过程工程学报

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1. 二氧化碳甲烷化催化剂及反应机理研究进展

田郡博古芳娜苏发兵张战国许光文

过程工程学报 2023, 23 (3): 375-395. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222027

摘要（322）

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PDF （12772KB）（157）

在“双碳”目标的背景下，明确碳处理路径至关重要。利用可再生能源制得的氢，将二氧化碳(CO2)通过甲烷化反应制备合成天然气(SNG)被广泛认为是一种高效、有前景的碳捕集利用技术，有望实现碳循环利用。近年来，二氧化碳甲烷化催化剂及相关反应机理均取得了许多新进展。鉴于此，本工作对该反应进行了系统的综述。首先，介绍了CO2甲烷化反应的热力学研究中不同反应条件的影响；随后从活性金属、载体、制备方法及辅助技术等四方面介绍了CO2甲烷化催化剂的研究进展，其中活性组分包括非贵金属基(Ni, Fe, Co和Mo)和贵金属基(Ru, Rh, Pt和Pd)，载体包括传统氧化物(Al2O3, SiO2, TiO2, ZrO2和CeO2)和新型载体材料(金属有机框架和碳基材料)，催化剂制备方法包括传统制备方法(浸渍法、共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法和固相合成法)和合成辅助技术(超声波、微波和等离子体等)；总结了CO2甲烷化反应遵循的两条机理路径(甲酸盐路径和CO路径)，并指出CO2甲烷化的具体反应途径与催化剂表面特性(如羟基丰富度和O2-位点)和反应条件(如反应温度和压力)相关；最后提出了当前研究存在的挑战，并对研究前景作出展望。

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2. 钠离子电池负极材料的储钠机制及性能研究进展

韩诚武少杰吴朝阳李明阳龙红明高翔鹏

过程工程学报 2023, 23 (2): 173-187. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222083

摘要（270）

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PDF （1833KB）（109）

绿色能源的应用，促使着电化学储能与转换技术的飞速发展。锂离子电池作为储能领域最成功的二次离子电池之一，已被应用于各种电子产品中，但是由于锂资源短缺造成锂离子电池的成本增加，限制了其在大规模储能设备领域的应用。因此，寻找价格低廉、性能优异的二次离子电池是当下的研究热门之一。钠离子电池不仅拥有和锂离子电池相似的工作原理，而且还具有成本低、资源丰度大和可逆容量高的特点，有望成功地代替锂离子电池而应用于商业化生产。本工作主要综述了钠离子电池负极材料的性能研究进展，首先根据钠离子在负极材料存储方式不同，分析归纳了负极材料的插层反应、合金化反应和转换反应三种储钠机制，然后介绍了负极材料的结构修改、元素掺杂和材料复合三种改性方式，随后重点介绍了碳基材料、钛基材料、合金类材料、转换类材料和有机材料等几种关键的钠离子电池负极材料的电化学性能和所面临的问题，最后，以实际生产和工业应用为基础，展望了钠离子电池负极材料的研究方向。

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3. 基于VOF-DPM的气体辅助式污泥雾化破碎的数值模拟

范海宏李周李斌斌李琳尚硕王佳杨

过程工程学报 2022, 22 (12): 1633-1642. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221412

摘要（267）

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PDF （3831KB）（40）

为实现污泥雾化破碎的数值模拟，探究污泥雾化特征和操作参数对污泥雾化效果的影响，在污泥雾化试验平台试验的基础上基于Fluent软件对污泥在气体辅助式雾化器的雾化破碎进行模拟研究，模拟结果确定了污泥的雾化特征和最优操作参数。通过耦合流体体积法(VOF)与离散相模型(DPM)，对较大的液体团采用VOF方法直接求解，对小液滴采用双向耦合的离散相模型进行追踪，能最大程度地提高计算的准确性。结果表明，污泥的密度和黏度随着含水率升高逐渐降低，气体速度、气液比和雾化角度是影响污泥雾化破碎的最重要的三个操作参数。在雾化过程中，中心区域的雾滴密度大于边缘区域且有少量大颗粒的聚集。对于含水率为87%、密度为1.065×103 kg/m3的污泥，在风速为180 m/s，气液比为126.3，雾化角度为55°时雾化效果最佳，雾滴颗粒的平均粒径约为0.193 mm，试验结果与模拟结果的颗粒粒径吻合度较好，最大相对误差为5.80%。

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4. 氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂中高效电解回收废铅膏制备铅粉

黄皓铭汝娟坚华一新耿笑张文文程明强王道祥

过程工程学报 2023, 23 (1): 107-114. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221422

摘要（230）

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PDF （2013KB）（57）

本工作采用摩尔比为1:2的氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂(ChCl-EG DES)作为电解质，研究了对废旧铅酸蓄电池铅膏(Scrap Lead Paste, SLP)进行电解回收制备铅粉。通过循环伏安法探讨了30 g/L SLP+ChCl-EG体系中沉积铅的电化学行为，采用XRD和SEM检测手段分析了不同温度下沉积产物的物相和微观形貌。结果表明，废铅膏在ChCl-EG中还原为金属铅是一个受扩散控制的准可逆过程，恒电位沉积实验发现，当实验温度为363 K时，电流效率达96.06%，电能单耗为673.28 kWh/t。不同温度下电沉积得到的产物均为金属铅粉，其微观形貌主要为棒状，有少量呈现针状、团簇状，长度约为10~60 μm，直径<5 μm。

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5. 丙烷脱氢反应气分离提纯丙烯和氢气过程严格模拟与能效评估

陆炫彤赵金邓春

过程工程学报 2023, 23 (1): 144-153. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221334

摘要（229）

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PDF （1123KB）（76）

丙烷脱氢(PDH)是生产丙烯产品的重要方式之一，丙烷脱氢反应气组分复杂，为获得聚合级丙烯和纯度不小于99.90 mol/mol的氢气产品，在Aspen软件中对丙烷脱氢反应气分离和富氢尾气回收氢气的过程进行建模和模拟，分离过程包括醇胺脱碳、压缩深冷、脱乙烷、丙烯精馏和变压吸附单元。为了合理利用丙烯精馏塔的能量，对丙烯精馏塔进行能量集成，采用变压吸附工艺回收氢气并对分离过程工艺参数进行灵敏度分析及优化工艺参数，以提高经济性和能效。模拟结果可得到符合要求的丙烯和氢气产品，单位产品能耗分别为267.46 kg标准油/t丙烯产品，474.44 kg标准油/t氢气产品。

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6. 钠离子电池电解液添加剂研究进展

郭玉玥翟笑影张宁博

过程工程学报 2023, 23 (8): 1089-1101. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223104

