当期目录

2024年 第24卷 第7期    刊出日期：2024-07-28

上一期   

目录

封面和目录

过程工程学报. 2024, 24(7):  0. 

摘要 ( )   PDF (2554KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

研究论文

射流冲击非平整旋转壁面流型转变规律研究

陈众 邱玉清 顾成俊 王东祥

过程工程学报. 2024, 24(7):  753-762.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223305

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (7244KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

转盘反应器利用射流冲击旋转壁形成超重力高剪切薄膜流，广泛应用于材料制备、聚合等领域。考虑流量、转速以及实验物料黏度影响，利用可视化平台，研究了反应器表面不同沟槽结构对液膜流型特征与转变规律的影响，绘制了流动相图，明确了螺旋破碎流型转变条件。结果表明，所有转盘结构中，径向槽盘螺旋波流型分布范围相比最大，且数量越多，维持螺旋流型的流量范围越大。周向沟槽数量增加导致螺旋破碎流型初始形成转速降低，而径向沟槽始终维持在较低转速。随着沟槽数量增加，螺旋破碎流型操作流量范围显著增加，尤其是径向沟槽。径向沟槽盘上螺旋破碎流型的Rej值最大可达17 486，超过周向槽盘的上限值12 823，且相应条件下的α值分别为444.5与815，表明径向沟槽盘上的螺旋破碎流型流量范围更广，螺旋波破碎所需要的离心力更低。实验介质黏度增大后，槽盘结构在较低Rej范围内，临界转变速度相比光盘更高，完全铺展所需转速更高。实验介质为50wt%甘油时，光盘维持螺旋破碎流型的Rej值小于1318，即螺旋破碎流型存在范围相比其他结构更窄。槽盘结构在较高Rej范围内，沟槽类型与分布对于流型转变的影响减弱，径向沟槽比周向沟槽效果更好。本研究为利用非平整表面调控转盘反应器的液膜流动行为，进而改善其微观混合与反应性能提供了可借鉴的理论与应用基础。

催化裂化工业再生器底部气流分布与优化

卢玲玲 王凤 王慧 公茂明 张香平

过程工程学报. 2024, 24(7):  763-771.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223302

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (4904KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

为了提升催化裂化再生器底部主风速度径向分布的均匀性，改善再生器中部及以上区段的气固混合状态，采用计算流体力学(CFD)的方法对某50万吨/年催化裂化再生器底部进行了单相流模拟，获得了再生器底部的主风流动状态。结果表明，现有工业再生器底部气体分布器上方区域气相速度径向分布严重不均。在此基础上，研究了不同进风速度、倒锥结构和分布板孔径对气相速度分布均匀性的影响。发现改变主风入口处倒锥的高径比和倒锥距气体分布器的竖直距离对气体分布器出口气体速度径向分布均匀性无明显影响；增大主风分布器的限流孔孔径，分布器上方区域气相速度径向分布的均匀性得到改善，且孔径为18 mm时，主风气体分布效果良好。

管式旋流气液分离器流场特性与分离性能研究

张明 孙欢 王强强 陈家庆 尚超 李想 王春升 孔令真

过程工程学报. 2024, 24(7):  772-782.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223312

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (6151KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

管式旋流气液分离器因具有分离效率高、结构紧凑等优点而受到广泛关注，但能否适应入口气含率大范围变化是制约其实用性的关键。本工作考察了能够适应气含率大范围变化的管式旋流气液分离器，采用计算流体力学(CFD)，结合空气-水介质体系下的实验测试，对其流场特性和分离性能进行研究。CFD数值模拟结果显示，入口气含率在10%~90%范围内变化时，气相分离效率均大于80%且变化幅值小于9.9%，液相分离效率均大于97%且变化幅值小于2.2%。实验测试结果显示，入口气含率在9.4%~89.2%范围内变化时，随入口气含率增加，气相出口的含液率逐渐减小而液相出口的气含率逐渐增加，气相出口的含液率均小于4%，除液体流量为12 m3/h的工况外，其他工况下液相出口气含率始终小于10%。对比不同液体流量下的气相分离效率和液相分离效率，液体流量为8 m3/h时分离性能最佳。CFD数值模拟结果与实验测试结果略有差异，但整体变化趋势一致，可作为结构放大设计的有效手段。研究结果表明，管式旋流气液分离器整体采用“强旋流+弱旋流+重力”的作用形式，具有较高的分离效率和良好的抗工况波动性能。

