过程工程学报

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1. 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（919）

HTML （48）

PDF （3494KB）（726）

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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2. 锂离子电池热管理技术研究进展

李嘉鑫李鹏钊王苗陈纯闫良玉高月杨生宸陈满满赵财毛景

过程工程学报 2023, 23 (8): 1102-1117. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223094

摘要（688）

HTML （28）

PDF （13593KB）（305）

高效的电池热管理技术对于锂离子电池的安全运行、长循环使用寿命以及整体成本的降低至关重要，且对推动锂离子电池的大规模应用具有重要意义。本综述详细讨论了几种主流的电池热管理技术，即空气冷却、液体冷却、新型的相变材料冷却和热电冷却技术，并对电池产热模型进行了简要阐述，最后对电池冷却技术的发展方向进行了展望。空气冷却技术结构简单，但难以保证电池组内电芯温度的一致性，不适用于大型锂离子电池组的冷却，更多应用于小型飞行电动设备和低端车型中。冷却板液冷技术的冷却效果较好，但存在冷却液泄漏风险且需要进一步提高均温性。浸没式液冷技术的冷却和均温效果显著，但价格昂贵，未来可能会更多地应用到冷却要求较高的储能电站中，而对于大多数锂离子电动汽车而言，成本更低的冷却板液冷技术是更好的选择。相变材料冷却和热电冷却技术无移动部件，在电子设备和小型动力设备领域实现了初步商业化应用，但冷却效率较低，还需要进一步优化。值得注意的是，根据用户的需求来选择合适的冷却技术是十分关键的，虽然目前没有完美的冷却方案，但可以通过复合使用多种冷却技术的方式来满足更多应用场景的热管理需求。

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3. 生物基材料核心单体分离纯化技术研究进展

王坤纪秀玲蔺琨黄玉红

过程工程学报 2023, 23 (8): 1137-1149. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222314

摘要（275）

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PDF （2738KB）（143）

石化基材料生产消耗大量不可再生资源，并对环境造成一定程度污染。而利用可再生资源生产的生物基材料性能可以与石化基材料相媲美，符合绿色、低碳、环保的发展理念，为实现“碳达峰、碳中和”的目标提供强有力的技术支撑。近年来，随着国内外政策对生物基材料的支持，生物基材料已成为国内外争相发展的新材料，为生物基材料行业的发展提供了良好的契机。利用生物法生产的生物基材料核心单体具有生产条件温和、价格低廉、绿色环保等优点，但发酵液内成分复杂以及单体浓度偏低，导致分离难度增加，严重制约了生物基材料整个行业的发展。生物基材料生产要求单体纯度高，少量杂质会影响生物基材料的外观性能。现有的生物基材料核心单体的分离研究及应用中，充分发挥化工分离技术的优势，开发出了获得高纯度生物基材料核心单体的分离纯化工艺。本综述介绍了生物基材料的生产现状，综述了近年来几种应用广泛的生物基材料核心单体分离纯化技术的研究进展，分析了目前分离技术的优缺点，最后对生物基材料核心单体分离纯化技术的发展趋势进行了展望。

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4. 新能源电池领域导电剂技术的研究与产业化

袁佩玲丁星星郭鹏张彩丽胡锐

过程工程学报 2023, 23 (8): 1118-1130. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223115

摘要（265）

HTML （4）

PDF （2082KB）（98）

二次电池已经被广泛开发并应用于各种领域，如大规模储能、便携式电子设备和电动汽车。作为锂离子电池的重要组成部分，主要通过构建导电网络来增加和保持电极的电子导电性，从而有效改善电池的电化学性能。导电剂虽然在锂离子电池成本的占比较小(2%左右)，但相比于数十万亿级别的锂离子电池产业，导电剂也随之成为了千亿级别的产业。目前，主流导电剂为炭黑类、导电石墨类、气相生长碳纤维(VGCF)、碳纳米管和石墨烯。其中，炭黑类、导电石墨类和VGCF作为传统导电剂，其在活性物质间可形成点、线接触式导电网络；碳纳米管和石墨烯属于新型导电剂材料，其可分别形成线、面接触式导电网络。相对于单一导电剂，复合导电剂可使不同导电剂之间产生协同效应，从而表现出更优异的性能，因此新型导电剂与传统导电剂是高度统一的关系，在成本及性能的综合考量下，未来导电剂体系将逐步从单一化走向多元复合化。此外，我国导电剂长期依赖进口，近年来一些优秀企业在制备方法和分散技术方面逐步打破工艺壁垒，加速国产化进程。本工作将讨论碳纳米材料作为导电剂用于电池领域并改善电池电化学性能的相关工作，并进一步讨论导电剂的产业化现状前景。

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5. CO ₂微气泡强化纳米碳酸钙的制备及传递-反应分析

王立恒管小平杨宁牟祖泽

过程工程学报 2023, 23 (9): 1313-1324. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222450

摘要（258）

HTML （4）

PDF （2491KB）（141）

控制碳酸钙的粒径大小和粒径分布是碳化法制备高质量纳米碳酸钙的关键。采用间歇鼓泡碳化法制备纳米碳酸钙，考察了操作参数(气体流量、初始浆料浓度)、气泡类型(普通气泡、微气泡)对碳酸化反应速率和沉淀碳酸钙的粒径大小及分布的影响规律，同时深入分析了反应过程中稳定区和突变区随气泡类型的变化规律。结果表明，在使用普通气泡时，增加二氧化碳气体流量有利于二氧化碳的吸收和碳酸钙粒径的减小；在小塔中使用普通气泡，随着初始浆料浓度增加，在低浓度下，减小碳酸钙粒径，当浓度升高到一定程度后，对反应时长和物质混合的影响会促进晶体增长，使碳酸钙粒径增加。采用微气泡后会显著减小沉淀碳酸钙的粒径，同时，二氧化碳气体流量不再影响碳酸钙的粒径分布，表明气液传质过程不再是控制步骤。

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6. 锂硫电池中多硫化锂捕获研究进展

胡婷婷刘海建陈云逸刘伶俐戴春爱韩永生

过程工程学报 2023, 23 (9): 1231-1243. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222413

