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1. 中等雷诺数双分散悬浮系统流固曳力以及固固曳力

段凡贺煊周强

过程工程学报 2024, 24 (3): 297-314. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223212

摘要（68）

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PDF （4989KB）（31）

采用一套全解析数值方法模拟了颗粒可自由移动的双分散悬浮系统，并对文献中已有的流固以及固固曳力公式的准确性进行了检验。模拟的参数范围为整体固含率0.1, 0.2, 0.3，粒径比1.5和2，小颗粒固含率占比0.1, 0.3, 0.5，颗粒-流体密度比10, 100, 500, 1000，整体颗粒雷诺数10, 20, 50。结果显示，对于流固曳力的预测，文献中已有的三类公式中静态均匀系统公式最准，动态悬浮系统公式次之，单分散扩展公式最差。进一步分析发现双分散悬浮系统流固曳力受局部固含率、颗粒相间滑移速度、颗粒拟温度、颗粒Stokes数以及颗粒微结构的影响。在这些因素的共同作用下，流固曳力随颗粒-流体密度比变化不明显，小颗粒相与大颗粒相的流固曳力差异小于静态均匀系统。对于固固曳力的预测，当颗粒-流体密度比等于10或100时，润滑力的作用会使碰撞次数在不同颗粒对之间分布不均，导致分子混乱假设不成立，基于颗粒动力学理论的公式远远高估固固曳力。

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2. 气化炉激冷室中多相流动过程模拟与结构优化

袁炳郭进军李晓飞梁军辉李振祥龙晓东姜从斌

过程工程学报 2024, 24 (3): 315-325. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223196

摘要（66）

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PDF （5039KB）（42）

气流床煤气化技术是煤炭清洁利用的重要手段之一，气化炉作为气流床煤气化的核心设备，通常分为燃烧室和激冷室两部分。其中，下降管-上升管结构的激冷室在煤气化装置中广泛应用。本工作采用数值模拟的方法对激冷室中的气液两相流动进行研究，分析了激冷室中出现合成气从黑水管串气问题的原因，并针对串气问题提出了三种激冷室结构改进方案：延长黑水出水口(结构A)；向下延长上升管(结构B)；靠近黑水出口管方向，在上升管上增加挡板(结构C)。模拟结果表明三种改进方案均能够避免串气问题。此外，还对不同结构激冷室黑水池中液固两相流进行了数值模拟，研究激冷室结构对不同粒径灰渣颗粒带出率的影响，结果表明，结构C的激冷室灰渣带出率最小，其次为结构A，这两种结构方案适用于对滤饼无回收利用的情况；相比原始结构，结构B对粒径≤20 μm的颗粒带出率较高，大颗粒带出率降低，更适合对滤饼中残碳回收利用的情况。

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3. 循环流化床相似准则及数值验证

谢劲超张楠范天博刘新华

过程工程学报 2024, 24 (3): 326-337. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223135

摘要（59）

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PDF （3613KB）（49）

基于适用于同一装置的Shi相似准则和适用于不同装置的Horio相似准则，本研究提出了不受颗粒直径与反应器直径比限制的循环流化床流动相似准则。通过数值模拟方式验证了已有Shi准则在同一装置中的适用性，同时也是对所采用数值模型的验证，随后在不同比例装置中对本研究所提出的相似准则进行了模拟。对不同比例装置中气速变化、颗粒直径变化以及气速和颗粒直径同时变化的工况进行模拟，结果表明所提出的相似准则在固相浓度轴向分布、固相浓度径向分布和无因次速度径向分布上具有相似性，进一步通过压力波动特征探讨了宏观相似下的介观分布特征。

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4. 基于COSMO-SAC模型预测烟碱+醇二元体系汽-液相平衡

邓芙蓉季常征牛亚鹏冯晓民孟祥士张孟伟彭昌军

过程工程学报 2024, 24 (3): 338-345. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223182

摘要（48）

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PDF （2728KB）（21）

类导体屏蔽片段活度系数模型(COSMO-SAC)可直接通过量子化学计算实现相平衡等性质的预测。本工作结合COSMO-SAC模型预测了烟碱分别与一元醇(甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇)和多元醇(乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、丙三醇)组成的二元体系的汽-液相平衡。结果表明，醇与烟碱的二元体系均为正偏差体系；其中，一元醇与烟碱的二元体系均为一般正偏差体系，相图轮廓类似，但随着醇类物质碳链数目增加，汽-液共存区的面积减小；烟碱与多元醇构成的二元体系均会出现恒沸现象，是一个具有最低恒沸点的系统。温度越高，恒沸混合物形成的压力和比例也越高。在101.3 kPa下，丙三醇/烟碱体系的恒沸温度和恒沸组成分别为511.4 K和0.261，1,2-丙二醇/烟碱的为459.5 K和0.857，1,3-丙二醇/烟碱的为483.0 K和0.727，乙二醇/烟碱的为467.0 K和0.889。研究结果为指导烟碱的纯化分离以及认识烟碱的释放规律提供了理论数据。

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5. 磁性片状nZVI-Fe ₃O ₄对Zn(II)和Pb(II)去除机理研究

韦书贤李灿华马文青章蓝月李家茂冒爱琴何川李明晖朱伟长

过程工程学报 2024, 24 (3): 346-359. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223189

摘要（47）

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PDF （7924KB）（30）

针对日益严重的水体重金属污染问题，本实验采用歧化反应制备具有裂隙结构的新型磁性片状纳米零价铁-四氧化三铁(nZVI-Fe3O4)，通过多种表征手段对材料的物理化学性质和结构进行了表征，并研究pH、温度、重金属离子溶液初始浓度对nZVI-Fe3O4去除Zn(II)和Pb(II)效率的影响。实验结果显示，nZVI-Fe3O4对Pb(II)和Zn(II)的去除在60 min左右达到平衡状态。在pH值为6、温度为25℃、投加量为1 g/L的条件下，nZVI-Fe3O4可在5~30 min内将10 mg/L模拟废水中Zn(II)和Pb(II)降至痕量级别。随着溶液pH值降低，nZVI-Fe3O4对Pb(II)的吸附效率下降。研究结果表明，nZVI-Fe3O4的去除过程符合Langmuir模型，是一种化学吸附过程。Zn(II)的最大吸附量为13.52 mg/g，Pb(II)的最大吸附量为26.50 mg/g。热力学研究表明，去除过程是自发吸附的。nZVI-Fe3O4主要通过吸附-共沉淀的方式富集Zn(II)和Pb(II)。nZVI-Fe3O4可以通过外加磁场进行回收，在废水处理中去除Pb(II)和Zn(II)方面，具有良好应用前景。

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6. 多孔PLGA微球作为新型冠状病毒疫苗佐剂的研究

邹龄娇张瑜岳华马光辉

过程工程学报 2024, 24 (3): 360-370. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223218

