高校化学工程学报

Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities

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国际刊号:1003-9015
国内刊号:33-1141/TQ
主管单位: 国家教育部
主办单位: 浙江大学
主    编: 陈 纪 忠
编委会主任委员: 姚 善 泾
编辑出版:《高校化学工程学报》编辑部
地    址:杭州 浙江大学玉泉校区,化学工程与生物工程学院
邮    编:310027
电    话:0571—87951235
电子信箱:gxhgxb@zju.edu.cn
网    址:gxhx.cbpt.cnki.net 

国内发行:《高校化学工程学报》编辑部
国外发行:中国国际图书贸易集团有限公司 (北京市海淀区车公庄西路35号,邮编100048)          

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综述

  • 木质素催化氧化解聚研究进展

    胡育珍1;2;3;4;张琦1;2;3;王晨光1;2;3;张兴华1;2;3;严龙1;2;3;徐莹1;2;3

    木质素是自然界中唯一能直接提供芳环的可再生资源。然而,受制于其分子中致密的三维网状芳环结构和复杂化学键合方式,超过98%的工业木质素在纸浆和造纸工业中被焚烧,造成极大的资源浪费。木质素氧化解聚转化为香草醛等高度官能化的单体是一个重要且有前景的手段。文章主要介绍了木质素的结构、种类和解聚方法,从催化剂以及催化转化路线方面详细介绍了目前国内外在木质素氧化解聚研究领域的最新进展。在此基础上,对近期热门的非常规活化方法进行了调研与分析。最后总结了当前木质素氧化解聚研究存在的问题,并提出了未来可能的发展方向。

    2019年03期 505-515页 [查看摘要][在线阅读][下载 376K]
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  • 掺杂碳材料的制备及其负载贵金属在催化加氢反应中的应用研究进展

    李康;周媛;张群峰;岑亚青;李小年

    贵金属加氢催化剂广泛应用于精细化学品、药物和功能材料的合成中,以改进催化剂制备方法来提高其活性、选择性或稳定性一直是该领域研究热点。而采用掺杂碳材料作为催化剂载体是改善贵金属催化剂加氢性能的一种有效途径。文章系统总结了掺氮、掺硫及其它掺杂碳材料的制备方法,介绍了不同制备方法对碳材料中杂原子含量、物化性质的影响;并概述了掺杂碳载体负载贵金属催化剂在硝基苯类化合物、共轭羰基、苯酚催化加氢以及在加氢脱卤等反应中的应用情况,掺杂催化剂均展现出了优异的催化性能。

    2019年03期 516-523页 [查看摘要][在线阅读][下载 352K]
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  • 纳米零价铁去除水中重金属铅、铬离子的研究

    张守秋;岑洁;吕德义;姚楠

    纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron,nZVI)因其在重金属修复领域的潜在应用而备受关注。nZVI通常由零价铁(Fe<sup>0</sup>)核和铁氧化壳结构组成,核壳结构不可避免地影响nZVI对重金属离子的去除性能。文章介绍了提高nZVI稳定性和分散性的新型绿色合成技术和nZVI的改性方法,重点综述了nZVI去除重金属铅、铬离子的反应机理以及去除过程的影响因素(nZVI投加量、pH值、反应温度和共存离子)。最后提出了nZVI合成过程中存在的科学问题并展望了nZVI在环境修复中的应用前景。

    2019年03期 524-532页 [查看摘要][在线阅读][下载 372K]
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化工热力学与基础数据

  • LiX(X=Cl,Br,I)在乙醇、异丙醇及三氟乙醇中的电导率实验研究

    吴曦;龚英;徐士鸣;吴德兵;刘欢;胡军勇

    为了研发逆电渗析法闭式热–电转换系统匹配工作溶液,选取强电解质LiCl、LiBr和LiI为溶质,低气化潜热的乙醇、异丙醇及三氟乙醇为溶剂,利用所建立的电导率测试装置进行实验研究。通过数据拟合(修正高斯振幅方程法)和溶液热力学、电化学理论分析,获得溶质、溶剂、温度以及添加剂对溶液电导率的影响规律及作用机理。结果表明:当溶质相同时,LiX–乙醇体系电导率最大,LiX–异丙醇体系最小;而当溶剂相同时,LiI–溶剂体系电导率最大,LiCl-溶剂体系最小。实验还发现提升溶液温度或加入强极性添加剂(H<sub>2</sub>O、二甲基乙酰胺)均可强化溶液电导性,而添加<i>N</i>-甲基吡咯烷酮和二氯甲烷对体系电导率影响非常微弱。

    2019年03期 533-539页 [查看摘要][在线阅读][下载 407K]
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  • 工业危险废液热值的间接测定方法

