过程工程学报

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1. 封面和目录

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2. 主编寄语

张锁江

过程工程学报 2020, 20 (1): 1-2. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220001

摘要（531）

PDF （424KB）（119）

四季更迭，岁去年来，才刚刚叹完红枫知秋，不知不觉又到了雪漫故园的时节。时光总是不慌不忙，不急不缓，见证了时空交替的神奇转换，时光承载了过去一年里的重担和升华，也满载着对未来的期望与寄托。在这样一个新旧更替、万象更新的时刻，《过程工程学报》也细细回首了一路走来的点滴，展望新的憧憬、新的企盼！

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3. 细胞培养肉规模化生产工艺及反应器展望

李雪良张国强赵鑫锐孙秀兰周景文堵国成陈坚

过程工程学报 2020, 20 (1): 3-11. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219179

摘要（882）

PDF （776KB）（334）

体外培养动物肌肉组织作为食用材料的构想在20世纪30年代就有了，90年代末还出现了相关的专利，但该技术到目前为止还没有大规模生产的例子。过去五、六年来，尤其是2013年世界首个细胞培养牛肉汉堡公开试吃活动以后，培养肉(Cultured meat)被大量报道。截至2019年3月，全世界已有超过25家公司宣布正在研究将培养肉推向市场，但仍没有一家企业能把产品放到普通消费者面前。这其中一部分限制因素是监管和社会伦理方面的争议，但更大的问题是生产成本居高不下。规模化生产是降低单位成本的有效手段，但目前业界对动物细胞大规模培养的传质、传热、混合、剪切应力等问题还缺乏足够关注。动物细胞培养传统上多用于量低价高的医疗、医药领域，提高产量的途径往往是多组体积不超过2?20 m3的设备并列运行，保持培养环境均一性问题不大。但人工培养动物肌肉细胞若作为大宗食品进入市场与传统养殖业进行有效竞争，所需的生物反应器规模和细胞密度还需在目前常用的动物细胞培养技术基础上提高至少一个数量级。因此，培养肉大规模培养工艺与设备的进步是使其成为替代性动物蛋白来源的前提条件。本工作对培养肉规模化生产能采用的反应器类型、操作模式、存在的主要问题及与反应器相关的研究方向进行探讨，为国内相关企业和科研机构提供参考。

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4. 高温口压力影响气波振荡管制冷性能机理分析

刘培启高础涵李想于洋胡大鹏

过程工程学报 2020, 20 (1): 12-19. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219129

摘要（565）

PDF （1186KB）（142）

高温口压力是影响气波振荡管制冷性能的重要参数。搭建双开口气波振荡管实验平台，测量了气波振荡管制冷温降随高温口压力的变化，建立了气波振荡管整机分析模型。结果表明，整机温降随高温口压力升高先增加后减小，高温口压力存在最优值。高温口压力较低时，气波振荡管入射气体与管内原有气体的分界面将从振荡管高温口排出，从而使低温口中常温回流气增多，与管内膨胀后的低温入射气体掺混，降低振荡管制冷性能。高温出口压力为0.10和0.14 MPa时，高温口高压气占比分别为7.4%和4.9%，高压气占比随高温口压力提高而降低，有利于制冷性能提高。高温口压力升高促使反向压缩波强度提高，高温口压力为0.11和0.14 MPa时，反向压缩波后压力分别为0.107和0.135 MPa，不利于制冷。入射高压气体与高温侧气体的掺混程度及反向压缩波后的压力影响高温口压力最优值。

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5. 装配水平筛板的气升式反应器中气液传质特性的数值模拟

王子凡郑志永高敏杰李想詹晓北

过程工程学报 2020, 20 (1): 20-26. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219137

摘要（526）

PDF （1576KB）（232）

利用Turbulent–Lehr组合模型对装配水平筛板的气升式反应器进行了计算流体力学(CFD)模拟，研究水平筛板对气含率、气泡直径、体积传质系数(kLa)和气液流速的影响。结果表明，筛板对气相的囤积作用和对液相的阻碍作用增加了反应器的整体气含率。筛板对气相的二次均布作用减弱了筛板和液面之间区域的气泡聚并过程，筛板筛孔对气泡的破碎作用产生了大量小于初始直径的气泡，增加了气泡比表面积(a)；筛板对液相的阻碍作用提高了筛板附近的气–液相流动速度差，从而提高了该区域的液膜传质系数(kL)，强化了反应器内的气液传质效果。

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6. 不同弓形浸渍管RH钢液流动行为的物理模拟

任志峰罗志国邹宗树

过程工程学报 2020, 20 (1): 27-34. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219171

摘要（525）

PDF （539KB）（114）

为提高真空循环脱气(RH)真空精炼的效率，设计了3种新型弓形浸渍管RH真空室，并建立了物理模型。通过水模拟实验研究了浸渍管形状、提升气体流量、浸渍管浸入钢液深度对弓形浸渍管RH和传统圆形浸渍管RH钢液循环流动的影响。结果表明，在实验气体流量范围内，3个弓形浸渍管RH比传统圆形浸渍管RH的循环流量增加了45%~218%，均混时间减少了15%以上。圆形浸渍管RH达最大吹气流量时，3种弓形浸渍管RH的循环流量仍线性增加。新型弓形浸渍管RH的最大提升气体流量可在传统圆形浸渍管RH提升气体流量(60?130 m3/h)的基础上提高48%以上，方便短时间、高强度真空精炼操作。3种新型弓形浸渍管RH的循环流量随提升气体流量增加而线性增大，随浸渍管浸入钢液深度增加而增大，均混时间随提升气体流量和浸入深度增加而减小。现场应用时，弓形浸渍管其中2个面积较小的浸渍管浸入深度须大于545 mm，面积最大的浸入深度须大于818 mm，3个弓形浸渍管RH的最大提升气体流量需控制在约173 m3/h。在现场现行的提升气体流量范围(60~130 Nm3/h)内，1#, 2#和3#弓形浸渍管RH的循环流量较传统圆形浸渍管RH分别约增加100%, 42%和112%，均混时间分别缩短30%, 15%和34%以上。在实验提升气体流量范围内，非对称弓形浸渍管RH的循环流量最大，均混时间最少。