摘要（257）

HTML （23）

PDF （6063KB）（198）

锂硫电池具有超高的理论比容量(1675 mAh/g)和理论比能量(2600 Wh/kg)，并且单质硫在地球中的储量丰富、价格低廉、提取过程对环境友好，因此，锂硫电池被认为是未来储能系统的理想储能单元。然而，锂硫电池在充放电过程产生的多硫化锂中间体易溶于电解液，导致电解液的黏度增加，离子导电性降低。此外，溶解的多硫化锂通过在正负极之间迁移，与锂负极发生反应，产生严重的穿梭效应，造成活性物质硫的不可逆损失，极大地降低了电池的寿命和安全性，也阻碍了锂硫电池的商业化进程。近年来人们通过物理吸附、化学作用及外场约束等策略来攻关这一难题，并取得较好的结果。本文总结了物理、化学、外场三种捕获多硫化锂方法的研究进展，讨论了每种方法捕获多硫化锂的特点及其对锂硫电池电化学性能的影响，并对其未来发展进行了展望。

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7. 多孔生物质碳材料的制备及其在超级电容器中的应用研究进展

张学民贺冠宇尹绍奇黄婷婷李金平郑健

过程工程学报 2024, 24 (2): 127-138. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223036

摘要（257）

HTML （22）

PDF （1013KB）（165）

生物质碳材料是一种绿色环保可再生的能源材料，对其高效利用对实现能源环境的可持续发展和能源绿色低碳转型具有重要意义。生物质碳材料具有多孔性、官能团丰富、比表面积大、电化学性能优异、成本低廉和可再生的特点，广泛应用于能源存储与转化、催化、吸附等诸多领域。然而，生物质碳材料的性质不仅与微观结构密切相关，而且杂原子掺杂对生物质碳材料的结构及电化学性能具有重要影响。实现生物质碳材料结构的精准调控是提高其电化学性能的有效途径。本工作全面综述了生物质碳材料的制备方法及其在超级电容器中的应用研究进展，讨论了多孔生物质碳材料结构与性能之间的关系。在此基础上，深入分析了不同条件、不同制备工艺(如材料的选择、材料的处理和活化方式)等因素对多孔生物质碳材料结构特性的影响机理及其规律；详述了多孔生物质碳材料结构特性对电化学性能的影响机制及其规律，分析了多孔生物质碳材料制备过程及其性能调控尚待完善和改进的地方。最后，指出了未来多孔生物质碳材料制备工艺及其电化学性能研究的主要发展方向。

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8. 正电子发射粒子示踪的关键技术与进展

李坤吴利芸陈平韩焱

过程工程学报 2024, 24 (4): 381-390. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223266

摘要（244）

HTML （9）

PDF （2513KB）（160）

多相流参数检测对工业过程装置的设计和优化至关重要，但其多尺度与内在复杂性限制了对多相流动过程的理解，在流动机制方面仍有许多关键问题尚未明晰。正电子发射粒子示踪(PEPT)是一种面向工业过程中复杂多相流的新型无扰、无损的核成像方法，利用γ光子探测对放射性标记的示踪颗粒进行三维动力学成像。由于γ光子具有高穿透性、不受电磁场影响等特点，使得PEPT在非透明复杂多相流检测上具有独特优势。目前主要应用于化工、食品、制药等工业领域内多相流动现象的测量和系统物理参数提取。然而，小型化示踪颗粒制备困难、多个示踪颗粒同时定位效果差等问题严重阻碍了PEPT技术的进一步应用和推广。本工作首先介绍了PEPT技术的基本原理；然后重点从示踪颗粒、算法、硬件系统、数据处理及应用等方面讨论了PEPT关键技术及其研究进展，并指出其中存在的问题和潜在的发展方向；最后，对PEPT技术的发展和应用进行总结和展望。

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9. 退役动力电池回收利用的现状及碳核算研究进展

赖志颖赖文斌林楚园何灵均林慧肖富玉钱庆荣张继享陈庆华曾令兴

过程工程学报 2024, 24 (2): 139-150. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223195

摘要（237）

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PDF （3821KB）（154）

新能源汽车行业的蓬勃发展促使动力电池报废量大幅上涨，产生数量庞大的固体废物。通过梯次利用和回收再生对退役动力电池进行再利用不仅能够实现有价金属的资源化再利用，还可降低碳排放和生产成本，是推进循环经济发展和资源集约利用的关键环节，对于落实“双碳”战略和推进生态文明建设具有重要意义。目前，研究领域内已发布大量与退役电池相关的文献和资讯，汇总行业关键信息，为业内人员提供参考十分有必要。为此，本综述立足行业现状，讨论了退役动力电池不同回收利用方式对环境和经济的影响，同时，分析回收利用现状并归纳研究进展，提出退役动力电池碳排放核算方法，指出回收的必要性和可行性，为建设无废城市和实现“双碳”目标提供借鉴。希望电池回收行业未来能够在国家的宏观调控下，结合高效绿色的回收技术和相关标准规范实现健康有序发展。

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10. 多囊脂质体研究进展

樊星岳华王晓军

过程工程学报 2023, 23 (10): 1371-1380. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222431

摘要（228）

HTML （14）

PDF （2032KB）（122）

自1983年以来，作为脂质体家族的一员，多囊脂质体(MVLs)在生物材料和医学领域逐渐引起人们的关注。多囊脂质体由于其蜂窝状的内部结构，克服了传统脂质体在亲水性药物包埋率和稳定性方面的缺点。由于MVLs内水相体积大，药物包埋率高，具有很好的缓释效果。目前文献报道的多囊脂质体的尺寸大多在10 μm以上，主要在镇痛药包埋方面取得了良好的进展。本工作综述了近年来MVLs的制备方法、表征设备、释药机制，归纳了临床研究现状、商品化产品和应用研究进展，同时还提出了MVLs在小尺寸、多样化生物医学应用和放大策略方面的挑战及未来前景。

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11. 电石渣湿法脱硫过程亚硫酸钙强制氧化及杂质影响规律

郑跃武孟子衡练领先韩吉亮赵立文王兴国邢岗朱干宇李会泉

过程工程学报 2023, 23 (12): 1725-1738. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223048

摘要（224）

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PDF （9117KB）（181）

电石渣主要成分为氢氧化钙，可以代替石灰石进行湿法烟气脱硫，但是电石渣的碱性较强，脱硫产物亚硫酸钙颗粒细小，可能会影响其氧化结晶过程。系统考察了不同工艺条件对亚硫酸钙氧化及硫酸钙结晶过程中粒径、氧化速度、含水率及微观形貌的影响规律，并得到优化的工艺条件：亚硫酸钙浓度为5 g/L，曝气量为400 mL/min，初始pH为5.5，反应温度为40℃，反应时间为4 h；在最优条件下得到了粒度大、含水率低、纯度高和形貌均匀的脱硫石膏(主要为二水硫酸钙)产品，有利于其后续的资源化利用。电石渣在酸性条件下各元素浸出的先后顺序为Na>Ca>Mg>Si>Fe>Al；在上述最佳反应条件下考察了Na, Mg, Si, Fe, Al等杂质对亚硫酸钙的氧化过程及硫酸钙结晶的影响，结果表明，Mg, Si, Fe对亚硫酸钙氧化速率有明显促进作用，而Al, Na抑制亚硫酸钙氧化；同时添加杂质Si对硫酸钙结晶几乎无影响，添加杂质Mg, Fe, Na对硫酸钙结晶影响较小，而添加杂质Al对硫酸钙结晶有明显不利影响。本研究以电石渣基亚硫酸钙为原料，开展了亚硫酸钙氧化与二水硫酸钙结晶研究，为工业实际电石渣脱硫的强制氧化过程提供理论指导。

