根据气溶胶颗粒拟流体性质提出了气液交叉流界面捕集PM2.5的传质类比模型.分析了颗粒Schmidt数及其指数m对气溶胶流体传热传质类比的影响机理.以常用的横掠错排管束对流传热Nu方程为基础,导出了横掠错排降膜阵列PM2.5传质Sherwood数方程,由此建立了以m为模型参数的PM2.5捕集效率预测模型.用横掠20列×90排ø3 mm降膜阵列PM2.5捕集效率实测数据回归获得m值为0.808.在Reynolds数50～650的范围内,模型预测传质Sh与实测值误差在±20%之内.

采用VOF模型对R32在内径为1 mm水平圆管内的凝结换热进行了数值模拟.圆管进口饱和蒸气和壁面温度分别为40℃和30℃.假设气相为湍流、液相为层流,考虑重力和表面张力的影响,模拟分析了干度、液膜厚度和轴向速度沿管长的变化.结果表明,沿管轴向顶部液膜先增厚后基本保持不变,管底部液膜持续增厚.表明当量直径在1 mm时重力作用仍不可忽略.传热系数的模拟值随干度的增大而增大;与实验结果相比,模拟值小于实验值,但二者差别在实验误差范围内.

目前针对有机朗肯循环(ORC)系统小型涡轮在变工况下运行性能的研究很少,对运行性能随涡轮转速的变化机制缺乏了解.而在可再生能源及余热利用过程中,ORC系统小型涡轮常处于变转速工况.把实验数据和设计数据相结合,针对采用R123为工质的小型径-轴流式高转速涡轮,采用CFX软件对涡轮叶轮三维流场进行了数值模拟.给出了热效率和叶轮等熵效率随转速的变化趋势,指出余速损失是低转速下热效率降低的主要原因.提出了修正后的涡轮能量公式,在低转速工况下对涡轮的做功性能分析时不能忽略涡轮进出口的动能变化,在计算涡轮出口的余速损失时,必须考虑工质流动速度的方向特性.

通过数值模拟的方法,采用RSM湍流模型对FCC内置式四旋分离系统内气固两相流场进行了研究.研究表明,四旋灰斗底部存在错流,不利于排料;储料罐顶部平衡管泄气有利于四旋排料,但同时增加了颗粒逃逸的概率,降低分离系统效率;分离系统内颗粒运动轨迹包括灰斗捕集、排气管逃逸及平衡管逃逸,控制颗粒在平衡管逃逸可通过在储料罐内添加锥形挡板结构实现;四旋环形空间顶部与灰斗底部锥段颗粒浓度较高,易对四旋内壁产生磨损;内置式四旋分离系统优点在于不存在催化剂跑损问题.

气波制冷机的偏角是影响其制冷效率的重要参数.首先通过数值方法对最优偏角对应的振荡管开启状态进行定量分析;然后,将数值结果与理论计算和实验相结合,探讨气波制冷机最优偏角的预测方法,并对偏角影响气波机制冷效率的规律进行分析.对于一个确定工况,当激波运动到振荡管右端,振荡管与高温出口喷嘴呈半开半闭状态时,对应的偏角为气波制冷机的最优偏角.实验得到的最优偏角随转速的增加而增大,符合理论分析结果,但两者的结果相差较大.数值方法确定的最优偏角与实验吻合较好,误差在1%以内.当气波机转速小于最优偏角对应的转速时,制冷效率随转速降低线性减小;当转速大于最优偏角对应的转速时,制冷效率随转速降低线性增大;其中,随转速升高和降低,制冷效率的线性拟合曲线斜率的绝对值基本相等,在0.009～0.012之间.

采用热线风速仪(hot wire anemometry,HWA)测量了ø300 mm×2000 mm圆管内轴向旋转流瞬时切向速度随时间的变化,重点分析了切向速度湍流强度的分布特点和旋转流摆动对切向速度湍流强度的影响.测量结果表明,瞬时切向速度由高频的湍流脉动速度和低频的波动速度叠加构成.由于受旋转流旋转中心偏离圆管几何中心造成的旋转流摆动的影响,在圆管中心区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较大,边壁区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较小.通过对瞬时切向速度数据进行概率密度分析可知,切向湍流强度不仅受气流脉动的影响,还受旋转流中心摆动的影响,是由自身气流脉动产生的湍流强度和旋转流摆动产生的湍流强度两部分叠加构成.旋转流摆动导致了中心区域的湍流强度远大于边壁面区域的湍流强度.

建立了间接接触式显热蓄热实验台,对不同粒径的砂砾用于太阳能显热蓄热斜温层单罐填料的蓄热特性进行了研究.实验台蓄热装置为一圆柱形罐体,内部按六边形蜂窝状布置了19根不锈钢管.选用空气作为换热流体,流经钢管内部通道传热,钢管外部用于与罐体内的砂砾相接触.选取了4种砂砾:细砂、中砂、滤砂和粗砂进行实验.结果表明,空隙率是影响砂砾蓄热性能的重要因素,而不是密度或粒径.其中,粗砂空隙率最低,蓄热效果最好.对于砂砾等基本物性变化不大的材料,不同蓄热温差下,蓄热效果相同.采用空气作为换热流体,蓄热效率较低,需要降低空气流速或者加长管段以强化换热.实验结果与二维简化数值模型进行对比,结果吻合良好,该模型可用于进行大型蓄热罐蓄热性能研究.

