯乙烯为原料,生产4-枯基酚和2,4-二枯基酚的联产工艺路线。此工艺路线首次采用原位中和法去除催化剂,使全部生产过程无含酚废水等有机污染物排放;详细研究了物料比、催化剂的用量、反应温度、重结晶中溶剂的用量等工艺参数对生产工艺的影响,给出了最佳工艺条件。联产工艺使苯酚的转化率接近100%,4-枯基酚和2,4-二枯基酚二者总收率达到90%以上;首次采用两种溶剂进行二次重结晶提纯2,4-二枯基酚的方法,使产品的纯度大于99%。联产工艺有效地解决了现有4-枯基酚和2,4-二枯基酚工艺中副产物多、分离提纯困难、产品纯度差、收率低且污染环境等问题。
    微波作用下苄苯醚催化转移氢解反应动力学
    熊俊,潘晶莹,吕秀阳
    化工学报. 2012, 63(5):  1437-1442.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.017
    摘要 ( 2563 )   PDF (1149KB) ( 513 )  
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    分离工程
    磁性流体固定床萃取分离低浓度金离子
    任秀峰,官月平,王强,杨明珠,刘翔
    化工学报. 2012, 63(5):  1443-1448.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.018
    摘要 ( 2051 )   PDF (1032KB) ( 684 )  
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    采用一种全新的快速萃取方法——磁性流体固定床萃取分离技术,该方法是将磁性Fe3O4纳米颗粒表面包覆油酸,溶于有机溶剂中,加入萃取剂三苯基氧化膦TPPO,制成磁性萃取剂。借助于高梯度磁性分离装置,对目标离子进行萃取分离。萃取完成后通过原子吸收光谱仪测定萃取后金溶液中Au3+的浓度。通过对铁磁导线直径、初始金溶液pH值、萃取剂体积分数和协同萃取等影响因素的考察,得出了对Au3+浓度为19.128 mg·L-1的氯金酸溶液进行萃取分离的最佳工艺:采用直径为2.34 mm的铁磁导线作为磁性填充介质时萃取率较其他优越。初始金溶液的pH值和萃取剂的体积分数对萃取率影响较大。在初始金溶液pH=1,萃取剂(TPPO)体积分数达到50%时萃取率最高。使用TPPO和TBP协同萃取也能提高萃取率。采用浓度为1 mol·L-1的硫脲进行反萃实验,振荡10 min,反萃率在90%以上。
    过程系统工程
    基于全周期节能的有旁路换热网络裕量优化设计
    夏车奎,罗雄麟,孙琳
    化工学报. 2012, 63(5):  1449-1458.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.019
    摘要 ( 2318 )   PDF (1323KB) ( 649 )  
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    换热网络全周期运行期间,由于设备老化等因素,换热性能逐步下降,能耗逐步提高。而当前工业换热网络的裕量设计并没有有效地解决此问题。因此提出了一种基于有旁路换热网络全周期节能优化的裕量优化设计方法,通过旁路调节,逐步释放有效面积裕量,达到全周期节能的目的。该优化方法以换热网络运行全周期内总累积费用为目标函数,同时考虑结垢热阻对换热器换热效果的影响以及旁路对换热网络的调节作用,在满足工艺条件的基础上求解换热网络的最优裕量,最终实现换热网络的持续节能。最后,以某炼油厂的常减压脱盐前换热网络为具体的研究对象,说明所提方法的有效性和使用前景。
    过程预测控制中约束可行性研究与在线调整
    张惜岭,罗雄麟,王书斌
    化工学报. 2012, 63(5):  1459-1467.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.020
    摘要 ( 2048 )   PDF (1188KB) ( 472 )  
