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2014年 第65卷 第10期 刊出日期:2014-10-05
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    本期封面、广告页、中英文目次表
    CIESC Journal. 2014, 65(10):  0-0. 
    摘要 ( 348 )   PDF (1506KB) ( 493 )  
    相关文章 | 多维度评价
    热力学
    铬盐液相氧化工艺分离过程中多元体系溶解度的测定及关联
    江春立, 张美羲, 谭世语, 董立春, 张红晶
    化工学报. 2014, 65(10):  3747-3752.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.001
    摘要 ( 833 )   PDF (516KB) ( 411 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用平衡分析法,测定了常压下铬铁矿液相氧化生产铬盐工艺分离过程涉及的NaOH-H2O-Na2CrO4、NaOH-H2O-NaAlO2、NaOH-H2O-Na2SiO3三元体系,NaOH-H2O-Na2CrO4-Na2SiO3、NaOH-H2O-Na2CrO4-NaAlO2、NaOH-H2O-Na2SiO3-NaAlO2 四元体系及NaOH-H2O-Na2CrO4-Na2SiO3-NaAlO2五元体系中Na2CrO4、NaAlO2、Na2SiO3的溶解度,并使用Apelblat方程对实验数据进行了回归。实验的温度范围为353.15~403.15 K,除测量Na2CrO4在NaOH-H2O-Na2CrO4三元体系中的溶解度时NaOH的浓度从100 g·L-1改变到 800 g·L-1,其他体系中都固定NaOH浓度为500 g·L-1。研究结果表明铝酸钠、硅酸钠无论单独存在还是同时存在均会降低铬酸钠的溶解度,其中铝酸钠对铬酸钠的溶解度影响最大,而硅铝共存反而对铬酸钠溶解度影响最小。
    流体力学与传递现象
    基于双组分PDF模型的GSP气化炉数值模拟
    毕大鹏, 管清亮, 玄伟伟, 张建胜, 岳光溪
    化工学报. 2014, 65(10):  3753-3759.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.002
    摘要 ( 767 )   PDF (1273KB) ( 423 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    GSP气化炉是国内最近引进的西门子公司开发的粉煤气化技术,由于对其炉膛内气固反应流动特性认识不足,运行中出现耐火砖烧穿、合成气含灰过高等问题。利用数值模拟方法,采用双组分PDF模型耦合湍流-化学反应、随机轨道法耦合湍流-颗粒运动,针对GSP气化炉内多相反应流场建立三维数值模型。计算结果与实验值及文献计算结果一致,表明该模型可用于GSP气化炉的模拟计算。研究发现,炉膛内流场主要分为旋转射流区、内回流区、外回流区和管流区。高温区位于发生氧化反应的旋转射流区和内回流区上部,而外回流区和管流区主要发生还原反应,温度较为均匀;炉膛高度1/3位置处为高温火焰直接冲刷处,在运行时需重点考虑该位置的热防护。
    气液传质过程中Marangoni对流的观测与定量分析
    于海路, 曾爱武
    化工学报. 2014, 65(10):  3760-3768.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.003
    摘要 ( 679 )   PDF (4939KB) ( 491 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    建立了一套气液传质装置和一套纹影系统对乙醇解吸CO2过程中产生的Marangoni对流结构进行垂直界面方向上的观察,发现解吸过程中近界面处出现均匀分布的旋涡状的对流结构,并随时间聚合发展变大。此外还利用定量纹影法考察了传质过程中的浓度分布和界面张力梯度等信息。定量的结果表明较大的界面张力梯度位于对流胞型的边缘和中心处,驱动着界面流体的运动,并耦合浮力效应,形成了近界面环流的运动形式。这种环流运动造成了对流胞型边缘浓度较大、内部浓度小的分布,促进了相界面流体微元的更新,加强了传质过程。
    双波纹流道中的流体流动特性及LDV实验
    王丹, 王珂, 王永庆, 刘敏珊
    化工学报. 2014, 65(10):  3769-3775.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.004
    摘要 ( 596 )   PDF (1235KB) ( 490 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    开发了一种双波纹流道结构,基于正交实验方法设计了9组不同结构参数的双波纹流道,采用计算流体力学(CFD)方法,研究了一定Reynolds数范围内(25≤Re≤200),9组双波纹流道内的流体充分发展层流流动和传热性能。研究结果表明,流道的波纹波幅对于流体流动和传热性能的影响较大。设计制作了流体在双波纹流道中流动的冷模实验装置,采用激光多普勒测速仪(LDV)对于流道内特殊位置点的速度进行测量,将实验测量结果与数值模拟计算结果进行对比。结果表明,实验测量结果与数值模拟计算结果变化趋势一致且吻合较好,主流速度的最大相对误差为28.7%,由此验证了数值模拟计算的可靠性和准确度。
    煤中伴生矿物的摩擦荷电特性
    郭健, 董克增, 黄正梁, 王靖岱, 阳永荣, 王芳
    化工学报. 2014, 65(10):  3776-3782.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.005
    摘要 ( 682 )   PDF (513KB) ( 761 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    根据煤粉中煤和伴生矿物的摩擦荷电特性来设计摩擦荷电系统,使煤和伴生矿物充分异性荷电,是强化煤粉摩擦荷电过程、提高分选效率的关键。以石英、高岭土、方解石这3种煤粉中的主要伴生矿物作为研究对象,利用铜管中气力输送过程使颗粒摩擦荷电,并使用法拉第筒和静电计测量铜管出口颗粒的荷电量,研究了气速、给料速度、管道长度对其摩擦荷电特性的影响。结果表明,石英、高岭土、方解石与铜管摩擦均带负电;各伴生矿物的荷质比均随气速增大而增大,随给料速度增大而减小,随管道长度增加而增加;相同实验条件下,方解石与铜管摩擦后荷质比最大,高岭土荷质比次之,石英荷质比最小,功函数大小为方解石>高岭土>石英>铜。基于连续碰撞荷电机理,同时考虑气速、给料速度、管道长度的影响,建立了稀相气力输送过程颗粒摩擦荷电模型。3种伴生矿物颗粒荷质比的模型计算值与实验值的相关系数均大于0.95,平均相对偏差均小于10%。实验结果表明模型具有较高的预测精度,可以为摩擦荷电系统的设计提供指导。
    真空闪蒸冷却换热机制及流量影响
    陈华, 程文龙, 章玮玮
    化工学报. 2014, 65(10):  3783-3788.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.006
    摘要 ( 605 )   PDF (633KB) ( 620 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过对真空闪蒸冷却机理的分析,基于膜-渗透理论建立了以水为工质的真空闪蒸冷却换热模型,并利用实验研究和模型模拟相结合的方法,对闪蒸冷却的换热特性进行了研究。模型分析结果和实验结果误差小于10%,证明了所建模型的准确性。研究结果表明:液膜闪蒸换热在高热通量闪蒸冷却中占主导地位;随着工质流量的增加,闪蒸冷却换热性能提高;工质流量越小,液膜闪蒸换热所占份额越大,即工质闪蒸所带来的潜热利用率增加。研究结果为真空闪蒸冷却在航天热控方面的应用提供了理论基础。
    对置液柱撞击液膜破裂特征
    黄国峰, 李伟锋, 屠功毅, 王辅臣
    化工学报. 2014, 65(10):  3789-3797.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.007
    摘要 ( 496 )   PDF (11861KB) ( 261 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用高速摄像仪对两液柱撞击产生液膜的破裂过程进行了实验研究。分析了撞击液膜的破裂过程及表面波产生和传播过程,考察了射流直径、喷嘴间距和射流Weber数(We)对撞击液膜破裂的影响;定量分析了液膜表面波频率的变化及液膜破裂后的粒径分布情况。研究结果表明,液膜表面波传播频率随We的增大而增大,并沿液膜径向方向逐渐减小;随着射流We的增加,液膜边缘的液滴脱落频率增加;当We>1000时,液膜表面产生大量液滴团,且液滴团对液膜破裂具有促进作用;液柱撞击液膜发生破裂后90%以上的量纲1液滴粒径分布在0~1之间。
    基于临界分流理论的气液两相流均匀分配器
    梁法春, 杨桂云, 王金龙, 于皓
    化工学报. 2014, 65(10):  3798-3804.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.008
