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1. 典型尺寸燃煤颗粒富氧燃烧特性及燃烧本征动力学研究

白浩隆付亮亮许光文白丁荣

过程工程学报 2022, 22 (8): 1115-1123. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221256

摘要（394）

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PDF （1151KB）（43）

利用微型流化床加热速度快、温度分布均匀以及气体近平推流等优势，在直径20 mm自动控温的微型流化床反应分析仪中研究了粒度分布为1.7~3.35 mm和0.12~0.23 mm两种典型尺寸燃煤颗粒在790~900℃温度范围内的富氧燃烧行为。通过快速响应过程质谱对燃烧产生的烟气进行实时监测，成功地识别和记录了粗颗粒燃烧过程中经历的挥发分燃烧和原位新生半焦燃烧两个主要阶段。挥发分析出速度最快，然后快速燃烧，而半焦燃烧速度较慢。相比之下，细颗粒燃烧的这两个阶段具有几乎相同的速率，因而相互耦合而难以区分。根据实验结果，挥发分析出和燃烧为快速反应，煤颗粒燃烧过程速率受原位新生半焦燃烧过程控制。进一步研究了挥发分和原位新生半焦燃烧动力学行为，获得其本征动力学的活化能分别为107.2和143.9 kJ/mol。

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2. 丙烷脱氢反应气分离提纯丙烯和氢气过程严格模拟与能效评估

陆炫彤赵金邓春

过程工程学报 2023, 23 (1): 144-153. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221334

摘要（376）

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PDF （1123KB）（134）

丙烷脱氢(PDH)是生产丙烯产品的重要方式之一，丙烷脱氢反应气组分复杂，为获得聚合级丙烯和纯度不小于99.90 mol/mol的氢气产品，在Aspen软件中对丙烷脱氢反应气分离和富氢尾气回收氢气的过程进行建模和模拟，分离过程包括醇胺脱碳、压缩深冷、脱乙烷、丙烯精馏和变压吸附单元。为了合理利用丙烯精馏塔的能量，对丙烯精馏塔进行能量集成，采用变压吸附工艺回收氢气并对分离过程工艺参数进行灵敏度分析及优化工艺参数，以提高经济性和能效。模拟结果可得到符合要求的丙烯和氢气产品，单位产品能耗分别为267.46 kg标准油/t丙烯产品，474.44 kg标准油/t氢气产品。

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3. 四氢呋喃-甲醇-乙酸甲酯-水热集成双溶剂萃取精馏工艺

娄超李铭恽一万德浩杨德明

过程工程学报 2022, 22 (7): 882-890. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221316

摘要（372）

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PDF （1335KB）（51）

针对四氢呋喃-甲醇-乙酸甲酯-水四元物系中存在多个二元共沸物的特点，本工作提出了常规双溶剂萃取和热集成双溶剂萃取两种精馏工艺。基于WILSON方程计算得到热力学数据，并对萃取剂进行了筛选。结果表明，对于四氢呋喃-甲醇和乙酸甲酯-甲醇共沸物系，选用水作为萃取剂最为合适；而对于四氢呋喃-水和乙酸甲酯-水共沸物系，则选用乙二醇作为萃取剂最为合适，且总溶剂比为0.65，乙二醇和水的比例为1.3。在此基础上，以能耗和年总费用(TAC)作为精馏工艺的评价指标，对提出的常规双溶剂萃取和热集成双溶剂萃取精馏工艺进行了模拟，并利用夹点分析技术对双溶剂萃取精馏系统的换热网络进行了优化。研究结果表明，优化后的换热网络其冷公用工程消耗降低44.12%，热公用工程消耗节约42.49%。与常规双溶剂萃取精馏工艺相比，热集成双溶剂萃取精馏工艺其能耗降低约43.29%，节省TAC约26.89%，热力学效率提高了3.25%。可见，热集成双溶剂萃取精馏工艺用于分离以上四元共沸物系，具有较好的技术经济优势。

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4. 基于VOF-DPM的气体辅助式污泥雾化破碎的数值模拟

范海宏李周李斌斌李琳尚硕王佳杨

过程工程学报 2022, 22 (12): 1633-1642. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221412

摘要（370）

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PDF （3831KB）（81）

为实现污泥雾化破碎的数值模拟，探究污泥雾化特征和操作参数对污泥雾化效果的影响，在污泥雾化试验平台试验的基础上基于Fluent软件对污泥在气体辅助式雾化器的雾化破碎进行模拟研究，模拟结果确定了污泥的雾化特征和最优操作参数。通过耦合流体体积法(VOF)与离散相模型(DPM)，对较大的液体团采用VOF方法直接求解，对小液滴采用双向耦合的离散相模型进行追踪，能最大程度地提高计算的准确性。结果表明，污泥的密度和黏度随着含水率升高逐渐降低，气体速度、气液比和雾化角度是影响污泥雾化破碎的最重要的三个操作参数。在雾化过程中，中心区域的雾滴密度大于边缘区域且有少量大颗粒的聚集。对于含水率为87%、密度为1.065×103 kg/m3的污泥，在风速为180 m/s，气液比为126.3，雾化角度为55°时雾化效果最佳，雾滴颗粒的平均粒径约为0.193 mm，试验结果与模拟结果的颗粒粒径吻合度较好，最大相对误差为5.80%。

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5. 锂离子电池高镍三元正极材料LiNi _0.8Co _0.1Mn _0.1O ₂的性能研究

蔡铖张海燕王英付海阔黄玲唐仁衡肖方明

过程工程学报 2022, 22 (6): 754-763. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221194

摘要（348）

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PDF （3206KB）（95）

富镍正极材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)具有高容量的优点，是锂离子电池正极材料最有潜力的材料之一。为确定最佳合成条件，本工作研究了合成温度对材料性能的影响，并详细分析了材料电化学性能衰减的原因以及循环过程中材料结构的变化。采用热重/差示扫描量热法(TG/DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对合成的正极材料进行了物化表征，并对其电化学性能进行测试。结果表明，在低温段500℃保温4 h，高温段750℃保温14 h合成的正极材料NCM750在0.2 C首次放电比容量为186.2 mAh/g，首次充放电效率为82.5%，1 C放电比容量为185.1 mAh/g，100次循环后仍有175.2 mAh/g，容量保持率为95.2%。在此条件下合成的材料具有结构稳定，粒径均匀，电化学性能优异等优点，本工作对富镍正极材料的合成及结构变化进行研究，有助于加深对材料的了解。

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6. 氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂中高效电解回收废铅膏制备铅粉

黄皓铭汝娟坚华一新耿笑张文文程明强王道祥

过程工程学报 2023, 23 (1): 107-114. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221422