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12. 弗氏盐法废水除氯产物资源化及二次利用进展

顾云储鹏葛冬冬黄寿强蒋敏吕红映张文欣吕杨杨吕扬张雅珩

过程工程学报 2024, 24 (2): 151-161. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223122

摘要（217）

HTML （7）

PDF （1474KB）（118）

废水中高浓度氯离子不仅会腐蚀工业设备，还易污染水环境。目前，已报道了一系列去除废水中氯离子的技术，如膜分离或浓缩、蒸发结晶、化学沉淀、吸附、离子交换、电解、氧化和溶剂萃取等。化学沉淀法在设备投资和可操作性等方面具有较大的优势，其中，相对于基于银、铜或铋等除氯方法，弗氏盐沉淀除氯法因所用原料来源广、价格低而得到广泛研究。但弗氏盐沉淀除氯后会产生大量的化学污泥，这些污泥主要含有弗雷德盐(3CaO?Al2O3?CaCl2?10H2O)、加藤石[Ca3Al2(OH)12]和氢氧化钙等，成分复杂，循环再生难。为使弗氏盐沉淀除氯法能够推广应用，对其除氯产物，特别是其中的弗雷德盐进行资源化再利用至关重要。本工作在介绍弗雷德盐成分结构特性的基础上，通过比较弗雷德盐不同制备方法，突出弗氏盐沉淀法(如超高石灰铝法和钙铝石法)既能去除氯离子又能得到弗雷德盐的优势。根据弗雷德盐含铝和钙成分和层状双金属氢氧化物结构特性，可进行有效的资源化利用，包括去除各类重金属阳离子(如Cu2+, Cd2+, Co2+, Zn2+, Pb2+)和含氧阴离子[如Sb(OH)6-, AsO43-, SeO42-, CrO42-)，并制备聚合氯化铝混凝剂、作为污泥脱水调理剂等，这些用途都具有广阔的应用前景，为弗氏盐沉淀除氯法的进一步发展提供借鉴和探索方向。

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13. 复杂氧化铜矿浮选活化剂研究进展

汪浩翔申培伦蔡锦鹏贾晓东彭蓉刘殿文

过程工程学报 2023, 23 (10): 1381-1389. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222336

摘要（190）

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PDF （5380KB）（126）

铜因其优异的物理化学性能而在工业中得到广泛应用。目前，随着硫化铜资源的枯竭，氧化铜资源的开发利用逐渐成为研究的重点。氧化铜矿作为铜金属的最主要来源之一，其有效回收的关键是活化过程。然而由于易选铜矿物的逐渐减少，且现存氧化铜矿资源呈现出氧化率高、矿物组成复杂、易泥化等特点，致使选别过程较为困难。经典的硫化-黄药浮选法无法满足目前复杂氧化铜矿资源的选别要求。此外，活化剂作用于矿物表面的机理以及对活化产物晶体结构的解释不明确，在一定程度上制约了氧化铜矿分离理论和方法的发展。近年来，针对复杂难选的氧化铜资源，多种新型活化剂或者组合活化剂已见诸报端，在一定程度上解决了复杂氧化铜矿难选的问题。本工作通过梳理近年来氧化铜矿活化剂发展脉络，重点综述了新型活化剂以及新型活化方法的应用及活化机理，旨在丰富氧化铜矿高效浮选理论体系，为生产实践提供参考。

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14. 耦合传质的CO ₂气泡上升过程数值研究

裴东号曾乐翔高梦蝶阮锦程曹军

过程工程学报 2023, 23 (9): 1244-1255. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222385

摘要（183）

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PDF （15818KB）（138）

利用Volume of Fluid (VOF)法对静止水中CO2气泡的上升过程进行数值模拟，采用自定义程序考虑传质过程，研究了不同初始直径的气泡上升过程中瞬时速度、传质系数、CO2溶解量以及气泡传质尾迹的变化。结果表明，气泡上升过程中横向速度周期性变化并且随着气泡初始直径增大，振荡幅度减小，而纵向速度随气泡初始直径增大而增大。在初始直径3.5~6 mm的范围内，随着气泡初始直径增大CO2溶解量增大，其尾流表现为对称态、过渡态及周期性脱落三种状态。初始直径3.5~6 mm的气泡尾流发生转变的临界Re随着气泡初始直径增大而增大，其尾流周期性脱落的频率为17~22 Hz，且脱离频率随气泡初始直径增大而减小。气泡尾流与传质尾迹保持一致，随着气泡初始直径增大，气泡传质尾迹影响的范围也增大。

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15. 基于串级模糊自适应PID的蒸发器温度控制系统设计

孙军张典黄青山田亮常天奇刘琪

过程工程学报 2023, 23 (9): 1290-1299. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222320

摘要（179）

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PDF （1561KB）（132）

蒸发器温度控制存在时变性、非线性和滞后时间长等特性，传统控制方法难以实现温度的精确控制。通过对蒸发器的生产过程进行分析，提出了一种基于串级模糊自适应比例-积分-微分(PID)的蒸发器温度控制方法，将模糊控制理论和串级PID控制理论相结合，建立了主回路和副回路的模糊自适应PID控制连续功能图(CFC)，实现了对蒸发器温度控制的主回路和副回路PID参数的实时修正。采用SMPT-1000仿真设备和西门子PCS7过程控制系统的研究结果表明：PID参数实时修正后，比例参数加快了系统响应速度，积分参数减小了系统的偏差，微分参数起到了超前控制作用；温度响应的调节时间缩短二分之一，最大偏差降低幅度超过五分之四；温度提升负荷的调节时间缩短幅度超过五分之三，最大偏差降低幅度超过五分之四；过热蒸汽干扰的恢复时间缩短幅度超过二分之一，最低和最高温度偏差降低幅度超过十分之一。与传统串级PID控制方法相比，串级模糊自适应PID控制具有调节时间短、超调量小、鲁棒性好等优势，克服了传统串级PID的不足，为解决蒸发器温度精确控制提供了一种有效途径和方法。

