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    2020年 第20卷 第1期    刊出日期:2020-01-22
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    封面和目录
    过程工程学报. 2020, 20(1):  0. 
    摘要 ( )   PDF (879KB) ( )  
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    主编寄语
    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 ( )   PDF (424KB) ( )  
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    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!
    综述
    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 ( )   PDF (776KB) ( )  
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    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。
    流动与传递
    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 ( )   PDF (1186KB) ( )  
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    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。
    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 ( )   PDF (1576KB) ( )  
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    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。
    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 ( )   PDF (539KB) ( )  
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    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。
    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
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    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    过程与工艺
    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
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    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    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
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    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    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 ( )   PDF (550KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    电场对CaO-SiO2-Al2O3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
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    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。
    生化工程
    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 ( )   PDF (2483KB) ( )  
    参考文献 | 相关文章 | 计量指标
    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。
    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 ( )   PDF (1346KB) ( )  
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    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。
    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 ( )   PDF (562KB) ( )  
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    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。
    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 ( )   PDF (464KB) ( )  
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    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。
    环境与能源
    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 ( )   PDF (2351KB) ( )  
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    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。
    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 ( )   PDF (696KB) ( )  
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    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%。