摘要（336）

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本工作采用摩尔比为1:2的氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂(ChCl-EG DES)作为电解质，研究了对废旧铅酸蓄电池铅膏(Scrap Lead Paste, SLP)进行电解回收制备铅粉。通过循环伏安法探讨了30 g/L SLP+ChCl-EG体系中沉积铅的电化学行为，采用XRD和SEM检测手段分析了不同温度下沉积产物的物相和微观形貌。结果表明，废铅膏在ChCl-EG中还原为金属铅是一个受扩散控制的准可逆过程，恒电位沉积实验发现，当实验温度为363 K时，电流效率达96.06%，电能单耗为673.28 kWh/t。不同温度下电沉积得到的产物均为金属铅粉，其微观形貌主要为棒状，有少量呈现针状、团簇状，长度约为10~60 μm，直径<5 μm。

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7. LNG接收站用低温球阀阀座唇形密封圈接触特性分析

林振浩李军业金志江钱锦远

过程工程学报 2022, 22 (6): 819-827. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221159

摘要（289）

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PDF （1960KB）（50）

低温球阀是液化天然气(LNG)接收站中必不可少的流体管道控制装置之一，其在低温工况下工作时阀座密封易发生泄露，严重威胁工业生产的正常运行。本工作基于热固耦合方法研究了LNG接收站用低温球阀唇形密封圈与阀体和阀座的接触特性，包括接触间隙和接触压力。结果表明，受低温介质的影响，唇形密封圈上存在较大温差，导致密封圈上的Mises应力大幅增加，最大Mises应力达到204.92 MPa。相比于常温工况时，低温工况时唇形密封圈的接触间隙变大，接触压力减小，最大接触间隙值达到-0.72 mm。增大弹簧预紧力在一定程度上可以改善低温工况时唇形密封圈的密封性能，增大接触压力。本工作对低温球阀的阀座密封设计和研究具有一定参考价值。

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8. 搅拌槽中酯化反应热失控的CFD模拟

陈毕清管小平杨宁白丁荣

过程工程学报 2022, 22 (8): 1053-1060. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221317

摘要（286）

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PDF （4055KB）（115）

热失控是化工过程中常见的安全风险之一。在间歇釜式反应器中，桨叶的机械转动可以增强流体的循环流动、湍流强度、混合程度以及传热，进而有效防范热失控。防控效果与反应器结构和搅拌桨型密切相关。针对丙酸异丙酯酯化反应，采用计算流体力学模拟研究了桨型(Rushton桨、30o PBT桨及60o PBT桨)、转动方向和挡板对釜式反应器内温度演化的影响，从流动结构方面分析了原因。基于散度的失控判据比较了三种搅拌桨抑制热失控的能力，抑制能力为Rushton桨＞30° PBTD桨＞60° PBTD桨。本研究可为搅拌反应器热失控的优化设计提供一定的理论依据。

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9. 大肠杆菌FMME-N-26生产琥珀酸的发酵条件优化和放大

刘佳唐文秀王学明郭亮陈修来高聪刘立明

过程工程学报 2022, 22 (7): 853-862. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221265

摘要（277）

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PDF （1083KB）（73）

琥珀酸(Succinic acid)被认为是白色生物技术生产的最具潜力的大宗化学品之一，在工业上具有广泛的应用。微生物发酵生产琥珀酸具有环境友好和可持续发展等优点，展现出良好的发展前景，但是存在得率低、副产物积累、生产强度低等问题。为了实现琥珀酸的高效生产，在3.6 L发酵罐中对E. coli FMME-N-26生产琥珀酸发酵条件和补料策略进行了优化，建立了好氧-厌氧两阶段发酵工艺，最终确定发酵策略为：有氧发酵8 h后转为厌氧发酵，MgCO3为pH中和剂，发酵72 h补加抗渗透压保护剂2 mmol/L甜菜碱，厌氧阶段控制葡萄糖浓度为1~5 g/L。优化后发酵72 h，琥珀酸的产量和厌氧阶段得率分别达到119.2 g/L和1.08 g/g葡萄糖(理论得率97%)，分别比优化前提高了46.4%和4.8%，副产物乙酸和乳酸仅积累2.37和0.94 g/L，分别比优化前降低了37.1%和49.2%。在1000 L发酵罐中实现中试放大生产，E. coli FMME-N-26生产琥珀酸的产量、得率和生产强度在国内外属于领先水平，为琥珀酸工业化生产奠定了坚实的基础，同时也为其他高价值化学品的生产提供了借鉴。

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10. β-甲基萘合成2-甲基-1,4-萘醌绿色氧化反应工艺

潘瑾雯杨索和何广湘郭晓燕靳海波马磊

过程工程学报 2022, 22 (12): 1702-1709. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221426

摘要（273）

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PDF （1071KB）（39）

2-甲基-1,4-萘醌(2-MNQ)是K族维生素的重要中间体，广泛应用于医药、农药、饲料添加剂等领域。本工作以2-甲基萘(2-MN)为原料，(NH4)2S2O8为引发剂，用30% H2O2与冰醋酸在硫酸催化下制备过氧乙酸并滴加至反应液中，氧化合成2-甲基-1,4-萘醌(2-MNQ)，通过ICIR, GC-MS, LCMS对其结构进行表征，并验证氧化反应机理及中间产物。考察了催化剂、反应温度、反应时间、氧化剂与引发剂用量对产品2-MNQ收率、转化率的影响，采用HPLC (外标法)测定产品2-MNQ的转化率和收率，得到最佳工艺条件为反应温度65℃、反应时间5 h、n(H2O2):n(2-MN)=26:1，此时，2-甲基萘的转化率为99%，产品收率为34%。本工作的创新点是使用原位红外技术验证反应机理和中间过程，即原料2-甲基萘经过氧乙酸氧化，发生环氧化反应生成中间体，之后重排生成2-甲基羟醌，继续氧化生成目标产物2-甲基-1,4-萘醌。该工艺具有简单环保、操作条件温和、原料易得等特点。

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11. 250 t转炉二次燃烧氧枪射流特性

郑淑国朱苗勇

过程工程学报 2022, 22 (10): 1438-1446. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222281