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16. 空气过滤用静电纺纳米纤维膜的制备及性能研究

程思敏钱付平朱晨陈路敏董伟仲怀玉

过程工程学报 2024, 24 (5): 599-608. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223252

摘要（178）

HTML （1）

PDF （4750KB）（54）

为了开发高效低阻的空气过滤用纤维膜，采用静电纺丝的方法制备了聚丙烯腈(PAN)静电纺纳米纤维膜。通过改变PAN浓度及静电纺丝时长，得到了不同形貌及过滤性能的静电纺纳米纤维膜。结合场发射扫描电子显微镜等表征方式和过滤性能测试台对静电纺纳米纤维膜形貌及过滤性能进行测试与分析，获得性能最优的PAN静电纺纳米纤维膜的制备参数如下：PAN浓度为9wt%，静电纺丝时长为5.0 h。此条件下制备的静电纺纳米纤维膜厚度为0.0240 mm，平均纤维直径为396 nm，PM2.5过滤效率为99.99%，过滤压降为67 Pa，品质因子最高，为0.137 Pa-1。

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17. 磁性活性炭制备及其在水处理中的研究进展

汪前雨张玉明崔彦斌

过程工程学报 2024, 24 (3): 259-272. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223228

摘要（175）

HTML （8）

PDF （2257KB）（150）

活性炭具有比表面积高、孔隙结构发达、表面官能团丰富、化学性质稳定等优点，是水处理中常用的吸附剂。吸附饱和的活性炭需从水中分离并进行再生处理以供重复利用。但传统分离方法耗时长、收率低、成本高，难以高效地将吸附饱和的活性炭从水中分离，在一定程度上限制了活性炭在水处理中的应用。通过对活性炭进行赋磁处理可制备得到吸附容量高、易于分离回收的磁性活性炭。同时，磁性活性炭具有良好的催化活性，可用于在高级氧化反应中高效降解水中有机污染物。因此，磁性活性炭在水处理领域具有广阔的应用前景。本工作主要介绍了磁性活性炭制备方法、微观结构和物化性质，综述了磁性活性炭在污水治理方面的研究进展，总结了磁性活性炭的吸附特性和再生方法，并对磁性活性炭在水处理中的发展趋势进行了展望。

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18. CO ₂环加成过程中副产物溴乙醇的催化转化研究

高瑞斌易礼鑫杨子锋董丽刘一凡郭洪范李雨浓

过程工程学报 2023, 23 (11): 1518-1529. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222468

摘要（171）

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PDF （1824KB）（164）

CO2是温室气体之一，其在大气中快速大量积累直接导致了全球变暖和生态破坏等环境问题。从可再生碳资源利用的角度来讲，CO2是广泛存在、价廉易得的C1资源。以环氧乙烷(EO)和CO2为原料生产碳酸乙烯酯(EC)的工艺，具有高“原子经济”和“绿色化学”的优势，为C1资源的化学利用提供可行的工业方案。卤素离子型催化剂是该环加成反应的传统催化剂，但在反应过程中，催化剂中卤离子流失，生成副产物卤代醇分子，从而影响主产物碳酸乙烯酯的收率、增加了分离难度和对设备的要求。因此，开发理想的催化体系，将副产物卤代醇抑制并转化、促使其正向消耗十分必要。本工作设计开发了系列弱碱性离子液体，以溴乙醇(BE)为研究对象，在环加成反应条件(温度130℃、CO2压力3 MPa、反应时间3 h)下，添加弱碱性离子液体，实现了溴乙醇的原位转化。考察了不同的反应条件和不同碱性离子液体对溴乙醇转化的影响，包括离子液体种类、反应温度、压力环境、反应时间等因素，揭示了溴乙醇转化的反应规律，其中[Bu4P][HCO3]的效果最好；采用气体氛围和溶剂微环境调控不同反应路径，使BE的转化率可达20%~50%，添加EC后含溴共价键副产物减少，更有利于溴离子的生成。将卤素共价键转化为卤素离子，使环加成反应体系恢复了部分催化活性。该方法简单易行，能够实现CO2环加成的副反应路径的原位调控，完善CO2资源化利用体系，促进卤素离子的循环，具有重要的科学意义和应用价值。

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19. 基于OpenFOAM的精馏塔内气液两相流传热传质模拟

焦云鹏周晓庆陈建华

过程工程学报 2024, 24 (4): 391-402. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223180

摘要（170）

HTML （7）

PDF （4117KB）（84）

对于精馏塔内的多相传质过程，计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)不仅可用于模拟流动现象，而且可以用于研究传热传质过程及其与流动的相互作用规律。基于之前精馏塔板气液流动模拟的研究工作，本研究应用OpenFOAM平台的多相流求解器，考虑了能量方程与组分输运方程，构建了精馏体系的传热传质模型，分别对环己烷-正庚烷理想体系与乙醇-水非理想体系进行了模拟，并分析了塔板上气液两相流动、组分浓度及温度等参数的分布规律。对于理想体系，理想溶液传质模型能够较准确地预测多层塔板上的温度及浓度场；对于非理想体系，需要在理想溶液传质模型的基础上引入活度系数模型，为此对比了UNIQUAC与NRTL两种活度系数模型的效果。在当前模拟框架下，引入活度系数模型有助于提升非理想体系温度场与浓度场的模拟精度，两种活度系数模型预测的整体趋势与文献结果基本一致，但在数值上UNIQUAC模型与文献结果吻合更好。此外，气液两相流场与浓度场分布的对比分析表明，液相的循环流动能够提升塔板的局部传质效率，导致液相入口与塔板堰处的效率高于塔板中心，但是循环区域内气液两相无法及时更新，将导致塔板整体传质效率下降。以上研究有望用于精馏塔板的设计与优化，为提高精馏塔传质效率、降低精馏能耗提供指导，对于其他气液两相流的CFD传热传质模拟也具有参考价值。

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20. 熔池对流对废钢熔化过程影响数值模拟研究

周小宾滕宇汪万行岳强朱正海

过程工程学报 2023, 23 (9): 1256-1267. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222403

