在研究混合过程的多种实验方法中,定量的可视化测量技术不仅可同时显示流场中各位置混合效果的差异,还可直观地反映混合过程随时间的变化规律。其中,激光诱导荧光技术具有测量精度高、无干扰流场、实现方式简单等优势,是用于检测化工过程流动-混合行为的先进测试技术。对该技术的测试原理、实现方式进行了详细的介绍,探讨该技术在可视化液体混合过程以及反应流混合过程的研究进展。

软测量仪表是解决化工过程中质量变量难以实时测量的重要手段。软测量仪表的核心问题是软测量建模。阐述了软测量建模与辨识和非线性建模的关系:质量变量和易测变量的动态关系存在于增量之间,辨识模型依赖于增量数据,软测量建模则是依赖于实测变量数据来获取这个动态关系;非线性建模建立了变量间的静态关系,忽略了对象动态特性,而软测量建模要兼顾对动态特性的表征。随着人们对过程特性的认识加深,软测量建模方法不断发展,经历了从机理建模到数据驱动建模,从线性建模到非线性建模,从静态建模到动态建模的过程。详细讨论了软测量建模的发展过程,众多建模方法的优缺点及适用情况和现在建模的热点,最后对软测量建模方法进行了总体展望。

裂解汽油是含有烯烃的重要芳烃资源,二甲基亚砜(DMSO)能够从高烯烃含量组分中选择性萃取芳烃,测定相应体系液-液平衡是裂解汽油中的芳烃萃取过程研究开发的理论基础。测定了常压下293.15、298.15、303.15 K时甲苯-正己烯-DMSO体系液-液平衡数据,获得了三元体系的相图和褶点,并采用Hand方程和NRTL方程进行关联。体系中甲苯对正己烯选择性系数为2～6,表明DMSO萃取分离甲苯和正己烯理论上可行。通过体系液-液平衡关联获得了NRTL方程模型参数,利用NRTL模型对该体系进行计算,计算值与实验值的平均偏差较小,说明NRTL模型适用于该体系的液-液平衡。

随着能源问题日益突出,低温烟气余热深度利用成为了研究热点领域。其中,有机朗肯循环是实现低品位余热转换为电能的一有效途径。基于热力学基本定律,以有机朗肯循环系统最大做功能力和效率为目标函数,计算分析了10种不同工质在亚临界状态下以上两种目标函数的特性。结果表明,每种工质均存在一最佳蒸发温度使循环净输出功最大,而且工质临界温度越高,对应的最佳蒸发温度也越高;热源温度相同时,系统效率随窄点温差增大而减小;同一窄点温差时,当热源温度不超过临界温度两倍的窄点温差时,效率有一最大值;反之,则随蒸发温度升高不断增大。这些将为有机朗肯循环工质选择和性能优化提供理论指导。

用等温溶解平衡法研究了五元体系KCl-KBr-K₂SO₄-K₂B₄O₇-H₂O在323 K和348 K时的相平衡关系,测定了该五元体系在相应温度条件下平衡溶液的溶解度和密度,根据相平衡实验数据绘制相应的相图(K₂SO₄饱和)。研究结果表明:该五元体系在323 K和348 K条件下均属于固溶体型,相图中均有2个平衡固相结晶区,其平衡固相分别为固溶体K(Cl,Br)和K₂B₄O₇·4H₂O,1条单变量曲线。该五元体系323 K和348 K的相图相比,348 K时K₂ B₄O₇·4H₂O结晶区变小,而固溶体K(Cl,Br)结晶区变大。

近期研究表明,合理的初始分布能够大幅缩短气固提升管瞬态模拟从初始到达稳定状态所需的过渡时间。以此为基础,研究发现,若以时均统计的流场信息作为模拟的初始分布,则模拟能够很快达到稳定。然后,对影响过渡时间的各个时均流场参数(如压力、气固相速度、空隙率分布等)进行了敏感性分析,发现提升管的空隙率轴向分布是其中最为关键的因素。最后,利用EMMS(energy-minimization multi-scale)模型预测的空隙率轴向分布作为气固提升管动力学模拟的初始条件进行模拟,结果表明,计算很快能达到稳定,且预测的颗粒通量等参数与实验吻合较好。

研究了在搅拌釜内利用溶析沉淀法制备姜黄素纳米颗粒的过程,分别探讨了搅拌釜尺寸、搅拌形式、初始浓度以及搅拌转速对制备结果的影响。通过平面激光诱导荧光技术定量测量釜内液液混合行为,揭示了流体混合环境的控制是决定溶析沉淀产品过程的关键因素。实验表明,搅拌速度过低无法保证流体混合效率,将导致颗粒黏结;搅拌速度过高带来颗粒与流场的强剪切作用,引起颗粒破碎;局部过饱和度过大,引起颗粒的生长和聚团。搅拌釜内纳米颗粒制备需提供适度强化的流体混合环境。