基于分布式测温的流动热分析动力学方法

沈阳 许启跃 叶树亮

过程工程学报. 2024, 24(7):  783-792.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223348

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (4638KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

面向连续流动生产过程反应风险评估和工艺优化的需求，针对其热力学和动力学测算方法开展了研究。通过分析管式反应器的热平衡和物料平衡设计了一种应用于流动状态下的热分析动力学方法，并依据测量原理搭建流动反应实验平台进行验证。首先，利用管路不同位置分布的温度传感器获取实验过程的温度分布，通过标定反应管路的等效总传热系数，结合温度分布分段的方式计算反应焓。其次，针对动力学分析过程通常忽略温度分布的问题，将热力学分析结果和反应器模型结合拟合动力学参数。以乙酸乙酯氢和氧化钠的水解反应为例设计实验，结果表明，合适的流量条件下，反应焓计算结果与釜式实验结果相当，但流动量热方法实验效率更高、实验过程更安全，活化能计算结果与文献值的相对误差小于3%。结合热力学和动力学分析结果以及反应器模型能够预测不同工况的温度分布，与实测值较吻合，为后续的反应风险评估和工艺优化提供了参考。

矩形周期性扩缩微通道内沸腾流动与传热

邢谷雨 袁俊飞 王林 江河 冯梓城 王梦轩

过程工程学报. 2024, 24(7):  793-804.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223357

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (4975KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

为了探究矩形周期性扩缩微通道内沸腾流动与传热特性，建立了不同尺寸的矩形周期性扩缩微通道，使用去离子水作为工作流体，在入口速度为0.2 m/s，热流密度为50 W/cm2的条件下进行数值模拟。结果表明，矩形周期性扩缩微通道中存在扩大和缩小的截面结构，微通道中的扩大部分提供了成核位点，有利于气泡成核且增大换热面积。随着扩缩结构的周期性频率增加，微通道中空化和沸腾耦合传热越剧烈，通道的中下游区域仍存在着较多小气泡，通道沿程小气泡数量增多，含气率增加，传热性能不断提高，并且微通道沿程壁面最高温度逐渐降低，通道沿程温度分布更加均匀。矩形周期性扩缩微通道减少了气泡与壁面的接触面积，减少了两相摩擦压降，但是微通道中扩大和收缩部分增加了通道中的流动阻力，周期性扩缩微通道中的压降随着结构参数γ增大呈增大趋势。同时微通道中流动传热的综合性能随扩缩通道变化频率增加呈现先增大后减小的趋势，当结构参数γ=0.2时，矩形周期性扩缩微通道的综合性能最好，比矩形直微通道提升了34%。

富氧燃烧条件对加热炉板坯加热过程的影响

陆彪 王行银 胡青云 陈燕 陈德敏 高靖

过程工程学报. 2024, 24(7):  805-814.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223306

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (4324KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

富氧燃烧具有提高理论燃烧温度、降低过剩空气系数和增强烟气辐射能力等优点，因此成为工业炉窑领域研究的热点。为了获得富氧燃烧布置形式及氧气体积分数对加热炉热工特性及板坯加热过程的影响，以某钢厂2250机组步进式加热炉为研究对象，建立了两种富氧布置形式(JC-1和JC-2)的燃烧模型，利用数值模拟研究了氧气体积分数从21vol%变化到49vol%时加热炉热工特性与板坯加热特性的变化。结果表明，JC-2工况的富氧燃烧布置形式优于JC-1工况；氧气体积分数为21vol%~37vol%时，加热炉板坯出炉温度、炉膛热效率的增长速率较高，因此37vol%为富氧燃烧最佳氧体积分数。本研究可为现有加热炉实施富氧燃烧改造提供参考。