摘要（221）

HTML （13）

PDF （3494KB）（188）

随着能源革命的高涨，二次电池作为新型储能方式受到人们的广泛关注。钠离子电池与锂离子电池工作原理相似，且在资源储备、成本低廉、低温、倍率及安全性能方面具有极大优势。钠离子电池体系中，电解液作为衔接正负极材料体系的中间桥梁，发挥着至关重要的作用，而添加少量的功能性分子可以使电池整体性能实现显著提升。本工作围绕电解液添加剂进行介绍，综述了近年来不饱和碳酸酯、含硫化合物、含磷化合物、含硅化合物、无机钠盐及其他类型组分在钠离子电池电解液中的研究进展和相关机理。最后从科学理念和实际应用的角度出发，对电解液添加剂的未来研究进行展望。

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7. 微针技术应用研究现状

赵思博鲍怡如谢敏

过程工程学报 2023, 23 (2): 163-172. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222114

摘要（208）

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PDF （2905KB）（84）

微针是通过微制造加工获得的一种针状体，单个针体尺寸为微米级，多个针体组成微针阵列，能够穿透皮肤角质层直达真皮层，在研发初期主要用于药物递送。与口服给药相比，微针能避开消化系统对药物的代谢作用；与注射针头相比，微针能够有效减小患者疼痛感，提高患者依从性。此外，微针技术因为其便捷的透皮作用方式，在疫苗接种、组织液提取、生物标志物检测、医疗美容等领域的应用也被广泛开发。微针的制作材料有硅、不锈钢及生物降解材料，如透明质酸、聚乳酸等；从给药方式上可分为固体、包被、溶解、空心以及水凝胶等多种微针类型。本综述结合近年来微针技术相关进展，简要概述微针的制造材料及作用形式，重点介绍微针在药物递送、疫苗接种及组织液提取和生物标志物检测等领域的应用，探讨微针的机械强度、生物安全性、无菌化处理及稳定性等对其在市场上推广应用的影响，并对其未来发展进行了展望。

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8. 气固流化床中颗粒的夹带和扬析特性

王琦马准准马宏方钱伟鑫孙启文张海涛应卫勇

过程工程学报 2022, 22 (12): 1623-1632. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222004

摘要（185）

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PDF （1286KB）（46）

在内径0.5 m、总高6 m的流化床中对玻璃珠和白刚玉颗粒的夹带和扬析现象进行了实验研究，两种颗粒通过筛分配比得到不同粒径分布的实验物料，以0.25~0.76 m/s的速度分批进行流态化试验，考察了表观气速、床层物料粒径分布以及颗粒粒径对颗粒夹带和扬析速率的影响，得到了颗粒的扬析速率常数(Ki*)。实验结果表明，夹带量和扬析速率常数随着表观气速呈指数增加；扬析速率常数随着颗粒粒径减小先增加，达到一个临界粒径(dcrit)后，扬析速率常数会随着粒径减小趋于平缓或降低。提出了一组经验关联式，分别用于预测临界粒径两侧颗粒的扬析速率常数，关联式能很好地预测本工作实验条件下的数据，误差在30%以内，并且关联式能够对文献中的实验数据进行较好的预测，可以用于流化床装置的放大。

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9. β-甲基萘合成2-甲基-1,4-萘醌绿色氧化反应工艺

潘瑾雯杨索和何广湘郭晓燕靳海波马磊

过程工程学报 2022, 22 (12): 1702-1709. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221426

摘要（171）

HTML （2）

PDF （1071KB）（25）

2-甲基-1,4-萘醌(2-MNQ)是K族维生素的重要中间体，广泛应用于医药、农药、饲料添加剂等领域。本工作以2-甲基萘(2-MN)为原料，(NH4)2S2O8为引发剂，用30% H2O2与冰醋酸在硫酸催化下制备过氧乙酸并滴加至反应液中，氧化合成2-甲基-1,4-萘醌(2-MNQ)，通过ICIR, GC-MS, LCMS对其结构进行表征，并验证氧化反应机理及中间产物。考察了催化剂、反应温度、反应时间、氧化剂与引发剂用量对产品2-MNQ收率、转化率的影响，采用HPLC (外标法)测定产品2-MNQ的转化率和收率，得到最佳工艺条件为反应温度65℃、反应时间5 h、n(H2O2):n(2-MN)=26:1，此时，2-甲基萘的转化率为99%，产品收率为34%。本工作的创新点是使用原位红外技术验证反应机理和中间过程，即原料2-甲基萘经过氧乙酸氧化，发生环氧化反应生成中间体，之后重排生成2-甲基羟醌，继续氧化生成目标产物2-甲基-1,4-萘醌。该工艺具有简单环保、操作条件温和、原料易得等特点。

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10. MOF基混合基质气体分离膜界面作用调控研究进展

巩莉丽白菊王璨赖卫单玲珑罗双江刘植昌

过程工程学报 2023, 23 (4): 489-500. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223054

摘要（150）

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PDF （7406KB）（111）

混合基质膜结合了无机填充材料和聚合物组分的双重优势，被认为是一种可同时增加渗透性和选择性的新型方法，有望解决传统聚合物膜的Trade-off效应。混合基质膜的气体分离性能主要依赖无机填充材料的分子筛分性质和高分子本身的化学结构，因此适当选择无机填充材料对于制备高性能的混合基质膜十分重要。金属有机骨架(MOF)作为一种新型多孔填料，具有比表面积大、密度小、孔隙率高和孔尺寸可调等优点，因此在气体吸附分离和气体储存等领域应用广泛，为新型混合基质膜带来良好的发展机遇。但混合基质膜的分离性能并不是简单地两相性能相加，在大多数情况下分离性能远低于材料模拟的预测理论值，造成这种非理想性的关键因素之一是MOF晶体和聚合物之间的界面缺陷，这可能导致界面非选择性空隙的形成、聚合物硬化和孔隙堵塞等界面问题，降低膜的分离性能。因此，实现MOF-聚合物基质间的界面作用调控以改善界面相容性是充分发挥MOF基混合基质膜气体分离潜力的关键。本工作综述了MOF基混合基质膜近五年关于不同类型界面作用调控的方法及策略，及其对气体分离性能的影响。最后，总结构建的界面作用对于混合基质膜性能的正面影响并提出当中存在的问题，为混合基质膜未来的发展提供指导，并激励研究人员采取更多的策略来解决目前的挑战。

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11. 萤石资源开发利用现状与战略意义

张丹仙亢建华黄红军祝雯霞王若林

过程工程学报 2023, 23 (1): 1-14. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221373

