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期刊基本信息
创刊:2001年 月刊
名称:过程工程学报
英文:The Chinese Journal of
   Process Engineering
主管:中国科学院
主办:中国科学院过程工程研究所
出版单位:科学出版社
主编:张锁江
副主编:陈运法 葛 蔚 巩金龙
马紫峰 齐 涛 张香平 朱庆山
朱为宏
ISSN:1009-606X
刊号:CN 11-4541/TQ
电话:010-62554658
邮箱:gcgc@ipe.ac.cn
地址:北京中关村北二街1号过程大
厦A811
邮编:100190
定价:30元/期
  当期目录
 
2020年 20卷 3期
刊出日期:2020-03-22

过程与工艺
综述
流动与传递
反应与分离
环境与能源
目录
 
       目录
0 本期目录与封面
2020 Vol. 20 (3): 0- [摘要] ( 123 ) HTML (1 KB)  PDF (631 KB)  ( 29 )
       综述
245 高熵氧化物的制备及应用研究进展
项厚政 权峰 李文超 刘晓磊 冒爱琴 俞海云
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219228
高熵氧化物作为近几年发展起来的新型氧化物体系,打破了传统掺杂氧化物的设计理念,由五种及以上氧化物以等摩尔或近等摩尔构成,因其具有简单的结构和优异的性能等受到国内外研究人员的广泛关注。高熵氧化物由于多主元且主元之间混乱排列,易形成岩盐型、氟化钙型、尖晶石型或钙钛矿等固溶体结构,从而表现出优异的性能,尤其在能源存储材料和磁性材料方面有十分广阔的应用前景,但目前对高熵氧化物应用研究较少。本工作介绍了国内外高熵氧化物的制备方法,主要包括固相法、热解法、共沉淀法、水热合成法和液相燃烧合成法等,比较了各方法的优缺点和发展前景;归纳了高熵氧化物作为锂离子电极材料、巨介电材料、磁性材料和催化材料等方面的应用;指出了高熵氧化物目前研究存在的问题,讨论了解决措施,展望了高熵氧化物未来的发展趋势。
2020 Vol. 20 (3): 245-253 [摘要] ( 271 ) HTML (1 KB)  PDF (834 KB)  ( 100 )
       流动与传递
254 分层填料对旋转填料床气相流场影响的数值模拟
王治红 刘知习 李永军 王仕城
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219215
通过设计简化的分层填料旋转床(SP-RPB)模型,采用计算流体力学方法(CFD)对比同尺寸旋转填料床(RPB)的稳态气相流场。分析转速和进料速度对气相压力、相对速度及湍动能分布的影响,同时还考察了单位丝网圈上的压降情况。结果表明,在气体进入各级填料位置的相对速度出现峰值,湍动能分布与之相同,各峰的出现位置仅由填料位置决定,两者共同表明SP-RPB具有多个端效应区域。转速增加对相对速度峰值大小有更明显的提升,较大的进料速度使填料内气体的速度波动更大,也使湍动能的峰值有所增加。由于SP-RPB内填料厚度较RPB变薄,从整个设备范围上看,SP-RPB表现出更低的压降。进气速度提高和转速降低使SP-RPB两层填料间的高压范围变窄,但SP-RPB的单位丝网圈数压降更大。
2020 Vol. 20 (3): 254-264 [摘要] ( 161 ) HTML (1 KB)  PDF (1798 KB)  ( 42 )
265 基于颗粒动力学理论的搅拌器中固液流动的数值模拟
李希铭 牛胜利 曲同鑫 韩奎华 路春美 王永征
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219238
