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    2021年 第21卷 第11期    刊出日期:2021-11-28
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    本期封面和目录
    过程工程学报. 2021, 21(11):  0. 
    摘要 ( )   PDF (1389KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    综述
    多肽与化疗药物偶联提高药物的有效性和安全性
    刘雪 张竞 梁博 张耀 王伟颖 刘永东
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1245-1258.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220303
    摘要 ( )   PDF (972KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    癌症已成为全球人类健康的最大威胁。小分子化疗药临床应用广泛,但由于缺乏肿瘤靶向性,普遍存在全身系统毒性强和耐药频发等问题。因此,如何将足量的化疗药物定向运送至肿瘤部位成为化学治疗的最大挑战。抗体偶联药物(ADC)利用抗体的肿瘤特异性将高毒性小分子靶向递送至肿瘤部位,能克服小分子化疗药物的上述缺陷,是近年来肿瘤药物研发热点。然而抗体的大分子特点使ADC在肿瘤部位的渗透率低,严重限制了ADC的肿瘤治疗效果。近年来,使用具有肿瘤靶向能力的多肽取代抗体发展的多肽偶联药物(PDC)是另一种新型肿瘤药物的靶向递送途径。其中,具有细胞渗透能力的肿瘤靶向肽在癌症治疗中显示出了巨大的潜力。而且多肽结构简单,可以通过化学合成或原核表达手段获得。因此,相对于ADC,PDC具有更高的载量、更强的组织渗透能力、更灵活的多功能化改造以及更低廉的制备成本。随着对胞内转运途径和药物释放机制的深入研究,PDC有望早日投入临床应用。本工作详细介绍了PDC的最新研究进展,重点阐述了不同靶向肽、细胞毒性分子和连接子对PDC抗肿瘤效果的影响,分析了现有研究的优势与不足,总结发展趋势,并为PDC的优化设计提供思路。
    萃取法在盐湖卤水提硼中的研究进展
    徐振亚 苏慧 张健 刘文森 朱兆武 王京刚
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1259-1268.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220366
    摘要 ( )   PDF (790KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    硼资源的开发利用对现代工业的发展具有重要作用。硼镁矿作为传统的硼资源,其储量和品位逐渐降低;而盐湖卤水中含有丰富的硼,占我国总储量的30%以上,盐湖硼资源的高效开发是解决我国高度依赖进口的有效途径。采用溶剂萃取法从盐湖卤水中提硼具有选择性好、效率高、成本低等特点,应用前景广阔。溶剂萃取的关键是萃取体系的选择,因此针对不同类型的盐湖,优选萃取性能好、水溶性小的萃取体系成为当前研究的热点。针对目前萃取工艺的应用以及近期研究开发的新型萃取体系,本工作综述了不同体系萃取硼的特点,包括脂肪醇(一元脂肪醇、二元脂肪醇和混合醇)、含羟基的芳香族化合物、含羟基的胺类化合物和离子液体四类萃取体系,重点总结了各类萃取体系萃取硼的机理,并概述了萃取剂结构对萃取性能的影响规律,分析了共存离子对萃取过程的影响,探讨了新型硼萃取剂的研发方向。其中脂肪醇中的一元醇需要在高酸度、强盐析下实现对硼酸的高效萃取。二元醇较一元醇的萃取效率更高,但二元醇黏度大、溶损高、反萃困难,萃取剂循环性能相对较差。混合醇体系能够降低有机相的黏度和水溶性,并且具有一定的协同萃取效应,成本低,适用于工业化应用。其他体系,如含羟基的芳香类和胺类化合物在碱性条件下对硼有较好的萃取效果,但一般价格较高,工业应用较为困难。离子液体由于其不易挥发、化学稳定性好、结构可设计性等优点应用于盐湖卤水萃取提硼,同时可作稀释剂,具有一定的应用前景。分析表明,混合醇作为经济高效的萃取体系在酸性盐湖卤水提硼中更具优势,有望大规模工业化应用。
    流动与传递
    折流板设备中流体停留时间分布与流动形态的对比研究
    高章帆 范沐易 黄卫星 邹雄 刘少北