摘要（144）

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PDF （1444KB）（70）

萤石作为一种重要的非再生非金属战略矿产资源，受到各国重视。随着科学技术和国民经济的快速发展，其经济价值和战略地位日益突出，广泛应用于冶金、建材、氟化工等传统领域和新能源、新材料、新医药等战略性新兴产业。近年来，氟化工产业链不断深化，对萤石资源的需求急剧增加，由于全球萤石资源储量有限、资源分布不均、贸易保护主义以及逆全球化势力等因素，全球氟化工产业呈现出高度集中和高度垄断的现象，不同国家和地区的经济发展和萤石资源清洁高效利用、精深加工技术水平存在较大偏差，对萤石产品的供需和消费格局产生严重影响，激化萤石资源储备与萤石产业发展之间的矛盾。本工作从资源储备、主要产业结构、供需消费结构及清洁高效利用技术等方面详细阐述了萤石资源的经济地位和战略意义，提出萤石资源的全球战略布局，通过强化萤石资源整合重组、清洁高效利用、精深加工技术与装备研发、高端产品制造，进一步推动萤石产业朝着精细化、复合化、轻量化、环保节能、循环经济氟化工产品应用领域以及高新技术产业的应用研究开发方向发展，保障萤石资源储备与供给，实现全球萤石资源优化配置和萤石产业的健康可持续发展。

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12. 气泡羽流气液两相流动特性的研究进展

董鑫刘易诺叶陈张建伟冯颖

过程工程学报 2023, 23 (1): 15-24. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222021

摘要（141）

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PDF （1035KB）（88）

气泡羽流是一种复杂的气液两相流，广泛应用于废水处理、石油加工、环保等工业领域。气泡羽流的流动特性对气液两相间质量、动量传递及工业应用至关重要。本工作总结了理论与实验研究等方面气泡羽流流动特性的研究进展。详细讨论了气泡羽流气液两相流体水力学特性、羽流运动行为的影响因素。根据气含率、气泡直径等水力学参数的预测模型和经验公式，归纳了不同液相物性和结构参数下羽流模型的适用范围，揭示了流动对传质的作用。总结了分层流体中气泡羽流流型变化规律、羽流去分层效果以及引起流型变化的影响因素。阐释了横向流动环境下羽流的偏移行为呈线性变化，该变化与横向流速及表观气速等因素有关。最后讨论了气泡羽流气液两相流动特性研究手段和理论方法的局限性，展望了气泡羽流运动规律多尺度研究的方向。

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13. 废钢在底吹反应器中运动熔化及混匀的水模型实验

裴康华陈超赵宇林尧铖杨荣旺朱江俊王涛杨康林万明

过程工程学报 2022, 22 (12): 1601-1612. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222053

摘要（139）

HTML （3）

PDF （19447KB）（40）

通过水模型实验，使用饱和氯化钾溶液制作的冰样模拟重型废钢，研究其在底吹气体搅拌反应器中的运动、融化及溶质的混匀规律。探究了单孔吹气模式下的液面高度、双孔吹气方式下的气体流量等因素对其的影响。结果表明，单孔吹气时，液面高度较低时(液面高度与直径比为0.42)，气柱发展不充分，容器内环流较弱，盐球在气柱上下往复运动，融化较为缓慢。随着液面高度增加(液面高度与直径比为1.04)，盐球随着环流运动，融化过程加快，按照98%标准得到的KCl的混匀时间甚至低于融化时间。双孔吹气时，A孔气体流量0.8 m3/h不变，B孔气体流量为0.5和1.0 m3/h时，盐球从吹气孔A上方加入后，在容器底部停留一段时间，在60~70 s之后才运动到顶部，沿着环流运动；B孔流量增加至1.5 m3/h时，盐球不会在底部停留，随气柱运动到吹气流量大的一侧的羽流区，其融化过程较快。在双孔吹气方案中，也发现了KCl的混匀时间低于融化时间的规律，这和融化末期盐球质量较小，释放的盐分较少有关。在本研究中，双孔吹气对盐球融化的促进作用不如单孔吹气且流量较大的方案。

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14. 高炉煤气/转炉煤气低碳高效合成氨工艺流程

刘福建郑勇曹彦宁江莉龙

过程工程学报 2023, 23 (3): 350-358. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222289

摘要（139）

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PDF （24052KB）（130）

作为钢铁生产大国，我国的钢铁年产量已超过10.3亿吨，位居世界第一位。高炉煤气/转炉煤气是以煤炭为原料的高炉炼铁行业的副产品，其年产量高达1.8万亿立方米，实现对高炉煤气/转炉煤气的清洁高效再利用是国家的重大需求。目前，钢铁企业实现高炉煤气及转炉煤气的综合利用主要包括：一种是直接给锅炉、热风炉和加热炉等作为燃料使用；另一种是利用高炉煤气的余压发电，再将发电用后的高炉煤气作为燃料供锅炉、热风炉和加热炉等使用。随着我国能源结构及环保要求的不断完善，综合利用高炉煤气/转炉煤气并按照工业合成氨的原料工艺要求进行净化、配比后制取绿氢，并作为原料用于合成氨，不仅能够满足区域经济发展对绿色合成氨产能的需求，还能够实现高炉煤气/转炉煤气资源重整，促进区域经济绿色发展，符合当前国家对合成氨及钢铁行业提出的节能减排的要求。基于此，本综述对高炉煤气/转炉煤气低碳高效合成氨工艺流程及其优势进行系统分析与展望。

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15. 粗粒化CFD-DEM的离散松弛模型

余亚雄段凡张宇周强

过程工程学报 2022, 22 (12): 1652-1665. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222036

摘要（134）

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PDF （2424KB）（86）

采用粗粒化技术的计算流体力学-离散单元法(Coarse Grained Computational Fluid Dynamic and Discrete Element Method, CFD-CGDEM)可以减少计算量，有着广阔的工业应用前景。然而与CFD-DEM相比，CFD-CGDEM存在能量耗散速率偏低导致其计算的粒化温度和固相应力过大的问题。本工作基于均匀耗散系统的颗粒动理学理论构建了一种离散松弛模型(DRM)，该模型通过给相邻颗粒对之间施加耗散力的方式增强颗粒间的能量耗散速率。采用均匀耗散系统和鼓泡流化床对DRM粗粒化模型进行了验证，结果表明，与传统的粗粒化模型相比，采用DRM的CFD-CGDEM能够更准确地预估均匀耗散系统中粒化温度的演化过程；且在鼓泡床模拟中发现，与采用传统粗粒化模型或Yu等(Ind. Eng. Chem. Res., 2021, 60(15): 5651-5664)的松弛模型(RMF)相比，采用DRM的CFD-CGDEM可以得到与CFD-DEM更为接近的时均量。

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16. NaAlO ₂硫酸法合成高质量拟薄水铝石

罗铃李平黄凯张海林陈兴刘文科郑诗礼

过程工程学报 2022, 22 (12): 1710-1718. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221339