摘要（259）

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PDF （1710KB）（55）

氧枪喷嘴的超音速射流特性对熔炼有重要影响。本工作结合某钢厂250 t转炉实际，运用Fluent软件建立三维模型，对比分析了周边5孔加中心单孔的普通氧枪与单流道二次燃烧氧枪的射流特性，通过VOF多相流模型对气-液-渣三相之间相互作用进行模拟研究，并开展了工业试验研究。结果表明，相比于普通氧枪，因一侧副孔流股快速汇入中心孔射流而使二次燃烧氧枪有更大的径向横截面积，且其中心孔射流速度大，故二次燃烧氧枪具有更大的冲击面积和冲击深度。通过气-液-渣三相模拟研究可知，由于表面波的传播，钢-渣-气的空腔剖面和界面保持不稳定，且随着时间的推移，炉壁处的渣层较为平静，表明无论是普通氧枪还是二次燃烧氧枪，都不存在冲刷炉壁现象。其中二次燃烧氧枪最大冲击直径和冲击深度为2461和358 mm，分别是普通氧枪的1.16倍和1.19倍。工业试验表明，与普通氧枪相比，二次燃烧氧枪可以提高熔池温度27.2℃，使供氧时间缩短78 s。

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12. 碳酸铈在NaCl-H ₂O体系中的相平衡热力学模型

栾峰王道广王均凤张建伟崔朋蕾

过程工程学报 2022, 22 (8): 1103-1114. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221348

摘要（257）

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PDF （3693KB）（26）

碳酸铈是生产CeO2的重要前驱体，对其性质具有决定性影响。碳酸铈的结晶特征取决于反应结晶过程中过饱和度的控制，其在NaCl-H2O体系中的相平衡数据是关键基础数据。本工作首先在298.15~363.15 K温度范围内合成了碳酸铈，XRD分析结果显示，323.15 K及以下得到的产品为八水碳酸铈[Ce2(CO3)3?8H2O]，343.15 K及以上得到的产品为碱式碳酸铈[CeCO3OH]。本工作采用经典等温法测定了这两种碳酸铈化合物在NaCl-H2O体系中的相平衡数据，并利用Aspen Plus平台的ELEC-NRTL方程建立了可准确预测Ce2(CO3)3?8H2O和CeCO3OH在NaCl-H2O体系中相平衡数据的热力学模型。在无限稀释假设的基础上，通过回归Ce2(CO3)3?8H2O和CeCO3OH在水中的溶解度数据，确定了这两种化合物的溶度积。采用赋存形态分析方法，将CeCO3+, CeOH2+, CeHCO32+等组分引入热力学模型。利用实验数据获得了新的离子对(Ce3+-HCO3-和Ce3+-Cl-)参数，提高了新模型的预测能力，所建立的热力学模型预测值与实验数据吻合较好。

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13. 颗粒尺度下混合催化剂床层中CO ₂加氢反应体系数值模拟

靳波张亚新

过程工程学报 2022, 22 (8): 1040-1052. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221292

摘要（253）

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PDF （7777KB）（70）

CO2的有效转化对于实现“双碳”目标具有重要意义。柱形颗粒比异形颗粒具有更优良的热导性和更小的颗粒表面积，因此，为获得更优异的床层性能，采用离散元方法(DEM)对异形颗粒混合堆积床内的CO2加氢反应体系进行颗粒尺度CFD模拟计算，探究不同堆积方式对床层多物理场分布、CO2转化率及CH4产率的影响。结果表明，催化剂内部存在扩散阻力，随着反应进行，颗粒内物质由分层分布渐变为均匀分布。随机混合床与常规床相比，随机混合床稳态前热点不易波动、稳态产率更高，而柱形床径向热场更均匀且热点更高。在四种规则混合床中，底部为4孔的两种催化剂床相较于底部为柱形的两种催化剂床，整体流场更均匀、高速区少、压降大、高温区占比大、稳态前热点不易波动；2层-底4孔催化剂床的稳态出口CO2转化率和CH4产率均最大；4层-底4孔催化剂床高温区占比较高，随着反应进行，高温区占比呈上升趋势，CO2转化率和CH4产率大幅下降。

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14. 密度泛函理论研究金属镧离子的水合团簇

巨朝阳余梦婷雷庭俞程海翔任兰会葛承胜

过程工程学报 2022, 22 (6): 764-773. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221184

摘要（252）

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PDF （3536KB）（49）

Y型分子筛具有许多工整均匀的孔道结构，经常作为酸催化剂、双功能助推剂和择形催化剂，被广泛应用于干燥、洁净过滤、吸附分离和催化等领域。工业生产中稀土Y型分子筛的制备一般选用稀土离子水溶液与NaY型分子筛通过离子交换置换制取，但稀土离子水合结构以及通过分子筛孔的微观机理仍不清楚。本工作采用密度泛函理论(DFT)在M06-2X-D3/def2-SVP计算水平下，La3+采用LANL2DZ赝势基组，采用SMD=water隐式溶剂模型研究了La3+水合团簇及其不同价态时的结构性质，对水合团簇结构尺寸、Mulliken电荷、结合能以及能量分解进行了分析。结果表明，La3+水合团簇结构柔性较大，并非大于某个水合数无法通过分子筛孔；随水合数目的增大，La-O(H2O)平均半径有着增大的趋势，La3+在水溶液中总是趋于更稳定的多水合团簇结构；La-O(OH-)形成的键能比La-O(H2O)强；在[La(H2O)n]3+水合数目小于等于9时，团簇结构中以静电为主导作用，其次是诱导作用和交换互斥作用，色散作用所占比例最小；当水合数目大于9时，诱导作用所占比例升高，静电作用所占比例降低。研究结果对于深入认识稀土水合结构和分子筛制备机理具有重要理论指导意义。

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15. 掺氢天然气在家用燃烧器中的燃烧特性

冯帅明杜伟夏起陈晨高增梁

过程工程学报 2022, 22 (7): 873-881. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221284

摘要（249）

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PDF （1303KB）（66）

为了降低CO2排放，缓解天然气供应压力，促进氢能规模消纳，掺氢天然气被认为是最有前途的途径之一。目前，掺氢天然气的研究主要集中在工业上，本工作基于以掺氢天然气为燃料的家用大气式燃烧器的燃烧特性，利用Fluent软件结合GRI 2.11化学反应机理文件，建立燃烧器二维轴对称模型，对比数值模拟结果与实验结果，验证了数值模型的合理性；分析了燃料与空气不同预混量以及二次风流速对燃烧器的燃烧温度、主要自由基含量、燃烧污染物等的影响规律。结果表明，随着预混量(一次空气系数)增大，峰值温度大幅度升高，NO峰值质量分数先增大后降低，CO峰值质量分数逐渐增大；随着二次风流速(过量空气系数)增大，温度与污染物含量变化很小，与预混量的影响相比，二次风流速的影响几乎可以忽略不计。

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16. 一种生态工业园区碳-氢-氧共生网络的多目标优化与决策方法