    张哲舟1;赵立新1;秦松岩1;李雪1;李爱玲2;李海青2;张瑞玲1

    工业危险废液的热值准确测定对于保障热解处置工艺的正常运行至关重要。多相低热值工业危险废液不易燃烧、多相共存、成分难辨,故难以用氧弹直接燃烧法准确反映热值。今基于工业危废液的特性,提出对工业危废液分相测定热值,即固相残余物直接燃烧结合含水馏出物间接估算的总思路。针对含水馏出物成分复杂难辨的特性,提出了基于气相色谱-质谱法对工业危险废液成分化学式及物质量相对比例的辨识,通过推导统一化学计量式计算热值的间接估算法。结果表明该方法估算热值误差小于6%,核算同分异构体对热值的影响误差较小。针对危废液热值的日常监控,可选用COD为热值关联表征参数。选取7种不同行业危废液的热值实测及计算,验证了方法的普适性。

    2019年03期 540-547页 [查看摘要][在线阅读][下载 310K]
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传递现象与单元操作

  • 不同数量并联微旋风分离器分离性能影响研究

    钟欣;杜浩宇;朱诗杰;刘润哲;陈雪莉

    为了考察不同并联旋风分离器的分离性能,运用计算流体力学(CFD)软件对由不同数量、直径为30 mm的微旋风元件构成的并联分离器性能特征进行了数值研究。结果表明,当微旋风元件入口气速一致时,增加微旋风元件数量,虽然各并联分离器对5 μm以下、中位粒径3.5 μm颗粒的总分离效率基本相同,但对3 μm以下颗粒的分级效率有所下降;组合分离器灰斗中排尘管间间距减小,微旋风元件内切向速度分布几乎不变,中心轴向速度下降,排尘管尾端气流更加紊乱;随着微旋风元件数量增加,各组合分离器微旋风元件排尘管段旋流稳定性系数<i>S</i><sub>v</sub>沿轴向逐渐增大,微旋风元件内旋流稳定性变差。

    2019年03期 548-556页 [查看摘要][在线阅读][下载 544K]
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  • 水平分布双气泡运动特性的可视化实验

    黄莹;高璞珍;徐鹏;王超群;钱旭梁

    为了研究双孔喷气工况下,孔径及孔间距对气泡的影响规律,通过可视化实验方法研究双孔壁面逸出气泡的运动特性,对不同孔径及孔间距情况下的两列气泡的运动轨迹、气泡脱离尺寸、气泡速度进行分析,并与单孔气泡生成及运动特性进行对比,得到孔口间距及孔口直径对气泡的影响规律。实验结果表明,当两列气泡并排上升时,两气泡之间距离并不会保持恒定,而是会出现相互靠近—远离—再靠近的循环震荡过程,且孔间距越小,气泡上升时所伴随的左右震荡的振幅越大;在孔径及气体流量均相同时,孔间距越小,脱离尺寸越小,气泡最终的稳定速度越小;当孔间距及气体流量均相同时,孔径越大,气泡的脱离尺寸越大,脱离尺寸与单孔情况的差值越大,气泡最终的稳定速度越大。

    2019年03期 557-563页 [查看摘要][在线阅读][下载 386K]
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  • 不同流体Prandtl数时颗粒有序填充床的流动传热性能

    曹兴;于恒;刘宇飞;颜承璐;李庆领

    对小管径/粒径比颗粒有序填充床进行数值模拟,研究流体普朗特数(<i>Pr</i>)变化及不同管径/粒径比对填充床流动与传热性能的影响。结果表明,颗粒填充通道可分为入口阶段、充分发展阶段以及出口阶段,各个阶段的流动与传热特点不同。在相同雷诺数(<i>Re</i>)时,流动传热充分发展阶段传热系数和压降均随管径/粒径比的增大而增大,且后者增大的幅度大于前者。流动工质的<i>Pr</i>越大,填充床努塞尔数(<i>Nu</i>)越高,而<i>Pr</i>变化对阻力系数的影响可忽略。<i>Pr</i>不同,<i>Nu</i>随管径/粒径比的变化趋势不同,而阻力系数随管径/粒径比的变化趋势相似。

    2019年03期 564-572页 [查看摘要][在线阅读][下载 640K]
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  • 高气液比复合填料板的压降与持液性能研究

    都昌盛;王岚;王龙耀

    为实现对低压大气量废气中的污染物进行高效的分离与富集,开发了一种高气液比复合填料板,以空气-水为实验物系,对该复合填料板的压降和持液性能进行了研究。结果表明,复合填料板的干板压降Δ<i>p</i>与气相动能因子<i>F</i>的关系符合幂函数关系,在相同喷淋密度(<i>L</i>=30.6 L&#183;m<sup>-2</sup>&#183;h<sup>-1</sup>)条件下,复合填料板的动持液量较BX500填料的整体高了58~130倍。在相同<i>L</i>条件下<i>F</i>从3.2增长到6.5 m&#183;s<sup>-1</sup>&#183;kg<sup>1/2</sup>&#183;m<sup>-3/2</sup>,复合填料板的湿板压降增长了162%~201%;而相同<i>F</i>条件下<i>L</i>从30增长到60 L&#183;m<sup>-2</sup>&#183;h<sup>-1</sup>,湿板压降增长了67%~108%。与普通填料相比,复合填料板在高气液比条件下表现出了低压降和高持液量的显著优势。