摘要（58）

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PDF （1841KB）（26）

聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)制备的纳/微颗粒已被证明具有良好的疫苗佐剂效果。现有研究中，对于PLGA疫苗递送微球的研究主要集中在抗原装载/吸附效率的提升或多佐剂共递送以增强免疫效果上。然而，对于微球结构本身的多样性在免疫效果提升方面的探索仍较为匮乏。通过对微球结构进行合理化设计，制备出多孔微球将抗原“后装载”到微球内部的方法或可实现抗原的无损装载与延长递送，从而开发出高效的新型冠状病毒疫苗递送佐剂。本工作以乳液法制备了PLGA多孔微球与实心微球，二者除了多孔微球具有内部空腔和表面小孔的独特结构外，在微球粒径、表面电势上均无显著区别。由于PLGA多孔微球内孔大、外孔小的特征，抗原投入浓度5.71 mg/mL时，包埋率达到10.81%。在延长抗原体内滞留时间上，相对于游离抗原3天的滞留终点和实心微球混合抗原5天的滞留终点，装载于多孔微球中的抗原的体内滞留时间延长至15天。在体液免疫效果的提升上，与新冠抗原混合实心微球疫苗组相比，装载新冠抗原的多孔微球疫苗组的IgG滴度上升速度最大值Vmax是其1.73倍，响应水平更高；达到Vmax的时间t比其提前了2.8天，起效时间更早；疫苗接种后6~16周期间，IgG抗体滴度均高于实心微球组，具有更优维持抗体滴度的潜力。

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7. 基于报警日志的炼化过程风险薄弱点深度挖掘

朱英齐王倩琳张东胜窦站张建文

过程工程学报 2024, 24 (3): 371-380. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223202

摘要（43）

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PDF （1378KB）（19）

在复杂炼化生产过程中，工艺报警日志蕴含着丰富的潜在风险信息，有助于揭示危险性根源、预防过程安全事故发生。为此，本工作提出了一种基于报警日志的炼化过程风险薄弱点深度挖掘方法。首先，针对本工作类型的工艺报警日志，利用Word2Vec词嵌入技术进行向量化预处理，同时通过Pearson相关系数法解析日志间的关联关系，以获取相关系数矩阵。其次，引入复杂网络(CN)理论，将相关系数矩阵转化为布尔矩阵，构建复杂炼化过程的风险表征网络模型。再次，采用逼近理想解排序法(TOPSIS)对所构建的网络模型开展节点重要度精确评估，主要涵盖度中心性、接近中心性和特征向量中心性3个指标。最后，根据网络节点重要度排序的优先级，可深度挖掘复杂炼化过程的风险薄弱点。以某套柴油加氢装置为例，分析结果表明，该方法可准确、有效地提取报警等级为“高高报(HH)”或“高报(HI)”的工艺报警日志，且与复杂炼化过程的实际运行工况相符。

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8. 基于多块和自注意TCN结合的冷水机组故障诊断

孙雨丁强夏宇栋李聪

过程工程学报 2024, 24 (2): 162-171. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223174

摘要（59）

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PDF （2476KB）（26）

针对冷水机组故障运行数据特征参数耦合且时序特征难以提取的问题，提出一种基于多块和自注意时间卷积网络(Multiblock Self-attention Temporal Convolutional Networks, MB-SATCN)的故障诊断模型。该模型根据冷水机组传感器与系统结构的物理关系将变量划分为多个子块，在子块中使用TCN挖掘冷水机组运行数据的特征信息，并通过自注意力层加强关键特征对故障诊断结果的影响权重，然后将各子块模型输出的局部特征利用自注意力机制加权融合以构建全局特征，并使用softmax函数进行分类。与对照方法相比，MB-SATCN方法在冷水机组常见故障诊断方面表现更优，对系统故障识别能力更强，平均故障诊断精确率和平均召回率均在97%以上。

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9. 典型扭曲管内传热与流动阻力性能对比分析

周西文陈森王旭鹏朱慧杰李修真

过程工程学报 2024, 24 (2): 172-181. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223131

摘要（71）

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PDF （3577KB）（32）

为对比分析典型扭曲管内传热及流动阻力性能，以指导优化设计新型扭曲管，基于实验验证，采用数值计算方法，研究了典型横截面形状的扭曲管内流体在低雷诺数时的换热特性。结果表明，扭曲管的规律性螺旋形变诱导其内流体产生周期性螺旋流动，在垂直主流方向上产生二次流，增强了温度梯度与速度矢量间的协同程度，使得扭曲管的传热性能强于等横截面周长的普通圆管；在雷诺数为650~1550时，对流传热系数由高到低对应的换热管依次为扭曲三角形管、扭曲矩形管、扭曲椭圆管、扭曲方形管和普通圆管，扭曲三角形管的对流传热系数和流动阻力损失分别比普通圆管增大1.94~1.97倍和2.96~3.06倍，扭曲管的综合传热性能均优于普通圆管，扭曲三角形管的综合传热性能评价因子是最高的，平均约为1.86，其余依次为扭曲矩形管、扭曲椭圆管和扭曲方形管，扭曲三角形管具有最优的对流传热性能。

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10. 弯曲流线型涡发生器强化矩形直通道传热特性

张丽张凯丽张莹李雅侠张静

过程工程学报 2024, 24 (2): 182-192. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223101

摘要（66）

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PDF （5243KB）（44）

提出了一种弯曲流线型(CSWP)涡发生器，采用数值模拟方法对安装弯曲流线型涡发生器的矩形直通道内的传热特性进行了研究，对弯曲流线型涡发生器的综合强化效果进行了评估，考察了弯曲流线型涡发生器形状、安装位置和数量对传热性能的影响，分析了压力和涡量分布，揭示了强化机理。结果表明，在Re=4000~26 000时，与平面三角翼(PDWP)涡发生器相比，弯曲涡发生器可以有效降低流动阻力，从而具有较高的综合传热性能。与弯曲矩形(CRWP)和弯曲梯形(CTWP)涡发生器相比，CSWP涡发生器具有更好的综合强化效果。当攻角一定时，涡发生器前缘倾角越小，数量越多，综合强化效果越好。CSWP涡发生器具有的流线型外缘结构能够显著降低流动阻力，并能够提高速度场与温度场之间的协同性，是其具有较高综合强化效果的原因。

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11. 基于粒子图像测速技术的快速流态化颗粒速度分布函数分析

肖冬胡善伟刘新华张丽

过程工程学报 2024, 24 (2): 193-206. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223133

摘要（82）

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PDF （4582KB）（51）

量化非均匀气固流动特征对流化床反应器的设计和优化具有重要意义。反应器内颗粒团聚物的形成和演化使得系统远离平衡状态，从而导致颗粒速度分布呈现非麦克斯韦分布特征。本工作利用自适应粒子图像测速(PIV)、粒子追踪测速技术(PTV)及数字图像处理(DIA)相结合的实验研究方法，对快速流化床中的颗粒运动特性和速度分布函数进行统计分析。研究发现，无论在沿重力方向还是水平方向，颗粒速度分布函数均明显偏离麦克斯韦分布，而呈现偏峰长拖尾或双峰分布特征。使用双峰分布函数可以较好地拟合不同实验条件下的颗粒速度分布。进一步探讨了颗粒速度分布函数的各向异性和非麦克斯韦分布的影响因素，发现颗粒速度分布函数偏离理想分布的程度与颗粒团聚程度、局域颗粒速度脉动量及颗粒浓度脉动量大小正相关。这说明颗粒团聚物的形成和演化使气固流化系统远离平衡态，从而导致颗粒速度分布呈现非麦克斯韦分布特征。最后结合能量最小多尺度(EMMS)模型对稀密相结构进行解析，并与实验获得的速度分布函数进行了对比，发现实验结果符合EMMS模型的稀密相共存假设，证明了采用双峰分布对颗粒速度分布函数进行近似在理论上可行。