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    化工过程控制中,普遍存在着各种对输入和输出变量的约束条件。系统与约束之间的矛盾有可能造成约束预测控制的优化问题不可行,为生产带来负面影响。基于线性系统离散状态空间的动态模型,从凸多面体距离角度,对有约束预测控制的可行性分析和不可行时的约束处理问题进行讨论,提出在每步求解约束预测控制律之前进行必要的可行性分析和合理的约束调整的在线滚动算法,从而使约束条件在整个时域得到满足,并且保证系统的控制性能。通过CSTR模型的控制仿真实验证明了该算法的有效性。
    电磁抑垢实验中磁场作用与电导率及pH值的关联分析
    王建国,何芳,邸昊
    化工学报. 2012, 63(5):  1468-1473.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.021
    摘要 ( 1876 )   PDF (1069KB) ( 443 )  
    相关文章 | 多维度评价
    基于变频电磁场作用下各水质参数的变化规律,采用关联度分析法及均衡接近度对电导率、pH值与磁场作用时间的关系进行细致分析,得出污垢生成过程中电导率相比pH值与电磁场有更密切的关联,为电磁场参数与多水质参数的数学模型的建立提供理论及实验依据。
    一种软测量模型性能监测评价及其自适应校正方法
    彭小奇,孙元,唐英
    化工学报. 2012, 63(5):  1474-1483.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.022
    摘要 ( 2083 )   PDF (5023KB) ( 729 )  
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    工业过程对象特性变化会导致软测量的测量精度下降甚至失真,需要对软测量模型进行校正。首先构建软测量模型性能评价指标用于对模型性能进行监测。当性能评价指标超过统计限时,对过程特性变化类型进行诊断:若过程特性渐变,则对模型进行递推校正;若过程特性发生突变,则对模型进行重构校正。通过对连续搅拌釜式反应器和DAISY(database for identification of systems)数据库提供的蒸发器实际生产数据进行仿真实验,验证了本文方法的有效性。实验结果表明,该方法避免了传统校正方法存在的盲目校正、受离线分析噪声影响严重等问题,有效地提高了软测量模型对对象特性变化的适应能力。
    基于知识本体的过程安全分析信息标准化
    吴重光,许欣,纳永良,张卫华
    化工学报. 2012, 63(5):  1484-1491.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.023
    摘要 ( 1811 )   PDF (608KB) ( 676 )  
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    过程危险分析的主要目标是识别危险剧情。危险剧情能够表达团队“头脑风暴”安全评价过程也能表达评价结论。危险剧情的知识本体是标准化过程安全分析信息的准确描述。知识本体是概念表达的明确规范。依据设计知识本体所遵循的规则提出了一种过程安全分析信息标准化方法,称为剧情对象模型(scenario object model,SOM)。SOM能够表达安全分析信息的内容和结构,能够实施计算机自动推理和半定量计算。应用知识本体SOM有效实现了计算机辅助自动安全评价和安全信息的传递、复查和共享。
    城市湖库蓝藻水华形成机理
    王小艺,唐丽娜,刘载文,崔莉凤,许继平,赵晓平
    化工学报. 2012, 63(5):  1492-1497.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.024
    摘要 ( 2104 )   PDF (528KB) ( 819 )  
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    水华防治是水环境污染治理的重点,而对水华形成机理的深入把握是解决这一问题的关键。在对城市湖库蓝藻水华形成过程深入分析的基础上,通过实验室模拟城市湖库蓝藻水华形成的整个过程,结合正交试验方法和粗糙集理论获取影响城市湖库蓝藻水华形成的关键因子——溶解氧、温度、光照、氮、磷,作为蓝藻水华形成机理建模的输入参量,以叶绿素a作为城市湖库蓝藻水华形成的表征指标,根据相互之间的作用机制构建了适合于描述城市湖库蓝藻水华形成过程的机理模型,同时通过改进的粒子群优化算法对机理模型中涉及的参数如蓝藻最大生长率、光半饱和常数、光系数、氨氮半饱和常数、溶解氧半饱和系数、蓝藻最大死亡率以及净损失率等进行非线性优化率定,提高了城市湖库蓝藻水华形成机理模型的适用性及有效性,为深入研究蓝藻水华形成机理提供一条有效途径。