    2019年03期 573-578页 [查看摘要][在线阅读][下载 348K]
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反应工程

  • 喷射环流反应器的放大效应

    高用祥1;2;洪都1;2;成有为1;2;王丽军1;2;李希1

    实验测量了两种塔径(<i>Φ</i>200和<i>Φ</i>500 mm)和两种操作模式(气体单独喷射和气液同轴喷射)下喷射环流反应器内的全塔平均气含率、局部气含率及轴向液速径向分布、循环液速,归纳出全塔平均气含率的关联式。实验发现,喷射环流反应器具有十分显著的放大效应。小塔(<i>Φ</i>200)与大塔(<i>Φ</i>500)中的全塔平均气含率存在很大差异:小塔的全塔平均气含率~气速关系曲线比大塔陡峭,低气速下小塔气含率低于大塔、较高气速下高于大塔。根据漂移通量法分析得到小塔中流型转变点在表观气速0.1 m&#183;s<sup>-1</sup>左右,在实验气速范围内只存在拟均匀鼓泡流;大塔中流型转变点在表观气速0.04 m&#183;s<sup>-1</sup>左右,随气速增大从拟均匀鼓泡流转变为湍动鼓泡流。喷射环流反应器比气升式环流反应器、一般鼓泡塔全塔平均气含率略低,但循环液速更大,适用于强化固体悬浮与混合的气液固三相反应过程。

    2019年03期 579-586页 [查看摘要][在线阅读][下载 389K]
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  • 焦油热解反应模拟研究

    黄荐1;2;高瑞1;2;许建良1;2;代正华1;2;王辅臣1;2

    为了考察焦油的热解情况,基于芳香族化合物的热解反应及其动力学参数,构建以萘、甲苯、苯酚的混合物作为焦油模型化合物的热解模型,考察温度、压力、停留时间以及气氛对焦油热解过程的影响。结果表明,随着温度、停留时间以及压力的增加,焦油热解的转化率呈现不同程度的增加。在900~1 100℃之间,焦油转化速率基本恒定;停留时间达到6 s、压力增至1 MPa以后,焦油转化速率逐渐降低。不同的反应气氛对焦油热解过程也有着不同影响,CO<sub>2</sub>和水蒸气对焦油热解过程有着促进作用,水蒸气的促进作用更加显著,且水蒸气对抑制积炭形成有着显著效果;CO对焦油热解过程影响很小;H<sub>2</sub>对焦油热解过程有抑制作用。

    2019年03期 587-593页 [查看摘要][在线阅读][下载 255K]
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  • 苯乙烯装置反应参数对精馏塔序能耗的影响

    吕东晖;刘桂莲

    分离多组分混合物的不同精馏塔序能耗不同,且受上游反应器操作的影响。构建以反应进度为中间变量的反应参数与精馏塔序通用集成模型,可用于确定任一精馏塔序的总气相负荷与各反应进度的定量关系以及其随各反应参数的变化趋势。通过对苯乙烯装置建模分析,探讨了反应进口温度和催化剂活性对主要反应的反应进度以及5种精馏塔序总气相负荷的影响规律。在不同反应进口温度下将各塔序在Aspen Plus软件中进行严格流程模拟,所得各塔序能耗与操作费用相对大小与所提出模型的结论一致。

    2019年03期 594-602页 [查看摘要][在线阅读][下载 386K]
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  • 甲烷生物转化膜反应器的CFD模拟

    朱佛代1;杨福胜1;2;张锋3;代敏1;费强1;2

    针对甲烷气体在发酵体系中的传质效率偏低,提出了将中空纤维膜反应器应用于甲烷生物转化体系的方法。使用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真软件FLUENT对中空纤维膜生物反应器内部流场进行CFD仿真模拟,探究纤维束长度和通气速率对反应器内气含率和液环速率的影响。结果表明,增大纤维束长度可有效提高反应器内的甲烷气含率和液环速率,从而促进气液两相进行高效传质。最终,通过CFD仿真模拟研究,获得了可用于高效生物转化甲烷生物反应器的最优纤维束长度和通气速率的设计区间,为中空纤维膜反应器的设计和实现甲烷高效生物利用提供研究基础,具有重要的指导意义。

    2019年03期 603-610页 [查看摘要][在线阅读][下载 894K]
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  • Pt/MORn-H6催化剂上甲醛室温催化氧化性能