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7. 气固并流式轴向移动床过滤器的压降特性

吕涵范怡平赵亚飞卢春喜

过程工程学报 2020, 20 (1): 35-43. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219184

摘要（545）

PDF （1060KB）（130）

通过冷模实验，改变移动床表观气速、颗粒循环速率、入口气体含尘浓度等操作参数，研究了轴向移动床过滤器的压降特性和合适的操作条件，结合移动床内气固两相运动特点，修正了Ergun公式，在加尘条件下分析了床内滤饼对压降稳定性的影响。结果表明，在无尘负荷条件下(“纯”移动床操作)，颗粒的循环速率由0增至2.26 kg/(m2?s)时，设备的压降减小0.03 kPa。表观气速为0.126 m/s、入口气体含尘浓度为89.10 g/m3时，移动床内滤饼形成和破损呈动态平衡，过滤500 s后，压降可稳定在0.88 kPa，此时设备具有较高的除尘性能，粉尘捕集效率可达96%以上。

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8. 聚丙烯酸复合铝改性膨润土制备及其对Cr(VI)的吸附

王爽郭宏飞赵斌刘秀伍曹吉林

过程工程学报 2020, 20 (1): 44-51. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219141

摘要（631）

PDF （2319KB）（186）

为改善膨润土对Cr(VI)的吸附性能，用铝、丙烯酸聚合及十六烷基三甲基溴化铵改性合成聚丙烯酸复合铝改性膨润土。采用X射线衍射、红外光谱和扫描电子显微镜对天然膨润土和改性膨润土进行表征。结果表明，在25℃、溶液pH=5~6时，0.5 g吸附剂对200 mL浓度为20 mg/L Cr(VI)的平衡吸附量为1.996 mg/g，平衡吸附时间为130 min，且固液分离容易。吸附过程较好地符合Lagergren二级吸附动力学方程和Freundlich等温吸附方程，颗粒状吸附剂对Cr(VI)的吸附以络合吸附为主。

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9. 甲基氯硅烷精馏流程的模拟与优化

曾雄伟彭金鑫奚桢浩赵玲袁渭康聂长虹赵晓辉

过程工程学报 2020, 20 (1): 52-58. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219156

摘要（746）

PDF （490KB）（192）

采用Aspen plus软件对工业七塔精馏过程进行全流程建模与模拟，优化工艺参数，研究了新的精馏节能工艺。对一甲塔等7个精馏塔采用双因素水平的灵敏度分析，考察了塔釜采出率、回流比、进料位置和塔顶压力对产品浓度和热负荷的影响，确定一甲塔最优的工艺参数：塔釜摩尔采出率为0.92，摩尔回流比为130，塔顶压力为0.18 MPa，总理论板数为400，在210块理论板位置进料。在此基础上，针对高能耗的脱高塔/脱低塔，模拟研究了双效精馏新工艺，新工艺可节省39.70%的年总成本；针对一甲塔模拟研究了热泵精馏新工艺，新工艺可降低41.42%的年总成本。

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10. Al-Mg-Li三元合金表面张力的估算

刘姗姗王波周艾琳张捷宇周国治

过程工程学报 2020, 20 (1): 59-66. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219180

摘要（551）

PDF （550KB）（168）

运用表面张力计算公式Butler方程，与过剩吉布斯自由能结合，计算了973 K温度下Al?Mg, Al?Li和Mg?Li二元体系的表面张力。结果表明，在铝熔体中分别加入金属镁或锂，合金表面张力随其含量增加而降低；在镁熔体中加入金属锂，合金表面张力随锂含量增加而降低。以此为基础，利用Chou模型计算得Al?Mg?Li三元合金的表面张力为0.326?0.851 N/m，随铝或镁含量增加表面张力增大，随锂含量增加表面张力减小。

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11. 电场对CaO-SiO ₂-Al ₂O ₃熔渣的结构调控

张盼刘俊昊魏奎先王志马文会

过程工程学报 2020, 20 (1): 67-73. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219182

摘要（504）

PDF （1624KB）（188）

针对硅中硼难去除的问题，从熔渣结构层面进行研究，通过观察熔渣不同部位在不同电场条件下熔渣结构的变化，分析不同电场条件下高温骤冷所得熔渣结构变化，探索引入电场对熔渣结构影响。结果表明，引入电场会引起熔渣中离子定向移动与重新分配，改变熔渣结构。熔渣上部结构在电场作用下解聚更彻底，远离渣金界面处熔渣结构变化较小。电场增强有利于熔渣解聚，电场强度达10 V时，熔渣中结构单元会转变为聚合度更低的Q0结构单元。熔渣上部结构对电场变化更敏感，电场改变，熔渣下部结构变化较小。

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12. 塑料薄膜材料在微藻培养环境中的稳定性和生物附着行为

王艺璇颜成虎丛威

过程工程学报 2020, 20 (1): 74-83. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219175

