过程工程学报

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1. Cu基催化剂表面改性及其催化二氧化碳加氢制甲醇性能研究

杨强王刚李春山

过程工程学报 2024, 24 (10): 1166-1176. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224059

摘要（718）

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PDF （3618KB）（314）

开发CO2加氢制甲醇高效Cu基催化剂对循环利用该温室气体具有重要意义。工作通过共沉淀、后浸渍法制备了系列助剂(Mn, In, Mo, Mg, Zr)改性的Cu/ZnO/Al2O3 (CZA)催化剂，并用固定床反应器评价了其CO2加氢制甲醇催化性能。采用CO2-TPD、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和H2-TPR研究了金属改性助剂对CZA物理化学性质的影响。此外，通过原位红外漫反射光谱表征揭示了CO2加氢制甲醇反应机理。结果表明，Mn改性CZA催化剂具有良好的还原性能、优异的CO2吸附能力和适宜的Cu+/Cu0比，恰当的Cu+/Cu0比例可促进甲氧基的稳定与转化，从而产生更多的甲醇。金属改性有助于增强铜与载体的相互作用，促进催化剂还原，抑制活性铜组分聚集。与未经处理的CZA催化剂相比，Mn改性催化剂表面具有更多中强碱性位点，有助于吸附更多的CO2，进一步加氢形成甲酸盐、甲氧基等中间体。CZA和改性CZA上CO2加氢生成甲醇反应机理遵循甲酸盐途径，甲氧基是关键中间体。Mn改性CZA催化剂由于较强的金属-载体相互作用，催化剂表面Cu纳米颗粒解离H2能力得到提高，载体中存在的间隙H有助于甲酸盐物种的产生，消耗的间隙H由表面Cu纳米颗粒解离出的H原子补充。改性催化剂中的间隙H存在和解离H2能力提升加速了中间物种的形成与转化，促进甲醇的生成。

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2. 气液两相流体系下微反应器技术研究进展

叶欣然吴赞王海鸥樊建人

过程工程学报 2024, 24 (9): 1001-1015. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224035

摘要（438）

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PDF （3984KB）（274）

微反应器具有传热传质效率高、反应参数控制严格、易于放大、安全性能好等优势。微反应器技术与气液多相催化反应的结合是开发高效且可持续的化工生产技术重要手段。气液多相催化微反应器集成了催化反应和微反应器技术的优点，在化学合成中具有广泛的应用前景。根据非均相催化剂固定方式，气-液-固三相催化微反应器可以分为壁面负载式微反应器和填充床式微反应器。微反应器中多相流的流动和物质传递都会对微反应器性能产生影响，研究微反应器的气液两相流问题有利于指导高性能微反应器的设计和应用。本工作首先回顾了微反应器技术的特点，介绍了微反应器的结构优化方案，简述了微反应器中的气液两相流流型、传质特点和气泡破裂动力学。随后重点讨论了多相催化微反应器的应用实例以及面临的挑战。最后，结合以往的微反应器研究，对于未来气液两相体系下微反应器技术面临的挑战和发展趋势进行了展望。

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3. 锂云母提锂技术研究进展

杨泓钟巍钟发平赵佳慧李栋张磊郭学益

过程工程学报 2024, 24 (11): 1251-1262. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224019

摘要（410）

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PDF （1677KB）（153）

锂及其化合物是现代工业不可或缺的材料，在电池、陶瓷、润滑剂等领域有着重要应用。尽管我国含有丰富的锂资源，但大部分赋存于盐湖卤水中，受资源禀赋和地理位置气候的限制，其产能无法满足我国新能源产业快速发展的需求，矿石提锂已成为重要的锂产品来源。江西宜春地区拥有我国最大的伴生锂云母资源，开发利用其中锂云母资源对保障我国锂资源的可持续发展具有重要意义。本工作综述了现有锂云母提锂工艺的原理和优缺点，在对现有方法的认识基础上，对酸法、碱法和盐法等典型锂云母提锂工艺进行了总结和评价，其中酸法工艺较为成熟，但存在浸出液除杂困难、提锂效率低和设备腐蚀问题；碱法工艺虽然提锂效率高，但其反应机理尚未明晰，废渣难以利用；盐法工艺虽然对锂的选择性高、工艺简单，但也存在能耗高、渣量大的问题。锂云母提取工艺的发展方向应致力于多种技术协同处理，实现有价元素高效、经济和环保的提取，为此提出了一些工艺改进的措施，旨在为未来工艺的研究、开发、优化和工业应用提供参考。

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4. 管式旋流气液分离器流场特性与分离性能研究

张明孙欢王强强陈家庆尚超李想王春升孔令真

过程工程学报 2024, 24 (7): 772-782. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223312

摘要（325）

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PDF （6151KB）（146）

管式旋流气液分离器因具有分离效率高、结构紧凑等优点而受到广泛关注，但能否适应入口气含率大范围变化是制约其实用性的关键。本工作考察了能够适应气含率大范围变化的管式旋流气液分离器，采用计算流体力学(CFD)，结合空气-水介质体系下的实验测试，对其流场特性和分离性能进行研究。CFD数值模拟结果显示，入口气含率在10%~90%范围内变化时，气相分离效率均大于80%且变化幅值小于9.9%，液相分离效率均大于97%且变化幅值小于2.2%。实验测试结果显示，入口气含率在9.4%~89.2%范围内变化时，随入口气含率增加，气相出口的含液率逐渐减小而液相出口的气含率逐渐增加，气相出口的含液率均小于4%，除液体流量为12 m3/h的工况外，其他工况下液相出口气含率始终小于10%。对比不同液体流量下的气相分离效率和液相分离效率，液体流量为8 m3/h时分离性能最佳。CFD数值模拟结果与实验测试结果略有差异，但整体变化趋势一致，可作为结构放大设计的有效手段。研究结果表明，管式旋流气液分离器整体采用“强旋流+弱旋流+重力”的作用形式，具有较高的分离效率和良好的抗工况波动性能。

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5. 湿法磷酸中铝铁杂质深度萃取脱除工艺及机理研究

戴友志朱干宇孟子衡李会泉徐成金孙国新李防贺雷张永芳

过程工程学报 2024, 24 (10): 1241-1250. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224056