针对稠油水环输送的中心油流偏心问题,提出稠油流动边界层在AFS-2水基泡沫作用下的模拟实验方法,设计加工相应的管流模拟装置及泡沫发生、注入与泡沫层生成系统.用201甲基硅油模拟稠油,实验研究稠油在水基泡沫作用下的水平管流阻力特性,分析泡沫与硅油的流速与流量比对硅油流动流型和减阻效果的影响.基于上部泡沫-下部液膜复合边界层假设,建立硅油-泡沫-液膜中心环状水平管流的压降预测模型.结果表明:20℃室温下,当泡沫与硅油流量比为0.2～0.5时,硅油流动减阻率高于70%,其机理可归结为油壁间形成了上部泡沫-下部液膜的复合隔离润滑层;理论预测值与实验测量值吻合良好,相对误差为－17.55%～9.76%.

目前换热器测试中的回归方法对测量过程和测试对象的要求仍有很多限制条件,对于换热管形状复杂的新型换热设备进行回归时,这些限制使获得准则方程式更加困难,测量周期增加.通过提出一种新的回归算法,以最小方差作为回归条件直接得到固定侧表面传热系数以及改变侧准则方程式,避免了Wilson法及等流速法等需要的限制条件.该方法仅依赖于对流换热两侧的热阻串联关系,得到的准则式与两侧流体工质、通道形态及流动状态是否相同均没有关系,降低了得到准则方程式的条件并简化测量过程,且与国家标准要求的测试条件对应.发展了使用二分法进行非线性回归得到准则方程式的算法,通过生成并使用模拟数据检验表明算法是准确可行的,使用实验数据求解得到的固定侧表面传热系数和流动侧准则方程指数也在合理的范围内.

在对内融冰式蓄冰槽内不同水层的水进行过冷度测试中发现上层水的过冷度较大.为了降低水的过冷度和冷水机组能耗,通过实验的方法对不同的成核添加剂进行筛选测试,结果显示纳米氧化铜不但在降低过冷度方面效果显著,而且提高了蓄冰效率.最后获取了一定质量分散剂下最佳纳米氧化铜的质量分数,即在-5℃的制冰温度下,质量分数为0.10%的氧化铜悬浊液为最佳配比.在实验过程中发现水的过冷度还与换热介质的传热温差有关,温差越大过冷度越小.

将微反应器技术应用于光催化反应是一项新兴且极具潜力的技术创新.采用金属蚀刻技术制造了板式微反应器,并通过溶胶-凝胶法在微反应器中负载了铜离子掺杂改性的TiO₂光催化剂涂层.使用X射线衍射分析、扫描电子显微镜以及紫外-可见漫反射吸收光谱对催化剂进行表征,并以甲基橙的降解反应来评价微反应器的光催化效果.结果表明,铜离子掺杂能够有效提高微反应器的光催化性能,掺杂浓度为0.04%(摩尔比于Ti)时效果最优,能够在90 s的停留时间内使初始浓度为10 mg·L^-1的甲基橙溶液降解45%;光催化微反应器中甲基橙的降解过程为不完全氧化的动力学一级反应,其反应速率常数(k)远高于常规反应器体系,并随着甲基橙溶液初始浓度(C₀)的减小而增大,且lnk-lnC₀具有良好的线性关系.

采用超声浸渍法制备了MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂,并用碱和盐对其进行了改性.采用X射线衍射仪(XRD)、CO₂-TPD对改性后的MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂进行了表征,研究了改性后催化剂在尿素醇解合成碳酸丙烯酯(PC)反应中的催化性能.研究结果表明,NaOH改性MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂具有最好的催化性能;同时催化剂的焙烧时间、焙烧温度以及NaOH改性量影响催化剂表面碱性活性中心的数量和强度,其中中强碱的增加是改性后催化剂活性提高的主要原因.在NaOH用量为MnO₂质量的10%,400℃焙烧2h后,改性MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂表面的中强碱量最大,催化活性最高,PC收率与选择性分别达86.9%、91.8%.

分别以水合化法和热缺陷法对CaO进行表面更新,用N₂物理吸附(BET)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和CO₂吸附技术对表面更新后的CaO进行了结构表征,并利用制备的CaO在管式炉内对微拟球藻进行了催化热解研究.结果表明:两种更新方法均能明显提高CaO的比表面积、介孔数目及孔体积.CaO的表面更新处理没有改变基本的晶相结构,仍为立方晶型.两种更新方法均能显著提高CaO的催化活性,且改善了产物油品的性能.相比较而言,水合CaO的催化脱氧性能较高,催化热解得到的生物油产率为28.65%、含氧量为4.67%、热值高达38.600 kJ·g^-1、运动黏度低(8.011 mm²·s^-1)、含水率低(2.49%),且催化热解后的生物油以C₁₂～C₁₇饱和直链烷烃为主,适合进一步精制为生物柴油.

