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1. 高温煅烧脱除磷酸铁中硫的研究

娄文博张盈张洋王晓健李建中乔珊郑诗礼张懿

过程工程学报 2022, 22 (2): 268-275. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221043

摘要（1197）

PDF （1247KB）（206）

磷酸铁是合成磷酸铁锂电池正极材料的主要原料，目前多采用硫酸亚铁和磷酸盐共沉淀方法制备。硫酸体系内共沉淀获得的磷酸铁中硫杂质含量较高，目前采用水洗方式脱除，吨磷酸铁洗水用量需60~100吨，硫酸盐废水处理成本高。为从源头削减磷酸铁脱硫过程产生的大量废水，根据硫酸盐高温分解的性质，提出磷酸铁高温煅烧脱硫新方法，开展了热力学可行性计算与高温煅烧脱硫动力学研究。结果表明，磷酸铁中硫元素主要以硫酸根形式存在，高温煅烧可有效促进含硫杂质分解，温度越高，脱硫效果越好。高温煅烧脱硫过程反应动力学级数为2，活化能为88.075 kJ/mol，属于化学反应控制。在温度1173 K、煅烧时间10 min的条件下，磷酸铁中硫杂质含量可降至0.01wt%以下。

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2. 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（809）

PDF （2636KB）（217）

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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3. 孔分布对多孔孔板流场和噪声的影响

李倩吉华冯东林张子扬段宗幸

过程工程学报 2022, 22 (5): 601-611. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221131

摘要（448）

PDF （1788KB）（113）

目前多孔孔板普遍采用均匀布孔结构，广泛用于管路限流降压以及减振降噪，为了进一步提高流动稳定性以及降低流噪声，在保持等效开孔直径不变的前提下，设计了具有不同孔间距、孔数和孔径的非均匀孔分布多孔孔板模型。基于数值计算结果，详细比较了含不同孔板模型管路流场中的速度、压力、回流特性、射流会聚和流动发展等流动特征。采用声学模型计算了孔板的噪声，在中心线以及垂直于流动方向的截面上设置监测点，对比了其频谱特性和总声压级。结果表明，与均匀多孔分布的常规孔板相比，孔间距等差递减、孔板边缘的孔数增多、以及孔径在满足不减少孔数的条件下增大，均能在不影响降压能力的情况下提高流动稳定性和降低板后噪声，且其噪声值分别最大改善了5.62, 6.10和7.00 dB。

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4. 以葡萄糖为原料结合生物发酵与化学合成制备酮泛解酸

姚尧卢希阳舒琳王卿惠孙少琦郝健

过程工程学报 2022, 22 (1): 97-107. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221036

摘要（439）

PDF （1822KB）（66）

D-泛酸(维生素B5)是一种重要的维生素，在饲料、化妆品和制药行业均有广阔的市场。酮泛解酸是泛酸生物合成途径的中间体，易内酯化为酮基泛解酸内酯，后者可立体选择性地转化为D-泛解酸，并进一步用于D-泛酸的生产。本工作提供了一种采用α-酮基异戊酸与甲醛经羟醛反应合成酮泛解酸的新方法。其中，反应物α-酮基异戊酸可由葡萄糖原料经发酵法生产。结果表明，以葡萄糖为碳源，经克雷伯氏肺炎杆菌发酵能高水平生产D-泛酸生物合成途径的关键前体—α-酮基异戊酸。采用商品α-酮基异戊酸开发一种新型的酮泛解酸合成方法；分析合成反应机理，确定总反应级数为1.87；经条件优化确定酮泛解酸合成反应的最佳pH=13，最佳温度为45℃，此条件下酮泛解酸转化率达83.5%。调节酮泛解酸溶液pH至强酸性，有助于其内酯化合成酮基泛解酸内酯。之后采用前述优化的方法，由流加发酵制备的25.2 g/L α-酮基异戊酸合成酮泛解酸19.9 g/L。最后通过异丁醇萃取、活性炭脱色、浓缩结晶方法进行产物提纯，调节酮基泛解酸内酯溶液pH在7~10范围内可使其开环转化回酮泛解酸。最终得到酮泛解酸及其内酯的纯品。本研究建立了以葡萄糖为原料通过α-酮基异戊酸中间体生产酮泛解酸的方法。该方法结合生物发酵和化学合成过程，采用廉价原料，具有绿色高效的特点，有望用于工业化生产泛酸。

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5. 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）

HTML （5）

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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6. 改性电炉钛渣矿相解构法制备富钛料新工艺研究

周育生邱冠周景建发郑富强王帅陈凤郭宇峰

过程工程学报 2022, 22 (5): 651-659. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221137

