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2023年 第74卷 第4期 刊出日期:2023-04-05
    本期中英文目录、封面
    化工学报. 2023, 74(4):  1. 
    摘要 ( 117 )   PDF (11449KB) ( 145 )  
    相关文章 | 多维度评价
    综述与专论
    相变离子液体体系吸收分离CO2的研究现状及展望
    杨灿, 孙雪琦, 尚明华, 张建, 张香平, 曾少娟
    化工学报. 2023, 74(4):  1419-1432.  doi:10.11949/0438-1157.20221553
    摘要 ( 715 )   HTML ( 45 )   PDF (3742KB) ( 341 )  
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    全球工业化的迅速发展及人口增长使得化石燃料消耗不断增加,导致二氧化碳(CO2)排放量逐年递增,引发全球化气候问题。醇胺吸收法目前在工业CO2捕集应用最广泛,主要以单乙醇胺、甲基二乙醇胺等水溶液为吸收剂,存在溶剂损耗大、再生能耗高等问题,开发高效低能耗的新型吸收剂是实现CO2大规模捕集的关键。离子液体具有气体亲和性好、蒸气压低、结构性质可调等特点,其中相变离子液体体系因节能潜力大被认为是新一代CO2吸收剂,其吸收CO2后由均相变为互不相溶的液-液或液-固两相,再生时仅需对CO2富相加热处理,可有效减少吸收剂再生体积,降低再生能耗。重点总结近五年相变离子液体体系在CO2分离的研究现状和进展,对不同相变行为的液-液和液-固相变离子液体体系分类阐述和讨论,并对其发展趋势进行展望。

    6FDA型聚酰亚胺炭分子筛气体分离膜的构筑及其应用
    王荣, 王永洪, 张新儒, 李晋平
    化工学报. 2023, 74(4):  1433-1445.  doi:10.11949/0438-1157.20221678
    摘要 ( 374 )   HTML ( 38 )   PDF (4349KB) ( 323 )  
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    高分子气体分离膜具有价格低和易加工等优点,但存在气体分离性能难以满足工业要求,以及耐老化性能和结构稳定性差等问题。炭分子筛膜不仅具有高力学性能,高耐热、耐化学腐蚀性能,而且存在适合气体传递的路径、对气体分子亲和性好的杂原子结构,以及分子辨识能力强的孔尺寸,表现出优异的气体分离性能,因而受到广泛的关注,被认为是最具应用前景的气体分离膜。6FDA型聚酰亚胺不仅具有较大的刚性和受限制的构象,且自由体积较大、分子结构可调、成孔性好和残炭量高,制备的炭分子筛膜的气体分离性能优于其他前体,受到学术界和工业部门的青睐。本文主要介绍了炭分子筛膜前体的结构设计原理,在热解过程中的炭化机理和微观结构的控制,炭结构对气体分离性能的影响,气体在膜中的传递机理,以及由6FDA型聚酰亚胺制备的炭分子筛膜在气体分离中的应用。结合科研实际,提出了6FDA型聚酰亚胺炭分子筛膜结构设计和制备的想法,为未来炭分子筛膜在气体分离中应用提供新的思路。

    废旧锂离子电池回收工艺研究进展及其安全风险分析
    肖忠良, 尹碧露, 宋刘斌, 匡尹杰, 赵亭亭, 刘成, 袁荣耀
    化工学报. 2023, 74(4):  1446-1456.  doi:10.11949/0438-1157.20221550
    摘要 ( 438 )   HTML ( 28 )   PDF (1716KB) ( 207 )  
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    随着锂离子电池(LIBs)市场的快速增长,探索回收退役LIBs的有效策略已成为迫在眉睫的问题。未来,资源化回收将受到广泛关注。资源化回收既可以解决有价金属锂、镍、钴、锰资源短缺的问题,又可抑制废旧电池堆积而引起的危害,但运输、存储以及金属富集过程中的安全性问题仍得不到保障。针对退役电池回收工艺研究进展进行综述,重点对整个回收过程,包括运输存储、预处理、金属富集等步骤进行了全过程安全风险分析。通过对退役电池回收过程中的安全风险进行全面分析和梳理,旨在为国内外企业后续的电池回收方案提供参考。

    b轴ZSM-5分子筛制备方法及应用研究进展
    王子健, 柯明, 李佳涵, 李舒婷, 孙巾茹, 童燕兵, 赵治平, 刘加英, 任璐
    化工学报. 2023, 74(4):  1457-1473.  doi:10.11949/0438-1157.20221461
    摘要 ( 703 )   HTML ( 47 )   PDF (4066KB) ( 352 )  
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    ZSM-5分子筛作为应用最为广泛的催化剂之一,一直是研究关注的重点。由于其沿着b轴直通孔道相比于沿着a轴和c轴的Z形孔道具有更好的扩散性能,其长度的控制对改善分子筛的催化特性具有重要作用。综述了控制ZSM-5分子筛各向生长的主要方法,结构导向法和生长修饰法。对短b轴ZSM-5分子筛在MTP、MTH以及MTG等催化领域的应用进行了具体分析。并指出,特定季铵盐作为结构导向剂制备的片层分子筛,具有均匀良好的自柱撑结构和晶间介孔,由于结构导向剂制备难度较高,采用生长修饰剂部分取代季铵盐更加经济环保。特定生长修饰剂合成难度低且成本低廉,制备的分子筛具有分散或团聚片层结构,新工艺的开发以改善晶间介孔将使其具有更好的扩散性。对片层分子筛厚度和酸性的精准调控、合成机理以及各向长度对催化性能影响的深入研究,以保证高效制备兼顾转化率、选择性以及稳定性的分子筛对短b轴分子筛的发展具有重要意义。

    流体力学与传递现象
    不同扰流结构冷板传热性能研究
    李纪元, 李金旺, 周刘伟
    化工学报. 2023, 74(4):  1474-1488.  doi:10.11949/0438-1157.20221487
    摘要 ( 413 )   HTML ( 26 )   PDF (6692KB) ( 187 )  
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    冷板是电子设备间接液冷系统的核心部件,在冷板内部流道增加扰流柱可以提高冷板的传热能力,在进行冷板扰流柱的设计时需兼顾降低热源温度与降低流体流过流道的压力损失两方面。结合热源温度、流体压降以及动力源耗能等因素,对内部流道含有菱柱、圆柱、水滴柱扰流结构的冷板的传热性能进行了研究。研究结果表明:含有水滴柱扰流结构的冷板的传热性能最好,且水滴扰流柱长宽比例在2.5∶1时冷板的传热性能最佳,通过缩小扰流柱尺寸、增加扰流柱数量及密度的方式可进一步提高冷板的传热性能。在本研究所实验测试的工况中,水滴柱扰流结构冷板相较于无扰流冷板,散热效果提高了60%左右。

