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1. 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（187）

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PDF （9117KB）（116）

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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2. CO ₂微气泡强化纳米碳酸钙的制备及传递-反应分析

王立恒管小平杨宁牟祖泽

过程工程学报 2023, 23 (9): 1313-1324. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222450

摘要（184）

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PDF （2491KB）（98）

控制碳酸钙的粒径大小和粒径分布是碳化法制备高质量纳米碳酸钙的关键。采用间歇鼓泡碳化法制备纳米碳酸钙，考察了操作参数(气体流量、初始浆料浓度)、气泡类型(普通气泡、微气泡)对碳酸化反应速率和沉淀碳酸钙的粒径大小及分布的影响规律，同时深入分析了反应过程中稳定区和突变区随气泡类型的变化规律。结果表明，在使用普通气泡时，增加二氧化碳气体流量有利于二氧化碳的吸收和碳酸钙粒径的减小；在小塔中使用普通气泡，随着初始浆料浓度增加，在低浓度下，减小碳酸钙粒径，当浓度升高到一定程度后，对反应时长和物质混合的影响会促进晶体增长，使碳酸钙粒径增加。采用微气泡后会显著减小沉淀碳酸钙的粒径，同时，二氧化碳气体流量不再影响碳酸钙的粒径分布，表明气液传质过程不再是控制步骤。

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3. 基于OpenFOAM模拟精馏塔板的气液流动

周晓庆焦云鹏范天博何险峰陈建华

过程工程学报 2023, 23 (6): 858-869. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222258

摘要（181）

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PDF （8891KB）（175）

本研究对筛孔型精馏塔板上的空气-水两相流进行了模拟，模拟方法采用基于开源软件平台OpenFOAM的双流体模型框架。模拟体系选用Solari-Bell经典实验体系，研究了不同操作条件下的气液两相流动参数，包括清液层高度、气相速度、液相速度和塔板压降等，模拟结果与实验结果的变化趋势基本一致。基于CFD模拟结果，分析了不同工况下塔内气液两相速度场与气含率分布等流动参数，结果表明本工作可以较好地捕捉塔板上的气液流动特征。进一步地，讨论了应用OpenFOAM模拟精馏塔内气液两相流动的若干影响因素，在此基础上分析了气液错流体系相间曳力对模拟结果的影响，实现了与使用商业软件模拟结果相接近的预测效果，验证了使用OpenFOAM模拟精馏塔体系的可行性。

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4. 微反应器内Stöber法可控制备SiO ₂微球

余杨屏杨梅李明芝陈光文

过程工程学报 2023, 23 (6): 908-917. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222290

摘要（175）

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PDF （41018KB）（75）

采用微反应器与间歇反应器串联策略，实现了反应物料的快速混合及陈化时间的灵活调变，基于St?ber法可控合成了SiO2微球。通过X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)对样品的物相和形貌进行了表征。结果表明，SiO2微球的平均粒径及粒径分布取决于TEOS水解反应及硅酸盐单体缩聚反应间的竞争，同时还受反应前期物料的混合速率的显著影响。当陈化温度从25℃增高至75℃，SiO2微球平均粒径从472 nm减小至200 nm，单分散性变化不大。当氨水浓度从0.8 mol/L增加至5.6 mol/L时，SiO2微球平均粒径从34 nm增大至261 nm，单分散性变好。当水浓度增加至35.6 mol/L或TEOS浓度增加至1.0 mol/L时，溶液中发生多次成核或持续成核现象，使得SiO2微球的单分散性急剧变差。提高雷诺数或缩小通道内径有利于获得单分散SiO2微球。

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5. 移动床内颗粒共振行为的DEM模拟

沈秦坚董世杰张丹城郭辉宋吟玲刘晓星

过程工程学报 2023, 23 (6): 826-836. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222161

摘要（167）

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PDF （5476KB）（147）

移动床在各种过程工业中普遍存在。从颗粒尺度出发刻画移动床内颗粒物料的复杂流动行为，对于大型移动床反应器的设计、放大和优化具有重要的意义。本工作基于三维离散单元法(Discrete Element Method, DEM)数值模拟，考察了漏斗流和半整体流卸料流型下移动床内颗粒物料的运动特性，重点探讨了两种卸料流型下颗粒运动脉动特性的异同。首先通过对比流动区轮廓及其特征宽度随时间演化的模拟预测结果和实验测量结果，检验了DEM模拟结果的可靠性。DEM模拟结果表明，两种卸料流型下，流动区上部区域不同位置处颗粒平均轴向速度随时间的变化都呈现出显著的非随机波动，表现为颗粒平均轴向速度时间序列的离散傅里叶变换频谱图都出现了明显的特征峰。空间相关性分析结果表明，在流动区上部区域，不同位置处颗粒轴向速度随时间的波动呈现强烈的空间相关性，两种卸料流型下体系内都形成了局部共振。不同轴向位置处颗粒轴向速度的延迟相关性分析结果表明，这种共振行为源自于床层底部出口上方。对颗粒轴向速度和颗粒间接触力之间延迟相关性的分析结果显示，两者之间存在显著的相关性，且后者的波动先于前者的波动，说明模拟得到的共振现象可能源于自由落体拱机制。本工作的模拟结果表明，漏斗流和半整体流流型下移动床内颗粒物料卸料过程中都可出现共振，且两种卸料流型下颗粒共振特征并无本质区别。

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6. 耦合传质的CO ₂气泡上升过程数值研究

裴东号曾乐翔高梦蝶阮锦程曹军

过程工程学报 2023, 23 (9): 1244-1255. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222385