    摘要 ( 650 )   PDF (945KB) ( 641 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    提出了一种新型气液两相流分配器,主要由旋流叶片、整流器、分流喷嘴以及分配腔室组成。通过采用“流型调整”与“临界分流”控制相分离。为研究不同分流比下的分配特征,设计了2喷嘴和4喷嘴两种分配结构。建立了气液两相流数值模型,模拟了气液两相流在分配器内流动特性。在气液两相流实验环道上进行了测试,气相折算速度范围为5.0~25.0 m·s-1,液相折算速度范围为0.012~0.14 m·s-1,实验中出现的流型包括波浪流、段塞流以及环状流。结果表明,在临界分流条件下,气液相分流系数主要取决于与侧支管相连通的分流喷嘴数目与总喷嘴数目的比值,不受流型、气液流速等参数波动的影响。对于2喷嘴分配器分流系数接近理论值0.5,对于4喷嘴气液分流系数约为0.25。
    微小通道内液体扰流微孔逸出气泡串的迁移行为
    朱恂, 谢建, 王宏, 廖强, 丁玉栋, 冯浩
    化工学报. 2014, 65(10):  3805-3810.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.009
    摘要 ( 583 )   PDF (4570KB) ( 375 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    对微小矩形通道内,液体扰流下微孔孔口逸出气泡串的迁移行为进行了可视化实验。基于图像处理方法,分别研究了液体流量和通道倾斜角度对气泡串尺寸、运动速度以及运动轨迹的影响。发现了不同工况下通道内的微气泡堆积现象,并对其进行了分析。结果表明:增大液体流量或者通道倾角,使得形成的气泡尺寸减小,气泡运动轨迹与通道壁面夹角减小,气泡运动速度增大。液体流量与通道倾角影响了通道内微气泡堆积的位置及数量。
    三叶孔板换热器壳程传热与压降
    郭震, 郎红方, 周帼彦, 朱凌云, 杨锦春, 朱辉, 朱冬生
    化工学报. 2014, 65(10):  3811-3819.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.010
    摘要 ( 491 )   PDF (596KB) ( 639 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    三叶孔板换热器是一种新型纵向流换热器,由于其具有传热效率高、压降低、抗振结构性能优越等诸多优点而广泛应用于核电行业。搭建三叶孔板换热器壳程传热与压降测试平台,对传热和压降的测量结果进行不确定度分析。对4台三叶孔板换热器模型进行实验研究,结果表明随着Reynolds数的增大,壳程对流传热系数和压降在对数坐标内线性增大;在Reynolds数相同的情况下,随着支撑板间距的增大,三叶孔板换热器壳程Nusselt数逐渐减小,压降逐渐降低,同时压力梯度逐渐减小。为了进一步分析说明三叶孔板换热器壳程传热与阻力性能,基于Bell-Delaware法设计了具有相同结构参数的折流板换热器。与折流板换热器的对比结果表明:三叶孔板换热器壳程Nusselt数平均为折流板换热器的1.25倍,壳程整体压力平均为折流板换热器的0.77,综合性能平均为折流板换热器的1.62倍。
    基于改进互相关法的气固两相栓塞流速测量
    薛倩, 王化祥, 马敏, 崔自强
    化工学报. 2014, 65(10):  3820-3828.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.011
    摘要 ( 612 )   PDF (9468KB) ( 475 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    在双截面电容层析成像(ECT)系统测量气力输送过程中栓塞流速度的应用中,利用动力学相关因子指数检测电容信号的均值突变,根据突变点设置时间窗以提取上下游信号,将所选信号映射成二值图像,并进行数学形态学闭运算处理,对处理后的图像进行二维互相关计算,估算出栓塞流速度。实验结果表明了该方法的有效性,和传统互相关法相比,改进互相关法可有效提取有明显波动特征的信号段,并通过二维图像互相关计算提高了互相关法的稳定性,从而提高了ECT技术在线测量两相流的准确性。
    三角沟槽高温热管变热流传热特性
    沈妍, 张红, 许辉, 于萍
    化工学报. 2014, 65(10):  3829-3837.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.012
    摘要 ( 501 )   PDF (5218KB) ( 372 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    针对高温热管在交变功率下的传热性能进行了试验研究,考虑功率的变化周期、振幅和热管的倾角等因素,分析了热管的温度、热阻及其热响应时间的变化。结果表明:在本实验条件下,恒定加热功率启动的时间与温度,和平均功率与之相等的周期交变功率启动时基本相等。交变功率的周期越长、功率振幅越大,温度波动越大,对热管的影响越大。三角沟槽高温热管在交变热通量下运行良好,性能稳定,能承受6 min内功率变化3000 W(760~3800 W)的恶劣工况。三角沟槽热管在交变功率下水平运行较45°倾角时均温性更好。高温热管具有较好的热响应和热缓冲作用,可显著提高所在系统的可靠性。
    安装涡发生器的矩形截面螺旋通道内流体流动
    张丽, 李佳其, 张春梅, 王翠华, 吴剑华
    化工学报. 2014, 65(10):  3838-3845.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.013
    摘要 ( 613 )   PDF (1752KB) ( 594 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    对安装三角翼型涡发生器的曲率为0.05的矩形截面螺旋通道内的流场进行了实验测量,并将测量值与模拟值进行比较,二者吻合较好。利用数值模拟方法研究了矩形截面螺旋通道内涡量的演变过程,研究了曲率及Reynolds数对涡发生器有效作用距离的影响。结果表明,安装三角翼型涡发生器后,矩形截面内靠近内壁处新出现了两个common-flow-down型的二次涡,新出现的额外涡量的极值为原有涡量的2.0~2.8倍。Reynolds数越大,曲率越小,涡发生器的有效作用距离越长。当曲率为0.05,迎流角为10°,Reynolds数为5370时,其值可达翼高的79倍。
    颗粒形态和浓度对纳米石墨冷冻机油密度和黏度的影响
    娄江峰, 张华, 王瑞祥, 李萌
    化工学报. 2014, 65(10):  3846-3851.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.014
    摘要 ( 836 )   PDF (2995KB) ( 649 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用硅烷偶联剂KH570对两种形态的纳米石墨进行表面改性,配制了稳定性良好的环烷基纳米冷冻机油。利用振荡密度仪和旋转黏度计对纳米石墨冷冻机油(纳米石墨为粒状和片状,质量分数为0.05%、0.1%、0.2%、0.5%、1%、1.5%、2%)在不同温度(288~343 K)下的密度和黏度进行了测试。结果表明:纳米石墨冷冻机油的密度和黏度随着纳米颗粒浓度的增加而增大;相同浓度下添加片状石墨的纳米冷冻机油密度大于粒状,添加粒状石墨的纳米冷冻机油黏度大于片状,且在温度高于313 K时黏度也有明显上升;基于纳米石墨的浓度、粒径及形态开发了密度和黏度关联式,其中密度计算值与实验数据基本吻合,黏度计算值与90%的实验数据偏差在±5%以内。
    两组元乙醇基混合工质振荡热管的传热性能
    崔晓钰, 段威威, 乔铁梁, 朱悦
    化工学报. 2014, 65(10):  3852-3860.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.015
    摘要 ( 523 )   PDF (794KB) ( 439 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过实验研究乙醇中分别加入少量水、丙酮、甲醇,体积比分别为2:1、4:1,加热功率从10 W到100 W,充液率为45%、55%、62%、70%、90%时振荡热管的热阻特性,并与纯乙醇工质振荡热管相比较。结果表明,45%充液率时,乙醇中加入水可以改善烧干,混合工质较乙醇、水纯工质振荡热管热阻小;55%充液率时,乙醇-丙酮混合工质较乙醇、丙酮纯工质振荡热管热阻小;大充液率62%~90%时,两组元乙醇基混合工质振荡热管传热性能略不如各纯工质振荡热管。混合工质对振荡热管的影响主要与物性、分子间相互作用、溶液汽液相平衡及相变特性、传质阻力有关。
    Pseudo-Anosov映射作用下拓扑混沌数值模拟
    徐百平, 冯彦红, 陈金伟, 喻慧文, 何亮
    化工学报. 2014, 65(10):  3861-3871.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.016