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1269-1276.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220363
    摘要 ( )   PDF (1447KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    折流板结构在大空间设备中形成折流通道,以防止短路,从而使流体与换热管和颗粒床等内构件充分接触。停留时间分布(RTD)实验具有简单便捷的优势,针对设备中的短路与如何确定设备合理结构的问题分别设计了几组结构来进行RTD实验与流场数值模拟研究。对比分析结果表明,设备中的短路和死区是相对存在的,通过RTD密度函数曲线的出峰时间及拖尾情况能判断设备中短路与死区的情况,该结论可以为设备设计提供理论依据。利用多釜串联模型的釜数及RTD曲线的出峰时间和方差分析了流量、折流板缺口面积及板距对设备中流体流动形态的影响;研究了设备中的压降,综合考虑设备的能耗和性能,提出了以RTD实验来确定折流板设备合理结构时最合适的釜数、出峰时间及方差。
    油气工况下提升管出口旋流快分系统性能的数值研究
    张智亮 陈海军 牟沛 李安军 李文军
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1277-1286.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220408
    摘要 ( )   PDF (2485KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    为促进旋流快分(SVQS)系统的工业应用、准确评估其性能,参照国家标准设计了一系列不同密度、黏度的油气模型,并采用商用软件FLUENT 2019 R3对一套Φ600 mm×3150 mm的SVQS系统进行了流动模拟和可行性验证。用单因素变量法分别研究了油气性质对系统无量纲切向速度和压降的影响;用标量输运方程分析了油气在系统内的停留时间分布规律。结果表明,无量纲切向速度随油气密度增加或黏度降低而变大;无量纲最大切向速度随油气密度增加或黏度减小而呈对数递增,最大为0.912;密度越大、黏度越小的油气在SVQS系统内的平均停留时间越短,最短可达6.279 s;压降、阻力系数不仅与系统的结构参数相关,也与油气黏度呈对数关系。拟合得到了与油气参数相关的无量纲切向速度、压降和阻力系数函数式,具有较好的普适性,可为SVQS系统的结构优化提供参考。
    波纹板填料表面液体降膜流动的特性分析
    廖俊华 薛鹏 赵梦静 刘俊杰 金玲
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1287-1296.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220422
    摘要 ( )   PDF (8880KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    基于降膜流动实验台,结合计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics, CFD)研究了波纹板表面液体的平均液膜厚度和有效润湿面积等定量信息,并通过三维模拟进一步分析了喷淋密度和波纹倾斜角度β对降膜流动特性的影响。结果表明,液体在波纹板表面的流动并非均匀,分为沟流和溪流两种形式;当喷淋密度较小时,液体在波谷内形成沟流,当喷淋密度达到400 m3/(m2?h),液体跨越相邻波纹进行溪流流动;两种形式波纹板整体的润湿性能均较差,且液膜厚度分布不均;波纹倾斜角度对降膜流动特性影响较大,90°时更有利于提高有效润湿面积。
    反应与分离
    钒铅锌矿硫酸浸出提取钒锌
    张克仑 李博 魏永刚 徐洪傲
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1297-1303.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220376
    摘要 ( )   PDF (1180KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标

