过程工程学报

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1. 金属钒的制备方法综述

卢伟亮张盈孙沛郑诗礼乔珊张洋李平张懿

过程工程学报 2021, 21 (10): 1117-1131. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220294

摘要（399）

PDF （4507KB）（112）

金属钒性能特殊，素有“工业味精之称”，在冶金、化工、航空、能源、原子能等领域应用广泛。金属钒属于稀有高熔点活泼金属，其高纯金属制备困难，目前主流的制备方法为铝热还原钒氧化物制备粗钒与粗钒真空熔炼提纯的联合工艺，该法能耗高、钒收率低。基于钒氧化物和钒氯化物的热力学性质，研究者还提出了诸多含钒前驱体还原制备粗钒及粗钒精炼制备高纯钒的方法，具体包括钙热还原、镁热还原、真空碳热还原、硅热还原、碳热还原-氮化热分解、熔盐电解脱氧等粗钒制备方法，及熔盐电解精炼、碘化物热分解、固态电迁移等粗钒精炼方法。本工作对上述粗钒制备及粗钒精炼涉及的十余种方法开展了较全面的综述，论述了这些方法的基本原理、技术特点、效果及问题等，以期为高纯金属钒的新制备技术研发和技术升级提供全面的参考依据。

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2. 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（257）

PDF （972KB）（119）

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。

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3. 脂肪伯胺的合成及工业化研究进展

潘嘉晟王耀锋马爽爽孙瑞仝育婷丁其达张锐

过程工程学报 2021, 21 (8): 905-917. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220235

摘要（230）

PDF （1360KB）（112）

有机胺在化工、医药、生命科学等领域有着广泛的应用，可作为染料、日用品原料以及抗生素、生物碱、临床医学药物等。在众多胺类化合物中，伯胺是最基础的结构单元，其应用在胺类化合物中也最为广泛。随着经济社会的快速发展与人们生活质量的提高，伯胺，尤其是脂肪伯胺的市场需求量与日俱增，脂肪伯胺的合成及工业化制备已成为一个重要领域。经过了数十年的发展，脂肪伯胺的生产技术已经取得了巨大的成果，但仍然存在一些问题，例如苛刻的反应条件、催化剂性能不足、污染严重、工艺复杂等。本文以脂肪伯胺的工业生产以及热点制备方法为研究对象，针对工业上制备脂肪伯胺的工艺进行了汇总归纳(包括卤代烃胺化法、醇还原胺化法，腈加氢还原法、烯烃直接胺化法、羧酸胺化法等)，并举例说明各制备方法在工业生产中的实际应用，分析比较各工艺方案的优劣，并对当前的研究热点——通过羰基还原胺化制备脂肪伯胺的方法进行了研究进展的阐述，指出该制备方法在未来工业应用的潜力与挑战。

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4. 微分散法连续制备微气泡的研究进展

谢冰琪周才金黄小婷马向东张吉松

过程工程学报 2021, 21 (8): 865-876. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220341

摘要（204）

PDF （9216KB）（74）

微气泡的尺寸介于1~1000 μm之间。相比于传统大气泡，微气泡具有体积小、比表面积大、上浮速度慢和传质效率高等优点，被广泛应用于石油、化工、食品、化妆品、医学和废水处理等领域。相比于传统的微气泡制备方法，气液微分散法制备微气泡生产效率高、可控性好、灵活性高和易于放大，受到了学者们的广泛关注。鉴于微气泡的广泛应用，快速准确的对气泡的大小和尺寸分布的表征也至关重要。本工作对常用的微气泡尺寸表征方法进行了归纳总结，比较了不同的微气泡制备方法的优缺点，并重点阐述了微通道法和膜分散法制备微气泡的研究现状。在此基础上对微分散法制备微气泡的未来研究方向进行展望。

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5. 水系镁离子电池正极材料MgMn ₂O ₄的制备

李万全张豆豆邓书晴袁梦婷苌云兰钱兵孙雅馨

过程工程学报 2021, 21 (9): 1091-1098. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220218

摘要（198）

PDF （1936KB）（55）

采用溶胶-凝胶法制备得到了主相为四方结构的MgMn2O4。研究了煅烧温度对产物的相演化和表面形貌的影响，比较了电化学循环稳定性。结果表明，550℃烧结得到了表面呈现多孔通道和孔洞的MgMn2O4 (MMO550)，在40 mA/g电流密度下，最大放电比容量为54.0 mAh/g; 与碳纳米管于400℃复合2 h后，CNT形成的导电网格有效地将MgMn2O4颗粒连接起来，得到MMO/CNT样品的首次放电比容量可达118.0 mAh/g，是未复合MMO550最大放电比容量的2.2倍，循环30周后容量保持在88.1 mAh/g。