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12. SVQS系统提升管末端上部空间不同消涡板结构的数值研究

杨文武秦岭胡紫维王祥宇李浩张智亮

过程工程学报 2024, 24 (2): 207-217. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223173

摘要（61）

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PDF （3746KB）（24）

It was found that an unstable vortex zone existed in the upper space at the end of the riser of the super vortex quick separation (SVQS) system, which delayed the rapid draw-off of oil and gas and increased the risk of safe system operation. The velocity fields of SVQS system without vortex elimination plate, SVQS system with additional curved vortex elimination plate and SVQS system with new vortex elimination plate were analyzed, and it was found that the new vortex elimination plate improved the velocity field of the system, which in turn affected the separation performance of the system. The new vortex elimination plate reduced the pressure drop and the energy loss of the system without reducing the separation efficiency of the SVQS system. The concept of oil and gas residence time was introduced to analyze the specific residence time of oil and gas in the SVQS system, and it was found that the vortex elimination plate could reduce the residence time of oil and gas and fine particles in the system, and the residence time of oil and gas in the SVQS system with the addition of the new vortex elimination plate was smaller than that in the SVQS system with the addition of the curved vortex elimination plate. A comprehensive comparison revealed that the structure and performance of the new vortex elimination plate was superior and more informative for industrial applications.

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13. 氟化氢在氧化铝表面吸附机理的Al8O12团簇模型量子化学计算

谭雅婕胡宪伟杨酉坚刘爱民石忠宁汤帅王兆文

过程工程学报 2024, 24 (2): 218-226. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223059

摘要（75）

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PDF （3259KB）（31）

使用密度泛函理论(DFT)对氟化氢分子在由四个氧化铝分子组成的笼状团簇结构表面的吸附行为进行了研究。对吸附过程进行了模拟，并计算了吸附结构、能量以及键级的变化。结果表明，氟化氢分子发生了化学解离吸附，其总吸附能为-267.5 kJ/mol，该吸附过程为强吸附。整个吸附过程分为两个阶段，首先氟化氢分子解离，解离后的氟原子和氢原子分别吸附在三配位铝及其相邻的氧上；然后氢原子向双配位氧转移，跨越势垒，最终吸附在双配位氧处，而氟原子始终吸附在三配位铝处。

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14. 大孔树脂对镍钴萃取废水中有机物的吸附性能

向波刘晨明曹仁强段锋李玉平

过程工程学报 2024, 24 (2): 227-237. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223029

摘要（79）

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PDF （2522KB）（52）

镍钴溶剂萃取废水属于含高盐、高有机物废水，有机物不仅造成化学需氧量(COD)超标、还会引起蒸发结晶过程起泡、结晶困难和产生废盐等问题，严重制约废水近零排放。本研究通过对比四种典型大孔树脂的微观结构以及对镍钴溶剂萃取废水中有机物的吸附性能，探究了大孔树脂的结构与吸附性能之间的关系。研究发现，具有合理孔径分布和较大比表面积的ORZ-A2型树脂的吸附容量最优，单级静态吸附总有机碳(TOC)去除率为70.79%，总磷(TP)去除率为83.11%。通过GC-MS表征吸附前后镍钴溶剂萃取废水中的有机物组成，发现废水中有机物成分主要是以2-乙基己酸为代表的有机磷萃取剂及其水解产物和衍生物。四种大孔树脂对有机磷酸萃取剂和2-乙基己酸吸附效果较好，但吸附出水中有机物主要为戊酸，以戊酸为代表的水溶性小分子有机物可能是影响TOC去除效果进一步提升的关键。通过吸附动力学分析表明，大孔树脂对有机物的吸附动力学符合准二级动力学模型。热力学参数的计算结果表明树脂对有机物的吸附是自发的、放热的物理吸附过程。本工作为指导大孔树脂吸附镍钴溶剂萃取废水中有机物技术的工业化应用提供了理论依据。

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15. 以磷酸酯盐离子液体作为萃取剂萃取精馏分离甲酸乙酯和乙醇共沸物

尹超跃杨帆张亲亲张志刚

过程工程学报 2024, 24 (2): 238-247. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223089

摘要（77）

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PDF （1644KB）（50）

以甲酸和乙醇为原料生产甲酸乙酯的过程中，未反应的乙醇与甲酸乙酯会形成共沸物，难以分离，本工作通过萃取精馏的方法，以离子液体作为萃取剂分离甲酸乙酯-乙醇共沸体系。通过COSMO-RS模型筛选离子液体，确定离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([EMIM][DEP])和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([BMIM][DEP])，测定了甲酸乙酯+乙醇二元体系以及甲酸乙酯+乙醇+离子液体三元体系的气液相平衡(VLE)数据，并将实验数据与非随机双液体(NRTL)模型方程关联。最后，通过过量焓分析和σ-profile分析(表面电荷密度为σ的概率分布)探究了分离机理。结果表明，两种离子液体(ILs)摩尔分数越大，甲酸乙酯相对挥发度逐渐增强；在离子液体浓度为0.030时，甲酸乙酯对乙醇的相对挥发度大于1，同时可以看出[EMIM][DEP]的分离效果优于[BMIM][DEP]离子液体。通过过量焓分析得出离子液体与乙醇分子之间更易形成氢键与范德华力，其分子间相互作用强于离子液体与甲酸乙酯，从而促进甲酸乙酯与乙醇的分离；随着离子液体浓度的增加，分子间相互作用随之增强。最后，通过σ-profile分析得出离子液体更倾向于和乙醇相互作用，从而将甲酸乙酯分离出来，同时可以得出离子液体的阳离子碳链越短，分离效果越好。

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16. 助剂铜对全氟烯烃加氢反应负载钯催化剂性能的影响

张俊杰蒋连焘刘敏敏孟祥磊许光文刁琰琰

过程工程学报 2024, 24 (2): 248-258. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223108

摘要（84）

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PDF （5195KB）（61）

氢氟烃具有环境友好、低毒、稳定性高等优良特性，在众多领域得到广泛应用，特别是在制冷行业引起了极大地重视。氢氟烃可以通过全氟烯烃加氢反应进行制备，然而，由于氟原子的电负性强，难以活化全氟烯烃中的碳碳双键，因此全氟烯烃加氢反应是一个具有挑战性的难题。针对全氟烯烃加氢反应，目前国际上基本使用贵金属负载钯催化剂，钯负载量较大，成本较高。本工作采用浸渍法制备了钯含量仅为0.1wt%的高活性低负载量钯催化剂，以及一系列铜为助剂的负载钯催化剂，在微型固定床连续反应器上考察了不同催化剂催化六氟丙烯二聚体加氢反应的性能。结果表明，制备的0.1wt%负载量钯催化剂也具有较好的活性，原料转化率为49.3%，目标产物选择性可达97.6%；使用10wt% Cu助剂时催化剂活性最高，原料转化率高于93.4%，目标产物选择性可达98.6%。通过XRD, H2-TPR和XAFS等技术表征分析，发现催化剂中铜主要以Cu2O和Cu0形式存在，Cu2O可以和Pd形成强相互作用，通过氢溢流形式极大地降低催化剂中Cu2O的还原温度，从钯中溢流出的氢原子可以极大地提高六氟丙烯二聚体加氢反应活性。因此，本工作提供了一种全氟烯烃加氢反应高活性、低含量且较稳定的钯基催化剂的制备方法，为进一步设计高效催化剂提供了研究方向。