摘要（156）

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PDF （15818KB）（123）

利用Volume of Fluid (VOF)法对静止水中CO2气泡的上升过程进行数值模拟，采用自定义程序考虑传质过程，研究了不同初始直径的气泡上升过程中瞬时速度、传质系数、CO2溶解量以及气泡传质尾迹的变化。结果表明，气泡上升过程中横向速度周期性变化并且随着气泡初始直径增大，振荡幅度减小，而纵向速度随气泡初始直径增大而增大。在初始直径3.5~6 mm的范围内，随着气泡初始直径增大CO2溶解量增大，其尾流表现为对称态、过渡态及周期性脱落三种状态。初始直径3.5~6 mm的气泡尾流发生转变的临界Re随着气泡初始直径增大而增大，其尾流周期性脱落的频率为17~22 Hz，且脱离频率随气泡初始直径增大而减小。气泡尾流与传质尾迹保持一致，随着气泡初始直径增大，气泡传质尾迹影响的范围也增大。

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7. 耦合电化学和多相流模型的强制循环水电解槽性能研究

段旭东王斯民文键

过程工程学报 2023, 23 (6): 880-888. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222318

摘要（145）

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PDF （10405KB）（101）

碱性电解槽中气泡行为所带来的浓度极化对电解槽的性能影响较大，增大了电解水制氢能耗，但大多数研究未考虑电化学过程中气相产物流动行为的影响。本工作将电化学模型与气液两相流模型耦合，在描述气相体积力的方程中引入了曳力、升力和气泡弥散力，考虑了浓度极化的影响，模拟了强制循环碱性电解槽的产气过程，并进一步研究了操作工况对于电解槽性能的影响。随着电解液温度从60℃升高至80℃，平均电流密度提高了3.84%，电流密度分布均匀度恶化。当电解液入口流速从0.10 m/s增大至0.30 m/s，可以同时提高平均电流密度及其分布均匀度，平均电流密度提高了0.64%。电解液中氢氧化钾浓度对电解性能的影响最大，随着氢氧化钾浓度从2 mol/L提高至6 mol/L，电流密度提高了40.21%，但电流密度分布均匀度会恶化。

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8. 狭缝孔锥形分布板对流态化反应器内部流动特性的影响

王天成陈功王德喜邵立新

过程工程学报 2023, 23 (10): 1390-1400. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222472

摘要（142）

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PDF （1471KB）（103）

针对目前污水处理流态化反应器存在液相返混、液固混合不均的问题，设计了一种开有狭缝孔的锥形分布板，该分布板上单孔的开孔面积由反应器中心向反应器外侧逐渐增加，并采用欧拉-欧拉多相流模型、RNG k-ε湍流模型对狭缝孔锥形分布板进行数值仿真计算。结果表明，狭缝孔锥形分布板能够使反应器内部形成多个环核流流动，强化液固两相之间的混合。此外，狭缝孔锥形分布板能够使反应器内部的颗粒均布，避免颗粒在反应器壁面附近聚集，且颗粒能够获得较高的循环速度。综合评估颗粒体积分数、流速和床层密度标准差等参数，狭缝孔锥形分布板的狭缝孔的最佳开孔方式为垂直于中心轴线方向，最佳锥角为120°。

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9. 烧结时间对Fe-Si/SiO ₂软磁铁芯微观结构演变及磁性能的影响

孔辉王锐吴朝阳贺弋海王海川鞠纳川

过程工程学报 2023, 23 (6): 898-907. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222166

摘要（137）

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PDF （51402KB）（58）

软磁铁芯由铁基软磁合金粉末和作为绝缘层的氧化物陶瓷组成，这二者在软磁铁芯中形成的核壳异质结构是限制交流磁化过程中涡流运转和降低高频损耗的基础，因此在烧结成型过程中保持软磁铁芯内核壳异质结构的完整性和均匀性对优化其磁性能至关重要。本工作制备了Fe-Si/SiO2软磁铁芯，并研究了Fe-Si/SiO2核壳异质结构随烧结时间的演化行为及对软磁铁芯磁性能的影响。结果表明，在3~10 min范围内，随烧结时间的延长Fe-Si/SiO2软磁铁芯内核壳异质结构逐渐趋于完整，烧结时间为9 min时，SiO2绝缘层开始结晶；当烧结时间超过11 min时，由于热压烧结过程中的梯度温度场引起的过热现象，导致核壳异质结构坍塌。在核壳异质结构保持完整的情况下，烧结时间为10 min的Fe-Si/SiO2软磁铁芯性能较佳，饱和磁化强度为220.9 emu/g，电阻率为0.72 mΩ?cm，总损耗Pcv (10 mT, 100 kHz)为627.5 kW/m3。相比于核壳异质结构坍塌的样品(13 min)，总损耗Pcv (10 mT, 100 kHz)降低约38.7%，其中涡流损耗降低了约33.1%，磁滞损耗降低了约14.7%。

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10. 熔池对流对废钢熔化过程影响数值模拟研究

周小宾滕宇汪万行岳强朱正海

过程工程学报 2023, 23 (9): 1256-1267. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222403

摘要（133）

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随着我国环保要求日益严格和废钢量的增加，转炉炼钢过程中对废钢的使用量将逐渐增加。因此，大量废钢加入转炉后废钢的熔化将是一个非常重要的问题。熔池中碳含量、熔池温度和熔池流动是影响废钢熔化的重要因素。本工作以废钢在铁水熔池中的熔化实验过程为研究原型，利用数值模拟方法对废钢熔化过程中熔池流动对废钢熔化的影响进行研究，主要考察了熔池自然对流和强制对流对废钢熔化过程的影响规律。结果表明，废钢浸入熔池后，熔池和废钢间的温差使界面附近区域产生自然对流，界面处的流动可以加速熔池和废钢间的传热，并驱动高碳铁水向熔化界面运动，加速熔化过程。废钢初始温度升高，熔池中产生的自然对流强度下降。当熔池中流动为强制对流时，废钢熔化速率大大提高。熔化进行到5 s时，初始温度为25℃时的废钢棒熔化速率为107 mm3/s，而初始温度为1000℃时的废钢棒熔化速率仅为50 mm3/s，不到前者的50%。在15 s时刻，自然对流作用下废钢熔化剩余量为1054 mm3，是驱动速度0.15 m/s下的2.3倍；在10 s时，强制对流驱动速度0.15 m/s时废钢的熔化速率约为自然对流下的1.8倍。