邓洪川陆文旭罗小勇吕沿霖王琬

过程工程学报 2022, 22 (8): 1137-1146. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221249

摘要（249）

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PDF （1050KB）（53）

针对生态工业园区中碳-氢-氧共生网络，基于多尺度原子标定方法，同时考虑经济和环境因素及回用副产碳氢氧化合物，本工作提出了一种多目标优化及决策的方法，从备选方案中获得最优方案。该方法采用数学规划法，分别以最小总年度成本和二氧化碳年度排放量为目标函数进行全局优化，建立了混合整数非线性规划模型；采用ε-约束法，将二氧化碳年度排放量转化为约束条件，得到了总年度成本与二氧化碳年度排放量帕累托前沿，发现总年度成本与二氧化碳排放量成反比；采用多维偏好分析的线性规划和逼近于理想解的排序决策方法对帕累托前沿进行最优决策，发现两者选择同一点作为最优决策。基于所提出的方法对某工业园区进行优化，结果表明，合理利用现有副产碳氢氧化合物，可以减少原材料成本，从而使总年度成本和二氧化碳年度排放量分别减少了63.44%和76.99%。

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17. 撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

张建伟牛聚超董鑫冯颖

过程工程学报 2022, 22 (9): 1244-1252. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221336

摘要（246）

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PDF （2060KB）（66）

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明，不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型，等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小，高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区，而大尺度涡旋主要集中在发展区，且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大，四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小，其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时，其混合效果最好，完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。

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18. Na ₂O/SiO ₂比对脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼渣结构和性能的影响

张笑天崔雅茹王国华杨泽赵俊学王泽胡爱琳

过程工程学报 2022, 22 (9): 1279-1286. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221314

摘要（246）

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卡尔多炉熔炼是目前火法处理脱铜阳极泥的重要工艺之一。针对国内某企业脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼中渣熔化性能差、渣含贵金属损失大等问题，本工作利用热力学分析以及炉渣物性检测，结合XRD、拉曼光谱等结构表征手段，开展了脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼渣钠硅比调控优化研究。根据PbO-Na2O-SiO2-BaO四元体系液相区图及性能测定结果，在不改变渣率及熔剂添加总量前提下，适当提高Na2O/SiO2比可有效降低炉渣熔点和黏度；随着还原熔炼渣Na2O/SiO2比由0.42提高至0.60，由于Na2O的网络修饰剂作用，更多的桥氧转变为非桥氧，炉渣结构由Si2O76-硅酸盐二聚体结构为主，向SiO44-硅酸盐四面体结构过渡，其中的Si2O64-链状结构与Si2O52-片状结构也相应减少，含铅硅酸盐聚合度降低，桥氧Qn分析结果与熔渣硅酸盐结构相契合。同时，提高钠硅比后，炉渣熔化温度从1178℃降至950℃，在1100℃冶炼温度下，还原熔炼渣黏度可降低45.2%，流动性得到显著改善，从宏观角度也验证了熔渣结构变化规律。结果表明，对脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼，通过调控炉渣Na2O/SiO2比来降低桥氧数及复杂阴离子聚合度，从而改善炉渣物化性能的思路是可行的。

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19. 方解石包覆-酸反应浮沉试验及机理

邓荣东幸鼎权周江慧李世淇赵睿祺

过程工程学报 2022, 22 (8): 1094-1102. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221225

摘要（244）

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PDF （2240KB）（17）

本工作系统研究了硫酸浓度、聚乙烯醇(PVA)种类及浓度、甲基异丁基甲醇(MIBC)浓度和十二烷基磺酸钠(SDS)浓度对PVA包裹的方解石颗粒与稀硫酸反应时方解石上浮情况的影响，并针对酸浓度、PVA浓度和MIBC浓度三因素开展正交试验。研究结果表明，包覆-酸反应方法可实现方解石颗粒的上浮。当方解石颗粒为1 mm时的最佳包覆-酸反应条件为PVA包覆剂型号为P139546，浓度为2.4wt%、硫酸浓度为2.0wt%、MIBC用量为40 mg/L，在此条件下方解石上浮率能达到84.9%；此外，PVA浓度与硫酸浓度是影响方解石包覆-酸反应浮沉的主要因素。

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20. 非平整基底上活性剂驱动的液滴铺展稳定性研究

李春曦苏浩哲童嘉铭叶学民

过程工程学报 2022, 22 (8): 1019-1029. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221311

摘要（243）

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PDF （1537KB）（59）

当含有表面活性剂的液滴放置在液膜上时，受表面张力梯度的驱动，液滴会自发向外铺展。在铺展过程中，初始微小扰动会在非线性作用的影响下产生以指进现象为特征的不稳定现象，并与基底几何特征密切相关。基于润滑理论推导的液膜厚度和活性剂浓度演化方程，采用FreeFEM++语言编写数值模拟程序，应用微软MS-MPI运行库进行并行化处理，模拟了非平整基底对含活性剂液滴铺展过程中指进现象的影响，使用功率谱方法分析了不同波数对应的扰动能量增长规律，探究了Marangoni效应、毛细效应与扰动能量间的变化关系，揭露了非平整基底对不稳定性的影响机理。结果表明，非平整基底对手指形貌影响不大，但对手指下游影响明显；不同波数对应的扰动能量存在不同的演化特征，优势波数为20和7；最大扰动能量出现在初始条件设置扰动处，与平整基底相对比，凹槽基底可抑制扰动发展，总扰动能量约为平整基底的80%；波纹基底可促进扰动发展，总扰动能量约为平整基底的105%，且波纹基底在初期对特定波数的扰动有明显的促进作用。总体地，非平整基底通过改变活性剂浓度分布影响扰动能量，进而影响指进现象。

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21. 基于PCA-SVDD的化工过程异常工况检测

林扬何亚东袁壮武传朋苟成冬李传坤

过程工程学报 2022, 22 (7): 970-978. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221399

摘要（242）

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PDF （917KB）（56）

化工过程往往涉及易燃易爆、高温高压、有毒有害等物料或介质，异常工况检测对保证装置平稳运行具有重要意义。随着装置可靠性和自动化水平的不断提高，异常数据变得匮乏，给异常工况检测提出新的挑战。针对上述问题，本工作融合主成分分析(Principle Component Analysis, PCA)和支持向量数据描述(Support Vector Data Description, SVDD)两种方法，提出一种基于PCA-SVDD的化工过程异常工况检测方法。通过PCA将正常数据分解为主元子空间和残差子空间，然后将主元子空间作为目标类型数据，引入高斯核函数建立SVDD异常检测模型，最后采用田纳西-伊斯曼(Tennessee-Eastman, TE)过程数据对方法进行验证，并与传统PCA和SVDD的异常检测结果进行对比。结果表明，本工作所提方法具有更优的检测效果，可实现化工过程异常工况的早期预警，对保证装置的平稳运行具有一定意义。