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17. 基于CPFD方法的甲烷无氧芳构化流化床反应器数值模拟

司金凤龚明冀晓姣刘星马晓迅

过程工程学报 2024, 24 (1): 17-26. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223144

摘要（103）

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PDF （1924KB）（101）

基于计算颗粒流体力学(CPFD)方法对甲烷无氧芳构化催化反应/催化剂再生系统中的流化床反应器进行了数值模拟，并将模拟结果与实验结果进行比较，验证了CPFD模拟的可行性。通过模拟得到了反应器内整体气固流动状态、气相各组分浓度分布及催化剂积碳含量分布等，考察了不同操作条件如甲烷进料流量及反应器内催化剂存留量对气固两相流动及甲烷无氧芳构化反应性能的影响。结果表明，甲烷进料流量增加会降低甲烷转化率，提高芳烃选择性；反应器内催化剂存留量增加会加剧床内气固两相的返混程度，提高甲烷转化率，降低芳烃选择性。

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18. 矿焦耦合反应对焦炭溶损行为的影响

韩嘉伟孙洋窦明辉郭瑞孙章

过程工程学报 2024, 24 (1): 27-35. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223117

摘要（82）

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PDF （2960KB）（41）

“双碳”目标对高炉低碳冶炼提出了更高的要求，从矿焦耦合反应入手评价焦炭质量对理解焦炭在高炉内反应行为、降低高炉碳排放具有重要意义。为了探究矿焦耦合反应过程中焦炭的溶损行为，利用自制支撑式大型热重检测装置对两种具有不同热态性能的焦炭与烧结矿、焦炭与球团矿进行矿焦耦合实验，分析矿焦耦合反应过程中矿石还原度及焦炭碳素溶损率，并对反应前后焦炭的尺寸、光学组织结构、气孔结构进行检测。结果表明，焦炭与球团矿耦合反应的总失重率大于焦炭与烧结矿耦合反应的总失重率，而且焦炭的碳素溶损率和矿石还原度呈正线性相关，提炼拟合方程斜率k值为耦合反应参数以表征矿焦共同反应的耦合程度；焦炭与球团矿耦合反应的k值是焦炭与烧结矿耦合反应的k值的1.94~2.69倍，提高矿石还原性可以增加矿焦反应耦合程度，加剧焦炭表面孔壁溶蚀，导致焦炭溶损缩核程度增加，但可以减弱矿焦耦合反应对焦炭内部光学组织的侵蚀；而提高焦炭反应性则降低了矿焦耦合反应的k值，矿焦反应耦合程度减弱，能够缓解矿焦耦合反应对焦炭气孔溶损行为的影响，减小焦炭的溶损缩核程度，但是会加剧对焦炭内部光学组织的侵蚀。因此焦炭与矿石的性能相匹配才能表现出较高的耦合程度，减缓焦炭强度降级，从而提高高炉效率。

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19. 六苄基六氮杂异伍兹烷氢解反应机理及工艺优化

郭子杰张彬陈杰冯鑫王桂龙张伟鹏杨超金万勤

过程工程学报 2024, 24 (1): 36-46. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223070

摘要（72）

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PDF （3080KB）（52）

六苄基六氮杂异伍兹烷(HBIW)配合钯基催化剂在氢气环境中进行氢解脱苄反应，生成四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷(TADBIW)，是制备六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)的关键步骤。本研究新建立一种HPLC分析方法，同时检测到原料与中间体的浓度变化情况。并以此为基础，研究了助溶剂和PhBr含量对氢解反应的影响，不仅将初始温度提升至65℃，同时反应时间也缩短至1 h以内，收率也达到78.90%。在优选反应条件基础上，对18~45℃反应温度下的氢解脱苄过程进行动力学研究，通过定量分析，得到反应过程中各中间体和反应产物的浓度变化规律，并以此推断后期主要是乙酰化反应。氢解脱苄中原料转化中间体，遵循一级反应动力学；中间体生成产品，遵循零级反应动力学，表观活化能分别为Ea1=62.43 kJ/mol, Ea2=52.80 kJ/mol；指前因子分别为A1=6.81×109 min-1, A2=5.91×108 mmoL/min；线性相关系数R12=0.99181, R22=0.98897。并进一步开发了连续合成方法，在反应温度70℃，停留时间4 min以内，TADBIW可达到95.89%的收率。

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20. 煤气化渣改性工艺及吸附Cd ²⁺性能

徐颖姚鑫毅宋永红孙一平邹晶晶郭春彬

过程工程学报 2024, 24 (1): 47-57. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222479

摘要（80）

HTML （4）

PDF （5035KB）（44）

以固体废弃物煤气化渣(CGS)为材料，通过水热法制备改性煤气化渣(MCGS)吸附材料，并用于吸附Cd2+。由于CGS吸附Cd2+能力较低，利用Box-Behnken响应面模型方法优化改性条件，X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪等表征CGS及制备的MCGS的物理化学性质。改性结果表明，MCGS最佳反应条件为碱度6.20%~8.10%、温度102~108℃和时间138~192 min，温度对MCGS吸附Cd2+性能影响最大。改性后Si-O-Si键断裂，MCGS表面含有丰富的孔隙结构，比表面积、孔容和孔径分别为255.08 m2/g, 0.24 cm3/g和3.72 nm；吸附结果表明，当Cd2+浓度50 mg/L、MCGS投加量为0.10 g时，Cd2+饱和吸附量为13.96 mg/g；当Cd2+浓度40 mg/L、MCGS投加量为0.20 g时，Cd2+去除率98.08%；MCGS对重金属Cd2+的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型。本研究可为CGS处理含Cd2+废水提供理论依据。

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21. 铅锌冶炼污酸渣中重金属溶出研究

钱凯郑诗礼张盈周宏明焦芬陈世民乔珊邹兴

过程工程学报 2024, 24 (1): 58-70. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222439

摘要（62）

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PDF （10827KB）（39）

铅锌冶炼行业产生的重金属污酸渣对环境风险大，但同时也是一种可利用资源，硫酸钙基体净化是其资源化利用的第一步。本工作对污酸渣开展了全面的矿相解析，获得了污酸渣中重金属与硫酸钙的嵌布规律，并系统研究了加热时间、加热温度及硫酸浓度对污酸渣中Fe, Zn, As, Pb, Cd, Sb等关键元素浸出率的影响，系统探究了这些元素在酸性介质中的溶出规律，且基于硫酸钙晶相与介质水活度、温度的一般规律，开展了硫酸介质中常压下水活度调控致相转和高温水热致相转对元素溶出的影响。结果表明，加热时间为2 h、加热温度为80℃及硫酸浓度为.01 mol/L时效果较为理想，且在此优化溶出条件下，污酸渣中As, Zn, Sb, Cd, Fe的浸出率均可达95%以上，浸出残渣为表面光滑的薄片状和棒状的二水硫酸钙晶相；降低介质中水的活度和水热条件能够促进硫酸钙的相转，借助硫酸钙形态或晶型的转化，可进一步强化硫酸钙晶格内或晶间重金属的溶出。基于硫酸钙转晶的金属强化溶出技术是硫酸钙渣基体深度净化的有效手段。