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11. CO ₂环加成过程中副产物溴乙醇的催化转化研究

高瑞斌易礼鑫杨子锋董丽刘一凡郭洪范李雨浓

过程工程学报 2023, 23 (11): 1518-1529. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222468

摘要（133）

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PDF （1824KB）（134）

CO2是温室气体之一，其在大气中快速大量积累直接导致了全球变暖和生态破坏等环境问题。从可再生碳资源利用的角度来讲，CO2是广泛存在、价廉易得的C1资源。以环氧乙烷(EO)和CO2为原料生产碳酸乙烯酯(EC)的工艺，具有高“原子经济”和“绿色化学”的优势，为C1资源的化学利用提供可行的工业方案。卤素离子型催化剂是该环加成反应的传统催化剂，但在反应过程中，催化剂中卤离子流失，生成副产物卤代醇分子，从而影响主产物碳酸乙烯酯的收率、增加了分离难度和对设备的要求。因此，开发理想的催化体系，将副产物卤代醇抑制并转化、促使其正向消耗十分必要。本工作设计开发了系列弱碱性离子液体，以溴乙醇(BE)为研究对象，在环加成反应条件(温度130℃、CO2压力3 MPa、反应时间3 h)下，添加弱碱性离子液体，实现了溴乙醇的原位转化。考察了不同的反应条件和不同碱性离子液体对溴乙醇转化的影响，包括离子液体种类、反应温度、压力环境、反应时间等因素，揭示了溴乙醇转化的反应规律，其中[Bu4P][HCO3]的效果最好；采用气体氛围和溶剂微环境调控不同反应路径，使BE的转化率可达20%~50%，添加EC后含溴共价键副产物减少，更有利于溴离子的生成。将卤素共价键转化为卤素离子，使环加成反应体系恢复了部分催化活性。该方法简单易行，能够实现CO2环加成的副反应路径的原位调控，完善CO2资源化利用体系，促进卤素离子的循环，具有重要的科学意义和应用价值。

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12. 二元颗粒在气固流化床中的轴向分布特性

闫珺金伟星范怡平鄂承林卢春喜

过程工程学报 2023, 23 (6): 837-846. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222204

摘要（131）

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PDF （2638KB）（99）

通过大型冷模实验测量了二元混合颗粒在流化床内沿轴向的压力分布，考察了混合颗粒截面平均浓度沿轴向的变化特点。通过分析床层压差分布的转折点，确定了密相区与稀相区的相交界面高度，根据实验结果给出了经验关联式。通过压力信号标准差分析了流化床内混合颗粒流化性能与表观气速和颗粒混合比例的关系。实验结果表明，平均颗粒浓度沿流化床轴向呈下降趋势，且在密相区中随表观气速增加而减小，在稀相区中随表观气速增大而增大。二元颗粒中大颗粒比例xl为0.685时，密相区总平均颗粒浓度存在最大值。密相区与稀相区相交界面高度随表观气速增大而提高。当0.225≤xl≤0.479和0.561≤ug≤1.122 m/s时，流化床内二元颗粒的流化性能和混合程度达到最佳。

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13. 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（127）

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PDF （1468KB）（65）

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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14. 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（126）

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PDF （6139KB）（211）

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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15. 旋流器结构对主吸收塔内流动特性的影响

杨展玉尹琦岭王团亮李玉阁宋文明张玉福闫渊魏利平

过程工程学报 2023, 23 (10): 1401-1410. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222384

摘要（124）

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PDF （17878KB）（97）

高含硫天然气净化主吸收塔需要定期堆焊修复腐蚀部位，修复前后各需采用内燃法整体热处理技术进行消氢、消应处理。旋流器布置对空气分布及热处理过程中火焰调控具有重要影响，本工作分别对双级旋流器、单级旋流器I和II在吸收塔内的流动特性进行了模拟。结果表明，双级旋流器上方未产生明显回流区且速度分布均匀，内外两侧旋流叶片上方均产生较大的切向速度，空气入口速度为9.8 m/s的工况下产生的最大切向速度为8.33 m/s，其次为单级旋流器II的4.5 m/s和单级旋流器I的3.12 m/s。双级旋流器对应的塔内压降变化最小，证明其可有效产生低阻旋流场，且对应的塔底流线占比随气体质量流量变化可保持平稳，约为14%，与塔底壁面占塔体总表面积的百分比一致，能保证足够的气体介质回流塔底，促进气体对流。双级旋流器对应的90%塔内停留时间随气体质量流量增大而线性增长。总体上，双级旋流器的旋流效果优于其他两种旋流器，本研究可为内燃法整体热处理工艺旋流装置的优化设计提供参考。

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16. 基于串级模糊自适应PID的蒸发器温度控制系统设计

孙军张典黄青山田亮常天奇刘琪

过程工程学报 2023, 23 (9): 1290-1299. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222320

摘要（122）

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PDF （1561KB）（83）

蒸发器温度控制存在时变性、非线性和滞后时间长等特性，传统控制方法难以实现温度的精确控制。通过对蒸发器的生产过程进行分析，提出了一种基于串级模糊自适应比例-积分-微分(PID)的蒸发器温度控制方法，将模糊控制理论和串级PID控制理论相结合，建立了主回路和副回路的模糊自适应PID控制连续功能图(CFC)，实现了对蒸发器温度控制的主回路和副回路PID参数的实时修正。采用SMPT-1000仿真设备和西门子PCS7过程控制系统的研究结果表明：PID参数实时修正后，比例参数加快了系统响应速度，积分参数减小了系统的偏差，微分参数起到了超前控制作用；温度响应的调节时间缩短二分之一，最大偏差降低幅度超过五分之四；温度提升负荷的调节时间缩短幅度超过五分之三，最大偏差降低幅度超过五分之四；过热蒸汽干扰的恢复时间缩短幅度超过二分之一，最低和最高温度偏差降低幅度超过十分之一。与传统串级PID控制方法相比，串级模糊自适应PID控制具有调节时间短、超调量小、鲁棒性好等优势，克服了传统串级PID的不足，为解决蒸发器温度精确控制提供了一种有效途径和方法。