    旋转膜过滤器内部流动特性数值模拟
    王晓萱, 胡晓红, 陆雨楠, 王士勇, 凡凤仙
    化工学报. 2023, 74(4):  1489-1498.  doi:10.11949/0438-1157.20221185
    摘要 ( 151 )   HTML ( 7 )   PDF (2879KB) ( 105 )  
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    基于计算流体力学方法对旋转膜过滤器内部层流与湍流场进行研究,利用多孔介质模型描述滤膜的渗透性对流动的影响,开展验证实验,确定滤膜阻力修正系数,并验证模型的可靠性。在此基础上,对过滤器内部流体的速度和压力分布进行数值分析,并探究滤膜转速对滤膜表面跨膜压力和剪切应力的影响。结果表明,滤膜表面流体无量纲角速度沿径向呈现中间区域基本保持不变,旋转轴附近有所降低,滤膜边缘附近略有升高的趋势;流动状态对滤膜上、下方间隙流体无黏核心区的无量纲角速度有重要影响。研究还发现,跨膜压力沿径向趋于下降,同种流动状态下,跨膜压力随滤膜转速的增大而减小;同一滤膜转速下,剪切应力沿径向线性增大,提高滤膜转速,剪切应力显著增加。

    氯化钛白氧化反应器结疤问题分析及数值模拟
    周艾然, 陆平, 夏建辉, 李冬勤, 郭杰, 杜明, 董立春
    化工学报. 2023, 74(4):  1499-1508.  doi:10.11949/0438-1157.20221332
    摘要 ( 148 )   HTML ( 8 )   PDF (2241KB) ( 77 )  
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    氯化钛白生产工艺的核心是TiCl4氧化反应器,而内部关键部位的结疤问题显著影响其长周期稳定生产。通过对工业氯化钛白氧化反应器疤料的分析与表征,探究了氧化反应器关键位置的结疤原因,进而使用ANSYS-Fluent软件对实际运行工况条件下的氧化反应器内部流场和壁面温度进行了计算流体力学(CFD)模拟。模拟结果表明,反应器壁面温度、内部流场等因素对反应器的结疤具有十分重要的影响。提高反应器关键位置壁面温度,能够显著改善结疤现象,为防止KCl和AlCl3添加剂的沉积,反应器热氧区和TiCl4进料环的壁面温度应分别高于770和178℃;而为避免新生成的TiO2在反应器内表面的聚集,应减小或消除回流区,使得新生成的TiO2尽快通过反应区。

    升温条件下多孔介质内气泡的生长和聚并行为
    张银宁, 王进卿, 冯致, 詹明秀, 徐旭, 张光学, 池作和
    化工学报. 2023, 74(4):  1509-1518.  doi:10.11949/0438-1157.20221439
    摘要 ( 195 )   HTML ( 20 )   PDF (2365KB) ( 103 )  
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    设计了两种横向和纵向喉道宽度比值(whwz)分别为1.48∶1和1∶1的各向异性和各向同性多孔介质微流体芯片,以CO2为气体,二甲基硅油为液体,采用可视化实验,系统地研究了升温条件下多孔介质结构对气泡生长和聚并规律的影响。结果表明,温度升高引起的传质生长是气泡突破喉道的动力。单个气泡在多孔介质内生长方向的选择依赖于喉道的门阙压力,气泡倾向于突破门阙压力小的喉道。随着温度的升高,气泡侵入和突破喉道速度加快。在各向异性多孔介质中,气泡倾向于在横向生长时与其他气泡发生聚并,而在各向同性多孔介质中,气泡更易发生纵向聚并。当多个气泡存在于各向异性多孔介质内时,气泡的初始分布会显著影响气泡间的生长和聚并过程;在各向同性多孔介质内时,影响则较小。各向异性多孔介质在实际工程应用过程中更易实现气泡流型调控。

    Geldart-D类湿颗粒倾斜落料行为及其强化
    张浩, 徐惠斌, 高健, 刘帝宏, 周泽华
    化工学报. 2023, 74(4):  1519-1527.  doi:10.11949/0438-1157.20221562
    摘要 ( 123 )   HTML ( 9 )   PDF (2865KB) ( 94 )  
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    针对湿颗粒流动性较差、倾斜落料困难的问题,建立了机械振动耦合辅助流化风的可视化倾斜落料实验装置,研究了液体饱和度S、表面张力σ和倾斜角度δ对三种Geldart-D类湿颗粒(塑料珠、玻璃珠、氧化锆珠)倾斜落料量的影响,并对机械振动、辅助流化风和振动耦合辅助流化风三种助流落料方法进行了实验比较。研究结果表明,受液桥力影响,湿颗粒落料过程的质量流量qm较干颗粒降低60%以上。随振动强度Γ和辅助流化风气速uf的增加,湿颗粒质量流量qm增加,其中振动强度Γ对重质类颗粒(玻璃珠、氧化锆珠)的强化效果较佳,辅助流化风气速uf对轻质类颗粒(塑料珠)的强化效果较佳。相同能耗条件下,振动耦合辅助流化风具有更高的质量流量qm,是相对节能的助流落料方法。

    涡流空气分级机近导叶处团聚体解团机理研究
    任金胜, 刘克润, 焦志伟, 刘家祥, 于源
    化工学报. 2023, 74(4):  1528-1538.  doi:10.11949/0438-1157.20221568
    摘要 ( 165 )   HTML ( 8 )   PDF (3706KB) ( 100 )  
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    超细颗粒往往会因为黏附力形成团聚,从而限制了通过气力分级制备粒径小且分布范围窄的超细粉体。研究团聚体解团机理可为提出解团措施提供理论依据。利用EDEM二次开发功能通过颗粒工厂生成团聚体,基于FLUENT-EDEM耦合进行涡流空气分级机环形区近导叶处区域团聚体运动及其解团过程的数值模拟,研究了不同入口风速下对团聚体解团的影响程度,并揭示了团聚体在环形区近导叶处区域的解团机理。结果表明,在导叶近壁面区域气力流场的剪切力无法使团聚体解团,流场中解团是由于团聚体与固壁面碰撞而引起的。在转笼转速为1200 r·min-1,入口风速为6、12、18、24 m·s-1的情况下,单颗粒占比数随入口风速由71.7%增大到88.39%,而未解团的团聚体由24.8%减少到10.51%,部分解团后形成的团聚体的占比均不超过4%,表明单个团聚体在流场中解团程度较大,入口风速增大会提高环形区近导叶处粉体分级时的分散性,引入无量纲参数——相对碰撞次数验证了这一结果。