摘要（629）

PDF （2483KB）（187）

考察了6种薄膜材料在次氯酸钠(NaClO)溶液、HCl溶液(pH=2)和NaOH溶液(pH=12)中的稳定性及其在普通小球藻培养体系中的生物附着行为。结果表明，聚氯乙烯(PVC)在3种溶液中浸泡后420 nm处的透光率下降约50%，聚氨酯(PU)在NaClO溶液中、乙烯?醋酸乙烯酯(EVA)在NaOH溶液中浸泡后420 nm处的透光率下降10%?15%，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)在3种溶液中浸泡后的透光率没有明显变化；6种薄膜材料在普通小球藻培养体系中均有微藻明显附着，浸泡7 d后透光率明显下降，其中PVC表面附着最严重，浸泡7 d后透光率接近0，附着物量随浸泡时间延长而增加，浸泡45 d后达3069 ?g/cm2；其它5种薄膜表面附着物量先增加后降低，PU和EVA在第15 d时、PE, PP和PET在第30 d时附着物量最大，分别为292, 375, 292, 194和236 ?g/cm2。

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13. 用于单克隆抗体纯化的仿生多肽超大孔PGMA微球制备及其性能

葛佳那向明吴学星杨维兴郝冬霞马光辉

过程工程学报 2020, 20 (1): 84-90. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219166

摘要（585）

PDF （1346KB）（143）

以仿生多肽配基FYEILHC为亲和配基、以葡聚糖修饰的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯[Dextran-poly(glycidyl methacrylate), Dextran-PGMA]超大孔微球为基质，制备用于单克隆抗体纯化的仿生多肽超大孔PGMA微球，在环氧氯丙烷中滴加2 mol/LNaOH使其表面衍生出环氧基，在表面修饰FYEILHC；用扫描电镜表征微球表面形貌，用AKTA蛋白纯化系统考察了Dextran-PGMA微球和琼脂糖微球对抗体的动态吸附量随线性流速的变化。结果表明，偶联FYEILHC后Dextran-PGMA微球仍能保持其大孔结构，在923 cm/h线性流速下，其对抗体的动态吸附量仅下降约8%，而琼脂糖微球的动态吸附量则迅速下降25%。表明在较高流速下，抗体在Dextran-PGMA微球上的传质性能较好。吸附?用0.1 mol/L NaOH原位清洗重复40次后，Dextran-PGMA微球对抗体的动态吸附量约为(21?1) mg/mL，表明微球具有良好的化学稳定性；血清中回收的抗体纯度为95.0%，表明仿生多肽亲和介质具有从复杂生物样品中纯化抗体的巨大潜力，可满足高流速、高通量抗体分离纯化需求。

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14. 响应面法优化鹿茸胶原蛋白制备抗氧化肽的水解条件

兰亚茹黄硕赵飞吴宏宇郭永学

过程工程学报 2020, 20 (1): 91-98. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219174

摘要（546）

PDF （562KB）（129）

以鹿茸中下段胶原蛋白为酶解底物，用木瓜蛋白酶酶解制备小分子抗氧化肽，以清除1,1-二苯基-2-苦基肼基(DPPH?)自由基的能力为指标，采用响应面法优化酶水解条件。结果表明，最优实验条件为时间56 min，酶添加量1.40wt%，pH=5.60，温度60℃。该条件下所得抗氧化肽对DPPH?自由基的清除率为83.09%。用超滤膜、半制备色谱柱和超高效液相色谱?质谱联用仪分级分离获得分子量0.2?0.6 kDa的具有最高抗氧化活性的多肽，其具有与头段类似的保健功效，更易被人体吸收，且易进一步加工和储存。

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15. 一种用高效凝胶渗透色谱测试褐藻胶分子量及分子量分布的方法

张蕊鑫王智慧丛威惠锋基王斌

过程工程学报 2020, 20 (1): 99-107. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219177

摘要（583）

PDF （464KB）（177）

提出了一种用凝胶色谱与常规检测器检测褐藻胶分子量及其分布的方法。用高效凝胶渗透色谱(GPC)与示差检测器(RID)结合，建立了以普鲁兰标准品为对照的相对重均分子量、相对数均分子量与GPC–MALLS(多角度激光散射)测试的褐藻胶绝对重均分子量、绝对数均分子量间的转换关系，得到了用GPC–RID检测相对分子量计算褐藻胶绝对分子量和多分散系数的方法。结果表明，GPC–RID法经转换公式得到的重均分子量、数均分子量和多分散系数与GPC–MALLS法的相对误差在?12%以内。基于GPC–RID法可较准确地获得褐藻胶的绝对分子量及多分散系数，使用通用检测器可节约仪器投资，降低检测成本。

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16. 离子液体自模板合成多孔碳氮材料及其对二氧化碳的吸附

刘佳慧刘会婷赵国英孙振宇

过程工程学报 2020, 20 (1): 108-115. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219164

摘要（544）

PDF （2351KB）（179）

以多种氰基离子液体为前驱体，采用高温碳化法直接制备多孔碳氮材料，系统考察了离子液体前驱体阳离子结构、阴离子种类及合成条件等因素对碳化材料比表面积、氮元素含量及氮种类的影响，并研究其对CO2的吸附性能。结果表明，阴离子在聚合过程中起模板剂的作用。合成材料主要呈介孔结构，比表面积最高达732.6 m2/g，氮含量最高为9.9wt%，在温度25℃、压力1.8 MPa条件下，CO2的吸附量最高达20.9wt%。多孔碳氮材料经180℃真空加热后可完全脱附再生，再生稳定性良好。

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17. Zn改性对Ni/ZSM-22催化剂费托重柴油异构降凝性能的影响