    表面与界面工程
    有机熔盐LiTFSI/NaTf中锂在铝电极上的电极过程
    屠晓华,褚有群,马淳安,吴建一,缪程平
    化工学报. 2012, 63(5):  1498-1503.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.025
    摘要 ( 1948 )   PDF (697KB) ( 568 )  
    相关文章 | 多维度评价
    采用循环伏安、计时电流和恒电流充放电等电化学测试技术考察了LiTFSI/NaTf熔盐电解质中锂在铝电极上的电化学行为。研究结果表明:在该熔盐中,锂在铝电极上的电化学还原过程伴随着锂铝合金的成核过程,且反应生成的LiAl合金只有一种合金相是可逆的;恒电流循环充放电实验发现,首次循环的库仑效率较低,库仑效率随电流密度的增大而有所减小,但随温度的升高而增大。计时电流实验发现,锂原子嵌入铝电极中形成α-LiAl合金的过程受锂在铝基体内扩散步骤控制,且该扩散系数为1.7×10-10 cm2·s-1
    环保型免清洗助焊剂组分对其腐蚀性能的影响及其机理
    郝志峰,吴青青,郭奕鹏,饶耀,孙明,余坚
    化工学报. 2012, 63(5):  1504-1511.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.026
    摘要 ( 2156 )   PDF (822KB) ( 1112 )  
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    主要研究活化剂、表面活性剂和缓蚀剂3种组分对环保型免清洗助焊剂腐蚀性能的影响。采用交流阻抗法研究了各组分对铜电极缓蚀性能的影响;通过扫描电镜观察测试了各组分对梳形试件的腐蚀;借助热分析研究了组分残留及相互作用。结果表明,随活化剂酸性的减弱,助焊剂体系的腐蚀性逐渐减弱;壬基酚聚氧乙烯醚系列的非离子表面活性剂有助于降低体系的腐蚀性能;缓蚀剂苯并三氮唑(BTA)的添加能显著改善助焊剂体系的缓蚀性能。用壬基酚聚氧乙烯(50)醚(w=0.2%)作表面活性剂、丁二酸和苹果酸复配(w=1.6%)作活化剂,BTA作缓蚀剂(w=0.06%)制备的助焊剂体系的膜电阻最大,在湿热条件下助焊剂对梳形试件的腐蚀明显降低,缓蚀性能最佳。热分析结果表明,体系缓蚀性能的改善可能是有机酸与丙三醇发生的酯化反应所致。
    电容去离子脱盐技术:离子交换膜复合活性炭电极的性能
    刘红,王刚,王六平,董强,于畅,邱介山
    化工学报. 2012, 63(5):  1512-1516.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.027
    摘要 ( 3319 )   PDF (561KB) ( 1236 )  
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    防腐剂吸附效应与润滑油防腐性能的关系
    冯兵,刘双红,陈国需,王昆
    化工学报. 2012, 63(5):  1517-1521.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.028
    摘要 ( 1955 )   PDF (353KB) ( 435 )  
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    生物化学工程与技术
    非水相体系中海藻酸钠-壳聚糖微胶囊粒径及强度性能
    侯丹丹,李会静,宋慧一,戴小敏,于炜婷,刘袖洞,马小军
    化工学报. 2012, 63(5):  1522-1528.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.029
    摘要 ( 1897 )   PDF (1241KB) ( 630 )  