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6. 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（195）

PDF （1447KB）（224）

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。

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7. 盐酸在黄铜矿表面吸附机制的第一性原理计算

李小亮田国才

过程工程学报 2021, 21 (7): 836-846. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220175

摘要（194）

PDF （4635KB）（84）

采用第一性原理对盐酸在黄铜矿表面不同位点的吸附及反应机理进行研究。结果表明，黄铜矿(001)-S表面重构后形成了二硫化物S22?。盐酸以解离形式在黄铜矿的(001)硫终止面(001)-S上吸附，浸出过程中H+在黄铜矿(001)-S表面上S位点的吸附都会破坏黄铜矿表面所形成的S22-。Cl-的吸附对黄铜矿(001)-S表面结构也会造成一定的破坏，吸附过程中H+和Cl-与黄铜矿表面发生化学反应生成了FeCl2和H2S，这些都有利于黄铜矿的浸出。

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8. 乙烷裂解制乙烯过程反应动力学模型的研究进展

王娟徐皓晗解凯余海艳

过程工程学报 2021, 21 (7): 752-761. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220208

摘要（194）

PDF （919KB）（94）

随着乙烯工业的不断发展及能源结构的不断调整，裂解乙烯原料呈现多样性。近年来，乙烷裂解制乙烯技术逐渐成为工业生产的热点。乙烷作为乙烯生产的优选原料，不仅具有收率高、纯度高、质量高的产品优势，同时具有投资低、成本低、能耗低的生产优势。作为裂解炉模拟的核心，研究乙烷裂解过程中的反应动力学模型可为工业生产提供精准预判。随工业应用范围的逐步扩大，该领域的理论研究也将迎来新的高潮。本工作对乙烷裂解的工艺优势、乙烷裂解反应动力学模型及结焦反应动力学模型的研究现状进行了总结。裂解反应动力学模型被分为经验模型、机理模型、分子反应动力学模型，结焦反应动力学模型被分为催化结焦、自由基结焦。针对未来的研究方向提出了新的展望，认为经验模型在裂解炉自动控制中的应用、自由基反应动力学模型的深入研究、乙烷与其他原料的共裂过程、裂解反应动力学与CFD技术的融合及基于多种生成机理建立结焦反应动力学模型五个方面将是今后需要关注的领域。

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9. 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（186）

PDF （790KB）（77）

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。

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10. 气固两相流内中空多孔催化剂性能的数值模拟

吴秋莹孔令凯徐骥葛蔚袁绍军

过程工程学报 2021, 21 (7): 774-785. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220229

摘要（182）

PDF （1864KB）（196）

气固流态化过程中流体和颗粒分别聚集，形成稀密两相，严重限制其传质效率和反应速率的提高。针对此问题，本工作设计了一种中空多孔结构的催化剂颗粒，通过模拟方法研究该颗粒对稀密两相气相传质与反应的影响，及其在稀密相间转换的时间尺度。结果表明，一定的流动强度时，在颗粒稀密相转换的时间尺度内，中空多孔结构的颗粒能够有效地在稀相存储反应气体，并在密相释放，为密相提供额外的反应气体，增强体系的整体反应效率。当催化反应速率高于传质速率时，在所研究的流动条件下中空多孔颗粒体系的反应效率比实心球形颗粒体系高出26.92%~29.55%。可以预见在稀密相分布更广的大型气固流化床反应器中，中空多孔结构的催化剂颗粒能够更为有效地提高反应器的整体效率。

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11. V含量对Ti-V复合微合金钢组织和力学性能的影响

陈子豪张可付锡彬李昭东张熹章小峰孙新军钱健清

过程工程学报 2021, 21 (7): 827-835. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221107

摘要（176）

PDF （2490KB）（42）

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)及物理化学相分析法等技术研究了 V含量对Ti-V复合微合金钢在不同卷取温度下组织和力学性能的影响。结果表明，两种Ti-V复合微合金钢在500~650℃卷取时，组织均由多边形铁素体和珠光体组成，增加V含量会抑制珠光体的形成；500~650℃区间卷取时，增加V含量使均匀延伸率和总延伸率有一定程度降低，而抗拉强度和屈服强度显著提高，卷取温度对均匀延伸率和总延伸率的影响不大，在600℃卷取时，两种实验钢的综合力学性能均达到最佳；V含量的增加使得在600℃卷取时尺寸小于10 nm的(Ti, V)C粒子数量显著增加，高钒钢的析出强化增量σp在183 MPa左右，其强化机制主要为沉淀强化和细晶强化，V含量是影响Ti-V复合微合金钢的沉淀强化增量和屈服强度的主要因素。