    MEA吸收CO2富液解吸过程中固体颗粒表面的强化作用分析
    王皓, 唐思扬, 钟山, 梁斌
    化工学报. 2023, 74(4):  1539-1548.  doi:10.11949/0438-1157.20221565
    摘要 ( 197 )   HTML ( 17 )   PDF (3336KB) ( 129 )  
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    单乙醇胺(MEA)溶液吸收二氧化碳在碳捕集封存或利用技术中应用广泛,但MEA吸收富液再生能耗高。有报道称具有催化性质的固体填料可以强化CO2解吸,但固体作用原理并未被清楚证实。为了分析颗粒填料的作用,通过比较不同固体颗粒(硅铝比为25、50、80的HZSM-5和活性炭)在再生过程中的作用,证实了非稳态过程HZSM-5颗粒存在表面酸中心吸附有机胺促进解吸的现象,最大有15.75%的促进效果,呈现HZSM-5-25>HZSM-5-50>HZSM-5-80>AC>Blank的规律。但是,颗粒酸中心有限的吸附量不能持续促进解吸,恒温段的促进效果降低至1.61%~2.67%,此时传质即气泡成核是提升解吸速率的主要原因,颗粒表面提供非均相成核位点,疏水性强的表面更可能促进气液分离。通过传热影响分析,表明改变热通量对CO2解吸速率的影响显著,相比传质速率与反应速率,传热速率在影响解吸速率的因素中占据主要地位。

    微小通道内过冷流动沸腾阻力特性实验及预测研究
    郑书闽, 郭鹏程, 颜建国, 王帅, 李文博, 周淇
    化工学报. 2023, 74(4):  1549-1560.  doi:10.11949/0438-1157.20221317
    摘要 ( 164 )   HTML ( 9 )   PDF (4244KB) ( 312 )  
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    实验探究了微小圆管内(内径1 mm)过冷水流动沸腾的阻力特性,参数范围:热通量4.0~5.6 MW/m2,压力3.0~5.0 MPa,质量流速2000~4200 kg/(m2‧s),进口热力学干度-0.50~-0.10。获取了质量流速、压力、热通量等参数对过冷沸腾阻力的影响,并重点关注其预测方法。将测试数据与典型阻力关联式对比,结果表明,由于高热流、微通道等特殊因素,导致大部分阻力关联式的预测精度不够理想。为更准确预测高热流过冷沸腾阻力,基于LeakyReLU函数,建立了遗传算法优化的极限学习机模型(GA-ELM),其预测精度优于传统关联式(平均绝对误差为2.0%),且泛化性良好。研究工作可为微小尺度流动换热系统设计优化提供支撑。

    高功率平板热管传热性能的实验研究
    杨辉著, 兰精灵, 杨月, 梁嘉林, 吕传文, 朱永刚
    化工学报. 2023, 74(4):  1561-1569.  doi:10.11949/0438-1157.20221300
    摘要 ( 219 )   HTML ( 9 )   PDF (4438KB) ( 198 )  
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    为探究平板热管在高热通量和逆重力环境中的传热特性,设计并制作了一种具有泡沫金属结构的铜-水平板热管,系统地研究了不同放置方式、充液率和热功率对平板热管热响应特性和热阻的影响。实验结果表明:平板热管可实现快速启动,60 s内达到稳定,随着充液率增加,热管热阻先降低后升高,充液率为20%时性能最佳,放置方式对热管性能影响明显,顺重力性能最佳,在300 W时得到最小热阻为0.0109 K/W。相较于文献中的热管,此热管不仅获得了更低的热阻值,亦可实现更高热通量的有效导热。

    催化、动力学与反应器
    V4+和V5+比例对钒磷氧催化NO2氧化环己烷性能的影响
    蹇建, 张嘉明, 佘祥, 周虎, 游奎一, 罗和安
    化工学报. 2023, 74(4):  1570-1577.  doi:10.11949/0438-1157.20221481
    摘要 ( 200 )   HTML ( 16 )   PDF (1578KB) ( 125 )  
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    采用浸渍法制备不同钒价态结构的钒磷氧(VPO)复合氧化物催化剂,测试其对NO2氧化环己烷制备己二酸的催化性能,并采用XRD、XPS、H2-TPR和UV-Vis DRS等手段进行表征,考察不同过渡金属掺杂对VPO中钒价态结构的影响,以及催化氧化环己烷性能的影响。研究结果表明,过渡金属的引入能够改变VPO中β-VOPO4和(VO)2P2O7两种晶相结构,从而调变V5+ 和V4+ 的比例,且钒的价态比例对NO2氧化环己烷反应具有重要影响。同时含有V5+ 和V4+ 的M/AlVPO催化剂的催化性能明显高于纯V5+ 的β-VOPO4和纯V4+ 的(VO)2P2O7催化剂。其中,以V4+/V5+ 为0.52的Cu/AlVPO为催化剂时环己烷的转化率最高为65.4%,以V4+/V5+ 为0.66的Ni/AlVPO为催化剂时己二酸的选择性最高为84.8%。

    微晶菱镁矿蒸氨及水化动力学研究
    衣思敏, 马亚丽, 刘伟强, 张金帅, 岳岩, 郑强, 贾松岩, 李雪
    化工学报. 2023, 74(4):  1578-1586.  doi:10.11949/0438-1157.20221587
    摘要 ( 151 )   HTML ( 15 )   PDF (2535KB) ( 69 )  
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    为加强微晶菱镁矿的深入研究,分别以微晶菱镁矿经高温煅烧所得微晶MgO和辽宁某工厂轻烧MgO为原料进行蒸氨、沉镁、煅烧得到MgO,并进行水化实验。采用水合法考察了MgO活性对蒸氨动力学的影响,探究了反应温度、固液比对产品粒径及水化率的影响,考察了不同固液比所得产品形貌,并对水化曲线进行分析,确定了不同镁源的水化反应控制类型。结果表明:二者的蒸氨反应都受扩散控制;在100℃、9 h条件下,固液比为1/5时,微晶MgO水化产品呈完整的六方片状结构,而轻烧MgO水化产品的片状结构大小不一且不规整;二者水化反应均属于化学反应控制类型。此研究为微晶菱镁矿的利用发展提供了新思路。