白宜灵范立闯李涛陈会民张怀科杨勇张光晋

过程工程学报 2020, 20 (1): 116-122. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219167

摘要（590）

PDF （696KB）（111）

采用离子交换、成型、负载方法对ZSM-22分子筛进行改性，得到不同Zn负载量的ZSM-22分子筛载体，通过X射线衍射、N2物理吸附?脱附及吡啶吸附红外等表征其物化性质。以改性ZSM-22分子筛为酸性组分、Ni为金属组分制备Ni基加氢异构催化剂，以费托重柴油为原料对其异构降凝性能进行评价。结果表明，离子交换对分子筛结构影响较小，且Zn在分子筛表面呈高度分散状。分子筛负载Zn可降低Br?nsted (B)酸与Lewis (L)酸的酸量比值(B/L)，且随Zn负载量增加，B/L值降低，异构烃收率提高，有效抑制裂解反应，提高柴油收率。负载Zn可明显降低重型柴油冷滤点，随Zn负载量逐渐提高，冷滤点上升。在金属加氢性能相同时，减少B酸含量有利于提升催化剂上金属位与酸性位的匹配及重型柴油异构性能。以所制Zn负载量为0.42wt%的Ni基分子筛催化剂在柴油的冷滤点达到国六车用柴油标准-10#柴油要求(冷滤点?5℃)时，柴油收率仍高达90.65%。

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18. 本期封面和目录

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19. 浮选设备流体力学特征参数研究现状

韩继康王伟之张伟单志伟王东

过程工程学报 2020, 20 (10): 1121-1133. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220139

摘要（511）

PDF （1532KB）（293）

浮选设备是矿物加工工程领域一种重要的气液反应装置，主要包括浮选机和浮选柱。浮选设备应用已有百年历史，随着选矿技术水平的提高，浮选设备逐渐向自动化、大型化的方向发展。近年来对浮选设备内流体力学特征参数的研究解析越来越多，进一步促进了设备的合理放大和优化。本工作在简要介绍目前浮选设备的发展和应用现状后，总结了国内外学者对浮选设备内气泡尺寸、气含率和气泡速度3个重要流体力学特征参数的检测方法和研究现状，提出了在今后研究中，开发以机器视觉为核心的检测技术和强化侵入式检测装置的适用性是流体力学特征参数检测手段的发展方向之一。

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20. 微芯片中磁性液滴的生成与操控综述

龙超陈瑞翟持陈飞杨春曦

过程工程学报 2020, 20 (10): 1134-1146. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219346

摘要（452）

PDF （648KB）（115）

磁性液滴以其微尺度、多相流属性和非接触式操控特性，近年来因在生物细胞分离、靶向药物治疗等方面的成功应用受到来自科学界和企业界学者们的广泛关注，如何操控磁性液滴精确运动到设定位置是主要难点。本工作从磁性液滴的生成方式、运动基本机理及操控方法三个方面，对目前存在的主流磁性液滴生成与操控的方法进行了整理。目前对于磁性液滴的操控方法可分为三类，第一类是永磁铁?机械式操控方法：该方法将永磁铁放置在一个机械移动平台上，通过移动平台改变永磁铁与微芯片的距离进而改变磁场，最终实现操控液滴的目的；第二类是电磁铁?电气式操控方法：以高速照相机拍摄液滴运动的位置误差为检测信号，将检测信号传递给控制器，最终通过改变电磁铁的磁场强度实现对液滴的操控；第三类是永磁铁/电磁铁?电气式混合控制方法：通过将两者的优缺点进行互补，最终达到更优控制。总结了目前存在方法的缺陷和难点，指出了磁性液滴在未来发展中的一些可行的研究方法和研究方向。

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21. 基于CFD-DEM方法的净化器流场模拟与结构优化

沈文豪张亚新宋江

过程工程学报 2020, 20 (10): 1147-1155. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219356

摘要（617）

PDF （3458KB）（373）

针对空气净化器能耗高的问题，使用离散元方法(DEM)在吸附滤网中建立随机堆积柱形活性炭模型，采用计算流体力学(CFD)方法对空气净化器内部流场进行数值模拟，在模拟与实验验证的基础上，考察了压降最小、流场最均匀的吸附滤网结构。结果表明，空气净化器压降主要发生在轴向，活性炭吸附滤网中回流、沟流现象严重，流体阻力是其他两种滤网的3倍。边数对多边形填充孔结构吸附滤网内压降与流场均匀性无影响，当孔结构改为圆形时，压降减小约52 Pa，节能18.4%(49 W)；当孔直径由8 mm增至12 mm，压降减小约48 Pa，节能19.4%(45 W)；滤网间距对空气净化器压降无影响，圆形、小孔径的吸附滤网内流场最均匀。

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22. 选择性还原氨浸从高硅低品位铜钴矿中提取铜、钴的工艺及其浸出动力学

龚傲吴选高喻小强王定纯徐志峰田磊

过程工程学报 2020, 20 (10): 1156-1165. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219351

摘要（467）

PDF （3028KB）（186）

研究了非洲高硅低品位铜钴矿氨浸体系下的浸出工艺与动力学。首先采用控制变量法，通过单因素实验，系统研究了浸出剂浓度、添加剂用量、反应温度、反应时间及液固比对铜钴浸出率的影响，其次通过X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体(ICP)和扫描电镜-能谱(SEM-EDS)对高硅低品位铜钴矿和浸出渣的物相及化学成分进行了分析对比。最后，对高硅低品位铜钴矿氨浸提取铜的动力学模型进行分析。结果表明，用硫酸铵作为浸取剂，在硫酸铵浓度为300 g/L、还原剂用量为0.7 g、浸出温度为353 K、反应时间为240 min、液固比为6:1的工艺条件下，铜的浸出率可达97.29%，钴的浸出率可达95.18%。高硅低品位铜钴矿氨浸提取铜的活化能、硫酸铵浓度的反应级数及粒度的反应级数分别为76.06 kJ/mol, 1.50和0.25，表明其应遵循界面化学反应控制，并建立了相应的动力学方程。

