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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 4期
刊出日期:2020-04-22

过程与工艺
综述
流动与传递
反应与分离
材料工程
环境与能源
目录
 
       目录
0 本期封面和目录
2020 Vol. 20 (4): 0- [摘要] ( 80 ) HTML (1 KB)  PDF (925 KB)  ( 53 )
       综述
371 电阻层析成像技术在气液(固)多相流动体系中的应用进展
陶芳芳 靳海波 宁尚雷
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219224
Electrical resistance tomography (ERT) has been widely used in monitoring and measuring gas?liquid?(solid) multiphase flow systems as a fast, non-invasive, radiation-free, simple equipment compared to conventional methods and other tomographic modes. For the gas?liquid?(solid) multiphase flow system, the principle of ERT test was introduced, and the characteristics of ERT and other measurement technologies were analyzed in this work. The three important characteristics and process parameters (flow pattern identification, phase holdup, bubble size and distribution) of ERT were reviewed in detail. Problems to be solved in the application process of ERT technology in the gas?liquid systems were discussed (the standardization of flow pattern identification, the accuracy of identification process parameters, the equalization of time resolution and spatial resolution, etc.). Based on the development trend of ERT technology in the field of multi-phase flow parameter detection and its subsequent research directions, a model based on electrode array optimization, image reconstruction algorithm or 3D/4D field establishment was proposed, which combined the dynamic information and fluid dynamics numerical simulation of industrial process parameters. And ERT's rich flow field information can effectively verify the accuracy of mathematical simulation, real-time monitor and predict industrial processes, and effectively prevent or inhibit the uncertainty of chemical production process. At the same time, it was proposed to use the cross-knowledge between different disciplines to broaden the application fields of ERT, such as fluid mechanics in microscale equipment, biomedical testing diffusion properties of serum in dry tablets, online monitoring and analysis in the field of food processing, etc. As a visualization tool of fluid flow, ERT 2D and 3D real-time visualized flow information deepened the understanding of the complex characteristics of multi-phase flow, realized the purpose of optimizing operating conditions, improving efficiency, reducing costs and overall monitoring of production process, and promoted the application of ERT in chemical industry, petroleum, medicine, environmental monitoring, food processing, mineral flotation, material transportation and other fields.