摘要（286）

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PDF （4480KB）（131）

湿法磷酸工艺生产的磷酸产品杂质种类多、含量高，制约后端应用。湿法磷酸深度净化技术可以实现湿法磷酸短流程直接制备磷系新能源材料，是磷化工领域内的研究热点和前沿。本工作采用溶剂萃取法进行湿法磷酸中铝铁的萃取分离，研究了不同萃取剂、萃取剂含量、萃取时间、萃取温度、萃取O/A比(萃取相与磷酸体积比)和萃取级数对磷酸中铁铝杂质萃取分离效果的影响规律，筛选出最优条件：N,N-N-正辛胺二亚甲基苯基膦酸(OADMPPA)萃取剂、萃取剂含量20wt%、萃取时间3 min、温度25℃、单级O/A比1:1、错流3级萃取，最优萃取条件下，Al, Fe萃取率分别为54.5%和99.6%，磷酸中铝和铁含量分别由0.857wt%和0.175wt%降至0.717wt%和0.015wt%，MER值(磷酸中铝铁镁对应氧化物含量之和与五氧化二磷含量比)由9.037%降至7.227%。随后，针对O/A比1:1单级萃取条件下得到的负载Al, Fe的萃取剂，进行反萃工艺优化，筛选出草酸铵为最优反萃剂，优化的反萃条件：温度25℃、错流5级反萃、单级O/A比2:1、反萃时间15 min、反萃剂浓度0.2 mol/L，在优化反萃条件下，负载萃取剂Al, Fe的反萃效果分别达96.4%和88.3%，基本实现负载萃取剂Al, Fe有效反萃。最后开展了萃取剂铝铁萃取机理研究，通过对萃取过程中化学计量数计算、傅里叶红外分析，明确萃取过程中1分子Al和1分子Fe分别与1.5分子和2分子OADMPPA萃取剂结合，作用官能团为P=O和P-O-H键，同时，Al, Fe的萃取过程存在竞争机制，Fe更易被萃取。

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6. 基于药物-辅料相互作用的药物释放机制研究进展

宋坤旺丁叶薇沈忱吴昊旻吉远辉

过程工程学报 2024, 24 (10): 1127-1136. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224021

摘要（282）

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PDF （840KB）（82）

药用辅料称为“非活性成分”，是药物制剂中除药物活性成分以外的其他组分，药用辅料是药物制剂中不可或缺的重要组成部分，其会通过形成药物-辅料相互作用等方式显著影响药物制剂的释放性能，对于药物制剂的有效性和安全性影响至关重要，高端制剂的发展也对辅料提出更高要求，因此需要剖析高端制剂中辅料对药物制剂质量影响的机制。辅料的加入可以增强药物活性成分的释放度和生物利用度、提高并维持药物的稳定性、实现药物的可控靶向释放以及充当掩味剂和甜味剂，提高药物的生物利用度和患者的服药依从性，但愈来愈多的研究表明辅料会产生生理活性而影响药物药代动力学，引起过敏或不耐受等不良反应，大量摄入辅料也可能通过与药物形成相互作用从而抑制药物释放。本工作从药物-辅料相互作用角度，简述了常用的辅料对药物释放的影响机制，如聚合物、介孔二氧化硅，同时归纳了基于药物-辅料相互作用的数学模型、分子模拟及机器学习等手段深入揭示辅料调控药物释放机制的研究进展，并提出未来药用辅料数据库建立的发展方向，为高通量筛选合适的药用辅料、确定最佳载药量和辅料添加量以及选择合适生产工艺提供数据支撑和理论指导。

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7. 碳酸氢钠改性生物炭的制备及其吸附水中卡马西平的机理分析

张继欢张晋玮武文龙林嗣强李燕丁磊

过程工程学报 2024, 24 (9): 1106-1119. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223363

摘要（263）

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PDF （2886KB）（413）

本研究以农业废弃物丝瓜络为原材料，采用碳酸氢钠为活化剂，通过浸渍-热解法制备出了可高效吸附水中卡马西平(CBZ)的碳酸氢钠改性生物炭(SBC)，并通过表征手段分析了其表面形貌、孔径分布、官能团、石墨化程度等物理化学特征。通过批量实验研究了温度、投加量、pH等因素对SBC吸附水中CBZ的影响。结果显示，相比原始生物炭(BC)，SBC有着更高的比表面积531.43 m2/g和更丰富的孔径结构。CBZ的去除效率随着SBC投加量的增加而增加。溶液pH对CBZ去除的影响不明显。Sips模型可以更好地描述SBC对CBZ的吸附平衡规律，在298 K时的吸附容量可达125.52 mg/g。热力学分析表明SBC对CBZ吸附为自发吸热过程，且以物理吸附过程为主。通过对SBC的位点能量分布分析和密度泛函理论分析进一步探究了SBC对CBZ的增强吸附机理。结果显示氢键、π-π电子受体-供体和孔填充作用参与了SBC吸附CBZ的过程。甲醇可有效再生吸附饱和的SBC，经过四次吸附脱附循环后，SBC对CBZ的吸附量仍保持在68.132 mg/g。本工作以农林废弃物丝瓜络为炭源制备生物炭去除水中污染物，为同时实现农业废弃物资源化和消减环境污染提供了一条可行途径。

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8. SiO/C浆料稳定性及半干法匀浆工艺研究

刘峰卢诚

过程工程学报 2024, 24 (9): 1080-1087. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223365

摘要（263）

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PDF （4869KB）（154）

硅负极因其极高的比容量成为高能量密度锂电池的研究热点，目前硅氧已实现批量生产和应用。锂离子电池的性能、寿命和一致性与其电极性能直接相关，匀浆是电极生产中的关键工序。本工作研究了硅氧碳负极(SiO/C)浆料的稳定性并考察了半干法匀浆工艺，对比了碳含量分别为1.6wt%和3.1wt%的SiO/C-1和SiO-2在水系浆料中的稳定性。SiO/C-1在水中产气明显，原因为Si在碱性条件下与H2O反应生成H2，而SiO/C-2浆料无产气，浆料和极片状态较好。SEM, EDS, TEM等表征结果表明SiO/C-2表面存在厚度20~30 nm均匀的碳包覆层，可阻隔水分并提高稳定性。为提高硅负极浆料稳定性并提高匀浆效率，研发了半干法匀浆工艺，对浆料固含率、黏度、细度、流变、产气等参数进行了测试，对极片剥离力、电阻、电镜下的微观形貌以及电池循环性能进行了考察，结果表明优化后的半干法匀浆工艺制得的浆料固含量为51.8wt%，黏度为4900 mPa?s，细度为20 μm，浆料静置24 h后黏度为10 000 mPa?s，浆料48 h基本无产气，制作负极片剥离力为15 N/m，电阻率为0.106 Ω/cm，搭配高镍NCM(Ni9)制作的330 Wh/kg软包电池高温循环寿命可达800周，明显优于普通湿法工艺。

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9. 基于人工神经网络的流化床流场演化模拟

吴雪岩史天乐李飞于三三卢春喜王维

过程工程学报 2024, 24 (8): 904-913. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224006

摘要（258）

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PDF （9961KB）（192）

计算流体动力学(CFD)是一种模拟流化床中复杂气固流动的常用方法，此方法计算效率较低，而人工神经网络(ANN)模型能克服这一缺点，实现高效计算。本工作结合CFD与人工神经网络，发展了一种快速获得流化床内流场演化的人工神经网络模型。该模型对颗粒浓度、气体压力和气固两相速度构建了不同的网络结构，以多相质点网格(MP-PIC)方法模拟流化床得到的结果作为数据集进行训练。验证结果表明，该人工神经网络模型成功实现了对流化床中的颗粒浓度、气体压力和气固两相速度的预测。在精度方面，三种网络结构模型均可准确预测一个时间步长的流场数据，在进行长时间流场预测时仍存在误差。在计算效率方面，人工神经网络模型的计算速度约为MP-PIC方法的13 000倍。