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12. 硅类物质在铁水脱磷过程中的影响特征

孙国斌向晓东

过程工程学报 2021, 21 (8): 944-950. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220183

摘要（174）

PDF （663KB）（24）

为探索硅类物质对铁水脱磷的影响，分别利用硅铁和SiO2配制不同硅/SiO2含量的铁水和脱磷剂，研究其对脱磷率的影响。同时，为了解渣?铁体系中不同硅类物质作为初始条件时的铁水脱磷特征，选取了脱硅反应所涉及的三种硅类物质(硅铁、SiO2和CaSiO3)作为铁水或脱磷剂添加物进行铁水脱磷取样实验，并对各实验中磷的总传质系数进行计算。结果表明，在温度为1400℃、铁水含磷0.3wt%的条件下，当铁水初始硅含量在0.4wt%时，能够获得超过90%的脱磷率。而脱磷剂中初始SiO2含量对脱磷率的影响并不明显。此外，在硅、SiO2和CaSiO3物质的量相同的条件下，使用含CaSiO3脱磷剂的铁水脱磷实验能够获得更高的磷的总传质系数。

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13. 烯烃和CO ₂直接合成环状碳酸酯的催化剂研究进展

胡启鲁赵国英于彩虹

过程工程学报 2021, 21 (7): 762-773. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220195

摘要（172）

PDF （1372KB）（49）

利用丰富且价廉易得的烯烃和CO2直接反应可提供一种经济安全环保的高附加值环状碳酸酯生产工艺，具有减少CO2 排放、缓解温室效应等优点。本工作以一步氧化羧化、顺序氧化羧化以及羟溴化羧化三种方法为主线，综述了近年来烯烃和 CO2直接制备环状碳酸酯相关催化剂的研究进展，包括用于氧化羧化反应的催化剂，主要是同时具有烯烃环氧化催化功能和 CO2羧化功能的多组分组合催化剂和多活性位点的单一催化剂，如金属氧化物、金属配合物、离子液体、改性分子筛、金属有机骨架化合物等；以及作用于羟溴化羧化反应的含Br-, I-阴离子的卤代试剂-无机/有机碱脱质子试剂组合催化剂。同时对未来烯烃和CO2制备环状碳酸酯反应的催化剂的设计及工艺开发进行了展望。

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14. 本期封面和目录

过程工程学报 2021, 21 (11): 0-.

摘要（171）

PDF （1389KB）（149）

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15. UiO-66基催化剂的制备及其在CO甲烷化中的应用

杨永徐永张光晋

过程工程学报 2021, 21 (9): 1074-1081. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220314

摘要（170）

PDF （2432KB）（51）

煤制天然气技术具有良好的经济和环境效益，其中CO甲烷化是煤制天然气过程的重要环节之一。本研究以UiO-66材料为载体制备了一系列具有不同Ni负载量的Ni/UiO-66催化剂，采用XRD, BET, TG, SEM, TEM, XPS等表征方法对载体和催化剂的物相结构、织构性质、热稳定性和元素分布情况进行考察，并对各催化剂上CO加氢性能进行了考察。研究结果表明，Ni金属高度分散于UiO-66载体上，且对金属有机骨架材料的物相结构和晶体形貌无显著影响。在CO甲烷化反应过程中，随Ni负载量逐渐增加，各Ni/UiO-66催化剂的起活温度逐渐降低；在相同反应温度(320℃)下，不同催化剂上Ni负载量由10%增加到30%，其CO转化率由10.7%提升到89.7%；当Ni含量为20%时，催化剂在反应过程中具有良好的稳定性。同时，Ni基催化剂上CO转化率远高于具有相同金属负载量的Fe基和Co基催化剂，表明Ni作为活性金属在合成气制甲烷反应过程中具有优异的催化性能。

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16. 分级多孔碳的制备及其在超级电容器中的应用

崔颖刘威肖赛君

过程工程学报 2021, 21 (8): 895-904. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220187