摘要（376）

PDF （1869KB）（100）

以氧化后的钛精矿电炉冶炼渣为研究对象，采用一段氟化氢铵浸出-二段盐酸浸出的新工艺制备可用于沸腾氯化生产的富钛料原料，从浸出反应热力学和改性钛渣浸出行为两方面进行了系统的研究。氟化氢铵浸出热力学研究表明，氟化氢铵浸出可分解硅酸盐和部分黑钛石，并形成CaMg2Al2F12, CaF2和AlF3沉淀，浸出后杂质元素硅主要以(NH4)2SiF6的形式进入到浸出液中。氟化氢铵浸出实验表明，在氟化氢铵浓度为15wt%、液固比为10:1、温度20℃、浸出时间2 h的条件下，Si, Al, Ti, Fe, Ca和Mg元素的浸出率分别为93.55wt%, 28.03wt%, 3.88wt%, 20.50wt%, 3.40wt%和2.45wt%。浸出渣中主要的物相为金红石、黑钛石和钙镁氟化盐。氟化浸出残渣的盐酸浸出热力学表明，CaMg2Al2F12, CaF2, AlF3沉淀和剩余的黑钛石可溶解于盐酸溶液中。盐酸浸出实验表明，在盐酸浓度为20wt%、液固比为8:1、温度120℃、浸出时间2 h的条件下，Ca, Al, Mg, Ti, Si和Fe的浸出率分别为86.78wt%, 62.33wt%, 92.31wt%, 18.08wt%, 40.23wt%和75.36wt%。盐酸浸出后浸出渣主要物相为金红石，TiO2品位95.20wt%、CaO含量为0.49wt%、MgO含量为0.48wt%，满足沸腾氯化法对原料成分的要求。

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7. 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（375）

HTML （2）

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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8. 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）

HTML （14）

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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9. 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）

HTML （4）

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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10. 单宁酸-多巴胺涂覆制备染料分离用纳滤膜

江琴刘子瑜赵濉

过程工程学报 2022, 22 (1): 89-96. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221041

摘要（369）

PDF （3445KB）（110）

通过单宁酸及聚多巴胺涂覆，制备了单宁酸(TA)-聚偏氟乙烯(PVDF)纳滤膜，同时评价了改性膜对刚果红、伊文思蓝、活性嫩黄等染料的分离性能。结果表明，改性后膜表面粗糙度略微增大，亲水性明显增强。同时，改性膜具有水下超疏油的性质，能够完全抵抗水下油污的污染。2wt% TA-PVDF纳滤膜对多种染料的截留率能达到96.5%以上，且对刚果红、伊文思蓝、活性嫩黄等染料的截留通量都超过65.7 L/(m2?h?bar)。另外，改性膜在染料分离时截留通量基本不变，稳定性较强，在工业染料废水处理方面有一定的应用前景。

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11. 变压精馏分离丙酮和环己烷的动态特性

张春花诸林吕利平周倩金仕胜

过程工程学报 2022, 22 (2): 249-257. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221022

摘要（357）

PDF （1545KB）（59）

基于丙酮-环己烷共沸体系的压力敏感性，利用Aspen Plus软件，以年度总费用(TAC)最小为目标函数对常规、部分及完全热集成变压精馏工艺进行稳态模拟与优化，并以经济最优的完全热集成变压精馏工艺为基础，借助Aspen Plus Dynamics软件建立多种不同控制结构，通过改变进料流量和进料组成考察了控制结构的有效性，并提出塔底热负荷/进料量比例控制与组成-温度串级控制相结合的改进控制结构。稳态模拟与优化结果表明，常规、部分和完全热集成三种工艺的最小TAC分别为3.64×105, 2.83×105, 2.76×105 $/y，经济最优工艺为完全热集成变压精馏。动态响应结果表明固定回流量/进料量控制结构在响应时间方面优于固定回流比控制结构，但产品纯度未达到设计值99.9wt%；而塔底热负荷/进料量比例控制与组成-温度串级控制相结合的改进控制结构能够有效保证产品纯度在99.9wt%及以上。

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12. ZrO ₂包覆对层状氧化物正极材料储钠性能的改善

孙阳王红车海英廖小珍李林森崔桂嘉杨为民马紫峰

过程工程学报 2022, 22 (1): 72-78. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220379

摘要（351）

PDF （1434KB）（101）

层状氧化物正极材料具有良好的结构稳定性和较高的充放电比容量，是一类理想的钠离子电池正极材料。本工作研究了层状氧化物正极材料NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2表面修饰对其电化学性能的影响，采用固相球磨法在正极材料表面包覆一层纳米ZrO2，采用形貌、结构、电化学方法等研究了包覆后性能改进机理。研究结果表明，ZrO2在NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2表面形成一层惰性保护层，有效隔开了电解液与正极材料的接触，缓解了电解液的分解速度，抑制了金属离子的溶出速度，从而显著改善了电池的循环性能以及高温性能。在ZrO2包覆修饰后，55℃下正极材料相比于未包覆的正极材料有明显提升，100次循环后容量保持率达到83.6%，高于未包覆的75.2%。此外，包覆后的NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2正极材料在空气环境存储后，稳定性得到明显提高。

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13. 己二胺与碳酸二乙酯催化羰化合成己二氨基甲酸酯

袁浠焘黄科林王利国贺鹏曹妍徐爽陈家强李会泉

过程工程学报 2022, 22 (3): 393-402. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220438