采用催化加氢技术脱除F-T合成水相中羧酸、醛、醇、酮、酯含氧化合物,考察了Ru/ZrO₂、Ru/TiO₂、Ru/SiO₂和Ru/Al₂O₃ 4种Ru催化剂的反应性能.相对于酸、醇,水中的醛、酮、酯更易被转化.其中Ru/ZrO₂和Ru/TiO₂具有良好的加氢脱羰活性,在200℃、9.8 MPa、3.0 h^-1空速下,酸、醛、醇、酮、酯均转化为C₁～C₆的烷烃,总转化率达92%.同条件下,虽然Ru/Al₂O₃对酸、醛、酮、酯的转化活性较高(>87%),但对醇的转化不到30%,具有选择性转化特点.H₂-TPR和NH₃-TPD结果表明,Ru/Al₂O₃催化剂的金属活性位与载体酸性位的协同作用有利于羧酸的加氢反应,能抑制醇的加氢脱羰活性;而金属-载体相互作用较弱和酸度较低的催化剂有利于羧酸、醇发生加氢脱羰反应.Ru/Al₂O₃催化剂运行500 h后失活,XRD、SEM和N₂-物理吸附表明,载体结构物相和织构性质的改变以及活性组分的流失是导致催化剂失活的主要因素.

利用NaBH₄还原机制,采用经不同方法预处理的碳载体成功制备出Pt/C-HNO₃、Pt/C-H₂O₂和Pt/C 3种碳载铂纳米催化剂.通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(HR-TEM)、循环伏安(CV)和CO_ad溶出技术进行表征.结果表明,所制备的催化剂大小分布较为均一,平均粒径约为4 nm;HR-TEM观察发现,Pt/C-HNO₃中铂纳米粒子的表面具有较高的台阶原子密度;在CO_ad溶出实验中Pt/C-HNO_3­表现出较强的抗一氧化碳毒化能力;所制备的3种催化剂及商业催化剂Pt/C JM对乙醇氧化的电催化活性顺序为:Pt/C-HNO₃ > Pt/C-H₂O₂ > Pt/C > Pt/C JM,其中Pt/C-HNO₃的电催化活性和稳定性分别为Pt/C JM的1.5倍和1.9倍.

采用金属网反应器对PVC热解过程中温度范围300～800℃、升温速率1～1000 K·s^-1、停留时间0～120 s的热解气体释放特性开展了实验研究.并基于EPA-26A标准对热解气中HCl和Cl₂进行了检测.结果显示,HCl和Cl₂的产率均随着温度的升高、停留时间的增长而有所提高.降低升温速率能够提升气态产物总体产率但没有改变含氯气体的总体分布.热解实验中气态产物均以HCl为主,并伴随有少量的Cl₂生成;该结果也证实了在PVC热解脱氯过程中大量含氯自由基的存在,进一步证实了PVC热解过程遵循的是自由基链反应机理.此外,通过对PVC热解焦样的分析进一步发现PVC热解第一阶段链反应终止时的分子更接近于直链多烯烃结构而非聚合环状结构,环化反应在该阶段并未发生.

以乳酸/丙三醇有机锆为交联剂,聚合物[一种耐高温的丙烯酰胺(AM)/N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAM)/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)三元聚合物]为稠化剂,获得了耐高温聚合物凝胶.研究了聚合物凝胶的流变学特性(黏弹性、触变性)及其交联流变动力学,获得了聚合物交联过程中黏度、黏弹性模量随时间的变化关系,并考察了剪切速率和温度对凝胶形成的影响,建立了交联流变动力学模型.结果表明,交联聚合物凝胶具有明显的黏弹性和触变性;在180℃、170 s^-1下剪切120 min后,黏度达176.8 mPa·s,获得了耐高温达180℃的凝胶;一级交联流变动力学模型可拟合聚合物的交联流变动力学过程,拟合的模型参数物理意义明确合理.

为获取甲苯一段硝化未经碱洗产物(样品1:一硝基甲苯+少量混酸)及碱洗后的纯品产物(样品2:一硝基甲苯)在绝热条件下最大温升速率达到时间为24 h所对应的引发温度T_D24,并了解其热分解特性,首先采用差示扫描量热仪(DSC)测试了两种样品不同升温速率下的动态DSC数据,分析获得了样品的机理函数、活化能和指前因子,进而推导出两个样品的T_D24分别为(246.1±4.5)℃和(257.9±3.6)℃.然后利用绝热加速度量热仪(ARC)对此进行了实验验证,得到绝热条件下样品1和2的T_D24分别为241.5℃和256.4℃.上述结果表明,DSC推导的T_D24结果与ARC结果几乎一致.这表明根据动态DSC测试参数推导的T_D24具有一定的可靠性,可以作为工程应用的参考;就甲苯一段硝化产物而言,含酸体系的热分解危险性更高.