    光催化与离子交换吸附耦合有效去除2,4,6-三氯苯酚
    肖川宝, 李林洋, 刘武锋, 钟年丙, 解泉华, 钟登杰, 常海星
    化工学报. 2023, 74(4):  1587-1597.  doi:10.11949/0438-1157.20221613
    摘要 ( 184 )   HTML ( 16 )   PDF (5681KB) ( 159 )  
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    为了实现2, 4, 6-三氯苯酚(2, 4, 6-TCP)废水快速降解和氯离子去除,构建了光催化与离子交换吸附耦合系统。该系统由钌(Ru)、钼(Mo)双金属掺杂单晶体BiVO4涂覆光催化石英空心光纤束和ZnAl-LDH-NO3涂覆石英光纤布构成。研究发现:RuO2/Mo-BiVO4光催化剂具有粒径小且呈多孔不规则多面体结构,有助于提高光催化剂比表面积,促进光电转换及电子转移,同时Ru和Mo掺杂可有效地抑制光生电子-空穴复合,促进氧化活性物质(·OH和·O2-)产生,提高BiVO4光催化活性;RuO2/Mo-BiVO4涂覆光催化空心光纤束6 h对200 ml、80 mg/L 2, 4, 6-TCP去除率达到62.4%,是BiVO4涂覆光催化空心光纤束的1.56倍。在pH为6.2、温度为35℃时,单独RuO2/Mo-BiVO4涂覆光催化空心光纤束6 h对2, 4, 6-TCP去除率提升至74.2%、COD去除率达到43.1%、脱氯率达到40.3%(液相氯离子浓度达到443.2 μmol/L)。光催化与离子交换吸附耦合系统6 h对2, 4, 6-TCP、COD和氯离子去除率分别达到91.1%、53.8%和98.1%。

    分离工程
    三嗪框架聚合物膜用于有机纳滤甲醇/正己烷分离
    吕阳光, 左培培, 杨正金, 徐铜文
    化工学报. 2023, 74(4):  1598-1606.  doi:10.11949/0438-1157.20230091
    摘要 ( 193 )   HTML ( 5 )   PDF (2756KB) ( 273 )  
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    具备耐各种有机溶剂的微孔聚合物膜在有机纳滤领域逐渐受到重视。采用双氰基单体的超酸催化成环聚合反应,制备微孔框架聚合物薄膜(CTF-BP),该膜具备良好的力学性能,可耐受甲醇和正己烷等常见有机溶剂。CTF-BP膜内大量<1.0 nm的微孔通道使膜具备良好的筛分性能,其截留分子量为550。膜内含有的三嗪结构与羟基具有较强的亲和性,使甲醇的跨膜通量[1.10 L/(m2·h·bar)]显著高于黏度更低的正己烷通量[0.23 L/(m2·h·bar)]。采用纳滤操作将膜用于分离含低浓度甲醇的正己烷溶液[含5%(质量)甲醇的正己烷溶液],结果显示甲醇/正己烷分离因子最高可达到1485,渗透液的总流量超过3.21 kg/(m2·h)。证实CTF-BP膜有望实现高效甲醇/正己烷分离。

    环氧丁烷尾气溶剂吸收及精制工艺
    李木金, 胡松, 施德磐, 赵鹏, 高瑞, 李进龙
    化工学报. 2023, 74(4):  1607-1618.  doi:10.11949/0438-1157.20221564
    摘要 ( 236 )   HTML ( 14 )   PDF (5121KB) ( 169 )  
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    针对以过氧化氢乙苯法生产1,2-环氧丁烷(简称环氧丁烷)工艺中环氧丁烷尾气难回收问题,提出了以环氧丁烷精制单元萃取剂正辛烷为吸收剂和利用精制单元萃取精馏塔同时作为解吸塔的环氧丁烷回收新工艺。该工艺同时考虑无催化环氧丁烷水解生成1,2-丁二醇,利用1,2-丁二醇与正辛烷可形成最低温度非均相共沸物特性,侧线采出共沸物脱除1,2-丁二醇达到纯化循环萃取剂提高萃取效率的分离目标。选用NRTL热力学方法,对上述流程进行了全流程模拟和优化设计,分析了溶剂比、理论塔板数、吸收剂进料温度等主要工艺参数对分离的影响规律。结果表明:新工艺对环氧丁烷回收率达到99.99%(质量),对环氧丁烷工业装置产能提升、节能降耗和挥发性有机物(VOCs)治理具有实际应用价值。

    过程系统工程
    考虑调度操作安全平稳性的炼油化工生产过程调度优化
    高小永, 黄付宇, 郑万鹏, 彭雕, 杨一旭, 黄德先
    化工学报. 2023, 74(4):  1619-1629.  doi:10.11949/0438-1157.20230012
    摘要 ( 232 )   HTML ( 10 )   PDF (1633KB) ( 97 )  
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    平稳运行是炼油化工企业本质安全运行、生产经济效益和挖潜增效的重要保证,然而由于原油供应以及产品需求多变,炼油化工生产装置的多操作模式运行已成为普遍现象,调度调整也日渐频繁。现有的研究方法未考虑到装置多模式切换等调度调整对平稳操作带来的影响,甚至会导致调度操作方案实际不可行。为此,提出一种考虑调度操作平稳性的炼油化工生产调度优化模型,以解决常规调度优化模型优化产生的调度调整易使生产波动从而导致调度方案不可行的难题。考虑调度操作平稳性的调度优化模型采用离散时间表示,通过操作模式的切换与装置加工速率的波动综合表征系统平稳性,建立以生产成本最低为目标的调度优化模型。为了验证所提出模型在解决实际工业问题时的有效性,采用Julia的JuMP包调用Gurobi求解器对典型案例进行仿真求解。案例仿真结果验证了所提出模型的正确性及可实施性。与常规调度优化相比,以过程动态为表征的调度操作的平稳性提高了10%以上。

    基于VAE-OCCA的质量相关故障检测方法研究
    宋冰, 郑城风, 侍洪波, 陶阳, 谭帅
    化工学报. 2023, 74(4):  1630-1638.  doi:10.11949/0438-1157.20230058
    摘要 ( 178 )   HTML ( 8 )   PDF (1768KB) ( 98 )  
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    由于闭环反馈系统的存在,并不是所有故障均会导致质量发生恶化。质量变量通常难以获得或具有一定的延迟,传统的无监督方法不能在检测过程是否正常的同时判断故障对质量的影响。典型相关分析(canonical correlation analysis,CCA)是一种经典的有监督方法,可以考虑输入输出间的关系,已被用于质量相关故障检测。然而,过程数据存在着维度高、非线性等问题,流程系统的复杂性使得CCA对于隐藏特征的捕获更具挑战性。提出了一种变分自编码器-正交典型相关分析(variational automatic encoder-orthogonal CCA,VAE-OCCA)方法。首先,利用变分自编码器对输入数据进行无监督自适应学习,实现对高维非线性过程变量的特征提取;进而,基于典型相关分析方法考虑输入输出关系,利用得到的相关系数矩阵进行奇异值分解建立质量相关和质量无关监测统计量;最后,通过工业案例测试说明提出方法的有效性及优越性。