摘要（348）

PDF （1657KB）（42）

以碳酸二乙酯(DEC)、1,6-己二胺(HDA)为原料、无水醋酸锰为催化剂，合成了1,6-六亚甲基二氨基甲酸乙酯(HDEC)。通过红外光谱、核磁共振氢谱、气相色谱确定HDEC标样的结构和纯度，并建立了定量分析方法。进一步采用气质联用对反应的主副产物进行定性分析，推测反应路径。同时，对合成工艺进行反应参数优化，并推测反应机理。结果表明，该反应通过两步实现，首先HDA与DEC反应生成单取代的1-(6-氨基)-六亚甲基单氨基甲酸乙酯(HMEC)中间体，HMEC进一步与DEC羰化反应生成HDEC目标产物，同时反应过程中DEC与HDA以及HMEC反应生成脲类副产物。在最佳反应条件原料DEC与HDA摩尔比为3.5:1、反应温度120℃、无水醋酸锰催化剂用量为HAD初始用量的15%、反应时间5 h、转速400 r/min下，HDA转化率为100%，HDEC收率达89.6%。本研究为非光气法合成六亚甲基二异氰酸酯(HDI)重要中间体HDEC提供理论借鉴。

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14. 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）

HTML （19）

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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15. 基于多GPU并行格子Boltzmann方法的方管湍流模拟

胡涛向星葛蔚王利民

过程工程学报 2022, 22 (3): 318-328. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221118

摘要（342）

PDF （5619KB）（185）

采用CUDA (Compute Unified Device Architecture)和MPI (Message-Passing-Interface)在超级计算机Mole-8.5E上实现了格子Boltzmann方法(LBM)多GPU并行算法，通过三维顶盖驱动方腔流算例验证了多GPU并行LBM算法的准确性和有效性，利用该并行算法分别对雷诺数Reτ为300, 600, 1200下的充分发展的方管湍流进行了大规模模拟。研究发现，当计算网格尺寸小于黏性底层厚度(即Δ+<5)时，在壁面附近的相关传递特性统计误差较小，预测精度满足工程应用范围；Reτ为300, 600时，不同网格尺寸Δ+下的模拟结果表明LBM在方管流中心湍流特性统计具有网格弱相关性，Reτ为600时，与DNS (Direct Numerical Simulation)相比，Δ+=1.667, 3.750, 6.250时平均流向速度的平均误差分别是1.357%, 2.994%和4.766%；Reτ分别为300, 600和1200时，对应网格尺寸Δ+分别为0.833, 1.667和3.333时的方管湍流模拟中，成功捕捉到了二次流特性，预测得到的中心面流向速度、脉动均方根速度等的规律与文献基本吻合，进一步验证了单松弛LBM的可靠性，相关计算结果也为理解高Reτ下的方管湍流特性提供了参考。方管湍流的模拟验证了单松弛LBM多GPU并行算法在超大规模网格计算中的潜力，为进一步实现实际工程流动所需更大规模的数值模拟奠定了基础。

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16. 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）

HTML （1）

PDF （2013KB）（91）

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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17. PB/ITO-PET柔性电致变色薄膜制备及性能研究

朱多银金志浩李文丽汪前雨武荣成崔彦斌

过程工程学报 2022, 22 (2): 176-185. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221005

摘要（333）

PDF （2787KB）（72）

柔性电致变色器件具有体积小、重量轻、可弯曲等优点，在可穿戴设备、曲面显示器、节能及自适应伪装等领域具有潜在应用前景。本工作以铁氰化钾、氯化钾、无水氯化铁为原料，采用电沉积方法在ITO-PET柔性基底上沉积普鲁士蓝(PB)制得PB/ITO-PET电致变色薄膜，并利用扫描电子显微镜、紫外光谱仪、电化学工作站对PB/ITO-PET电致变色薄膜微观结构和电化学性能进行分析表征。结果表明，电沉积时间为200 s时得到的PB/ITO-PET电致变色薄膜在700 nm波长处光吸收率达到0.755，且PB/ITO-PET电致变色薄膜可在较低电压(0.6 V/-0.3 V)下实现着色和褪色。其光调制范围为68%，着色/褪色响应时间分别为9 s/8 s，着色效率为108 cm2/C。PB/ITO-PET电致变色薄膜经1000次着色-褪色循环后光调制范围为68%，着色效率为100.3 cm2/C。PB/ITO-PET电致变色薄膜500次弯曲，着色效率为105.5 cm2/C，并经1000次着色-褪色循环后着色效率为91 cm2/C，光调制范围为65%。利用ITO-PET为离子存储层(对电极)、凝胶电解质和PB/ITO-PET为工作电极组装得到柔性电致变色器件，其光调制范围为53%，着色/褪色响应时间分别为13 s/18 s。

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18. 基于分子动力学模拟的羟基改性调控活性炭对甲苯吸附性能的作用机理研究

肖邦曹青马培勇毕海林李鹏程

过程工程学报 2022, 22 (5): 660-670. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221125