    何德东1;张亚柳1;周元2;罗永明2;高晓亚2

    甲醛(HCHO)是室内环境中主要的空气污染物之一,严重影响室内环境空气质量。如何在室温下消除甲醛,是一个亟待解决的问题。在吸附、光催化、等离子体技术和催化氧化等甲醛去除方法中,催化氧化法可以在室温下选择性地将HCHO分解成CO<sub>2</sub>和H<sub>2</sub>O,因此,实验以天然丝光沸石为载体,研究了经6 mol&#183;L<sup>-1</sup>硝酸处理后的系列Pt/MORn-H6在室温下完全脱除甲醛的性能。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜图像(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等表征进行分析,结果表明,300℃焙烧的0.5% Pt/MORn-H6具有较好的催化稳定性,Pt颗粒粒径小,且催化活性较高。采用<i>w</i>=2.0% Na<sup>+</sup>作为Pt/MORn-H6的添加剂时对反应活性有明显的促进作用。

    2019年03期 611-618页 [查看摘要][在线阅读][下载 844K]
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  • 低碳醇强化铝酸钾溶液晶种分解过程研究

    薛金1;2;刘程琳1;3;龚珊1;倪佳莹1;蔡逸凡1;辛朝冉1;于建国1;2

    铝酸盐溶液的晶种分解工艺是氧化铝生产过程中的关键步骤。针对铝酸钾溶液,考察了60℃下加入水、乙醇、甲醇以及晶种对铝酸钾溶液分解效率和粒度的影响。结果表明,加入乙醇和甲醇均能强化晶种分解过程。加入水后分解率提高至约68%,粒度仅为24.5 μm;加入乙醇后分解率可提高至63%,但所得的氢氧化铝晶体粒径约为110 μm,产品呈六棱柱状附聚物;加入甲醇后分解率提高到81%,粒度约为90 μm,产品呈片状附聚物。同时晶种的加入可明显提高乙醇过程分解率和反应速率,而对甲醇过程的影响不大;在未加晶种的条件下,甲醇的存在会导致新晶型诺三水铝石的产生。

    2019年03期 619-627页 [查看摘要][在线阅读][下载 2038K]
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生物化工

  • 通入外源氢提高秸秆发酵沼气中甲烷浓度的研究

    乔玮1;2;任征然1;2;熊林鹏1;2;董仁杰1;2;3

    沼气提纯是制备生物天然气的重要过程,实验在玉米秸秆中温连续厌氧发酵反应器中通入外源H<sub>2</sub>,考察外源H<sub>2</sub>通入量对秸秆产气性能、沼气组分以及发酵稳定性的影响。研究发现,当每天向每升反应器(有效容积)通入1.5 L的H<sub>2</sub>时,反应器运行6 d达到稳定,沼气中甲烷体积百分率由54%提纯到93%。由于CO<sub>2</sub>的消耗,pH由7.17升高到8.04。此阶段实验组和对照组挥发性固体(VS)去除率分为45%和49%,没有显著性差异(<i>P</i>值为0.40)。乙酸浓度为(170&#177;39)mg&#183;L<sup>-1</sup>,丙酸浓度为(8&#177;5)mg&#183;L<sup>-1</sup>;对照组乙酸浓度为(45&#177;5)mg&#183;L<sup>-1</sup>,其他VFAs均未检测到。通入外源H<sub>2</sub>反应器的溶解在液相的氢气(液相氢)为(2.6&#177;1.2)μmol&#183;L<sup>-1</sup>,对照组液相氢浓度为(20.7&#177;7.4)μmol&#183;L<sup>-1</sup>。通入外源H<sub>2</sub>并未对产气和VFA的降解产生严重的抑制作用。综合所研究各项结果,外源H<sub>2</sub>可以有效地提纯沼气,对发酵和稳定性没有显著的影响。

    2019年03期 628-635页 [查看摘要][在线阅读][下载 364K]
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化学工艺

  • 乙醇沉淀法提取木质纤维预水解液中半纤维素研究

    王雷明1;石海强1;2;王鑫1;周妙方1;李娜1;牛梅红1

    硫酸盐法溶解浆生产时,预水解液(PHL)中含有大量半纤维素,将其分离可用于多种高附加值产品的制备。针对乙醇法回收半纤维素得率以及纯度较低的问题,优化了乙醇沉降半纤维素预水解条件以及乙醇-预水解液(ET-PHL)的体积比,通过浓缩、酸化、聚氧化乙烯絮凝处理及碱化处理显著地提高了半纤维素产品的得率。结果显示,在ET-PHL体积比为10、<i>P</i>因子为200时,最有利于半纤维素分离,得率及纯度为3.43 g&#183;L<sup>-1</sup>和69.57%。进一步实验结果表明在浓缩90%后得率及纯度为6.11 g&#183;L<sup>-1</sup>和71.38%,酸化至pH值为2再经400 mg&#183;L<sup>-1</sup>聚氧化乙烯絮凝处理两步去除木质素后得率为4.98 g&#183;L<sup>-1</sup>,但纯度提高到了82%,而再碱化至pH值为6时,得率提高到了9.87 g&#183;L<sup>-1</sup>但纯度下降到了76.47%,进一步提高pH,虽然沉淀得率继续有所提升,但灰分含量会显著上升。