    摘要 ( 599 )   PDF (2951KB) ( 322 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    对方腔内3个方形搅拌轴两两交替运动引发的Stokes流动的混合问题进行了数值模拟研究。提出了两种搅拌轴方形运动路径来引发相空间内Pseudo-Anosov(pA)映射。采用有限体积方法求解速度场,搅拌轴的周期性速度边界借助叠加网格技术来实现。流动区域采用交错网格划分,控制方程组采用具有二阶精度的中心差分格式离散。粒子运动前锋追踪计算采用具有四阶精度的Runge-Kutta方法实现。得到了Poincaré截面,表明pA起作用的空间尺度几乎覆盖整个方腔,只有4个角区域除外。计算了不同初始位置的示踪剂演化图像来表征混合过程。示踪剂增长将经历指数增长,其增长指数大于pA映射矩阵的预测值,这是由于搅拌轴形状、运动路径等流场细节导致的示踪剂界面局部二次折叠拉伸造成的。
    均匀电场中液滴变形特性的耗散粒子动力学模拟
    张军, 何宏舟, 黄冠星
    化工学报. 2014, 65(10):  3872-3877.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.017
    摘要 ( 581 )   PDF (1461KB) ( 398 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    基于耗散粒子动力学方法,建立了电场作用下近似的液滴粒子力学模型,对两相不相溶液体中液滴在电场作用下的变形特性进行了模拟。模拟结果与他人的实验结果比较表明,模拟结果对液滴形状随时间的演化预测基本符合实际,仅在液滴变形较大时有一定偏差。模拟结果还表明,当外加场强较小时,液滴变形度随时间呈现振荡状态,变形度不会随时间继续增大。增大外加场强,液滴变形幅度增大,振荡频率变慢。当外加场强增大到一定程度时,液滴变形度不再振荡,而是随时间急剧增大,以至液滴最终破碎。场强越大,液滴破碎所需的时间也越短。
    流化床颗粒团聚物水分分布测量新技术
    周云龙, 杨宁
    化工学报. 2014, 65(10):  3878-3883.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.018
    摘要 ( 638 )   PDF (948KB) ( 455 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    在流化床中团聚物主要以宏观团聚物、微小团聚物、自由颗粒3种形式存在,通过TEB雾化喷嘴制造流化床颗粒团聚物,其中宏观团聚物沉积在流化床的底部位置,微小团聚物和自由颗粒均匀分布在整个流化床中。研究发现本文自主研制开发的多通道电导电路实验装置测量所得电导信号与流化床内水分含量存在线性比例的关系,利用流化床的持续流化效应造成团聚物破裂引发电导信号回升,实现了颗粒团聚物水分分布状态的测量。利用该装置测量了TEB雾化喷嘴气液比在0~4%范围内变化时流化床内颗粒及团聚物的水分分布状态,结果表明随着气液比的增加,微小团聚物、自由颗粒所包含的水分有所增加,宏观团聚物所包含的水分有所减小,即使在气液比增加到4%时,大量的水分仍然被宏观团聚物所吸收。
    中等过冷度下含不凝性气体蒸汽冷凝传热特性
    宿吉强, 孙中宁, 高力
    化工学报. 2014, 65(10):  3884-3890.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.019
    摘要 ( 562 )   PDF (675KB) ( 542 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过对竖直圆管外表面含不凝性气体蒸汽在中等壁面过冷度条件下的冷凝传热实验研究,分析了混合气体压力0.4~0.6 MPa、空气含量0.07~0.52以及壁面过冷度13~25℃时,蒸汽的冷凝换热特性,给出了冷凝传热过程中的经验关联式,并对氦气的存在及其对换热过程的影响进行了初步分析。结果表明:在混合气体压力及不凝性气体含量不变的条件下,壁面过冷度的降低利于冷凝传热系数的增长;所得到的经验关联式在低过冷度条件下能较好地对换热过程进行预测,且其与实验值的误差在±15%以内;实验条件下未发生氦气分层现象,相同不凝性气体质量分数条件下,氦气的存在会使冷凝传热系数降低约20%。
    催化、动力学与反应器
    PEMFC用Pt纳米线阴极催化剂的制备及在电堆中的应用
    常丰瑞, 黄俭标, 马建新, 杨代军, 李冰, 严泽宇, 顾荣鑫
    化工学报. 2014, 65(10):  3891-3898.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.020
    摘要 ( 537 )   PDF (1797KB) ( 592 )  
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    采用无模板法制备了用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的碳载铂纳米线(Pt NWs/C)阴极催化剂,使用透射电镜(TEM)和X射线衍射图谱技术(XRD)对催化剂的微观结构和形貌进行了表征。研究结果表明,制备的铂催化剂具有纳米线的结构,平均截面直径为(4.0±0.2)nm,线长为15~25 nm。利用循环伏安(CV)法和线性伏安扫描法(LSV)表征催化剂的电化学活性和氧还原反应(ORR)特性,结果表明制备的Pt NWs/C催化剂电化学特性良好。利用Pt NWs/C和Pt/C作为阴极催化剂制备膜电极(MEA),并进行测试,最大功率密度分别为705.6 mW·cm-2和674.4 mW·cm-2。然后以Pt NWs/C和Pt/C为阴极催化剂组装了18片和20片的电堆,并进行性能测试,电堆的最大功率密度分别为409.2 mW·cm-2和702.7 mW·cm-2,单电池电压差异系数(Cv)分别为16.1%和4.36%,这表明Pt NWs/C作为阴极催化剂在放大后的膜电极组件(MEA)里表现出较好的催化活性,但与商业催化剂相比其性能与均一性还有待提高。该研究可为Pt NWs/C催化剂放大制备提供依据,同时可为后续的基于Pt NWs/C的电堆的耐久性测试和车载应用奠定基础。
    正丁烷气相着火的骨架反应机理模型
    于亚薇, 钟北京
    化工学报. 2014, 65(10):  3899-3905.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.021
    摘要 ( 700 )   PDF (581KB) ( 571 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为了研究正丁烷催化着火过程中气相反应与表面反应的相互作用,需要建立一个能够与表面催化反应机理耦合且规模较小的正丁烷着火动力学机理模型。通过反应途径分析和灵敏度分析相结合的方法,构建了包含80个组分和378个基元反应的气相动力学机理。通过与详细机理进行对比,该简化机理在压力1 MPa、计量比1、初始温度700 K条件下燃料和氧气的消耗速率、温度以及主要产物(H2O和CO2)的分布等保持一致。同时,在较宽的压力(0.1、1、2、3 MPa)、计量比(0.5、1、2)和温度(650~1450 K)范围内与详细机理计算的着火延迟时间具有很好的一致性,体现了简化机理的准确性。
    高温煤焦气化反应的Langmuir-Hinshelwood动力学模型
    任轶舟, 王亦飞, 朱龙雏, 金渭龙, 王辅臣, 于广锁
    化工学报. 2014, 65(10):  3906-3915.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.022
    摘要 ( 809 )   PDF (701KB) ( 1028 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    应用基于吸附和脱附原理的Langmuir-Hinshelwood (L-H) 动力学模型来描述煤焦在H2O和CO2混合气氛下的气化反应时,存在单独活性位和相同活性位两个相互矛盾的假设。在管式炉实验装置内考察了在不同气化温度和气化剂分压的条件下,内蒙煤焦(NMJ)与H2O和CO2的气化反应特性,获得了NMJ-H2O 和NMJ-CO2反应的L-H动力学模型,同时考察了H2、CO对煤焦气化反应的抑制作用,并探究了NMJ在H2O和CO2混合气氛下的气化反应机理。研究结果表明:NMJ-H2O以及NMJ-CO2反应的活化能分别为214.78 kJ·mol-1和145.96 kJ·mol-1。H2对NMJ-H2O以及CO对NMJ-CO2的反应存在明显的抑制作用,且CO的抑制作用随反应温度的降低而愈加明显。基于L-H动力学模型计算得到的反应速率曲线与实验结果十分吻合。对于NMJ在H2O和CO2混合气氛下的气化反应,基于相同活性位假设的L-H模型的反应速率预测值与实验结果吻合,更加适用于NMJ在混合气氛下的气化反应机理。
    磷、柠檬酸改性对MoW/Ni/Al2O3催化剂性质及加氢脱氮性能的影响
    罗怡, 周亚松, 魏强, 韩璐, 刘霄, 张超
    化工学报. 2014, 65(10):  3916-3923.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.023