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22. 气固流化床中颗粒的夹带和扬析特性

王琦马准准马宏方钱伟鑫孙启文张海涛应卫勇

过程工程学报 2022, 22 (12): 1623-1632. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222004

摘要（241）

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PDF （1286KB）（58）

在内径0.5 m、总高6 m的流化床中对玻璃珠和白刚玉颗粒的夹带和扬析现象进行了实验研究，两种颗粒通过筛分配比得到不同粒径分布的实验物料，以0.25~0.76 m/s的速度分批进行流态化试验，考察了表观气速、床层物料粒径分布以及颗粒粒径对颗粒夹带和扬析速率的影响，得到了颗粒的扬析速率常数(Ki*)。实验结果表明，夹带量和扬析速率常数随着表观气速呈指数增加；扬析速率常数随着颗粒粒径减小先增加，达到一个临界粒径(dcrit)后，扬析速率常数会随着粒径减小趋于平缓或降低。提出了一组经验关联式，分别用于预测临界粒径两侧颗粒的扬析速率常数，关联式能很好地预测本工作实验条件下的数据，误差在30%以内，并且关联式能够对文献中的实验数据进行较好的预测，可以用于流化床装置的放大。

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23. 基于巴西果效应的颗粒床振动再生研究

王建宏莫晓燕张会其詹敏述

过程工程学报 2022, 22 (8): 1085-1093. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221384

摘要（239）

HTML （3）

PDF （2228KB）（28）

为了探索一种低成本的、环境友好的颗粒床含尘滤料再生方式，采用垂直振动后拍照的方法，研究了滤料/粉尘的平均粒径比、体积比以及振动频率、加速度、振幅等对基于巴西果效应的滤料/粉尘的垂直振动分离的影响。结果表明，矿渣/滑石粉、矿渣/粉煤灰的平均粒径比不低于75，石英砂/滑石粉、石英砂/粉煤灰的平均粒径比分别不低于65, 15.3时，能形成巴西果。在20~100 Hz的振动频率下，矿渣/粉尘的振动加速度和振幅超过临界值时，矿渣/粉尘将从混合态转变为巴西果态。矿渣/粉尘体系形成巴西果的最优振动频率是45 Hz，该频率不受矿渣粒径、粉尘种类和矿渣/粉尘体积比的影响。矿渣粒径越大、矿渣/滑石粉的体积比越大，矿渣/滑石粉分离越容易, 矿渣/滑石粉比矿渣/粉煤灰体系更易形成巴西果。在45 Hz的最优频率下，矿渣/滑石粉和矿渣/粉煤灰分别在1.01和1.36 mm的较低振幅下，可实现垂直振动分离。采用基于巴西果效应的垂直振动方式分离颗粒床中含尘滤料是可行的，该分离方式有利于滤料的重复利用和提高颗粒床捕集细小粉尘粒子的能力，是一种具有应用前景的颗粒床滤料再生方式。

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24. 螺旋套管换热器壳程流体湍流换热热力性能数值研究

王翠华李光瑜苏方正龚斌吴剑华

过程工程学报 2022, 22 (7): 935-943. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221209

摘要（238）

HTML （6）

PDF （2094KB）（47）

利用计算流体力学软件对内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的湍流流动和换热性能进行了数值模拟。通过与内管为光管的研究结果对比，揭示了内管为螺纹管时壳程流体的速度场和温度场分布，研究了雷诺数、槽高对壳程流体湍流流动及换热性能的影响，并利用场协同原理初步揭示了螺纹复合螺旋流动强化流体换热的机理。结果表明，螺纹内管的螺纹凸起对螺旋套管换热器壳程流体的扰流和导流作用明显，在研究范围内(Re=10 000~24 000)，内管为螺纹管的螺旋套管换热器壳程流体的传热效率较内管为光管的模型最大提高了22.1%；结构参数相同时，随着Re增大，螺旋套管换热器壳程流体的Nu逐渐增大，阻力系数f逐渐减小，综合评价因子Ψ逐渐减小，在研究范围内，Nu最大增加了85.6，f最大减少了0.008，Ψ从1.35减小至1.18。当Re一定时，当量高度h'增大，f逐渐增大，Nu先增大后减小。由场协同原理分析得出，h'=0.220时，在螺纹凸起扰流和导流的作用下壳程流体的温度场与速度场协同性能较好，综合评价因子Ψ最大，螺纹的优化当量高度h'宜取约0.220。

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25. 鼓泡塔细胞反应器流体力学与传质特性

徐胜楠刘宏斐李雪良堵国成陈坚

过程工程学报 2022, 22 (9): 1192-1202. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221364

摘要（237）

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PDF （3614KB）（99）

以超大规模细胞培养为目的，构建了与细胞培养体系十分接近的冷模实验体系，系统地研究了微载体(Cytodex I)、细胞保护剂(Pluronic F68)和消泡剂(Antifoam C)对鼓泡塔反应器中气、固、液三相流流体力学和氧传质特性的影响。在0.04~0.17 cm/s表观气速范围内采用50 μm孔径的烧结金属滤芯曝气时，在含有0.5和1.0 g/L的Pluronic F68的磷酸盐缓冲溶液冷模体系中，气含率与表观气速成线性增加关系，而气泡直径受表观气速影响较小；相同气速下的冷模体系与空气-水体系相比，气含率显著提高，气泡直径明显减小。在所研究的表观气速范围内微载体均可全悬浮，对气含率有一定增强，但微载体浓度为14%~20%时对气泡大小几乎无影响。消泡剂用量在1.60×10-4时，可以有效抑制泡沫的形成。添加剂对液膜传质系数kL有较大负面作用，抵消了小气泡带来的传质面积增加，总的体积传质系数kLa变化不大。Euler-Euler多相流计算流体力学模型与拟稳态实验数据吻合较好，可用于指导反应器放大设计。

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26. 电渣重熔H13模具钢过程碳偏析的模拟研究

段怡如李宝宽黄雪驰刘中秋柴玉莹

过程工程学报 2022, 22 (8): 1074-1084. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221357