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17. 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（118）

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PDF （5399KB）（123）

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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18. 毫米级菱镁矿颗粒流态化热分解反应行为及其动力学特性研究

高峰付亮亮白丁荣许光文

过程工程学报 2023, 23 (10): 1435-1445. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222470

摘要（116）

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PDF （5290KB）（76）

流态化热分解毫米级菱镁矿颗粒是提高和促进小颗粒菱镁矿资源利用的有效途径，但有关基础研究尚处于空白阶段。对此，本工作选取粒径范围为0.3~3 mm的四种颗粒样品，利用直径为30 mm的实验室流化床反应器结合在线质谱分析仪，研究了不同温度下菱镁矿颗粒流态化热分解行为。结果表明，菱镁矿颗粒热分解速度随床层温度升高和粒径减小而加快。随着颗粒粒径增大，反应界面缩小，活化分子减少，表观活化能减小。随着反应程度加深，热分解反应控制机理逐渐由化学反应控制向颗粒内扩散和传热控制转变。本研究揭示了毫米级菱镁矿颗粒流态化热分解行为，对开发新型流态化制备菱镁矿颗粒热分解产品提供基础数据支持，对高温流态化制备毫米级尺寸高密度重烧镁砂技术也具有重要的参考价值。

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19. 基于相似原理的超细粉体搅拌功率的实验和DEM数值模拟

陈荟刘雪东刘文明郑蔚文张红红吕开新

过程工程学报 2023, 23 (11): 1506-1517. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222421

摘要（116）

HTML （2）

PDF （2454KB）（122）

采用实验研究和数值模拟相结合的方法，研究机械式粉体搅拌机内超细粉体搅拌过程的搅拌功率、扭矩的变化规律。对平均粒径为10.56 μm的轻质碳酸钙粉体进行搅拌实验，研究了机械式粉体搅拌机内的操作参数，包括搅拌转速、桨叶位置、料面高度的变化对超细粉体搅拌功率和扭矩的影响，拟合得出了功率计算的表达式。利用相似原理放大粉体细颗粒，对放大的粗颗粒进行虚拟实验，获得接触参数；对粗颗粒搅拌过程进行DEM数值模拟，将模拟搅拌功率和扭矩的结果与实验结果进行比较。结果表明，机械式粉体搅拌机内超细粉体搅拌功率消耗与搅拌桨转速、桨叶位置、料面高度等参数密切相关。同时，扭矩值与功率值与搅拌桨转速、料面高度呈正相关，与桨叶位置呈负相关。模拟的扭矩值和功率值与实验的扭矩值和功率值比值与颗粒放大因子基本吻合，验证了相似原理应用于研究桨叶位置和料面高度对搅拌功率特性的影响的准确性。

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20. 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（115）

HTML （7）

PDF （3357KB）（64）

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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21. 代谢工程改造大肠杆菌生产戊二酸

张芝兰高聪郭亮陈修来魏婉清吴静宋伟刘立明

过程工程学报 2023, 23 (9): 1340-1350. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222453

摘要（115）

HTML （4）

PDF （2028KB）（92）

戊二酸是一种重要的中间体，在化工、农业和医药等领域有着广泛的用途。目前，戊二酸的生物合成途径存在合成路径冗长、辅因子消耗多和产物得率低等问题。为开发高效的戊二酸合成方法，将酶工程和代谢工程相结合，构建了一条以葡萄糖为底物生产戊二酸的新途径。首先，通过数据库挖掘设计了一条由赖氨酸α氧化酶(LO)、单胺氧化酶(MAO)、α-酮酸脱羧酶(KDC)和醛脱氢酶(ALDH)组成的新型催化途径，引入赖氨酸生产菌株E. coli CCTCC M2019435后实现了戊二酸的从头合成；为进一步提高该路径的合成效率，针对路径的限速酶KpALDH进行理性分析和蛋白质改造，使酶的催化效率提高了66.5倍；在此基础上，通过代谢工程强化限速酶KpALDH的表达并阻断副产物乙酸代谢支路，使戊二酸得率提高了2.0倍；最后，优化戊二酸发酵条件，发酵结束时戊二酸产量提高到62.0 g/L，生产强度和得率分别达到1.6 (g/L)/h和0.3 g/g葡萄糖。

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22. 磁化水中氢氧化钙对半水硫酸钙形貌影响机制

林星彤雷大士王宇斌李亮张帅华开强

过程工程学报 2023, 23 (7): 1081-1088. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222285

摘要（115）

HTML （4）

PDF （2866KB）（66）

为掌握在磁化水体系中氢氧化钙对半水硫酸钙水热产物形貌的影响规律，采用扫描电镜(SEM)、电导率和X射线衍射(XRD)等方法对半水硫酸钙试样进行表征，在此基础上阐明氢氧化钙对其形貌的影响机理。结果表明，在磁化水体系中氢氧化钙对半水硫酸钙水热产物的形貌有明显的调控作用。随氢氧化钙浓度增大，水热产物的形貌由纤维状先转变为板状，后转变为柱状，并且在此过程中，有少量颗粒状形貌产物出现，其可能是氢氧化钙和二水硫酸钙晶体的混合物。当氢氧化钙的浓度为5.0×10-7 mol/L时，水热产物的形貌主要为纤维状。随着氢氧化钙浓度的增加，当其浓度为5.0×10-5 mol/L时，Ca2+通过同离子效应抑制二水硫酸钙溶解，导致SO42-数目减少，同时，OH-与SO42-产生竞争吸附并以化学吸附的形式作用于半水硫酸钙晶体的(002)晶面，不利于生长组元在该晶面的沉淀，导致晶体形貌向板状转化。当其浓度为5.0×10-3 mol/L时，溶液中过大的Ca2+浓度有利于半水硫酸钙晶体沿(200)和(110)晶面生长，而OH-抑制(002)晶面生长，在二者共同作用下，晶体形貌转变为柱状。研究可为磁化水体系中制备不同形貌半水硫酸钙水热产物提供一定的参考意义。