摘要（169）

PDF （812KB）（61）

超级电容器因其高功率密度、超高速充放电、高稳定性等突出特点在电化学储能装置中引起人们极大关注。在当前开发的电极材料中，碳材料因其良好的导电性、孔隙率及形貌可调等特点备受青睐。传统的单一微孔碳材料具有较大的比表面积，但存在利用率低、孔道堵塞、电阻较大等问题。针对上述问题，研究人员对分级结构多孔碳材料开展了广泛的研究。本工作通过分析调研国内外相关文献，详细评述了现有分级多孔碳材料制备方法，简要介绍了各方法的原理和优缺点，同时对分级多孔碳应用于超级电容器时的性能改进方法进行了总结，并展望了其未来发展方向，为将来分级多孔碳的进一步研究提供参考。

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17. 气体水合物生成过程强化方法研究现状

赵奇陈朝阳夏志明张郁徐纯刚李小森

过程工程学报 2021, 21 (9): 993-1002. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220296

摘要（168）

PDF （1562KB）（82）

气体水合物因其特殊的物理化学特性，已被气体分离、二氧化碳捕集与封存、海水淡化、气体储运等诸多领域学者广泛研究。但气体水合物生成条件较为苛刻、生成速率及储气能力较商业化应用还有较大差距。本工作从气体水合物生成条件、生成速率、储气能力等角度，分别综述了机械强化、外场作用、添加剂等强化方法对气体水合物生成过程的强化原理、技术特征及其研究现状；综合比较分析了各种强化方法的优势及存在的问题；展望了各强化方法的未来发展方向及其适用领域；特别是针对气体水合物法海水淡化的技术特征和关键问题，提出以外电场强化气体水合物法海水淡化过程的新思路。

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18. 单组元推力器固定床催化分解反应工程基础

侯宝林李雪王文涛卢婷丛伟民王浩龙高德扬黄传德单继宏夏连根王晓东张涛

过程工程学报 2021, 21 (10): 1142-1155. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220304

摘要（165）

PDF （2128KB）（82）

自20世纪60年代肼类化学单组元推力器诞生以来，液体单组元推进技术在卫星轨控、火箭姿态调整和应急动力系统中得到了广泛应用。化学单组元推进技术关键是高能液体化学推进剂在颗粒固定床内催化分解反应过程。由于其化学反应过程的复杂性，目前该类推进技术开发不考虑化学反应工程本质，以热能和空气动力学工程理论为基础，通过大量耗时耗力推力器热实验完成。本工作从化学反应工程角度出发，论述了化工热力学、催化反应动力学、单颗粒催化剂内扩散?反应、催化剂纳微孔道内流体?反应以及在固定床宏观多孔介质中和颗粒堆积形成的介观复杂几何结构内流动?传递?反应的耦合理论，且在化学单组元推进系统中推进剂能量设计，催化剂结构和催化分解固定床设计中的应用。本工作给出了单组元推进技术中相关催化反应工程理论基础，有望为新型绿色化学单组元推进技术的开发提供推进剂配方，为催化剂合成以及分解固定床的设计提供理论基础。

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19. 稀释水掺混用薄板式静态混合器结构设计与优化

逯建秋陈家庆刘文津罗权丁国栋王小平

过程工程学报 2021, 21 (10): 1196-1206. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220322

摘要（164）

PDF （2902KB）（73）

稀释水掺混是油田或炼油厂原油电脱盐系统的关键环节，直接影响电脱盐的效率和运行能耗。为进一步简化设备结构、助力系统降本增效，提出将薄板式静态混合器应用于稀释水掺混环节。在对薄板式静态混合器进行初步结构设计的基础上，对油水混合情况进行计算流体动力学(CFD)三维数值模拟，以离析强度的平方根(IOS0.5)、管路压降(Δp)等作为评价指标，考察了注水管长度、注水管?弯曲薄板间距、弯曲薄板导向位置、弯曲薄板厚度四个结构参数对油水两相混合程度及运行能耗的影响。以混合管路内径D为基准参照，借助响应曲面法(RSM)对关键结构参数进行优化，并对最优结构参数组合下的混合性能进行预测。优化所得最优结构参数组合为注水管长度为1/3D、注水管-弯曲薄板间距为4/25D、弯曲薄板导向位置为1/8π、弯曲薄板厚度为1/25D，结构优化后的IOS0.5相比优化前降低了43.06%。定性分析薄板式混合器内的水相速度云图和流线图可知，当注水比为2%时，油水两相在注水管下游3D处即可达到均匀混合状态，可见薄板式静态混合器能够在小注水比下快速实现油水均匀混合。

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20. 大孔拟薄水铝石和γ-Al ₂O ₃载体制备研究进展

杨永佳张新昇李金张春光赵元生郑诗礼李平

过程工程学报 2021, 21 (10): 1156-1166. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220368