2020 Vol. 20 (4): 371-381 [摘要] ( 182 ) HTML (1 KB)  PDF (2287 KB)  ( 66 )
382 含氮杂环化合物与有机酸协同体系在镍、钴萃取分离中的应用
刘文森 雷泽 朱兆武 齐涛
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219266
近年来开发了多种含氮杂环化合物与有机酸类萃取剂的协同体系,明显提高了镍、钴的萃取性能,同时增强了对杂质元素的分离效果,具有较大的实际应用价值。本工作综述了一些具有代表性的含氮杂环化合物与有机酸类萃取剂组成的协同萃取体系,探讨了萃取体系对镍、钴的协同萃取效果及与常见杂质元素的分离,并讨论了协同萃取体系潜在的工业应用。协同体系对镍、钴的萃取及对杂质元素的分离主要是由酸性萃取剂本身性质和含氮杂环协萃剂的影响共同决定,有机磺酸、羧酸、膦酸等萃取剂与含氮杂环化合物组成的协同萃取体系在萃取镍、钴的过程中对金属杂质元素分离的选择性不同,在镍、钴的提取及生产过程中也展现出不同的应用价值。
2020 Vol. 20 (4): 382-389 [摘要] ( 147 ) HTML (1 KB)  PDF (477 KB)  ( 27 )
       流动与传递
390 气液逆流接触洗涤器两相洗涤效果和流动特性
郝思佳 范怡平 汪泉宇 赵亚飞
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219246
针对一种气液逆流接触洗涤器,通过冷模实验,采用溶氧法和压力传感器考察了洗涤器内黏度对气液传质和流动特性的影响。结果表明,黏度对传质的影响并非单调递增或递减的趋势,中间黏度洗涤液下的解析率最高。此外,洗涤器内除了泡沫型(QA/QT=0.4?0.6),环流型(QA/QT=1.2?1.5)也表现出了良好的传质效果。当洗涤液黏度?=1.00?1.30 mm2/s时,压力在不同轴切比下的变化趋势与相同液量下解析率的变化相似,即传质较佳的流型对应的压力值也高。根据实验结果,将流动参数、传质参数、操作参数结合在一起,给出了解析率和压降的经验关联式,计算值与实验值吻合较好,可供工程设计参考。
2020 Vol. 20 (4): 390-399 [摘要] ( 136 ) HTML (1 KB)  PDF (789 KB)  ( 44 )
400 方形截面纤维表面气溶胶粒子多机理过滤性能数值分析
杨会 朱辉 陈永平 付海明
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219270
采用数值方法求解绕方形截面纤维流场,考虑粒子布朗扩散、拦截效应和惯性碰撞捕集机理的联合作用,用布朗动力学方法研究方形截面纤维的过滤性能,考察了纤维迎风角(θ)、填充率(C)和过滤风速(u?)对捕集效率、质量因子及粒子沉积分布的影响。结果表明,小粒子的扩散捕集或大粒子的惯性捕集在方形纤维表面的粒子沉积行为均表现出显著的局部沉积特征,且与粒子捕集机理和迎风角有关。方形纤维质量因子的分析结果表明,在高填充率下,方形纤维的过滤压降虽高于圆截面纤维,但具有较高的捕集效率,综合过滤性能仍明显优于圆截面纤维,但在低填充率下,方形纤维综合过滤性能劣于圆截面纤维。
2020 Vol. 20 (4): 400-409 [摘要] ( 117 ) HTML (1 KB)  PDF (4435 KB)  ( 37 )
       反应与分离
410 表面润湿性对梯形除雾器分离性能的影响
王佳荣 姬忠礼 马巍威 卢锦杰 杨博
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219236
为解决实际工业中除雾器在高气速时分离效率明显降低的问题,利用除雾器分离实验装置,以水为实验介质,采用电火花线切割技术在叶片表面构建仿生微结构实现表面疏水化,考察了表面润湿性对除雾器分离效率和压降的影响。结果表明,仿生微结构的疏水功能和减阻效应良好,表面液膜的排液速率明显加快。当气速超过5 m/s时,其液膜厚度相对较薄,可有效抑制液滴的二次夹带,提升分离效率。同时,疏水型梯形除雾器内的流场分布较平缓,流动阻力小,总压降约为带钩型梯形除雾器的一半。因此,疏水型梯形除雾器兼具高效率和低阻力特性,综合分离性能最佳。
2020 Vol. 20 (4): 410-417 [摘要] ( 164 ) HTML (1 KB)  PDF (649 KB)  ( 43 )
       过程与工艺
418 褐煤粉煤灰中汞的赋存状态
任坤 马淑花 刘福立 李军 王晓辉
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219237