摘要（233）

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PDF （5841KB）（40）

宏观偏析现象普遍存在于电渣重熔钢锭中，严重影响钢锭的均质性和凝固质量。建立了电渣重熔H13模具钢的三维瞬态耦合模型，对碳偏析现象进行模拟研究，并考虑合金元素间的相互影响。采用各向异性多孔介质模型模拟糊状区的动量衰减，Lever算法计算溶质再分配行为。模拟结果表明，碳元素富集在熔池底部，且随钢锭凝固而增多。重熔钢锭底部和边缘呈负偏析，中心和上部呈正偏析。在其他初始元素一定时，硅初始质量分数由0.8wt%增大至1.2wt%，碳元素正偏析指数增大了8.57%；钼初始质量分数由1.1wt%增大至1.75wt%，碳元素正偏析指数下降了1.89%，并且增加硅、钼元素初始质量分数可以使碳元素分布变得更为均匀；工作电流由3700 A降低至3100 A，重熔钢锭碳含量正偏析指数由0.0856降到0.0837，下降2.22%。

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27. 低共熔溶剂萃取精馏分离苯/环己烯共沸物研究

王艳虹华超尹民陆平白芳李海

过程工程学报 2022, 22 (7): 909-916. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221142

摘要（233）

HTML （4）

PDF （853KB）（44）

以四丁基溴化铵(TBAB)、氯化胆碱(ChCl)为氢键受体，乙二醇(EG)、乙酰丙酸(LA)为氢键供体合成的TBAB:EG (1:2), TBAB:LA (1:2), ChCl:LA (1:2)三种低共熔溶剂(DES)作为萃取剂，通过萃取精馏分离苯-环己烯共沸体系。实验测量了环己烯-苯-DES三元体系气液相平衡，并对DES组成中氢键供体和氢键受体对分离性能的影响进行探讨。结果表明，DES的分离性能由高到低依次为ChCl:LA (1:2)>TBAB:LA (1:2)>TBAB:EG (1:2)；采用NRTL模型关联环己烯-苯-DES三元体系的气液相平衡数据，拟合得到体系二元交互参数；在Aspen Plus V7中针对ChCl:LA (1:2)为溶剂的萃取精馏过程进行建模计算，并将其分离效果与传统溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)进行对比，以DES为溶剂的萃取精馏过程相比于DMAC，回流比由3.8降至0.30，流程整体热负荷减少了16.57%。

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28. 窄粒径分布的液体石蜡相变微胶囊制备及性能表征

张英王会次恩达李晓卿李建强

过程工程学报 2022, 22 (6): 745-753. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221172

摘要（232）

HTML （6）

PDF （2981KB）（66）

目前相变微胶囊的制备普遍采用传统的机械搅拌乳化方法，获得微胶囊的粒径大小难以控制，粒径分布范围较大。本工作采用快速膜乳化技术结合原位聚合法获得窄粒径分布的液体石蜡/密胺树脂相变微胶囊。研究发现，过膜压力和过膜次数对相变微胶囊的粒径大小和分布影响较大，当微孔玻璃膜孔径固定时，调节过膜压力和过膜次数可以控制微胶囊的粒径大小和分布。当使用孔径为10.1 μm的微孔玻璃膜时，采用过膜压力为0.2 MPa、过膜次数为4次时，可以获得粒径分布最窄的液体石蜡相变微胶囊。此时微胶囊的平均粒径为10.84 μm，相对标准偏差仅为0.16，远小于机械搅拌乳化制备的微胶囊的粒径相对标准偏差。且微胶囊表面光滑致密，无明显团聚，具有良好的耐热性能和冷/热循环稳定性，微胶囊包裹率约为80%。此外，快速膜乳化技术的引入大大提高了乳化效率，从而显著提高了微胶囊制备效率，对其他窄粒径分布的低温烷烃相变微胶囊的批量化制备具有重要意义。

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29. 基于FRAM的化工装置事故情景推演研究

王倩琳田文慧张东胜王峰黑旭龙杨国安

过程工程学报 2022, 22 (6): 782-791. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221235

摘要（229）

HTML （14）

PDF （5910KB）（34）

由于过程风险态势高、安全管控难度大，化工装置易发生非计划停车停产、有毒有害物质泄漏以及火灾爆炸等事故，给社会、经济和环境造成了巨大的负面影响。事故致因模型是解决事故情景构建与推演问题的重要工具，但传统模型无法全面捕捉系统要素间的非线性交互关系或者拘泥于系统要素错误的原因分析及其消除措施的有效制定。因此，本工作引入功能共振分析方法(FRAM)，从整体系统的功能特征角度对化工装置事故情景开展推演研究。FRAM通过识别和描述基本功能、评估各功能的性能变化、确定功能共振的可能性以及制定性能变化的响应措施等步骤，能够深入回溯事故发生过程和演化情景，从而揭示化工装置事故的致因机理、挖掘化工装置的薄弱环节。以BP德克萨斯炼油厂爆炸事故为例，研究结果表明，该事故的主要原因是液位计B2、高液位报警器B3、加热炉S2和换热器S3产生了功能共振，从而引发了8种共振影响因素，并导致了12种功能失效连接。与时间与事件序列图(STEP)、事故地图(AcciMap)的分析结果进行了对比，验证了FRAM用于化工装置事故情景推演的可行性、有效性和合理性。

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30. 铝/乙醇基纳米浆体燃料的着火燃烧特性研究

郭朋陈维齐孙运兰朱宝忠

过程工程学报 2022, 22 (6): 811-818. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221236

摘要（228）

HTML （5）

PDF （1234KB）（22）

为了明确纳米铝粉从低浓度到高浓度变化对液体碳氢燃料着火燃烧特性的影响，采用液滴悬挂法研究了不同温度下(700~800℃)乙醇液滴和添加不同浓度(2.5wt%, 10wt%, 15wt%和20wt%)纳米铝粉的铝/乙醇基纳米浆体燃料液滴的着火燃烧特性。利用高速摄影系统捕捉了液滴整个燃烧过程，分析了其液滴寿命。通过热电偶对液滴附近气相温度的测量，获得了其着火性能参数。结果表明，添加纳米铝粉可以改善乙醇液滴的着火性能。不同铝粉浓度改善效果不同，低浓度时效果较好，着火延迟时间显著缩短，点火温度明显降低。随温度升高，乙醇及添加纳米铝粉的铝/乙醇基纳米浆体燃料液滴着火延迟时间及着火温度均明显降低。纳米铝粉(S2)对乙醇(S1)着火延迟时间和液滴寿命的降幅在750℃最大，其降幅分别达42.20%和18.43%。纳米铝粉(S3)着火温度降低，其最大降低幅度也出现在750℃，相对于乙醇(S1)降低幅度达28.57%。一定铝粉浓度范围内，液滴微爆炸程度和微爆炸时长随铝粉浓度升高而增大，但铝粉浓度超过10wt%后趋势变得平稳。