采用红外光谱和非等温DSC法研究了羧甲基纤维素(CMC)/E44环氧树脂/4,4'-二氨基二苯基甲烷(DDM)体系的固化过程和动力学.红外光谱研究表明,CMC可促使E44/DDM体系在固化过程中生成更多的聚醚结构.DSC非等温固化反应动力学研究表明,CMC的加入在反应初始阶段降低了E44/DDM体系的反应活化能,促进固化反应的进行.采用等转化率法和自催化模型对固化反应的过程进行研究,建立动力学方程.由Starink等转化率法获得E44/DDM和CMC/E44/DDM体系的活化能随转化率的变化情况.E44/DDM体系的活化能随转化率升高而显著降低;CMC/E44/DDM体系的活化能随转化率升高变化不明显,在相同含量时,相对分子质量高的CMC体系活化能高.采用SB自催化模型研究E44/DDM和CMC/E44/DDM体系的固化过程并获得模型参数.对CMC/E44/DDM体系,SB模型对实验结果拟合较好;对E44/DDM体系,SB模型和实验结果吻合效果较差.由于E44/DDM体系活化能随固化度有显著变化,因此采用改进的变活化能自催化模型描述其实验现象,结果显示该法获得的模型能够较好地描述实验现象.动力学模型的建立能够为工艺参数的选择和工艺窗口优化提供理论依据.

采用浸渍法制备了负载型铜铁氧化物催化剂,并以喹啉为目标污染物,建立了湿式过氧化氢催化氧化(CWPO)体系.研究了反应温度、初始pH、H₂O₂和催化剂投加量对喹啉去除效果的影响,并分析了CWPO体系中 的作用及喹啉的降解路径.结果表明,CWPO对喹啉具有很好的去除效果,反应30 min喹啉的去除率可达到100%,反应60 min矿化率可达到88.34%.确定了最佳反应温度为80℃,初始pH为7,H₂O₂和催化剂投加量分别为29.15 mmol·L^-1和4 g·L^-1. 氧化在CWPO降解喹啉体系中起主导作用,其平均产生速率为1.69×10^-6 mmol·L^-1·min^-1.推测了CWPO降解喹啉的4种可能路径,在中性和酸性条件下,分别生成以吡啶环或苯环为主的中间产物.

以人工配制无机高氨氮废水为进水,通过接种CANON污泥,研究了改性聚乙烯填料CANON反应器的启动过程.为避免初期溶解氧的抑制作用, 启动采用先厌氧后好氧的方式,以加速ANAMMOX细菌的增殖.首先,在室温[(20±5)℃]、厌氧条件下,历经300 d依然不能启动厌氧氨氧化,TN去除负荷仅为0.12 kg·(m³·d)^-1;当提高温度至30℃后,30 d后,TN的去除负荷达到0.23 kg·(m³·d)^-1;改为好氧条件后,经过38 d后,TN的去除负荷达到1.01 kg·(m³·d)^-1,TN去除率达到77.61%, 的平均值为0.122,接近理论值0.127,表明CANON反应器的脱氮效果良好,短程硝化稳定.通过分析认为,采用先厌氧后好氧的方式启动,并没有达到加速培养ANAMMOX细菌的预期目的,改性聚乙烯填料不适用在厌氧条件下培养ANAMMOX细菌.改性聚乙烯填料CANON反应器启动成功后,需要的曝气量少,但运行不易稳定,应对于CANON反应器形式予以改进,建议将改性聚乙烯填料结合UASB反应器采用,使污泥免于流失.

选取一个100 MW燃煤电厂对氯化铜改性氧化铝和氯化铜改性沸石进行喷射脱汞实验,应用EPA 30B标准方法对静电除尘器(ESP)前后烟气中的汞价态分布进行了采样和测试.研究了吸附剂喷射量对烟气中汞脱除率的影响.现场测试的汞平衡结果为77.1%～111.5%.经修正的汞平衡结果表明,吸附剂喷射量越大,脱汞率越高.改性氧化铝的脱汞率最高可达30.6%,改性沸石的脱汞率最高可达29.2%.喷射非碳基吸附剂后烟气中元素汞(Hg⁰)显著下降,在喷射量为0.22 g·m^-3时,两种吸附剂可将烟气中Hg⁰比例由40%降低至22%左右,减少的Hg⁰主要转化为Hg^P.非碳基吸附剂与湿法脱硫(WFGD)系统协同使用可以有效减少Hg⁰向大气中的排放.

含有醚氧基团的膜与CO₂分子具有较强的极性作用,可以实现对CO₂/N₂物系的高效分离.其中,含丙烯氧(PO)基团的聚合物链段自由体积较大且不易结晶,是一类具有发展潜力的溶解选择性膜材料.以均苯三甲酰氯为油相单体,含PO基团的多胺为水相单体,通过界面聚合,成功制备了含PO基团的复合膜.分别采用聚醚胺D400、D230及T403为多胺水相单体,考察了膜内PO基团数量和交联度对复合膜分离性能的影响.结果表明,采用D400所制的复合膜由于具有最高的PO基团含量及较低的交联度,因此具有最高的CO₂渗透速率和CO₂/N₂分离因子.之后,考察了单体浓度、酸吸收剂种类以及水相溶液pH对复合膜分离性能的影响.通过优化这些制膜条件,制备出了CO₂/N₂分离性能较好的复合膜.