摘要（128）

PDF （7329KB）（31）

拟薄水铝石常应用于石油化工、环保等行业，是活性氧化铝的前驱体、分子筛、黏结剂等的重要原料。近年来，我国石油化工行业面临严峻挑战，原油劣质化、重质化，产品轻质化、清洁化和成本高等问题愈加突出，迫切需求拟薄水铝石的低成本生产制备方法。本工作采用NaAlO2硫酸法结合动态调控pH合成了物相纯、具有特定孔结构的拟薄水铝石产品。通过XRD, BET, SEM, NMR等表征分析得出，硫酸法在pH=7、75℃下反应0.5 h可合成比表面积、孔容和平均孔径分别为341.01 m2/g, 0.41 cm3/g, 4.78 nm的γ-AlOOH，在极端合成条件会生成Al(OH)3杂相。动态调控pH可以有效促进产品相纯化和孔结构改善。在70℃、NaAlO2和Al2(SO4)3流速15 mL/min、反应10 min、老化10 min的条件下，杂相Al(OH)3向γ-AlOOH转变，可将含有28.2%的Al(OH)3杂相经过摆动后降至3.1%，纯化后的γ-AlOOH结晶度增强，其中27Al以六配体形式存在，比表面积、孔容和平均孔径分别增加到358.88 m2/g, 0.70 cm3/g和7.83 nm。

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17. 煤岩学在炼焦配煤中的应用进展及优化配煤技术

王岩杨承伟袁东营张宇宏曲思建

过程工程学报 2023, 23 (1): 25-37. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222343

摘要（127）

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PDF （14196KB）（89）

科学合理的配煤技术对于焦化企业高质量发展至关重要，炼焦配煤技术的核心在于对原料煤煤质特性的深入认知。影响炼焦煤性质的主要因素包括变质程度、煤岩组成及第三成因因素，故煤岩学对炼焦配煤技术的研究与应用至关重要。本文论述了经验配煤、煤岩配煤及人工智能配煤3种炼焦配煤技术发展历程和现状，凝练了炼焦配煤技术的发展趋势。结合研究实际，重点梳理了煤岩学指标在炼焦配煤中的应用现状。在注重煤岩特征的同时，也需兼顾工艺指标等相关参数对炼焦煤优劣的表征。在实际应用中，各项指标参数的选择和利用需要综合考虑参数适配范围并尊重该指标与炼焦煤特性的真实对应关系。基于以上内容，提出了关联成煤时代、产地等地质因素和黏结指数、胶质层指数等工艺指标的整体思路，实现焦炭性能与原料煤特性的科学、深入关联，构建“本源-过程-结果”一体的优化配煤技术新体系。

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18. 微藻柱状式光生物反应器流动特性及结构的数值模拟优化

叶斌华韩飞石向星焦永刚赵青云钟凯强

过程工程学报 2023, 23 (1): 46-56. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221394

摘要（126）

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PDF （2177KB）（101）

微藻作为最具潜力的可再生生物质能源，在生物固碳和生物燃料生产领域优势显著，有助于碳达峰、碳中和目标的实现。通过改善反应器曝气装置的性能可以大幅度提高微藻的培养效率，本工作采用数值模拟方法对柱式光生物反应器的球型曝气结构进行了优化。模拟采用欧拉模型，湍流模型选取k-ε模型，研究分析了不同曝气装置条件下气含率、平均液相速度、湍流动能几种参数的变化和光生物反应器内的流场情况。结果表明，曝气装置结构的变化对光生物反应器内的流动特性具有很大的影响，通过曝气装置向反应器内通气，气含率、平均液相速度、湍流动能随着曝气量的增大而增大，随着曝气装置孔径的增大而减小。综合各相关参数得到当总曝气量为1400 mL/min、曝气孔数为50、曝气孔径为30 μm时，曝气装置性能最好，此时测得气含率为68.6%，平均液相速度为0.905 m/s，湍流动能为0.149 m2/s2。

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19. 钠离子电池层状氧化物正极材料改性研究进展

李苗苗邱祥云尹延鑫张涛戴作强

过程工程学报 2023, 23 (6): 799-813. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222296

摘要（125）

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PDF （47402KB）（135）

由于储量丰富、价格低廉及安全环保等突出优点，钠离子电池(SIBs)被认为是大规模储能应用的主要候选技术之一，而正极材料的开发也决定了钠离子电池的商业化进程和最终性能。钠离子电池层状氧化物正极材料，具有比容量高、构造简单、稳定性好等优势，是最富有前景的钠电正极材料之一。但此类材料目前仍面临电化学过程的不可逆变化、空气中储存不稳定和界面稳定性较差等问题，严重制约着钠离子电池商品化进程的发展。为了解决材料所存在的这些问题，研究人员对其进行改性优化。据此，本工作综述了钠电正极材料层状氧化物离子掺杂、表面包覆、纳米结构设计、P/O混合相等改性措施所取得的成效，为钠电正极材料层状氧化物改性研究提供了基础，并对层状氧化物的后续发展趋势进行了展望。

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20. 基于微小槽道的冷媒直冷电池热管理系统性能研究与优化

王肖军张恒运黄兴华李康

过程工程学报 2023, 23 (1): 154-162. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222043

摘要（122）

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PDF （1781KB）（27）

本工作以基于微小槽道换热器的小型蒸气压缩系统为研究对象，对冷媒直冷电池热管理系统进行研究。确定了系统最佳冷媒充注量，总结了不同参数对系统热管理性能的影响规律，最后根据模型分析提出降低排气温度的改进方案。基于能效比(COP)最高的指标，确定系统冷媒最佳充注量为250 g。在固定加热功率条件下，随膨胀阀开度(OEV)的增加，微小槽道内的换热系数持续升高，而电池温度出现先降低后升高的趋势，因此存在最佳OEV使得电池温度最低；随电池模组加热功率增加，最佳OEV对应的蒸发器出口干度逐渐降低，虽然微小槽道换热系数有所升高，但是更快的加热功率增大速率使得电池温度升高；环境温度的升高对系统热管理性能产生不利影响，但是在35℃的高温环境下，电池温度依然能够被冷却至环境温度以下。基于AMEsim模型分析表明，增加冷凝器换热面积的方案，能够有效降低排气温度。

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21. 固定床催化剂成型工艺研究进展

刘闪闪丁其达郭涛王耀锋徐宝华

过程工程学报 2023, 23 (4): 501-511. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222088