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31. 电炉法制磷过程热力学及动力学分析

朱志伟唐远李智力何东升姚远

过程工程学报 2022, 22 (7): 927-934. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221241

摘要（223）

HTML （9）

PDF （7595KB）（52）

采用FactSage软件对电炉法制磷过程中的渣系相图进行计算，并对体系内相关组分的助熔效果进行了分析。考察了不同温度下P2O5的还原率差异，并对反应过程进行了热力学和动力学分析。结果表明，当酸度值Mk为0.75~0.85时，Al2O3含量对体系形成低共熔物及调节低共熔温度存在一定影响，且适当增大Al2O3含量对电炉法制磷过程更有利。单一添加MgO作助熔剂不能有效促进炉料熔融，且会使共熔温度升高，因此应考虑与其他助熔剂复配使用。磷矿熔融还原反应符合一级反应特征，体系的表观活化能为165.712 kJ/mol。

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32. 白云鄂博稀土共生矿超重力梯级分离稀土元素的工艺研究

兰茜高金涛郭占成

过程工程学报 2022, 22 (10): 1429-1437. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222303

摘要（223）

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PDF （3910KB）（63）

我国白云鄂博矿稀土储量居世界首位，其稀土矿物以轻稀土为主，Ce, La, Pr, Nd占稀土氧化物总量的97%以上，具有重要的工业价值。由于四种稀土元素具有极其相似的物化性质，因此在目前的处理工艺中很难实现不同稀土元素的彼此分离。本工作基于稀土精矿的矿相演变及元素迁移规律，在降温熔析过程中不同温度区间内会析出不同稀土相：在1400~1500℃的温度区间只有氧化稀土相析出，随着温度降至1200~1400℃，铁酸稀土相开始析出，当温度降至1100~1200℃时铈磷灰石相析出。利用超重力技术进行氧化稀土相、铁酸稀土相、铈磷灰石相的梯级分离实验，结果表明，98.38%的Ce元素优先以氧化稀土相形式析出并实现分离，97.70%的La元素进入铁酸稀土相作为第二相被分离，而Pr和Nd元素最终以铈磷灰石相的形式分离，以此实现了稀土精矿中Ce, La, Pr, Nd的梯级分离。

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33. 高温加压微型流化床内脉冲气射流扰动的数值模拟

张炜刘文津张玉明李家州岳君容

过程工程学报 2022, 22 (7): 944-953. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221234

摘要（218）

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PDF （1395KB）（33）

气固微型流化床反应分析仪由于其等温微分特性而被成功应用于反应动力学分析。目前该仪器多在常压条件下应用，在加压条件下的使用特性尚未明确。微型流化床为该仪器核心部件，通过计算流体力学方法深入研究其在高温加压条件下的脉冲进样行为有着重要意义，可揭示脉冲进样气对床层流化状态扰动的影响规律，进而为该仪器的高压使用与优化提供理论认识与指导。本工作基于双流体模型模拟床层流化，对加压条件下微型流化床的脉冲进样进行了三维数值模拟，并提出进样管结构改进方案。模拟结果表明，所建立的三维模型能够准确捕捉到微型流化床的压降，符合实验结果。温度与压力对脉冲进样气造成的床层扰动有着相反的影响规律，压力增大将引起脉冲进样气动能增加，进而导致对床层流化扰动加剧，而温度升高则会减弱对床层的扰动。通过对脉冲进样管进行轴向以及径向的扩张，可使扩张导致的气流速度减小效果强于无滑移壁面条件导致的气流速度增大效果，从而减小脉冲进样气末端速度，进而削弱其对床层的扰动。相比径向扩张，轴向扩张对扰动的削弱作用更为有效，因此脉冲进样管的改进应以轴向扩张为主。

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34. 废钢在气体搅拌容器中运动融化的水模型实验

杨荣旺陈超林尧铖赵宇赵健朱江俊杨士舜

过程工程学报 2022, 22 (7): 954-962. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221274

摘要（218）

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PDF （7087KB）（18）

由于经济原因，在炼钢过程如转炉和精炼钢包中，废钢的用量有所增加。废钢在上述反应器中的熔化机理仍然不明确。水模型研究可以直观地模拟废钢的运动和熔化过程。通过水模型实验，以冰球和饱和KCl溶液制成的盐球分别模拟轻、重废钢，研究其在类转炉及钢包中的运动过程和融化规律。结果表明，在本实验中，冷冻时长超过18 h后，冰样的融化时间受影响较小。冰球和盐球融化过程呈球形或椭球形，且其直径随时间呈线性减小。随着熔池温度的提高，冰样融化加快。不同的液面高度及吹气流量会形成不同特征的流场，使冰球与盐球呈现不同的运动规律。冰球的融化时间随液面高度增加而降低，盐球呈先大幅度降低再小幅度增加的趋势。在本研究的吹气流量下，液面高度和直径比为0.94时，盐球的融化时间同比最低。在液面高度较低时(高度与直径比为0.42~0.73)，在羽流区上方加入盐球会显著降低融化时间；液面高度较高时(高度与直径比为0.83~1.04)，加入位置对融化时间无显著影响。

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35. 火试金灰皿在乙酸-H ₂O体系中铅的浸出动力学

张广安张福元

过程工程学报 2022, 22 (6): 774-781. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221167

摘要（217）

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PDF （1627KB）（26）

火试金灰皿是铅试金灰吹过程产生的废物，其综合处置对减少重金属污染和铅资源循环利用具有重要意义。灰皿主要成分为Al2O3和烧结MgO，熔点分别高达2054和2852℃，严重影响火法熔炼的正常进行。实验选用乙酸-H2O体系，可以有效避免镁铝氧化物的影响，分析了铅的浸出热力学过程，考察了乙酸过量系数、浸出温度、反应时间、搅拌速度、液固比等因素对铅浸出率的影响，并进行了浸出动力学研究。结果表明，溶液中乙酸根离子摩尔分数增加，铅离子与乙酸根离子更易形成难电离的乙酸铅络合物；在乙酸过量系数1.6、液固比6:1、温度80℃、搅拌速度200 r/min、反应40 min的优化条件下，铅的一次浸出率为98.31%，浸出渣进行二次浸出，浸出率为95.53%，总浸出率达99.96%；铅的浸出过程符合缩粒反应模型，反应速率受扩散控制，符合1-2/3φ-(1-φ)2/3=kt动力学方程，反应表观活化能Ea=38.949 kJ/mol。

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36. LNG槽车瞬态泄漏特性及事故后果研究

门金龙纪红兵蔡冲冲熊碧波

过程工程学报 2022, 22 (9): 1287-1296. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221312