为提高油田原油脱水处理效率,保证脱水电场的稳定性,满足陆上及海上石油处理设备紧凑、高效的技术要求,开展了脉冲电场下电场强度和频率对乳化液脱水效果影响的研究;通过水滴伸缩模型的建立,分析了水滴在电场作用下的受力情况,推导得出水滴形变量与电场强度的关系式;建立水滴振动动力学模型,分析水滴振动时的受力情况,得出水滴共振时外施电场频率的表达式,从理论上给出了最佳脱水频率的选择方法.研究结果表明,乳化液脱水过程中存在最佳脱水电场强度和最佳脱水频率.随着外施电场强度增加,脱水率逐渐升高,当外施电场强度超过水滴临界破裂电场强度时,脱水率有所下降,且脱水电场不稳定;当外施电场频率使水滴达到共振时,水滴振幅最大、脱水效果最好.

以二-(2-乙基己基) 膦酸(D2EHPA,P204)为载体,制备了聚氯乙烯(PVC)为膜基材的系列聚合物包容膜(PD-PIM),用FTIR、XRD及AFM表征了PD-PIM的化学组成、结晶行为和微观形貌.以渗透系数和渗透通量为指标,考察了PD-PIM膜中载体含量、料液相浓度和pH,以及解析相中盐酸浓度对PD-PIM分离苯酚的影响,探讨了实验条件下苯酚通过PD-PIM的传输机制.结果表明:在实验设定的范围内,PD-PIM对苯酚的传质通量随PD-PIM中载体质量分数、料液相中苯酚浓度的增加而增大,并在料液相苯酚浓度为400 mg·L^-1、pH=6,解析相盐酸浓度为0.1 mol·L^-1,载体P204含量为70%(质量)时达到最佳分离效果.PD-PIM对苯酚的传输机制为促进耦合迁移,初期传输符合一级动力学方程.重复使用实验证实PD-PIM具有较高的稳定性.

聚合过程是强放热的非线性过程,这类过程一般存在多稳态现象,且不同的稳态具有不同的局部稳定性.采用气相卧式搅拌釜聚丙烯反应器的Innovene工艺是目前生产聚丙烯最先进的工艺之一.本文开展了该反应器的稳态模拟与多稳态分析研究,对平稳生产、新牌号开发都有着重要的意义.利用Polymer Plus建立了更符合实际且适用于稳定性研究的气相卧式搅拌釜聚丙烯反应器非等温模型,以GPC数据进行聚丙烯反应网络的参数反演.通过灵敏度分析求解系统的多稳态解,通过推理分析的方式判断各个反应区域的稳定性,解决了该问题多稳态研究中的稳定性判断问题,并通过稳定性分析,从本质安全角度出发识别出适于操作的稳态点范围.

流程工业报警系统通过报警信息显示当前过程存在的异常情况,提醒操作员及时干预以避免生产事故,其运行效率和流程工业的安全性能密切相关.报警系统效率低下会严重影响流程工业安全经济运行,然而报警系统优化与再设计的过程复杂,耗费大量人力物力,并且可能影响整个生产过程的正常运行.报警系统是否需要重新优化、何时优化、优化方向等问题困扰着工程研究人员,需要对其进行正确的评估.针对评价流程工业报警系统的常用定性指标进行机理分析,指出对于报警系统运行效率影响较大的几个因素,在此基础上构建了量化评估报警系统效率的指标,评估指标可以使工程研究人员更为直观地了解报警系统运行效率及其对于流程工业的影响,辅助优化报警系统.

以新型的一水硫酸氢钠为催化剂,采用粉末状催化剂混合乙酸一起进料的加入方式,即流化催化精馏工艺,并利用响应面法优化乙酸乙酯催化精馏过程条件.首先,通过单因素灵敏度分析法对乙酸进料量、酸醇进料摩尔比、回流比、催化剂用量、釜底加热功率5个因素进行实验考察,确定了乙酸进料量、酸醇摩尔进料比、回流比3个关键因素的优化值及取值范围.根据单因素实验结果与精馏塔设备要求,塔釜加热功率和催化剂用量分别设定为68 W和2.0%(质量分数)乙酸,采用中心组合设计原则对乙酸进料量、酸醇进料摩尔比和回流比3个关键因素进行实验设计.以乙醇转化率为响应值,基于响应实验结果,利用响应面法对实验结果进行了方程回归,得到3个关键因素与响应值的二次关联模型.通过方差分析和平行实验,证明该模型准确可用.优化后的乙酸乙酯流态化催化精馏工艺条件为乙酸进料量3.2 mol·h^-1,酸醇进料摩尔比为3.1,回流比为3.3,在此优化条件下进行实验,乙醇转化率为88.67%,比基于单因素灵敏度分析法得到的优化工艺条件下乙醇转化率高1.0%.

提出了一种使用MATLAB仿真工具箱Simulink与动态模拟软件Aspen Dynamics相互调用来实现化工过程监测的方法.该方法具有以下优点:Aspen Dynamics能够快速建立精确的动态模型,具有完善的物性数据库,同时可以方便根据实际的化工过程对模型进行调整;使用Simulink仿真工具箱可以实时采集数据作为模型输入,同时完成对数据的必要处理.为了检测方法的可行性,将其应用于一个虚拟精馏过程来检验监测效果,结果表明, 其可以实现对存在生产计划变更过程的故障监测和无生产计划变更过程中故障的监测.