    摘要 ( 595 )   PDF (6109KB) ( 807 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用等体积浸渍法制备了以γ-Al2O3为载体,Ni、Mo、W为活性金属组分的三金属催化剂,考察了磷改性、柠檬酸改性以及磷-柠檬酸组合改性对催化剂性质、加氢脱氮性能和脱氮选择性的影响。通过NH3-TPD、Py-IR、H2-TPR、XPS和HRTEM对催化剂进行表征,结果表明:磷改性不但提高了催化剂的表面弱酸量,而且提高了金属的硫化性能,促进碱性氮和非碱性氮的脱除,但磷改性导致金属活性相的堆垛层数偏高、分散度下降;柠檬酸改性降低了催化剂活性金属氧化物的硫化温度,提高了催化剂的加氢活性,但对氢解性能基本没有影响,表现为非碱性氮脱除性能的提高;而磷-柠檬酸组合改性,不但提高了催化剂的氢解性能,而且改善了其加氢活性,使催化剂对焦化蜡油中碱性氮和非碱性氮的脱除率均得到大幅提升,分别达到80.1%、54.9%。
    超声辅助制备酸碱双功能CaO/HMCM-22分子筛催化剂
    王俊格, 梁金花, 孙守飞, 张文飞, 任晓乾, 姜岷
    化工学报. 2014, 65(10):  3924-3930.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.024
    摘要 ( 646 )   PDF (1940KB) ( 257 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用超声浸渍法制备了一系列CaO改性的HMCM-22分子筛催化剂,使用XRD、N2物理吸附-脱附、SEM、FT-IR、NH3-TPD及CO2-TPD等技术对催化剂物化性质进行了表征。结果发现在超声作用下经CaO改性后MCM-22分子筛的结构没有发生变化;超声空化作用降低了催化剂晶粒之间的团聚,促进了CaO在分子筛表面的分散,增加了可接触的催化活性位;随着CaO负载量的增加,催化剂上碱强度和碱量显著增加,而强酸含量明显减少,弱酸酸位有所增加。对催化剂在Knoevenagel缩合反应中的催化性能研究表明:与传统浸渍法相比,超声浸渍法所制备催化剂的催化活性明显较高,在优化的超声条件下反应2 h苯甲醛转化率即可达88.3%。催化剂CaO/HMCM-22的催化性能优于HMCM-22和CaO/NaMCM-22,对Knoevenagel缩合反应体现出明显的酸碱协同催化作用。超声法制备的催化剂重复使用性能显著提升,经过5次重复使用后苯甲醛转化率仍保持在65%以上。
    分离工程
    疏水性电荷诱导色谱分离抗HER2单克隆抗体
    李菁, 林东强, 童红飞, 姚善泾, 叶帅东, 崔加友
    化工学报. 2014, 65(10):  3931-3937.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.025
    摘要 ( 510 )   PDF (3480KB) ( 808 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用疏水性电荷诱导色谱(HCIC)新型生物分离方法,从CHO细胞培养液中高效分离抗HER2单克隆抗体(单抗)。选用典型HCIC介质MEP HyperCel,考察了细胞培养液中单抗稳定性,比较了不同pH下MEP HyperCel介质对抗HER2单抗的吸附性能,发现pH6~9范围内吸附容量均较高,酸性条件下吸附容量显著下降。进一步考察了抗HER2单抗的动态吸附载量,优化了上样和洗脱条件,确定了合适的分离条件,实现了细胞培养液中高效分离单抗,纯度达到94.6%,收率约0.1 mg·(ml料液)-1。结果表明,HCIC从哺乳动物细胞培养液中分离单抗是切实可行的,为单抗分离提供了新思路。
    内嵌纳米粒阴离子交换聚甲基丙烯酸羟乙酯复合晶胶分离三磷酸胞苷
    刘杰, 沈绍传, 陈平, 徐林红, 贠军贤, 姚克俭
    化工学报. 2014, 65(10):  3938-3945.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.026
    摘要 ( 607 )   PDF (2432KB) ( 728 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    用结晶致孔法制备了内嵌SiO2颗粒的聚甲基丙烯酸羟乙酯基复合晶胶,经甲基丙烯酸二甲氨乙酯接枝修饰后,得到了阴离子交换复合晶胶介质,用于从啤酒酵母转化液中色谱分离三磷酸胞苷。色谱分离过程以0.01 mol·L-1 HCl为平衡液,以0.02 mol·L-1 和0.1 mol·L-1 的NaCl溶液(用平衡液配制)分步洗脱。通过高效液相色谱定量分析,所得三磷酸胞苷的纯度达97.2%,回收率82.5%。与其他分离方法相比,本法过程简单、分离迅速高效,在核苷酸药物的分离领域具有很好的应用前景。
    离子改性Y分子筛吸附分离1,1,1,2-四氟乙烷/1,1-二氟-2-氯乙烯
    张闯, 张波, 尉明全
    化工学报. 2014, 65(10):  3946-3952.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.027
    摘要 ( 700 )   PDF (601KB) ( 320 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    用CaCl2、La(NO33和Ce(NO3 3溶液对NaY分子筛进行离子改性制备出CaY、LaY和CeY分子筛。将其及NaY为吸附剂,利用动态吸附法评价其吸附分离1,1,1,2-四氟乙烷(HFC-134a)产品中微量1,1-二氟-2-氯乙烯(HCFC-1122)的性能。同时采用X射线衍射(XRD)、吡啶红外(FTIR)和氨-程序升温脱附(NH3-TPD)等手段对新鲜及再生后的吸附剂进行结构和表面性质表征。结果表明:CaY、LaY与CeY分子筛上的Brønsted酸中心可与HCFC-1122形成p-吸附配合物,从而将吸附流出气中HCFC-1122的残余率降低至1.0%以下;Brønsted酸强度越高,p-吸附配合物越容易形成,最低吸附温度越低(CeY
    一种改进的LDF模型及其在活性炭吸附中的应用
    王海鸿, 刘应书, 李子宜, 杨雄
    化工学报. 2014, 65(10):  3953-3959.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.028
    摘要 ( 727 )   PDF (620KB) ( 831 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以固相表面扩散模型为基础,研究了活性炭在不同吸附质浓度下单颗粒的吸附速率与吸附量之间的关系,以及颗粒内浓度分布随时间的变化过程。结合文献对LDF模型的假设,认为吸附初期对吸附剂颗粒内浓度分布做抛物线假设误差较大,吸附初期颗粒表面浓度分布梯度偏低,使得吸附速率降低,并提出了改进后的LDF模型,最后结合固相表面扩散模型和活性炭颗粒吸附SO2固定床穿透实验曲线进行了验证。结果表明,采用改进后的LDF模型作为推动力方程的穿透曲线模型能够更加准确地描述实验过程。本文的研究结果能够为活性炭吸附过程提供理论依据和模型参考。
    AlCl3·6H2O在盐酸体系中的结晶行为
    郭彦霞, 杨喜, 崔慧霞, 程芳琴, 杨凤玲
    化工学报. 2014, 65(10):  3960-3967.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.029
    摘要 ( 712 )   PDF (4981KB) ( 927 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    研究了AlCl3·6H2O在盐酸体系中的结晶行为,考察了铁、钙、镁、钾、钠等杂质对AlCl3·6H2O结晶行为的影响,并利用聚焦光束反射测量技术(FBRM)和颗粒录影显微镜(PVM)探讨了不同盐酸滴加速度下AlCl3·6H2O的结晶粒度分布及形貌。结果表明,AlCl3·6H2O的结晶量随着盐酸加入量的增加而增加,当浓盐酸加入量为AlCl3饱和溶液体积的2.25倍时,25℃时的结晶效率可达到80%。溶液中Fe的存在可促进AlCl3·6H2O的结晶,在1.5 mol·kg-1的AlCl3溶液中,当铝铁摩尔比低于3:1时,得到的AlCl3·6H2O晶体中铁的含量小于0.1%。钾、钙、镁、钠等杂质对AlCl3·6H2O的结晶影响不大。盐酸添加速度影响AlCl3·6H2O的形貌,快的盐酸添加速度易使晶体发生团聚,颗粒粒径小,盐酸添加速度较慢时,可得到颗粒较大、形貌好的单晶。
    高通量聚醚砜纳滤膜的制备及对染料浓缩脱盐
    黄健, 舒增年, 张四海
    化工学报. 2014, 65(10):  3968-3975.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.030