    2019年03期 636-644页 [查看摘要][在线阅读][下载 286K]
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  • 基于PDEC的生物油在线提质工艺优化与机理研究

    樊永胜1;朱雷2;熊永莲1;纪玮1;魏颖1;赵卫东3

    构建了等离子体前置放电增强催化的反应系统,依托该系统开展了HZSM-5在线提质生物油的研究,采用响应面法分析了反应温度、催化剂填装高度和放电功率等对精制生物油产率的影响规律;并在最佳工艺下引入Ti/HZSM-5进行生物油提质,探讨催化反应机理。结果表明,各因素对产率影响显著,且相互之间存在交互作用;当反应温度为400℃,催化剂填装高度为20 mm,放电功率为30 W时,精制生物油产率达到18.1%,与预测值18.5%较为接近。采用Ti/HZSM-5催化时裂解脱氧性能明显增强,产率下降至16.0%,但烃类含量和组成得到明显提高和改善,多环芳香烃降至6.33%,C<sub>14</sub>及以上的大分子烃类仅为2.81%。前置放电为后续催化反应提供了物料基础,且活性物质的冲击既增强了催化剂活性,又改变了反应物的吸附行为,而Ti离子与活性物质的相互作用促进了碳正离子反应的进行,并在“烃池”机理的作用下,形成以单环芳香烃为主的产物。

    2019年03期 645-651页 [查看摘要][在线阅读][下载 572K]
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  • N1-(2,2,2-三硝基乙基)-1,5-二氨基四唑的合成工艺改进与热性能

    高福磊;汪营磊;赵宝东;陆婷婷;陈斌;刘卫孝

    改进了含能化合物<i>N</i><sup>1</sup>-(2,2,2-三硝基乙基)-1,5-二氨基四唑(TTD)的合成工艺。以二氨基胍盐酸盐为原料,经重氮化反应合成出1,5-二氨基四唑(DAT),然后与2,2,2-三硝基乙醇(TNE)发生曼尼希缩合反应得到TTD,并采用红外光谱、核磁共振、元素分析等鉴定了其结构;优化了缩合反应条件,确定适宜反应条件为:选用物料DAT与TNE的质量比1:2.0,反应介质水/乙醇的质量比1:0.3,温度30℃,时间1 h。利用差示扫描量热法(DSC)、热失重法(TG)对TTD进行了热分解研究,并结合Kissinger法和Ozawa法及相关方程计算了TTD的热动力学参数、热爆炸临界温度,得到TTD的活化能和指前因子分别为:73.65 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>,21.15 s<sup>-1</sup>;并计算得到热爆炸临界温度为401.34 K。

    2019年03期 652-656页 [查看摘要][在线阅读][下载 380K]
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  • 合成五氟乙烷催化剂的再生研究

    潘琦1;余考明2;阮建成1;钱超1;陈新志1

    研究了五氟乙烷生产过程中催化剂三正丁胺的失活与再生行为,分别探讨了上、中、下3层失活催化剂的失活机理,针对失活机理不同的失活催化剂采用了不同的再生方法。结果表明:上层失活催化剂的失活形态主要为三正丁胺、HF与四氟乙烯的络合物,采用先在氮气氛围加热分解络合物再减压精馏的方式再生,三正丁胺的收率达83.8%;中层失活催化剂的失活形态主要为络合物与四氟乙烯的低聚物,采用失活催化剂与CaCl<sub>2</sub>水溶液反应再加碱分相的方式再生,三正丁胺的收率达69.4%;下层失活催化剂的失活形态主要为聚合物、二正丁胺和季铵盐,不再具有回收价值。

    2019年03期 657-663页 [查看摘要][在线阅读][下载 301K]
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化工系统工程

  • 基于扩展得分矩阵的多阶段间歇过程质量预测

    王普1;2;3;4;曹彩霞1;2;3;4;高学金1;2;3;4;常鹏1;2;3;4;齐咏生5

    为考虑质量变量对阶段划分结果的影响,提高建模精度,提出了一种基于扩展得分矩阵的多阶段间歇过程质量预测方法。首先将三维过程数据沿批次方向展开为二维数据矩阵,对每个时间片矩阵进行偏最小二乘(partial least squares,PLS)分析得到可以表征过程变量的得分矩阵和可以表征质量变量的得分矩阵;然后构建每个时间片的扩展得分矩阵,利用扩展得分矩阵捕捉质量变量信息对划分阶段的影响,采用CS (Cauchy-Schwarz)统计量计算相邻两个扩展得分矩阵的相似度,依据相似度将操作过程划分为不同的操作阶段,对划分后的各个阶段分别建立MPLS质量预测模型;最后将该算法在青霉素发酵仿真实验平台和大肠杆菌生产数据上进行了实验验证,实验结果表明了本文所提方法的可行性和有效性。