摘要（162）

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PDF （24471KB）（86）

随着我国环保要求日益严格和废钢量的增加，转炉炼钢过程中对废钢的使用量将逐渐增加。因此，大量废钢加入转炉后废钢的熔化将是一个非常重要的问题。熔池中碳含量、熔池温度和熔池流动是影响废钢熔化的重要因素。本工作以废钢在铁水熔池中的熔化实验过程为研究原型，利用数值模拟方法对废钢熔化过程中熔池流动对废钢熔化的影响进行研究，主要考察了熔池自然对流和强制对流对废钢熔化过程的影响规律。结果表明，废钢浸入熔池后，熔池和废钢间的温差使界面附近区域产生自然对流，界面处的流动可以加速熔池和废钢间的传热，并驱动高碳铁水向熔化界面运动，加速熔化过程。废钢初始温度升高，熔池中产生的自然对流强度下降。当熔池中流动为强制对流时，废钢熔化速率大大提高。熔化进行到5 s时，初始温度为25℃时的废钢棒熔化速率为107 mm3/s，而初始温度为1000℃时的废钢棒熔化速率仅为50 mm3/s，不到前者的50%。在15 s时刻，自然对流作用下废钢熔化剩余量为1054 mm3，是驱动速度0.15 m/s下的2.3倍；在10 s时，强制对流驱动速度0.15 m/s时废钢的熔化速率约为自然对流下的1.8倍。

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21. 狭缝孔锥形分布板对流态化反应器内部流动特性的影响

王天成陈功王德喜邵立新

过程工程学报 2023, 23 (10): 1390-1400. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222472

摘要（158）

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PDF （1471KB）（109）

针对目前污水处理流态化反应器存在液相返混、液固混合不均的问题，设计了一种开有狭缝孔的锥形分布板，该分布板上单孔的开孔面积由反应器中心向反应器外侧逐渐增加，并采用欧拉-欧拉多相流模型、RNG k-ε湍流模型对狭缝孔锥形分布板进行数值仿真计算。结果表明，狭缝孔锥形分布板能够使反应器内部形成多个环核流流动，强化液固两相之间的混合。此外，狭缝孔锥形分布板能够使反应器内部的颗粒均布，避免颗粒在反应器壁面附近聚集，且颗粒能够获得较高的循环速度。综合评估颗粒体积分数、流速和床层密度标准差等参数，狭缝孔锥形分布板的狭缝孔的最佳开孔方式为垂直于中心轴线方向，最佳锥角为120°。

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22. 红土镍矿硫酸浸出液中和除铁过程Ni ²⁺和Mg ²⁺损失机理及强化分离研究

蒋昊滕鑫罗骏莽昌烨李新冉孙文豪

过程工程学报 2023, 23 (11): 1558-1567. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223055

摘要（154）

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PDF （8323KB）（146）

中和沉淀工艺常用于去除红土镍矿酸浸液中的铁、铝、铬等杂质，这一过程中常伴随镍、镁等金属离子的损失。本工作研究了红土镍矿硫酸浸出液中和除铁过程中Ni2+和Mg2+的损失，提出了有价金属离子的损失机制。研究表明，固定模拟浸出液Ni2+和Mg2+浓度条件，随模拟浸出液中Fe3+浓度增大，中和沉淀过程中Ni2+和Mg2+的损失率分别在9.13%~23.23%和9.79%~15.68%左右；固定模拟浸出液Fe3+浓度条件，随着模拟浸出液中Ni2+和Mg2+浓度的提高，二者的损失率逐渐降低。根据溶液化学计算与实验证实，中和沉淀过程中SO42-与Fe(OH)3胶体形成一元和二元配合物，其中一元配合物中SO42-的孤对电子与Ni2+或Mg2+成键而发生吸附，从而导致溶液中Ni2+和Mg2+与SO42-被Fe(OH)3胶体共吸附而损失。在中和沉淀过程中分别加入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇(PEG)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)等表面活性剂后均能有效限制SO42-与Ni2+或Mg2+的结合，强化Fe3+的选择性沉淀。当三种表面活性剂的浓度均为2×10-5 mol/L时，Ni2+在中和沉铁过程的保留率可达95%左右，Mg2+可达100%。

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23. 流固耦合对微尺度下气体扩散层液态水流动的影响

王杰敏张赛王庆泰王宪军

过程工程学报 2023, 23 (12): 1627-1636. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223096

摘要（152）

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PDF （1468KB）（72）

提出了一种重构碳纤维气体扩散层(GDL)微观结构的新方法，用于研究粗糙孔隙通道内速度场对GDL渗流量的影响。利用粗糙元和分形理论得到GDL内部孔隙通道随机分布模型，通过区分通道壁面亲/疏水性，得出了弥散速度占比、滑移增强系数、黏性增强系数和微尺度效应增强系数四种参数，并以此作为控制因素重构更加准确的内部速度分布，结合Darcy定律得到有效渗流系数模型。对GDL孔隙通道内部液态水的流动过程进行模拟，分析了不同粗糙度和接触角对液态水传输性能的影响。研究结果表明，孔隙通道粗糙元随机分布和不均匀流固耦合作用影响扩散层内部弥散速度、黏性、滑移速度的分布，四种控制因素共同作用于液态水的流动过程并促进液态水排出；相同粗糙度情况下，接触角为0o~180o时，亲水壁面滑移效应的促进作用大于弥散效应和黏性的抑制作用的程度逐渐增加，疏水壁面滑移效应的促进作用大于弥散效应和黏性的抑制作用的程度逐渐减小，流量变化曲线的斜率先显著增加后逐渐减小。新建立的扩散层内部液态水有效渗流系数模型可准确描述GDL内部液态水的流动规律，对GDL内部水管理具有一定的指导意义。

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24. 障碍微通道内气液两相流运动特性

霍元浩杨刚张会臣

过程工程学报 2023, 23 (12): 1617-1626. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222454

摘要（149）

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PDF （5399KB）（143）

微通道内障碍对气液两相流压力降和气泡形状具有显著影响。采用实验和数值模拟的方法探究了微通道内障碍位置对氮气/水气液两相流运动特性的影响，分析了不同气液流量条件下障碍微通道内压力降和气泡长度的变化规律。结果表明，障碍微通道内压降高于无障碍微通道，当障碍位于中心位置时，压降最大，这是由于障碍后产生涡流所致，且压降与涡流长度正相关；障碍微通道气泡长度相对于无障碍通道变化均在25%以内，且随着障碍趋近于中心位置，气泡长度变短；不同工况条件下气泡通过障碍时的形状变化呈现三种现象：回缩不发生破裂、回缩发生破裂和不回缩直接破裂。回缩不发生破裂时，回缩长度随毛细数增大而增大；回缩发生破裂时，回缩长度随毛细数增大而减小；回缩长度减小到0时，变为不回缩直接破裂。回缩长度的变化范围随着障碍趋近于中心位置逐渐变大。通过所有障碍过程中，不同工况条件下展现出不同的破裂与合并规律。数值模拟揭示了障碍后产生旋涡长度不同导致压降不同，在气泡破裂瞬间压力存在剧烈变化。通过障碍时，气泡形状的变化源于其周围液相流速的变化，障碍两侧子通道内的速度不同决定两子气泡经过障碍后的不同规律。