    钒铅锌矿含有多种有价金属,V品位高,具有较高的经济价值。本工作采用硫酸浸出法从该矿中提取钒锌,对浸出过程热力学进行分析,通过条件实验研究硫酸浓度、液固比、浸出时间、搅拌速率、浸出温度等条件对钒、铅、锌等主要有价金属浸出率的影响。结果表明,在较高pH值及较高温度下,浸出液中V会出现水解,含V的水解产物留在浸出渣中影响V浸出率。得到最优浸出条件为:硫酸浓度200 g/L,液固比3:1,浸出时间30 min,搅拌速率200 r/min,浸出温度为30℃。最优条件下V浸出率可达97.90%Zn浸出率为97.11%Fe浸出率<1%Pb浸出率<0.01%。动力学分析结果表明,浸出过程的反应速率受扩散过程控制。酸浸过程使VZn进入浸出液,PbFe留在浸出渣中,所得浸出液可使用离子交换或萃取法分离VZn。浸出渣中含钒0.41wt%、锌0.61wt%、铁15.50wt%、铅47.70wt%,主要成分为PbSO4FeO(OH),可返回火法炼铅系统。

    氧化锌烟尘碳基还原同步回收铅锡
    雷佛光 李旻廷 魏昶 邓志敢 李兴彬 樊刚
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1304-1314.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220399
    摘要 ( )   PDF (1510KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    采用碳基还原实现氧化锌烟尘中铅锡与锌的同步分离回收,考察了预处理脱氟氯硫(Na2CO3碱洗、煅烧)和配加添加剂(CaO、膨润土)对碳基还原过程铅锡挥发率的影响。结果表明,当烟尘未经预处理,实验条件为温度1300℃、焦粉用量14.04%和保温时间120min时,铅锡挥发率分别为78.58%和95.97%。同一实验条件下,相比于无预处理,碱洗和煅烧均能使铅锡挥发率降低。烟尘经碱洗后,铅锡挥发率分别降至12.97%、16.99%;煅烧使铅锡挥发率分别降至30.46%、57.83%。CaO用量增加有利于降低铅锡挥发率,当CaO用量为5%时,铅锡挥发率分别降至32.16%、57.7%;膨润土用量增加促进铅挥发率的降低,对锡挥发率无明显影响,当膨润土用量为5%时,铅锡挥发率分别降至37.44%、83.25%。采用该工艺,最终同时获得铅锡合金(Pb>70%,Sn>5%)和粗锌(Zn>63%,Pb>9%)。
    过程与工艺
    凹型结构下保温材料EPS典型垂直火蔓延特性对比研究
    黄新杰 高金达 周志杰 张笑枫 胡俊杰
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1315-1322.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220315
    摘要 ( )   PDF (2621KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    本工作通过自主搭建小尺寸火蔓延的实验平台,研究了凹型结构中保温材料EPS垂直向上和向下火蔓延特性。对比分析了火焰结构特性、火蔓延速度、质量损失速率、火焰温度等参数的变化规律。结果表明,在垂直向上蔓延过程中,EPS出现短暂的停滞现象。一方面由于烟囱效应易形成一个大的浮力压力差,导致火焰不稳定性;另一方面由于凹型结构易于烟气的聚集,导致燃烧不充分。而在垂直向下蔓延过程中,由于逆向烟囱效应的影响,火蔓延速度明显加速。火蔓延过程中质量损失速率,很大程度上受其火焰高度的影响,呈现上下振荡的特性。未燃区域部分,火焰温度经历两个温度峰值,向上蔓延过程中第一个温度峰值大于第二个;而向下蔓延过程中第一个温度峰值小于第二个。这主要是由于火焰结构形态及烟囱效应的方向特点,导致产生两个不同大小的峰值。本研究结果可为实际凹型结构下火蔓延特性研究提供前期理论和参考价值。
    声波与化学团聚协同作用对转炉微细粉尘团聚的影响
    张宇擎 尹贻民 李海英 胡秋冬
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1323-1329.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220343