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10. 硝酸体系电解精炼制备高纯铜

李梦阳徐亮葛涛何瑞韩晓雨杨成赵卓

过程工程学报 2024, 24 (8): 955-963. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223333

摘要（256）

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PDF （2577KB）（140）

高纯铜具有优良的延展性、导热性、导电性及较为稳定的化学性质，在半导体材料、光电子等领域应用广泛。本研究采用硝酸体系作为电解质，以4N金属铜为原料，一步电解精炼制备纯度为5N的高纯铜，系统研究了H2O2添加量、电流密度、电解液pH、Cu2+浓度等因素对电解过程的影响。结果表明，硝酸体系电解精炼制备高纯铜的最佳工艺条件为Cu2+浓度为80 g/L、pH=1.0、H2O2加入量为0.10 mL/100 mL、电流密度为200 A/m2。在该条件下进行电解精炼，阴极沉积的高纯铜表面光滑平整，电流效率达到97%以上。对最佳条件下获得的阴极产物进行ICP-MS检测，其中S, Ni, Se, As, Sb, Pb, Bi等常见杂质元素含量均符合5N高纯铜的国家标准。

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11. 基于压电响应的石墨相氮化碳材料的抗菌性能

马文峻王笑泽张婧坤陈运法

过程工程学报 2024, 24 (11): 1364-1374. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224098

摘要（243）

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PDF （7455KB）（79）

二维石墨相碳氮化物(g-C3N4)因具有规则分布的非中心对称孔，可以产生压电响应而在抗菌领域得到了广泛关注。本研究设计制备了两种含氧官能团包括羟基和羧基化的二维g-C3N4材料。研究表明，含氧官能团改性后g-C3N4的结构保持较好。压电响应力显微镜(PFM)测试证实了这些复合材料具有不均匀的表面电位分布且羟基化和羧基化材料压电性能均有显著提高。活性氧物种测试结果显示羧基化材料表现出了较强的超氧阴离子(?O2-)信号但是羟基化材料并未表现出自由基信号。这可能是由于羧基基团具有比羟基更强的吸电子能力，在压电场下促进了电子-空穴对的分离并增强了材料俘获电子的能力，俘获的电子再还原周围的吸附氧产生了大量?O2-。体外抗菌测试显示，?O2-诱导的氧化应激与物理切割相结合，对大肠杆菌的抗菌率达到了5log (99.999%)，对金黄色葡萄球菌的抗菌率达到了4log (99.99%)，超过了纯相g-C3N4和羟基化g-C3N4-H。这些发现突出了含氧官能团改性g-C3N4材料的抗菌潜力，可作为光限制环境中有希望的候选抗菌材料。

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12. 高炉煤气中H₂S在羟基氧化铁上的吸附氧化机理研究

刘旭东李玉然彭书雯刘利徐文青朱廷钰

过程工程学报 2024, 24 (12): 1417-1424. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224002

摘要（231）

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PDF （4860KB）（69）

采用沉淀法制备了羟基氧化铁(α-FeOOH)吸附剂，利用固定床-气相色谱联用平台测试了其对H2S的吸附容量，发现其硫容达到了63.8 mg/g，测试了O2和H2O对硫容的影响，发现二者均存在最佳浓度，在选定条件下O2和H2O最佳浓度分别为0.3vol%和3vol%。采用XRD, XPS, TG和CO2-TPD等表征了吸附剂的理化性质及含硫组分的赋存形态，发现α-FeOOH吸附H2S后硫物种主要为硫单质和硫酸盐(SO42-)。通过预吸附氧气的方式分析了O2在反应中的作用，吸附态的氧促进硫单质形成，气态的O2存在会增加SO42-的比例。通过原位漫反射红外光谱测试了H2S吸附的中间产物，H2S在α-FeOOH表面吸附与晶格氧或羟基结合生成HS-，HS-被Fe3+氧化发生电子转移生成硫单质或者被O2氧化生成SO42-。本工作为吸附剂优化制备及高炉煤气净化技术应用提供了理论依据。

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13. 氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂电化学回收废白铜制备高纯铜

李泓达汝娟坚程明强

过程工程学报 2024, 24 (10): 1222-1229. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224041

摘要（225）

HTML （4）

PDF （1783KB）（34）

以摩尔比为1:2的氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂(ChCl-EG DES)为电解液，废白铜为阳极，钛片为阴极，在363 K和0.1~0.5 V槽电压下对废白铜进行电解分离，在阴极获得了高纯铜(Cu)。电化学测试表明，在ChCl-EG DES中金属铜溶解后以Cu(I)形式存在，0.5~2.5 mol/L CuCl浓度范围内Cu(I)的还原是一个准可逆过程。测试了Cu在低共熔溶剂中的动电位极化曲线，计算得出阳极溶解的表观活化能Ea仅为28.361 kJ/mol，表明Cu在ChCl-EG DES中的溶解过程受扩散控制。研究了杂质金属在溶解过程中的阳极极化曲线，结果表明，Sn最先被溶解进入到溶液中，而Ni和Fe的溶解电位均正于Cu，则以阳极泥的形式进行回收。电解实验发现，当槽电压升高时，直流电耗和电流效率均随之增加。当槽电压为0.5 V时，电化学回收废白铜的电流效率高达97.20%，直流电耗为216.94 kWh/t。在较高槽电压下(0.3~0.5 V)，阴极铜的形貌为粒径30~50 μm的不规则块状，在0.4 V时获得的铜纯度高达99.95wt %。

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14. 轻烃和二氧化碳水合物生成动力学促进剂研究进展

杨晓梅肖朋孙长宇陈光进

过程工程学报 2024, 24 (10): 1137-1148. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223332

摘要（216）

HTML （5）

PDF （1331KB）（107）

深海水合物法碳封存是一种极具应用前景的碳封存方法。二氧化碳水合物的生成是水合物法碳封存的基础，然而自然条件下气体水合物的生成速率极低。在强化气体水合物生成的各种方法中，使用动力学促进剂已被证实最为高效。尽管大量轻烃水合物动力学促进剂已被广泛而深入地研究，但它们并不一定适用于二氧化碳水合物。为了找出适合二氧化碳水合物生成的动力学促进剂，有必要对二氧化碳水合物促进剂和轻烃水合物促进剂加以区分。本工作针对轻烃水合物和二氧化碳水合物分别综述了动力学促进剂的发展历程及研究现状，对比分析了不同动力学促进剂对同种水合物、同种促进剂对上述两类水合物的作用效果，揭示了动力学促进剂对轻烃水合物和二氧化碳水合物强化效果的差别。基于动力学促进剂研究进展及存在的问题，对动力学促进剂强化不同水合物生成的机理研究、促进剂评价标准建立、水合物生成热移除强化、水合物生成强化效果的进一步提升进行了展望，以期为水合物法碳封存的实施提供新的思路。