摘要（325）

PDF （3688KB）（76）

本工作通过在六苯并苯分子边缘植入羟基构建不同羟基含量的改性活性炭，采用分子动力学和巨正则蒙特卡罗模拟研究了改性活性炭模型的物理性质、局部电荷和孔径分布，进一步分析了甲苯分子在改性活性炭中的动力学特性和吸附机理。结果表明，引入羟基可加强活性炭对甲苯的吸附能力。在较高相对压强下，羟基含量为39.4%是活性炭改性的最佳浓度，超过此浓度后甲苯的吸附量下降。改性活性炭羟基中强电负性的氧原子与甲苯甲基中的氢原子配合成Lewis酸碱对，形成稳定的吸附结构，进而增强活性炭对甲苯的吸附能力。在较低相对压强下，影响吸附量的主要因素为孔隙率和孔径大小；羟基含量为20.8%和31.4%的改性活性炭内多为微孔且结构较为紧密，使得其吸附甲苯效果较好。羟基改性使得甲苯分子在活性炭内的自扩散系数降低，且在含39.4%羟基的活性炭中扩散系数最低，这是由于甲苯分子与改性活性炭之间的非键相互作用阻碍了甲苯分子的运动。此外通过变温吸附研究发现，由于活性炭吸附甲苯过程具有放热性质，温度升高不利于甲苯的吸附。

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19. CaY分子筛对乙二醇和1,2-丁二醇吸附分离性能的研究

仪凡贺鹏曹俊雅曹妍王利国陈家强李会泉

过程工程学报 2022, 22 (4): 448-457. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221007

摘要（325）

PDF （2418KB）（225）

利用装填有CaY分子筛的固定床对乙二醇和1,2-丁二醇吸附分离进行研究，从水、甲醇、乙醇和正丙醇中筛选出正丙醇为最佳洗脱溶剂，并探究了进样流速(0.4, 0.8, 1.2 mL/min)及操作温度(298, 318, 338 K)对穿透曲线的影响，对测得的穿透曲线采用Modified Dose-Response模型进行拟合，与实验结果能够高度吻合。并采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)研究混合醇在CaY分子筛内部的竞争吸附，模拟了乙二醇和1,2-丁二醇在CaY分子筛内部的吸附位点，发现其吸附位点几乎重合，且CaY分子筛对乙二醇的吸附量要大于1,2-丁二醇，此模拟结果为实验结果提供了微观理论支撑。

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20. 双金属改性ZSM-5-USY复合分子筛催化裂解正己烷制备低碳烯烃

张凯伦焦念明张莹郝鹏波张国霞王慧李增喜

过程工程学报 2022, 22 (4): 458-468. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221037

摘要（322）

PDF （1380KB）（90）

为了获得催化裂解制备低碳烯烃的高效催化剂，以等体积浸渍法制备了系列单金属(Ce, Y, Zr, Mn, Cu)及双金属(Zr-Ce, Mn-Ce, Y-Ce, Cu-Ce)改性ZSM-5-USY复合分子筛催化剂，通过XRD, NH3-TPD, BET等方法表征了其物理化学性质，并将所制备催化剂用于催化裂解正己烷。结果表明，催化剂的弱酸量越多，正己烷转化率及C2~C4烯烃选择性越高，Zr-Ce共改性分子筛的催化活性较优。水蒸气处理对Zr-Ce/ZSM-5-USY催化剂的酸性及催化裂解产物分布有较大影响，经水蒸气处理的催化剂性能更稳定，可将裂解产物中低碳烯烃的选择性由20.02% (催化剂未经水蒸气处理)提高到57.55% (催化剂经水蒸气处理4 h)。研究了0.25% Zr-0.5% Ce/ZSM-5-USY催化体系的裂解反应动力学，正己烷裂解为一级反应，裂解活化能为88.93 kJ/mol。

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21. 双极膜电渗析法制备1,5-戊二胺

董梦莹孙玉柱杨晨

过程工程学报 2022, 22 (4): 523-532. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221102

摘要（313）

PDF （1317KB）（31）

1,5-戊二胺(C5H14N2)是生物法制备尼龙材料的重要原料，具有广泛应用前景。利用双极膜电渗析产碱技术可将盐溶液中的1,5-戊二胺盐转换为1,5-戊二胺，实现生物发酵液中1,5-戊二胺的无害化提取过程。本工作用1,5-戊二胺硫酸盐模拟生物发酵液的主要成分，探究了不同电流模式、电流密度、盐室初始浓度及杂质离子对1,5-戊二胺制备过程指标产生的影响，分析了双极膜在长时间运行后膜表面的损伤和污染情况。结果表明，料液中的硫酸根离子可以有效地被分离，在电流为3.6 A的恒流模式下，1,5-戊二胺回收率可达到97.5%以上；在电压为29 V的恒压模式下，1,5-戊二胺回收率可达到90%以上。高至3.45 kWh/kg双极膜在反复使用35次左右后，其阳离子交换层表面出现损伤的迹象，阴离子交换层表面黏附微量固体污染物。

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22. 铝佐剂颗粒化乳液制备及其免疫效果研究

彭沙夏宇飞高晓冬

过程工程学报 2022, 22 (2): 195-203. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221017