    2019年03期 664-671页 [查看摘要][在线阅读][下载 331K]
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  • 基于聚类和模糊评价的空分变工况氮塞预警方法

    陆云松1;2;邹涛1;2;贾洋1;2;张鑫1;2;马小龙1;2

    针对空分装置变工况过程容易发生氮塞故障的问题,提出一种基于聚类和模糊综合评价的氮塞故障预警方法。首先,利用聚类方法将空分装置变工况过程划分为多个典型工况,然后分别建立各工况的模糊评价模型。在线预警时,通过聚类方法对系统工况进行识别,利用相应的模糊评价模型判断空分装置是否发生氮塞以及氮塞的严重程度,从而实现对氮塞故障的预警。利用某空分企业氮塞故障历史数据的验证结果表明,所提出的氮塞预警方法优于传统人工判断和主元分析方法,且预警提前量可达到实用化要求。

    2019年03期 672-679页 [查看摘要][在线阅读][下载 318K]
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  • 基于进化多目标优化的选择性集成学习软测量建模

    金怀平1;黄思1;王莉2;陈祥光3;潘贝1;李建刚1

    常规集成学习软测量方法忽略了输入变量选择的多样性,而且没有对基模型进行修剪,从而造成集成模型复杂度高、预测性能受限。为此,提出一种基于进化多目标优化(EMO)的选择性集成学习(SE)高斯过程回归(GPR)软测量建模方法,称为EMO-SEGPR。该方法融合输入特征扰动,通过结合bootstrapping随机重采样和偏互信息相关分析(PMI)构建多样性输入变量子集,并据此建立多样性GPR基模型。然后,基于EMO算法对GPR基模型进行集成修剪,从而获得一组集成规模较小、多样性和准确性较高的基模型。最后,引入集成学习策略实现GPR基模型的融合。将EMO-SEGPR方法应用于青霉素发酵过程和Tennessee Eastman化工过程,实验结果表明了该方法的有效性和优越性。

    2019年03期 680-691页 [查看摘要][在线阅读][下载 515K]
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  • 基于可靠度的冷却水泵网络操作优化

    贡晗1;李红阳1;施佳琪2;陶坚2;祝铃钰2

    离心泵是高耗能通用设备,以降低能耗和提高可靠度为目标对离心泵网络进行操作优化对化工装置节能很有益处。构建了基于可靠度的泵网络操作优化命题,同时考虑泵网络系统总功率最小和可靠度最大的目标,采用乘积消元方法将两个目标统一为单目标。分别建立了决策变量为开停不变频的混合整数线性规划问题Problem 1和决策变量为开停加变频的非线性规划问题Problem 2;提出了面向工业应用的经验规则算法,求解Problem 1并与穷举搜索法获得的全局最优解对比。结果表明,在整个流量和压头变化范围,经验规则法获得的最优解方案与穷举搜索获得的全局最优解方案相比,方案调整少,容易人工操作。除了较低负荷之外,经验规则法提供的最优解方案的冷却水功耗平均比穷举搜索法的全局最优解高11%左右,功耗和可靠度波动明显较大。采用开停和变频为决策变量时,Problem 2的平均冷却水功耗比Problem 1的全局最优解低8%左右,泵可靠度的波动也更小。最低的冷却水功耗可以达到0.105 kW&#183;h&#183;m<sup>-3</sup>。

    2019年03期 692-698页 [查看摘要][在线阅读][下载 529K]
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  • 运用合理的过程执行顺序优化具有净化单元的多杂质氢网络

    王焕云1;潘春晖2;郭琳琳2

    运用综合设计方法设计多杂质氢网络,满足过程的执行顺序不同,所得设计的外部源物流用量不同。需求物流的极限杂质浓度越小,外部源物流用量和净化后源物流用量一般越大。因此,按照需求物流的极限杂质浓度由小到大的顺序满足执行及按照外部源物流用量和净化后源物流用量由大到小的顺序满足执行都是合理的,而后者满足需求物流的排序方法目前还没有报道。为此,对于多杂质氢网络,为了降低外部源物流用量,提出该种确定合理的过程执行顺序的方法。满足一过程时,提出了浓度差率的概念,由互补源物流来满足,并由杂质负荷平衡和流量平衡计算出源物流的用量。首先运用该分配方法将当前源物流分别来满足各个未执行过程,依次优先按外部源物流用量和净化后源物流用量最大的过程首先执行的原则来确定过程的执行顺序。将之与设计给定杂质移除率模型(模型1)和固定净化后氢浓度模型(模型2)氢网络的迭代法分别设计2种模型的多杂质氢网络。对某一氢网络实例进行研究,该种方法的设计与文献相比,对于模型1,在净化后源物流杂质浓度略低的情况下,外部源物流用量、净化后源物流用量和燃料气排放量分别降低了4.05%、0.43%和4.94%;对于模型2,分别降低了1.60%、3.71%和2.00%。说明提出的方法是有效的和可行的。