摘要（163）

PDF （4364KB）（66）

γ-Al2O3作为催化剂载体在炼油领域具有广泛应用。随着原油资源的重、劣质化，重油加工过程，如固定床渣油加氢、重油催化裂化，对其催化剂载体均提出了大孔要求以满足重油大分子在催化剂孔道内的传质扩散所需，因此，制备适用于重油加工的大孔γ?Al2O3载体受到越来越多的关注。γ?Al2O3性质主要决定于其前驱物拟薄水铝石，本工作综述了大孔拟薄水铝石的主要工业制备工艺，包括沉淀法、醇铝水解法等，并介绍了基于上述工艺所进行的γ?Al2O3载体扩孔研究，如pH摆动扩孔、添加扩孔剂扩孔及水热处理扩孔等。最后，展望了今后大孔拟薄水铝石和γ?Al2O3载体制备研究的重点和发展方向。

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21. 高导热苯乙烯丙烯酸树脂复合材料制备及导热性能

贾富华龚斌汪前雨朱多银崔彦斌

过程工程学报 2021, 21 (9): 1082-1090. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220263

摘要（163）

PDF （11921KB）（27）

苯乙烯丙烯酸树脂为墨粉主要组分，其导热性能提升可显著提高墨粉导热性能，进而延长打印、复印机使用寿命。通过在苯乙烯丙烯酸树脂中添加碳纳米管、石墨烯高导热单一或复合填料，在苯乙烯丙烯酸树脂构建连通导热网络以提高其导热性能。当苯乙烯丙烯酸树脂中添加0.75wt%多壁碳纳米管时，其导热系数可提高至0.1644 W/(m?K)，增幅为31.31%；添加1.0wt%羧基改性多壁碳纳米管时，苯乙烯丙烯酸树脂导热系数可提高至0.1751 W/(m?K)，增幅为39.86%；在苯乙烯丙烯酸树脂添加多壁羧基改性碳纳米管和石墨烯混合填料时，苯乙烯丙烯酸树脂导热系数可提升至0.2093 W/(m?K)，增幅达到67.17%。表明碳纳米管和石墨烯混合填料可在苯乙烯丙烯酸树脂中形成有效的导热网络，从而显著提高苯乙烯丙烯酸树脂导热性能。

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22. 典型有机磷类萃取剂在溶剂萃取中协同萃取的研究进展

张豪叶国华陈子扬谢禹左琪

过程工程学报 2021, 21 (7): 741-751. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220179

摘要（163）

PDF （1301KB）（64）

协同萃取作为溶剂萃取法的分支被广泛研究。对于协同萃取的机理探索，必须阐明协同效应产生的微观原因，并给出微观与宏观性质的联系，因此从分子的微观结构和内部运动认识协同萃取以及影响因素尤为重要。本工作重点综述了萃取剂之间、萃取剂与金属离子之间的协同作用机理以及影响其作用因素的研究进展，指出协同萃取的本质是氢键的形成导致萃取剂的结构与能量发生变化，进而提高了萃取效果。协同萃取主要包括两个方面，一是更容易生成稳定的萃合物从而提高萃取效率，二是利用萃取剂之间的差异提高分离性能。萃取系统的pH、不同萃取剂的组合及比例、萃取剂的浓度、中性磷类萃取剂的添加等诸多因素显著影响协同萃取过程，且各种因素之间存在交互。运用模拟计算进行理论性预测，通过实验进行验证，并且辅以现代分析化学方法进行表征，是今后化工研究领域行之有效的方法之一，理论推广实际，从而更好地指导生产。

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23. 管式固定床反应器柱状颗粒床层流体流动模拟与实验研究

朱梓瑞刘雪东蒋良雄顾宇彤彭涛殷俊杰刘梅华蒋威

过程工程学报 2021, 21 (9): 1022-1032. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220288

摘要（162）

PDF （4564KB）（123）

针对管式固定床反应器内管束数量多、规模大等特点，选取单个管束作为特征结构。对装填不同直径柱状颗粒的管束，采用程序坐标定位的方法，建立柱状颗粒床层的物理模型。采用DEM与CFD联合数值仿真方法，探究反应管内径与柱状颗粒的等比表面积球当量直径之比(管径比Di/dp)对柱状颗粒床层流体流动的影响，并建立单管固定床反应器试验台，采用差压测试方法进行实验研究。结果表明，当Di/dp由5.37增至12.75时，床层空隙率和流体分布均匀性均得到改善，壁面效应的影响由床层中心减弱到管壁。基于数值模拟及实验结果对Di/dp=12.75的柱状颗粒床层进行床层压降Ergun公式常系数修正，CFD模拟计算的结果与拟合公式吻合较好。研究结果能为固定床反应器压降预测提供参考。