针对当前MPC控制回路性能评价方法无法准确定位性能下降源的问题,提出一种基于加权L₂-Hausdorff子空间距离的控制回路性能诊断方法.该方法引用恶化性能子空间表征各个性能恶化工况下的回路特征,通过基于模型预测残差的闭环潜能指标实时监测控制回路性能.当发现性能下降时,构造加权L₂-Hausdorff子空间距离来度量当前回路性能模式与已知性能模式的相似度,通过距离聚类来定位回路性能下降的恶化源.最后,通过连续搅拌加热器(continuous stirred tank heater, CSTH)上的仿真实验,验证了所提方法的有效性及可靠性.

表面结垢会严重影响换热器的传热效率,定期清洗是解决该问题的主要方式.针对以往换热器网络清洗时序优化方法中用于决策的整型变量较多而难以求解的问题,提出以换热器清洗的最大允许污垢热阻为优化变量,取代表示换热器是否清洗的二进制变量,将混合整数非线性规划问题转化成非线性规划问题,能够有效地减小问题规模,降低求解难度.优化过程中兼顾换热器网络的设计型与操作型问题,采用遗传/模拟退火算法同步优化换热器的面积与清洗时序.将该方法用于一个实例,所得年度总费用与文献基本一致,验证了该方法的有效性.

针对工业过程中普遍存在的时延特性和动态特性,提出一种基于联合互信息的动态软测量方法.以联合互信息最大化作为准则,从各辅助变量的历史输入数据矩阵中选取一个连续子变量集,组成包含过程时延信息和动态信息的新数据集,进而确定各辅助变量的时延参数、历史数据长度.各辅助变量参数完全基于过程历史数据确定,与后续软测量模型的建立无关,因此建立动态软测量模型的形式可根据对象非线性程度自主选择.针对实际脱丁烷塔塔底丁烷浓度软测量的仿真研究验证了方法的有效性.

化工过程系统结构的大型化和复杂性,通过单独的机理模型进行故障检测已越来越困难.提出一种基于数据复杂网络理论的过程故障检测方法,利用偏相关系数确定复杂变量间的邻接矩阵,生成过程系统数据变量之间的网络模型,从网络拓扑结构出发,计算系统复杂网络的特征参数,通过对故障模型与非故障模型之间网络特征参数的差异判断系统是否发生故障,进而找到故障点.以TE过程为应用对象,验证了该方法的有效性.

在蒸汽动力系统优化设计中,考虑不确定因素的优化策略能避免基于确定性设计策略的保守设计,并能针对不确定因素的实现提出相应的调度调节策略.本研究分析了蒸汽动力系统设计包含的不确定因素的特性及其对蒸汽动力系统优化目标和约束条件的影响.不确定因素的表达分成两类:基于时间变化表达和基于发生概率表达.对基于时间变化表达的因素,转化为多周期问题进行处理;对外部工艺过程变化引起的汽电需求不确定波动等基于发生概率表达的因素,应用随机规划策略,补偿不确定参数的实现可能引起的约束背离.基于本研究建立的多周期带补偿的二阶段随机规划MILP模型,求解蒸汽动力系统结构,同时优化调度调节策略,用调节决策和惩罚不足应对汽电需求等不确定因素的实现,实现系统安全稳定运行和经济效益最优.

精馏塔是化工过程经常用到的一种分离设备,操作条件不当,易使精馏塔进入异常工况.正常工况时,出料温度随回流量增大而降低,模型增益为负;回流量继续增大,导致板效率下降,出料温度开始上升,模型增益变为正,精馏塔进入异常工况.针对此情况提出一种基于最小二乘法的乙烯精馏塔模型增益在线辨识方法,在线实时辨识出模型增益符号,根据辨识结果,判断乙烯精馏塔是否进入异常工况.建立正常与异常工况的乙烯精馏塔控制系统,根据模型增益辨识结果,由负反馈原理确定正常与异常工况中控制器正反作用,使得回流量和出料温度均控制在正常工况允许范围内,保证乙烯精馏塔在正常工况工作,实现乙烯精馏塔正常与异常工况控制.

在深共融溶剂体系中电沉积制备了Ni-Mo合金.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及电化学测试对Ni-Mo合金形貌、结构及性能进行了表征.SEM、XRD测试结果表明,Ni-Mo合金为纳米晶结构,平均晶粒尺寸约为2.2 nm;镀层表面微观粗糙度较大,Mo的质量分数约为5%.阴极极化曲线测试结果表明,当电流密度为0.1 A·cm^-2时,深共融溶剂中制备的Ni-Mo合金电极析氢电位比水溶液中制备的Ni-Mo合金电极正移约100 mV,相比纯Ni电极正移近250 mV.

急冷锅炉(TLE)是乙烯热裂解装置的重要设备,在运行中急冷锅炉炉管内壁会有结焦现象,降低急冷锅炉传热系数并增加炉管压力降,严重影响传热效果,需要进行周期性清焦.为了能够有效地抑制结焦,在炉管内壁表面上制备了一层Cr/W/稀土Re_xO_y惰性涂层,借助乙烯裂解结焦模拟装置、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)等设备从试样结焦表面形貌特征和结焦量等方面对所开发的涂层进行了抑焦性能研究.实验结果表明,无涂层试样表面存在催化焦和颗粒状焦,结焦严重;而涂层试样抑焦效果明显,表面不存在催化结焦,且焦层与涂层表面黏附性差结合较弱容易脱落,其结焦抑制率可达79.1%.