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23. 磁性助凝剂资源化制备及强化污染物沉淀分离

孟晓飞侯蓉赵赫许斌杨林浩

过程工程学报 2020, 20 (10): 1166-1173. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219353

摘要（398）

PDF （2307KB）（141）

通过高温碳化处理，研发并优化磁性助凝剂的资源化制备，并回用于混凝过程强化污染物的沉淀分离。采用磁化曲线、扫描电镜等表征手段，对不同高温制备得到的磁性助剂进行结构及形貌的表征。进一步对混凝过程中絮体的粒度粒型分析得知，磁性助剂有利于污染物的沉淀分离，加入700℃碳化后的磁性助剂(PFS:RW700=1:1.43)使污染物的沉淀分离效率提高至99.45%。磁性助剂带有的磁性使助剂易被絮体包裹，从而加速沉降；磁性助剂中含大量的碳且表面带有羧基等官能团，具有一定的吸附能力；经高温碳化结晶度增加且颗粒大小均一，有利于成核加快絮体增长。通过优化磁性助剂与聚合硫酸铁(PFS)的投加比，仍保持较高的污染物去除率，与活性炭相比，水处理成本降低了2 RMB/t，为解决混凝污泥资源化途径提供技术支撑。

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24. 钙化-酸浸提钒沉钒母液中锰的回收

张菊花梁月张伟薛正良

过程工程学报 2020, 20 (10): 1174-1181. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219354

摘要（522）

PDF （1285KB）（208）

对钙化?酸浸提钒沉钒母液中锰资源的回收，一方面可以提升提钒工艺的经济效益，另一方面可避免母液循环时锰浓度不断累积而影响氧化钒产品质量，从而有助于实现母液闭路循环而提升全流程的环境效益。本工作提出了采用草酸沉淀法高效回收沉钒母液中的Mn2+，考察溶液体系pH值、草酸加量系数、反应温度和时间对锰回收率及沉淀产物物相组成的影响，以及草酸沉淀分离锰后母液的循环次数对钒浸出过程的影响。结果表明，草酸沉淀法可高效分离沉钒母液中的Mn2+，在溶液体系pH=4.0、草酸加量系数为1.5、反应温度为50℃、反应时间为60 min的条件下，锰回收率达94.33%，所得产物为纯度大于98%的水合草酸锰，为片状晶体，并呈花簇状生长。将脱锰后的沉钒母液循环至酸浸段，对钒浸出率及浸出液中锰的浓度没有明显影响，表明该方法有助于实现钙化?酸浸提钒中废水的闭路循环。

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25. 盐离子对蒙脱石水化膨胀特性的影响

陶源清颜克凤李小森陈浩

过程工程学报 2020, 20 (10): 1182-1189. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219364

摘要（504）

PDF （786KB）（89）

采用热失重法与经离心法、直接烘干法、冷冻干燥法结合对蒙脱石样品水含量进行测量，分析了NaCl浓度对蒙脱石中结合水与自由水含量的影响，探讨了蒙脱石中总含水量及结合水含量随NaCl溶液浓度变化的规律，研究了NaCl溶液中蒙脱石的水化膨胀特性及盐离子的抑制作用。结果表明，蒙脱石的水化膨胀受盐离子的抑制，盐离子的存在减小了渗透水化力，影响了水分子间的范德华力及水分子和蒙脱石表面间的氢键力和静电引力，总含水量随盐离子浓度增加而降低，盐离子浓度为0.2 mol/L时趋近最低值，样品膨胀程度由6.6缩小至1.6，盐离子对蒙脱石水化膨胀的抑制作用达峰值。盐离子浓度大于0.2 mol/L时，随盐离子浓度增加，自由水与结合水含量变化不明显。

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26. 多晶硅金刚线切割废料制备Al-Si合金过程中的热力学和动力学分析

肖庭吕国强王均鹏杨雄东马文会

过程工程学报 2020, 20 (10): 1190-1197. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219333

摘要（411）

PDF （2449KB）（222）

通过X射线衍射仪、X射线荧光光谱分析仪、傅里叶变换红外光谱仪分析了金刚线切割多晶硅废料的组分及其体系中存在的硅氧化物，研究了铝与切割废料合金化过程中可能存在的化学反应过程，采用HSC Chemistry 6.0软件对其反应体系进行了热力学分析，利用差热分析法研究了铝热还原切割废料中SiO2的动力学过程，对金刚线切割多晶硅废料进行了掺铝制备铝硅合金的实验研究。结果表明，金刚线切割多晶硅废料和铝粒按不同铝硅摩尔比兑掺后，在电磁搅拌的作用下，合金化的温度范围为800~1600℃，铝热反应可将废料中少量的SiO2杂质还原成单质Si，铝热还原二氧化硅的活化能为364.1 kJ/mol，反应级数为0.91，实验样品的EPMA和XRD等表征结果表明合金成分和渣相与热力学分析完全吻合，合金化效果明显。

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27. 基于疫苗颗粒完整性的硅胶吸附/解吸附纯化重组乙肝表面抗原工艺研究