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24. 液液旋流分离器的数值模拟研究进展

池燕妮孟祥海张睿刘海燕刘植昌

过程工程学报 2021, 21 (10): 1132-1141. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220262

摘要（162）

PDF （829KB）（63）

旋流分离器是近年来发展非常迅速的液液分离设备，其主要优点是高效、节能、占地面积少且成本低，工业应用广泛。数值模拟是液液旋流分离器研发与研究的重要手段。本工作系统地介绍了目前液液旋流分离器在数值模拟中的研究进展，详细地分析了数值模拟过程中旋流分离器模型的选择、几何结构和操作参数的改变对分离效率和流场的影响及最终的评价指标，并对几何结构和操作参数改变提出了见解，对液滴破碎和聚并、旋涡的数值模拟及开发新的公式评价分离效率进行了展望。

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25. 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（161）

PDF （2485KB）（62）

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。

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26. 甲醇制烯烃流化床内流化特性的多尺度CFD模拟

洪坤曹曼倩王文轩高亚男

过程工程学报 2021, 21 (9): 1012-1022. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221187

摘要（160）

PDF （2353KB）（97）

近些年，我国成功开发了以煤为原料的甲醇制烯烃(Methanol to Olefins, MTO)生产工艺和技术，带动煤制烯烃产业的快速发展，保障了国家能源安全。流化床式反应器是MTO工业生产的核心反应装置，通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法深入认知MTO流化床内的流化特性规律具有重要的意义，它可以从理论上更加准确地指导MTO流化床的优化与放大。本工作采用基于宏观?亚网格层次的气泡EMMS曳力和传统TFM耦合计算的多尺度CFD方法，对工业尺度MTO流化床内的多相流化行为进行了三维数值模拟。模拟结果表明，该多尺度CFD方法考虑了气泡结构对气?固相间曳力的影响，能较准确地预测MTO流化床内轴向颗粒浓度的“S-型”分布规律，且得到实验数据的验证；所预测的径向颗粒浓度分布呈现出经典的“环?核”分布规律，气体/颗粒的轴向时均速度在径向上的分布也与实际情况相互佐证，表明该多尺度CFD方法显著改善了基于均匀曳力的传统TFM对于宏观流场的预测能力。下一步工作将多尺度CFD方法拓展应用于MTO流化床优化放大及反应特性的研究。

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27. 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（159）

PDF （8880KB）（70）

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。

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28. Kenics型静态混合器内分散相液滴破碎和聚结过程的CFD-PBM数值模拟

王宗勇王亮孟辉波

过程工程学报 2021, 21 (8): 935-943. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220202

摘要（157）

PDF （1222KB）（45）

采用CFD-PBM耦合方法对Kenics型静态混合器内分散相油滴破碎及聚并行为进行数值模拟研究，分析了雷诺数、混合元件数、元件长径比等参数对分散相液滴粒径的影响，揭示了分散相在Kenics静态混合器内流动过程中液滴粒径的演化规律。结果表明，随雷诺数增大，分散相液滴出口粒径不断减小，并出现临界趋势；静态混合器的前几个元件段粒径下降较快，雷诺数越高，油滴破碎达到稳定粒径所需的流动距离越短，而元件数仅在较低雷诺数下对粒径有明显影响；相同雷诺数下元件的长径比越小，其出口粒径越小，且达到稳定所需流动距离越短。

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29. 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（155）

PDF （986KB）（171）

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。

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30. 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（155）

PDF （1137KB）（53）

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。

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31. 变温吸附碳捕集系统能效性能对标分析

陈丽锦邓帅王珺瑶赵睿恺赵力李双俊郭志昊

过程工程学报 2021, 21 (10): 1225-1235. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220264

摘要（155）

PDF （1581KB）（76）

准确且合理的能耗分析对碳捕集技术规模化发展至关重要，其既是碳捕集技术节能降耗的必要前期准备，也是碳捕集过程开展绿色化、清洁化性能评价的重要数据基础。因此，在对碳捕集过程的能源转换共性展开探索的同时，迫切需要面向工程实践的需求，形成易于操作的能效性能对标分析方法，从而保证对类型技术的性能认知可以在合理且统一的评价平台上进行归纳与比较。本工作基于对标分析(Benchmarking Analysis)方法，对变温吸附碳捕集(TSA)过程的能耗分析方法进行了阐述，包括流程、参数、模型等。研究了吸附温度和解吸温度对TSA能效性能结果的影响，演示并量化了该方法的可行性，重点对边界变化对评价结果的影响进行了讨论。提出的对标分析方法对碳捕集技术的能效性能对标评估给出了较具体的指导。