碱金属催化对高炉焦炭非均匀劣化特征的影响分析

刘起航 李尚晋 杨双平 翁石林 胡蕖 赵晓微

过程工程学报. 2024, 24(7):  815-824.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223335

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (5108KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

随着高炉中低质原料的加入，碱金属的富集量也随之增大，本工作考察了碱金属催化对焦炭非均匀溶损劣化特征的影响。结果表明，溶损过程中，焦炭多孔结构内部会产生明显的反应梯度即非均匀性，其非均匀性与焦炭的基质反应活性和孔扩散特性密切相关，而孔扩散系数会随着焦炭孔隙结构的随机演化而变化。因此，通过分段分析法研究碱金属对焦炭不同反应阶段孔结构与扩散系数的影响，并以焦炭劣化的基本特征即化学反应速率和孔扩散速率的相对大小为基础，进一步优化了焦炭非均匀劣化参数(kv/Deff)1/2，使其更为准确地描述焦炭在高炉中的非均匀劣化行为。碱金属催化对焦炭的失碳过程有显著的动力学作用，即能显著提高焦炭的(kv/Deff)1/2，导致焦炭的多孔结构内部形成更大的反应梯度，即降低焦炭的劣化均匀性。这将使焦炭在高炉劣化后粒度分布更加不均匀，从而大大降低高炉的渗透性。非均匀劣化参数可为进一步构建高炉焦炭溶损行为的数学关系提供有效参考，为今后的高炉生产提供借鉴。

AlCl₃-NaCl-LiCl-KCl熔盐电解回收金属铝

安亚辉 刘风国 刘爱民 石忠宁 王兆文

过程工程学报. 2024, 24(7):  825-832.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223325

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (6783KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

铝合金的回收再利用具有节约资源和环境保护的双重重要意义。采用AlCl3-NaCl-LiCl-KCl作为电解质，以废旧铝合金为阳极，在纯铝片上进行铝的沉积，研究了电流密度、电解温度和电解时间等实验条件对回收金属铝产物的影响规律，并分析了AlCl3-NaCl-LiCl-KCl熔盐中铝回收的电化学机理。研究表明，废旧铝合金在电解温度为100℃，电流密度为30 mA/cm2，电解3 h条件下，电流效率可达97.3%，得到的铝纯度约为99.4wt%。循环伏安曲线表示，反应过程中仅有铝参与反应，铝的沉积电位为-0.3 V (vs. Al)左右，废旧铝合金在电流作用下发生溶解，与电解液中AlCl4-反应生成Al2Cl7-，阴极附近的Al2Cl7-得到电子，在阴极表面形成铝的沉积层。

基于卷积神经网络的偶联反应催化剂及速率常数预测方法

杨婷 董亚超 都健

过程工程学报. 2024, 24(7):  833-842.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223308

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (1461KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

交叉偶联反应是现代有机合成中碳-碳键生成最有效的方法之一，有效地对催化剂进行筛选、优化对于提高药物、精细化学品的研发效率有重要作用。针对Suzuki-Miyaura及Buchwald-Hartwig交叉偶联反应建立了基于有机反应数据库的卷积神经网络模型及相关方法，用于适宜反应的催化剂(含配体)预测和速率常数预测，同时基于随机森林算法建立对比模型。结果表明，基于卷积神经网络的催化剂预测模型在Suzuki-Miyaura交叉偶联反应数据集中前三准确率达85%，在Buchwald-Hartwig交叉偶联反应数据集中前三准确率达92%，能够正确推荐反应催化剂。获得模型推荐的催化剂后，基于催化剂的结构特征使用ECFP4分子指纹及K-Means算法对反应进行聚类分析，在此基础上进行反应速率常数预测。将催化剂文本生成随机数字标签，与反应物、产物的ECFP4分子指纹进行拼接，形成描述整个反应的反应指纹作为模型的输入。为划分为3个聚类的数据集与原数据集分别建立速率常数预测模型并进行对比。结果表明，在两类交叉偶联反应数据集上使用聚类方法的速率常数预测模型性能有显著提高。基于卷积神经网络的交叉偶联反应催化剂及速率常数预测方法有望应用于其他有机合成反应，并进一步将形成的模型用于反应条件控制及优化。