为揭示接触式机械密封摩擦界面的温度分布规律,用分形参数表征机械密封端面形貌特性,根据重新建立的微凸体接触变形方式,结合热传导和概率理论建立了机械密封摩擦界面最大温度以及温度分布的分形模型并用数值方法对其最大温度、温度分布规律以及影响因素进行了分析.研究结果表明,当分形维数一定时,随着转速的增大,密封界面最大温度呈线性增大;当转速一定时,随着分形维数的增大,密封界面最大温度呈非线性减小;随着量纲1特征尺度的增大,量纲1最大接触温度也在增大.当已知润滑膜汽化温度时,由温度分布密度函数,可以求出处于非正常润滑部分的真实接触面积,为进一步研究磨损、热破坏提供基础,这对接触式机械密封的实际运行和密封端面的设计具有重要的意义.

提出了一种沼气机热泵能源综合利用节能系统,并据此构建了系统实验平台,进行了系统性能实验.根据理论分析和实验数据研究了沼气消耗量、余热回收利用、制热系数COP及一次能源利用率PER随沼气机负荷率的变化趋势.结果表明:该节能系统具有较好的部分负荷特性,在仅考虑沼气机排烟余热回收利用的情况下,系统COP最高可达4.18,PER最高可达1.4.因此,空气源沼气机热泵节能系统明显提高了供热能力、降低了能耗,实现了沼气能源的综合有效利用.

以瞬间弹射蒸汽爆破(instant catapult steam explosion, ICSE)为基础,联用稀酸法、碱法、氨水法、有机溶剂法以及离子液体法进行预处理,对不同方法采用组分和酶解分析,以探索出一种绿色和高效的预处理方法.ICSE处理后的物料能够显著促进传统的化学预处理过程,其中ICSE与碱法联用预处理的糖收率最高,达到了77.54%,而ICSE与离子液体联用预处理后糖收率比单纯使用离子液体提高了7.78倍,达到了60.04%.选取ICSE与离子液体联用预处理过程作为最优预处理方法,并对其采用傅里叶-红外光谱、X射线晶体衍射和扫描电镜进行表征,经ICSE处理后玉米秸秆变得蓬松且不完整,半纤维素组分减少,促进离子液体对于纤维素的溶解;而与离子液体联用预处理后,物料纤维素和木质素相应官能团吸收峰增强,纤维素结晶构型由纤维素-Ⅰ型转变为纤维素-Ⅱ型,结晶指数降低.

为了研究H₂O对燃料N向NO转化各个阶段的影响,采用可沿程取样的沉降炉反应器,研究了一种烟煤在1273 K温度下,O₂/N₂、O₂/CO₂以及O₂/CO₂/H₂O气氛下燃烧的燃尽与NO生成的情况.并通过在停留时间为0.2、0.3、0.5、1.1 s与O₂浓度为5%、21%及30%情况下的实验来研究H₂O对NO生成的影响.实验结果表明,相对于O₂/CO₂气氛,H₂O的添加抑制了NO的生成,且该影响主要集中在燃烧初期挥发分N的氧化过程.随着O₂浓度的增加,H₂O添加对oxy-coal燃烧方式下NO生成影响加大.

利用旋转式动态结蜡装置,对不同组成的人工油样(胶质和沥青质含量不同或蜡含量不同)进行了不同条件下的实验研究.通过对管壁沉积物取样并利用差式扫描量热法(DSC)和四组分法进行分析,探究了不同原油组成对结蜡的影响规律.结合胶质和沥青质在结蜡过程中的作用机理,发现胶质和沥青质的存在虽然总会削弱蜡分子的迁移动力,阻碍蜡分子的沉积,但在含量较小时会协同蜡分子的沉积作用,而当含量较大时会以粘壁的形式附着于管壁.对蜡含量不同原油的结蜡规律研究发现:原油所含蜡分子的碳数越高,结蜡层中的蜡含量就越少.但由于碳数较高的蜡分子具有相对较长的碳链,更容易与原油中的胶质和沥青质发生共晶作用,故更易与胶质和沥青质一起沉积于壁面.

采用微波无极灯(MEDL)光解甲硫醚气体,结果表明,随着进气浓度的增加,甲硫醚去除率相应降低,但其绝对处理量却相应增加;停留时间越长,去除率越大,停留时间为10 s时,降解率高达94.3%.微波无极光化学反应系统中主要产生直接光解、光诱导产生的激发态氧原子O(¹D)和羟基自由基的氧化作用,可将甲硫醚降解转化为硫酸盐、二氧化碳和水等无机化合物,其中激发态氧原子O(¹D)的含量是影响甲硫醚降解的关键因素.