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22. 铁水降温过程中片状石墨的析出行为实验研究

顾宇公旭中兰茜郭磊郭占成

过程工程学报 2024, 24 (1): 71-78. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223116

摘要（69）

HTML （0）

PDF （4540KB）（33）

铁水中析出的片状石墨是一种可持续利用的资源，由于我国生铁产量巨大，因此从铁水中回收石墨具有广阔的应用前景。本工作通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)等手段，研究了向铁水中吹氩、铁水初始温度和冷却速度等条件对片状石墨析出行为的影响。结果表明，向铁水中吹氩可以有效促进铁水中片状石墨的上浮与分离。铁水初始温度对石墨析出量和尺寸有显著影响，主要表现在初始温度越高，石墨表面越平整光滑、尺寸越大、析出量越多。此外冷却速度越大，石墨析出量越少，石墨尺寸越小，较慢的冷却速度可获取更大尺寸的石墨。析出的片状石墨作为锂离子电池负极材料表现出良好的循环稳定性和高比容量。综上，通过控制工艺条件可获得不同表面结构和尺寸的石墨，证明通过铁水降温获取石墨具有一定的可行性，据此提出了两种新的石墨生产工艺，可为铁水析出石墨的工业化提供理论参考。

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23. 表面改性PET网状纤维支架材料制备及其生物安全性评价

李阳高建萍张扬彭青高毅张贵锋

过程工程学报 2024, 24 (1): 79-86. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222462

摘要（69）

HTML （2）

PDF （1240KB）（35）

以氨气作为等离子体气体，对合成高分子聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)支架材料表面进行低温等离子体处理，获得了一种亲水性和生物相容性得到改善的网状纤维支架材料PET-LTPT。通过XPS光电子能谱仪、水接触角、电镜、BET比表面积测定对材料进行物理化学表征，同时培养肝细胞测定其生物相容性，并对其开展体外细胞毒性、皮内反应试验以及皮肤致敏试验以评估其生物安全性。结果表明，低温等离子体处理后，PET材料引入了N元素，含量为2.38wt%，亲水性得到了显著改善(P<0.001)，比表面积为0.37 m2/g。PET-LTPT生物安全性良好，人肝癌细胞C3A细胞在处理后的PET-LTPT材料上实现黏附和增殖，证明了表面改性PET网状纤维支架材料用于生物人工肝用肝组织化三维培养具有可行性。

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24. 下吸式气化炉高含水生物质气化过程模拟与机器学习研究

祁风雷王振陆国庆刘小好党琪马培勇

过程工程学报 2024, 24 (1): 87-96. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223114

摘要（58）

HTML （2）

PDF （4384KB）（35）

采用机器学习方法和Aspen过程建模分析方法系统研究了含水率对生物质气化过程的影响规律。研究结果表明生物质含水率对气化气低位热值影响较大，含水率升高，热值降低，生物质含水率对碳转化率影响较小；随着空气当量比升高，气化气低位热值降低，而气化过程碳转化率提高。气化过程能量平衡分析表明，随着生物质含水率升高，气化过程维持能量平衡所需的空气当量比升高。生物质干燥预处理可保证气化气品质，但需消耗部分气化气为干燥供能，并且随着生物质含水率升高，干燥供热消耗的气化气比例提高，消耗比例在含水率20wt%~60wt%阶段近似线性增加，但是当含水率大于60wt%时呈指数升高。

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25. 基于化学润湿作用的雾化除尘实验研究

王烁鑫李海英张军亚刘绍谦

过程工程学报 2024, 24 (1): 97-106. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223086

摘要（50）

HTML （1）

PDF （4354KB）（13）

针对传统的湿法雾化除尘过程存在喷嘴易堵塞、耗水流量大、雾滴粒度不均匀、能耗较高等问题，采用基于化学润湿作用的雾化除尘方法，考察了润湿剂种类、喷嘴出口结构、气液压力比等因素对钢铁生产过程转炉烟气中微细颗粒去除效率的影响。结果表明，在水中加入阴离子型润湿剂十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和非离子型润湿剂曲拉通(TX-100)、吐温20 (TW-20)都可降低溶液的表面张力，其中SDS溶液的润湿性最好。通过实验研究，与锥形、扇形喷嘴相比，多孔形结构喷嘴的雾滴粒径更小且分布更均匀，气液压力比为1.25时，0.05wt% SDS溶液的雾化雾滴索特尔平均直径可达到64.53 μm，PM2.5和PM10的去除效率可达74.28%和76.41%。研究结果可为钢铁、电力、建材等传统重工业微细粉尘的预处理及高效除尘工艺技术提供基础支撑，对PM2.5和PM10的高效去除具有重要意义。

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26. 耐磨球形Ni/A _l2O ₃催化剂催化CO甲烷化反应的本征动力学

张烁关宇尤园江岳君容裴世红崔彦斌刘姣许光文

过程工程学报 2024, 24 (1): 107-116. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223080

摘要（80）

HTML （3）

PDF （1827KB）（50）

一氧化碳和氢气在催化剂作用下合成甲烷，常应用于煤制合成天然气、焦炉煤气制液化天然气和生物质合成气等领域，有利于我国能源结构优化。针对CO甲烷化的快速表面反应、强放热特性，相比固定床，采用微球型催化剂的流化床甲烷化技术在移热和催化性能方面具有明显的技术优势。在前期开发的耐磨球形Ni/Al2O3催化剂的基础上，采用常压微分固定床反应器对其催化CO甲烷化反应本征动力学进行了研究，以揭示反应机理和路径。在消除内外扩散的前提下，通过控制催化剂装填量和反应气体的量，将出口CO转化率控制在15%以下，从而获得不同CO/H2比和不同反应温度下的CH4生成速率，采用幂指数型动力学模型和双曲线型动力学模型分别进行数据拟合。基于幂指数型动力学模型计算的动力学参数结果表明，随着反应温度从260℃升高至350℃，CO甲烷化反应活化能从145.99 kJ/mol逐渐降至123.54 kJ/mol，CO的反应级数由-1.22增加至0.34，H2的反应级数由0.31增加至2.28。为了进一步分析反应机理，根据不同温度下CO和H2浓度对反应速率影响程度不同，基于双曲线型动力学模型假设不同温度区间内的速控步骤并根据实验结果推导出相应的双曲线型反应速率方程，发现260~280℃下H2的解离、280~310℃下CO的加氢解离、310~350℃下碳中间体的进一步加氢分别为速控步骤时，R2大于0.99，表明甲烷化反应速度控制步骤随温度变化而发生改变。

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27. CeO ₂/Bi ₂WO ₆ Z型异质结构建及高效催化降解盐酸四环素

吴平平孟冠华杜宇刘宝河施绪周瑞江用彬章慧娟

过程工程学报 2024, 24 (1): 117-126. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223053