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32. 加压碳化体系对纳米碳酸钙粒度和分散性的影响

刘曦曦陈小鹏刘晨民史刘宾廖丹葵刘翠童张法

过程工程学报 2021, 21 (10): 1216-1224. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220278

摘要（152）

PDF （1720KB）（44）

利用加压碳化体系制备粒径均一、高分散性纳米碳酸钙材料。考察氢氧化钙浓度、表面活性剂添加量、反应温度、CO2压力对制备纳米CaCO3粒子尺寸和分散程度的影响，采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对制备的纳米碳酸钙粒子进行表征。结果表明，最优加压碳化反应条件是Ca(OH)2质量浓度为2%、表面活性剂添加量为3%(占碳酸钙理论产量的百分比)、反应温度为40℃、CO2压力为6 MPa，所得立方形碳酸钙平均粒径为117 nm，晶型为方解石型碳酸钙。碳化反应加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)使CaCO3表面形成的正电荷增大至+37.7 mV并高于标准值30 mV，表明制备的CaCO3产品具有良好的分散性且稳定。通过FT-IR和Zeta电位对CTAB改性前后CaCO3纳米粒子进行表征，探讨了CTAB对合成纳米CaCO3分散性的影响机理，为纳米碳酸钙制备提供了一种新的方法。

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33. 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（150）

PDF （1180KB）（80）

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V和Zn进入浸出液，Pb和Fe留在浸出渣中，所得浸出液可使用离子交换或萃取法分离V和Zn。浸出渣中含钒0.41wt%、锌0.61wt%、铁15.50wt%、铅47.70wt%，主要成分为PbSO₄和FeO(OH)，可返回火法炼铅系统。

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34. 电吸附-电沉积联合作用下的低浓度铜离子分离

胡美清金伟

过程工程学报 2021, 21 (8): 976-984. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220188

摘要（148）

PDF （1628KB）（25）

对于酸性低浓度含铜废水中铜离子回收，直接采用电沉积方法不仅效率低、耗时长、而且产品质量差。为了实现低浓度含铜废水高效分离回收，本研究提出了一种电吸附-电沉积联合新方法，首先使用电吸附方法，使铜离子浓度由30 mg/L浓缩至500 mg/L，然后接入旋流电解装置，在电压0.25 V、电流密度150 A/m2下，99%的铜离子以铜产品形式得到回收，且能量消耗仅为1.35×10?2 kW/h。这种通过两种电化学方法联用的思路，对于处理低浓度金属废水以及回收金属离子具有良好发展前景。

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35. 表面活性物质影响下单个自由上升微气泡传质过程的直接数值模拟

李成祥崔怡洲石孝刚高金森蓝兴英

过程工程学报 2021, 21 (8): 877-886. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220240

摘要（146）

PDF （1334KB）（51）

2017年，国际标准化组织将直径介于1~100 μm之间的气泡定义为微气泡，本研究参照上述定义，针对微气泡容易受到表面活性物质影响的特点，通过直接数值模拟对不同尺寸单个自由上升微气泡在表面活性物质影响下的传质速率进行研究。通过与模拟结果对比发现，微气泡的运动速度及传质速率均可用Clift等总结的爬流范围内的理论进行较为准确的预测。表面活性物质在微气泡表面的吸附会降低气泡的液相传质系数，但对于受表面活性物质影响程度较大的微气泡，其液相传质系数随气泡尺寸减小呈持续增加趋势，而与洁净微气泡先减小后增加的趋势有所不同。因此在无法排除表面活性物质影响的应用场合，进一步缩小微气泡的初始尺寸，不仅可以增加气相的比表面积，微气泡的液相传质系数也会进一步增加，其传质能力将得到进一步加强。

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36. 类腐植酸的组分、分子结构及其生理活性研究

尚冰凯莫海涛符卓旺张小勇

过程工程学报 2021, 21 (8): 969-975. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220291