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    固定化技术是提高生物催化剂在非水相中活性和稳定性的一种很有工业应用潜力的手段。采用乳化-内部凝胶化与络合反应制备海藻酸钠-壳聚糖(AC)微胶囊作为固定化载体,筛选5种有机溶剂构建了培养基-有机溶剂两相体系,模拟酵母细胞培养条件,将AC微胶囊在培养基-有机溶剂两相体系中振荡48 h,5种两相体系对AC微胶囊形态没有明显影响;在培养基-癸二酸二丁酯两相体系中,当壳聚糖分子量在40000~100000、成膜反应时间在2~5 min范围内变化时,分子量小(40000)和成膜时间长(5 min)的AC微胶囊粒径稳定,破碎率较低、机械强度较大,适于用作进一步非水相细胞催化的固定化载体。两相体系中AC微囊化酵母细胞活性保持良好,能实现生物转化生产。
    能源和环境工程
    烟气余热深度回收方案及成本最优模型分析
    王加龙,吴静怡
    化工学报. 2012, 63(5):  1529-1535.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.030
    摘要 ( 1571 )   PDF (1635KB) ( 609 )  
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    将180℃以下的烟气余热的回收利用称为烟气余热的深度回收,分析了深度回收过程中烟气的热力学特性;提出了三种利用模式并分析了不同模式的特点;针对分流模式建立了数学模型并对结果进行了分析。烟气余热深度回收与常规余热回收在热力学特性上有明显区别,转折点Tco的存在使得直流模式的出水温度受到限制;分流模式有利于克服转折点引起的出水温度过低的问题,分流系数可根据实际热水温度需求及成本来确定:成本比高于下限值时可以找到最优分流系数使成本最低,成本比低于下限值时应该根据温度要求尽量降低分流系数以减少成本。
    活性炭表面模拟烟气与元素汞间均/异相氧化反应特性
    胡长兴,周劲松,李建新,王永川,郑皎,徐美娟,骆仲泱
    化工学报. 2012, 63(5):  1536-1542.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.031
    摘要 ( 2222 )   PDF (740KB) ( 490 )  
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    通过固定床吸附实验,在130℃温度下模拟研究燃煤烟气组分在椰壳活性炭(CS-AC)表面吸附气态元素汞(Hg0)过程中的作用与影响,揭示模拟烟气组分、Hg0以及活性炭表面三者间的均相、异相氧化反应特性。实验研究了CS-AC在N2和模拟烟气气氛下对Hg0的吸附,模拟烟气组分与Hg0间的均相氧化反应,以及吸附模拟烟气组分后CS-AC在N2气氛下对Hg0的吸附。研究表明在N2气氛下CS-AC对Hg0不具备物理吸附的能力,而在模拟烟气组分下CS-AC对Hg0具有较强的吸附能力,初始吸附效率达80%。仅在模拟烟气均相反应作用下,大约只有14%的Hg0被氧化为Hg2+。经过预先跟常规模拟烟气吸附反应,CS-AC表面具备一定氧化性化学元素基团(如NOx)后,能够在N2气氛下对Hg0进行化学吸附,初始吸附效率达67%左右。可以认为模拟烟气和Hg0两者间的均相作用不是促进CS-AC在模拟烟气组分下对Hg0具有较强的吸附能力的主因。活性炭吸附Hg0的过程中,活性炭表面在烟气组分氧化Hg0的过程中起到了积极的促进作用。无论在N2气氛下,还是在模拟烟气下,CS-AC吸附Hg0是气氛中氧化性组分、Hg0和活性炭表面三者间的异相化学氧化吸附反应过程。
    电石渣喷淋吸收烟气二氧化硫工艺及动力学
    刘盛余,能子礼超,邱伟,陆成伟,徐园园,刘建英
    化工学报. 2012, 63(5):  1543-1550.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.032
    摘要 ( 2147 )   PDF (1396KB) ( 641 )  
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    在喷淋吸收装置中对电石渣浆液吸收SO2进行了系统研究。研究结果表明:脱硫效率随烟气SO2浓度的增加先升高,然后下降;随体系pH的增加而升高,pH从3升到13时,脱硫效率由52.3%升到94.7%;增加浆液电石渣浓度和减小电石渣粒径均有利于SO2的吸收去除;液气比从10 L·m-3增加到50 L·m-3时,脱硫效率提高了59.9%;以电石渣烟气脱硫的化学反应为基础,建立电石渣烟气脱硫反应动力学模型,总反应级数n=α+β=1.67,反应活化能Ea=51396.59 J·mol-1,频率因子k0=0.37894×106(mol·m-3)-0.67·s-1