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25. 基于疏水离子配对法制备奥曲肽缓释微球的研究

朱裕韦祎隋东霖刘静璇巩方玲马光辉

过程工程学报 2023, 23 (12): 1646-1656. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223064

摘要（149）

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PDF （3357KB）（71）

奥曲肽(OCT)在临床上常被用于治疗肢端肥大症、胃泌素瘤等神经内分泌肿瘤以及食管胃底静脉曲张破裂出血等疾病，应用广泛。由于OCT半衰期较短，对于治疗肢端肥大症等需要长期用药的疾病，患者需要频繁给药，这导致顺应性差，因此亟须开发一种能够提高病人依从性的长效缓释制剂。此外，奥曲肽是极易溶于水的小分子多肽药物，在制备微球的过程中易逃逸至外水相，导致微球载药量和包埋率低。本工作采用疏水离子配对(HIP)法制备了HIP-OCT复合物，考察了电荷比、pH值、温度对复合物结合率的影响，并对复合物的水溶性、解离率进行检测，从四种复合物中筛选出结合率93.77%，水溶性9.31%，解离率92.10%的十二烷基硫酸钠-奥曲肽(SDS-OCT)为最优复合物。该复合物改变了OCT的亲水性，克服了OCT在传统复乳法中包埋率低的难点。采用O1/O2/W复乳法结合快速膜乳化技术，在抽负压固化、药物浓度80 mg/mL、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)浓度200 mg/mL的条件下制备了均一SDS-OCT复合物PLGA微球，粒径为28.02 μm，Span值为0.776，载药量为6.51%，包埋率为72.00%。制备的SDS-OCT复合物微球体外加速释放基本符合零级释放的趋势，累计释放度接近100%；体内药效实验表明该微球在一个月内具有稳定的长效缓释作用。

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26. 低浓度表面活性剂对蒸发固着液滴颗粒沉积形态影响的实验研究

吴楚越何永清陈曦

过程工程学报 2023, 23 (8): 1180-1189. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222355

摘要（149）

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PDF （40639KB）（120）

调节液滴蒸发后的沉积形态存在许多应用与潜在价值。以聚苯乙烯颗粒配置悬浮液，加入表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)，进行液滴蒸发的观察与分析，探究浓度为0wt%~1wt%的SDS对聚苯乙烯颗粒悬浮液液滴蒸发的过程及蒸发后沉积形态的影响。结果表明，实验的浓度范围内，随SDS浓度增加，液滴接触角非线性减小；加入SDS后，受表面张力梯度的驱动，液滴会自发向外铺展，最大铺展系数与SDS浓度呈正相关。液滴铺展过程较短，大约只占液滴整个蒸发过程的1/5~1/3。采用灰度共生矩阵分析加入SDS后对咖啡环内部的沉积形态的影响可知，SDS不仅能调节液滴沉积的环宽，还会减少沉积中间部分颗粒的聚集，沉积纹理更均匀(SDS浓度为0wt%与0.1wt%时两种沉积形态对比最明显)；SDS浓度的增加会使液滴内Marangoni流动更加剧烈，沉积的环宽随SDS浓度增加而变宽，当SDS的浓度高于0.75wt%后，环状沉积不再明显，颗粒大部分均匀分布在整个沉积区域，形成盘状沉积，说明SDS对环形沉积的环宽调节存在上限；比较直径为5.7和10 μm颗粒沉积的环宽随SDS浓度变化以及与咖啡环沉积面积占比的最大值(直径为5.7 μm时约为58.6%，直径为10 μm时约为44.6%)可知，SDS对不同直径的颗粒的沉积形态的影响存在差异。

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27. 不同构型挡板搅拌槽内液-液分散特性

覃华龙郭梦珂巩向阳田义群彭春雪张庆华杨超

过程工程学报 2023, 23 (8): 1173-1179. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222397

摘要（145）

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PDF （20993KB）（82）

以水和煤油为研究体系，利用数值模拟方法研究了标准挡板(Standard Baffle, SB)、标准穿流挡板(Standard Punched Baffle, SPB)和之字形穿流挡板(Zigzag Punched Baffle, ZPB)搅拌槽内液-液分散特性。结果表明，采用之字形穿流挡板可有效降低搅拌槽内挡板后方的死区。随着搅拌转速增加，三种挡板搅拌槽的搅拌功耗逐渐增大，煤油液滴直径逐渐减小。在相同搅拌转速下，之字形穿流挡板搅拌槽内液滴直径均小于标准挡板和标准穿流挡板。随着搅拌转速增加，ZPB和SPB搅拌槽内的液滴直径与SB搅拌槽的差距均呈现先增大后减小的趋势，当搅拌转速为400 r/min时，差异最大。此时，相较于SB搅拌槽，SPB和ZPB搅拌槽内液滴直径分别减小18.16%和36.87%。

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28. 凹壁面切向射流近壁面单颗粒尾流特性的大涡模拟

张静侯文浩周承昊田志国龚斌

过程工程学报 2023, 23 (11): 1497-1505. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223019

摘要（144）

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PDF （6139KB）（254）

采用大涡模拟研究了凹壁面切向射流作用下近壁面圆球型颗粒对流体流动特性的影响，模拟获得的尾涡结果与实验示踪剂图像吻合较好。研究了颗粒尾流的涡旋结构及其演变过程，考察了雷诺数Re=700~10 000时颗粒周围速度、涡量及流线变化。结果表明，随着雷诺数增加，颗粒的影响区域涡量增强，涡量的峰值始终出现在颗粒迎流面，颗粒后侧的回流区显著收缩。Re≥2000时在射流展向颗粒后侧存在两个尾涡，流体的切向速率和涡量均发生周期性波动。对颗粒的升力和阻力进行了监控，Re=2000时旋涡脱落频率对应的斯特劳哈尔数St=0.000 854，升力功率谱中峰值对应的St=0.001 52；Re=10 000时阻力功率谱没有发现峰值，升力功率谱中峰值对应的St=0.008 74。

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29. 回转窑内煤粉燃烧影响因素数值模拟

王燕鹏刘义伦李和平李明飞郭秀珍章思超

过程工程学报 2023, 23 (11): 1587-1598. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222400