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15. 基于低浓度甲烷富集的变压吸附工艺流程优化模拟

邱明俊李小敏尚华杨江峰李晋平

过程工程学报 2024, 24 (8): 884-893. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224042

摘要（215）

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PDF （4718KB）（130）

甲烷富集是开发利用低浓度煤层气的必要措施，变压吸附技术以其低能耗、低成本成为研究热点。基于Aspen adsorption流程模拟软件研究了氮气选择性吸附剂MIL-100(Cr)和甲烷选择性吸附剂Silicalite-1在常规双塔六步真空变压吸附(VPSA)工艺和增加缓冲罐优化的VPSA工艺下富集低浓度甲烷的过程。模拟结果表明增加缓冲罐优化的VPSA工艺可以有效提升甲烷回收率，在MIL-100(Cr)上甲烷回收率提升表现优于Silicalite-1。采用单次循环效率综合指标定量分析了吸附剂类型和工艺对甲烷富集效果的影响，增加缓冲罐优化的VPSA工艺在MIL-100(Cr)吸附剂上的单次循环效率提升超过30个百分点，Silicalite-1吸附剂单次循环效率降低1个百分点。综合分析表明Silicalite-1吸附剂适用于常规VPSA工艺富集低浓度甲烷，而MIL-100(Cr)吸附剂更适合增加缓冲罐优化的VPSA工艺富集低浓度甲烷。

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16. 基于分布式测温的流动热分析动力学方法

沈阳许启跃叶树亮

过程工程学报 2024, 24 (7): 783-792. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223348

摘要（215）

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面向连续流动生产过程反应风险评估和工艺优化的需求，针对其热力学和动力学测算方法开展了研究。通过分析管式反应器的热平衡和物料平衡设计了一种应用于流动状态下的热分析动力学方法，并依据测量原理搭建流动反应实验平台进行验证。首先，利用管路不同位置分布的温度传感器获取实验过程的温度分布，通过标定反应管路的等效总传热系数，结合温度分布分段的方式计算反应焓。其次，针对动力学分析过程通常忽略温度分布的问题，将热力学分析结果和反应器模型结合拟合动力学参数。以乙酸乙酯氢和氧化钠的水解反应为例设计实验，结果表明，合适的流量条件下，反应焓计算结果与釜式实验结果相当，但流动量热方法实验效率更高、实验过程更安全，活化能计算结果与文献值的相对误差小于3%。结合热力学和动力学分析结果以及反应器模型能够预测不同工况的温度分布，与实测值较吻合，为后续的反应风险评估和工艺优化提供了参考。

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17. 基于CFD-DEM的新型挡板式移动床反应器内Ca(OH)₂/CaO热化学储能过程模拟

陈简一许闽仝仓黄彩凤淮秀兰

过程工程学报 2024, 24 (8): 894-903. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224048

摘要（214）

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Ca(OH)2/CaO热化学储能技术因其高储能密度和低成本等优势而备受关注，被认为是一种具有潜力的新型储能技术。普通的固定床反应器存在Ca(OH)2颗粒储热速率过低的问题，为改善储能速率，引入了一种挡板式移动床结构，并采用计算流体力学与离散元耦合方法(CFD-DEM)对重力作用下移动反应床内Ca(OH)2颗粒的储热过程进行了研究。相比多孔渗流模型，CFD-DEM更接近真实的流动情况，能提供颗粒尺度的物理信息。结果表明，相同条件下移动床能获得比固定床更高的储能速率，证明了将移动床用作热化学反应器的可行性；移动床内挡板的引入能有效延长颗粒在反应器中的停留时间，从而提高反应器的储能速率与能源利用率，但也会增加气体侧的压降。提高反应器进口气体温度能提高储能速率；在一定范围内提升进口气体流速可提高储能速率，但过高的流速可能引起堵塞，导致储能速率降低；进口固体流量存在最优值，使反应床的总储能速率最高。

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18. Kenics型静态混合器强化NaOH溶液吸收CO₂的实验分析

禹言芳于恒磊孟辉波张埔瑜

过程工程学报 2024, 24 (10): 1149-1157. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224110

摘要（214）

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PDF （2644KB）（122）

碳达峰和碳中和的“双碳”目标一直备受关注，目前二氧化碳排放过多导致的全球变暖问题十分严重。为了缓解全球生态问题，需要对CO2捕集技术进行研究与开发。为丰富静态混合器在CO2吸收领域的应用，将Kenics型静态混合器(KSM)作为强化反应设备。基于氢氧化钠溶液与二氧化碳(NaOH-CO2)体系，对KSM和空管两种结构下不同采样位置及气液流率的CO2吸收效率进行分析对比。使用自动电位滴定法对CO2吸收效率进行测量。结果表明，在气相流率(QG)为6 L/min，液相流率(QL)为17 L/min，采用KSM的CO2最大吸收效率比空管结构提高了72.3%。一定QG下，空管结构的CO2的吸收效率随QL增加而下降，而管道内装有KSM元件时，CO2的吸收效率随QL增大而上升。对KSM结构的体积能量耗散率(ε)进行分析，管道装备KSM元件时，CO2吸收效率达90%以上，最小ε=4.85 m2/s3。在管道Z1到Z2段，当QG=6 L/min时，气液混合总流率(QT)从20 L/min增至22 L/min，ε增大了14.7%。当QL=14 L/min时，QT从20 L/min增至22 L/min，ε增大了7.83%。ε受QL影响大于QG，在管道Z1到Z2段，系统能量消耗及反应较为剧烈。达西摩擦系数(f)随液相表观流速(UL)和气相表观流速(UG)增加均出现下降趋势。基于实验数据拟合得到UG, UL和f之间的经验关联式，R2=0.999，关联式偏差为-0.88%~0.82%。

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19. 喷射器制备微气泡研究进展

乔勉宫源王兰英杨卓李春雷田玉琴岳文菲

过程工程学报 2024, 24 (12): 1375-1386. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224165

摘要（208）

HTML （7）

PDF （5489KB）（98）

喷射器可快速实现气液混合并生成大量微气泡，且设备成本低，能效高，适用于规模化工业实践。喷射法生成微气泡的尺寸分布较宽，而喷射器结构参数及操作条件对微气泡尺寸的影响显著。基于以上因素，归纳了微气泡尺寸的变化规律：减小混合段长度和直径，增大扩散段角度、截面比可有效减小气泡尺寸，而收缩段角度对气泡尺寸影响较小；减小气体流量，增大工作液体流量可控制气泡尺寸在较小范围，气体体积比与气泡尺寸则呈线性关系。借助计算流体力学(CFD)模拟及粒子图像测速(PIV)技术对喷射器内气液间传递规律的研究，明确了接受室喷嘴出口处和混合段内的高效气液剪切是形成微气泡的关键，而扩散段是气泡破碎细化的主要场所。最后介绍了喷射器制备微气泡的应用，展望了未来研究热点。