摘要（78）

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PDF （4390KB）（74）

盐酸四环素(TC)作为一种广谱抗生素，广泛应用于临床医学、畜牧业和水产养殖业，致使大量TC废水排放到水生环境中，并通过食物链危害人类健康。光催化作为一种先进的氧化技术，在处理难降解废水方面具有显著优势。本工作在水热法制备Bi2WO6的基础上，以共沉淀法掺杂适量的CeO2合成复合催化剂CeO2/Bi2WO6，并对其晶体结构、形貌特征和光吸收性能等进行表征。结果表明，CeO2/Bi2WO6摩尔比、催化剂投加量、TC初始浓度和溶液初始pH值对可见光催化降解TC有显著的影响，其中，CeO2/Bi2WO6异质结的形成能够有效提高光生电子空穴的分离效率，进而增强光催化效率。当CeO2/Bi2WO6的摩尔比为1:3、溶液初始pH为5、TC浓度为8 mg/L、CeO2/Bi2WO6投加量为0.4 g/L时，TC和溶液总有机碳(TOC)的去除率可分别达90.7%和64.3%。根据自由基捕获实验和催化剂的价带、导带位置，提出CeO2/Bi2WO6异质结光催化降解TC的机理。经过6次循环实验，CeO2/Bi2WO6催化剂对TC去除率仍为86.4%。

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28. 障碍微通道内气液两相流运动特性

霍元浩杨刚张会臣

过程工程学报 2023, 23 (12): 1617-1626. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222454

摘要（115）

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PDF （5399KB）（115）

微通道内障碍对气液两相流压力降和气泡形状具有显著影响。采用实验和数值模拟的方法探究了微通道内障碍位置对氮气/水气液两相流运动特性的影响，分析了不同气液流量条件下障碍微通道内压力降和气泡长度的变化规律。结果表明，障碍微通道内压降高于无障碍微通道，当障碍位于中心位置时，压降最大，这是由于障碍后产生涡流所致，且压降与涡流长度正相关；障碍微通道气泡长度相对于无障碍通道变化均在25%以内，且随着障碍趋近于中心位置，气泡长度变短；不同工况条件下气泡通过障碍时的形状变化呈现三种现象：回缩不发生破裂、回缩发生破裂和不回缩直接破裂。回缩不发生破裂时，回缩长度随毛细数增大而增大；回缩发生破裂时，回缩长度随毛细数增大而减小；回缩长度减小到0时，变为不回缩直接破裂。回缩长度的变化范围随着障碍趋近于中心位置逐渐变大。通过所有障碍过程中，不同工况条件下展现出不同的破裂与合并规律。数值模拟揭示了障碍后产生旋涡长度不同导致压降不同，在气泡破裂瞬间压力存在剧烈变化。通过障碍时，气泡形状的变化源于其周围液相流速的变化，障碍两侧子通道内的速度不同决定两子气泡经过障碍后的不同规律。

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29. 流固耦合对微尺度下气体扩散层液态水流动的影响

王杰敏张赛王庆泰王宪军

过程工程学报 2023, 23 (12): 1627-1636. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223096

摘要（125）

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PDF （1468KB）（63）

提出了一种重构碳纤维气体扩散层(GDL)微观结构的新方法，用于研究粗糙孔隙通道内速度场对GDL渗流量的影响。利用粗糙元和分形理论得到GDL内部孔隙通道随机分布模型，通过区分通道壁面亲/疏水性，得出了弥散速度占比、滑移增强系数、黏性增强系数和微尺度效应增强系数四种参数，并以此作为控制因素重构更加准确的内部速度分布，结合Darcy定律得到有效渗流系数模型。对GDL孔隙通道内部液态水的流动过程进行模拟，分析了不同粗糙度和接触角对液态水传输性能的影响。研究结果表明，孔隙通道粗糙元随机分布和不均匀流固耦合作用影响扩散层内部弥散速度、黏性、滑移速度的分布，四种控制因素共同作用于液态水的流动过程并促进液态水排出；相同粗糙度情况下，接触角为0o~180o时，亲水壁面滑移效应的促进作用大于弥散效应和黏性的抑制作用的程度逐渐增加，疏水壁面滑移效应的促进作用大于弥散效应和黏性的抑制作用的程度逐渐减小，流量变化曲线的斜率先显著增加后逐渐减小。新建立的扩散层内部液态水有效渗流系数模型可准确描述GDL内部液态水的流动规律，对GDL内部水管理具有一定的指导意义。

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30. 化学机械抛光中保持环对抛光液利用率影响的有限元模拟

屈朋阳黄盼练成林绍梁刘洪来

过程工程学报 2023, 23 (12): 1637-1645. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222460

摘要（87）

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PDF （1753KB）（46）

化学机械抛光(CMP)过程中抛光液占其总成本的50%，抛光液有效利用率却非常低。改进保持环的沟槽结构可以提高抛光液的有效利用率。本工作中，构建了抛光液流动与保持环转动的动态耦合模型，采用有限元方法(FEM)探究了CMP过程中保持环结构(包括沟槽数量、沟槽宽度、沟槽面积以及沟槽处是否为圆角)对抛光液有效利用率的影响。结果表明，同沟槽宽度(3.0 mm)时，抛光液的有效利用率随着保持环沟槽数量的增加而提高。而同沟槽面积(1785.4±0.3 mm2)时，保持环沟槽数量增加会导致抛光液的有效利用率下降。在其他条件相同的情况下，圆角型沟槽比尖角型沟槽有更高的抛光液有效利用率。本工作通过FEM优化了CMP工艺参数，为降低CMP成本提供了理论指导。

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31. 基于疏水离子配对法制备奥曲肽缓释微球的研究

朱裕韦祎隋东霖刘静璇巩方玲马光辉

过程工程学报 2023, 23 (12): 1646-1656. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223064

摘要（111）

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PDF （3357KB）（59）

奥曲肽(OCT)在临床上常被用于治疗肢端肥大症、胃泌素瘤等神经内分泌肿瘤以及食管胃底静脉曲张破裂出血等疾病，应用广泛。由于OCT半衰期较短，对于治疗肢端肥大症等需要长期用药的疾病，患者需要频繁给药，这导致顺应性差，因此亟须开发一种能够提高病人依从性的长效缓释制剂。此外，奥曲肽是极易溶于水的小分子多肽药物，在制备微球的过程中易逃逸至外水相，导致微球载药量和包埋率低。本工作采用疏水离子配对(HIP)法制备了HIP-OCT复合物，考察了电荷比、pH值、温度对复合物结合率的影响，并对复合物的水溶性、解离率进行检测，从四种复合物中筛选出结合率93.77%，水溶性9.31%，解离率92.10%的十二烷基硫酸钠-奥曲肽(SDS-OCT)为最优复合物。该复合物改变了OCT的亲水性，克服了OCT在传统复乳法中包埋率低的难点。采用O1/O2/W复乳法结合快速膜乳化技术，在抽负压固化、药物浓度80 mg/mL、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)浓度200 mg/mL的条件下制备了均一SDS-OCT复合物PLGA微球，粒径为28.02 μm，Span值为0.776，载药量为6.51%，包埋率为72.00%。制备的SDS-OCT复合物微球体外加速释放基本符合零级释放的趋势，累计释放度接近100%；体内药效实验表明该微球在一个月内具有稳定的长效缓释作用。

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32. 亚氨基二乙磺酸单钠对牛磺酸晶体形貌的影响

陈志荣丁高洁袁慎峰尹红

过程工程学报 2023, 23 (12): 1657-1666. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223119