摘要（309）

PDF （4377KB）（48）

铝佐剂是我国唯一临床批准使用的疫苗佐剂，但其自身难以引发有效的细胞免疫应答，无法对机体产生综合性的保护，难以满足日益增长的疫苗佐剂需求。因此，如何合理化改造铝佐剂，保证疫苗佐剂的安全及高效诱导免疫反应是亟待解决的问题。本工作通过对商品化铝佐剂制备乳液超声条件的优化，最终研究表明当颗粒浓度为2.0 mg/mL，水相缓冲液选择蒸馏水且pH为7.0时能制备得到稳定的颗粒化乳液(Alum Particulate Emulsion, APE)，制备得到的乳液平均粒径为2723.7±435.3 nm，Zeta电位为+40.5±1.5 mV。离心发现此时体系中没有游离的铝佐剂，表明2.0 mg/mL是能稳定乳液的最小颗粒浓度。将乳液与抗原共混，测量抗原的吸附率，结果显示，抗原的吸附率接近100%，共聚焦的结果也验证了乳液对抗原的高吸附特性。当乳液与DC (Dendritic Cells)细胞共孵育，可以观察到乳液的内吞及溶酶体逃逸，而传统的铝佐剂无法实现。ELISpot结果显示，APE组脾细胞中分泌IFN-γ的T细胞数量比铝佐剂组增加300%左右。将铝佐剂通过颗粒化的策略制备得到APE以后，改变了佐剂增强抗原的免疫效果，显著提升了传统铝佐剂的细胞免疫效果。

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23. 轻质双相高熵合金Al ₂₀Li ₂₀Mg ₁₀Sc ₂₀Ti ₃₀热力学性质的第一性原理研究

王玮杨锦丁凝陈晓桃唐壁玉

过程工程学报 2022, 22 (3): 403-412. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221086

摘要（309）

PDF （1617KB）（40）

采用特殊准随机结构(Special Quasi-random Structure, SQS)处理高熵合金固溶体的化学无序性，并基于密度泛函理论研究了具有面心立方(Face-centered Cubic, FCC)和密排六方(Hexagonal Close-packed, HCP)结构的Al20Li20Mg10Sc20Ti30高熵合金的结构稳定性和热力学性质。理论得到的两个相的晶格常数与实验测量值符合较好。两相中，由于HCP相具有较FCC相略大的体模量，因而其具有较好的抗压缩性能。由于计算得到的两个相在0 K时的形成焓都为小的正值，因而两个相都为热力学亚稳结构。采用Debye-Grüneisen模型研究了不同温度下两个相的热力学性质，结果表明两个相的体模量随温度的上升表现出缓慢的下降趋势，且HCP相的体模量大于FCC相，而FCC相具有更大的体积热膨胀系数。研究了两个相的熵(包括振动部分的贡献和电子部分的贡献)随温度的变化，结果表明在研究的温度范围内，HCP相比FCC相具有更大的熵，且两个相的熵的主要来源都为振动部分的贡献。

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24. 界面增容剂的结构对PLA/PP共混体系界面状态及性能的影响

樊炳宇陈鑫亮杨利高尚谢永健王振峰王平刘瑾

过程工程学报 2022, 22 (3): 413-420. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221087

摘要（301）

PDF （5317KB）（55）

通过在聚乳酸(PLA)和聚丙烯(PP)共混体系中分别引入马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)和甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-GMA)，制备出具有不同结构及性能的共混材料(PLA/PP/POE-g-MAH，PLA/PP/POE-g-GMA)，并采用转矩流变仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、平板流变仪及电子万能试验机等研究了不同界面增容剂的结构对PLA/PP共混体系界面状态及性能的影响。结果表明，POE-g-MAH和POE-g-GMA均可改善PLA与PP的相界面形态，但与POE-g-GMA相比，POE-g-MAH的界面催化效率更高，对PLA/PP共混体系增容效果更好，其可诱导PLA与PP在界面处形成微交联结构，增强PLA与PP的界面相互作用，改善材料的机械性能，当添加4wt%的POE-g-MAH时，PLA/PP/POE-g-MAH共混物的拉伸强度达29.7 MPa，断裂伸长率提升至39.3%，较PLA/PP样品提高了8倍；并且共混材料的冲击强度随着POE-g-MAH含量的增加而增加，当其添加量为6wt%时，材料冲击强度达30.1 kJ/m2，材料具有较好的刚韧平衡性。

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25. 水相中合成木质素环氧树脂及其在木材胶黏剂中的应用

王勇殷亚庆李青云唐爱星赵磊刘幽燕

过程工程学报 2022, 22 (5): 671-679. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221198