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20. 实验条件对共沉淀法合成的Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1(OH)₂中杂质含量的影响

韩倩影杨丽王浩亮陈日志程景才杨超

过程工程学报 2024, 24 (11): 1344-1353. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224102

摘要（207）

HTML （3）

PDF （9216KB）（80）

在共沉淀法合成三元锂离子电池正极材料的前驱体过程中，铁、铝、镁、铜、硫等杂质的残留会对最终合成的正极材料的电化学性能产生不利影响。现有研究缺少关于共沉淀条件对前驱体颗粒中杂质掺入的影响规律与机理分析。本工作采用多种表征方法分析共沉淀法合成的Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2中的杂质种类、含量及结构，杂质主要为钠、镁、钙、铁、铜、锌、铝、硫，可能分布在前驱体颗粒的晶内、晶间、晶体表面。结果表明，氨水浓度对铁、铜、锌、铝的含量影响较大。在pH值11.7条件下合成的前驱体为胶体，具有较大的比表面积，吸附的钠和硫含量最高，分别为28134.62和12898.50 μg/g。搅拌转速的变化对硫含量的分布有一定影响。优化三元前驱体共沉淀过程工艺条件对控制前驱体中杂质含量、提升最终三元正极材料电化学性能及安全性具有重要意义。

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21. 基于后燃烧技术的CFB锅炉低氮燃烧数值模拟

刘晓杰徐顺生孔润娟刘建波

过程工程学报 2024, 24 (8): 914-925. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224031

摘要（206）

HTML （3）

PDF （6337KB）（173）

为促进循环流化床(Circulating Fluidized Bed, CFB)锅炉氮氧化物(NOx)深度抑制，采用计算颗粒流体动力学(Computational Particle Fluid Dynamics, CPFD)方法建立了CFB锅炉全回路流动及燃烧数值模型，通过与锅炉运行数据的对比验证了模型的可靠性。耦合后燃烧技术后，分别研究循环流化床中过量空气比、一次风率和上下二次风比对炉膛燃烧和NOx排放的影响。结果表明，贫氧燃烧造成的高CO摩尔分数区有利于NOx还原。使用后燃烧技术后，炉膛还原氛围增强，NOx排放由174.6 mg/m3降至114.2 mg/m3。结合空气分级，优化一次风率及上下二次风比例后，CO排放由基础工况的3.4×10-5增至7.1×10-5，燃烧效率略微降低，NOx排放进一步减少。较优工况下，NOx排放由174.6 mg/m3降至76.3 mg/m3，NOx排放减少了56.3%，炉膛温度分布均匀。研究结果可为后燃烧技术应用于CFB锅炉提供理论支持。

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22. 沉淀-焙烧法制备高振实密度四氧化三锰的研究

杨永斌张晓萱廖烺董寅瑞李骞张雁姜涛

过程工程学报 2024, 24 (10): 1186-1195. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224083

摘要（204）

HTML （6）

PDF （8360KB）（94）

过渡金属氧化物四氧化三锰因其独特的结构特征和物理化学性质，在储能领域尤其是电池行业有着广泛的应用。近年来，电池行业对四氧化三锰的产品质量提出更高的要求，其中产品振实密度是影响电池材料性能的关键因素之一。因此，为提高四氧化三锰的振实密度，本研究以高纯硫酸锰为原料，以氨水为沉淀剂，采用硫酸锰溶液沉淀-焙烧法制备高振实密度四氧化三锰，探究沉淀反应参数及热工制度对四氧化三锰振实密度的影响，并对四氧化三锰产物形貌、结构和组成方面进行表征。实验结果表明，最优工艺条件为氨锰比3:1、硫酸锰浓度2.0 mol/L、焙烧温度1150℃、焙烧时间4 h、焙烧气氛强制通风，该条件下获得的四氧化三锰锰含量为71.91wt%，D50为10.723 μm，比表面积为1.786 m2/g，形貌为类球形，微量元素含量符合要求且振实密度达到2.85 g/cm3，满足高纯四氧化三锰的行业标准。

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23. 22MnB5/QStE550TM异种钢焊接接头组织与性能分析

张明周磊磊梁恩荣朱志刚张朋彦

过程工程学报 2024, 24 (7): 863-874. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223321

摘要（201）

HTML （5）

PDF （3225KB）（101）

实验采用TIG焊对1.8 mm厚的22MnB5钢与2 mm厚的QStE550TM钢进行不等厚连接，结合光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及电子背散射衍射(EBSD)等方法对焊接接头的特征区域进行微观组织观察，使用万能试验机和维氏硬度仪分析焊接接头的力学性能。结果表明，QStE550TM侧热影响区为粒状贝氏体，焊缝区域与22MnB5侧热影响区显微组织为板条贝氏体，其中22MnB5侧热影响区的部分氧化物夹杂诱导形成了针状铁素体；焊缝区域内平均晶粒尺寸为4 μm，大角度晶界占比约为53%；在接头特征区域发现第二相Ni-Cr-Fe；两组拉伸试样的平均抗拉强度为660.5 MPa；焊接接头硬度最高的区域为22MnB5母材，硬度最低的区域为QStE550TM侧热影响区；该异种钢接头存在碳迁移现象，在22MnB5侧熔合线附近出现约43 μm的增碳层，在QStE550TM侧热影响区出现约35 μm的脱碳层。结合力学性能分析，该焊接接头的碳迁移现象未对力学性能产生明显影响。

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24. AlCl₃-NaCl-LiCl-KCl熔盐电解回收金属铝

安亚辉刘风国刘爱民石忠宁王兆文

过程工程学报 2024, 24 (7): 825-832. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223325

摘要（198）

HTML （8）

PDF （6783KB）（55）

铝合金的回收再利用具有节约资源和环境保护的双重重要意义。采用AlCl3-NaCl-LiCl-KCl作为电解质，以废旧铝合金为阳极，在纯铝片上进行铝的沉积，研究了电流密度、电解温度和电解时间等实验条件对回收金属铝产物的影响规律，并分析了AlCl3-NaCl-LiCl-KCl熔盐中铝回收的电化学机理。研究表明，废旧铝合金在电解温度为100℃，电流密度为30 mA/cm2，电解3 h条件下，电流效率可达97.3%，得到的铝纯度约为99.4wt%。循环伏安曲线表示，反应过程中仅有铝参与反应，铝的沉积电位为-0.3 V (vs. Al)左右，废旧铝合金在电流作用下发生溶解，与电解液中AlCl4-反应生成Al2Cl7-，阴极附近的Al2Cl7-得到电子，在阴极表面形成铝的沉积层。

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25. 射流冲击非平整旋转壁面流型转变规律研究

陈众邱玉清顾成俊王东祥

过程工程学报 2024, 24 (7): 753-762. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223305