    摘要 ( 668 )   PDF (1642KB) ( 816 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以聚醚砜(PES)为膜材料,以嵌段式聚醚 Pluronic F127为添加剂,利用特制刮膜设备通过相转化法制备出高通量PES/Pluronic F127复合纳滤膜,并将其用于染料的浓缩脱盐。研究了添加剂含量、溶剂蒸发温度和蒸发时间对膜结构和膜性能的影响,考察了不同操作压力和操作温度下膜对染料的分离性能。扫描电镜 (SEM)、接触角、孔隙率数据和蛋白吸附测试结果表明,Pluronic F127改善了膜孔结构,提高了孔隙率,并且显著提高了膜的抗污染性能。纯水通量、截留率以及膜表面孔径表征结果表明,当Pluronic F127含量为3%、溶剂蒸发温度为90℃、 蒸发时间为18 s时,膜的分离性能最佳。在0.6 MPa下该膜对低分子量染料的截留率可达99.9%,且通量达到110.2 L·m-2·h-1,对NaCl的截留率仅为5.5%。在12 h的染料浓缩脱盐中,膜对染料的通量维持在较高水平且截留率始终保持在99%左右,具有良好的稳定性和抗污染性。
    过程系统工程
    考虑热泵设置的换热网络分步改造及其多目标优化策略
    康丽霞, 刘永忠
    化工学报. 2014, 65(10):  3976-3983.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.031
    摘要 ( 902 )   PDF (658KB) ( 484 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为了研究热泵设置对换热网络系统节能和CO2减排的综合影响,建立了以换热网络年度化的改造费用和新增CO2排放量最小为目标的多策略分步改造的多目标优化模型。以酮苯脱蜡装置的换热网络改造为例,阐明了本文所提方法的有效性,并获得了经济性和CO2排放量目标权衡的Pareto曲线。本文还对热泵在换热网络中的设置位置进行了讨论,对比和分析了换热网络优化、热泵设置和燃料替换3种改造策略的经济性、减排效果以及节能效果。该方法可为过程工业系统的节能和CO2排放控制策略的制定提供理论依据。
    化工过程预测控制的在线优化实现机制
    罗雄麟, 于洋, 许鋆
    化工学报. 2014, 65(10):  3984-3992.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.032
    摘要 ( 644 )   PDF (750KB) ( 789 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    多层结构的预测控制已逐渐成为工业过程控制领域的主流控制方案。在此控制架构基础上,根据操作工或工艺优化所给定期望值的不同,将稳态优化问题具体化为两种基本情况,并对此提出基于复合目标函数的优化问题,可针对不同过程要求退化为线性、二次或二者兼有的优化问题形式。为保证最优目标的可行性并在一定程度上避免关键变量饱和,对不可行的期望值适当调整。将所得最优目标增量化处理后送入模型预测控制动态控制层,确保了上下层之间变量传递的一致性。包含约束的全混槽反应器系统仿真实例表明,流程的优化实现层可针对不同的过程要求有效给出最优目标以便动态控制,说明了该优化流程的可行性。
    分壁精馏塔分离芳烃的稳态及动态研究
    杨剑, 沈本强, 蔺锡钰, 吴昊, 凌昊
    化工学报. 2014, 65(10):  3993-4003.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.033
    摘要 ( 699 )   PDF (2183KB) ( 484 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用分壁精馏塔(DWC)严格稳态模型,对比苯、甲苯、二甲苯以及均三甲苯四组分混合物的常规分离和分壁精馏塔分离方法,稳态分析结果表明:直接序列分壁精馏塔流程较常规三塔分离序列可减小再沸器负荷18.9%,年度总成本TAC可降低13.0%,DWC有效避免了常规塔器分离过程中中间组分的返混现象。在Aspen Dynamic环境下对最优序列进行组分控制,结果表明组分控制可很好地应对进料流量和组分组成波动。
    基于泄漏积分型回声状态网络的软测量动态建模方法及应用
    李军, 岳文琦
    化工学报. 2014, 65(10):  4004-4014.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.034
    摘要 ( 790 )   PDF (967KB) ( 861 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    提出一种基于泄漏积分型回声状态网络(LiESN)的软测量动态建模方法,给出LiESN的岭回归离线学习算法与递推最小二乘(RLS)在线学习算法。通过引入正则化系数,岭回归离线学习算法可有效地控制输出权值的幅值,改善ESN的预测性能。RLS在线学习算法能适应大数据集的处理,满足过程建模实时性的需求。将基于LiESN的软测量方法分别用于预测脱丁烷塔底部丁烷组分的含量及计算硫回收装置中尾气的组成,实现对精炼厂相关产品质量的实时监控,并采用模型残差的四图分析对建模性能进行评价。在同等条件下,与基本的ESN网络以及支持向量机(SVM)等软测量建模方法进行了比较,结果表明,所提出的LiESN方法取得了很好的预测性能,计算精度满足工业生产的实际要求。
    表面与界面工程
    Pt/WC-CNTs催化剂的制备及其对氧还原的电催化性能
    金燕仙, 施梅勤, 刘委明, 褚有群, 徐颖华, 马淳安, 贾文平, 赵国杰, 余剑清
    化工学报. 2014, 65(10):  4015-4024.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.035
    摘要 ( 510 )   PDF (9576KB) ( 719 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过表面修饰和还原碳化技术制备了以WC为主相的碳化钨/碳纳米管材料(WC-CNTs),并进一步采用微波多元醇法载铂制备复合催化剂Pt/WC-CNTs。该催化剂相比于Pt/CNTs催化剂,具有更低的过电位、更大的电流密度和交换电流密度,且具有更小的电荷转移电阻和更好的氧还原选择性,显示了优异的氧还原电催化性能。XRD结果表明催化剂由多晶面的WC、Pt晶粒和CNTs组成,TEM和HRTEM显示细小的Pt颗粒均匀地分布在WC-CNTs表面。Pt颗粒和WC颗粒紧密接触,这有利于它们之间的催化协同效应,从而大大增强了Pt的氧还原催化活性。旋转圆盘电极研究结果表明Pt/WC-CNTs催化剂对氧还原反应为直接四电子过程。碳化钨/碳纳米管载铂催化剂性能优异、成本较低,在燃料电池阴极催化剂的研究应用中具有良好的发展前景。
    十二烷基苯磺酸钠微乳液体系中无机盐的作用规律
    袁迎, 刘会娥, 徐明明, 丁传芹, 陈爽, 齐选良
    化工学报. 2014, 65(10):  4025-4031.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.036
    摘要 ( 847 )   PDF (1665KB) ( 932 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过改变无机盐的种类,研究无机盐及其混合盐对十二烷基苯磺酸钠(SDBS)/正丁醇/正辛烷/水微乳液体系的影响。微乳体系随着各种盐类浓度的增加,均发生WinsorⅠ Winsor Ⅲ Winsor Ⅱ的相变,但对不同的无机盐其最佳盐度不同。通过对6组混合无机盐体系的研究,表明混合无机盐的效率参数与混合盐组成之间存在线性关系,可以用单一无机盐的效率参数预测出混合盐的情况。以效率参数为桥梁推导出了单一无机盐与混合无机盐之间最佳盐度的关系式,可用于预测混合盐效应,发现预测结果与实验结果吻合良好。
    硫酸银对氯离子环境下Alloy690缓蚀特性的电化学分析
    胡军, 王赟, 余历军, 郑茂盛, 赵渊
    化工学报. 2014, 65(10):  4032-4038.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.037
    摘要 ( 617 )   PDF (768KB) ( 302 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    针对Alloy690在局部腐蚀过程中氯离子的自催化腐蚀作用,提出了利用Ag2SO4作为缓蚀剂防止氯离子对Alloy690的局部腐蚀。首先利用Tafel极化曲线和电化学阻抗谱,分析了将不同浓度的Ag2SO4加入到0.005 mol·L-1的NaCl 溶液对Alloy690的缓蚀效率和表面结构的影响;然后通过X射线光电子能谱(XPS)对样品表面钝化膜的组成进行了分析,并与电化学阻抗谱分析结果进行了对比。研究结果表明:在Ag2SO4浓度较低时,它与氯离子形成络合物可有效降低腐蚀溶液中氯离子的活动性,并且这些络合物会覆盖在Alloy690表面,抑制了Alloy 690的阳极氧化过程,改变了电极表面双电层结构,有良好的缓蚀效果。
    噻二唑衍生物分子结构与其缓蚀性能的关系
    刘琳, 潘晓娜, 张强, 钱建华
    化工学报. 2014, 65(10):  4039-4048.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.038
    摘要 ( 558 )   PDF (3975KB) ( 422 )  