摘要（299）

PDF （3898KB）（57）

以木质素为原料，在水相中合成一种适用于木材胶黏剂的木质素环氧树脂。为了考察木质素环氧化反应条件对木质素环氧树脂的羟基和环氧基的影响，以及对胶合板的胶合强度的影响，采用FT-IR和31PNMR对木质素环氧树脂结构进行表征，并用TG和DTG对木质素环氧树脂的热稳定性进行分析。结果表明，环氧化反应主要发生在酚羟基上，在反应过程中，相比环氧氯丙烷，NaOH的加入量对木质素环氧树脂结构和胶合板的胶合强度影响更大。随NaOH加入量增加，木质素环氧树脂中环氧基团逐渐增多，胶合板的胶合强度呈现先升高、后降低的趋势。当木质素的羟基与NaOH摩尔比为1:1时，由木质素环氧树脂制得的胶合板胶合强度达到最大，湿强度达1.61 MPa，超过国家标准II类板的要求(≥0.7 MPa)。采用扫描电镜研究了黏接机理，发现环氧化程度提高时，固化后的木质素环氧树脂的结构更加稳定且致密，导致胶合板的胶合强度也提高。但过高的环氧化程度会增大胶黏剂的粒径，导致胶黏剂与木板不能形成更好的机械互锁结构，从而降低胶合板的胶合强度。还进一步简化了木质素环氧树脂木材胶黏剂的合成工艺，使环氧化反应后的体系无需处理即可直接应用于木材胶黏剂，减少了胶合板生产工艺流程。此外，经过30天的储存期，胶黏剂黏合强度没有明显下降。通过与商业脲醛树脂木材胶黏剂对比，其黏接强度可以达到商业脲醛树脂的水平。

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26. ARTP选育ε-聚赖氨酸高产菌株及其发酵条件优化

徐祖伟季立豪唐文秀郭亮陈修来刘佳刘立明

过程工程学报 2022, 22 (3): 347-356. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221100

摘要（296）

PDF （1224KB）（59）

ε-聚赖氨酸(ε-PL)是由25~35个L-赖氨酸单体组成的一种天然聚合物，在食品、医学、农药等领域有很大的应用潜力。目前，微生物法生产ε-PL存在生产强度低、发酵周期长、工艺不稳定等问题。为此，本研究以S.albulus FMME-545为出发菌株，通过常温常压等离子诱变(ARTP)结合核糖体工程选育了一株具有利福霉素抗性的高产菌株S.albulus FMME-545RX，其ε-PL产量达到2.44 g/L，相较于出发菌株提升了105%。为了进一步提高ε-聚赖氨酸的产量，在5 L发酵罐中通过分批补料的方式对碳源的调控策略、pH调控方法、DO控制水平进行了系统的研究。结果表明，采用葡萄糖-蔗糖双碳源调控策略有助于提高菌体代谢强度；在发酵过程中添加柠檬酸钠能有效帮助菌体抵御酸性环境；产物合成所需的最适pH值和DO值分别为3.80和30%。经过192 h的分批补料发酵，ε-PL的产量、生产强度、单位细胞合成能力分别达到了53.0 g/L, 6.63 g/(L?d), 0.88 g/g，相比于原始菌株分别提高了130%, 131%, 118%。上述研究结果为ε-聚赖氨酸工业化生产提供了有益的借鉴。

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27. 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）

HTML （5）

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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28. 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）

HTML （7）

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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29. Q型静态混合器内液滴群分散特性

孟辉波王建宝禹言芳王宗勇吴剑华

过程工程学报 2022, 22 (3): 338-346. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221104

摘要（282）

PDF （1685KB）（47）

静态混合器因具有结构紧凑、强化性能优异和连续性生产等优点被广泛应用于过程工业中，但Q型静态混合器(QSM)内多相流分散混合强化机理不完善制约了其在精细化工和原料药绿色生产中的应用。采用计算流体力学(CFD)耦合群体平衡方程对QSM内相含率α≤5%时液滴分散特性进行数值模拟，分析液液界面张力、动力黏度和相含率对液滴群d32的分散行为的影响。标准旋流静态混合器内的d32数值预测结果与实验结果有良好的一致性。模拟结果表明，在z/l=11.5处不同分散相d32减小73%~96%，RL-90-QSM对不同物性介质的分散混合具有高效性和普适性；在高雷诺数和低相含率下，不同分散相流过z/l=0~2时d32破碎速率最大，在z/l=2.5处d32减小51%~90%，d32随混合时间的增加逐渐减小且在z/l=10后趋于稳定；界面张力对混合结果的影响大于动力黏度。

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30. 退火气氛中CO ₂含量及加热时间对钢坯氧化的影响

曾维冬丁翠娇戴方钦郭悦潘卢伟陈平安

过程工程学报 2022, 22 (3): 376-384. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220297

摘要（280）

PDF （2670KB）（67）

在热轧加热炉中，燃气热值的波动会带来退火气氛的变化，钢坯在炉停留时间也会受生产节奏变化的影响产生变化，从而造成钢坯氧化难以预测和控制。本工作在1250℃的加热温度及CO2+N2的气氛下进行实验，研究了CO2含量和加热时间对钢坯氧化行为的影响。结果表明，钢坯氧化动力学曲线分为线型和抛物线两个阶段，随着CO2含量的增加，线型阶段缩短，该阶段的氧化增重也减少；在抛物线阶段，抛物线速率常数kp与CO2含量呈对数关系。钢坯表面氧化层分为致密层和疏松层，致密层位于氧化层外侧，由Fe3O4及其还原产物FeO组成；疏松层位于致密层/金属基体之间，由FeO及其先共析产物Fe3O4组成。疏松层存在孔洞，并且CO2含量越高孔洞越多。

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31. 明胶基天然高分子/氧化石墨烯复合微胶囊的制备及调湿性能