摘要（195）

HTML （7）

PDF （7244KB）（96）

转盘反应器利用射流冲击旋转壁形成超重力高剪切薄膜流，广泛应用于材料制备、聚合等领域。考虑流量、转速以及实验物料黏度影响，利用可视化平台，研究了反应器表面不同沟槽结构对液膜流型特征与转变规律的影响，绘制了流动相图，明确了螺旋破碎流型转变条件。结果表明，所有转盘结构中，径向槽盘螺旋波流型分布范围相比最大，且数量越多，维持螺旋流型的流量范围越大。周向沟槽数量增加导致螺旋破碎流型初始形成转速降低，而径向沟槽始终维持在较低转速。随着沟槽数量增加，螺旋破碎流型操作流量范围显著增加，尤其是径向沟槽。径向沟槽盘上螺旋破碎流型的Rej值最大可达17 486，超过周向槽盘的上限值12 823，且相应条件下的α值分别为444.5与815，表明径向沟槽盘上的螺旋破碎流型流量范围更广，螺旋波破碎所需要的离心力更低。实验介质黏度增大后，槽盘结构在较低Rej范围内，临界转变速度相比光盘更高，完全铺展所需转速更高。实验介质为50wt%甘油时，光盘维持螺旋破碎流型的Rej值小于1318，即螺旋破碎流型存在范围相比其他结构更窄。槽盘结构在较高Rej范围内，沟槽类型与分布对于流型转变的影响减弱，径向沟槽比周向沟槽效果更好。本研究为利用非平整表面调控转盘反应器的液膜流动行为，进而改善其微观混合与反应性能提供了可借鉴的理论与应用基础。

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26. 富氧燃烧条件对加热炉板坯加热过程的影响

陆彪王行银胡青云陈燕陈德敏高靖

过程工程学报 2024, 24 (7): 805-814. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223306

摘要（193）

HTML （4）

PDF （4324KB）（295）

富氧燃烧具有提高理论燃烧温度、降低过剩空气系数和增强烟气辐射能力等优点，因此成为工业炉窑领域研究的热点。为了获得富氧燃烧布置形式及氧气体积分数对加热炉热工特性及板坯加热过程的影响，以某钢厂2250机组步进式加热炉为研究对象，建立了两种富氧布置形式(JC-1和JC-2)的燃烧模型，利用数值模拟研究了氧气体积分数从21vol%变化到49vol%时加热炉热工特性与板坯加热特性的变化。结果表明，JC-2工况的富氧燃烧布置形式优于JC-1工况；氧气体积分数为21vol%~37vol%时，加热炉板坯出炉温度、炉膛热效率的增长速率较高，因此37vol%为富氧燃烧最佳氧体积分数。本研究可为现有加热炉实施富氧燃烧改造提供参考。

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27. 多级挡板对横流鼓泡床颗粒停留时间分布影响的数值模拟

屠楠王驰宇刘晓群刘家琛方嘉宾

过程工程学报 2024, 24 (9): 1047-1057. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224030

摘要（192）

HTML （6）

PDF （4507KB）（85）

基于欧拉双流体模型耦合组分输运方程对三维横流矩形鼓泡流化床内气固两相流动行为进行了数值模拟，在挡板数1~13范围内探究了挡板形式(溢流板、底流板和侧流板)对颗粒流动状态及停留时间分布的影响规律。使用颗粒再循环率ˉR评估了流化床内腔室间的颗粒输运行为。结果表明，三种挡板形式均能提高床内颗粒停留时间的均一性，减弱颗粒返混，且颗粒流动随挡板数量增加趋于平推流，增加挡板数量有利于延长颗粒平均停留时间；采用侧流板可使床内形成横向固含率梯度，而底流板则使各腔室内出现“左低右高”的局部固含率梯度，表明挡板形式影响了颗粒输运行为的驱动力；此外，溢流床具有更高的颗粒再循环率，颗粒逆流现象严重，侧流板和底流板则能更好调节腔室间的颗粒输运行为，三种挡板形式下的颗粒再循环率均随挡板数量增加呈现降低趋势，而挡板数量对底流床的颗粒再循环率影响更大。

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28. 电子级HEA制备中痕量钠钾离子吸附及过程模拟

陈寿天宝张凯许振良程亮徐孙杰魏永明

过程工程学报 2024, 24 (7): 843-851. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223313

摘要（191）

HTML （3）

PDF （3269KB）（75）

丙烯酸羟乙酯(HEA)是一种应用广泛的化工原料，目前电子级HEA分离纯化的研究文献报道较少。本工作采用离子交换树脂吸附方式，在去除Na+和K+的同时避免了HEA自身高温环境下发生聚合降低产品纯度的问题。通过树脂静态吸附实验，拟合得到HEA中Na+和K+的动力学模型及特性；通过比较Langmuir等温吸附模型与Freundlich吸附模型的拟合度，选择拟合度更好的Langmuir模型，并由此得到的Langmuir等温吸附线获得Na+与K+树脂最大吸附量。通过动态吸附实验获得Na+及K+在该树脂上的穿透曲线，并通过Aspen Adsorption模拟动态吸附过程，得到床层工作状态与吸附时间的关系，实验值与模型值符合良好。因此，模拟结果为电子级HEA的应用提供了相关参数及数据支持。

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29. 催化裂化工业再生器底部气流分布与优化

卢玲玲王凤王慧公茂明张香平

过程工程学报 2024, 24 (7): 763-771. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223302

摘要（190）

HTML （3）

PDF （4904KB）（89）

为了提升催化裂化再生器底部主风速度径向分布的均匀性，改善再生器中部及以上区段的气固混合状态，采用计算流体力学(CFD)的方法对某50万吨/年催化裂化再生器底部进行了单相流模拟，获得了再生器底部的主风流动状态。结果表明，现有工业再生器底部气体分布器上方区域气相速度径向分布严重不均。在此基础上，研究了不同进风速度、倒锥结构和分布板孔径对气相速度分布均匀性的影响。发现改变主风入口处倒锥的高径比和倒锥距气体分布器的竖直距离对气体分布器出口气体速度径向分布均匀性无明显影响；增大主风分布器的限流孔孔径，分布器上方区域气相速度径向分布的均匀性得到改善，且孔径为18 mm时，主风气体分布效果良好。

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30. 卧式混合器新型桨叶结构及其混合特性分析

李申谢林生李果王玉马玉录

过程工程学报 2024, 24 (8): 875-883. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223364