在欧拉双流体模型基础上引入颗粒动力学理论(KTGF),对带挡板圆盘涡桨式搅拌器内的固液两相流动进行数值模拟。结果表明,搅拌器底部颗粒温度分布与固相浓度分布趋势吻合,转速低于600 r/min时,槽底会形成明显的颗粒沉积,转速从600 r/min增至1500 r/min,堆积区向轴中心收缩,基于颗粒动力学理论可以合理解释挡板及叶轮转速对固相浓度分布的影响。随叶轮转速增大,搅拌器内固液两相湍流运动加剧,颗粒温度、湍动能及轴向速度增加,颗粒分布更均匀,但达到完全悬浮状态后颗粒温度趋于稳定。搅拌器底部和挡板处颗粒堆积导致了局部颗粒浓度增加及颗粒平均自由行程减少,颗粒温度反而降低;同时挡板布置使搅拌器内形成了双循环回路,加强了流体的湍流程度,增强了湍动能,但导致颗粒在挡板处积聚,不利于固相在挡板处均匀分布。
2020 Vol. 20 (3): 265-275 [摘要] ( 169 ) HTML (1 KB)  PDF (2464 KB)  ( 44 )
276 槽式太阳能集热管内相变微胶囊悬浮液的热力性能分析
张宇 田丽亭 岳小棚 王坤
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219213
针对传统使用水基和油基的太阳能集热器换热效果低和管壁热应力大的问题,以相变微胶囊悬浮液为工作流体,对抛物型槽式太阳能集热器进行了三维建模。采用蒙特卡罗射线追踪法结合有限容积法和有限元法的方法求解了太阳能集热管的光?热?力耦合问题,采用欧拉?欧拉多相流模型研究了相变微胶囊悬浮液在集热管内的流动换热特性。结果表明,相变微胶囊悬浮液强化了集热管内的对流换热,不仅降低了集热管的沿程壁温,且减少了集热管的周向温差,均化了集热管温度分布。集热管周向等效热应力呈花瓣型分布,对应的5个高温度梯度的位置附近(圆周角θ=5°, 90°, 175°, 225°和315°)出现等效应力局部峰值。吸热管内壁面θ=90°处轴向热应力为压应力,作用于整个管程,而径向热应力和切向热应力为拉应力,主要作用在进出口端。相变微胶囊悬浮液浓度越高,强化换热效果越好,集热管热应力越小,但产生的压降也随之增大。
2020 Vol. 20 (3): 276-284 [摘要] ( 122 ) HTML (1 KB)  PDF (1167 KB)  ( 26 )
285 无纺针刺毡滤料褶式滤袋的阻力特性分析
方璨 钱付平 叶蒙蒙 韩云龙 鲁进利
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219217
以滤袋褶形结构的高宽比ɑ为优化对象,建立不同褶数下的褶式滤袋结构的三维几何模型,采用多孔介质及标准k??双方程湍流模型对褶数N=8, 12, 16, 20, 24、袋长L=2.5, 3.0, 3.5 m的褶式滤袋进行气相流场的数值模拟。结果表明,相同进口风速下,褶数N=12 (ɑ=1.12)的褶式滤袋的过滤阻力最小,过滤阻力随进口风速的增长率明显小于其它4种褶数,袋室内的流场分布更均匀,对不同处理风量的工况适应性较好。不同袋长的褶式滤袋除尘器的过滤阻力均随进口风速增加呈二次曲线式增长,处理风量较小时,褶式滤袋越长系统压损越小,但褶式滤袋过短或过长时因系统压损较大均不适宜在高风量下运行,其中L=3.0 m的滤袋其垂直方向的压差梯度较小,袋室内的压力及速度分布更均匀,有利于保护滤袋,降低运行能耗。
2020 Vol. 20 (3): 285-293 [摘要] ( 128 ) HTML (1 KB)  PDF (2720 KB)  ( 13 )
294 压滤式水电解槽微通道内球凸-球凹结构绕流特性的模拟
王娟 李军 邹槊 何星晨 万加亿 周宇
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219232