摘要（143）

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PDF （9523KB）（148）

为提高回转窑内煤粉燃烧效率，实现回转窑的节能运行，建立了回转窑内煤粉燃烧数学模型。通过控制单一变量和设计多指标正交试验工况，研究了空气过剩系数、煤粉粒径、旋流角度、内外风量比4个因素对回转窑内煤粉燃烧的影响，得到了最优操作参数组合。结果表明，随着空气过剩系数和煤粉粒径增大，火焰长度增大、火焰直径减小，火焰变得细长。随着旋流角度增大，火焰形状变短变粗。随着内外风量比增大，火焰长度先增大后减少、火焰直径先减少后增大。四个因素按影响程度从高到低排序依次为煤粉粒径、内外风量比、空气过剩系数、旋流角度。回转窑内煤粉燃烧的最优操作参数组合为空气过剩系数1.1、煤粉粒径40 μm、旋流角度25°、内外风量比0.9。相较原始工况，优化工况的火焰长度和火焰直径分别增大了8.9%和13.9%。

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30. 基于EDEM的强力混合机混匀效果数值模拟研究

高旭雷杰狄瞻霞刘山平宋云峰龙红明

过程工程学报 2023, 23 (11): 1530-1540. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222459

摘要（142）

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PDF （36544KB）（161）

原料混匀效果是影响球团质量和生产效率的重要因素，强力混合机作为核心混匀设备，合适的运行参数可使混合的物料达到最佳混匀效果。工业上一般以检测球团的基础性能指标来替代物料的混匀效果，造成检测流程长、误差大，并且无法直观获得物料运动轨迹和分散效果。本研究采用SOLIDWORKS软件建立了强力混合机模型，利用EDEM离散元软件模拟了物料在反应器中的运动行为，研究了混合机转子、筒底、筒壁的旋转方式以及物料的填充率等因素对混匀效果的影响。结果表明，提升转子转速能够显著改善混匀效果，但是转速达±48 r/min时提升转速对混匀效果的改善不明显；加入筒底的旋转能够突破双转子旋转时的速度阈值，并且筒底在较低转速+30 r/min时即可大幅度提升混匀效果；相反地，加入筒壁的旋转会产生堆积效应，抑制了颗粒的分散，从而降低了混匀效果；填充率过高不利于转子叶片位置以上的物料分散，其中填充率为60%时混匀效果最佳。综合考虑了企业球团生产和混合设备运行性能要求，给出了合理的运行参数：转子转速±30 r/min、筒底转速+30 r/min、筒壁转速0 r/min和填充率60%。

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31. 旋流器结构对主吸收塔内流动特性的影响

杨展玉尹琦岭王团亮李玉阁宋文明张玉福闫渊魏利平

过程工程学报 2023, 23 (10): 1401-1410. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222384

摘要（142）

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PDF （17878KB）（131）

高含硫天然气净化主吸收塔需要定期堆焊修复腐蚀部位，修复前后各需采用内燃法整体热处理技术进行消氢、消应处理。旋流器布置对空气分布及热处理过程中火焰调控具有重要影响，本工作分别对双级旋流器、单级旋流器I和II在吸收塔内的流动特性进行了模拟。结果表明，双级旋流器上方未产生明显回流区且速度分布均匀，内外两侧旋流叶片上方均产生较大的切向速度，空气入口速度为9.8 m/s的工况下产生的最大切向速度为8.33 m/s，其次为单级旋流器II的4.5 m/s和单级旋流器I的3.12 m/s。双级旋流器对应的塔内压降变化最小，证明其可有效产生低阻旋流场，且对应的塔底流线占比随气体质量流量变化可保持平稳，约为14%，与塔底壁面占塔体总表面积的百分比一致，能保证足够的气体介质回流塔底，促进气体对流。双级旋流器对应的90%塔内停留时间随气体质量流量增大而线性增长。总体上，双级旋流器的旋流效果优于其他两种旋流器，本研究可为内燃法整体热处理工艺旋流装置的优化设计提供参考。

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32. 千瓦级铝空电池用含Ti阳极材料的研究

徐聪房新月孔敏王瑞智张钧卢广玺胡俊华关绍康

过程工程学报 2023, 23 (8): 1131-1136. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223107

摘要（140）

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PDF （27370KB）（62）

随着科学技术的发展，现代工业与社会发展对电力能源的依赖程度越来越高，先进高效的能源转换技术是发展的关键，新型大功率燃料电池(如铝空气电池)因其具有能量密度高(理论能量密度8100 Wh/kg)、储量丰富、生产成本低、环保无毒等优点而受到众多学者的青睐。本工作通过对千瓦级铝空电池用含Ti阳极材料的系统研究，探明了不同Ti含量(0.03wt%, 0.05wt%, 0.08wt%和0.10wt%)对千瓦级铝空电池用Al-Mg-In阳极材料微观组织、腐蚀行为、电化学行为和放电行为的影响规律。结果表明，随Ti含量增加，Al-Mg-In阳极中纤维状晶粒逐渐细化，晶粒组织逐渐均匀，晶界数目增多，可以为铝空电池提供更多的反应面积。阳极材料的放电反应通道较多，放电活性也随之升高，有助于铝阳极工作电压提升。当Ti添加量超过0.05wt%时会导致Al-Mg-In阳极板材中第二相颗粒数目增多，第二相与基体之间形成“原电池”，加速合金腐蚀，晶界局部溶解从而造成合金耐蚀性能下降，放电性能降低。因此，添加0.05wt% Ti的Al-Mg-In合金具有最佳的耐蚀性和电池放电性能，说明适量的Ti可以优化铝空气电池的性能。

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33. 代谢工程改造大肠杆菌生产戊二酸

张芝兰高聪郭亮陈修来魏婉清吴静宋伟刘立明

过程工程学报 2023, 23 (9): 1340-1350. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222453

摘要（137）

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PDF （2028KB）（117）

戊二酸是一种重要的中间体，在化工、农业和医药等领域有着广泛的用途。目前，戊二酸的生物合成途径存在合成路径冗长、辅因子消耗多和产物得率低等问题。为开发高效的戊二酸合成方法，将酶工程和代谢工程相结合，构建了一条以葡萄糖为底物生产戊二酸的新途径。首先，通过数据库挖掘设计了一条由赖氨酸α氧化酶(LO)、单胺氧化酶(MAO)、α-酮酸脱羧酶(KDC)和醛脱氢酶(ALDH)组成的新型催化途径，引入赖氨酸生产菌株E. coli CCTCC M2019435后实现了戊二酸的从头合成；为进一步提高该路径的合成效率，针对路径的限速酶KpALDH进行理性分析和蛋白质改造，使酶的催化效率提高了66.5倍；在此基础上，通过代谢工程强化限速酶KpALDH的表达并阻断副产物乙酸代谢支路，使戊二酸得率提高了2.0倍；最后，优化戊二酸发酵条件，发酵结束时戊二酸产量提高到62.0 g/L，生产强度和得率分别达到1.6 (g/L)/h和0.3 g/g葡萄糖。