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    利用交流阻、Tafel极化曲线和原子力显微镜(AFM),研究2-氨基-1,3,4-噻二唑(ATD)、5-甲基-2-氨基-1,3,4-噻二唑(MATD)、5-苯基-2-氨基-1,3,4-噻二唑(PATD)和2,5-二苯基-1,3,4-噻二唑(DPTD)4种具有不同取代基的噻二唑衍生物在50 mg·L-1硫溶液中对金属银的缓蚀性能。实验结果表明:缓蚀剂成功地吸附到了金属表面,金属腐蚀受到明显的抑制,且4种缓蚀剂的缓蚀效率的大小顺序是:MATD>PATD>ATD>DPTD。位于噻二唑环2,5位置上非极性和极性基团结构的变化,极性基团均对缓蚀剂的缓蚀性能有较大影响。因极性基团更容易吸附到金属表面,所以当噻二唑环上存在极性基团时,其抗腐蚀性能明显增强;当环上存在非极性基团时,与芳基相比,非极性基团为烷基时,其缓蚀性能更好,原因可能是由于芳基的体积较大,在吸附过程中受到的阻力较大。通过动力学分析可知:4种缓蚀剂在金属表面的吸附遵循Langmuir吸附等温方程,吸附类型属于化学吸附为主的混合吸附。通过分子动力学模拟,进一步研究了4种缓蚀剂的抗腐蚀机理,结果表明缓蚀剂与金属界面发生吸附时,4种缓蚀剂的噻二唑环和环上亲水支链中的极性基团优先吸附到金属银表面,理论计算和实验结果一致。
    表面硅烷预处理/环氧镁铝复合涂层体系对铝合金的保护性能
    张倩, 左禹, 唐聿明
    化工学报. 2014, 65(10):  4049-4055.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.039
    摘要 ( 605 )   PDF (6887KB) ( 318 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    在LY12铝合金表面制备了一层硅烷膜,研究了硅烷膜对铝合金表面富镁铝环氧涂层性能的影响。硅烷处理后,形成了硅烷膜与基体之间Si-O-Al共价键以及硅烷膜内部的Si-O-Si 结构,而硅烷膜中未成键的硅醇基团-OH以及R-的环氧基团与涂层中的有机组分反应成键或通过范德华力发生交联互穿,使铝合金基体与环氧镁铝复合涂层之间形成更加牢固的交联互穿网络结构(IPN),镁铝复合涂层在LY12铝合金基体上的附着力明显提高。马丘测试和电化学阻抗测试结果表明,硅烷处理改善了LY12铝合金表面镁铝复合涂层的整体屏蔽性能,使涂层体系的保护效果显著提高,保护时间延长。
    能源和环境工程
    SCR反应过程中NO/NH3在γ-Al2O3表面吸附特性
    曹蕃, 苏胜, 向军, 王鹏鹰, 胡松, 孙路石, 张安超
    化工学报. 2014, 65(10):  4056-4062.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.040
    摘要 ( 682 )   PDF (2690KB) ( 983 )  
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    采用密度泛函理论(DFT)方法研究了NO和NH3在完整和有缺陷的γ-Al2O3(110)表面吸附与SCR(选择催化还原)反应特性。研究表明,NO在完整的(110)表面的吸附作用较弱,而NH3分子的吸附作用较强,NH3分子在Al原子顶位可形成稳定吸附。反应路径研究结果表明完整的(110)表面上SCR反应的决速步为-NH2NO基团的分解,反应的最大能垒为235.75 kJ·mol-1。对于产生氧空穴的有缺陷(110)表面,NO和NH3均可稳定吸附,NH3在吸附过程中可直接裂解成NH2和H。另外,SCR反应在有缺陷(110)表面的最大能垒明显较低,说明氧空穴的存在促进了SCR脱硝反应的进行。
    关键运行参数对柴油机SCR系统性能的影响
    谭丕强, 杜加振, 胡志远, 楼狄明
    化工学报. 2014, 65(10):  4063-4070.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.041
    摘要 ( 629 )   PDF (796KB) ( 664 )  
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    建立了柴油机选择性催化还原SCR系统的仿真模型,提出了尿素分解效率的概念。研究了排气温度、NH3存储量、NO2/NOx、NH3/NOx等关键运行参数对NOx转化率的影响。研究结果表明,随着排气流速的减小和排气温度的增加,尿素分解效率总体呈升高趋势。进行了不同温度下NOx转化率的评价试验研究,仿真结果和试验结果吻合良好。随NH3存储量的增加,NOx转化率呈上升趋势。随排气温度的升高,NOx转化率持续上升,当温度超过某一值后趋于稳定。随NO2/NOx的增加,NOx转化率逐渐上升,当NO2/NOx超过50%后,NOx转化率则有所下降;NOx转化率随NH3/NOx的增大而上升,当排气温度较高时,其影响较为明显。
    城市污水连续流A/O系统富氧条件下脱氮特征
    胡家玮, 李军, 卞伟, 郑林雪, 王盟
    化工学报. 2014, 65(10):  4071-4077.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.042
    摘要 ( 541 )   PDF (1671KB) ( 455 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    基于添加流离填料的连续流A/O生物膜反应器,研究城市污水生物脱氮特征。系统在富氧条件(溶解氧大于1.5 mg·L-1)下连续运行113 d,氨氮和总氮去除率均稳定在50%。系统稳定运行阶段好氧区和出水均无亚硝酸盐或硝酸盐积累现象,表现出良好的同步硝化反硝化特征。16S rDNA分析表明,实现这一现象的主要功能细菌为好氧区存在的好氧反硝化菌;FISH分析表明,不同好氧区的好氧反硝化菌的活性和相对数量不同。结果证明系统内发生的同步硝化反硝化主要由好氧反硝化作用实现,硝化反应产生的硝酸盐类物质得到去除。根据试验结果与微生物学分析,提出了在富氧水环境中通过同步硝化反硝化途径脱氮的生物膜模型。
    基于多目标函数的亚临界有机朗肯循环的参数优化和性能分析
    吴双应, 易甜甜, 肖兰
    化工学报. 2014, 65(10):  4078-4085.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.043
    摘要 ( 791 )   PDF (523KB) ( 768 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以系统净输出功率Wnet、热源流体进出口(火用)降DEg、系统总不可逆损失I和系统总投资成本C2013构建多目标优化模型,采用线性加权评价函数法对该模型进行求解,以R600a、R245fa、R601a、Pentane 4种纯工质以及R600a/R601a、R245fa/R601a、R245fa/Pentane和R600a/R245fa 4种非共沸混合工质为例,对亚临界有机朗肯循环(ORC)的蒸发温度Te和冷凝温度Tc进行优化。研究结果表明:采用单目标有时得不到最优值,而采用多目标均能得到最优值,且多目标优化可以较好地协调各性能指标间的关系,使所要求的各项指标均能达到较优,因此多目标优化比单目标优化更加合理;存在最优蒸发温度Te,opt和最优冷凝温度Tc,opt使多目标函数FX)最小,同时,Te,optTc,opt随工质不同而不同;在Te,optTc,opt下,对比纯工质和混合工质的不同单目标函数值和FX)值时,混合工质并不总是优于纯工质。
    氨法碳捕集过程中氨逃逸控制
    马双忱, 陈公达, 马宵颖, 郭蒙, 韩停停, 宋卉卉
    化工学报. 2014, 65(10):  4086-4093.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.044
    摘要 ( 781 )   PDF (1265KB) ( 439 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    本研究致力于解决再生氨法碳捕集过程中氨的逃逸问题。根据实验室前期研究结果,分别选取抑制效果较好的丙三醇和Co(Ⅱ)进行实验研究。详细分析了其抑制氨逃逸机制,并通过IR、XRD等对物种进行分析。同时探究其对再生氨法碳捕集过程CO2脱除效率和解吸效果的影响。实验结果表明,丙三醇和Co(Ⅱ)对氨逃逸均有较好的抑制效果,平均抑氨效率在40%以上。二者的引入对吸收过程均无显著影响,且Co(Ⅱ)能使CO2解吸比例提高。
    A2N-IC-SBR改进工艺强化脱氮除磷特性
    史静, 吕锡武, 许正文, 吴青青, 方梦媛
    化工学报. 2014, 65(10):  4094-4100.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.045
    摘要 ( 768 )   PDF (4765KB) ( 308 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    针对A2N-IC-SBR工艺中部分出水氨氮不能达标的问题,提出改进方案,并考察了改进方案下A2N-IC-SBR工艺的脱氮除磷性能。结果表明:改进方案可以大幅提高氨氮去除率,且不会影响出水磷浓度。氨氮、总氮、总磷出水浓度均能够达到GB 18918-2002一级A标准。与连续流A2N-IC工艺相比,A2N-IC-SBR在强化磷回收方面具有明显优势:采用了连续均匀投加钙盐的方式,有利于非均相结晶,产生了片状的钙磷结晶体。