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23. 外加酶强化剩余污泥与厨余垃圾渗滤液混合厌氧消化

薛同站孙鑫李卫华刘晓吉王坤闫祥宇杨厚云

过程工程学报 2023, 23 (8): 1208-1219. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222311

摘要（113）

HTML （2）

PDF （21125KB）（51）

为了研究水解酶对剩余污泥和厨余垃圾渗滤液混合厌氧消化产气性能的影响，以城市污水处理厂剩余污泥和厨余垃圾渗滤液为底物，在混合比为1:1和2:1混合液中分别加入比例为1:1, 1:2和2:1 (总酶加入量60 mg/g TS)的蛋白酶和纤维素酶，在38±0.5℃的温度下进行混合厌氧消化。结果表明，在剩余污泥与厨余垃圾渗滤液2:1混合厌氧消化体系中1:1投加蛋白酶和纤维素酶时产气性能和处置效果最佳。其日产甲烷峰值为60.15 mL/g VS，比单独消化污泥提高了1.84倍，比同底物不加酶时提高了70.49%；甲烷总产量为296.17 mL/g VS，比单独消化污泥提高了75.99%，比同底物不加酶时提高了62.87%；总固体(TS)和挥发性固体(VS)去除率分别为41.43%和67.32%，比单独消化污泥分别提高了14.74和27.89个百分点，比同组不加酶的混合液分别提高了8.34和21.99个百分点，且消化过程中没有出现氨抑制和挥发性脂肪酸(VFAs)积累的状况。利用三维激发矩阵荧光光谱结合平行因子法分析，发现混合厌氧消化过程中存在的荧光物质主要有类蛋白质、类富里酸和类胡敏酸，在消化的不同时间段蛋白质荧光强度存在明显差异，加酶的实验组中这一变化更加显著。此结果可为剩余污泥和厨余垃圾的减量化和资源化提供借鉴。

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24. 自吸射流搅拌桨液-液非均相混合特性分析

张静袁佳新李宏业张成松龚斌

过程工程学报 2023, 23 (10): 1411-1420. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223040

摘要（112）

HTML （2）

PDF （29780KB）（79）

自吸射流搅拌槽作为新型搅拌装置在非均相强化混合过程中具有潜在的工程应用前景。以水为连续相，油为分散相，运用数值模拟和实验研究了自吸射流搅拌槽内液-液非均相混合过程及强化非均相混合过程的影响因素。结果表明，搅拌转速及分散相相含率对液-液非均相自吸射流轴线上无量纲速度影响较小。自吸射流管倾角β对搅拌槽内流场和分散相分布的影响显著，β<0°时，不利于油水非均相在搅拌槽内径向混合；β=0°时，搅拌槽内无自吸和射流现象，不利于轴向混合；β>0°时，搅拌桨上部产生自吸流，下部产生射流，高油相相含率流体被自吸射流管吸入，向下以射流方式进入低油相相含率流体，有效提高了搅拌槽底部湍流动能，强化了油水非均相混合过程。

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25. 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（112）

HTML （5）

PDF （2442KB）（68）

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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26. 钙基复合吸收剂的制备及烟气同时脱硫脱硝性能

李洋刘洋李长明付亮亮余剑

过程工程学报 2023, 23 (10): 1446-1457. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222344

摘要（111）

HTML （3）

PDF （1918KB）（94）

针对干法超低温(<120℃)烟气同时脱硫脱硝技术难题，本工作将强氧化剂与高比表面积消石灰耦合制备钙基复合吸收剂，实现了超低温(<120℃)烟气干法高效同时脱除硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)。不同氧化剂种类和负载量的钙基复合吸收剂烟气脱硫脱硝性能评价结果表明，强氧化剂的加入不仅提升了消石灰脱硫性能，还能与消石灰协同实现同时脱硝；氧化剂种类、添加量对烟气同时脱硫脱硝影响显著，而且烟气具有适当的水分含量和氧含量有利于提升脱硫脱硝效率。根据钙基复合吸收剂烟气净化反应前后的晶相结构、热分解、微观形貌、比表面积等表征结果可发现，SO2和NO首先被强氧化剂氧化，然后与消石灰反应生成相应的硫酸盐和硝酸盐，提高了脱硫和脱硝效率。本研究有望为烟气超低排放升级改造或小型工业锅炉烟气净化提供一种新的净化材料与工艺。

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27. 低浓度表面活性剂对蒸发固着液滴颗粒沉积形态影响的实验研究

吴楚越何永清陈曦

过程工程学报 2023, 23 (8): 1180-1189. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222355

摘要（111）

HTML （4）

PDF （40639KB）（65）

调节液滴蒸发后的沉积形态存在许多应用与潜在价值。以聚苯乙烯颗粒配置悬浮液，加入表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)，进行液滴蒸发的观察与分析，探究浓度为0wt%~1wt%的SDS对聚苯乙烯颗粒悬浮液液滴蒸发的过程及蒸发后沉积形态的影响。结果表明，实验的浓度范围内，随SDS浓度增加，液滴接触角非线性减小；加入SDS后，受表面张力梯度的驱动，液滴会自发向外铺展，最大铺展系数与SDS浓度呈正相关。液滴铺展过程较短，大约只占液滴整个蒸发过程的1/5~1/3。采用灰度共生矩阵分析加入SDS后对咖啡环内部的沉积形态的影响可知，SDS不仅能调节液滴沉积的环宽，还会减少沉积中间部分颗粒的聚集，沉积纹理更均匀(SDS浓度为0wt%与0.1wt%时两种沉积形态对比最明显)；SDS浓度的增加会使液滴内Marangoni流动更加剧烈，沉积的环宽随SDS浓度增加而变宽，当SDS的浓度高于0.75wt%后，环状沉积不再明显，颗粒大部分均匀分布在整个沉积区域，形成盘状沉积，说明SDS对环形沉积的环宽调节存在上限；比较直径为5.7和10 μm颗粒沉积的环宽随SDS浓度变化以及与咖啡环沉积面积占比的最大值(直径为5.7 μm时约为58.6%，直径为10 μm时约为44.6%)可知，SDS对不同直径的颗粒的沉积形态的影响存在差异。