    基于社团结构的化工过程风险演化路径深度挖掘
    贠程, 王倩琳, 陈锋, 张鑫, 窦站, 颜廷俊
    化工学报. 2023, 74(4):  1639-1650.  doi:10.11949/0438-1157.20221618
    摘要 ( 159 )   HTML ( 2 )   PDF (1361KB) ( 61 )  
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    在化工生产过程中,由于物料的危险性和流程的复杂性,导致恶性事故频发。为了保证化工过程的安全平稳运行,需对其风险演化机制进行深入解析,以抑制次衍生灾害事故的传播、扩散及演变。然而,传统方法过于依赖专家经验或先验信息,风险评估结果不精准;以复杂网络为基础的社团结构虽可视为风险演化路径的高度抽象,但已有算法难以兼顾划分结果的合理性和准确率。为此,提出一种基于DSAE-Louvain社团结构的化工过程风险演化路径深度挖掘方法。首先对多源过程数据进行处理,构建风险演化网络模型,同时利用Dijkstra算法、跳数法等手段,获取相似度矩阵;进而引入深度稀疏自编码器(DSAE)与Louvain算法,经稀疏处理开展社团结构划分;最后,根据节点重要度排序追踪整个化工过程的风险薄弱节点和关键演化路径。以Tennessee Eastman (TE)过程为例,对比GN算法、Louvain算法和DSAE-GN方法,结果表明DSAE-Louvain方法能够提升社团结构划分的精细化、高效化程度,且所挖掘的风险演化路径更为符合实际生产工艺流程。

    表面与界面工程
    多相分散体系中微油滴与改性二氧化硅表面间作用力的AFM研究
    葛运通, 王玮, 李楷, 肖帆, 于志鹏, 宫敬
    化工学报. 2023, 74(4):  1651-1659.  doi:10.11949/0438-1157.20230086
    摘要 ( 196 )   HTML ( 10 )   PDF (3391KB) ( 312 )  
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    多相分散体系广泛存在于石油、化工、新能源等众多领域,研究其微观力学作用机理具有重要意义,但对微米级液滴与表面间作用力的直接测量仍存在挑战。利用原子力显微镜液滴探针方法测量了水溶液中微米级油滴与羟基化和氨基化改性二氧化硅表面间的微观作用力。结果表明,在高盐浓度、酸性环境下由于双电层斥力被削弱,油滴更容易在范德华引力下与表面聚结;相较于羟基化二氧化硅表面,油滴与氨基化二氧化硅表面更容易聚结;阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠对油滴与表面的阻聚效果优于阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵;聚合物Pluronic F68产生的空间位阻效应有助于油滴与表面间的稳定。研究成果有助于进一步揭示油滴与表面间的相互作用机理。

    宽速域三种典型型槽油气密封泄漏与成膜特性对比研究
    许文烜, 江锦波, 彭新, 门日秀, 刘畅, 彭旭东
    化工学报. 2023, 74(4):  1660-1679.  doi:10.11949/0438-1157.20221545
    摘要 ( 129 )   HTML ( 8 )   PDF (6844KB) ( 43 )  
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    如何实现涡轮增压器气膜密封在低速状态的低漏油和高速状态的低窜气、高刚度是其设计的关键问题。以泵出型螺旋槽、八字复合型槽和雷列台阶复合型槽油气密封作为研究对象,基于双相雷诺模型数值求解了三种型槽油气密封的流场分布,测试了不同工况下气膜密封的气膜厚度和介质泄漏,对比研究了宽速域范围内三种型槽油气密封的泄漏和成膜特性,重点分析了槽深、螺旋角和泵出槽长比等关键结构参数对八字复合型槽油气密封泄漏和成膜特性的影响规律。结果表明:泵出型螺旋槽密封因具有最小的漏油量可作为低速状态的优选方案,八字复合型槽密封因具有显著更低的窜气量和更大的气膜刚度可作为高速状态的优选方案,不过这依赖其槽深、螺旋角和泵出槽长比的合理设计;在一定的工况和结构参数时,复合型槽密封有望在端面形成明显的油气径向分界面,从而实现油气近零泄漏。

    能源和环境工程
    正庚烷对冲扩散火焰中添加长链醚类对碳烟前体生成特性的影响
    包嘉靖, 别洪飞, 王子威, 肖睿, 刘冬, 吴石亮
    化工学报. 2023, 74(4):  1680-1692.  doi:10.11949/0438-1157.20221399
    摘要 ( 136 )   HTML ( 7 )   PDF (4863KB) ( 168 )  
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    生物质基长链含氧燃料具有良好的碳烟减排特性,是富有前景的柴油添加剂。通过实验和数值模拟分析了25%三丙二醇单甲醚(TPGME)和25%聚甲氧基二甲醚(PODE)添加对正庚烷对冲扩散火焰中碳烟前体生成特性的影响。通过气相色谱(GC)测量了对冲扩散火焰中C1~C4烃类的摩尔分数,实验结果表明TPGME和PODE的添加减少了乙烯和乙炔的形成。通过反应动力学机理结合解耦方法实现了燃烧动力学过程模拟,能够很好匹配实验结果。模拟结果表明核心燃烧区域的温差不超过50 K,说明含氧添加剂对火焰温度影响较小;稀释效应和热效应降低了乙炔、乙烯的浓度,而化学效应则有利于乙烯和乙炔的生成。生产率(ROP)和反应路径计算表明不饱和烃主要由正庚烷的氢提取和β-断键反应生成,两种添加剂均不会对该路径产生实质性影响。由于氧原子的存在,TPGME和PODE分子中碳原子极易转化为醛和一氧化碳(CO)而非不饱和烃。最终,稀释效应和热效应是降低正庚烷火焰中碳烟前体排放的关键因素。