    CSTR和ACR丁酸型发酵制氢系统的运行特性比较
    李建政,于泽,昌盛,苏晓煜
    化工学报. 2012, 63(5):  1551-1557.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.033
    摘要 ( 2014 )   PDF (1532KB) ( 547 )  
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    为寻求更好的连续流发酵生物制氢反应器模式,以稀释糖蜜为底物,控制反应系统为丁酸型发酵,比较研究了搅拌槽式反应器(CSTR)和厌氧接触式反应器(ACR)的启动运行特性。结果表明,以经曝气培养的下水道污泥为接种物,在接种量4.8 g MLVSS·L-1、进水COD 5000 mg·L-1、HRT 12 h、温度(35±1)℃和pH 5.5~6.0等相同条件下,CSTR系统可以更快地达到稳定的丁酸型发酵状态,而ACR系统因其有效的生物持有能力而在产氢性能方面更具优势。在稳定运行状态下,ACR系统的底物酸化率、产氢速率和污泥的比产氢速率分别为44%、9 L·d-1和0.15 L·(g MLVSS·d)-1,分别是CSTR系统的1.62、2.05和1.15倍。
    高浓度制药废水毒性与SPAC反应器运行性能
    陆慧锋,郑平,张萌,张吉强,丁爽
    化工学报. 2012, 63(5):  1558-1565.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.034
    摘要 ( 2123 )   PDF (711KB) ( 621 )  
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    采用发光细菌法测试了高浓度硫酸盐制药废水中典型污染物(硫酸盐)、转化产物(硫化物)、供试制药废水原水、稀释6倍厌氧处理出水和稀释3倍厌氧处理出水的毒性,硫酸盐、硫化物的半抑制浓度分别为12077.8、78.1 mg·L-1;供试制药废水原水、稀释6倍厌氧生物处理出水和稀释3倍厌氧生物处理出水的半抑制浓度分别为64.5、44.7和78.9倍。试验了SPAC厌氧反应器处理高浓度硫酸盐制药废水的运行性能,高浓度低流量运行时,反应器最大容积COD、硫酸盐(以SO42-计,下同)去除速率分别为5.76、1.83 kg·m-3·d-1,COD和硫酸盐去除率分别为54.1%和71.8%;低浓度高流量运行时,反应器的最大容积COD、硫酸盐去除速率分别为7.52、1.90 kg·m-3·d-1,COD和硫酸盐去除率分别为72.8%和80.0%。低浓度高流量运行更易使反应器取得高效。试验了SPAC厌氧反应器对高浓度硫酸盐制药废水毒性抑制的适应性能,运试初期宜将废水稀释5.13倍以上,运试后期可将原水稀释3.32倍。
    盐度入侵城市污水处理厂对淡水活性污泥的毒性抑制
    崔有为,丁洁然,陈叶菲,苏贺
    化工学报. 2012, 63(5):  1566-1573.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.035
    摘要 ( 1855 )   PDF (489KB) ( 692 )  
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    盐度入侵城市污水处理厂改变了活性污泥的胞外渗透压环境,影响生物系统的生物活性和污染物降解能力。采用MUCT工艺处理真实生活污水,模拟了盐度入侵对系统处理效率的影响。并结合污染降解动力学和抑制动力学建立了盐度抑制模型,系统地评测了盐度对活性污泥功能性微生物的毒性抑制。结果表明,盐度入侵造成了功能性微生物的活性损失,干扰了正常的污水处理能力。毒性抑制显著地降低了好氧微生物的呼吸作用,以此作为毒性评估的依据会造成对抑制作用的高估。而以底物降解速率评估盐度毒性抑制可以很好地指示污水处理效率。盐度对有机物降解异养菌、硝化菌和反硝化菌抑制的IC50值分别是20.64 g·L-1、11.61 g·L-1、10.88 g·L-1