胡胜杰黄永东赵岚朱凯苗壮王飞晋洪超李建杨珺汪和睦马光辉袁洪水

过程工程学报 2020, 20 (10): 1198-1209. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219329

摘要（568）

PDF （1198KB）（112）

针对重组汉逊酵母乙肝表面抗原(HBsAg)在传统纯化过程中稳定性差的问题，采用静态光散射、荧光光谱和动态光散射等分析手段，从颗粒完整性角度研究其在不同pH条件下的稳定性变化。以其为指导，采用硅胶吸附/解吸附纯化HBsAg，建立该过程中关键因素的响应面模型，并与疏水层析联用，进一步纯化HBsAg，分析纯化效果以及纯化后疫苗颗粒完整性。采用透射电镜观察纯化后疫苗形貌，用高效分子排阻色谱法(HPSEC)分析颗粒稳定性。结果表明在酸性溶液下，pH接近HBsAg等电点时，抗原颗粒间静电斥力减小，颗粒容易聚集；碱性条件下，抗原颗粒内部疏水基团暴露，造成颗粒解聚。建立响应面模型，以活性收率为响应值时，最佳纯化工艺为吸附pH=7.43，洗脱pH=10.48，洗脱温度55.4℃，此时活性收率最高为39.1%；以纯化倍数为响应值时，吸附pH=7.16，洗脱pH=10.52，洗脱温度55.1℃，此时纯化倍数最高为1.90。进一步对洗脱液进行疏水层析纯化，活性收率为49.73%，颗粒完整性为85.79%，透射电镜观察到抗原颗粒粒径为20~40 nm。与传统疏水层析方法相比，采用硅胶吸附/解吸附与疏水层析联用的纯化方法，疫苗活性收率提高31.99个百分点，颗粒完整性提高20.90个百分点，颗粒稳定性提高22.93个百分点。该研究为高效纯化重组HBsAg及提高疫苗纯化过程的颗粒完整程度等提供新思路。

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28. 多铜氧化酶在大肠杆菌中的分泌表达

杨涛陈坚方芳

过程工程学报 2020, 20 (10): 1210-1217. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219370

摘要（686）

PDF （1070KB）（272）

生物胺是存在于发酵食品中的一类有机物，过量摄入会危害人体健康。多铜氧化酶中的某些酶具有降解多种生物胺的活性，在减控发酵食品中的氨(胺)类危害物方面具有良好的应用前景。研究多铜氧化酶的分泌表达，对酶的特性改造和工业化生产与应用具有重要意义。本研究通过在解淀粉芽孢杆菌来源的多铜氧化酶N端融合信号肽PhoA实现了多铜氧化酶在大肠杆菌中的分泌表达，胞外酶活为69.8 U/L。通过优化诱导条件和酶的分泌确定了多铜氧化酶最优发酵条件为诱导温度25℃、IPTG浓度0.05 mmol/L、诱导时菌体OD600=1.0、诱导6 h后添加150 mmol/L甘氨酸；发酵40 h时胞外多铜氧化酶酶活达到238.1 U/L，是优化前的3.4倍。

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29. 致密超细球形氧化铝制备性能良好的陶瓷超滤膜

罗盼欧阳玉阁丁飞范俊梅袁方利

过程工程学报 2020, 20 (10): 1218-1226. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219378

摘要（511）

PDF （1666KB）（223）

热等离子体制备的超细球形氧化铝具有表面致密光滑、分散性好等特点，本工作以超细球形氧化铝为原料，通过浸渍提拉烧结法，制备了孔径分布窄、渗透通量高的陶瓷超滤膜，研究了烧结温度对陶瓷膜微孔结构的演化、孔径分布和渗透通量的影响。随后对1250℃下烧结的陶瓷膜进行了纳米硅水分散液过滤处理，采用不同堵塞模型分析了陶瓷膜过滤纳米硅水分散液的膜污染过程。结果表明，通过调节烧结温度调控陶瓷膜的微孔结构，当烧结温度为1250℃时，陶瓷膜的孔径分布较窄，孔径大小为25?65 nm，渗透通量为986.4 L/(m2?h)。超细球形氧化铝粒径分布较窄及表面致密光滑有助于1250℃下烧结形成均匀的烧结颈，提供了陶瓷膜较窄的孔径分布。对1250℃下烧结的陶瓷膜进行了纳米硅水分散液过滤处理后其浊度下降为0.231 NTU，浊度去除率达99.96%。采用不同堵塞模型分析了陶瓷膜过滤纳米硅水分散液的膜污染过程，结果表明，纳米硅水分散液的堵塞模型是滤饼过滤，属于可逆污染。

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30. 纳米Nb粉对等离子弧喷焊铁基合金组织与耐磨性的影响

徐露露张文旭詹龙胜李明喜

过程工程学报 2020, 20 (10): 1227-1233. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219359

摘要（459）

PDF （3521KB）（179）

采用等离子弧喷焊技术在Q235表面制备未添加与分别添加1wt%, 3wt%和5wt%纳米Nb粉的铁基合金喷焊层。通过X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对喷焊层的相组成、显微组织、微区成分及磨损形貌进行分析；利用维氏硬度仪和销盘磨损仪检测喷焊层截面硬度和表面耐磨性。结果表明，铁基喷焊层主要由α-Fe, γ-Fe和Cr7C3组成，添加纳米Nb粉后原位生成NbC相，且随Nb含量增至5wt%，出现了Cr23C6相。纳米Nb粉的加入使喷焊层组织中未转变的奥氏体增多，组织形貌由近等轴晶转变为树枝晶，并且添加5wt%纳米Nb粉的喷焊层组织发生明显细化。添加纳米Nb粉使喷焊层的硬度明显提高，其中添加1wt%和3wt%纳米Nb粉的喷焊层硬度均可达约766 HV0.3。纳米Nb粉的加入同时提高了喷焊层的耐磨性，磨损机制由黏着磨损变为磨粒磨损。