电子级HEA制备中痕量钠钾离子吸附及过程模拟

陈寿天宝 张凯 许振良 程亮 徐孙杰 魏永明

过程工程学报. 2024, 24(7):  843-851.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223313

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (3269KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

丙烯酸羟乙酯(HEA)是一种应用广泛的化工原料，目前电子级HEA分离纯化的研究文献报道较少。本工作采用离子交换树脂吸附方式，在去除Na+和K+的同时避免了HEA自身高温环境下发生聚合降低产品纯度的问题。通过树脂静态吸附实验，拟合得到HEA中Na+和K+的动力学模型及特性；通过比较Langmuir等温吸附模型与Freundlich吸附模型的拟合度，选择拟合度更好的Langmuir模型，并由此得到的Langmuir等温吸附线获得Na+与K+树脂最大吸附量。通过动态吸附实验获得Na+及K+在该树脂上的穿透曲线，并通过Aspen Adsorption模拟动态吸附过程，得到床层工作状态与吸附时间的关系，实验值与模型值符合良好。因此，模拟结果为电子级HEA的应用提供了相关参数及数据支持。

La含量对高钛钢缓冷凝固组织及TiN析出行为的影响

万勇 汤传圣 杨光维 张雪鉴 温永红

过程工程学报. 2024, 24(7):  852-862.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223309

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (9953KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

本工作采用高温熔炼实验以及光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等方法，研究了四种La含量对高钛钢缓冷凝固组织及其钢中TiN析出行为的影响。结果表明，凝固冷速为0.17℃/s时，各实验钢凝固组织均为等轴晶。在低La含量(0.0013wt%)下，La体现出明显脱O, S, Al能力，因此其钢中主要生成LaAlO3, La2O2S；在高La含量(0.0052wt%, 0.0223wt%)下，La刚开始体现出明显脱O, S, Al能力，随着O原子的大量消耗，La的脱O, S能力快速增强。因此，其钢中主要生成La2O2S且部分La2O2S会依附于先析出的LaAlO3表面形核、长大。本实验钢中TiN主要析出于Liquid+δ两相区，LaAlO3, La2O2S优先于TiN析出且与TiN的错配度小是其易成为TiN异质形核核心的主要原因。当钢中La含量为0wt%, 0.0013wt%, 0.0052wt%, 0.0223wt%时，各实验钢中等轴晶粒平均尺寸分别为354, 223, 154, 126 μm，TiN面密度为42.2, 82.9, 86.3, 90.7个/mm2，TiN平均尺寸为7.8, 4.6, 4.5, 4.4 μm。

22MnB5/QStE550TM异种钢焊接接头组织与性能分析

张明 周磊磊 梁恩荣 朱志刚 张朋彦

过程工程学报. 2024, 24(7):  863-874.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223321

摘要 ( )   HTML ( )   PDF (3225KB) ( )  

相关文章 | 计量指标

实验采用TIG焊对1.8 mm厚的22MnB5钢与2 mm厚的QStE550TM钢进行不等厚连接，结合光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及电子背散射衍射(EBSD)等方法对焊接接头的特征区域进行微观组织观察，使用万能试验机和维氏硬度仪分析焊接接头的力学性能。结果表明，QStE550TM侧热影响区为粒状贝氏体，焊缝区域与22MnB5侧热影响区显微组织为板条贝氏体，其中22MnB5侧热影响区的部分氧化物夹杂诱导形成了针状铁素体；焊缝区域内平均晶粒尺寸为4 μm，大角度晶界占比约为53%；在接头特征区域发现第二相Ni-Cr-Fe；两组拉伸试样的平均抗拉强度为660.5 MPa；焊接接头硬度最高的区域为22MnB5母材，硬度最低的区域为QStE550TM侧热影响区；该异种钢接头存在碳迁移现象，在22MnB5侧熔合线附近出现约43 μm的增碳层，在QStE550TM侧热影响区出现约35 μm的脱碳层。结合力学性能分析，该焊接接头的碳迁移现象未对力学性能产生明显影响。