    2019年03期 699-708页 [查看摘要][在线阅读][下载 248K]
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  • 焦炉气制甲醇联合弛放气合成氨过程模拟和分析

    项东;雷昕儒

    针对焦炉气制甲醇驰放气中大量氢气及其空分单元中大量氮气未被有效利用这一问题,建立了焦炉气制甲醇联合驰放气合成氨过程模型,并采用氢资源利用率、&#15794;效率和产品成本等技术指标分析比较2种工艺流程的技术经济性能。在新流程中,焦炉气制甲醇驰放气通过变压吸附分离得到氢气和其它可燃气体,其中氢气与空分单元的氮气用于合成氨。焦炉气联产甲醇和氨过程将氢利用率由63.4%提高到91.9%,其&#15794;效比焦炉气单产甲醇过程提高约10%。尽管焦炉气联产过程投资比单产甲醇过程高81.3%,但其产品成本低11.2%。

    2019年03期 709-714页 [查看摘要][在线阅读][下载 245K]
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材料科学与工程

  • TiO2包覆对LiNi0.5Mn1.5O4正极材料电化学性能的影响

    常倩1;2;魏爱佳2;李文2;张利辉2;刘振法1;2

    采用TiO<sub>2</sub>对LiNi<sub>0.5</sub>Mn<sub>1.5</sub>O<sub>4</sub>(LNMO)正极材料进行表面包覆,以达到改善LNMO电化学性能的目的。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、恒流充放电、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)测试手段对制备的材料进行结构表征和电化学性能评价。结果表明,TiO<sub>2</sub>能够在LNMO表面形成包覆层,且LNMO-T-2样品(TiO<sub>2</sub>包覆量为<i>w</i>=1.0%)表现出最为优异的倍率性能及循环稳定性。LNMO-T-2样品在5和7 C(1 C=140 mAh&#183;g<sup>-1</sup>)倍率下的放电比容量为102.3和72.1 mAh&#183;g<sup>-1</sup>,比未包覆改性的LNMO分别提高14.3%和33.5%。另外,LNMO-T-2样品在2 C倍率下进行200次循环后放电比容量保持率达到87.9%,高于未包覆改性的LNMO的放电比容量保持率(82.7%)。LNMO-T-2样品电化学性能的改善归因于TiO<sub>2</sub>表面包覆可以有效减小电极极化,同时降低电荷转移阻抗(<i>R</i><sub>ct</sub>)。

    2019年03期 715-723页 [查看摘要][在线阅读][下载 1703K]
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  • 界面聚合法合成聚酰亚胺渗透汽化膜及表征

    蒋超1;马文中1;2;李太雨1;徐荣1;张琪1;钟璟1

    针对渗透汽化分离二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基乙酰胺(DMAc)酰胺类溶剂过程中渗透性和选择性之间此升彼降的矛盾关系(trade-off效应),提出界面聚合薄层PI复合膜的方法。通过均苯四甲酸酐和五氯化磷制备有机相单体均苯四甲酰氯,分别以间苯二胺(MPDA)、丙二胺(DAPE)及己二胺(HMD)为水相单体,采用界面聚合法制备3种耐溶剂型聚酰亚胺(PI)复合膜,并对3种PI复合膜进行表征和渗透汽化分离性能测试。结果表明:3种PI复合膜都具有良好的亲水性、热稳定性;在6种常见的有机溶剂中,保持良好的稳定性;在30~60℃条件下,HMD-PI膜对质量分数90% DMF/H<sub>2</sub>O体系和质量分数90% DMAc/H<sub>2</sub>O体系的分离因子最高可达12.7和36.8,渗透通量可达1 014和542 g&#183;m<sup>-2</sup>&#183;h<sup>-1</sup>,具有较好的分离效果。

    2019年03期 724-731页 [查看摘要][在线阅读][下载 3581K]
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  • EDTA络合-球磨法制备超细棒状BaSO4