侯雪艳泥立豪赵海涛张文博张玉琦王记江

过程工程学报 2022, 22 (2): 214-221. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221035

摘要（277）

PDF （5433KB）（19）

利用调湿材料的吸放湿性能调节湿度是一种环保节能的被动调湿技术，广泛应用于室内调湿、食品包装、文物保护等领域。采用壳聚糖、液体石蜡、氧化石墨烯(GO)为微胶囊核心材料，利用壳聚糖和GO的静电作用形成类似表面活性剂亲水亲油结构的壳聚糖-GO结合体，在乳化剂和壳聚糖-GO结合体共同作用下乳化获得乳胶束，然后以此乳胶束为模板，采用戊二醛交联法制备了明胶基天然高分子/GO复合微胶囊(M-GO)。考察了GO用量、乳化pH值对乳液胶束粒径和稳定性的影响。在最佳乳化条件下制备了微胶囊，并研究了GO的引入对微胶囊的结构和吸/放湿性能的影响。通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、氮气吸附对微胶囊的结构进行表征，通过测试微胶囊吸湿率和放湿率研究其调湿性能。结果表明，当GO用量为3 mL (1 mg/mL)、乳化pH值为5.10时，乳化形成的乳液粒径均匀且乳液的稳定性较好。GO与壳聚糖、明胶相互作用成功制备了微胶囊，未引入GO的微胶囊呈封闭的微球结构，当引入GO后所得的微胶囊M-GO为壳层开孔的中空结构，具有较大的比表面积和孔体积，有利于对水分的吸附。M-GO在不同湿度下的饱和吸湿量、吸湿/放湿率均优于未引入GO微胶囊，说明GO通过改变微胶囊的微结构、增加吸附水分的表面积，从而能够提高调湿性能。

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32. 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）

HTML （9）

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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33. MOCVD生产废料中镓、铟提取工艺及其动力学研究

饶富郑晓洪张西华陶天一曹宏斌吕伟光孙峙

过程工程学报 2022, 22 (5): 689-698. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221085

摘要（273）

PDF （1607KB）（36）

近年来，LED以其节能及环境友好等特性被广泛运用于各类照明领域。作为LED产品关键部件，采用金属有机气相沉积(MOCVD)生产外延片过程产生大量的生产废料。随着LED行业的快速发展，绿色、清洁回收MOCVD生产废料备受关注。本研究以硫酸为浸出剂，重点研究了MOCVD生产废料中Ga和In元素的浸出行为和浸出动力学。通过对浸出试剂种类、H2SO4浓度、固液比、浸出温度和浸出时间等参数的过程优化，在H2SO4浓度3 mol/L、固液比50 g/L、温度80℃、反应2 h的最佳工艺条件下，Ga和In的浸出率仅为67.50%和91.46%。动力学研究表明，在293.15~333.15 K温度范围内，Ga和In的浸出动力学符合收缩核模型，浸出过程受表面化学反应和外扩散混合控制。同时，XRD和SEM-EDS结果也印证了符合收缩核模型。在293.15~333.15 K温度范围内，Ga和In的浸出活化能分别为25.7和21.7 kJ/mol。基于对Ga和In浸出行为的动力学分析，提出并验证了MOCVD生产废料强化焙烧-浸出工艺的可行性。研究结果表明，强化焙烧-酸浸工艺可以使Ga和In的浸出率分别由67.50%和91.46%提升至88.27%和98.32%，并得到了氧化镓副产品。本研究结果有望为MOCVD生产废料的工业化资源循环提供基础数据支撑和新路径选择。

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34. 二次铝灰硫酸铵焙烧提铝过程氟的迁移规律

雷炳宏刘宏辉张笛董玉明张红玲娄太平徐红彬

过程工程学报 2022, 22 (1): 108-117. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220402

摘要（273）

PDF （3204KB）（27）

采用硫酸铵焙烧-水浸法回收二次铝灰中的铝是实现其无害化与资源化最重要的途径之一。二次铝灰的无害化与资源化利用要求尾渣氟的浸出毒性满足国标要求(无机氟化物质量浓度低于100 mg/L)。二次铝灰中氟的浸出毒性远高于100 mg/L，故需深入研究二次铝灰硫酸铵焙烧-水浸提铝过程氟的迁移规律。借助复合氟离子电极、XRD、XPS、SEM和XRF研究了二次铝灰硫酸铵焙烧-水浸提铝过程氟的迁移转化行为。结果表明，延长焙烧时间、提高焙烧温度、增大硫酸铵配比可促进二次铝灰中的氟进入焙烧尾气；延长浸出时间、提高浸出温度、增大液固比有利于降低浸出渣中氟的含量和占比。在焙烧温度450℃、焙烧时间2 h、物料配比6:1、浸出温度85℃、浸出时间80 min、液固比6:1条件下，二次铝灰中43.85%的氟以气态形式进入尾气，23.92%的氟进入浸出液中，32.23%的氟以AlF3和AlF3?3H2O形式残留在浸出渣中。焙烧尾气经脱氟、喷淋吸收，可转化为硫酸铵；浸出液脱氟后可制备聚合硫酸铝，用作水处理剂；浸出渣的浸出毒性符合国家标准，可用作建筑材料，从而实现二次铝灰的资源化与无害化处理。

