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    2021年 第21卷 第7期    刊出日期:2021-07-28
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    本期封面和目录
    过程工程学报. 2021, 21(7):  0. 
    摘要 ( )   PDF (1347KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    综述
    典型有机磷类萃取剂在溶剂萃取中协同萃取的研究进展
    张豪 叶国华 陈子扬 谢禹 左琪
    过程工程学报. 2021, 21(7):  741-751.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220179
    摘要 ( )   PDF (1301KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    协同萃取作为溶剂萃取法的分支被广泛研究。对于协同萃取的机理探索,必须阐明协同效应产生的微观原因,并给出 微观与宏观性质的联系,因此从分子的微观结构和内部运动认识协同萃取以及影响因素尤为重要。本工作重点综述了萃取剂之 间、萃取剂与金属离子之间的协同作用机理以及影响其作用因素的研究进展,指出协同萃取的本质是氢键的形成导致萃取剂的 结构与能量发生变化,进而提高了萃取效果。协同萃取主要包括两个方面,一是更容易生成稳定的萃合物从而提高萃取效率, 二是利用萃取剂之间的差异提高分离性能。萃取系统的pH、不同萃取剂的组合及比例、萃取剂的浓度、中性磷类萃取剂的添 加等诸多因素显著影响协同萃取过程,且各种因素之间存在交互。运用模拟计算进行理论性预测,通过实验进行验证,并且辅 以现代分析化学方法进行表征,是今后化工研究领域行之有效的方法之一,理论推广实际,从而更好地指导生产。
    乙烷裂解制乙烯过程反应动力学模型的研究进展
    王娟 徐皓晗 解凯 余海艳
    过程工程学报. 2021, 21(7):  752-761.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220208
    摘要 ( )   PDF (919KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    随着乙烯工业的不断发展及能源结构的不断调整,裂解乙烯原料呈现多样性。近年来,乙烷裂解制乙烯技术逐渐成为工业生产的热点。乙烷作为乙烯生产的优选原料,不仅具有收率高、纯度高、质量高的产品优势,同时具有投资低、成本低、能耗低的生产优势。作为裂解炉模拟的核心,研究乙烷裂解过程中的反应动力学模型可为工业生产提供精准预判。随工业应用范围的逐步扩大,该领域的理论研究也将迎来新的高潮。本工作对乙烷裂解的工艺优势、乙烷裂解反应动力学模型及结焦反应动力学模型的研究现状进行了总结。裂解反应动力学模型被分为经验模型、机理模型、分子反应动力学模型,结焦反应动力学模型被分为催化结焦、自由基结焦。针对未来的研究方向提出了新的展望,认为经验模型在裂解炉自动控制中的应用、自由基反应动力学模型的深入研究、乙烷与其他原料的共裂过程、裂解反应动力学与CFD技术的融合及基于多种生成机理建立结焦反应动力学模型五个方面将是今后需要关注的领域。
    烯烃和CO2直接合成环状碳酸酯的催化剂研究进展
    胡启鲁 赵国英 于彩虹
    过程工程学报. 2021, 21(7):  762-773.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220195
    摘要 ( )   PDF (1372KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    利用丰富且价廉易得的烯烃和CO2直接反应可提供一种经济安全环保的高附加值环状碳酸酯生产工艺,具有减少CO2 排放、缓解温室效应等优点。本工作以一步氧化羧化、顺序氧化羧化以及羟溴化羧化三种方法为主线,综述了近年来烯烃和 CO2直接制备环状碳酸酯相关催化剂的研究进展,包括用于氧化羧化反应的催化剂,主要是同时具有烯烃环氧化催化功能和 CO2羧化功能的多组分组合催化剂和多活性位点的单一催化剂,如金属氧化物、金属配合物、离子液体、改性分子筛、金属有 机骨架化合物等;以及作用于羟溴化羧化反应的含Br-, I-阴离子的卤代试剂-无机/有机碱脱质子试剂组合催化剂。同时对未来 烯烃和CO2制备环状碳酸酯反应的催化剂的设计及工艺开发进行了展望。
    流动与传递
    气固两相流内中空多孔催化剂性能的数值模拟
    吴秋莹 孔令凯 徐骥 葛蔚 袁绍军
    过程工程学报. 2021, 21(7):  774-785.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220229
    摘要 ( )   PDF (1864KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    气固流态化过程中流体和颗粒分别聚集,形成稀密两相,严重限制其传质效率和反应速率的提高。针对此问题,本工作设计了一种中空多孔结构的催化剂颗粒,通过模拟方法研究该颗粒对稀密两相气相传质与反应的影响,及其在稀密相间转换的时间尺度。结果表明,一定的流动强度时,在颗粒稀密相转换的时间尺度内,中空多孔结构的颗粒能够有效地在稀相存储反应气体,并在密相释放,为密相提供额外的反应气体,增强体系的整体反应效率。当催化反应速率高于传质速率时,在所研究的流动条件下中空多孔颗粒体系的反应效率比实心球形颗粒体系高出26.92%~29.55%。可以预见在稀密相分布更广的大型气固流化床反应器中,中空多孔结构的催化剂颗粒能够更为有效地提高反应器的整体效率。