针对过程工业体系特性复杂多变的特点,开发了新型大双叶片宽适应性搅拌器,并建立了描述其流动、混合过程的综合数学模型,模拟分析了搅拌釜内的功率特性、流场特性和混合特性。模拟结果表明:新型大双叶片搅拌器所形成流场中存在着上部叶片区域循环流、下部叶片区域循环流以及纵贯全釜的整体循环流;随体系黏度增加,新型大双叶片搅拌器所产生流场的轴向速度、径向速度和切向速度均波动趋缓,且仍保持良好的功率与混合特性,对流态和黏度具有宽适应性;对新型大双叶片搅拌器而言,近液面加料方式不利于整体混合,适宜的加料点应在上下叶片之间,以缩短混合时间;在消耗相同单位体积功率的前提下,新型大双叶片搅拌器较同尺寸规格的FZ搅拌器的混合效率更高,具有高效节能的竞争优势。模拟结果对改进和优化新型大双叶片搅拌器的结构与运行具有参考价值。

在湍动流化床中,过渡段对于包括甲醇制烯烃在内的气固催化快反应有着重要的作用。采用PV6D反射型光纤探针对内径95 mm的湍动流化床内过渡段的固含率分布和脉动参数进行了测量,分别考察了表观气速和静床高的影响,并采用修正的基于颗粒动力学的三段曳力双流体模型进行模拟。实验表明,湍动流化床过渡段中固含率的轴向分布呈现S型和指数型两种类型,固含率轴向与径向分布都在过渡段内出现最大梯度,表明过渡段中固体浓度分布比稀相段和密相段更不均匀。表观气速和静床高的变化将导致S型和指数型分布的相互转变,并且对过渡段底部与壁面附近的固体高浓度区影响最为显著。局部固含率脉动概率密度分布表明,在静床高较小时,随着气速的增大,床层下部气含率最大值位置将从中心区移动至环隙区,呈现气含率的双峰型分布。本文提出的修正三段曳力模型考虑了颗粒团聚的影响,对过渡段中分布板影响区之外的固含率分布均能较好地模拟。

微型流化床基础和应用在近几年受到越来越多的关注。针对微型流化床对气固反应分析的应用要求,利用脉冲示踪法研究了内径10 mm和21 mm两种尺寸微型流化床中的气体返混特性,具体考察了管内径、颗粒静床高度、床料颗粒粒径和气体表观流速对气体返混程度的影响。结果表明:随着床内径、颗粒静床高度和表观气速的减小和床料颗粒粒径的增大,气体在床内的返混程度减小。使用粒径约270 μm粗颗粒时,两种床径的浅层微型流化床中的气体返混程度都较小,对应的Peclet数在27以上,证明了床内气体流动接近平推流,从而为利用微型流化床最小化气体返混对反应测试的影响,获得近本征反应动力学参数提供了流动特性的保障。

基于双流体方程和颗粒动力学理论的计算模型被广泛应用于流化床的气固两相流数值计算,高精度网格是其准确计算流动的必要条件。一些经典的微尺度阻力模型,其网格尺度决定其模拟结果的精度。亚格子过滤双流体模型是一种有效的适用于粗糙网格的计算模型,其包含的气固相间作用力和颗粒相应力本构方程是在高精度网格条件下,以微尺度双流体方程和颗粒动力学理论计算得到的气固流场为基础,对计算结果进行小尺度过滤后得出。使用亚格子过滤双流体模型替换基于颗粒动力学理论的双流体模型,针对同一物理问题,在不同网格尺度下进行了数值计算,结果表明此计算模型相比经典阻力模型具有较好的网格无关特性,并且和实验结果较为一致。同时也对颗粒动力学理论与之相结合进行了尝试,即仅使用亚格子过滤阻力模型,颗粒相应力仍然使用颗粒动力学模型,其计算结果的网格无关性及与实验值的吻合程度优于经典模型。

建立了蒸汽横掠带有液体降膜流动的水平管束流动阻力实验台,对影响流动阻力的因素与规律进行了实验研究。实验在绝对压力为12～31 kPa的真空条件下进行,对应的水蒸气饱和温度为50～70℃,模拟了大型海水淡化装置中水平管降膜蒸发器的流动过程。实验结果显示,蒸汽掠过带有降膜流动的水平管束的压降远大于蒸汽横掠水平管束的流动阻力,流动阻力系数不仅与蒸汽流动Reynolds数有关,还与液体在水平管上降膜流动的Reynolds数有很大关联。提出了正三角形排列管束的蒸汽横掠降膜流动管束的阻力关系式。