压滤式水电解槽是电解水制氢过程中的关键设备,电解槽极板通道内设有球凸?球凹结构,其内部的水流分布直接影响通道内的电解液分布及传热状况,从而影响电解设备的稳定性。为研究压滤式水电解槽极板通道内的流场特性,采用RNG k??湍流模型对电解单元单极室内的流场进行了模拟,分析了流道内的涡旋情况及速度分布均匀性。结果表明,极板通道结构决定了涡旋产生的位置,从而影响流道内的速度分布,随入口流量增大,涡旋强度增大,扰动程度增强;水流速度分布具有对称性,球凸?球凹结构使速度分布具有波动性,且在不同球凸边缘均出现速度峰值;不同流量下流道内沿流动方向的速度分布均匀性指数不同,球凸?球凹结构的扰流作用能改善速度分布均匀性,但不同流量时的改善效果不同。
2020 Vol. 20 (3): 294-301 [摘要] ( 126 ) HTML (1 KB)  PDF (2737 KB)  ( 21 )
302 气固流化床内费托铁基催化剂的流化特性
冯留海 冯钰琦 赵杰 门卓武 李希 卜亿峰
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219147
为研究费托(Fischer?Tropsch, FT)催化剂在气固流化床内的流动过程,分析了催化剂的主要物性参数,在不同直径流化床内测量了各表观气速下FT催化剂的流动特性,并与广泛应用的流化催化裂化(Fluid Catalytic Cracking, FCC)催化剂的流态化行为进行了对比。结果表明,同为A类颗粒,相较于FCC催化剂,由于FT催化剂的休止角较小(约为FCC催化剂的75%),其临界流化速度较小、床层膨胀高度和气节高度较小;两种催化剂在流化床内流化过程基本相似,随表观气速增大依次出现膨胀、鼓泡、湍动等流型,但各流型转变时的临界速度差异较大。催化剂物性参数对流化特性影响较大,FT催化剂在各阶段流化过程均相对稳定,有利于催化剂在流化床内均匀分布,其气固接触效果优于FCC催化剂;不同催化剂床层高径比下气节高度变化的转折点与流型存在对应关系,可将气节高度随表观气速的变化关系作为判断湍动流化区内流型临界速度的依据。
2020 Vol. 20 (3): 302-307 [摘要] ( 157 ) HTML (1 KB)  PDF (846 KB)  ( 18 )
       反应与分离
308 Metral54-100萃取分离铜、镍的密度泛函研究
罗兴国 黄卉 魏昶 李兴彬 邓志敢 李旻廷
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219231
采用密度泛函理论DFT/B3LYP/6-31G+(d, p)方法计算不同配位形态的铜、镍萃合物的结合能、全局活性指数、局部活性指数和红外光谱,探讨了1-苯基-1,3癸二酮(Mextral54-100)萃取Cu(II), Ni(II)的行为及机理。结果表明,Mextral54-100对Cu(II)的萃取能力大于Ni(II)。在反萃过程中,铜的萃合物更易被反萃。萃合物羰基表现出最高的反应活性,为活性中心。萃合物中氨分子的取代数越多,萃合物构型近似于稳定的八面体结构。配体氨逐一被萃取剂的羰基取代,有效避免共萃氨。Mextral54-100从铜、镍氨混合溶液中萃取–反萃Cu(II)和Ni(II)的实验结果与理论预测结果吻合,进一步通过FT-IR证实了理论计算结果的准确性,密度泛函理论有望成为一种研究萃取分离性能的新方法。
2020 Vol. 20 (3): 308-317 [摘要] ( 142 ) HTML (1 KB)  PDF (1338 KB)  ( 45 )
318 AlCl3–FeCl3–HCl–H2O体系的相平衡及相分离
仵理想 赵静 薛芳斌 成怀刚 程芳琴
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219223
为从含铝铁粉煤灰酸浸液中提取高纯AlCl3?6H2O,在温度20和30℃下采用等温溶解平衡法测定了H+浓度1.3 mol/L的AlCl3–FeCl3–HCl–H2O体系的相平衡数据,绘制了该体系的相图和密度?组成图,根据相图分析了酸浸液等温蒸发的路径。结果表明,20和30℃下该体系均属于简单共饱和体系,不产生复盐和固溶体。随温度升高,FeCl3的溶解度由43.59%增大至49.34%,AlCl3的溶解度约稳定在30.70%,且FeCl3?6H2O的结晶区减小、AlCl3?6H2O的结晶区相对增大。从模拟铝铁酸浸液中直接分离出了纯度为96.61%的AlCl3?6H2O。