用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)及电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS),结合热力学计算、热处理及连续浸出法定性和定量地研究了内蒙古某电厂褐煤粉煤灰中汞的赋存状态。结果表明,粉煤灰中汞可能的赋存状态有HgCl2, HgO, HgS和HgSO4。随温度升高,粉煤灰中汞含量逐渐降低,温度为500℃时,汞已挥发90%以上。粉煤灰中的汞以HgCl2和HgS为主,分别约占汞总量的35%和42%。
2020 Vol. 20 (4): 418-423 [摘要] ( 130 ) HTML (1 KB)  PDF (416 KB)  ( 30 )
424 高炉冶炼过程中炉缸热状态模糊综合评价
于凯 崔桂梅 蒋召国 马祥 张勇
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219225
基于炉温预测与多参数信息,以2500 m3高炉为对象,依据实际生产情况与专家经验,分析、提取了表征高炉炉缸运行热状态的重要参数,建立了炉缸热状态综合评价指标体系和高炉炉缸热状态两级模糊综合评价模型,利用统计法确定评价指标权重与隶属度函数。与实际运行情况比较,模型评价结果匹配率高达97.11%,与实际一致,且实时、准确有效。
2020 Vol. 20 (4): 424-431 [摘要] ( 138 ) HTML (1 KB)  PDF (404 KB)  ( 34 )
       材料工程
432 钢渣复合取代矿粉、砂和石用作混凝土掺合料与骨料及其性能分析
张浩 于先坤 龙红明
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219230
用风淬渣粉取代矿粉、电炉渣砂取代混合砂、电炉渣石取代碎石制备混凝土,分析了混凝土的内照射指数、外照射指数、f-CaO含量、沸煮膨胀值、比表面积、密度、含水率、容重、含泥量、泥块含量、坍落度、抗压强度及其化学组成、矿物组成与微观形貌,研究了钢渣的安全性与稳定性及风淬渣粉取代矿粉、电炉渣砂取代混合砂、电炉渣石取代碎石与钢渣复合取代矿粉、砂和石对混凝土性能的影响。结果表明,风淬渣粉、电炉渣砂和电炉渣石的安全性与稳定性满足国标要求,可用于混凝土。当风淬渣粉取代20wt%矿粉、电炉渣砂取代10wt%混合砂和电炉渣石取代20wt%碎石时,混凝土的性能最优。钢渣复合取代矿粉、砂和石的比例合适,可改善混凝土的界面结构密实度,尤其能提高混凝土养护后期的强度。
2020 Vol. 20 (4): 432-439 [摘要] ( 137 ) HTML (1 KB)  PDF (3184 KB)  ( 19 )
440 表面印迹耦合溶胶-凝胶法制备4-硝基酚印迹材料及性能表征
薛岗 丁磊 高阳 钟梅英
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219248
采用表面印迹和溶胶?凝胶相结合的方法,以4-硝基酚(4-NP)为模板分子、α-甲基丙烯酸(α-MAA)为功能单体、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)为交联剂、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,制备可选择性识别吸附去除水中4-NP污染物的印迹吸附材料,考察了4-NP与α-MAA和4-NP与TRIM摩尔比、致孔剂种类、提取液种类对所制材料吸附性能的影响,并通过正交实验优化材料制备条件,用扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱仪、比表面积分析仪、热重?差热分析仪和纳米粒度仪等设备对最优条件下合成的材料进行了表征。结果表明,4-NP:α-MAA摩尔比为1:8,4-NP:TRIM摩尔比为1:10,致孔剂为乙醇,提取液为甲醇/乙酸(7:3,体积比)时所制印迹材料对4-NP的去除效果最佳,达6.23 μmol/g;4-NP成功印记在硅胶表面,印迹材料能特异性吸附4-NP。
2020 Vol. 20 (4): 440-448 [摘要] ( 139 ) HTML (1 KB)  PDF (841 KB)  ( 17 )
       环境与能源
449 低阶煤热解条件对高炉喷吹半焦燃烧性能及动力学特性的影响
吴浩 邹冲 何江永 王凯 刘占伟 师帅
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219199
采用热重分析法研究了不同热解条件下半焦的燃烧性能和动力学特征,利用Ozawa法求取动力学参数。结果表明,热解温度越低、保温时间越短时,半焦的燃烧性能越好;热解升温速率对半焦燃烧过程的反应程度影响不大;粒度越大,燃烧性能差异性越明显。热解温度对半焦燃烧性能影响较大,550℃是本研究中制备高燃烧反应性半焦的适宜热解温度。两种不同粒度原煤制得的半焦均随转化率增大,活化能减小。1~3 mm原煤在热解温度为550℃时所得半焦在燃烧过程中符合反应级数模型,化学反应为限制性环节,反应最概然机理函数为f(α)=(1–α)2。
2020 Vol. 20 (4): 449-457 [摘要] ( 122 ) HTML (1 KB)  PDF (578 KB)  ( 16 )
458 KF对微米铝粉在水蒸气中着火燃烧特性的影响
石伟 孙运兰 朱宝忠 陈颖 徐俊超 张思懿