    负载型K2CO3/Al2O3吸收剂吸收CO2反应机理
    张中林, 刘道银, 董伟, 吴烨, 孟庆敏, 陈晓平
    化工学报. 2014, 65(10):  4101-4109.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.046
    摘要 ( 651 )   PDF (3155KB) ( 771 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    利用热重分析仪、扫描电镜和氮吸附仪对不同粒径的K2CO3颗粒和负载型K2CO3/Al2O3二氧化碳吸收剂的碳酸化特性进行研究。负载后的吸收剂比表面积和孔隙结构得到较大改善,使得碳酸化反应速率和转化率均提高,吸收剂碳酸化特性得到改善。纯K2CO3颗粒吸收剂的反应速率和转化率随着粒径的增加而减小,负载型吸收剂的反应速率和转化率随着粒径的增加略增大。研究了不同粒径和反应时间对K2CO3/Al2O3颗粒微观结构的影响,结果表明K2CO3/Al2O3颗粒具有较稳定的微观结构。采用负载型粒子模型对K2CO3/Al2O3吸收剂吸收CO2碳酸化过程进行研究,所建立的粒子模型计算结果与试验值吻合较好。利用建立的模型对不同CO2浓度下K2CO3/Al2O3吸收剂碳酸化反应特性进行模拟计算,模拟结果具备一定的合理性和准确性,为开展进一步研究提供了基础。
    硼泥活化焙烧-浸取综合回收硅、镁有价组分
    姜涛, 张乔祎, 江玉蛟, 薛向欣
    化工学报. 2014, 65(10):  4110-4117.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.047
    摘要 ( 544 )   PDF (7172KB) ( 592 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以硼化工行业固体废物--硼泥为原料,在TG-DSC热分析基础上,采用马弗炉和微波炉对其进行活化焙烧,再将焙烧产物进行碱浸和酸浸综合回收硅、镁有价组分。研究了两种焙烧方式对硼泥中SiO2和MgO浸出率的影响。采用化学分析、X射线衍射和扫描电镜对焙烧产物以及白炭黑和氧化镁制品的化学成分、物相组成和微观形貌进行表征分析。结果表明:两种焙烧方式均可提高硼泥活性,促进硼泥中硅、镁组分的浸取。其中,马弗炉最佳焙烧条件为600℃、30 min,此时硼泥中SiO2和MgO浸出率分别为97.65%和98.81%;微波炉最佳焙烧条件为500℃、10 min,此时SiO2和MgO浸出率分别为98.03%和98.83%。白炭黑制品中SiO2含量为92.20%,颗粒多呈近球状,粒径100~200 nm。氧化镁制品中MgO含量为93.05%,晶粒呈圆片状,粒径约2 mm。
    三氯化铁除砷和镉的机理
    郭莉, 赵燕鹏, 杜冬云
    化工学报. 2014, 65(10):  4118-4122.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.048
    摘要 ( 707 )   PDF (576KB) ( 584 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用电荷分布多位络合模型模拟(CD-MUSIC)、XPS、FTIR和Zeta电位分析的方法研究了三氯化铁去除As(Ⅴ)、Cd(Ⅱ)的机理。结果表明:在pH 3~7范围内,砷、镉通过竞争铁氧化物表面的有效作用位点而相互抑制;而在pH 7~10范围内,Cd(Ⅱ)主要以Cd(OH)2沉淀的方式得以去除,并通过共沉淀作用促进砷的去除。根据CD-MUSIC 模拟结果,As(Ⅴ)主要形成单齿单核质子化(FeOAsO3H1.5-、FeOAsO(H2O)20.5-)的表面配合物,结合常数分别为63.04、66.50;而 Cd(Ⅱ)则以 FeOHCd1.5+形态结合在铁氧化物的表面,结合常数为31.05,其含量随着pH的升高逐渐减少。
    酶促酯化制备松香酸淀粉酯的性质及结构表征
    李贺, 林日辉, 粟佳婷, 巫佳, 韦春雨, 李训碧
    化工学报. 2014, 65(10):  4123-4130.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.049
    摘要 ( 529 )   PDF (2805KB) ( 700 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以松香和木薯淀粉为原料,二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,采用酶催化酯化法在温和条件下制备了取代度0.031~0.092的松香酸淀粉酯,并对其部分理化性质进行了研究。结果表明:松香酸淀粉酯的性能与其取代度密切相关。随着取代度的增大,酯化淀粉产物的可溶指数和溶胀度降低,相对黏度和特性黏度增强,分子链也随取代度的增大而增加。通过对淀粉-碘络合物的紫外光谱分析,发现随着取代度的增大,酯化产物的最大紫外吸收波长向长波长方向移动,且蓝值减小。红外光谱(FT-IR)、核磁氢谱(1H NMR)、差示热扫描(DSC)、热重差(TGA)和扫描电镜(SEM)对不同取代度的松香酸淀粉酯表征分析的结果表明:酯化产物在1727 cm-1处产生C O的特性吸收峰,糊化温度及热稳定性相对预处理淀粉有所降低,淀粉颗粒的结晶度下降。
    吸附作用下真空制冰特性的实验分析
    章学来, 赵群志, 孟祥来, 李春蕾, 徐斌
    化工学报. 2014, 65(10):  4131-4137.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.050
    摘要 ( 540 )   PDF (2926KB) ( 440 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    基于水的真空闪蒸理论,设计了一种吸附作用下闪蒸制冰的实验装置。在一定的预设压力值(400、600、800 Pa)、液面高度(20~50 mm)及初始温度(32、22℃)条件下,进行了有无吸附模块的对比性实验。对实验结果进行了定性分析,结果表明:与无吸附条件相比,在吸附作用下,闪蒸室压力及液体温度下降得更快,沸石吸附模块的存在能够强化真空条件下水的闪蒸。同时分析了液面高度对闪蒸的影响,相同的初始温度、预设压力条件下,液面高度越小,吸附条件下闪蒸室的压力下降得越快。
    不同分子量木质素磺酸钠染料分散剂的结构及性能
    杨东杰, 李会景, 白孟仙, 邱学青
    化工学报. 2014, 65(10):  4138-4144.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.051
    摘要 ( 1026 )   PDF (662KB) ( 748 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    采用超滤方法对木质素磺酸钠进行分离得到3种不同分子量级份。采用凝胶渗透色谱、紫外光谱、电位滴定等方法研究各级份的结构特征及其对分散染料性能的影响。结果表明,随着分子量的增加,木质素磺酸钠颜色加深、纯度提高,分子结构中愈创木基含量增多,酚羟基、磺酸基和羧基的含量降低;高分子量木质素磺酸钠对分散染料具有更优的分散性和高温稳定性,染料上染率也随其分子量的增大而增加,且当木质素磺酸钠浓度较高时,分子量增大,对纤维沾污减弱。木质素磺酸钠对染料的还原破坏作用与分子量和酚羟基含量有关,采用截留分子量大于2.5×103的膜提纯的木质素磺酸钠级份对染料还原性最低,还原水解率由未提纯时的26.0%降为6.9%,且该级份木质素磺酸钠具有最优的匀染性能。
    缺氧FNA对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的选择性抑菌效应
    委燕, 王淑莹, 马斌, 彭永臻
    化工学报. 2014, 65(10):  4145-4149.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.052
    摘要 ( 859 )   PDF (479KB) ( 846 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为了研究缺氧条件下游离亚硝酸(FNA)对氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的选择性抑菌效应,通过批次试验考察活性污泥经缺氧FNA(0.27 mg HNO2--N·L-1)处理6 h后,其氨氧化速率与亚硝酸盐氧化速率的变化及AOB和NOB活性恢复情况。结果表明:经缺氧FNA处理的活性污泥,NOB活性下降83.57%,而AOB的活性仅下降22.34%。此污泥在正常条件下运行34个周期后,NOB的活性仍未得到恢复,且硝化过程中亚硝酸盐积累率逐渐增加,最后稳定在90%以上。典型周期内氮化合物浓度变化研究表明,即使在过曝气2 h的条件下,亚硝酸盐积累并未遭到破坏。上述试验结果表明基于缺氧FNA选择性抑菌效应有望稳定实现城市污水短程硝化,为城市污水短程硝化厌氧氨氧化提供基础。
    肉质废物水热液化制备液体燃料
    郑冀鲁, 孔永平
    化工学报. 2014, 65(10):  4150-4156.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.053