振荡强化传热在内燃机活塞和气门中得到广泛应用,但是其热量输运机理了解还不够深入,目前仍然主要基于经验进行活塞和气门冷却结构的设计,这无疑使得系统传热量难以准确确定。采用CFD动网格技术和VOF多相流模型,对封闭空腔中填充部分冷却介质的振荡传热进行了数值计算,分析了对流传热系数随转速、冲程以及填充率的变化规律。结果表明:振荡能够明显地强化传热,转速是影响振荡强化传热的主要因素,强化传热的效果随着转速以及活塞冲程的增大而增强;当冷却介质填充率在30%～60%范围内时,强化传热效果明显,但当冷却介质填充率超出此范围时,传热效果变差。分析结果对内燃机活塞及气门的冷却设计具有指导意义。

针对一实际尺寸的DD分解炉进行了煤燃烧与碳酸钙分解耦合过程的三维数值模拟研究,其中,对连续相采用Euler坐标系下的k-ε双方程湍流模型,采用离散相模型(discrete phase model)进行颗粒相的运动轨迹计算,采用组分运输模型(species transport model)结合涡耗散概念模型(EDC)模拟煤粉燃烧及生料分解过程,采用P-1辐射模型计算气体和颗粒之间的辐射换热。计算所得煤粉燃烬率为86%,碳酸钙分解率为92.9%,与工程实际数据吻合较好,表明模拟结果的可信性。研究结果表明:来自底部向上运动的高速烟气流与两股横向三次风相遇后,汇合成一股高速向上运动的主气流,携带着煤粉流在分解炉中心处向上运动,并偏向位于分解炉侧面的出口方向;煤粉的燃烧主要发生在分解炉下半柱体部分中心处,并形成了高温区;碳酸钙则围绕着高温区迅速分解,其分解过程主要发生在分解炉下半柱体部分。

气辅成型技术能够有效地改善产品力学性能、提高产品的质量,因此在注射成型生产中应用广泛,与之相应的气辅成型CAE技术也得到了快速发展。当前的气辅成型CAE技术中假定空气为不可压缩流体,忽略了空气的可压缩性,因此研究气辅成型过程中可压缩空气的流动行为具有一定的实际意义。针对气辅成型过程中可压缩空气流动的复杂行为,基于假设将复杂的三维(3D)流动问题转化为二维(2D)。采用 CBS方法建立2D瞬态可压缩空气流动的有限元分析模型,求解算法采用预共轭梯度法,并用VC++完成了算法编制,实现了可压缩空气流动过程的数值模拟,其压力结果可作为充填流动分析的基础数据。

建材中挥发性有机化合物(VOC)的散发是一个复杂传质过程。为准确把握传质特性,首先建立了一套描述干建材散发行为的显性完全解析模型,适用于模拟对人体最不利的无换气情况;代入有关文献中的传质参数预测了环境舱浓度,与文献中对应的实验数据及数值算法预测值吻合良好。然后基于对模型的分析提出一套简便快捷的实验方法,能够利用不同VOC背景值下干建材在密闭舱中散发的平衡浓度或逐时浓度,求取预测散发过程的4个重要的传质参数:可散发浓度C₀、扩散系数D、分配系数K和对流传质系数h_m;实验部分测算了两类密度板中甲醛散发的C₀、D、K、h_m,代入数值算法预测了密闭舱和直流舱的环境舱浓度,与实验数据吻合良好。该套模型和测定方法能够应用于建材散发的模拟研究。

目前尼龙6生产中主要采用发烟硫酸催化环己酮肟液相Beckmann重排制己内酰胺,副产大量硫酸铵,而且存在设备腐蚀等问题。采用气相重排法可以克服上述缺点。本工作在以前得到的优化反应条件下,根据实验并采用催化剂失活的Wojciechowski模型获得了S-1催化环己酮肟气相Beckmann重排制己内酰胺反应动力学方程及参数。该模型将催化剂的活性与在线反应时间相关联,进而可以计算任何在线反应时间时催化剂的失活速率,或者根据要求的转化率最低允许值计算催化剂能在线反应的时间。