    腐殖酸聚集体对膜蒸馏过程膜污染的作用机理
    代婷,武春瑞,吕晓龙,王暄
    化工学报. 2012, 63(5):  1574-1583.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.036
    摘要 ( 2195 )   PDF (2987KB) ( 753 )  
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    膜污染是膜蒸馏过程应用于工业水处理中遇到的主要问题之一。选取水体中具有代表性的有机物(腐殖酸)、微溶无机盐(碳酸钙)作为典型污染物,研究有机腐殖酸聚集体对于膜蒸馏过程膜污染进程的影响规律,探讨天然有机物-无机微溶盐混合水体中腐殖酸聚集体对于无机盐结晶过程的控制机理。结果表明:膜蒸馏通量的衰减大致可分为由滤饼层的形成造成的不可恢复部分以及由浓差极化、膜孔“半润湿”而造成的可部分恢复的通量降低。Ca2+通过加速腐殖酸分子的聚集过程,使表面负电性降低的腐殖酸聚集体率先吸附在聚偏氟乙烯中空纤维膜内表面,形成有机基质污染层;碳酸钙在有机腐殖酸聚集体的诱导下在膜内表面异相成核,最终成长为稳定的晶体。腐殖酸聚集体为无机盐晶体在疏水性膜内表面的生长提供了异相成核的基础。可通过控制污染水体中有机物的含量控制微溶碳酸钙在膜内表面成核及生长,实现控制其在膜内表面附着进而诱发疏水膜发生亲水化的过程。
    黑曲霉产有机酸浸出铀矿石的影响因素
    王永东,李广悦,丁德馨,胡南,邓钦文,周支香
    化工学报. 2012, 63(5):  1584-1591.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.037
    摘要 ( 2164 )   PDF (1071KB) ( 524 )  
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    为了解培养基种类、培养温度和pH值等因素对黑曲霉产生的混合有机酸浸出铀矿石的影响,从铀矿山水样中分离、纯化得到了一株真菌——黑曲霉,应用马铃薯-蔗糖培养基(potato sucrose agar,PSA)和葡萄糖-玉米浆培养基(dextrose corn syrup,PCS)进行黑曲霉培养,获得了不同培养温度下产生的pH值不同的黑曲霉产混合有机酸,并将之作为浸出剂用于浸铀实验研究。研究表明,黑曲霉产生的有机酸的主要组分为草酸和柠檬酸等有机酸,培养基种类的不同会影响黑曲霉所产有机酸的浸铀效果,采用PSA培养基培养的黑曲霉产生的有机酸浸铀效果更好(p<0.05)。培养温度和混合有机酸的pH值也会对黑曲霉代谢产物的铀浸出率有显著性影响(p<0.05),且二者具有交互效应,pH值对铀浸出率的影响相对较大。应用PSA培养基时,最佳培养温度为25℃,最佳代谢产物pH值为2.3;应用PCS培养基时,最佳培养温度为30℃,最佳混合有机酸pH值为2.0。培养基种类、温度和pH值主要通过改变黑曲霉产生的有机酸的成分和含量对铀浸出率产生影响。
    嗜麦芽窄食单胞菌处理苯并[a]芘-铜复合污染过程中细胞表面特性的变化
    陈烁娜,尹华,叶锦韶,彭辉,张娜,何宝燕
    化工学报. 2012, 63(5):  1592-1598.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.038
    摘要 ( 1466 )   PDF (1085KB) ( 882 )  
    相关文章 | 多维度评价
    利用嗜麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)对BaP-Cu进行降解/吸附实验,考察菌体处理污染物过程中细胞表面特性的变化。结果表明,S.maltophilia细胞表面具有较高的疏水性。从4 h到72 h,不同污染体系中S.maltophilia的CSH均维持在83.3%~95.6%,之后随着时间的推移,CSH开始逐渐降低。污染物可以使S.maltophilia细胞质膜的通透性增加。TEM检测结果证实处理污染物之后,菌体质膜通透性改变,破裂并出现了“孔洞”,导致细胞质外流,但是细胞壁依然维持细胞形状而没有完全裂解。处理了复合污染物的菌体,到第5 d细胞严重变形,周质空间变大,细胞质外泄严重,而且原核分解并逐渐消失,细胞活性降低,并逐渐丧失对重金属的吸附能力。