摘要（85）

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PDF （2686KB）（36）

在环氧乙烷法合成牛磺酸的工艺路线中，杂质亚氨基二乙磺酸单钠(SA)会不可避免地进入结晶工序，杂质的存在会对牛磺酸产品的性质产生显著影响。本工作考察了SA浓度和降温速率对牛磺酸晶体形貌的影响，采用分子动力学模拟方法分析了SA在牛磺酸晶面上的附着情况以及SA改变牛磺酸晶体形貌的原因。结果表明，牛磺酸长径比随着SA浓度增加和降温速率加快而增大；降温速率为30 K/h时，添加浓度为0.04 mol/kg的SA会使牛磺酸晶体的平均长径比增加1倍以上；SA浓度为0.02 mol/kg时，随着结晶冷却速率从6 K/h升至36 K/h，晶体的平均长径比增大约3.8倍。结晶过程的降温速率应控制在12 K/h以下，以获得平均长径比小于3的牛磺酸晶体产品。模拟结果表明，基于修正的附着能模型模拟得到的晶习和实验晶习一致；(111 ?)晶面的面积占比缩小，(102)和(102 ?)晶面的面积占比扩大，这是SA水溶液中牛磺酸晶体生长成针状形貌的根本原因。本研究有助于理解SA改变牛磺酸晶习的作用机理和指导牛磺酸结晶工艺的优化。

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33. rhIFN-κ包涵体的氧化复性与纯化

吴佳奇张宇翔张路瑶颜灵樱余蓉刘永东张耀张纯

过程工程学报 2023, 23 (12): 1667-1675. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223020

摘要（82）

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PDF （1643KB）（34）

干扰素卡帕(Interferon-Kappa, IFN-κ)是一种具有抗病毒、抗肿瘤及免疫调节等重要功能的蛋白质，独特的分泌方式和生理功能使其在临床上具有良好的应用前景。通过大肠杆菌以包涵体形式表达的重组人干扰素卡帕(rhIFN-κ)需要经过体外折叠复性才能获得生物活性，由于IFN-κ含两对二硫键，因此复性时面临易生成沉淀和二硫键难以正确氧化等双重挑战。本研究采用强阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)溶解包涵体，并在复性过程添加多元醇2-甲基-2,4-戊二醇(MPD)逐渐剥离与蛋白质紧密结合的SDS，实现rhIFN-κ的氧化复性。研究发现，rhIFN-κ复性后主要形成了二硫键不同氧化程度的三种结构，包括完全氧化的正确结构、部分氧化的中间体和完全未氧化的变性蛋白。在SDS/MPD复性体系中，rhIFN-κ完全氧化的复性收率与两者浓度及比例密切相关。SDS浓度过低或MPD浓度过高易导致蛋白质沉淀或聚集，SDS浓度过高或MPD浓度过低则会抑制二硫键的正确氧化。进一步对氧化还原体系及pH值进行优化，确定了最优的复性缓冲液：添加0.05wt% SDS, 1 mol/L MPD, 0.2 mmol/L氧化型谷胱甘肽(GSSG), 0.1 mmol/ L还原型谷胱甘肽(GSH)的20 mmol/L Tris, pH=9.5。且在此条件下，蛋白质浓度提高至2.0 mg/mL时，rhIFN-κ复性收率基本不变。室温复性24 h，rhIFN-κ的复性收率达66%。利用制备反相高效液相色谱一步纯化，可有效去除杂质及复性中间体等错误结构，获得非还原电泳为单一条带的纯度90%的rhIFN-κ。结果表明，SDS/MPD体系能抑制包涵体复性时沉淀形成的同时还能有效提高二硫键的正确氧化，该结果可为rhIFN-κ的规模化生产奠定良好的基础。

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34. P507硝酸体系Ce(IV)置换反萃轻稀土的性能及机理研究

王怡李建黄梦玲张旭霞张绘齐涛

过程工程学报 2023, 23 (12): 1676-1684. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223056

摘要（85）

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PDF （3461KB）（49）

传统溶剂萃取法具有酸碱消耗大、含盐废水排放量大的缺点。以Ce的氧化还原为驱动力，根据P507对Ce(IV)和RE(III)的萃取能力不同，提出了一种新的反萃方法。研究了Ce(IV)在硝酸溶液中置换反萃轻稀土的反萃条件及机理。以Pr(III)作为轻稀土的代表元素探究了反萃相比、温度、反应时间、溶液酸度及Ce(IV)浓度、硝酸根浓度等因素对轻稀土反萃率的影响。结果表明，随着反应温度、时间及硝酸高铈铵溶液浓度增加，Pr反萃率不断增加，随着相比增大反萃率降低，使用0.56 mol/L硝酸高铈铵溶液反萃负载Pr的有机相，优化条件下Pr反萃率达98%，优于1 mol/L盐酸，该方法对轻稀土均有较好的反萃率。通过斜率法推测了萃合物形式及反应机理，FT-IR进一步验证了该机理。该反应为溶剂化机理，反萃前后有机相中组成分别为Pr(NO3)(HA2)2·(HA)和Ce(NO3)2A2。从FT-IR光谱分析可知，稀土元素置换了P-O-H中的H，并与P=O键配位，有机相中[NO3-]O的特征峰进一步证明了[NO3-]O参与反应。

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35. 晶硅切割废硅粉熔渣精炼制备低磷再生硅

金磊张雪峰王东林勇王志钱国余马文会魏奎先

过程工程学报 2023, 23 (12): 1685-1693. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223042

摘要（84）

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晶硅切割废硅粉是重要的新能源固废，切片过程电镀金刚线上磷的污染导致普通熔炼得到的再生硅磷含量高、品质差，无法满足有机硅行业对高品质原料的需求。本工作采用熔渣精炼一步去除晶硅切割废料的表面氧化层和非金属杂质磷元素，成功制备了有机用硅。首先使用石英砂模拟了硅粉表面氧化层的高温熔解行为，对比了CaO-Al2O3-SiO2和CaO-SiO2-CaF2两种渣系对二氧化硅的熔解效果，并考察了精炼时间(2~6 min)、精炼温度(1400, 1450和1500℃)下二氧化硅的熔解率。然后以晶硅切割废硅粉为原料，对比了两种精炼渣系对废硅粉的除磷效果，对氧化层和除磷结果进行了机理解析。结果表明，二氧化硅的熔解主要受精炼渣系的黏度影响，降低精炼渣的黏度能加快二氧化硅的熔解速率。相同条件下，二氧化硅在CaO-SiO2-CaF2渣系的熔解速率更快。精炼实验表明，提高CaO-Al2O3-SiO2和CaO-SiO2-CaF2精炼渣系的碱度有利于废硅粉中磷的去除，两种精炼渣的最大磷去除率分别为53.81%和62.04%。

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36. 钙铁复合脱硫剂的制备及其协同脱硫作用

刘洋张馨予李洋李长明甘丽娜余剑

过程工程学报 2023, 23 (12): 1694-1705. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223068