聚甲氧基二甲醚作为柴油添加剂,可以提高柴油的十六烷值(CN),提高燃油的利用率,作为甲醇大宗下游产品具有广阔的应用前景。在固定床管式反应器中,以改性大孔阳离子交换树脂为催化剂,在温度40～100℃、液相空速1.32～16.37 h^-1、甲醛/甲醇摩尔比1～4和反应压力0.1～3.0 MPa下,以单因素实验和正交实验相结合的方式,系统地研究了甲醛与甲醇缩醛化工艺条件,获得了较佳的工艺条件,在温度70℃、甲醛/甲醇摩尔比3:1、液相空速1.32 h^-1、反应压力2.0 MPa的条件下,甲醇的转化率为69.72%,DMM_3—8选择性为62.08%。

传统Fenton反应存在对液相pH要求较高、Fe³⁺回收困难以及难以重复使用等问题。基于"活性离子固载化,酸性环境局部化"的设计思路,通过对活性炭(AC)表面酸化改性,制备得到载铁活性炭(Fe/AC)催化剂。研究了Fe/AC制备工艺与其性能之间的关系,结果表明,在载Fe³⁺量44.05 mg·g^-1、煅烧温度200℃的制备工艺下可得到催化活性较高、稳定性好的Fe/AC催化剂。用性能优良的Fe/AC催化H₂O₂降解双酚A(BPA),其较佳催化反应条件为:反应时间60 min、反应温度20℃、溶液pH值为4.0≤pH≤8.0、Fe³⁺/H₂O₂摩尔比为0.007～0.012、30% H₂O₂用量为0.04 ml H₂O₂·(mg BPA)^-1。本工作制备得到的Fe/AC催化剂具有较好的重复使用性能,在实际废水处理领域具有较大的应用前景。

采用分子动力学模拟研究了在真空和水溶液环境下聚乙二醇在β-2CaO·SiO₂表面吸附的规律及其机理。在真空环境下聚乙二醇与β-2CaO·SiO₂不同晶面的吸附强弱顺序依次为:(110)>(010)>(011)>(001)≈(101)>(100);而在水溶液环境下其吸附强弱顺序为:(010)≈(110)≈(001)>(011)>(101)>(100)。真空和水溶液环境下在343～363 K时温度对聚乙二醇与β-2CaO·SiO₂(110)晶面相互作用时的单位面积吸附能影响不大,但当在聚合物链节数较小时单位面积吸附能随链节数的增加而明显增加。在水溶液的环境中,分别构造了β-2CaO·SiO₂和聚乙二醇与水分子的径向分布函数,水分子与聚合物、β-2CaO·SiO₂表面之间都存在吸附能,由于水分子较小,其对聚合物与晶面的吸附产生排斥作用,导致聚合物在水环境中与硅酸二钙晶体吸附能降低。

为有效降低不凝气对降膜蒸发过程的影响和优化蒸发器结构参数,建立了多效蒸发(MED)海水淡化系统中CO₂化学解吸的数学模型,通过对实际海水淡化装置的模拟,得到了系统CO₂的解吸速率及其影响因素,并通过与前人研究成果和MED海水淡化厂实际运行数据对比分析,验证了模型的正确性并且证明具有更高的精度。结果表明,蒸发温度是决定化学反应速率的关键因素,蒸发温度越高,反应速率越快,在海水加热到饱和温度阶段,海水盐度和pH值也显著影响化学反应速率;碳酸盐离子浓度因海水蒸发而增大,有助于CO₂的化学解吸;随着各效蒸发器内蒸发温度的降低,液膜中传质系数降低,CO₂解吸速率逐效降低。

以二氯甲烷-乙腈-水-硅醚为分离体系,采用自制隔板塔小试装置,研究了共沸剂回流比和液相分配比等操作参数对隔板塔分离效果的影响。实验结果表明,当气相分配比R_v为0.5,共沸剂回流比为3时,液相分配比R_l在[0.12,0.2]范围内,隔板塔分离效果较好。在实验的基础上,采用Aspen Plus软件对隔板塔共沸精馏工艺进行模拟,考察了隔板塔共沸精馏工艺最佳操作区域及节能效果。模拟结果表明,特定分离要求下,隔板塔存在一个使再沸器热负荷最小的最佳操作区域,在此最佳操作区域内,R_l和R_v相互关联,呈一一对应关系;与三塔串联简单精馏工艺相比,完成相同的分离任务,隔板塔共沸精馏工艺再沸器节能32.74%,冷凝器热负荷减少33.70%,乙腈回收率由66.47%提高到96.01%,且大幅降低设备投资。