2020 Vol. 20 (3): 318-323 [摘要] ( 145 ) HTML (1 KB)  PDF (4156 KB)  ( 30 )
       过程与工艺
324 温度对OPC装置在线检测颗粒物的影响
王明星 吴小林 姬忠礼 卢利锋 宋暄
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219197
以球形SiO2颗粒为研究对象搭建高温测试实验台,用光学粒子计数器(OPC)测定了25?800℃下的颗粒数及其累计分布,并进行扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析,研究了高温对颗粒物在线检测结果的影响。结果表明,随加热温度升高,SiO2颗粒的粒径先变小后增大再变小,但颗粒物形状未发生变化;XRD衍射峰强度整体变弱,2θ?25.5o处的衍射峰宽化并移动,晶胞体积先增大后变小。根据SiO2晶胞体积与晶体介电常数的关系可排除加热使颗粒物粒径变化,温度升高导致SiO2颗粒晶体内部结构变化、晶体折射率变化,使测量结果存在2?3个粒径通道的误差,影响测量精度。
2020 Vol. 20 (3): 324-331 [摘要] ( 94 ) HTML (1 KB)  PDF (2688 KB)  ( 25 )
332 Cu2+对磁化蒸馏水改善辉钼矿浮选效果的影响
荀婧雯 王宇斌 汪潇 王真 王妍
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219198
通过单矿物浮选实验、Zeta电位测试及X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)分析,研究了Cu2+对磁化蒸馏水改善辉钼矿浮选效果的影响。结果表明,用磁化蒸馏水浮选时,在煤油用量160 mg/L及2#油用量80 mg/L的条件下,Cu2+浓度为320 mg/L时辉钼矿回收率可达83.06%,比Cu2+浓度为0时的回收率增加了3.14个百分点,Cu2+对磁化蒸馏水改善辉钼矿浮选效果的影响较小。Cu2+和Cu(OH)+吸附在辉钼矿表面使其Zeta电位正向增大,有利于煤油在辉钼矿表面的吸附。辉钼矿表面上吸附的Cu2+和Cu(OH)+与溶液中的MoO42?反应生成CuMoO4沉淀并覆盖在辉钼矿断裂面上,抑制了辉钼矿断裂面中钼元素和硫元素的氧化反应及氧化钼溶解,最终对磁化蒸馏水改善辉钼矿浮选效果有积极影响。
2020 Vol. 20 (3): 332-337 [摘要] ( 137 ) HTML (1 KB)  PDF (711 KB)  ( 25 )
338 海绵钛中Fe, Ni和Cr杂质引入过程分析
盛卓 李开华 程晓哲
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219220
采用Kroll法,以TiCl4和液态金属镁制备海绵钛,对海绵钛分部位取样,对高Fe, Ni和Cr含量样品进行MLA检测,计算Ti?Mg?Fe, Ti?Mg?Ni和Ti?Mg?Cr三元系的混合焓,研究海绵钛中Fe, Ni和Cr杂质的来源及引入过程。结果表明,海绵钛中Fe, Ni和Cr杂质主要来自钢制(1Cr18Ni9Ti)反应容器,其引入经历了在液态金属镁中溶解和与海绵钛合金化两步。当海绵钛于反应器壁处生成后,其与以单质形式溶于液态金属镁中的Fe, Ni和Cr原子结合将杂质富集。采取反应容器镀膜处理、控制反应区温度、使用低杂质含量的液态金属镁、将海绵钛坨底部与边部分离等措施可有效降低海绵钛中杂质含量。
2020 Vol. 20 (3): 338-346 [摘要] ( 135 ) HTML (1 KB)  PDF (1720 KB)  ( 22 )