摘要（119）

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PDF （1464KB）（84）

催化技术的进步源自社会需求(如环境、能源、化学品、燃料等)，其最终目标是在放大规模上提高工艺效率。成型催化剂通常是由活性相、载体和多种适于商业应用的成型添加剂构成的多组分毫米级物体。与粉末催化剂不同，成型催化剂除了具备粉末催化剂的催化活性外，还必须考虑黏合剂、润滑剂、酸以及致孔剂的使用应满足工况条件下的机械强度和化学稳定性的需要，以确保其在工业反应器中可以平稳运行同时具有长寿命。此外，成型催化剂的形状与尺寸通过影响反应器内部物料的流动状态，进而影响催化反应效果。因此，成型过程是复杂且充满挑战的。本工作介绍了固定床用催化剂成型工艺方面的研究进展，主要阐述了添加剂的种类、添加量、添加顺序、煅烧条件、浆料配比及成型催化剂的形状等因素对其力学性能以及催化性能的影响规律。此外，还介绍了Weibull分布在催化剂强度值可靠性判断及预测方面的应用，以及计算流体力学模拟在辅助催化剂形貌设计方面的进展，指出Weibull分布和计算流体力学在未来催化剂成型应用的潜力。

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22. Na ₂O-TiO ₂-SiO ₂-CaO-Al ₂O ₃-V ₂O5-MnO-MgO-FeO渣系渣铁间硫分配比热力学模型

尹学杰陈德胜王丽娜赵宏欣甄玉兰齐涛王猛

过程工程学报 2023, 23 (1): 124-135. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222055

摘要（118）

HTML （1）

PDF （2736KB）（50）

基于离子分子共存理论(IMCT)建立了Na2O-TiO2-SiO2-CaO-Al2O3-V2O5-MnO-MgO-FeO九元渣系的结构单元作用浓度模型和渣铁间硫分配比热力学模型，并对模型进行实验验证。通过模型计算出1200℃下渣系主要结构单元组成和渣中Na2O, CaO, MnO, MgO和FeO的活度，发现Na2O的加入可促进渣中低熔点物质的生成，降低渣系熔化性温度，改善脱硫反应的动力学条件；同时随着Na2O加入量的增加，渣中Na2O和CaO的活度增加，进而降低渣中S2?离子活度，强化渣铁间脱硫反应。实验结果表明，增加碱矿比提高了渣铁间硫分配比，有利于铁水深度脱硫，铁水中硫含量可降至0.0005wt%以下，硫分配比的理论计算值与实验结果吻合极好。渣中各碱性氧化物的硫分配比随碱矿比RN/C增加逐渐增大，各碱性氧化物硫分配比大小为Na2O>CaO>MnO>FeO>MgO。本研究将共存理论模型成功应用到九元复杂渣系渣铁间脱硫反应机理研究，为铁水深度脱硫过程的渣系优化提供了理论依据。

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23. 面向“双碳”目标流程的离子膜电渗析：机遇与挑战

王皝莹闫军营蒋晨啸陈秉伦汪耀明徐铜文

过程工程学报 2023, 23 (3): 337-349. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222150

摘要（118）

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PDF （2515KB）（63）

逐渐加剧的温室效应以及高盐废水的大量排放给环境带来了很大的负担，碳达峰和碳中和政策要求形成绿色生产生活方式以及加强对资源综合利用，这对实现碳减排具有积极指导作用。而选择对高盐废水进行资源化回收的方式以及开发高效的碳捕捉技术有利于增强碳减排过程。离子膜电渗析因其独特的分离特性可实现对高盐废水的浓缩淡化、分离回用。为了降低温室效应，可采用淡化回收高盐废水和高效捕捉CO2相结合的方式降低CO2浓度，实现碳达峰和碳中和的目标以及对废水的零排放。本工作综述了以离子膜电渗析为基础的传统电渗析、双极膜电渗析、反向电渗析、置换电渗析、选择性电渗析和冲击电渗析等六种电渗析技术的工作原理，以及他们在碳捕捉转化和废水资源化方面的应用进展。展望了新型离子膜电渗析在处理高盐废水的应用前景，同时指出新型离子膜电渗析技术在降低碳排放方面的限制与挑战，最后为新型电渗析技术实现低碳排放提供新思路。

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24. 氟化铝生产副产物-硅渣酸化过程及其动力学

艾怡君李婷婷夏举佩

过程工程学报 2023, 23 (1): 115-123. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222009

摘要（117）

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PDF （2830KB）（34）

为解决实际生产中氟化铝生产残渣(简称硅渣)难利用问题，以云南某地硅渣为研究对象，以浓硫酸为酸化浸出介质，以浸出率为指标，以单因素实验为基础，研究了酸化过程中酸用量、反应温度、反应时间的影响。结果表明，最佳酸化条件为：加入理论酸用量(23.66 g) 1.3倍的浓硫酸，反应温度170℃，反应时间90 min，该条件下SiO2的纯度迅速提升至大于99.00%，Al浸出率大于99%，F浸出率大于97%；该反应为液-固多相反应中的收缩未反应核模型，反应活化能为62.97 kJ/mol，浸出过程由化学反应控制。该方法的提出对硅渣的利用提供了一种新思路，具有反应时间短、耗水少、酸化后有价元素浸出率高的优点。

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25. “双碳”背景下新能源固态电池材料理论设计与电池技术开发进展

徐红杰汪光辉苏钰杰张志高李海通杨中正王雨晨胡林悦曹国钦

过程工程学报 2023, 23 (7): 943-957. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223113

摘要（115）

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PDF （4779KB）（140）

由于可充电锂金属电池(LMBs)具有较高理论能量密度，在便携式电子设备、电动汽车和智能电网等方面有重要应用。以固态电解质和锂金属负极组装的固态电池(ASSBs)具有高安全性，被认为是可提高电池能量密度和有效解决安全问题的一种有前景的电池技术。然而，LMBs在实际实施过程中仍面临许多挑战，如库仑效率低、循环性能差和界面反应复杂等。深入分析ASSBs的物理基础和化学科学问题对电池开发具有重要意义。为了证实和补充实验研究机理，理论计算为探索电池材料及其界面的热力学和动力学行为提供了一种强有力的支撑，为设计综合性能更好的电池奠定了理论基础。本工作论述了理论计算方法在电池关键材料计算中的应用和研究意义；综述了硫化物固态电解质中Li10GeP2S12 (LGPS)及银硫锗矿体系的理论和结构设计思路，包括锂离子的输运机理和扩散路径。分析了新型反钙钛矿Li3OCl和双反钙钛矿Li6OSI2电解质体系的理论设计思路。综述了氧化物固态电解质体系在缺陷调控下锂离子的输运机理。此外，本工作针对新型卤化物电解质体系的理论设计也进行了介绍。介绍了计算材料学在电池材料性能研究中的作用：借助理论手段分析离子传输机制、相稳定性、电压平台、化学和电化学稳定性、界面缓冲层和电极/电解质界面等关键问题；理解原子尺度下的充放电机制，并为电极材料和电解质提供合理的设计策略。总结了固态电解质和ASSBs电极与电解质间界面的理论计算的最新进展。最后，对ASSBs理论计算的不足、挑战和机遇进行了展望。

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26. 几种多孔电极材料镓电沉积性能的研究

刘玲蔡楚楚董彬欣

过程工程学报 2023, 23 (1): 136-143. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222200