    祁琪1;孙青1;2;张俭1;盛嘉伟1;2

    采用EDTA络合-球磨法在室温下制备超细沉淀BaSO<sub>4</sub>,研究了工艺参数对BaSO<sub>4</sub>粒度分布和形貌的影响。通过XRD、SEM、激光粒度分布仪和FTIR等分析手段对产物的晶相、形貌和粒度进行表征,并探讨了反应机理。结果表明:BaCO<sub>3</sub>浓度、EDTA的添加量和反应时间对BaSO<sub>4</sub>的粒径影响较大,Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>的添加速度对粒度影响相对较小。随着反应体系pH增大,BaSO<sub>4</sub>颗粒形貌由不规整的针状逐渐转变为竖直排列的棒状团簇体,并且颗粒边缘趋于光滑。在BaCO<sub>3</sub>浓度为0.2 mol&#183;L<sup>-1</sup>,BaCO<sub>3</sub>、EDTA、Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>摩尔质量比为1:0.5:1.2,反应体系pH=8时可以得到平均粒径为130 nm均匀分散的棒状团簇体沉淀BaSO<sub>4</sub>微粒。

    2019年03期 732-737页 [查看摘要][在线阅读][下载 1141K]
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  • 微孔、介孔和大孔氧化铝膜的制备及其缓蚀剂担载性能的研究

    胡玮;李澄;秦修远

    以高纯铝为基体,用2次阳极恒直流阳极氧化的方法在磷酸-草酸混酸体系中制备出大孔氧化铝薄膜;以大孔氧化铝薄膜为基体,用中性弱阳离子溶液为介质在电化学工作站在3电极体系中氧化出介孔氧化铝薄膜;再在硫酸环境下用恒电压阳极氧化法制备出微孔薄膜。通过对3种不同孔径的氧化铝薄膜的形貌及成分进行表征,运用拉曼光谱比较三种不同孔径氧化铝薄膜对不同浓度硅烷缓蚀剂的吸附担载能力,以及电化学测试检验其担载不同浓度硅烷缓蚀剂后耐腐蚀能力,得出具有最强耐蚀能力时的氧化铝膜的最佳孔径和此时担载硅烷缓蚀剂的最佳浓度,电化学测试结果表明介孔薄膜的电化学阻抗可达10<sup>7</sup>。

    2019年03期 738-747页 [查看摘要][在线阅读][下载 756K]
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环境化工

  • CTAB改性磁性膨润土对刚果红和酸性大红的吸附

    汤睿1;张寒冰2;3;施华珍1;刘坤2;朱颖2;童张法1;3

    为提高膨润土的固液分离能力及其对难降解污染物的吸附效果,采用十六烷基三甲基溴化铵(hexadecyl trimethyl ammonium bromide,CTAB)对磁性膨润土(magnetic bentonite,MB)进行有机改性,制得CTAB改性磁性膨润土(MB modified by CTAB,CTAB/MB),考察CTAB/MB吸附刚果红(Congo Red,CR)和酸性大红(Acidic Red,AR)的性能,并进行吸附机理研究。研究结果表明,CTAB/MB为多级孔结构材料,具有良好的磁分离和磁稳定性能;CTAB/MB对50 mg&#183;L<sup>-1</sup> CR和AR的吸附平衡时间分别为30和90 min,而MB对CR和AR的吸附平衡时间则分别为5和3 h;在pH 4~11时,CTAB/MB对CR和AR的去除率均保持在85%以上;5次循环利用后,CTAB/MB对CR和AR的吸附保持在90%和92%以上;CTAB/MB对染料的吸附符合Langmuir模型和准二级吸附动力学模型;CTAB/MB吸附CR和AR的机理主要包括离子交换、静电吸引和表面吸附。总之,CTAB/MB是一种具有良好应用前景的染料废水吸附材料。

    2019年03期 748-757页 [查看摘要][在线阅读][下载 393K]
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  • 重铬酸钾和氯酸钾改性阳极对MFC性能的影响

    樊立萍1;鲍万飞2

    针对微生物燃料电池产电电流密度低等问题,提出重铬酸钾(K<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub>)和氯酸钾(KClO<sub>3</sub>)改性阳极提高微生物燃料电池性能的方法。以湖底污泥为阳极底物,糖蜜废水为阳极液,高锰酸钾(KMnO<sub>4</sub>)和氯化钠(NaCl)的混合液为阴极液,构建微生物燃料电池实验系统;以K<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub>或KClO<sub>3</sub>为电解液,通过电解处理对阳极进行改性。结果表明,采用质量分数为6%的K<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub>溶液对阳极进行改性时,微生物燃料电池系统的产电性能和净水效果达到比较好的状态,其稳态输出电压约为8.5 mV,稳态电流密度为7.9 mA&#183;m<sup>-2</sup>,对糖蜜废水的化学需氧量(COD)去除率约为35.2%。K<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub>或KClO<sub>3</sub>改性碳布作为阳极的微生物燃料电池的发电性能和水处理效果均有明显改善。

    2019年03期 758-764页 [查看摘要][在线阅读][下载 508K]
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