       环境与能源
347 不锈钢渣用于制备泡沫混凝土的安全性分析
张浩 陈华 张磊 刘秀玉
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219218
用不锈钢渣、水泥、粉煤灰、发泡剂与水制备不锈钢渣泡沫混凝土,测试了不锈钢渣及泡沫混凝土的化学成分、微观形貌、矿物组成、结构、游离CaO含量、易磨性、内辐射指数与外辐射指数、活性指数、主要性能指标(抗压强度、干密度和导热系数)和浸出液中重金属浓度,研究了不锈钢渣用于制备泡沫混凝土的可行性与环境风险。结果表明,不锈钢渣的主要矿物组成为Ca2SiO4及含Al和Ti, Cu, Pb, Ta等重金属的矿相,具有一定胶凝活性且易磨,内辐射指数与外辐射指数满足建筑材料放射性元素限量要求。不锈钢渣掺量为25wt%?42wt%时,泡沫混凝土的干密度为597?621 g/cm3,养护28 d后抗压强度为1.83?2.98 MPa、导热系数为0.11?0.12 W/(m?K),满足泡沫混凝土要求。不锈钢渣所含重金属主要以稳定的金属固熔体存在,浸出浓度远低于危险废物限值。
2020 Vol. 20 (3): 347-353 [摘要] ( 154 ) HTML (1 KB)  PDF (593 KB)  ( 19 )
354 纳米SiO2填料对离子凝胶电解质及高压超级电容器性能的影响
张家赫 邢春贤 张海涛
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219181
以SiO2纳米颗粒为填料,通过溶液浇筑法合成了纳米复合离子凝胶电解质,研究了SiO2填料对离子输运的影响规律。基于离子凝胶电解质构筑了准固态电容器,探讨了无机填料对电容器性能的影响,以活性炭为电极、凝胶电解质为隔膜,构筑了准固态双电层电容器。结果表明,SiO2的加入没有改变隔膜电解质的微观形貌,但有效改善了浸润性,提高了离子电导率。高SiO2添加量的隔膜电解质电化学性能更优,当添加8wt% SiO2时凝胶电解质电化学性能最优。SiO2的加入可有效提高活性炭准固态电容器的性能,电容器的比容提升约15%,经4000次循环后容量保持可达100%。电解质高温稳定性良好,器件最高使用温度可达60℃。基于该复合电解质构筑的电容器具有良好的高温性能,电容器比容随温度升高而逐渐提升,60℃时能量密度可达81.36 Wh/kg。
2020 Vol. 20 (3): 354-361 [摘要] ( 187 ) HTML (1 KB)  PDF (1410 KB)  ( 42 )
362 城市污泥与稻壳水热炭混合燃烧特性与动力学
叶聪 邢献军 张学飞 陈涛 张佳佳
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219210
采用热重分析法研究城市污泥、稻壳水热炭及两者不同掺混比的燃烧特性与反应动力学。对比分析其在不同升温速率下从室温升至1000℃的燃烧特性,用Flynn-Wall-Ozawa (FWO)法计算其燃烧过程中的反应动力学参数。结果表明,稻壳水热炭的挥发性、着火和燃尽指数均高于城市污泥,具有较好的燃烧特性,掺混稻壳水热炭使城市污泥混合燃烧时发生热滞后现象。随着稻壳水热炭掺混比的增加,共混物的燃烧残余质量减少,着火性能变差,燃烧性能变强。活化能的相关系数均高于0.95,稻壳水热炭掺混高于50wt%时,共混物的平均活化能低于稻壳水热炭单独燃烧的平均活化能,掺混70wt%稻壳水热炭时出现最低平均活化能,为85.48 kJ/mol。城市污泥与稻壳水热炭混燃时有协同交互作用,且掺混50wt%稻壳水热炭时效果最佳。
2020 Vol. 20 (3): 362-370 [摘要] ( 144 ) HTML (1 KB)  PDF (943 KB)  ( 28 )
 
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