    水中超声波脱气的效应研究
    王倩倩, 刘明言, 马永丽
    化工学报. 2023, 74(4):  1693-1702.  doi:10.11949/0438-1157.20221664
    摘要 ( 189 )   HTML ( 2 )   PDF (4513KB) ( 156 )  
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    超声波脱气技术在化工、冶金、环境以及地热能利用等领域具有现实或潜在的应用价值。但是,目前对空气-水系统中超声波脱气规律的研究还相对较少。开展了空气-水系统中的超声波脱气实验研究,在不同的操作参数下,如超声波电功率、频率等,研究了超声波对气体脱除的实际效果。同时将超声波技术与真空脱气技术相结合,探究其脱气效果。结果表明,在实验条件下,随着超声波频率的升高,脱气效果下降;随着超声波电功率的升高,脱气效果提升;与单独真空脱气相比,超声波与真空脱气结合时,脱气效果显著提升;在流动条件下,随着流量增加,脱气效果降低。通过KI实验和可视化方法对超声过程中的声空化现象进行了研究,研究结果可为超声波脱气的工业应用提供基础指导。

    离子液体与动力学抑制剂作用下混合气体水合物生成特性研究
    龙臻, 王谨航, 何勇, 梁德青
    化工学报. 2023, 74(4):  1703-1711.  doi:10.11949/0438-1157.20230087
    摘要 ( 125 )   HTML ( 4 )   PDF (1823KB) ( 152 )  
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    利用等温恒容法实验考察了一种高性能离子液体N-丁基-N-甲基吡咯烷四氟硼酸盐([BMP][BF4])、两种动力学抑制剂(KHIs)[聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和聚乙烯己内酰胺(PVCap)]及[BMP][BF4]与KHI的二元混合物对甲烷/乙烷/丙烷三元混合气体水合物生成动力学过程的影响规律。通过分析压力和气相组分变化规律,发现混合气体水合物呈现两步骤生长模式。在高过冷度(>10℃)和高搅拌速率(1000 r/min)条件下,单一添加剂基本失效,而[BMP][BF4]可较好协助增强PVCap的抑制性能。粉末X射线衍射和激光拉曼光谱测试结果均显示,所有体系中形成的水合物样品结构同时存在sⅠ型和sⅡ型,抑制剂的添加主要影响两种晶体结构的相对含量和各客体分子的笼子占有率。最后探讨了协同抑制机理。

    垃圾焚烧飞灰水洗后三种固液分离方法参数比较及优化
    王瑞恒, 何品晶, 吕凡, 章骅
    化工学报. 2023, 74(4):  1712-1723.  doi:10.11949/0438-1157.20221675
    摘要 ( 184 )   HTML ( 4 )   PDF (1744KB) ( 75 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    为探究垃圾焚烧飞灰水洗后的最佳固液分离方式和工艺参数,将6种飞灰样品以3 L·kg-1液固比水洗后,分别采用重力沉降、离心沉降和抽滤3种方式固液分离,依据上清液/滤液浊度和总固体(TS)浓度、泥饼含水率和毛细吸水时间等指标,评价不同固液分离方式的效果。结果表明,重力沉降适用于分离粒度分布集中的飞灰,最佳的沉降时间应设在重力沉降曲线的拐点处(20~70 min)。最佳的离心沉降参数为转速3000 r·min-1、时间5 min。抽滤降低上清液/滤液浊度和泥饼含水率的效果最好,适用于分离粒度分布范围较广的飞灰。研究结果可为水洗后飞灰固液分离的工程化应用提供理论依据,应用时可根据飞灰的粒度分布、处理规模和场地需求选用合适的固液分离方式。

    1~5 kW高温聚合物电解质膜燃料电池堆的理论模拟与组装测试
    罗来明, 张劲, 郭志斌, 王海宁, 卢善富, 相艳
    化工学报. 2023, 74(4):  1724-1734.  doi:10.11949/0438-1157.20221589
    摘要 ( 186 )   HTML ( 15 )   PDF (4047KB) ( 160 )  
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    以大尺寸单电池(有效工作面积为165 cm2)和多片单电池组装而成的电堆为研究对象,通过数值模拟和实验测试相结合的方法探究了单电池数量对高温聚合物电解质膜燃料电池堆输出性能、单池一致性和热管理的影响。模拟结果显示,当电堆的单池数量从10片增加至60片时,平均单池电压从0.6414 V略微降低至0.6404 V,且单池之间电压极差从1.8 mV增加至6.5 mV;单池间的平均工作温度从431.01 K升高至433.90 K,且每单池自身工作温度的极差从6.95 K增加至10.22 K。表明随着电堆单池数量的增加,电堆的平均单池电压呈轻微下降趋势,且单池间电压极差变大,单池电压一致性有所下降,单池间的温差变大,其单池自身的均温一致性也有所降低,电堆热管理难度增加。在模拟结果的指导下分别组装了30、60和120片单池的高温膜燃料电池堆,在氢/空干气、33 A的恒流放电条件下,测得30、60和120片单池电堆的平均单池电压分别为0.6566、0.6548和0.6552 V,单池极差从24 mV增加到59 mV,与模拟结果显示出良好的一致性,验证了模拟结果的有效性。在氢/空干气计量系数为1.5/2.5的操作条件下,展示出了优异的输出性能,三个电堆在80 A电流放电时的输出功率分别达到1.35、2.64和5.28 kW。研究结果可为千瓦级高温聚合物电解质膜燃料电池堆的设计和组装测试提供理论和实践指导。

    余热回收喷淋塔的烟气颗粒物脱除特性研究
    时国华, 何林珅, 赵玺灵, 张世钢
    化工学报. 2023, 74(4):  1735-1745.  doi:10.11949/0438-1157.20221646
    摘要 ( 184 )   HTML ( 5 )   PDF (2935KB) ( 174 )  
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    喷淋塔喷淋低温水可回收烟气余热和净化烟气。以喷淋塔为研究对象,建立喷淋塔内气-液热质交换、颗粒物异质凝结增长与脱除模型,探究余热回收喷淋塔内烟气颗粒物脱除机理,研究不同工况下颗粒物脱除特性。结果表明:当烟气入口温度50℃、入口相对湿度100%、水气比2 L/m³、喷淋水温20℃、喷淋水滴粒径550 μm时,在喷淋塔下半部区域,水滴主要靠热泳与扩散泳捕集亚微米级颗粒物;随着水蒸气在亚微米级颗粒物表面凝结,在喷淋塔上部区域,惯性碰撞为水滴捕集亚微米级颗粒物的主要机制。提高水气比、降低喷淋水温、减小液滴粒径、增大气液两相温差及水汽饱和度均可提高喷淋塔内颗粒物脱除效率,其中水气比为2.5 L/m3,喷淋水温为10~15℃,可实现较好的颗粒物脱除效果。