摘要（216）

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PDF （995KB）（29）

我国每年危化品道路运输量占总货运量的30%以上，运输安全事故发生率居高不下。通过构建槽车泄漏事故，针对液相泄漏经典模型对于瞬态研究的局限性，结合罐内气体状态方程和复合积分法改进泄漏模型，研究了卧罐泄漏速率与时间耦合关系。结果表明，泄漏速率随时间推移呈二阶指数衰减关系，利用泄漏速率函数与时间叠加修正高斯模型，将修正后的关系运用到火灾爆炸事故后果计算中，得出泄漏最远距离为37.5 m，喷射火和沸腾液体扩展蒸汽爆炸(Boiling Liquid Expand Vapor Explosion, BLEVE)分别造成15和298 m内人员致死率达37%，蒸气云爆炸15 m内人员致死率为1%。利用Fluent和Aloha模型验证了模型精度，可为危险液体储罐泄漏定量风险评价和突发事件事前预判提供理论依据。

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37. 剪切稀化流体中微粒子聚集行为研究

童松豪韩戌峰周福康许晓飞

过程工程学报 2022, 22 (6): 792-801. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221233

摘要（213）

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PDF （2330KB）（49）

在化工过程、生物工程等领域中，实现颗粒分离至关重要。通过整合微流控技术、高速显微图像采集技术和数字图像处理技术，探究微粒尺寸、通道流量和液相流变特性对微粒聚集的影响规律。结果表明，在剪切稀化流体羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液中，随着通道流量和颗粒粒径增大，微颗粒聚集位置逐渐向剪切速率较高的一侧偏移；随着CMC质量分数增加，聚集位置不断向剪切速率较低的一侧偏移。利用求解的幂律型剪切稀化流体速度和剪切速率方程，结合对微颗粒的受力分析，证明稠度系数越大，聚集位置越偏向剪切速率较低处；剪切稀化特性越强，聚集位置越偏向剪切速率较高处，说明在幂律型剪切稀化流体中的黏度变化是微颗粒发生特殊迁移聚集行为的一个重要原因。

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38. 用于超声造影成像的颗粒稳定气泡制备

张晴吴颉马光辉

过程工程学报 2022, 22 (6): 828-838. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221185

摘要（213）

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PDF （4303KB）（51）

超声成像由于其无创无痛、可实时监测以及成本低廉等优点，被广泛用于多种疾病诊断。但是，某些人体组织回声较弱，需要借助具有强回声特性的超声造影剂微气泡来实现对比成像。目前临床批准使用的微气泡多采用表面活性剂或磷脂作为稳定剂，其稳定效果有限、血液循环时间短，限制了对小病灶等需要长时间观察的病变部位的检查能力。颗粒稳定气泡(Particle Stabilized Bubbles, PSBs)是由颗粒代替传统表面活性剂稳定的气泡，由于其具有高稳定性、低毒性等优势，有望用于超声造影。但目前关于颗粒稳定气泡的制备及应用研究较少，其原因主要在于体系对颗粒的接触角范围要求很窄，一旦超过界定范围，则气泡稳定性急速下降。本工作以制备出稳定的颗粒稳定气泡，考察其作为超声造影剂的效果为目标。通过筛选不同亲疏水性的颗粒作为稳定剂，并对其荷电性、浓度、粒径、水相及气相等因素进行考察，制备得到了由壳聚糖纳米颗粒(CNPs)稳定的颗粒稳定气泡(CPSBs)。并在此基础上，通过细胞毒性实验、溶血性、病理切片等实验评价了体系的生物安全性，通过小动物超声成像仪考察了其体内外造影性能。实验结果表明该体系具有良好的生物安全性以及良好的体内外造影能力，表明其具有作为超声造影剂应用的潜力。

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39. 低温烟气脱硝催化剂制备工艺及性能探究

徐家明皇甫林史玉婷郭洪范高士秋李长明余剑

过程工程学报 2022, 22 (7): 863-872. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221237

摘要（212）

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PDF （1943KB）（67）

为了满足低温脱硝催化剂工业化的需求，对以相同组成的氧化物粉末、工业偏钛酸、水热偏钛酸为前驱体制备的脱硝催化剂的催化性能进行了考察，并利用X射线衍射、N2吸附-脱附、热重分析、机械强度等手段对催化剂的表面结构及性质进行表征分析。结果表明，随焙烧温度升高，各催化剂的活性先升高后降低，催化剂以水热偏钛酸为原料制备的催化剂(催化剂C)更适宜于工业应用，其拥有较好的低温活性、抗压强度及成型率；经过550℃焙烧10 h后催化剂的纵向抗压强度为1.06 MPa，在250℃时NO转化率为97.79%。此外，对该催化剂进行脱硝活性评价及宏观动力学分析并考察了1~3 m/s气速下催化剂活性在不同烟气温度下的脱硝性能，结果表明，随气速增加催化剂的脱硝性能逐渐降低；根据Eley-Rideal机理，建立动力学方程，推算出该催化剂的反应速率常数k，并根据Arrhenius公式求得催化剂C的SCR脱硝反应活化能为32.15 kJ/mol，指前因子A为15.37×103 L/(g?min)，为实际工业烟气SCR脱硝系统设计提供参考。

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40. 同心圈式超重力旋转床液泛模型

姚文博张仲君刘承伟李育敏计建炳

过程工程学报 2022, 22 (7): 963-969. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221275

摘要（210）

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PDF （749KB）（55）

同心圈式超重力旋转床是一种新型超重力旋转床。液泛是超重力旋转床流体力学的重要特征。同心圈式超重力旋转床液体分布器和转子内缘之间的环形空间内的液滴被气体夹带，液滴受到离心力和气体曳力的作用，通过建立微分方程可获得液滴径向速度为零时的液滴运动径向距离。当该径向距离小于环形空间的径向距离，此时产生雾沫夹带液泛。由此建立同心圈式超重力旋转床雾沫夹带液泛模型。实验以空气和水为物系，测定了转子直径为1000 mm、高度为100 mm的同心圈式超重力旋转床在不同转速和表观液速下气体进口和出口之间的气相压降随表观气速的变化。气相压降随表观气速的增大先缓慢增大后快速增大。用表观气速对气相压降求导和目测旋转床中心气体出口处出现大量液体被气体夹带来确定液泛点气速。通过液泛点气速求得雾沫夹带液泛模型的系数k，并对该系数k进行关联。该雾沫夹带液泛模型的计算值和实验值吻合很好，平均偏差为3.1%。该模型优于Sherwood液泛模型，对同心圈式超重力旋转床的工业应用提供了必要的设计依据。

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