    电热水器内部结构优化及储能特性研究
    吴丽 何杰 鲁进利 韩亚芳 洪泽
    过程工程学报. 2021, 21(7):  786-793.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220206
    摘要 ( )   PDF (1579KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    将相变储能技术应用于电热水器,并通过添加石墨纳米颗粒改善相变材料的导热特性,对其储能过程进行调节,可以起到“移峰填谷”的作用。建立了四种不同结构的电热水器三维模型,模拟了电热水器内部速度场与温度场分布特性。考察了进出口水管结构、电加热管布置方式、保温层结构等因素对热水器内部流场及传热特性的影响,研究了不同储能层厚度对电热水器储能的影响。结果表明,水平加热管与垂直加热管相比,加热过程中加热效率提高了2.2%;进水管管径增大1.5倍,热水输出率提升了17.9%;加入相变材料可在相同保温时间内(36 h)使水温最大提高10.6%。
    反应与分离
    响应曲面法优化木薯酒精污泥基活性炭制备及对没食子酸的吸附性能
    张智霖 丁磊 周强 余剑 郭昌进 张德伟
    过程工程学报. 2021, 21(7):  794-806.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220204
    摘要 ( )   PDF (1308KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    以木薯酒精厂生产过程中产生的脱水污泥为原料,采用响应曲面法 Box-Behnken模型优化了木薯酒精污泥基活性炭的制备工艺,同时对最优成品进行一系列表征分析,并将其应用于没食子酸废水的处理研究。活性炭的最优制备条件为活化温度489℃,浸渍时间14 h,活化时间51 min,氯化锌浓度21.53%,该条件下样品的碘吸附值达521.64 mg/g。表征分析显示其表面布有众多孔壁较薄、大小不一的孔洞,金属含量较小,BET比表面积达441.86 m2/g,平均孔径为2.50 nm,拥有丰富的微孔结构,表面富有较多的含氧官能团。考察了活性炭投加量、pH、接触时间、溶液温度对样品去除水中没食子酸的影响。结果表明,样品能够高效去除没食子酸,且随着投加量的增加和pH值降低,没食子酸的去除率呈增长趋势。木薯酒精污泥基活性炭对没食子酸的吸附符合pseudo second-order动力学模型和Freundlich等温模型,最大吸附量为126.72 mg/g。扩散机理显示除颗粒内扩散外也包含液膜扩散过程。热力学分析表明该吸附反应是自发进行的吸热且熵增的过程。本研究将为制备高性能污泥活性炭并应用于高浓度天然有机物废水处理提供理论基础。
    不同亲疏水性腐殖酸对磁性离子交换树脂吸附去除水中溴离子的影响
    李凌 丁磊 薛岗 贾韫翰 钟梅英 张德伟
    过程工程学报. 2021, 21(7):  807-816.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220217
    摘要 ( )   PDF (1184KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    研究了不同亲疏水性腐殖酸对磁性离子交换(MIEX)树脂吸附去除溴离子的影响。溶液pH=7.0 条件下,四种腐殖酸组 分(强疏水性、弱疏水性、极性亲水、中性亲水)对溴离子的去除表现出不同程度的抑制作用。相较而言疏水性组分的不利影响 较为显著。腐殖酸的存在减弱了溴离子在MIEX树脂上吸附过程对pH值的依赖性。腐殖酸组分能加速溴离子的吸附速率,溴 离子在树脂上达到吸附平衡所需的时间被显著缩短。无论溶液中是否存在腐殖酸,拟二级动力学模型均能很好地拟合溴离子在 树脂上的吸附过程,并且由于竞争吸附作用,腐殖酸组分导致溴离子在MIEX 树脂上的平衡吸附容量显著减少。溴离子在 MIEX树脂上的吸附平衡均可以通过Langmuir 和Freundlich 模型进行拟合。腐殖酸组分的存在会降低溴离子吸附体系的自发性, 强疏水性组分的影响较为显著。该研究结果对于有效控制水源中溴离子具有重要意义。
    过程与工艺
    结构异性煤体单轴/三轴冲击动力学性能研究
    梁为民 刘恒 李敏敏 岳高伟
    过程工程学报. 2021, 21(7):  817-826.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220178
    摘要 ( )   PDF (3972KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    井下深孔爆破致裂是提高低渗煤层渗透率的重要措施之一,但由于煤层层理因素影响,在不同方向上的爆破致裂效果存在显著差异。采用分离式霍布金森压杆实验装置,对从垂直于层理方向和平行于层理方向进行取芯的煤样,分别进行冲击荷载为0.1, 0.15, 0.2, 0.3, 0.5 MPa的单/三轴SHPB冲击实验,分析结构异性煤体的冲击动力学性能,结果表明,煤样在不同冲击作用下,其单、三轴应力?应变曲线趋势相同,且其峰值应力、平均应变率随冲击荷载增大而增长趋势相同,其中峰值应力与冲击荷载符合指数关系,平均应变率与冲击荷载呈线性关系,相同冲击荷载下垂直于层理方向煤样的峰值应力、平均应变率相较于平行于层理方向煤样有所提升;进行三轴SHPB冲击时,在轴、围压对煤样约束作用下,其峰值应力、平均应变率相较于单轴情况下均有所提高,且在冲击荷载为0.15~0.2 MPa时峰值应力增幅最大,增大约50%,垂直于层理方向的动力学性能改变相较于平行于层理方向更明显。