摘要（142）

PDF （905KB）（26）

采用元素分析、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和固体13C核磁共振等方法，对四种不同原料制备的类腐植酸与矿物源腐植酸在组分、元素组成和分子结构方面进行了研究，通过种子萌发实验对类腐植酸的生理活性进行了测定。结果表明，以草本植物(麦草、竹子)为原料制备的类腐植酸中，黄腐酸的含量明显高于木本植物(松木、杨木)制备的样品。类腐植酸与矿物源腐植酸的分子结构相似，具有腐植酸的特征官能团。与矿物源腐植酸相比，类腐植酸结构更复杂，其中芳香族结构、木质素衍生物及多糖等结构含量更多，含氧官能团含量较低，其中草本植物源制备的类腐植酸比木本植物制备的样品的芳香化程度更高，分子量更小。小麦种子萌发研究结果显示，类腐植酸浓度为20~40 mg/L时对种子萌发起到明显的促进作用，但浓度过高反而会抑制其生长。

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37. 铁矿烧结烟气半干法脱硫灰除杂及水热非均相低温快速氧化

魏汝飞朱玉龙周笛王毅璠龙红明

过程工程学报 2021, 21 (8): 951-958. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220223

摘要（141）

PDF （1803KB）（119）

铁矿烧结半干法烟气脱硫灰因含有大量性质不稳定的亚硫酸钙，无法得到有效利用，脱硫灰的氧化改性是实现其大规模或高值化利用的重要手段。脱硫灰中的碳酸钙是限制其氧化改性的主要因素，碳酸钙与亚硫酸钙两者相互包覆，降低了亚硫酸钙氧化反应的比表面积，限制其氧化速度。利用L(+)-抗坏血酸和冰醋酸两种弱酸作为对碳酸钙的脱除剂，其中浓度为0.4 g/g的冰醋酸可将脱硫中亚硫酸钙含量最高提升至81.17%，最大增幅达69.71%。采用亚临界水热非均相氧化法对不同因素对脱硫灰中亚硫酸钙氧化率的影响进行了研究。结果表明除杂后亚硫酸钙的氧化速率明显增加。在温度140℃、时间30 min、初始压力2 MPa、初始固液比1:30、转速300 r/min条件下，亚硫酸钙氧化率达98.72%，实现了脱硫灰低温快速氧化，产物初步具备制备大长径比硫酸钙晶须生长基础条件。

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38. 喷动流化床最大喷动压降的多因素影响与关联

付爽王东祥俞建峰金海安

过程工程学报 2021, 21 (8): 918-925. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220256

摘要（139）

PDF （2325KB）（48）

基于截面200 mm×20 mm，高1600 mm，锥角60°的矩形喷动流化床，以二组分混合颗粒、单一组分球形颗粒及非球形颗粒为物料进行最大喷动压降的实验研究。结果表明，最大喷动压降随静止床高、颗粒密度、颗粒球形度及二组分混合颗粒体系中沉积组分分率增加而增大，随流化气速增大而减小；增大颗粒粒径或喷口宽度，呈现先减小后增大趋势，存在极小值；对于非球形颗粒及混合颗粒，其床层总压降随表观喷动气速变化的规律与单一组分球形颗粒相同，但相同条件下的前者压降波动幅度大于后者。以实验测量的854组数据为基础，结合量纲分析法建立了最大喷动压降预测关联式，与测量值及文献实验数据吻合较好。

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39. 硬碳负极材料的热稳定性及其钠离子电池安全性能评测

杨馨蓉车海英杨轲潘朝梁廖小珍马紫峰

过程工程学报 2022, 22 (4): 552-560. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220420

摘要（138）

PDF （2636KB）（17）

钠离子电池作为一种有应用前景的能量储存系统，技术发展日趋完善。钠离子电池由于钠资源丰富，在大规模储能及低速电动车应用等领域具有成本优势，引起学术及产业界的广泛关注。随着钠离子电池产业的推进，电池安全性是亟待研究及数据积累的重点问题之一。近年来，随着电动汽车数量的增加和动力电池能量密度的提高，汽车安全事故时有发生，究其原因多为电池单体热量耗散造成。本工作从负极硬碳材料热稳定性、电芯过放电、极端破坏(挤压针刺等)和热失控等方面对钠离子电池进行安全性评测。结果表明，电解液的存在会降低嵌钠态硬碳的稳定性，且随负极嵌钠量增加，放热峰的位置也随之前移且更明显；与无过放电芯比较，软包电芯过放电至0 V对电芯的长循环稳定性基本无影响，循环500周后的容量保持率基本一致，且电流密度大小(0.1和1 C)对电芯容量恢复和循环性能亦无明显影响；挤压针刺测试结果表明钠离子电池安全性能良好，绝热加速量热仪(ARC)测试发现电芯安全性能并未随着荷电状态(SOC)增加趋于不稳定，实验结果表明30% SOC状态下电芯安全性最好。

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40. 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（135）

PDF （1510KB）（54）

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%)。

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