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35. 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）

HTML （2）

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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36. CH ₃Cl在ZnO(001)和ZnO(100)表面吸附的第一性原理计算

张亚卓战金辉

过程工程学报 2022, 22 (2): 240-248. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221064

摘要（268）

PDF （3903KB）（42）

基于密度泛函理论的第一性原理方法，建立ZnO(100)和ZnO(001)表面的吸附模型，计算了吸附能、电荷密度、态密度以及过渡态等参数，研究了CH3Cl在ZnO不同表面、不同位点、不同吸附方式的吸附情况。结果表明，CH3Cl在ZnO(100)和ZnO(001)表面的吸附过程均为化学吸附。当CH3Cl整体吸附时，CH3Cl分子中的Cl原子可以与ZnO表面的Zn(2a)原子生成Zn-Cl键，CH3Cl在ZnO(100)表面的吸附能比在ZnO(001)表面的吸附能更低(-0.57 eV vs. -0.42 eV)，体系更稳定；并且CH3Cl在ZnO(100)面吸附后，Cl原子的3p轨道态密度峰向左移动，且靠近费米能级处的峰值降低，表明Cl原子在吸附过程中提供电子，与Zn形成更稳定的相互作用。当CH3Cl解离吸附时，甲基自由基中的C原子可以分别与ZnO(100)表面的O(2a)和O(3a)吸附，CH3Cl解离吸附在Zn(2a)和O(2a)原子处的吸附能为-1.09 eV，在费米能级左侧O 2p轨道和C 2p轨道存在3个共振峰，证明C原子和O原子有较强的相互作用，而在Zn(2a)和O(3a)原子处的吸附能为-1.02 eV，且费米能级右侧O 2p轨道和C 2p轨道存在1个共振峰，表明C和O原子存在反键作用。过渡态的计算结果表明，CH3Cl解离吸附在Zn(2a)和O(2a)位点的过渡态能垒比在Zn(2a)和O(3a)位点更低(1.69 eV vs. 2.06 eV)，因此CH3Cl解离吸附反应倾向于在ZnO(100)表面上相邻的Zn和O原子之间发生。

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37. 黏结煤与不黏煤共热解特性研究

李福俊刘周恩高士秋金鑫谢以民何志鹏

过程工程学报 2022, 22 (5): 640-650. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221084

摘要（268）

PDF （1566KB）（164）

为了利用内构件反应器热解技术实现黏结性煤的高值化利用，采用TG-MS和固定床反应器研究了黏结的山西兴县煤(简称XX煤)与不黏的先锋褐煤(简称XF煤)共热解时的破黏和热解特性。TG-MS实验结果表明，XX煤与XF煤配制的混合煤比XX煤黏性小，且XF煤促进了XX煤热解，混合煤热解行为是两种煤共同作用的结果。固定床热解实验表明，煤粒径越小，降黏越显著；XX煤和XF煤的比例(XX:XF)越小，降黏越显著，XX:XF小于5:5时，可消除结焦团块；XX:XF越小，半焦产率越低，焦油和煤气产率越高；随XX:XF减小，焦油中<170℃和230~300℃的馏分含量先升后降，XX:XF=6:4~3:7时最高，170~210℃、210~230℃和300~360℃的馏分逐渐增加，>360℃的馏分含量不断降低；随XX:XF的减小，H2含量先升高后降低，在XX:XF=3:7时最高；CO含量呈略微升高趋势；CO2含量先逐步升高，在XX:XF=6:4达到最高，然后从XX:XF=5:5开始降低，在XX:XF=3:7达到最低，然后又开始升高；CH4及C2~C3组分含量呈下降趋势，而H2+CO+CH4 (煤气中有效组分之和)的含量先下降再升高接着再降低，在XX:XF=6:4时最低，XX:XF=3:7时最高。XX:XF越小，虽半焦的C/N和C/H不断减少，但C元素含量增幅和N, H元素含量减幅增大；比表面积越大，内孔结构越多越大，起燃温度越低，燃烧越彻底。

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38. 三级活塞推料离心机数值模拟与操作参数优化

周里群王智明汪振南李玉平黄治中

过程工程学报 2022, 22 (3): 329-337. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221078

摘要（259）

PDF （5880KB）（66）

针对新型三级活塞推料离心机的研发，在转鼓尺寸和物料增大情况下，操作参数对分离过程中转鼓内侵蚀现象和分离效率有重要影响。采用样机实验结合CFD数值模拟，对三级活塞推料离心机进行三维建模和仿真，并利用密集离散粒子模型(DDPM)模拟侵蚀过程。基于粒度分析可知，氯化钠颗粒粒径dm为0.070~0.200 mm时，随颗粒粒径增加，固相对离心机转鼓内部的侵蚀越大。结合响应面分析法可知，响应模型各因素的交互影响明显，以更高分离率与更低侵蚀率作为评价指标，得出最优值为推料频率40次/min、转鼓转速1431 r/min、进料浓度60%。与实验数据进行对比，模拟结果的误差在可接受范围内。

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39. 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（258）

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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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40. 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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