摘要（81）

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PDF （2557KB）（59）

针对低排量烟气固定床钙基颗粒脱硫剂反应性差、硫容低等关键技术难题，本研究以富羟基铁泥为反应助剂，成功构筑了高活性、大孔径、高硫容的钙铁复合脱硫剂。脱硫性能测试结果表明，脱硫剂钙铁双组分具有强烈的协同脱硫作用，其中含30wt%羟基氧化铁(FeOOH)脱硫剂硫容最佳并优于已报道同类型脱硫剂，高达106 mg SO2/g。通过氮气物理吸附解吸、X射线晶体衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、氢气程序升温还原与热重分析等表征手段，研究揭示钙铁脱硫剂协同脱硫作用的结构基础在于CaO消化过程引入高比表面积铁泥，生成了高活性钙铁界面相(Ca2FeO3Cl·5H2O)，抑制了Ca(OH)2晶粒的生长，形成了多孔、高比表面积(67.36 m2/g)的蓬松状颗粒结构，暴露了更丰富的SO2吸附和反应活性位；而且钙铁脱硫剂FeOOH组分在脱硫过程中分解形成的孔道、水膜和活性Fe3+促进了SO2的扩散、吸附和氧化，进一步强化了SO2的反应和脱除效果。本研究有望能够为中小型锅炉或散排烟气脱硫净化提供一种廉价便捷的净化材料与工艺。

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37. 双吡啶含钴离子液体的制备及耦合过硫酸盐催化脱硫

宋小龙王绍康徐航

过程工程学报 2023, 23 (12): 1706-1713. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223008

摘要（86）

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PDF （1722KB）（38）

采用两步法制备di-[EtPy]/[CoCl3]离子液体为催化剂，并利用核磁共振波谱(HNMR)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM-Mapping-EDS)等仪器对催化剂进行表征。本研究以di-[EtPy]/[CoCl3]为催化剂、过硫酸盐(PMS)为氧化剂、乙腈为萃取剂构建一套萃取催化氧化脱硫体系，对正辛烷中的二苯并噻吩(DBT)进行脱除。不仅考察了催化剂的制备，还探究了催化剂的催化性能、脱硫性能以及影响脱硫的主要因素。研究表明，在初始含硫浓度为609 mg/kg的模拟油加入量为6 g，di-[EtPy]/[CoCl3]投加量为0.10 g，PMS (20wt%)投加量为0.50 g，萃取剂乙腈投加量为1.00 g，体系反应温度45.0℃以及反应时长70 min条件下，模拟汽油的脱硫率为96.86%。di-[EtPy]/[CoCl3]循环使用5次后，脱硫率仍能达到86.00%。由于氧化产物经气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)表征为二苯并噻吩砜(DBTO2)，本研究结合实验结果对氧化过程机理进行了分析和推测。

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38. 铁基硅酸盐凝胶固化含砷化合物及固废的研究

杜勃雨刘超祝星

过程工程学报 2023, 23 (12): 1714-1724. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223085

摘要（108）

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PDF （2442KB）（64）

有色重金属矿冶过程中，大量含砷化合物及固废暴露在环境中，给周围水土带来巨大环境危机。由于具有良好的砷酸盐亲和力，铁离子及其化合物是常用的化学固砷药剂的主要成分。无论在砷污染物固化还是砷污染场地修复，硅酸盐及水化过程是重要的砷物理阻隔手段。基于此，本工作合成了一种铁基硅酸盐凝胶，评价了其用于典型砷化合物[Na3AsO4, Ca3(AsO4)2, AlAsO4和FeAsO4·2H2O]及有色冶金炼砷污泥的固化/稳定性能，探究了固砷机制。结果表明，Si/Fe摩尔比为1:4的铁基硅酸盐凝胶能有效固化Na3AsO4和FeAsO4·2H2O。但固化Ca3(AsO4)2和AlAsO4过程中，由于砷酸盐和硅酸盐之间的竞争反应，砷的毒性浸出比未固化时高。引入CaO可以抑制竞争反应，提高Ca3(AsO4)2和AlAsO4的固砷率，达到98%以上的固砷率。Fe和Ca共沉淀以及物理封装的协同效应是固化/稳定含砷化合物及固废的原因。以含砷化合物为核心，铁基硅酸盐凝胶/C-S-H凝胶为外壳的核-壳结构，在与周围环境接触时，能有效固化含砷化合物及固废，降低浸出毒性。长期稳定性测试表明，在pH值为8时，铁基硅酸盐凝胶固化的含砷化合物及固废在30天内保持较好的稳定性。从酸性到碱性条件下，固化体的砷毒性浸出浓度均低于5 mg/L。本工作所提出的CaO辅助铁基硅酸盐凝胶在含砷固废和砷污染土地的固定化方面表现出巨大的潜力，为含砷污染物固化提供了一种新途径。

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39. 电石渣湿法脱硫过程亚硫酸钙强制氧化及杂质影响规律

郑跃武孟子衡练领先韩吉亮赵立文王兴国邢岗朱干宇李会泉

过程工程学报 2023, 23 (12): 1725-1738. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223048

摘要（173）

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PDF （9117KB）（110）

电石渣主要成分为氢氧化钙，可以代替石灰石进行湿法烟气脱硫，但是电石渣的碱性较强，脱硫产物亚硫酸钙颗粒细小，可能会影响其氧化结晶过程。系统考察了不同工艺条件对亚硫酸钙氧化及硫酸钙结晶过程中粒径、氧化速度、含水率及微观形貌的影响规律，并得到优化的工艺条件：亚硫酸钙浓度为5 g/L，曝气量为400 mL/min，初始pH为5.5，反应温度为40℃，反应时间为4 h；在最优条件下得到了粒度大、含水率低、纯度高和形貌均匀的脱硫石膏(主要为二水硫酸钙)产品，有利于其后续的资源化利用。电石渣在酸性条件下各元素浸出的先后顺序为Na>Ca>Mg>Si>Fe>Al；在上述最佳反应条件下考察了Na, Mg, Si, Fe, Al等杂质对亚硫酸钙的氧化过程及硫酸钙结晶的影响，结果表明，Mg, Si, Fe对亚硫酸钙氧化速率有明显促进作用，而Al, Na抑制亚硫酸钙氧化；同时添加杂质Si对硫酸钙结晶几乎无影响，添加杂质Mg, Fe, Na对硫酸钙结晶影响较小，而添加杂质Al对硫酸钙结晶有明显不利影响。本研究以电石渣基亚硫酸钙为原料，开展了亚硫酸钙氧化与二水硫酸钙结晶研究，为工业实际电石渣脱硫的强制氧化过程提供理论指导。

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40. 凹壁面切向射流近壁面单颗粒尾流特性的大涡模拟

张静侯文浩周承昊田志国龚斌

过程工程学报 2023, 23 (11): 1497-1505. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223019

摘要（124）

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PDF （6139KB）（205）

采用大涡模拟研究了凹壁面切向射流作用下近壁面圆球型颗粒对流体流动特性的影响，模拟获得的尾涡结果与实验示踪剂图像吻合较好。研究了颗粒尾流的涡旋结构及其演变过程，考察了雷诺数Re=700~10 000时颗粒周围速度、涡量及流线变化。结果表明，随着雷诺数增加，颗粒的影响区域涡量增强，涡量的峰值始终出现在颗粒迎流面，颗粒后侧的回流区显著收缩。Re≥2000时在射流展向颗粒后侧存在两个尾涡，流体的切向速率和涡量均发生周期性波动。对颗粒的升力和阻力进行了监控，Re=2000时旋涡脱落频率对应的斯特劳哈尔数St=0.000 854，升力功率谱中峰值对应的St=0.001 52；Re=10 000时阻力功率谱没有发现峰值，升力功率谱中峰值对应的St=0.008 74。

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