    摘要 ( )   PDF (978KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    针对转炉烟气中微细粉尘的难处理问题,采用声波与化学团聚协同处理方法,在蒸发冷却器内对转炉烟气粉尘进行预处理,以提高微细粉尘的除尘效率。采用单因素实验和正交实验方法研究了絮凝剂的种类[丙烯酰胺(PAM)、羧甲基纤维素钠(CMC)和黄原胶(XTG)]、絮凝剂浓度、声波频率、声波驻场时间等不同影响因素下的微细粉尘的团聚效果。单因素实验结果表明:三种絮凝剂的团聚效果由大到小依次为PAM>CMC>XTG,絮凝剂浓度为0.1 g/L时团聚效果最好,声波频率为33 KHz时作用效果较为显著,声波驻场停留时间为15 s时效果最佳;声波与化学团聚协同作用效果好于化学团聚和声波团聚单独作用效果。通过正交实验得出,当浓度为0.1 g/L、声波频率33 KHz、声波驻场停留时间15 s的条件下,团聚效果最显著,峰值粒径由原始的3.311 μm提升至43.59 μm,对应的静电除尘器的除尘效率可达到97%。研究成果可为提高钢铁工业烟气中微细粉尘的去除工艺开发提供可靠的基础数据,为工业烟气中微细粉尘的去除效率提高奠定了基础。
    基于光学测量的异形纤维润湿性差异研究
    陈锋 扈语忱 卢锦杰 吴小林 姬忠礼
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1330-1337.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221226
    摘要 ( )   PDF (2070KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    气液聚结过滤在过程工业领域具有广泛应用,纤维材料润湿性是影响聚结元件过滤性能的关键因素。基于光学测量法,本工作开展了单根三角形、三叶形和十字形纤维表面的液体润湿性差异研究,分析了液体接触角及体积的变化过程,考察了液体类型、纤维倾斜角度及异形度对润湿性的影响。结果表明,液体表面张力越小,接触角越小,润湿性越强,但液体的挥发性易导致实际接触角大于理论接触角。三甘醇、癸二酸二辛酯和硅油的接触角基本不随时间发生变化,水和乙醇的接触角随时间逐渐减小且由于乙醇挥发速率较高,导致减小速率更大。液体接触角随异形纤维的倾斜角度呈“V”形分布,即存在极小值点(倾斜角度为30°),使纤维润湿性达到最佳。当纤维异形度增大时,不同液体间的接触角差异缩小、整体润湿性提高,表明在制备预过滤层或排液层材料时,宜选择异形度较高的纤维。
    材料工程
    二氧化钼纳米棒的制备及电化学性能研究
    高增礼 唐海燕 衣守志 徐红彬
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1338-1345.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220355
    摘要 ( )   PDF (986KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    MoO2纳米棒具有高电导率、高熔点及比容量较大,在超级电容器电极材料领域应用前景广泛。现有MoO2纳米棒制备方法大多存在操作复杂、收率低、成本高、易引入杂质等问题,且这些方法制备的MoO2产品存在形貌不均一、分散性差、电化学性能低的问题。基于此,本工作以双氧水和钼粉制备的过氧钼酸前驱体为钼源,PEG (8000)为模板剂制备出带状结构含钼杂化物,然后以浆态带状杂化物为原料采用两段式全湿法工艺制备纳米棒状MoO2。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线能谱(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)等对二氧化钼纳米棒的物相、表面组成与形貌进行了分析,同时分别采用三电极和两电极体系研究了MoO2纳米棒的电化学电容行为,考察了MoO2纳米棒直接作为电极组装电容的性能。结果表明,所制的MoO2为长约500~800 nm、宽约100~200 nm的棒状结构,形貌与尺寸均匀,具有良好的分散性和较高的纯度。以MoO2纳米棒制备的电极在1 A/g的电流密度下,三电极和两电极体系所测得比电容分别为366.7和290.4 F/g;在5 A/g电流密度下循环充放电2000次后电容保持率均高于72%,展现出了良好的电化学性能。该研究结果可为纳米金属氧化物的制备提供新方法。
    温度/pH双响应硝化菌凝胶球的制备及特性研究
    万琼 任迎春 赵志啸 张新艳 王文静 郝婧羽 黎璇 鞠恺