摘要（114）

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PDF （5491KB）（29）

在工业上，稀散金属镓通常是从碱性溶液中电解提取得到的。在镓电解过程中，由于析氢副反应和传质速率低的原因导致镓电沉积的电流效率很低。本工作采用三维多孔电极电沉积镓，利用三维多孔电极发达的表面积促进镓电沉积过程，研究了不同电极材料(泡沫金属和多孔碳)的析氢特性，结合不同电解温度和电流密度下各材料的镓电沉积行为，揭示三维多孔电极上镓电沉积的特性规律。结果表明，泡沫铜和石墨毡(GF)具有较低的析氢活性，但两种电极的镓电沉积性能差别很大。其中泡沫铜表现出最佳的镓电沉积性能，在温度为40℃、电流密度为0.1 A/cm2条件下镓电沉积的电流效率(QE)达到22.5%，远高于铜片电极(10.7%)；而相同条件下，GF电极的QE值仅为9.6%，低于铜片，这与电极表面的疏水性有关。具有较高析氢活性的泡沫铁、泡沫镍和网状玻璃碳(RVC)电极的镓电沉积过程受电解温度和电流密度的影响较大。在高电流密度下，泡沫铁电极表现出仅次于泡沫铜的QE值，在低电流密度下难以发生镓的电沉积；泡沫镍和RVC电极仅在低于镓熔点(20℃)的条件下发生镓的电沉积，在高于镓熔点(40℃)的条件下，由于电沉积的液态镓的活性较高，容易返溶，难以实现镓的析出。因此，电极材料的析氢活性对镓电沉积性能有较大影响，影响镓电沉积电流效率的关键因素还有电解温度、电流密度及电极表面的亲疏水性。

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27. 气波引射器压力端口设计及其对性能的影响

赵一鸣刘明昊李浩然胡大鹏

过程工程学报 2023, 23 (1): 67-77. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221400

摘要（114）

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PDF （3911KB）（25）

气波引射器是一种高效的压力能综合利用装备，在诸多工业过程中具有广阔的应用前景。压力端口作为气波引射器必备的核心部件，其开、闭位置的合理设计是保证设备高效运行的前提。本工作介绍了以波系理论为基础的压力端口设计方法，并通过数值模拟与实验相结合，获得了完整的端口位置对设备性能的影响机理及规律。研究结果表明，满足理想波系的压力端口位置可使设备性能在相同条件下达到最优；端口偏离设计位置则会引起中压产气返流、低压进气不充分等现象，从而造成性能下降。由于不同端口位置对性能的影响机理不同，各端口位置偏离所造成的性能下降幅度有所不同。本工作丰富了气波引射器的参数设计理论，对该设备的研究应用具有重要指导意义。

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28. 输油转子泵啮合间隙与转子叶数对泵性能影响规律研究

李琴王慧黄志强马亚超

过程工程学报 2022, 22 (12): 1666-1675. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221438

摘要（114）

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PDF （13001KB）（37）

为了提高输油转子泵腔内部流动稳定性，同时提高泵的容积效率，建立了5种啮合间隙、3种转子叶数的输油转子泵模型进行对比分析。基于动网格技术和SST κ-ω湍流模型对输油转子泵腔内部进行数值模拟，并通过试验验证了研究方法的可行性，分别研究了啮合间隙、转子叶数对输油转子泵性能影响规律，并对输油转子泵的啮合间隙、转子叶数进行了优化设计。结果表明，啮合间隙从0.1 mm增至0.3 mm，2叶输油转子泵腔内高速流动区域扩大，转子腔内漩涡强度增大，泵腔内流体流动的平稳性和容积效率降低；转子叶数由2增加为4，转子腔内压力变化的多样性增加，3叶转子泵腔内流体流动最平稳。优化设计的输油转子泵腔内流动平稳性得到提高，同时容积效率提高了2.1%，能更好地满足油田输油的需要。

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29. 圆管内氧化石墨烯MPCM悬浮液对流传热实验研究

鲁进利陈星雨韩亚芳孙彦红尹子杰吴丽

过程工程学报 2023, 23 (1): 38-45. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221429

摘要（113）

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PDF （1925KB）（70）

由于氧化石墨烯(GO)的高热导率特性，将其添加至相变微胶囊颗粒内，以提高以其为基材制备的悬浮液的热导率，从而进一步强化传热。分别测试了纯水、5wt%相变微胶囊悬浮液(MPCMS)、5wt%和10wt%复合氧化石墨烯的相变微胶囊悬浮液(GO-MPCMS)的传热特性，分析讨论了壁面热流密度、雷诺数(Re)等参数的影响。结果表明，由于相变过程的影响，圆管壁面和流体温度分布呈现上升、平直、上升的变化规律；相同实验条件下，当工质为悬浮液时壁面温度与流体温度比纯水低；颗粒浓度和GO均对传热产生较大影响，相同质量分数(5wt%)时，添加GO时可使稳定后的局部努塞尔数(Nux)进一步提升8个百分点，颗粒质量分数由5wt%增至10wt%时，Nux又增加了20个百分点；与纯水相比，同时考虑GO和微胶囊颗粒的影响，相同实验条件下，相变微胶囊悬浮液平均努塞尔数(Nu)可提升1.0~2.0倍。

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30. 碱土金属醇类低共熔溶剂强化钒磷氧催化剂的制备及催化性能研究

王兴盛常智吴刘柱张满园张瑞锐刘瑞霞

过程工程学报 2023, 23 (1): 98-106. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222040

摘要（113）

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PDF （2344KB）（38）

钒磷氧(VPO)催化剂是目前实现正丁烷选择性氧化的唯一工业催化剂。利用金属助剂掺杂以及有机助剂强化是提高VPO催化剂性能的有效手段。本工作通过加入氯化镁醇类金属低共熔溶剂，实现了有机-金属助剂同时对VPO催化剂性能的调控。利用扫描电子显微镜(SEM)、BET全自动比表面与孔隙度分析仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)等表征手段，深入探讨了合成过程中加入不同氢键供体乙二醇(EG)、1-4丁二醇(BDO)和甘油(GL)的低共熔溶剂对VPO催化剂微观形貌、比表面积、物相、表面性质和晶相转变温度的影响，同时利用固定床反应器对VPO催化剂催化正丁烷氧化制备顺酐的性能进行了评价。结果表明，氯化镁乙二醇低共熔溶剂调控制备的VPO催化剂具有分散性良好、比表面积大、活性面(020)的数量多、表面P原子富集和表面V平均价态低等特点，在丁烷氧化选择性制顺酐反应中表现出了良好的催化性能，为VPO催化剂的制备提供了新思路。

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31. Ti/Sn掺杂CeMn基催化剂的低温脱硝活性及抗水性能