    MFC聚苯胺碳纳米管阳极电化学法制备及其性能
    郑聪聪,郭庆杰,王许云,孔维芳
    化工学报. 2012, 63(5):  1599-1606.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.039
    摘要 ( 2104 )   PDF (2120KB) ( 789 )  
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    材料化学工程与纳米技术
    反溶剂重结晶法制备青蒿素超细粉体
    谢玉洁,乐园,王洁欣,赵宏,陈建峰
    化工学报. 2012, 63(5):  1607-1614.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.040
    摘要 ( 2021 )   PDF (1967KB) ( 712 )  
    相关文章 | 多维度评价
    采用反溶剂重结晶法进行了青蒿素超细粉体的制备研究。以乙醇为溶剂,水为反溶剂,系统考察了药用辅料类型、反溶剂溶剂体积比、药物溶液浓度和混合强度对产品颗粒形貌和大小的影响。结果表明,辅料羟丙甲纤维素(HPMC)与聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)联用可有效控制颗粒形貌,反溶剂溶剂体积比为20,青蒿素乙醇溶液浓度为20 mg·ml-1,搅拌转速为8000 r·min-1时,浆料中可得到平均短径0.84 μm、长径3 μm的针状颗粒,此浆料经喷雾干燥可得到粒径为2~3 μm的类球形粉体颗粒。进一步采用红外光谱、X射线衍射、差热分析、比表面积测试对原料药及产品的特性进行了表征,结果显示,青蒿素经反溶剂重结晶过程与辅料HPMC间产生一定的氢键作用,超细粉体产品的结晶度及熔点降低,比表面积增至原料药的26.4倍。体外溶出测试结果表明,青蒿素超细粉体的溶出速率远优于原料药,超细药物粉体15 min即可溶出88.3%,而同期原料药的溶出度仅为2.1%。
    镁钙砂表面沉积MgO涂层的动力学分析
    李波涛,尹洪峰,马艳龙,关江
    化工学报. 2012, 63(5):  1615-1621.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.041
    摘要 ( 2148 )   PDF (1745KB) ( 381 )  
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    采用MgO碳热还原和扩散氧化法在镁钙砂表面沉积MgO涂层,研究了MgO涂层的沉积动力学、微观形貌、生长机制以及涂层厚度对镁钙砂抗水化性能的影响。结果表明:随着反应温度的升高,沉积过程存在两个控制机理,在1400~1500℃之间,为化学动力学控制,反应为一级反应,活化能为97.82 kJ·mol-1;在1500~1600℃之间,沉积过程为扩散控制,扩散活化能为19.18 kJ·mol-1;MgO涂层以方镁石和方钙石为基底均呈二维台阶状生长,但二者生长机制并不完全相同;抗水化实验结果显示最佳处理温度为1600℃、沉积时间为6 h,镁钙砂水化质量增加率为0.02%,约是处理前的1/150。
    非对称同向双螺杆端面造型对混合行为影响数值模拟
    喻慧文,徐百平,何亮,杨崇岭,王玫瑰,刘跃军
    化工学报. 2012, 63(5):  1622-1629.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.042
    摘要 ( 1935 )   PDF (4995KB) ( 865 )  
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    提出了同向自洁型双螺杆挤出机端面非对称造型的新概念。以符合Carreau定律的纯黏性流体为加工对象,建立相应的数学模型。采用Polyflow软件,基于叠加网格技术,对两种螺杆造型端面内的周期性流动和混合情况进行数值模拟。将粒子示踪技术及分离尺度相结合,研究了流场内分布混合能力;将分散准数与剪切速率相结合,表征了流场的分散混合能力。当两组螺杆单位时间转过的总圈数一致时,螺杆转速比为2∶3的组合混合能力稍优于转速比为2∶1的组合。
    热塑性魔芋葡甘聚糖/聚己内酯共混物制备及表征