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1346-1354.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220385
    摘要 ( )   PDF (2380KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    采用包埋法制备了粒径均匀的海藻酸钙(CA)硝化菌小球,并用不同浓度的NaCl溶液处理CA硝化菌小球来改善其扩散传质性能,以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、丙烯酸(AA)为单体材料,形成温度/pH响应层,制得一种新型温度/pH双响应硝化菌凝胶小球。以NH4+?N为指示物考察不同制备条件下硝化菌凝胶小球的氨氮去除性能及对温度、pH的敏感特性,并将其应用于实际废水的脱氮处理。结果表明,经浓度为0.3%的NaCl溶液改性后的CA硝化菌小球的扩散传质性能最佳;15 mL温度响应溶液中NIPAAm为200 mg、MBA为4 mg,10 mL pH响应溶液中AA为200 mg、MBA为4 mg时双响应硝化菌小球的氨氮去除性能最好;当温度低至4℃时,氨氮去除率可达29.45%,当pH为9时,氨氮去除率仍可达35.48%。双响应硝化菌凝胶小球具有良好的温度、pH敏感特性,对实际废水中氨氮的去除也具有良好效果,有利于提高低温及碱性条件下硝化菌的硝化效果。
    环境与能源
    近冰点多孔介质中甲烷水合物生成的温度敏感性
    赵建忠 高强 杨栋 张驰
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1355-1363.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220367
    摘要 ( )   PDF (1137KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    水合物技术是实现天然气储存、气体分离、海水淡化和二氧化碳捕集等的潜在可行途径之一,水合物技术为了降低生产成本同时又保持系统流动性,通常选择冰粉或冰浆等形式使生成反应在冰点附近进行;自然界的天然气水合物多数赋存于天然的多孔介质内,随着全球气温升高,甲烷水合物在临界条件附近的敏感性会导致储层的稳定性下降及潜在的甲烷大量释放,尤其是受气候变化影响较大的冻土带天然气水合物,其储层温度一般也处于冰点附近。本工作研究了硅砂(0.1~0.5 mm)中甲烷水合物在近冰点的形成过程与动力学特征,分别在273.75, 273.85和273.95 K小温差下研究了压力、温度、反应速率和甲烷吸收量变化,分析并计算了硅砂孔隙中水合物、水相和气相的最终体积饱和度。温度与反应速率的变化表明,水合物生成过程呈现出明显的三个阶段,在不同的阶段,温度和反应速率表现出独特的变化特征如峰值、持续时间等,同时对环境温度的敏感性非常强,温度升高后甲烷水合物生长速率及其在孔隙中的饱和度均有所降低,低温下水合物生长点晚及对应诱导期持续更长。
    圆柱系统中石蜡/纳米银复合相变材料热特性分析
    张润洁 罗博 李中杰 杨国均 林一歆
    过程工程学报. 2021, 21(11):  1364-1372.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220349
    摘要 ( )   PDF (1612KB) ( )  
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    相变材料由于具有相变潜热,被应用于各领域的热管理。锂离子动力电池作为一种新能源,近年来广泛应用于电动汽车,相变冷却作为一种有效的被动冷却方式,能够有效减缓锂电池的热聚集。为将相变材料应用于减缓锂电池热失控,本工作建立了石蜡/纳米银复合相变材料(CPCM)的圆柱系统,使用相变模型及流体体积(VOF)模型研究了相变材料的融化过程,得到了初始时期空气/石蜡气液交界面的变化以及石蜡的液相分布,与实验结果具有很好的一致性。在此基础上分析了相变过程的吸热及储热情况。同时,针对不同质量分数的石蜡/纳米银复合相变材料进行模拟,结果表明,添加0.5wt%~2wt%的纳米银颗粒能够改善石蜡的导热性能,但潜热会有所降低。相变结束后,材料吸收的热量将转化为显热,底面传热减小,主要是通过壁面传热。另外分析了融化过程中液相的流动情况,相变材料液态层增厚,Nu数下降并趋于稳定,增加纳米银浓度也会降低Nu数。