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31. 海洋天然气水合物储层拉削开采新方法及可行性分析

宋震李凯莉孙嘉航吕忠蕾

过程工程学报 2020, 20 (10): 1234-1240. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219377

摘要（368）

PDF （1417KB）（136）

针对深水浅层非成岩天然气水合物借鉴刨煤机刨削采煤过程提出一种新的拉削开采方法，参照拉刀结构特点设计了一种集开采、收集和输送为一体的拉削管。建立了拉削开采三维模型，对其工作原理和工作步骤进行了说明。用有限元仿真对采空区和拉削管受力进行了分析。结果表明，岩土力学仿真下采空区开采半径和开采角度的增大都会引起剪切应力的增加，最大剪切应力发生在采空区上部的起始位置和终止位置；在不发生剪切破坏的采空区中选择体积较大者作为理想采空区，估算出拉削开采方法的日产气量为142000 m3，具有应用潜力；开采工况下，拉削管的最大等效应力小于管材的屈服极限，表明开采过程中拉削管处于弹性形变，满足方法需求。

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32. 封面和目录

过程工程学报

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33. 超声强化在湿法浸出过程中的应用

焉杰文李彬潘德安

过程工程学报 2020, 20 (11): 1241-1247. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219357

摘要（871）

PDF （1532KB）（349）

湿法浸出作为湿法冶金的重要过程，具有金属回收率高、操作难度低、能耗低等优点，但同时也存在对浸出液浓度要求高、反应时间长、反应速率慢等缺点。因此，通过多种辅助浸出技术强化现有湿法浸出过程是一种有效途径。其中，通过外场加入超声的方式，利用超声的空化作用强化浸出反应过程，可大幅提升浸出反应速率、缩短反应时间，超声强化已在湿法浸出过程中取得一定的研究成果和实际应用。本工作综述了超声空化作用及其在湿法浸出过程中的机理，重点介绍了超声强化浸出工艺特点及其优势，指出了超声自身的局限性，并对其未来在本领域的发展进行了展望。

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34. 内插螺旋立式上行管流场及传热性能的实验研究

彭德其杨春霞张建平俞天兰叶为标李昊

过程工程学报 2020, 20 (11): 1248-1256. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219363

摘要（412）

PDF （1609KB）（157）

通过粒子图像测速流场实验与传热实验相结合，研究了内插螺旋立式上行管的螺旋节距、丝径、中径比等结构参数在不同Re下对流场、阻力及传热性能的影响。结果表明，内插螺旋能够有效扰动和混合管内流体，使管内形成多个纵向旋涡的流体结构、增大管壁附近液体涡量，有利于强化传热。当Re相同时，管内平均流速v、Nu和综合换热性能PEC均随丝径增大而增大，随中径比减小而增大；随节距增大，3种参数均出现增大的趋势，节距大于20 mm后开始减小。管内流体的阻力f随丝径和节距增大而减小，随中径比增大而增大。综合比较，在较低Re时，节距p=20 mm、丝径e=1.6 mm、中径比D/d=0.75时综合传热效果最好。

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35. 溶液除湿器间歇运行的可行性研究

黄志甲周恒卓飞飞

过程工程学报 2020, 20 (11): 1257-1264. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219379

摘要（380）

PDF （613KB）（134）

为解决溶液除湿器运行过程中的空气带液问题，提出一种送风过程和喷淋过程分开进行的除湿器间歇式运行的方法。建立了除湿器数值模型，通过实验数据和模拟数据对比，验证了模型的可行性，基于该模型，研究了溶液除湿器的填料静持液量、填料高度和空气入口参数对间歇运行系统除湿效果的影响；为保证间歇式运行满足除湿需求，且送风连续，设计了四种不同的送风制度，对不同送风制度的运行效果进行了模拟。结果表明，采用该间歇式溶液除湿方法时，应将填料静持液量控制在4.575~6.100 kg/kg范围内，填料高度控制在0.45~0.75 m范围内；该间歇运行方法能解决传统溶液除湿器运行时的空气带液问题；入口空气处于低温高湿状态(如温度为20℃，相对含湿量为95%)，除湿效果最佳；并联交错送风制度运行除湿效果最佳，运行期间基本保持除湿率大于5 g/kg，能够持续送风且满足除湿需求。

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36. 液隙式热泵膜蒸馏海水淡化系统的热力性能分析

张绮钰童乐岳晨

过程工程学报 2020, 20 (11): 1265-1272. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219350

摘要（387）

PDF （705KB）（166）

热泵膜蒸馏是一种新型的膜分离技术，在处理高浓度盐水方面具有很大的优势，而目前的热泵膜蒸馏系统存在渗透量较低、冷却水消耗量大等问题。为提高渗透量、减少冷却水的消耗，设计了一种新型液隙式热泵膜蒸馏的海水淡化系统，通过在Aspen Plus中自定义膜模块建立经过实验验证的系统仿真模型，研究了进料液温度、渗透侧温度及进料流量对系统膜通量及能效比等热力参数的影响。结果表明，渗透侧温度降低可引起渗透量增加和能效比减小，且在低渗透侧温度情况下渗透侧温度的改变对能效比影响更大。随着渗透侧温度变化，存在一个渗透侧温度使造水比最大且吨水能耗最小，研究工况下最大造水比可达3.42，最小吨水能耗为463 MJ/t，且该最佳渗透侧温度随进料液温度增加而增加。进料液流量增加可引起渗透量和能效比增加，引起吨水能耗升高和造水比降低，当进料液流量小于3 L/min时，进料液流量增加对吨水能耗和造水比的负面影响较显著，进料液温度为50℃时，料液流量从1.5 L/min增至3 L/min，造水比的降低幅度可达33.5%；料液流量从4.5 L/min增至6 L/min时，造水比的降低幅度降至10.6%。