采用(NH₄)₂S溶液吸收净化高浓度SO₂烟气,得到(NH₄)₂S₂O₃和NH₄HSO₃的混合溶液并转移至高压反应釜中,控制反应条件,两种物质发生自氧化还原反应,生成硫磺和(NH₄)₂SO₄.实验考察了吸收SO₂过程和自氧化还原过程的影响条件,结果表明:在pH=3～7,SO₂气体流速300 ml·min^-1,(NH₄)₂S浓度为0.2～1.2 mol·L^-1,常温条件下,烟气中二氧化硫的吸收率达到99.8%以上,且无H₂S生成;在pH=2.5～3.0,温度为130℃条件下,反应进行1 h,硫磺收率达到95%以上,溶液经过蒸发结晶得到(NH₄)₂SO₄.用X射线衍射(XRD)和X射线荧光光谱(XRF)对硫磺和硫酸铵进行表征分析,结果表明:硫磺的纯度为99.14%,硫酸铵中氮元素含量为23.6%.

以环氧大豆油(ESO)与3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)双重交联改性水性聚氨酯(WPU).通过FTIR、TG、DSC、DMA、AFM、粒径分析仪、拉力试验机等仪器对改性的水性聚氨酯进行了表征.研究了ESO和KH550的含量对水性聚氨酯乳液、胶膜以及胶黏剂性能的影响.分析了KH550对水性聚氨酯结晶性能和微相分离的影响.研究发现,随着ESO与KH550的加入,水性聚氨酯乳液的性能得到改善,胶膜的吸水率先减小后增大,拉伸强度逐渐增大,断裂伸张率逐渐减小.水性聚氨酯胶黏剂对PVC的T-剥离强度先增大后减小.随着KH550含量的增加,热稳定性逐步改善,结晶性降低,软段与硬段相混合程度提高.当ESO为4%、KH550为2%(均为质量分数)时,水性聚氨酯胶黏剂的综合性能最好.

以双酚A-双苯并(口恶)嗪(DBOZ)和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物 (DOPO)为原料,合成了双酚A-双DOPO(2DO),再用其与苯胺、多聚甲醛反应,合成了含双DOPO的双酚A-双苯并(口恶)嗪(2DD).采用红外、核磁共振等分析手段对2DO和2DD的化学结构进行了表征,采用差示扫描量热仪对DBOZ和2DD的固化特性进行研究,使用热重分析仪分析了所得聚苯并(口恶)嗪的热稳定性.结果表明:在N₂气氛中,含双DOPO的双酚A-双苯并(口恶)嗪热分解温度为353℃,在442℃分解速率达到最快,800℃时的残碳率为40.40%,300℃的质量变化为3.97%.与未引入DOPO的双酚A-双苯并(口恶)嗪树脂相比,其热分解温度提高了将近41℃,最大分解速率提高了将近70℃,残碳率提高了将近3.21%.

采用紫外加速老化方法,研究聚苯乙烯泡沫(EPS)在受到紫外老化后其外观和缓冲性能的变化规律,分析材料内部结构的变化.结果表明,随着加速紫外老化时间的延长,EPS分子链上产生某种显色基团,导致试样表面颜色变黄,EPS的最小缓冲系数值增大,缓冲效率降低;且随老化时间的增加,EPS分子量降低,分子量分布由2.13增大到3.76;分子结构中C元素含量减少,O元素含量逐渐增加,紫外线照射导致EPS表面受到激发并在水和热的共同作用下发生表面氧化,生成C O键、C—OH键等新的官能团;加速老化使EPS结构中大分子断链,化学键重组,导致力学性能下降.研究EPS材料的老化行为是推断其使用寿命和环境的基本依据,为EPS衬垫在运输包装过程中的合理应用提供参考依据.

以海藻酸钠 (SA) 和酸化凹凸棒石 (H⁺-ATP) 为原料,运用溶液共混法制备了一种具有优良缓释性能的复合材料,并以其为基质材料制备了双氯芬酸钠 (DS) 缓释片.利用SEM、FTIR和XRD对复合材料形貌和结构进行了表征,考察了酸改性剂浓度、H⁺-ATP用量和复合时间对复合材料缓释性能的影响,以获得最佳复合工艺.结果表明,当用12 mol·L^-1盐酸酸化的ATP量占复合物总量60%时,复合缓释片在体外模拟肠液中缓释性能最佳.与单一海藻酸缓释片相比,复合缓释片2 h的累积释放率由42.6%下降到23.7%,有效改善了"突释"效应.释放动力学研究表明,复合缓释片的释药行为可以用Ritger-Peppas方程很好地拟合,释药速率受骨架溶蚀和药物扩散双重控制.H⁺-ATP的加入显著改善了海藻酸的缓释性能.

为研究输气管道音波法泄漏检测技术的基本原理和应用方法,从而为音波法泄漏检测技术在输气管道上的推广使用提供理论和实践基础,首先根据现场实验工况建立仿真模拟模型,对泄漏音波产生机理进行分析与验证;其次根据仿真模拟结果完成现场实验,并对现场实验数据进行了时频联合分析,包括短时傅里叶变换、小波变换、Hilbert-Huang变换和广义S变换,提取可用于远距离传播的音波信号特征;然后应用可远距离传播的信号特征,对长距离输气管道的泄漏进行检测,取得了较好的效果;最后采用提取的音波特征量进行泄漏定位,定位精度高.研究结果表明,通过信号处理得到泄漏音波信号特征可以用于长距离输气管道泄漏检测.