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28. 均流腔对微通道内沸腾流动传热的影响

江河袁俊飞王林邢谷雨安礼贝

过程工程学报 2023, 23 (6): 847-857. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222363

摘要（111）

HTML （4）

PDF （14425KB）（87）

针对平行微通道散热器的沸腾流动不稳定性问题，以R134a制冷剂为工质，研究了内圆弧过渡形均流腔微通道散热器(MC-C)与传统方形均流腔微通道散热器(MC-S)的沸腾流动与传热特性。结果表明，与MC-S微通道相比，MC-C微通道入口均流腔减小了对工质的流动阻力，出口均流腔促进蒸气从散热器中排出，MC-C微通道的各微流道中的流型更加均匀。MC-C微通道沿程壁面温度先增大后减小再增大，MC-S微通道沿程壁面温度先减小后增大，相同工况下MC-C微通道可以实现更低的壁面温度。两种均流腔结构微通道的传热系数随质量流量增大而增大，随热流密度增大而增大；相同工况下MC-C可以实现更高的传热系数。当热流密度为242.6 kW/m2时，MC-C微通道较MC-S微通道的壁温最大降低了2.8℃；质量流量G=572 kg/(m2?s)时，随热流密度升高，MC-C微通道较MC-S微通道的沿程最大温差最多降低了2.2℃；当热流密度为242.6 kW/m2时，MC-C微通道较MC-S微通道平均传热系数最大提高了20.2%。

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29. 利用COSMO-RS模型筛选离子液体夹带剂用于水+乙酸体系的分离

李晴石萌郭义敏何瑞宁邹昀童张法

过程工程学报 2023, 23 (7): 1063-1072. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222245

摘要（111）

HTML （7）

PDF （2380KB）（66）

乙酸酯类产品工业生产中产生的含酸废水的高效分离是化工生产中的难题，传统分离乙酸与水的技术如萃取精馏、共沸精馏等在溶剂选择时效率低。类导体屏蔽-真实溶剂模型(Conductor-like Screening Model-Real Solvents, COSMO-RS)可以通过量化计算预测流体热力学性质，从大量溶剂中筛选出适用于某一体系的夹带剂，可减少实验量，提高研究效率。含氮类与含磷类的有机溶剂对水+乙酸体系的萃取效果较好，因此，本工作使用COSMO-RS模型从5种含磷阴离子和12种咪唑类阳离子组成的离子液体中筛选出适用于萃取精馏分离水+乙酸体系的夹带剂。优化了未收录于COSMO软件原始数据库的离子的几何结构，通过σ-Profile图、水在不同离子液体中的溶解度、不同离子液体中乙酸对水的选择性、离子液体与水或乙酸混合时的超额焓四个方面进行分析。结果表明，[MIM][DBP], [ODMIM][DEP]和[ODMIM][Me2PO4]的萃取效果较好。水或乙酸与离子液体混合时氢键作用占据绝对主导，咪唑类阳离子提供氢键的能力强，易与乙酸结合，提高水与乙酸的相对挥发度，达到分离的目的。对比超额焓数值，[ODMIM]+与乙酸之间的相互作用最强，最终确定[ODMIM][DEP]离子液体为分离水+乙酸体系首选的夹带剂。研究结果为萃取精馏实验验证及水+乙酸体系的工业化分离提供了基础数据。

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30. 天然气引射器内部熵产分析

张文辉李奇

过程工程学报 2023, 23 (6): 870-879. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222294

摘要（109）

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PDF （1944KB）（62）

应用前苏联热工研究所提出的方法设计了某工况下天然气引射器的尺寸，采用RNG k-ε涡黏模型对其进行了数值模拟，并利用实验数据进行验证。分别计算了引射器内部的黏性熵产、湍流熵产、有限温差传热熵产以及壁面熵产，其中湍流熵产约占总熵产的97%，说明湍流脉动引起的摩擦损耗是其主要能耗形式。引射器的湍流熵产与其内部钻石激波、斜激波以及流体间的剪切扩散过程密切相关。轴向上湍流熵产的分布及峰值与其混合室中的钻石激波以及扩散室中的斜激波产生的位置及强度呈正相关。径向上引射器内部的湍流熵产的分布由射流核心与引射流体间的剪切边界层逐渐向整个横截面过渡。此外，扩散室中的斜激波的出现会增大湍流熵产，使引射器工作性能变差。

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31. 载体结构对4-甲基-1-戊烯超强碱催化剂反应性能的影响

柴婧靳海波杨索和何广湘马磊郭晓燕

过程工程学报 2023, 23 (6): 918-924. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222300

摘要（109）

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PDF （2103KB）（76）

负载碱金属K固体超强碱为催化丙烯二聚生成4-甲基-1-戊烯(4MP1)过程的催化剂，该反应过程中催化剂载体发挥着不可忽视的作用，本工作系统地研究了4MP1生成过程中催化剂载体的作用及不同载体性能的影响规律。采用压汞仪、扫描电子显微镜(SEM)等手段对载体物质的比表面积、孔径分布等孔道结构进行表征。结果表明，当二聚反应的目标产物是4MP1时，以K2CO3为载体负载碱金属K所制备的催化剂具有较好的4MP1选择性，达87.38%；各载体表现出的催化性能差异主要是因为不同载体的孔道结构会产生内扩散阻力，影响丙烯二聚反应的产物分布；针对丙烯二聚反应路径及4MP1异构化反应，丙烯二聚高选择性生成4MP1应首选具有低比表面积、较大孔径、孔径分布窄的物质作为载体。

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32. 基于分布活化能模型法的重油热解动力学对比研究

熊青安张玉明李家州张炜陈哲文

过程工程学报 2023, 23 (10): 1421-1434. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222469