摘要（188）

HTML （8）

PDF （3092KB）（151）

对卧式混合器的桨叶结构进行开发，采用主、副叶片组合式的结构设计以提升混合器的混合效果。采用计算流体力学软件Polyflow探究了混合器的混合特性，分析了桨叶转速对混合器混合性能的影响，采用混合指数、分离尺度、平均拉伸率、对数拉伸率和累积解聚功表征了混合器的分散和分布混合能力，通过可视化实验验证了模拟结果的可靠性。结果表明，模拟结果与可视化实验结果呈现出一致性，新型桨叶结构的混合器内物料流动类型以剪切流动为主体，占比约85%，流场内平均拉伸率和平均对数拉伸率始终为正值表明其具有较好的分布和分散混合能力，桨叶转速的提高对流场内物料的流动类型影响较小，但能有效提高混合器的分布混合和分散混合的性能，当桨叶转速从30 r/min提高到120 r/min，混合器的横向分布混合平均分离尺度下降了50%，平均拉伸率提高了300%，平均累积解聚功提高了1500%。

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31. 带热回收的闪蒸级联热泵干燥系统性能分析

杨惠鹏叶楷陈龙祥

过程工程学报 2024, 24 (10): 1230-1240. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224029

摘要（188）

HTML （4）

PDF （2010KB）（54）

针对传统单级热泵的效率随着温升要求的提高急剧恶化及辅助冷凝器余热直接排出造成巨大能源浪费的问题，本工作结合干燥过程前期较低温度干燥对物料烘干品质的提升具有促进作用的特点，提出了带热回收闪蒸级联热泵干燥系统(HR-FCHP)。本工作建立了热力学模型，采用文献中的数据进行验证，并对系统进行了全面的热力学分析，同时将所提系统与单级热泵干燥系统(SSHP)、基础闪蒸级联热泵干燥系统(FCHP)和并联冷凝器热泵干燥系统(PCHP)在相同的运行工况下依次进行对比。结果表明，较于SSHP, FCHP和PCHP系统，所提出的HR-FCHP系统具有更高的节能效果和干燥效果，其系统能效比(COPh)和单位能耗除湿量(SMER)为5.40与4.31 kg/kWh，与SSHP, FCHP和PCHP系统的COPh和SMER相比分别高出53.85%和65.77%、33.00%和20.73%以及7.14%和9.40%。此外，所提HR-FCHP系统的初始投资成本(CIC)最低，为6.64万元，该系统的生命周期成本(CLCC)分别比SSHP, FCHP和PCHP系统降低了69.86%, 40.92%和8.57 %。

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32. 基于卷积神经网络的偶联反应催化剂及速率常数预测方法

杨婷董亚超都健

过程工程学报 2024, 24 (7): 833-842. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223308

摘要（187）

HTML （5）

PDF （1461KB）（35）

交叉偶联反应是现代有机合成中碳-碳键生成最有效的方法之一，有效地对催化剂进行筛选、优化对于提高药物、精细化学品的研发效率有重要作用。针对Suzuki-Miyaura及Buchwald-Hartwig交叉偶联反应建立了基于有机反应数据库的卷积神经网络模型及相关方法，用于适宜反应的催化剂(含配体)预测和速率常数预测，同时基于随机森林算法建立对比模型。结果表明，基于卷积神经网络的催化剂预测模型在Suzuki-Miyaura交叉偶联反应数据集中前三准确率达85%，在Buchwald-Hartwig交叉偶联反应数据集中前三准确率达92%，能够正确推荐反应催化剂。获得模型推荐的催化剂后，基于催化剂的结构特征使用ECFP4分子指纹及K-Means算法对反应进行聚类分析，在此基础上进行反应速率常数预测。将催化剂文本生成随机数字标签，与反应物、产物的ECFP4分子指纹进行拼接，形成描述整个反应的反应指纹作为模型的输入。为划分为3个聚类的数据集与原数据集分别建立速率常数预测模型并进行对比。结果表明，在两类交叉偶联反应数据集上使用聚类方法的速率常数预测模型性能有显著提高。基于卷积神经网络的交叉偶联反应催化剂及速率常数预测方法有望应用于其他有机合成反应，并进一步将形成的模型用于反应条件控制及优化。

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33. MTO副产C5+混合烯烃催化裂解制乙丙烯流程模拟

苟荣恒殷梦凡郑涛朱家伟张睿刘海燕刘植昌孟祥海

过程工程学报 2024, 24 (12): 1407-1416. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224127

摘要（187）

HTML （2）

PDF （836KB）（47）

甲醇制烯烃(MTO)是生产乙烯和丙烯的重要方式之一，混合烯烃是MTO工艺的主要副产物。MTO副产C5+混合烯烃在国能新疆化工有限公司目前仅低值售卖，未得到有效利用。为探寻MTO副产C5+混合烯烃的高值利用途径，本工作对混合烯烃进行组成和物性测试，发现混合烯烃中C5~C8烯烃的含量在80wt%以上，此外还含有少量烷烃、芳烃和含氧化合物。利用固定床实验装置开展混合烯烃催化裂解实验，在0.1 MPa、620℃、质量空速3.53 h-1的条件下，乙烯和丙烯收率分别为15.31wt%和26.94wt%。结合MTO工业装置流程，本工作设计了混合烯烃催化裂解制乙丙烯的工艺流程，基于Aspen Plus软件进行流程模拟，并对能耗较高的精馏塔进行操作参数优化。发现凝液汽提塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为24, 12, 1.2，脱丙烷塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为20, 10, 0.4，脱乙烷塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为28, 9, 3.4，乙烯精制塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为50, 21, 7.5，丙烯精制塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为54, 29, 5.7，轻烃分离塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为12, 7, 0.8，最终得到产品纯度为99.9wt%的乙烯和产品纯度为99.6wt%的丙烯。经济潜力分析结果表明，与直接低值售卖相比，混合烯烃进行催化裂解所得产品收入为初始收入的1.3倍。

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34. 化工过程预警的CNN-LSTM耦合模型研究

崔劲松贾波李学盛王亚茹李海航王海宁包其富

过程工程学报 2024, 24 (8): 937-945. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223280

摘要（184）

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PDF （1184KB）（160）

针对化工过程参数的实时性、多维性、非线性，以及化工流程复杂、互相干扰项多、预警方法单一等情况，本工作提出了一种针对化工过程异常工况的深度学习回归预测与ADF (Augmented Dickey-Fuller)检验相耦合的预警模型。在对缩合反应的超温异常工况监测预警分析中，使用卷积神经网络和长短期记忆网络(Convolution Neural Network-Long Short-Term Memory, CNN-LSTM)模型实现了对未来400 s内过程重要参数的预测。同时利用ADF检验，对该时段的重要参数进行趋势检验。当结果为趋势不稳定，并且CNN-LSTM模型预测到某时刻重要参数超过警戒线，再对安全人员发出警报。结果表明，本工作所提出的方法在检测到过程参数不平稳后，分别以模型拟合优度(R^2)为0.9827和0.9882的情况下提前18和16 s预测到异常工况的发生，从而实现化工过程异常工况的提前预警，对实现化工过程安全运行进行了有利探索。

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35. N₂和CO₂气氛下菱镁矿热分解的动力学机理

马晓宇刘波陈功范丽华王德喜

过程工程学报 2024, 24 (8): 946-954. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223345