    李先红,林晓艳,罗学刚,黄波
    化工学报. 2012, 63(5):  1630-1636.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.043
    摘要 ( 2109 )   PDF (3026KB) ( 680 )  
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    以资源丰富的天然可降解高分子材料魔芋葡甘聚糖(KGM)为原料, 以甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯为单体,过硫酸铵为引发剂,合成了热塑性魔芋葡甘聚糖。将热塑性魔芋葡甘聚糖(TDKGM)和聚己内酯(PCL)熔融共混制备热塑性魔芋葡甘聚糖/聚己内酯共混物(TDKGM/PCL)。通过热重分析、扫描电镜、差示扫描量热仪(DSC)、XRD和万能力学试验机等对TDKGM/PCL共混物的结构和性能进行了分析表征。结果表明:共混物中热塑性魔芋葡甘聚糖对聚己内酯的结晶起到了成核剂的作用,使聚己内酯能在较高温度下开始结晶,并可明显提高共混物中聚己内酯相的结晶速度。TDKGM/PCL复合材料(20/80)的最大扭矩值为48.7 N·m,塑化时间在300 s以上,平衡扭矩在10.7 N·m,与PE相当接近,并且具有高达256.48%的断裂伸长率。
    纤维素氨基甲酸酯法制备纤维素海绵
    哈丽丹·买买提,布佐热·克比尔
    化工学报. 2012, 63(5):  1637-1642.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.044
    摘要 ( 2581 )   PDF (1832KB) ( 1012 )  
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    海绵因具有蓬松度好、质地柔软、吸水性好等优点而得以广泛应用。但目前市面上的聚氨酯海绵,不仅原料紧缺,制备过程有污染物产生,而且废弃后难降解,会产生二次污染。为开发可自然降解的纤维素海绵无污染制备工艺,研究了采用纤维素氨基甲酸酯法制备纤维素海绵的工艺。结果表明:由纤维素氨基甲酸酯的氢氧化钠溶液捏合而成的海绵混合体经蒸煮,纤维素再生,成孔剂溶于水中而留下空隙,所得纤维素海绵孔径均一,表面光滑平整,具有较好的柔韧性和黏弹性,完全具有普通聚氨酯海绵的基本特征。
    SiO2/S涂层与硫磷抑制剂对轻石脑油裂解结焦的影响
    王志远,徐宏,栾小建,周建新,颜磊
    化工学报. 2012, 63(5):  1643-1650.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.045
    摘要 ( 2020 )   PDF (1531KB) ( 684 )  
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    其他
    CO2管线泄漏扩散小尺度实验研究
    刘振翼,周轶,黄平,孙瑞艳,王世刚,马晓红
    化工学报. 2012, 63(5):  1651-1659.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2012.05.046
    摘要 ( 2120 )   PDF (1341KB) ( 682 )  
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    CO2气体综合开发和利用过程中涉及很多安全问题,为了研究CO2作为典型重质气体从输送管线泄漏后的扩散规律,在综述重气扩散实验的基础上设计了CO2管线泄漏扩散缩比例实验;通过幂函数拟合得到监测点峰值浓度曲线,并据此确定了生产现场的安全距离;根据危险气体非正常排放模型对实验进行了理论预测,结果与实验值进行了对比。结果表明小风条件下,当以950 m3·h-1初始流量释放20 min左右的CO2时,现场安全距离可设为46 m,而当初始流量为6300 m3·h-1时,现场安全距离为160 m;实验值和理论预测值的偏差最小为-3.0%,最大为28.1%。经分析可知CO2管线泄漏近源区一定距离内主要靠射流动能扩散,其后范围主要受浓度梯度的影响,危险气体非正常排放模型可较准确地预测近源区的扩散情况;安全距离与泄放流量基本呈指数关系。