摘要（109）

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PDF （2207KB）（71）

采用热重质谱联用技术，考察大港油浆(DG-SO)、青岛减压渣油(QD-VR)和加拿大油砂沥青(CA-OB)等三种重油的热解反应特性，分别采用Friedman法、FWO法和分布活化能模型(DAEM)求取重油热解反应的动力学参数。结果表明，饱和分和芳香分含量相对较高的DG-SO热解反应活性最高，胶质和沥青质含量相对较高的QD-VR热解反应活性最低。H2, CH4, CO和CO2等热解气体的释放曲线与重油热解的反应温度区间相对应，释放曲线的形状、强度和温度区间的差异主要归因于重油组成及其相应的热解反应活性。等转化率法中Friedman法的分析结果更准确，DG-SO, QD-VR和CA-OB在转化率0.1~0.9的平均反应活化能分别为80.15, 177.00和174.56 kJ/mol。单组分高斯型DAEM能够准确描述QD-VR的SARA(饱和分、芳香分、胶质和沥青质)转化率0~1区间的活化能，且计算得到它们的活化能分别为107.78, 210.88, 268.75和285.44 kJ/mol，而四组分高斯型DAEM法能够准确描述重油转化率0~1区间的活化能，且计算得到DG-SO, QD-VR和CA-OB的加权平均活化能分别为148.92, 205.92和190.37 kJ/mol。通过对比QD-VR的平均活化能及其SARA组分的平均活化能，发现重油热解过程中SARA各组分之间的相互作用导致其平均活化能与重油中芳香分的平均活化能相近。与此同时，通过对比QD-VR的虚拟四组分和其SARA组分的平均活化能，发现重油热解过程中胶质和沥青质的存在提高了饱和分和芳香分的平均活化能，而饱和分和芳香分的存在降低了胶质和沥青质的平均活化能。

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33. 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（108）

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PDF （1924KB）（108）

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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34. 基于纳滤-闪蒸的含离子液体废水耦合回收新工艺的评价与分析

牛典钱建国陈健詹国雄

过程工程学报 2023, 23 (8): 1220-1230. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223168

摘要（108）

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PDF （2225KB）（87）

从混合溶液中高效、低能耗地回收离子液体，一直是实现其再利用的难点。本研究提出纳滤、闪蒸回收溶液中离子液体的耦合工艺，即先将较低浓度的离子液体水溶液通过纳滤提浓，获得较高浓度的离子液体水溶液通过减压闪蒸工艺获得纯离子液体并实现离子液体的高效分离回收。在模拟研究过程中，以1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C8Mim][BF4])和1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C2Mim][BF4])作为模型化合物，来探究耦合工艺的离子液体回收效果。基于文献报道数据，采用回归方法构建起离子液体主要物性和离子液体-水之间的热力学模型，采用Aspen Plus模拟软件建立分离回收过程的耦合新工艺模型，考察不同操作条件对工艺分离效果的影响变化规律，获得工艺最佳操作方案。同时，对回收过程进行换热改造，提高回收工艺的热效率，降低公用工程消耗量。对不同分离过程的能耗进行分析评价，以明确耦合新工艺的分离回收优势。研究结果表明，经过换热改造后，[C8Mim][BF4]和[C2Mim][BF4]的回收工艺热公用工程分别为改造前的11%和13%，冷公用工程分别为改造前的15%和19%。2级膜分离-闪蒸耦合工艺的综合能耗最低为3.9 GJ thermal-eq/t IL([C8Mim][BF4])和4.5 GJthermal-eq/t IL([C2Mim][BF4])，仅为直接闪蒸工艺的20% ([C8Mim][BF4])和27% ([C2Mim][BF4])。本研究结果可为未来离子液体回收工艺的工业化应用提供理论依据和指导。

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35. Y型褶式洁净滤袋多元结构参数对其过滤阻力影响的CFD模拟研究

孙婉莹钱付平程思敏鲁进利韩云龙庄乾双

过程工程学报 2023, 23 (7): 1024-1034. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222326

摘要（107）

HTML （5）

PDF （17036KB）（79）

为研究褶式滤袋褶数增加引起的褶间距变化对滤袋过滤性能的影响，提出一种新型Y型褶式滤袋，研究了多元几何特性对过滤压降的影响。利用GeoDict软件构建聚酯纤维滤料三维过滤介质模型，用于Y型褶式滤袋的宏观数值模拟研究，基于响应曲面法探究Y型结构下褶式滤袋多元结构参数对其过滤性能的影响。研究结果表明，Y型褶式滤袋相较于常规8, 16褶滤袋过滤压降均有所降低。Y型褶式滤袋(褶数NY=8，开口角α=30°，内凹直径d=228 mm)的过滤面积相较于常规8褶滤袋增加58.04%，出口速度分布均匀性提高21.23%；其出口速度分布均匀性相较于常规16褶滤袋提高28.51%。Y型褶式滤袋的最优结构参数为NY=12，α=20.17°，d=240.18 mm，过滤压降达到最小值136.67 Pa。

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36. 红土镍矿硫酸浸出液中和除铁过程Ni ²⁺和Mg ²⁺损失机理及强化分离研究

蒋昊滕鑫罗骏莽昌烨李新冉孙文豪

过程工程学报 2023, 23 (11): 1558-1567. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223055

摘要（107）

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PDF （8323KB）（96）

中和沉淀工艺常用于去除红土镍矿酸浸液中的铁、铝、铬等杂质，这一过程中常伴随镍、镁等金属离子的损失。本工作研究了红土镍矿硫酸浸出液中和除铁过程中Ni2+和Mg2+的损失，提出了有价金属离子的损失机制。研究表明，固定模拟浸出液Ni2+和Mg2+浓度条件，随模拟浸出液中Fe3+浓度增大，中和沉淀过程中Ni2+和Mg2+的损失率分别在9.13%~23.23%和9.79%~15.68%左右；固定模拟浸出液Fe3+浓度条件，随着模拟浸出液中Ni2+和Mg2+浓度的提高，二者的损失率逐渐降低。根据溶液化学计算与实验证实，中和沉淀过程中SO42-与Fe(OH)3胶体形成一元和二元配合物，其中一元配合物中SO42-的孤对电子与Ni2+或Mg2+成键而发生吸附，从而导致溶液中Ni2+和Mg2+与SO42-被Fe(OH)3胶体共吸附而损失。在中和沉淀过程中分别加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等表面活性剂后均能有效限制SO42-与Ni2+或Mg2+的结合，强化Fe3+的选择性沉淀。当三种表面活性剂的浓度均为2×10-5 mol/L时，Ni2+在中和沉铁过程的保留率可达95%左右，Mg2+可达100%。