    水合物热分解Stefan相变模型解的存在性及Laplace变换求解
    李明川, 樊栓狮, 徐赋海, 卢惠东, 李晓军
    化工学报. 2023, 74(4):  1746-1754.  doi:10.11949/0438-1157.20221376
    摘要 ( 98 )   HTML ( 2 )   PDF (588KB) ( 142 )  
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    天然气水合物热分解Stefan相变模型为二阶抛物线型偏微分方程(组)。开展了水合物热分解Stefan相变模型解的存在性、唯一性论证和Laplace求解方法的探索。演绎了简化的过程、细节的推导:应用微分方程的迭代格式,导出了最大、最小值引理和参数取值范围;通过边界上的交替条件映射对xn (t)、Tn (xt)的极限存在性的证明,证实了微分方程解的存在;采用反证法,证明了Stefan微分方程解的唯一性。运用Laplace变换、分离变量和Laplace逆变换法,求得了该Stefan模型的解析解,超越方程的单调性证明了方程解的唯一性。

    基于FBG力学传感的曝气生物滤池中剪切力分布研究
    刘庆超, 贾辉, 许逸飞, 路娜, 尹延梅, 王捷
    化工学报. 2023, 74(4):  1755-1763.  doi:10.11949/0438-1157.20230017
    摘要 ( 134 )   HTML ( 4 )   PDF (6050KB) ( 52 )  
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    了解曝气生物滤池(biological aerated filter, BAF)中运行条件变化对反应器处理效率的影响机制具有重要意义。采用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)对BAF中剪切力分布进行了原位监测。同时,借助CFD模拟计算了水力停留时间(HRT)和气水比(A/L)对BAF内部流场分布特性的影响。实验表明,剪切力的增加促进了生物膜的更新代谢,当HRT为8 h、A/L为10∶1时,生物膜量/剪切力(M/S)为0.17,BAF对COD和NH4+-N的去除率分别达到86.58%和82.17%。结果表明BAF内部适宜的剪切力促进了生物膜的更新代谢,提高了反应器的运行效率。因此,利用M/S探讨了剪切力对反应器运行性能的影响,可为反应器后续的优化提供理论基础。

    碱金属/(FeO+CaO+MgO)对硅酸盐灰熔渣结构和黏度的影响机理
    张永泉, 玄伟伟
    化工学报. 2023, 74(4):  1764-1771.  doi:10.11949/0438-1157.20221380
    摘要 ( 172 )   HTML ( 15 )   PDF (1835KB) ( 179 )  
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    熔渣在高温液态炉侧壁的流动情况强烈影响高温炉的平稳运行。熔体中碱性金属对熔融灰渣的流动特性有着重要影响,且不同碱性组分对熔体的特性影响不同。通过FactSage热力学计算和分子动力学模拟,研究在SiO2和Al2O3含量不变的情况下,Na2O、K2O和FeO、CaO、MgO的相对比例对煤灰熔体黏度和微观结构的影响。研究发现,随着M2O/MO的增加,熔体中的高聚合度单元Q4占比增大,同时桥氧(BO)增加,非桥氧(NBO)减少,使熔体的聚合度增大。碱性氧化物对熔体的电荷补偿能力由大到小依次为K2O>Na2O>MO。当碱金属氧化物(Na2O、K2O)替换FeO、CaO、MgO后部分M+脱离NBO充当电荷补偿离子,生成BO;脱离的M+解聚用于维持电荷平衡的三簇氧(TO),生成BO。这种结构上的变化增大了熔体的黏度。

    类水滑石衍生锌基氧化物高温煤气脱硫过程中COS释放行为及其抑制研究
    白天昊, 王晓雯, 杨梦滋, 段新伟, 米杰, 武蒙蒙
    化工学报. 2023, 74(4):  1772-1780.  doi:10.11949/0438-1157.20221524
    摘要 ( 167 )   HTML ( 31 )   PDF (2819KB) ( 85 )  
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    高温煤气脱硫是煤炭清洁转化过程中的关键技术之一。前期研究表明,锌铝类水滑石基衍生氧化物可高效脱除高温煤气中的H2S,但其脱硫过程中COS释放规律缺乏定性定量研究。探讨了类水滑石衍生锌基氧化物脱硫过程COS释放的可能途径,包括反应热力学分析及实验研究,提出采用镍掺杂策略以抑制脱硫剂脱硫过程中生成COS。研究表明,锌铝类水滑石基衍生氧化物脱除煤气中H2S时产生COS的主要途径是H2S与CO2间的气固相催化反应,该途径所释放COS量占总释放量的78%。通过镍助剂的掺杂使得锌铝类水滑石基衍生氧化物既保持了原有结构形貌,也有效抑制了其脱硫过程中COS的释放;其中最佳镍掺杂量(Zn/Ni摩尔比为30)脱硫剂穿透前的COS释放量减少88%,而硫容仅降低1.5%。

    材料化学工程与纳米技术
    微流控法可控制备放射性壳聚糖栓塞微球
    邓璐, 巨晓洁, 张文杰, 谢锐, 汪伟, 刘壮, 潘大伟, 褚良银
    化工学报. 2023, 74(4):  1781-1794.  doi:10.11949/0438-1157.20230088
    摘要 ( 221 )   HTML ( 17 )   PDF (8537KB) ( 119 )  
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    以壳聚糖(CS)为基材原料,京尼平为交联剂,采用液滴微流控法制备了粒径在20~90 μm范围内精确可调的可用于内放射介入治疗的栓塞微球。首先,通过在CS微球上接枝螯合剂1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)进行改性,制备DOTA-CS微球,使微球具有稳定的负载放射性核素镥-177(177Lu)的能力。然后,通过DOTA与177Lu稳定的螯合作用,制备了DOTA-CS-177Lu微球。探究了制备过程中乳液模板和CS微球之间大小变化的规律,实现了对微球尺寸的精确预测和调控。所制备CS微球的直径变异系数均低于5%,尺寸均一,单分散性好,具有良好的溶胀性能与弹性。通过分析傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)结果,得出1∶1(质量比)为DOTA与微球的最佳改性比例。扫描电子显微镜(SEM)结果表明DOTA改性对微球的形貌与结构无影响。血液相容性实验与细胞毒性实验的评价结果表明,DOTA改性前后的CS微球均表现出良好的生物相容性。模拟体内降解环境,CS微球在60 d内形貌与粒径无明显变化,仅弹性略有下降。薄层色谱(TLC)结果表明,DOTA-CS-177Lu微球具有较高的放射化学纯度,并在15 d内保持良好的放射稳定性。上述研究结果表明,所制备DOTA-CS-177Lu微球表现出了用于体内放疗栓塞治疗的优势与潜力。