    V含量对Ti-V复合微合金钢组织和力学性能的影响
    陈子豪 张可 付锡彬 李昭东 张熹 章小峰 孙新军 钱健清
    过程工程学报. 2021, 21(7):  827-835.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221107
    摘要 ( )   PDF (2490KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)及物理化学相分析法等技术研究了 V含量对Ti-V复合微合金钢在不同卷取温度下组织和力学性能的影响。结果表明,两种Ti-V复合微合金钢在500~650℃卷取 时,组织均由多边形铁素体和珠光体组成,增加V含量会抑制珠光体的形成;500~650℃区间卷取时,增加V含量使均匀延伸 率和总延伸率有一定程度降低,而抗拉强度和屈服强度显著提高,卷取温度对均匀延伸率和总延伸率的影响不大,在600℃卷 取时,两种实验钢的综合力学性能均达到最佳;V含量的增加使得在600℃卷取时尺寸小于10 nm的(Ti, V)C粒子数量显著增 加,高钒钢的析出强化增量σp在183 MPa左右,其强化机制主要为沉淀强化和细晶强化,V含量是影响Ti-V复合微合金钢的 沉淀强化增量和屈服强度的主要因素。
    盐酸在黄铜矿表面吸附机制的第一性原理计算
    李小亮 田国才
    过程工程学报. 2021, 21(7):  836-846.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220175
    摘要 ( )   PDF (4635KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    采用第一性原理对盐酸在黄铜矿表面不同位点的吸附及反应机理进行研究。结果表明,黄铜矿(001)-S表面重构后形成了二硫化物S22?。盐酸以解离形式在黄铜矿的(001)硫终止面(001)-S上吸附,浸出过程中H+在黄铜矿(001)-S表面上S位点的吸附都会破坏黄铜矿表面所形成的S22-。Cl-的吸附对黄铜矿(001)-S表面结构也会造成一定的破坏,吸附过程中H+和Cl-与黄铜矿表面发生化学反应生成了FeCl2和H2S,这些都有利于黄铜矿的浸出。
    环境与能源
    短链多硫化物在离子液体中聚集行为的分子动力学模拟
    胡天媛 王艳磊 霍锋 何宏艳
    过程工程学报. 2021, 21(7):  847-856.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220221
    摘要 ( )   PDF (1235KB) ( )  
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    离子液体因其优异的物化性质、能抑制多硫化物溶解等特点,近年来被广泛应用于锂硫电池电解液中。在电池充放电产物中,难溶性Li2S和Li2S2易聚集沉积在电极表面,影响电池性能,而目前关于其团聚行为与电解液性质的微观机理研究较少。本工作利用量化计算和分子动力学模拟分析了短链Li2S和Li2S2在离子液体中的微观结构以及形成团簇的情况。通过分析体系的微观结构发现,阳离子中主要与S作用的是侧链甲基,短链多硫化物之间Li?S作用远强于与阴离子的Li?O作用。团簇尺寸分布的结果表明,短链多硫化物在[TFSI]型离子液体中易形成多分子的大团簇,Li2S2体系比Li2S体系中的大团簇比例更高;离子液体阴离子配位能力越强,形成大的Li2S团簇比例越少,但阴离子的构型特点和作用形式也会对团簇的尺寸结构造成影响。
    电芬顿体系中铁铈双金属催化剂降解邻苯二甲酸二丁酯研究
    郑应俊 孟海玲 刘再亮 周晗 朱俊杰
    过程工程学报. 2021, 21(7):  857-864.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220135
    摘要 ( )   PDF (1444KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    以MCM-41 为载体,采用水热-焙烧法制备了Al 修饰双金属催化剂Fe-Ce/Al-MCM-41 并进行了XRD、BET和FT-IR表 征;以水体中的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为处理对象,在铂丝-碳毡电芬顿体系中研究了催化氧化降解DBP的效果和影响因素, 探讨了降解机理。结果表明,铁、铈双金属催化剂在电芬顿体系降解邻苯二甲酸二丁酯中具有良好的催化活性,铝离子的加入 能够提高催化剂的催化性能;最佳实验条件为pH=3、催化剂投加量0.5 g/L、电流强度I=0.15 A、通氧流量0.2 L/min、反应120 min、初始浓度10 mg/L,此时DBP去除率为97.1%,在酸性或中性条件下去除率稳定在92.1%以上,碱性条件下DBP去除率降 低,电流强度和通氧量达到饱和后对DBP降解率影响很小,并且催化剂投加过量会导致催化效果降低。此电芬顿体系中·OH 的氧化反应是降解DBP的主要途径。