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37. 含氮杂环两性树脂的制备及其对丁二酸的分离性能

张军伟董泽霄袁苗新

过程工程学报 2023, 23 (10): 1478-1487. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222373

摘要（106）

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PDF （12662KB）（52）

为了探讨带有羟基及含氮杂环两性树脂绿色分离丁二酸(SA)的性能，设计制备了4-乙烯基吡啶、丙烯酸甲酯及乙酸乙烯酯共聚的弱酸弱碱型4-VMVH树脂，研究了树脂的理化性质、分离丁二酸的性能及其作用机制。结果表明，4-VMVH型树脂内有较多的介孔和微孔，大孔较少；树脂吸附SA为放热反应，符合Freundlich模型；树脂表面能量为非均匀性，且随着SA负载量的增加，树脂表面的?H值减小；部分4-VMVH树脂骨架上酸碱的总交换容量和羟基含量高于2-VMVH树脂。以热水为洗脱剂，4-VMVH01树脂层高径比为15/1时，SA和乙酸(AcOH)的分离度为0.92，SA回收率达到了84.67%，树脂的复用性能稳定。含氮杂环上N与SA羧基上H的作用能大于其与AcOH羧基上H的作用能，羟基上O与SA和AcOH羧基上H的作用能分别为-26.531和-25.094 kJ/mol，属于氢键吸附范畴，4-VMVH型树脂对SA的吸附作用力强于AcOH。

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38. 基于EDEM的强力混合机混匀效果数值模拟研究

高旭雷杰狄瞻霞刘山平宋云峰龙红明

过程工程学报 2023, 23 (11): 1530-1540. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222459

摘要（106）

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PDF （36544KB）（118）

原料混匀效果是影响球团质量和生产效率的重要因素，强力混合机作为核心混匀设备，合适的运行参数可使混合的物料达到最佳混匀效果。工业上一般以检测球团的基础性能指标来替代物料的混匀效果，造成检测流程长、误差大，并且无法直观获得物料运动轨迹和分散效果。本研究采用SOLIDWORKS软件建立了强力混合机模型，利用EDEM离散元软件模拟了物料在反应器中的运动行为，研究了混合机转子、筒底、筒壁的旋转方式以及物料的填充率等因素对混匀效果的影响。结果表明，提升转子转速能够显著改善混匀效果，但是转速达±48 r/min时提升转速对混匀效果的改善不明显；加入筒底的旋转能够突破双转子旋转时的速度阈值，并且筒底在较低转速+30 r/min时即可大幅度提升混匀效果；相反地，加入筒壁的旋转会产生堆积效应，抑制了颗粒的分散，从而降低了混匀效果；填充率过高不利于转子叶片位置以上的物料分散，其中填充率为60%时混匀效果最佳。综合考虑了企业球团生产和混合设备运行性能要求，给出了合理的运行参数：转子转速±30 r/min、筒底转速+30 r/min、筒壁转速0 r/min和填充率60%。

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39. 微藻与工业污泥水热液化的产油特性分析

卢建文许世佩李庆远王超吴玉龙

过程工程学报 2023, 23 (6): 936-942. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222268

摘要（106）

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PDF （2524KB）（45）

水热液化(HTL)技术可将高含水生物质直接转化为生物油。本工作以小球藻、造纸污泥和制药污泥为原料，对比了三种原料水热液化生物油的特性。结果表明小球藻、造纸污泥和制药污泥的生物油产率分别为31.2%, 15.4%和19.3%。小球藻生物油碳氢含量及热值最高，制药污泥生物油碳氢含量及热值最低，造纸污泥生物油碳氢含量及热值介于两者之间，而造纸污泥生物油能量回收率最高。生物油组成复杂，成分中含有烃类、酸类、链状酰胺和含氮杂环等化合物，制药污泥生物油中烃类化合物的含量最高，为28.9wt%，造纸污泥生物油中含氮杂环化合物最多，为45.1wt%。另外，造纸污泥和制药污泥生物油中低沸点(<200℃)化合物含量为33wt%左右，明显高于小球藻生物油中的低沸点化合物含量(23wt%)。本研究结果表明水热液化可以实现藻类和污泥的资源化利用。

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40. 不同构型挡板搅拌槽内液-液分散特性

覃华龙郭梦珂巩向阳田义群彭春雪张庆华杨超

过程工程学报 2023, 23 (8): 1173-1179. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222397

摘要（106）

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PDF （20993KB）（68）

以水和煤油为研究体系，利用数值模拟方法研究了标准挡板(Standard Baffle, SB)、标准穿流挡板(Standard Punched Baffle, SPB)和之字形穿流挡板(Zigzag Punched Baffle, ZPB)搅拌槽内液-液分散特性。结果表明，采用之字形穿流挡板可有效降低搅拌槽内挡板后方的死区。随着搅拌转速增加，三种挡板搅拌槽的搅拌功耗逐渐增大，煤油液滴直径逐渐减小。在相同搅拌转速下，之字形穿流挡板搅拌槽内液滴直径均小于标准挡板和标准穿流挡板。随着搅拌转速增加，ZPB和SPB搅拌槽内的液滴直径与SB搅拌槽的差距均呈现先增大后减小的趋势，当搅拌转速为400 r/min时，差异最大。此时，相较于SB搅拌槽，SPB和ZPB搅拌槽内液滴直径分别减小18.16%和36.87%。

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