分别用1 mol·L^-1硝酸、1 mol·L^-1盐酸、1 mol·L^-1硫酸对商业活性炭进行浸渍改性。采用比表面积及孔径分析仪、Boehm滴定、傅里叶转换红外光谱(FTIR)对活性炭的物化性质进行表征。以甲苯、甲醇为吸附质,在283 K下进行了固定床吸附实验。研究表明:酸改性能去除表面碱性基团,显著增加表面酸性含氧官能团的含量;酸改性活性炭的吸附量与其比表面积、总孔容、微孔孔容、表面总酸性官能团呈现出良好的线性关系;Langmuir方程比Freundlich方程更加适合描述甲苯、甲醇在活性炭上的吸附;甲醇在活性炭上为物理吸附,甲苯在活性炭上以物理吸附为主,与表面官能团之间的化学键作用能增强甲苯吸附量;甲苯、甲醇在活性炭上的微孔有效扩散系数的大小顺序为:AC-N>AC-1>AC-S>AC-C;并且甲醇的微孔有效扩散系数大于甲苯。

研究葡萄籽原花青素粗提液在AB-8大孔树脂上的吸附过程,建立了AB-8大孔树脂吸附原花青素的相平衡方程和动态吸附模型,计算了不同流速、不同进料浓度下的总传质系数、传质区长度及穿透时间。实验结果表明,原花青素静态吸附符合Langmuir吸附等温方程式;AB-8树脂对原花青素的动态吸附属于外扩散控制过程;穿透时间计算值与实验值一致。建立的数学模型可用于指导实际生产操作,为吸附柱的设计提供参考。

LNG接收站蒸发气体(BOG)处理量和液化天然气(LNG)外输量的波动对BOG再冷凝工艺提出低能耗、大弹性、易操作的要求。以系统总能耗最小为目标函数,对建立的BOG多阶压缩再液化工艺模型中压缩阶数和阶压比等参数进行了优化,并分析了该工艺模型在工况波动影响系统能耗时的各阶压比的抗干扰性及系统的操作弹性。结果表明:多阶压缩工艺系统阶数越多,系统的总压比、总能耗越小,BOG处理能力也越大;但随着系统阶数的增加,节能效果降低。多阶再液化工艺中二阶系统比现有一阶系统的操作弹性增大12%,且在LNG与BOG质量比≤10时,二阶系统的BOG压缩功耗可节约33%以上。针对一般气源型接收站工况,二阶系统是节能且操作弹性大的BOG处理工艺。

针对气-液柱状旋流式(GLCC)多相流量计的液位控制问题,提出一种增量多变量模型预测控制(MPC)算法。采用控制增量状态空间模型和阶梯式控制策略,建立约束多变量MPC优化控制问题。为在线计算约束优化问题,引入坐标轮换法和黄金分割法,在线计算控制变量增量值,进而得到预测控制量。最后,以GLCC多相流量计的两输入单输出液位控制模型为例,仿真验证本文算法的有效性。

LNG接收终端的主要功能是接收、储存和再汽化LNG,并通过天然气管网向电厂和城市用户供气。通过建立接收终端各设备的动态模型,增加了必要的控制系统,对流程进行了动态仿真,针对接收终端季节调峰、卸船和储罐超压3种工况进行了案例分析,得到了以下结论:接收终端调峰期间,外输泵、罐内泵功耗变化规律与外输天然气流量变化规律一致;卸船工况主要对压缩机功耗、再冷凝器入口BOG及LNG流量有影响,整个卸船过程一般需要13 h左右;储罐超压过程中,由于压缩机负荷的调节,对压缩机功耗、再冷凝器压力、再冷凝器入口BOG及LNG流量有较大影响,整个超压事故持续时间为15.2 h;对接收终端工艺的设计和运行提出了建议。

为减小单机多产品注塑过程的生产总能耗,提出一种基于旅行商算法(TSP)和遗传算法(GA)的节能调度方法。研究了注塑生产总能耗的3个重要组成:产品切换能耗、过渡调整能耗和稳定生产能耗,建立了产品切换过渡的能耗模型。以单产平稳模态为节点、过渡模态为支路,建立了单机多产品过程生产总能耗的有向图模型,将单机多产品能耗优化问题转化为经典的TSP问题。采用基于遗传算法的多目标逐层优化与TSP路径寻优思想,搜索各个单产平稳生产下的最优操作参数以及多产品的最优生产顺序,以期降低生产总能耗。该方法可提高生产效率,降低生产能耗。应用研究结果验证了方法的可行性和有效性。

在纺织染色中,分散染料染合成纤维是比较重要的典型染色组合之一。通过对已有染色理论和人工经验的结合,以分散蓝RSE染涤纶为代表,建立分散染料染合成纤维的上染过程数学模型。在建模时,首先建立3个与温度有关的独立的上染特性模型,然后运用反应速率方程将已建立的3个模型集成起来,最终建立染料上染量-时间集成模型。在模型建立过程中,由于使用了具有少数据性和较高精确性特点的灰色Verhulst理论,从而使得集成模型中的参数值容易确定,计算量小。对于同类型的染料,改变参数值模型即可同样适用。上染过程建模实验表明,此数学模型有较高的精确度和很好的泛化能力,可以满足对染色结果进行预测的需要。