摘要（179）

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PDF （4143KB）（112）

为解决轻烧氧化镁回转窑能耗高、环保性差、生产效率低的问题，研究者提出了新型焙烧炉，其具有良好的节能潜力，为了进一步优化结构及生产过程，需要更深入地了解菱镁矿的热分解动力学特性。本研究基于菱镁矿焙烧工业实际生产中炉窑内气相成分考虑，采用TG-DTA热分析技术研究了菱镁矿在N2和CO2气氛下的热分解动力学行为。结果表明，菱镁矿在N2气氛下的热分解动力学过程先后经历相边界反应收缩柱状机理和随机成核生长机理两个阶段，而CO2气氛下的动力学过程包含三个阶段，涉及随机成核生长机理和相边界反应收缩球状机理两种机理模式。进一步分析认为CO2对菱镁矿热分解过程的影响具有双面性，一方面使反应活化能增大，增高分解反应温度；另一方面能诱导产物CO2成核生长，使分解反应速率对温度的变化更加敏感。本研究揭示了N2和CO2气氛下菱镁矿热分解的动力学机理，对优化新型焙烧炉提供了数据支持，具有重要的工程应用前景，也能够为进一步的研究提供参考，推动菱镁矿加工领域的技术进步和持续性发展。

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36. 基于界面固相反应的软磁复合铁芯成分定制策略及磁性能优化研究

王锐孔辉王海川周乐君樊希安吴朝阳

过程工程学报 2024, 24 (10): 1196-1207. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223366

摘要（179）

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因具有高饱和磁化强度、高磁导率和相对较低的磁芯损耗等优异性能，软磁复合铁芯被认为是最具发展潜力的电磁转换器件。但软磁复合铁芯的能量损耗和导磁性作为保证电磁器件有效运行的关键性能参数，却往往呈制约关系。因此，通过调控粉末基体与包覆层分布特征，增加软磁复合铁芯内部的铁磁填充因子，实现绝缘层的原位包覆，有助于达到同时限制能量损耗和提高导磁性的目的。本工作设计了一种新的界面固相反应策略，首先通过水热法将乙酸钙均匀地包覆在Fe-Si-Al软磁合金粉末表面，再利用热压烧结制备Fe-Si-Al基软磁复合铁芯，研究了烧结温度和包覆层相变对制备的软磁复合铁芯形貌、微观结构和磁性能的影响。结果表明，通过水热法乙酸钙被成功包覆在Fe-Si-Al合金粉末表面，形成了以Fe-Si-Al合金粉末为核、乙酸钙为壳的核壳异质结构；烧结温度的提高消除了软磁复合铁芯内部的孔隙，促使绝缘层发生从乙酸钙到碳酸钙再到Al2O3?SiO2?CaSiO3的转变，最终为软磁复合铁芯提供了高质量的复合绝缘层；在850℃下高温烧结制备的软磁复合铁芯绝缘包覆层致密均匀，磁稀释效应被降到最低，在10 mT、100 kHz时拥有最高的磁导率(67.2)、最低的损耗(9.24×10-5 kW/cm3)和相对更高的饱和磁化强度(129.0 emu/g)，综合性能最优，为制约传统软磁材料中导磁性与损耗间的反向关系提供了解决方案。因此，基于有机盐类化合物热分解氧化的绝缘包覆方法有望成为基于界面固相反应工程的软磁复合铁芯性能优化策略的重要补充。

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37. 本期封面和目录

过程工程学报 2024, 24 (11): 0-.

摘要（178）

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38. 三维中空多孔Mn₂O₃纳米球设计制备及储锌性能提升研究

韩世昌余水华张韩方章泽恺楚化强

过程工程学报 2024, 24 (11): 1354-1363. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224052

摘要（175）

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Mn2O3作为水系锌离子电池(AZIBs)的正极材料，因其卓越的储能潜力受到研究者广泛关注。然而，其应用受到材料体积膨胀和锰溶解造成的可逆性较差等因素的制约。针对这些挑战，本研究通过水热法和热处理工艺，成功制备了具有独特三维中空多孔结构的Mn2O3纳米球。这种独特的三维中空多孔结构赋予了Mn2O3更大的比表面积和更优越的离子扩散通道，从而使其具备出色的储锌性能。研究结果表明，在0.1 A/g的电流密度下，Mn-450-2h电极材料展现出高的比容量，达636 mAh/g，在经历了50次充放电循环后其比容量仍保持在330 mAh/g。同时，在0.5 A/g的电流密度下，Mn-450-2h电极材料经过500次循环后，放电比容量能够稳定在100 mAh/g。此外，对电化学储锌机制的详细分析揭示了材料的物理化学特性与其电化学性能之间的关系，为构建先进的锰基氧化物电极材料提供了新的视角和方向。

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39. 分界面高度对重力式油水分离器分离效果的影响

丁鰲榜王宗勇徐占华王丁马立勋孙铭

过程工程学报 2024, 24 (10): 1158-1165. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224011

摘要（170）

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重力式油水分离器内分界面高度决定了油水两相的体积占比，影响分离器内油水两相的上浮或沉降的高度，对分离效果具有直接影响。为探究分界面高度对重力式油水分离器分离效果的影响，采用Fluent软件对不同进口流速、不同水相出口流量占比下的分离效果进行了数值模拟研究。结果表明，分界面高度随水相出口流量占比增加而降低，入口含油率越低，分界面高度降低速度越快；随着分界面高度降低油相出口含油率逐渐增加，当分界面处于分离器轴线附近时分离效果最佳，不同入口流速下油相出口含油率可达97%~98%；随着分界面高度降低，分离器整流板后方的高速区域逐渐下移且速度梯度逐渐减小，提高了聚结构件内的速度均匀度，降低了径向速度对油相出口的影响，进而提高了分离效果。

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40. 矿物基胶凝材料对酸性重金属污染土壤原位修复

李圣军李家茂华磊李正昊徐亮樊曦樊传刚

过程工程学报 2024, 24 (9): 1120-1126. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223344

摘要（169）

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针对向山3#塘土壤Cu和Mn重金属超标和pH低等问题，以矿物基复合胶凝材料作为胶结材料，制备了一系列原位淤泥固化试样，研究固化剂掺量对淤泥固化试样无侧限抗压强度、抗渗透性能、pH值、重金属浸出的影响，并对污染土壤原位修复的机制进行初步探讨。结果表明，当固化剂掺量为7.5wt%时，淤泥固化试样(28 d)的无侧限抗压强度为1.03 MPa，使得3#塘淤泥质土壤具有一定的强度，可进行资源化利用。试样渗透系数为1.436×10-5 cm/s，其浸出液中Cu和Mn离子含量分别为0.058和0.021 mg/L，浸出浓度远低于标准限值，离子的固定率分别为96.13%和99.90%。pH增大和水化产物C-S-H、AFt的生成可以有效地改善土壤中Cu和Mn离子的稳定效果。

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