钱立新丁龙魏进超杨本涛张洪亮龙红明王宏涛

过程工程学报 2022, 22 (12): 1691-1701. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221388

摘要（112）

PDF （7334KB）（42）

采用共沉淀法制备了Ti/Sn掺杂的CeMn基复合金属氧化物催化剂，研究了Ti/Sn改性对CeMnOx催化剂的脱硝性能和抗水性能的影响，并通过物化性能表征对催化剂的微观结构、吸附氨状态、氧化还原能力以及表面元素价态进行了分析。结果表明，Ti和Sn元素的引入均可以提升CeMnOx催化剂低温NOx转化活性和抗水性能，并且Ti的提升效果更加显著，在150~250℃，CeMnTiOx脱硝效率接近100%，在200℃、10vol% H2O条件下，脱硝效率维持在95%以上。H2程序升温还原、NH3程序升温脱附及X射线光电子能谱等检测结果表明催化剂表面Ce-O-Ti和Mn-O-Ti结构的形成提升了催化剂的氧化还原性能，增多了催化剂表面弱酸位、中强酸位数量，同时形成了更多的氧空位，从而使催化剂获得了良好的低温NOx转化活性。

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32. 多孔介质内颗粒流动特性的格子Boltzmann模拟

程赟涛王淑彦邵宝力袁子涵谢磊

过程工程学报 2023, 23 (2): 188-198. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222038

摘要（112）

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PDF （5172KB）（84）

地下岩石孔隙中小颗粒的运移和沉积会使得储层渗透性能降低，影响石油开发。为了探究悬浮颗粒在多孔介质中的流动过程，采用格子Boltzmann方法对三维多孔介质内流体和颗粒的运动过程进行了数值模拟，采用有限体积颗粒法构建多孔介质中骨架颗粒和悬浮颗粒。通过Half-Way反弹格式实现流体与颗粒间的相互作用，考虑孔隙结构、入口流速、孔隙率和颗粒直径对颗粒流动特性的影响，探究颗粒的运移和沉积规律。结果表明，入口速度对不同孔隙结构下颗粒的运动作用显著。随着入口速度增大，颗粒与颗粒、孔隙壁面以及流体之间的动量和能量交换作用增强，缩短了颗粒的运移路径，颗粒沉积率逐渐变小，颗粒拟温度增大。孔隙率的下降强化了颗粒间的碰撞，孔隙率由0.581降低至0.400，使得颗粒拟温度提升至9倍。颗粒拟温度随颗粒直径的增加而增加。但随着孔隙率增加，颗粒轴向速度增加，颗粒最高轴向速度可达入口流速的11倍，而颗粒接触力降低。

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33. 土著菌群还原矿化修复铀污染地下水

王国华刘颖王家莉向金晶刘迎九赵发刘金香

过程工程学报 2023, 23 (1): 88-97. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222013

摘要（111）

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PDF （2779KB）（29）

本实验研究了β-甘油磷酸钠刺激下土著菌群对中性含铀模拟地下水的处理效果及机理。结果表明，β-甘油磷酸钠可同时激活生物还原和生物矿化菌群，其对铀的去除率达98%以上，微生物表面均匀沉积CaU(PO4)2和Mg(UO2)2(PO4)2?10H2O等鳞片状矿物。土著菌群还原矿化铀的机理为：反应前期生物还原和生物矿化同时参与了铀的固定，且以生物矿化作用为主，Dysgonomonas, Propionispora, Macellibacteroides, unclassified_Rhizobiaceae和unclassified_Rhodocyclacea可能参与了溶液中U(VI)的还原，Acinetobacter促进生物矿化的发生；随后在Methyloversatilis和unclassified_Enterobacteriaceae的作用下，部分矿化生成的U(VI)沉淀被微生物逐渐还原成U(IV)沉淀。本实验为今后微生物治理铀污染地下水的长效性能强化策略研究提供了新的理论支撑。

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34. 入口流速对间断微通道内流型演变及流量分配特性影响

袁鑫森袁俊飞王林江河曹艺飞

过程工程学报 2023, 23 (1): 57-66. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222024

摘要（111）

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PDF （2592KB）（80）

微通道内气液两相流动规律是影响微通道换热器换热系数和流场温度均匀性的主要因素。以N2和H2O为工质，对间断、并联矩形微通道换热器内气液两相流型的起始、发展、稳定过程的演化以及并联通道内流量分配不均匀特性进行了数值模拟研究。结果表明，不同的进口Re对微通道内流型的演变过程和流动周期有重要影响，当进口Re为450时，气相工质在均流腔内以离散的散团状形态脉动扩散至微通道中，并联通道内气相工质从弹状流型态逐渐转变为泡状流型态；当进口Re增至为1600时，气相工质在均流腔内以较连续的椭圆状型态扩散至微通道中，并联通道内气相工质从环状流型态逐渐转变为泡状流型态。通道结构还将影响并联通道间的流量分配的均匀性，间断微腔的存在使微通道内工质质量流量分布均匀性提升38.7%，通过研究通道内压力分布规律，发现通道内静压的分布不均匀是导致两相工质从均流腔进入微通道时发生不均匀分配的重要原因。

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35. 基于连续方法的气固循环流化床全回路模拟及稳定性分析

贾博宇刘新华王各孙怀宇鲁波娜

过程工程学报 2023, 23 (2): 226-234. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222080

摘要（110）

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PDF （2612KB）（58）

相比对单个操作单元的模拟，气固循环流化床的全回路模拟能全面揭示各单元之间的联系、诊断操作突变等现象，对实际工业生产更具指导意义。本研究在连续介质模型结合颗粒动理论的框架下，对一套虚拟过程工程(VPE)的气固循环流化床装置进行了全回路模拟和稳定性分析。模拟发现了提升管中的颗粒浓度及压降发生大幅度的周期性震荡现象，两种完全不同的操作状态，即稀相输送和浓相输送，交替式地出现。为分析该现象产生的原因，考察了模型因素(主要是气固相间曳力)和操作因素(颗粒藏料量和提升管表观气速)对周期性震荡现象的影响。研究发现，将考虑非均匀结构影响的曳力替换成均匀曳力，仍不能消除周期震荡现象，其颗粒输送返回装置(Loop-seal)压头不足以保证颗粒从下降管平稳输送到提升管，而降低气速和增大藏料量都有利于颗粒循环输送的稳定性，防止“窜气”现象的发生。结合上述现象，进一步聚焦影响颗粒输送的关键点，即Loop-seal气动阀，采用引入虚拟阀门的方式提高Loop-seal输送管中的输送阻力，从而有效改进了全回路模拟的稳定性，其预测得到的提升管轴向压降分布与实验值基本吻合。

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36. 离子液体中铝的电沉积及精炼

杨晓晴郑勇王倩杨倩李玉李涛任保增

过程工程学报 2023, 23 (3): 396-410. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222141