合成了不同TMPAC和AlCl₃摩尔比的TMPAC-AlCl₃离子液体,并测定了其在不同温度下的电导率。在摩尔比为1:2的TMPAC-AlCl₃离子液体中进行了恒电流电沉积实验,研究了温度、电流密度、搅拌速度和添加剂甲苯等对沉积层的影响。结果表明:在相同条件下摩尔比为1:2的TMPAC-AlCl₃离子液体电导率最大,当温度为80℃,电流密度为20 mA·cm^-2,搅拌速度为500 r·min^-1时,沉积层质量较好且电流效率较高;甲苯的加入,增大了TMPAC-2AlCl₃离子液体的电导率,降低了槽电压,当添加甲苯的体积分数为50%,电流密度为23 mA·cm^-2时,可以得到较为致密、色泽良好、平整而均匀的沉积层。

以纳米硒球为模板,H₂PtCl₆为前驱体,以抗环血酸为还原剂,SDSN作稳定剂,在室温下批量制备了铂纳米空球(Pt_Hollow)及其修饰玻碳(GC)电极(Pt_Hollow/GC)。使用XRD、SEM和TEM等检测技术表征了其形貌与结构,结果表明,所制备的铂纳米空球分散性好,粒径比较均匀,约为120 nm;球壳多孔,壳厚<10 nm,由多维、多级的多晶铂原子团簇所构建。以甲醛为探针分子,采用循环伏安及计时电流等常规电化学方法比较了电活性面积基本一致的Pt_Hollow/GC和电沉积铂纳米粒子(Pt_nano)修饰GC电极(Pt_nano/GC)催化甲醛氧化的性能,结果显示,位于0.64 V处的氧化峰电流密度,前者是后者氧化峰电流密度的1.5倍;氧化电流密度为0.5 mA·cm^-2处的氧化电位,前者比后者负移了约30 mV。实验结果表明,与Pt_nano/GC电极相比,甲醛在Pt_Hollow/GC电极上氧化的活化能低,反应速度快,催化活性高。所得结果为直接甲醛燃料电池阳极催化剂的研制提供了一定的实验与理论依据。

再生水源热泵能有效回用废热,但再生水换热器的微生物污垢问题一直没有完全解决,严重影响换热效率和系统安全。利用长期监测并且进行16S rRNA鉴定得到的再生水及其污垢中两种主要代表菌属芽孢杆菌属和气单胞菌属,在实验室内配制模拟流体进行混合菌种微生物污垢实验。通过在特制的机理流道上进行不同菌种比例和不同营养物质浓度的污垢生长实验,得出芽孢杆菌属和气单胞菌属的单独生长规律和混合生长规律,总结了混合生长时两种菌属的协同和抑制规律,同时考察了营养物质浓度对生长规律和交互作用的影响。结果表明:芽孢杆菌属成垢能力较强,细胞分裂速度高,耐贫营养能力强;气单胞菌属成垢能力弱于芽孢杆菌属,但分泌物生成速率高,可以与芽孢杆菌属协同生长;两种菌属交互作用在不同阶段和条件下,协同与抑制作用共存并轮流占据主导。

利用热重红外分析仪(TG-FTIR)研究了两种不同垃圾衍生燃料(RDF)的热解特性。研究发现,尽管两种RDF的来源不同,但却具有相似的热解特性,其热解过程主要分为3个阶段:生物质组分(220～430℃)、塑料类物质(430～520℃)以及无机碳酸盐(>650℃)的分解。利用Coats-Redfern法,求得了RDF热解前两个阶段的表观动力学参数,计算结果表明高温段的反应活化能要高于低温段。通过FTIR对RDF热解析出的气体进行了在线分析,发现两种RDF热解过程中的气相产物析出规律基本一致,析出的气体主要包括H₂O、CO₂、CO以及CH₄等烃类。HCl在低温阶段(230～400℃)即析出完毕。相比之下,NH₃开始析出的温度较高(260℃),并且整个析出温度范围较广,高温下仍有少量析出。SO₂在热解条件下仍有相当量的生成,其析出主要集中在300～600℃的温度范围内。