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37. 具有黏结颗粒的搅拌槽功率特性

熊浩包雨云汪晶蔡子琦

过程工程学报 2020, 20 (11): 1273-1280. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220040

摘要（410）

PDF （693KB）（160）

功耗是搅拌反应器设计和放大过程的重要参数。在圆柱形搅拌槽内通过实验研究了相对液体体积、转速和物料高度对功耗的影响，采用离散元方法(DEM)，用Hertz-Mindlin with JKR模型模拟了不同相对液体体积颗粒的黏结力对功耗的影响。结果表明，随相对液体体积增大，功耗呈先增大后减小的变化趋势，在相对液体体积为0.0162时达到最大值。随转速增大，功耗增长变快，但随相对液体体积增大，转速对功耗的影响指数呈先减小后增大的趋势。不同物料高度的功耗最大值均为饱和颗粒的1.8倍，不同物料高度的单位质量功耗随相对液体体积的增长速率几乎一致。提出了新的间接测量颗粒间黏结力的方法，发现功耗与黏结力呈线性关系。

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38. 不同粒径改性粉煤灰对磷酸根吸附性能的影响

杨建林张宇鳌马淑花王晓辉

过程工程学报 2020, 20 (11): 1281-1288. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219382

摘要（365）

PDF （2547KB）（217）

废水排放过量的磷导致水体污染日益严重，将粉煤灰通过化学改性制备成了水化硅酸钙吸附剂，研究了改性吸附剂对磷酸根的吸附效果。利用XRD, SEM及BET比表面积等手段对粒度分级前后的吸附剂进行表征，研究不同粒级吸附剂对磷酸根的吸附性能，并考察其吸附机理。结果表明，不同粒级的吸附剂其化学成分出现了明显的偏析现象，孔隙结构也差异显著。相比其他粒径下的吸附剂颗粒，颗粒粒径在50?75 μm时，吸附剂中钙和硅含量较多，铝、铁和镁含量较低，水化硅酸钙组分含量最高，且伴有含铝的托贝莫来石晶体出现，钙离子的增加使其可以与更多的磷酸根结合形成沉淀。同时此粒径下具有较高的比表面积及孔隙度，疏松多孔的结构为钙离子提供更多活性位点。当使用粒径在50?75 μm的吸附剂吸附磷酸根时，磷的饱和吸附量可达到17.1 mg/g，比未分级的吸附剂高19.58%。

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39. 载铜树脂处理高含盐氨氮废水的性能

殷若愚陈云嫩何彩庆刘晨

过程工程学报 2020, 20 (11): 1289-1295. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219368

摘要（405）

PDF （947KB）（113）

针对高含盐氨氮废水，选择具有不同功能基团的树脂为载体，进行负载Cu2+改性制得载铜树脂并对其处理高含盐氨氮废水的性能进行研究。在筛选出最佳载铜树脂的基础上，研究pH及Na+浓度、树脂投加量、反应时间对载铜树脂处理高含盐氨氮废水效果的影响，通过对吸附氨氮前后的载铜树脂进行SEM和EDS表征分析并构建吸附动力学模型以进一步探究配位吸附的过程。结果表明，Cu2+可与螯合树脂D751稳定结合且在宽pH值下均表现出耐盐性和良好的氨氮吸附效果；在室温(25℃)、pH=11及Na+浓度4 g/L、树脂投加量8 g/L、反应时间60 min的条件下，D751载铜树脂对氨氮的去除率为34.8%。D751载铜树脂吸附氨氮后其表面出现明显的晶状结构物质，该物质可能为铜氨络合物。D751载铜树脂对高含盐氨氮的吸附符合准二级动力学模型。

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40. 油酸钠与苯甲羟肟酸钠协同体系中金红石的浮选机理

刘明宝郭万中田思雨陈梅

过程工程学报 2020, 20 (11): 1296-1303. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219332

摘要（409）

PDF （879KB）（115）

采用单矿物浮选实验研究了油酸钠(SO)和苯甲羟肟酸钠(BHA)组合药剂体系中金红石的浮选行为，利用Zeta电位、接触角、表面张力、紫外漫反射光谱等手段分别从固?液、液?液界面化学角度研究了组合药剂之间、组合药剂与矿物之间的作用机制以及组合药剂对金红石浮选行为的影响机理。结果表明，药剂添加顺序对金红石浮选回收率有较大影响，不同pH值下组合药剂之间有明显的正协同效应，金红石回收率及协同效应指数的大小顺序为先苯甲羟肟酸钠后油酸钠>预先混合再添加>先油酸钠后苯甲羟肟酸钠；油酸根离子中富电子的双键与苯甲羟肟酸根离子中缺电子的苯环可能发生电子共轭效应并可生成多种离子间缔合物，缔合物在金红石表面吸附时最佳空间几何构象能否形成及形成数量的多寡对药剂之间的协同效应及金红石的浮选行为具有举足轻重的影响。金红石与组合药剂作用后的漫反射光谱显示组合药剂对金红石浮选回收率与其对金红石带隙宽度的影响顺序一致。

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