摘要（108）

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国家的“双碳”目标对铝冶炼工业提出了新要求。针对传统Hall-héroult法生产铝存在高能耗、高排放的问题，我国将严守电解铝4500万吨“天花板”，积极开发铝再生技术，2025年实现再生铝产量由2020年的690万吨增至1150万吨。不论是电解制铝还是铝的再生精炼都需要在高温下进行，亟需低碳节能新技术的开发。离子液体中铝的电沉积能在<100℃下进行，能耗大大降低，且没有二氧化碳以及其他污染气体的排放，有望发展成为铝工业生产的一种新型绿色工艺。本综述按照阳离子结构对用于铝电沉积的离子液体体系进行分类，分别论述了相关研究进展，总结了以不同铝基材料作为阳极在离子液体中电解精炼铝的研究。最后，概括了铝电沉积用离子液体电解质体系的特性，并指出了存在的一些问题。

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37. 玻纤滤材结构特性及过滤性能的数值模拟研究

游天乐潘政源陆丽莉唐敏梁云

过程工程学报 2023, 23 (3): 430-437. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222064

摘要（108）

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PDF （2373KB）（65）

基于通量实验优化滤材的方法已经无法快速应对社会、工业对高性能滤材的需求，为了提高新型滤材的研制效率，迫切需要开展纤维滤材结构设计和过滤性能的模拟研究。以往的研究多集中在微米级尺度的纤维滤材模型，而鲜有以亚微米玻璃纤维滤材为对象的研究。本工作以实际多分散的亚微米玻璃纤维及玻纤滤材为基础，从玻璃纤维的表征、滤材的制备及其结构参数的确定，建立更加接近实际滤材结构的三维模型，充分对比了湿法成型工艺抄造的滤材性能与模拟结果的相关性，探究纤维结构模型和性能计算的数学模型对玻纤滤材性能预测的适用性。结果表明，滤材结构模型的平均孔径与实验测量结果趋势一致；过滤阻力和过滤效率比经验模型计算结果更接近于实验测量结果，3种滤材过滤效率实验测量值分别为60.5%, 99.1%, 99.96%，模拟计算结果分别为61%, 99.6%, 100%，两者误差小于1%。采用的滤材结构模型和计算性能的数学模型在玻纤滤材的性能模拟研究中具有较广的适用范围，这将为高性能玻纤滤材的研制提供一种高效的方法。

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38. 不同结构微反应器下甲烷水蒸气重整制氢性能对比

刘俊伯郭欣张朔昕吴棒

过程工程学报 2022, 22 (12): 1729-1738. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221327

摘要（108）

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微通道反应器是便携式制氢领域目前最有发展前景的技术之一。为了提高甲烷水蒸气重整在微反应器内制氢的效果，设计了三种不同结构的微反应器几何模型，分别为直管(Pipe)模型、平板圆弧弯道(FCC)模型和三纹内螺旋枪管(Tri-g ISB)模型，利用Ansys Fluent流体仿真软件结合甲烷水蒸气重整制氢的CHEMKIN反应机理文件对三种不同结构的微反应器进行了数值模拟分析。通过研究不同条件下微反应器出口气体组分变化可知，入口速度越小，CH4转化率和H2体积分数越高；S/C>3时，CH4转化率增大至80%以上、H2含量增加至73vol%以上；壁面温度越大，CH4转化率可稳定在99.9%，几乎完全转化，H2含量增大到77vol%以上，但温度过高会降低H2产量，增加CO含量。通过计算不同条件下微反应器达到稳定所需时间可知，随入口速度和S/C增加稳定时间均逐渐减小并趋于稳定，随壁面温度增加，稳定时间先减小后增加。通过对比三种微反应器可知，复杂结构可以强化微反应器的性能，但会增加微反应器达到稳定所需的时间。在微反应器性能方面：FCC模型最优，Pipe模型最差；而在稳定时间方面：随着结构复杂性增加稳定时间反而增长，Pipe模型最短，Tri-g ISB模型最长；微反应器结构的复杂程度不同，对性能的提升也不同，过于复杂的结构反而会抑制微反应器的性能。

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39. 柱状颗粒沉降过程的CFD-DEM联合仿真和实验研究

刘佳君刘雪东吕圣男高华鑫邵佳伟张红红

过程工程学报 2022, 22 (12): 1643-1651. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221386

摘要（107）

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针对柱状催化剂颗粒相对于球形颗粒的不同运动特性，选择不同长度直径为2 mm的5种柱状颗粒，采用CFD-DEM数值模拟仿真，研究柱状颗粒在管状容器中沉降的运动行为，并建立柱状颗粒沉降试验台，采用高速摄像拍摄的方法进行实验研究。结果表明，在不同位置释放相同直径和长度的柱状颗粒时，靠近壁面释放的颗粒会在沉降过程中向中心漂移，且比中心释放的颗粒沉降更慢，时间更长；改变柱状颗粒与水平面的夹角，在圆管中心释放颗粒，最终颗粒都会旋转至水平状态，与水平面夹角越大，底部所受阻力越大，转动持续时间随之增加；推导柱状颗粒沉降斯托克斯方程，并通过实验数据对方程中的阻力系数进行修正，将修正后的阻力系数导入用户自定义函数(UDF)计算颗粒沉降末速度，相对误差从原来使用球形颗粒阻力系数的50%下降到17%以内，模拟较为可靠。

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40. 底心正交和三方CrOOH热分解制备氧化铬绿的研究

穆攀攀张红玲娄太平周鹏史海琴陈林明徐红彬

过程工程学报 2023, 23 (2): 272-279. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222052

摘要（105）

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羟基氧化铬(CrOOH)热分解制备氧化铬绿颜料是铬酸盐氢还原法制备氧化铬绿清洁工艺的单元之一。研究表明，CrOOH的结构对其热分解所得氧化铬绿的色度有显著影响，但CrOOH晶体结构对所得氧化铬绿色度的影响尚未有系统研究报道。本工作通过铬酸钠溶液氢还原制备得到了两种晶型的CrOOH并借助化学滴定、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)对其组成、结构、形貌和热分解过程进行了研究。以两种不同晶型的CrOOH为原料调控制备得到了不同色度的氧化铬绿颜料，借助XRD和SEM对其物相和形貌进行了表征，并使用Datacolor110色度仪测定了其色度参数。结果表明，两种CrOOH的晶体结构分别为底心正交和三方，其形貌分别呈现片状和六方片状，组成可分别写作Cr2O3?1.49H2O和Cr2O3?1.12H2O。与三方CrOOH相比，底心正交的CrOOH热分解得到的氧化铬绿颗粒尺寸更小、大小更均匀、颜色更亮更黄。最终，以不同比例的底心正交和三方CrOOH为原料，调控制备得到了多种色调的氧化铬绿颜料。

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