通过试验方法优化,研究了芬顿体系中pH值、温度、H₂O₂投加量以及过氧化氢/硫酸亚铁摩尔比C(H₂O₂)/C(FeSO₄)对活性艳红X-3B脱色及总有机碳(total organic carbon,TOC)去除率的影响。结果表明:初始pH值对脱色率和TOC去除率的影响均最大。在正交试验的基础上,通过单因素试验进一步优化了反应条件,得出芬顿法去除活性艳红X-3B的最佳反应条件为pH=3、H₂O₂投加量为2.5 mmol·L^-1、C(H₂O₂)/C(FeSO₄)=10时,模拟废水的脱色率可达98.93%,TOC去除率可达48.81%。此外,芬顿体系的反应速率受温度的影响较大,色度去除符合二级动力学模型,根据Arrhenius公式计算得出活性艳红X-3B在芬顿体系中的反应活化能约为107 kJ·mol^-1。

以低浊微污染配水为试验水样,对比考察了硫酸铝(Al₂(SO₄)₃)、氯化铝(AlCl₃)和聚合氯化铝(PACl)的混凝效能;考察高锰酸钾(KMnO₄)对铝盐混凝剂的助凝效果及对出水中残余颗粒铝(Al_P)和溶解铝(Al_D)含量的影响;并对残余铝形态与除污染效果的相关性进行分析。结果表明:AlCl₃、Al₂(SO₄)₃混凝效能相似,二者电性中和能力较PACl强,但去除浊质及溶解性有机物效果不如PACl。KMnO₄对AlCl₃、PACl絮体zeta电位的影响随其投量的增加有小幅下降,同时,KMnO₄能有效地降低出水中剩余浊度与溶解性有机物含量,对AlCl₃、PACl的助凝作用主要体现在电性中和阶段。KMnO₄也能有效地降低出水中Al_P与Al_D含量,且残余铝多以Al_P的形式存在,Al_D含量相对较低;相同混凝剂投量下,Al_P与剩余浊度存在一定的正相关性,而残余Al_D含量受KMnO₄以及铝盐混凝剂投量的双重影响。以网捕卷扫为主导时,Al_D含量较稳定,在较小范围内波动。

在实验室规模的光化学反应器中,基于实验研究﹑动力学理论以及双膜理论,研究了UV/H₂O₂氧化联合CaO吸收(UV/H₂O₂-CaO工艺)脱除燃煤烟气中NO的传质-反应动力学。分析了NO吸收的传质-反应过程,明确了NO吸收过程的主要控制步骤和强化措施,测定了关键的动力学参数,推导了NO吸收过程的理论模型。结果表明:在实验范围内,NO吸收速率随着NO浓度的增加几乎呈线性增加。随着H₂O₂浓度和CaO浓度的增加,NO的吸收速率均呈现先增加后变缓的趋势。UV/H₂O₂-CaO工艺脱除NO是一个拟一级快速反应过程,强化气相主体扰动﹑增加气液接触面积和提高NO分压可有效提高NO的吸收速率。NO吸收速率方程的计算值和实验值具有较好的一致性。

为了研究植物纤维原料中的木素-碳水化合物复合体(lignin-carbohydrate complexes,LCCs)在硫酸盐法蒸煮过程中的结构变化,向天然植物稻秆中投入带¹³C同位素标记的松柏醇葡萄糖苷,用Björkman的方法将木素-碳水化合物复合体从稻秆粉末中分离出来,结合红外光谱和高分辨率的液态¹³C NMR检测分析发现木素与糖类主要是通过苯甲醚键、酯键和缩醛键连接。其中,在LCC中木素的主要结构为β-O-4结构。将分离出来的带标记的LCC模拟硫酸盐法蒸煮,分离得到木素-碳水化合物复合体的硫酸盐木素。通过对天然稻秆LCC硫酸盐木素和稻秆LCC硫酸盐木素-[α-¹³C]的红外光谱和高分辨率¹³C NMR分析,证实了在稻秆LCC硫酸盐蒸煮后,产物中还存在少量以苯甲醚键和缩醛键连接的LC结构。另外,所得硫酸盐木素主要以β-O-4结构为主,含有少量的β-β、β-5和β-1结构。

通过固态吸附剂汞吸附效能测定系统进行了太西活性焦吸附单质汞的实验,考察单质汞Hg⁰入口浓度和温度对太西活性焦脱汞性能的影响并探讨了吸附机理。结果表明:在CO₂/N₂/O₂/NO/Hg⁰体系中,不同Hg⁰入口浓度获得的汞脱除效率曲线相似,脱除效率随Hg⁰入口浓度增大而增加;变入口浓度工况下,汞的吸附全过程遵循准二级动力学反应模型,该吸附过程以化学吸附为主;在反应温度从403 K升高到423 K的过程中,系统发生了化学吸附或者化学反应,423 K可作为活性焦的最佳除汞温度;Bangham方程可对变温工况下活性焦脱除单质汞的吸附过程进行准确描述,并获得不同温度下活性焦脱汞的吸附速率常数存在k_423K>k_463K>k_403K的关系。