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219247
为改善微米铝粉在水蒸气中的着火特性和燃烧效率,采用自行设计的管式炉实验平台研究了KF对30 ?m铝粉在1000℃水蒸气中着火燃烧特性的影响。用高速摄影系统记录了样品着火燃烧过程,并通过X射线衍射、扫描电镜技术和化学分析方法分析了产物组分、形貌和燃烧效率。结果表明,加入KF可显著降低30 ?m铝粉的点火延迟时间,与加入5wt% (0.003 g) KF相比,加入15wt% (0.009 g) KF后,样品的点火延迟时间减少了47.58 s;微米铝粉在1000℃水蒸气中不能着火,加入KF后能着火,这是因为KF与水蒸气反应生成KOH,KOH与Al2O3反应会破坏铝粉的氧化壳,加快铝与水蒸气的反应,促进铝粉着火。随KF加入量提高,样品的燃烧效率显著上升,最高为82.24%,比未添加KF样品的燃烧效率提升了38.75%。提高KF加入量,可产生更多的KOH,对氧化壳的破坏效果更显著,进一步促进铝与水蒸气反应,提高铝粉燃烧效率。
2020 Vol. 20 (4): 458-466 [摘要] ( 116 ) HTML (1 KB)  PDF (1996 KB)  ( 27 )
467 含PVC混合塑料水热反应中的氯迁移特性
杨茂林 李田 黄能 赵培涛 郭庆杰
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219253
聚氯乙烯(PVC)的大量使用导致城市生活垃圾(MSW)中的氯含量相对较高。水热反应将氯尤其是有机氯高效脱除是实现垃圾无害化处理和资源化利用的前提。MSW中塑料组分复杂,有机氯主要来源于PVC,研究影响PVC水热脱氯中氯迁移特性的因素具有重要意义。选取两种型号(HB-65和S-65)的PVC和聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)作为原料,研究了PVC自身性能和水热条件对氯脱除的影响规律,考察了塑料混合水热过程中的氯迁移特征。结果表明,PVC自身性能是影响水热脱氯内在因素,水热条件如水热温度、保温时间和反应物浓度是外在因素。塑料因不同的热膨胀性在混合水热过程中存在协同效应,添加PP和ABS使PVCHB-65脱氯率分别下降了71.66%和70.96%,使PVCS-65脱氯率分别下降了19.05%和18.15%;添加PE和PS使PVCHB-65脱氯率分别下降了71.06%和43.06%,使PVCS-65脱氯率分别升高了8.20%和46.70%。
2020 Vol. 20 (4): 467-475 [摘要] ( 130 ) HTML (1 KB)  PDF (852 KB)  ( 33 )
476 铝–油酸/正庚烷基纳米浆体燃料液滴着火燃烧特性
代宝鑫 季言午 张思懿 朱宝忠 孙运兰
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219241
采用液滴悬挂法研究了正庚烷液滴、油酸/正庚烷混合燃料液滴、含20wt%纳米铝粉的铝–油酸/正庚烷基纳米浆体燃料液滴在不同温度下(600~800℃)的着火燃烧特性。用高速摄像机观测液滴进入管式电阻炉后的着火燃烧过程,使用热电偶记录液滴周围的气相温度变化,同时通过对应的温度曲线计算液滴的着火延迟时间。结果表明,纳米铝粉和油酸的添加均能降低正庚烷液滴的着火延迟时间。随温度升高,正庚烷、油酸/正庚烷混合燃料、铝–油酸/正庚烷基纳米浆体燃料液滴的着火延迟时间显著降低,但变化趋势逐渐趋于平缓。铝–油酸/正庚烷基纳米浆体燃料液滴的着火延迟时间与环境温度满足阿累尼乌斯方程。与纯正庚烷、油酸/正庚烷混合液滴的燃烧过程相比,铝–油酸/正庚烷基浆体燃料液滴的燃烧过程有显著差异,其燃烧经历3个阶段:正庚烷稳定燃烧阶段、正庚烷微爆炸阶段和表面活性剂微爆炸阶段。铝–油酸/正庚烷基浆体燃料液滴燃烧时间延长,火焰熄灭后又复燃,且燃烧过程中发生剧烈的火焰形变和铝颗粒溅射现象,大部分铝以团聚体形式在第三阶段完成氧化还原反应。
2020 Vol. 20 (4): 476-483 [摘要] ( 111 ) HTML (1 KB)  PDF (900 KB)  ( 19 )
484 硅系黏结剂对涂覆型蜂窝体催化剂性能的影响
皇甫林 李长明 王超 李萍 李运甲 高士秋 余剑
DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219200
以黏土蜂窝体为廉价载体浸涂V–W–Ti催化剂浆料,制备涂覆型蜂窝体催化剂。考察了涂覆型蜂窝体催化剂制浆过程中分散剂、黏结剂、增强剂等因素,并通过XRF, XRD, BET及SEM等手段对其表征。结果表明,黏结剂对催化剂脱硝活性和强度影响最大,黏结剂B3制备的涂覆型蜂窝体催化剂脱硝活性和强度最优,表面形成了致密的涂层,具有更高的强度。在优化参数条件下制备的涂覆型蜂窝体催化剂单孔道NO转化率达20.3%,优于商用挤出型蜂窝体催化剂(NO转化率18.1%,单孔道),其催化剂用量显著降低。耐磨测试结果预测所制涂覆型蜂窝体催化剂在焦化厂烟气条件下稳定工作时长预期达128000 h,极具工业应用前景。
2020 Vol. 20 (4): 484-492 [摘要] ( 141 ) HTML (1 KB)  PDF (2117 KB)  ( 30 )
 
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