    摘要 ( 716 )   PDF (590KB) ( 505 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    开展了肉质废物水热液化制备液体燃料的研究。选用病死猪肉为水热液化实验代表材料,考察了得到的液体燃料和残余固体产率随温度和压力的变化规律,测定了液体燃料的热值、黏度、闪点和冷滤点等燃料性质以及液体燃料的元素成分,分析了液体燃料的部分化学成分。在温度为250℃,压力为4.0 MPa条件下水热液化获得的液体燃料的热值为39.31 MJ·kg-1,黏度(20℃)为20.5 mPa·s,闪点为70℃,冷滤点为8℃,其化学成分较复杂,包含较多的芳香烃,还含有酮类、酯类、醚类、羧酸和呋喃等各种化合物。研究结果表明,该液体燃料可用于锅炉、工业窑炉的燃烧供热,进一步精炼后有望用于机动车辆。
    材料化学工程与纳米技术
    PEO-PPO-PEO嵌段共聚物温敏特性及其影响机制的分子模拟
    陈功, 朱晶莹, 戈钧, 卢滇楠, 刘铮
    化工学报. 2014, 65(10):  4157-4167.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.054
    摘要 ( 989 )   PDF (9134KB) ( 820 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    以Pluronic P85为例,采用全原子分子动力学模拟方法研究了单链嵌段类共聚物PEO-PPO-PEO在不同溶剂中的温敏性相转变行为及其影响机制。分子模拟结果显示当Pluronic P85溶解在水溶液和极性有机溶剂(甲醇)中时,升温导致PPO和PEO与水或甲醇分子间氢键断裂、使得溶剂化壳层被破坏而释放出水或甲醇分子,Pluronic P85发生构象塌缩,呈现反向温度响应特性。当Pluronic P85溶解在非极性有机溶剂(甲苯)中时,升温导致分子热运动加剧而削弱Pluronic P85链分子内相互作用,使其在甲苯中的构象更加舒展,呈现正向温敏特性。分子模拟结果还展现了PEO和PPO链段的溶剂化效应随温度的变化及其对于聚合物构象的影响,对于此类聚合物的分子设计和应用提供了理论依据。
    硅烷芳炔-硅氧烷芳炔嵌段共聚物的合成与表征
    汪强, 杨建辉, 袁荞龙, 黄发荣, 杜磊
    化工学报. 2014, 65(10):  4168-4175.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.055
    摘要 ( 531 )   PDF (602KB) ( 382 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    合成了不同链段长度的卤代硅氧烷,并用其与间二乙炔基苯格氏试剂反应,合成了两种硅烷芳炔-硅氧烷芳炔嵌段共聚物(SiO-b-PSA),并制成碳纤维增强树脂复合材料。利用红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、旋转流变、差示扫描量热分析(DSC)、热失重分析(TGA)和悬梁臂冲击实验对共聚物及其复合材料的结构和性能进行表征。研究结果表明所合成的共聚物具有优良的耐热性和韧性,硅烷芳炔-硅氧烷芳炔嵌段共聚物在氮气气氛下的Td5高于513℃,1000℃残留率高于78.9%,硅烷芳炔-硅氧烷芳炔嵌段共聚物/碳纤维复合材料的冲击强度高达(30.92±0.44) kJ·m-2
    型腔截面对水辅助注塑成型水穿透的影响
    匡唐清, 余春丛, 邓洋, 章凯
    化工学报. 2014, 65(10):  4176-4182.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.056
    摘要 ( 666 )   PDF (3269KB) ( 529 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    为考察型腔截面对溢流法水辅助注塑中水穿透的影响,基于装备有自行研发的水辅助注射系统的注塑机对几种具有代表性的型腔截面进行溢流法水辅助注塑实验,探究了型腔截面形状、大小对水穿透截面形状、中空率及残留壁厚等方面的影响规律,并分析了影响机理。实验发现:在溢流法水辅助注塑中,水的穿透截面形状会趋向型腔截面形状;在型腔截面积相近时,水穿透的中空率随截面圆率增大而增大;在型腔截面圆率一定时,水穿透的中空率受截面大小影响不大;型腔截面恒定,水的穿透截面也较恒定,残留壁厚均匀;圆截面型腔的残留壁厚最均匀,且残留壁厚随截面的增大而变厚;型腔截面的最大残留壁厚和最小残留壁厚与壁面到截面内切圆中心的距离有关。这些发现为水辅助注塑制品的截面设计提供了参考。
    钙铝比对11.3CaO·7Al2O3微观结构及其溶出性能的影响
    王波, 宗书凤, 孙会兰, 张建新
    化工学报. 2014, 65(10):  4183-4190.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.057
    摘要 ( 760 )   PDF (11502KB) ( 704 )  
    参考文献 | 相关文章 | 多维度评价
    通过高温烧结法在不同钙铝比(C/A)的条件下合成了铝酸钙熟料。利用XRD对不同C/A下合成产物进行物相分析,对含量进行半定量分析,并计算其晶格常数。采用SEM观察不同C/A下合成产物的显微结构,并通过EDS佐证所得物相;最后研究了不同C/A下氧化铝的溶出性能。结果表明:当C/A<1.6时得到的产物为CaO·Al2O3和11.3CaO·7Al2O3(C11.3A7),且随着C/A的增大,C11.3A7的含量增高,氧化铝的溶出率提高;当C/A=1.6时得到的产物只有C11.3A7,溶出率达到最大;当C/A>1.6时由于3CaO·Al2O3的形成,溶出率有所降低。C11.3A7晶格中CaO的缺失,促进了溶出反应的进行。
    高频热等离子体热解水氯镁石沉积氧化镁薄膜
    张海宝, 曹腾飞, 程易
    化工学报. 2014, 65(10):  4191-4196.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.058
    摘要 ( 691 )   PDF (2444KB) ( 551 )  
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    我国盐湖资源丰富,其中位于青海的察尔汗盐湖是我国最大的钾肥生产基地。然而在钾肥生产过程中副产的大量水氯镁石(MgCl2·6H2O)目前尚得不到有效的利用,“镁害”已经成为盐湖卤水提钾后的首要问题。本文提出以高频热等离子体为高温热源,强化水氯镁石的热解过程,同时将热解产物沉积得到高附加值的MgO薄膜。研究结果表明,该工艺热解效率高,热解得到高纯的MgO薄膜,沉积效率可达到3.2 mm·min-1,薄膜颗粒粒径处于10~60 nm之间,具有良好的光致发光性能;同时沉积工艺过程简单,适合大规模连续化生产。
    聚乳酸/环氧大豆油共混物的性能
    赵永青, 陈福泉, 冯彦洪, 瞿金平
    化工学报. 2014, 65(10):  4197-4202.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.059
    摘要 ( 632 )   PDF (2369KB) ( 901 )  
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    聚乳酸(PLA)与环氧大豆油(ESO)经熔融共混制得具有高韧性的PLA/ESO共混物,并研究了ESO含量对PLA微观形态、力学和流变性能的影响规律。结果表明:ESO可显著降低PLA的熔体黏度,提高PLA的韧性;PLA/ESO共混物在低ESO含量(10%)时为部分相容,而在高ESO含量(20%和30%)时发生了相分离,从而使共混物的断裂伸长率和冲击强度随ESO含量增加先增大后减小,且分别在ESO含量为20%和15%时达到最大值,约为PLA的17倍和2.9倍,而拉伸强度则随之减小。
    其他
    外浮顶罐油气泄漏的数值模拟
    赵晨露, 黄维秋, 钟璟, 王文捷, 徐先阳, 王英霞
    化工学报. 2014, 65(10):  4203-4209.  doi:10.3969/j.issn.0438-1157.2014.10.060
    摘要 ( 657 )   PDF (907KB) ( 761 )  
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    外浮顶罐油气泄漏扩散规律的研究对其油品蒸发损耗的评估及潜在危险的控制都具有重要意义。外浮顶罐油品蒸发损耗的一个主要途径是油气从浮盘边圈密封处泄漏。为此,对单浮盘环形密封圈的油气泄漏规律进行了数值模拟与实验对比,同时考察了罐直径、浮盘位置和风速大小对浮盘上风压分布的影响。研究结果表明:(1)油气泄漏的模拟结果与实验相吻合。(2)浮盘距罐顶的距离h与罐直径D的比值大于1/4时,垂直风向的浮盘两侧和上风侧最易泄漏。(3)浮盘上的风压分布规律受罐直径影响不大,但浮盘上方空间的高径比h/D和风速大小对其有较大影响。h/D较大时,浮盘中部的风压较低;h/D较小时,浮盘上风侧的风压较低;h/D在1/20~1/2范围内时,浮盘上下风侧风压均为负压;浮盘上的压差随着h/D比值的减小而增大。最后建议API外浮顶罐油气蒸发损耗评估公式中考虑h/D比值的影响。