污水处理厂尾水中因可生物降解的有机物含量较低,无法实现生物深度脱氮,外排仍含有较高浓度的总氮,若排入河流会引起富营养化,因此深入研究尾水的深度脱氮技术具有重要意义。采用催化电氧化技术,以污水处理厂尾水为研究对象,研究了在电流密度、水力停留时间(HRT)、进水pH值等因素的影响下,尾水中总氮的去除。结果表明,催化电氧化技术在电流密度为32.67 mA·cm^-2、进水pH值为6.25～7.02、HRT为30 min时,总氮(TN)从26.40 mg·L^-1降至11.91 mg·L^-1,NO₃^--N从18.03 mg·L^-1降至4.90 mg·L^-1,去除率分别可达到54.9%和72.8%;TN的脱除主要以硝氮(NO₃^--N)的去除为主。催化电氧化技术能高效去除污水厂尾水中的总氮,且具有运行稳定和抗冲击等优点。为污水处理厂尾水的电化学深度脱氮提供了理论基础。

新法铝热炼镁工艺以白云石和菱镁石为原料、以铝粉为还原剂,在真空还原获得金属镁的同时得到富含CaO·2Al₂O₃的还原渣,该还原渣可通过氢氧化钠和碳酸钠的混合碱液溶出得到铝酸钠溶液,并通过碳酸化分解制备氢氧化铝。以该工艺所得还原渣为原料,系统地研究各溶出条件对氧化铝溶出率的影响,并对碳分所得氢氧化铝进行性能检测。结果表明,在氢氧化钠浓度80 g·L^-1、碳碱浓度110 g·L^-1、溶出时间120 min、溶出温度95℃、液固比为6的条件下,炼镁还原渣中氧化铝的溶出率在85%以上。氢氧化铝产品白度均大于98,平均粒径为26.98 μm,能够达到高白氢氧化铝的要求。

利用乙二胺与双丙酮丙烯酰胺间的Michael加成反应合成了含酮羰基的新型扩链剂N,N'-二双丙酮丙酰胺基乙二胺,用¹H NMR和¹³C MNR证实了结构。聚己二酸新戊二醇酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)预聚后加入N,N'-二双丙酮丙酰胺基乙二胺扩链得到含酮聚氨酯预聚物,预聚物经分散、乙二胺扩链后得到聚氨酯分散体。研究了含酮扩链剂用量对分散体及其膜性能的影响。结果表明随N,N'-二双丙酮丙酰胺基乙二胺的增加,聚氨酯分散体的粒径增大、黏度减小。己二酸二酰肼交联后能明显提高WPU胶膜的力学性能。

为调控有机颜料微胶囊的粒径及其分布,在分析微悬浮聚合过程粒径变化的基础上,系统研究了微悬浮聚合工艺(均质化剪切速率、搅拌速率)和配方(有机颜料、分散剂含量)对颜料微胶囊粒径的影响。发现当搅拌速率为250 r·min^-1时,单体液滴的融合和乳胶粒的粘并现象均较少,聚合体系可较稳定地保持均质化单体液滴的尺寸。分散剂磷酸三钙TCP用量对体系稳定性影响明显,但其粒径调控能力有限。均质化强度对微胶囊粒径影响明显,具有较好的调控能力,而颜料含量对微胶囊粒径的影响较少。因而通过聚合工艺和配方的综合调节,可制得一系列颜料含量高、粒径分布窄、粒径可调范围较大的"石榴状"有机颜料微胶囊。

对液化天然气(LNG)扩散的物理过程进行了理论分析。针对垂直喷射源连续泄漏扩散特点,将液化天然气扩散过程分为重气扩散与被动扩散两个阶段。结合烟羽抬升计算,在两个阶段分别采用SLAB稳态烟羽模型与高斯烟羽模型,建立了液化天然气扩散过程数学模型。研究了垂直喷射源泄漏形式和不同环境条件下的扩散情形。对液化天然气泄漏后混合云团扩散形成的浓度场、温度场和其他特征参数进行了模拟。得到重气扩散阶段随下风向距离增大,扩散云团高度、宽度、温度、密度、云团中液化天然气蒸气含量、水含量的变化规律,被动扩散阶段云团中液化天然气质量分数的变化情况。可以为事故危害范围的测定、事故后人员的疏通和补救工作的指导提供帮助。