    含石蜡@二氧化硅纳米胶囊和碳纤维的相变热界面材料及其散热性能
    尹驰, 张正国, 凌子夜, 方晓明
    化工学报. 2023, 74(4):  1795-1804.  doi:10.11949/0438-1157.20221420
    摘要 ( 139 )   HTML ( 12 )   PDF (4392KB) ( 155 )  
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    含有相变材料的热界面材料(即相变热界面材料)可借助相变材料的吸热来直接缓解高热通量对芯片造成的冲击。将相变胶囊与导热填料复配引入聚合物基料有望获得可靠性好的相变热界面材料。将石蜡@二氧化硅纳米胶囊与碳纤维复配,制备了一系列含不同质量分数碳纤维和纳米相变胶囊的聚二甲基硅氧烷基相变热界面材料样品,测定了它们的相变特性、热导率和硬度,并将它们分别用于模拟芯片散热来评价其应用性能。结果表明,碳纤维含量的增大致使相变热界面材料样品的热导率和硬度上升,而纳米相变胶囊含量的上升带来相变热界面材料的熔化焓上升及硬度下降,从而都对相变热界面材料的散热性能产生影响。石蜡@二氧化硅纳米胶囊和碳纤维的协同作用致使在所有制备的样品中纳米胶囊含量34%(质量)和碳纤维含量9%(质量)的相变热界面材料取得了最佳散热性能。此外,该相变热界面材料还具有优异的热可靠性,因而具备应用前景。

    湿法磷酸半水工艺考察与石膏结晶过程研究
    苏晓丹, 朱干宇, 李会泉, 郑光明, 孟子衡, 李防, 杨云瑞, 习本军, 崔玉
    化工学报. 2023, 74(4):  1805-1817.  doi:10.11949/0438-1157.20221358
    摘要 ( 266 )   HTML ( 16 )   PDF (3386KB) ( 104 )  
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    湿法磷酸半水工艺可生产高浓度磷酸[w(P2O5)>40%(质量)],但在半水反应阶段磷矿易发生钝化,半水石膏结晶粒径小,造成工艺后端过滤困难,磷回收率降低。以湖北典型中低品位磷矿为原料,系统考察了半水工艺中SO42-浓度、磷酸浓度、反应温度等条件对半水石膏结晶物相、形貌及粒径的影响规律,分析了优化条件下石膏杂质赋存与含量变化。结果表明,半水反应中液相硫酸、磷酸浓度会引起半水石膏物相、形貌、粒径变化,磷硫浓度提高会导致石膏晶体形貌由柱状变化为棒状、片状,粒径从70 μm减小到10 μm。优化工艺条件下,半水石膏较原工艺石膏P2O5含量降低至1.39%(质量),磷的主要存在形式为难溶性磷酸盐,同时F含量降低至0.44%(质量),其以CaF2、AlF3等难溶物形式存在于石膏,其他杂质含量均有所降低。本研究可为半水工艺生产过程参数优化及半水石膏品质提升提供参考。

    可降解柔性相变薄膜的制备及其热性能
    吴学红, 栾林林, 陈亚南, 赵敏, 吕财, 刘勇
    化工学报. 2023, 74(4):  1818-1826.  doi:10.11949/0438-1157.20221676
    摘要 ( 192 )   HTML ( 8 )   PDF (4094KB) ( 183 )  
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    为解决相变材料易泄漏、热导率低和力学性能差的问题,以生物基可降解聚乳酸(PLA)为基底,聚乙二醇(PEG)为相变工质,改性氧化铝(Al2O3)为导热添加剂,通过溶液共混法制备PEG/PLA/Al2O3柔性相变薄膜,用于热储能。相变薄膜可任意卷曲和折叠而不发生断裂,表现出良好的柔性。对其热性能、导热性能和降解性能等进行测试,结果表明:PEG和PLA具有良好的相容性,PLA作为支撑基底有效防止了PEG液体的泄漏,所制备的柔性相变薄膜具有良好的形状稳定性。PEG/PLA的熔融和凝固过程中的潜热分别为120.2和128.5 J/g,潜热留存率分别为62.2%和67.6%,添加20%的氧化铝,潜热值仅降低12.5%,而热导率提高了75.0%,热传递效率得到明显提升。PEG/PLA的降解速率明显高于PLA,PEG/PLA薄膜在NaOH溶液(pH=13)中4 h左右可完全降解,具有良好的环境友好性。

    过程安全
    成品油在土壤中运移可视化的实验研究
    胡香凝, 尹渊博, 袁辰, 是赟, 刘翠伟, 胡其会, 杨文, 李玉星
    化工学报. 2023, 74(4):  1827-1835.  doi:10.11949/0438-1157.20221667
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    为了减少成品油管道事故影响,更好地掌握成品油在土壤中的流散规律,搭建了室内可视化实验装置,基于数字图像处理技术,建立了难以实时测量的柴油饱和度与方便获取的HSI颜色模式各分量之间的函数关系,并通过采样实验进行了验证。结果表明,H(色度)和S(饱和度)可以作为判断多孔介质内是否含油的指标;通过S在低饱和区对油饱和度表征精度可达3.12%;通过I(亮度)在高饱和区对油饱和度表征精度在±2%以内。建立的动态、实时、非侵入式的土壤内部成品油运移的可视化手段,可为泄漏过程演化提供支持。研究成果弥补了国内油品在土壤中泄漏扩散可视化方面的技术不足,对于有效控制成品油引起的环境污染问题、减少油品泄漏带来的危害具有重要意义。

    热交换器泄漏故障虚拟感知方法研究
    明迁, 高逸, 胡剑, 李盛杰, 王金江
    化工学报. 2023, 74(4):  1836-1846.  doi:10.11949/0438-1157.20221687
    摘要 ( 174 )   HTML ( 6 )   PDF (4076KB) ( 104 )  
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    核电行业工艺复杂程度与日俱增,而电站热交换器设备的安全监测仍停留在对性能参数的直接监测和间接表征,难以实现故障的准确诊断与预警。提出了一种热交换器泄漏故障虚拟感知方法,首先通过分析热交换器的泄漏机理及泄漏对性能指标和监测参数的影响规律,构建了针对换热管泄漏和法兰泄漏两种工况的虚拟传感推理模型,不仅能对泄漏状态、泄漏类型进行判断,还能实现对泄漏量的虚拟感知和对性能参数的直接表征。为了验证所提模型,搭建了热交换器泄漏故障实验装置,结果表明,该模型能够诊断出泄漏率1.80%的小泄漏量,对于不同的工况,其诊断误差不超过11.32%,具有较高的准确性和可靠性。