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34. 基于相似原理的超细粉体搅拌功率的实验和DEM数值模拟

陈荟刘雪东刘文明郑蔚文张红红吕开新

过程工程学报 2023, 23 (11): 1506-1517. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222421

摘要（137）

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PDF （2454KB）（147）

采用实验研究和数值模拟相结合的方法，研究机械式粉体搅拌机内超细粉体搅拌过程的搅拌功率、扭矩的变化规律。对平均粒径为10.56 μm的轻质碳酸钙粉体进行搅拌实验，研究了机械式粉体搅拌机内的操作参数，包括搅拌转速、桨叶位置、料面高度的变化对超细粉体搅拌功率和扭矩的影响，拟合得出了功率计算的表达式。利用相似原理放大粉体细颗粒，对放大的粗颗粒进行虚拟实验，获得接触参数；对粗颗粒搅拌过程进行DEM数值模拟，将模拟搅拌功率和扭矩的结果与实验结果进行比较。结果表明，机械式粉体搅拌机内超细粉体搅拌功率消耗与搅拌桨转速、桨叶位置、料面高度等参数密切相关。同时，扭矩值与功率值与搅拌桨转速、料面高度呈正相关，与桨叶位置呈负相关。模拟的扭矩值和功率值与实验的扭矩值和功率值比值与颗粒放大因子基本吻合，验证了相似原理应用于研究桨叶位置和料面高度对搅拌功率特性的影响的准确性。

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35. 矿焦耦合反应对焦炭溶损行为的影响

韩嘉伟孙洋窦明辉郭瑞孙章

过程工程学报 2024, 24 (1): 27-35. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223117

摘要（136）

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PDF （2960KB）（61）

“双碳”目标对高炉低碳冶炼提出了更高的要求，从矿焦耦合反应入手评价焦炭质量对理解焦炭在高炉内反应行为、降低高炉碳排放具有重要意义。为了探究矿焦耦合反应过程中焦炭的溶损行为，利用自制支撑式大型热重检测装置对两种具有不同热态性能的焦炭与烧结矿、焦炭与球团矿进行矿焦耦合实验，分析矿焦耦合反应过程中矿石还原度及焦炭碳素溶损率，并对反应前后焦炭的尺寸、光学组织结构、气孔结构进行检测。结果表明，焦炭与球团矿耦合反应的总失重率大于焦炭与烧结矿耦合反应的总失重率，而且焦炭的碳素溶损率和矿石还原度呈正线性相关，提炼拟合方程斜率k值为耦合反应参数以表征矿焦共同反应的耦合程度；焦炭与球团矿耦合反应的k值是焦炭与烧结矿耦合反应的k值的1.94~2.69倍，提高矿石还原性可以增加矿焦反应耦合程度，加剧焦炭表面孔壁溶蚀，导致焦炭溶损缩核程度增加，但可以减弱矿焦耦合反应对焦炭内部光学组织的侵蚀；而提高焦炭反应性则降低了矿焦耦合反应的k值，矿焦反应耦合程度减弱，能够缓解矿焦耦合反应对焦炭气孔溶损行为的影响，减小焦炭的溶损缩核程度，但是会加剧对焦炭内部光学组织的侵蚀。因此焦炭与矿石的性能相匹配才能表现出较高的耦合程度，减缓焦炭强度降级，从而提高高炉效率。

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36. 毫米级菱镁矿颗粒流态化热分解反应行为及其动力学特性研究

高峰付亮亮白丁荣许光文

过程工程学报 2023, 23 (10): 1435-1445. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222470

摘要（135）

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PDF （5290KB）（86）

流态化热分解毫米级菱镁矿颗粒是提高和促进小颗粒菱镁矿资源利用的有效途径，但有关基础研究尚处于空白阶段。对此，本工作选取粒径范围为0.3~3 mm的四种颗粒样品，利用直径为30 mm的实验室流化床反应器结合在线质谱分析仪，研究了不同温度下菱镁矿颗粒流态化热分解行为。结果表明，菱镁矿颗粒热分解速度随床层温度升高和粒径减小而加快。随着颗粒粒径增大，反应界面缩小，活化分子减少，表观活化能减小。随着反应程度加深，热分解反应控制机理逐渐由化学反应控制向颗粒内扩散和传热控制转变。本研究揭示了毫米级菱镁矿颗粒流态化热分解行为，对开发新型流态化制备菱镁矿颗粒热分解产品提供基础数据支持，对高温流态化制备毫米级尺寸高密度重烧镁砂技术也具有重要的参考价值。

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37. 浮选过程中壳聚糖及其衍生物的抑制机理研究进展

张鹏鹏杨诚龙红明高翔鹏李明阳

过程工程学报 2023, 23 (8): 1150-1160. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222217

摘要（135）

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浮选作为分选低品位矿石的有效手段之一，具有对细粒矿石分选效果明显、分选效率高等优点。为了取得更好的浮选分离效果，选用合理且绿色高效的抑制剂至关重要。作为一种新型有机抑制剂，凭借自身良好理化性质、绿色环保和易于制备等优点，壳聚糖被广泛应用于矿物浮选，并且多种壳聚糖衍生物同样具有优良的抑制性能。本工作综述了近几年来壳聚糖及其衍生物在多种矿物浮选试验中的研究进展，首先重点介绍了壳聚糖及多种新型衍生物作为抑制剂在矿物表面的主要吸附方式，其次总结了它们的抑制机理和影响抑制效果的主要因素，最后对壳聚糖衍及其衍生物抑制剂的未来研究方向进行探讨及展望。尽管壳聚糖及其衍生物抑制剂的相关研究日益成熟，但针对其产生抑制的主要机理研究仍然不够细致。随着各项检测手段的进步，如何在提高抑制效果的同时进一步明确产生抑制的相关基团及主要机理，将是未来壳聚糖衍生物抑制剂研究的一大重点。

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38. 闪沸喷雾的研究现状与展望

高健洪润董文龙许年楚化强

过程工程学报 2024, 24 (3): 273-283. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223157

摘要（135）

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通常将高温燃油进行喷射至低压环境中时发生的急速沸腾现象称为闪急沸腾(简称为闪沸)，合理地利用闪沸现象可以有效改善燃油喷雾的雾化效果、提高发动机效率。本综述总结了闪沸喷雾的相关理论，简要介绍了部分常用于观测闪沸喷雾的可视化技术。对比了不同燃料的闪沸喷雾的研究，归纳了不同燃料特性对闪沸喷雾的影响，总结了多组分燃料的闪沸喷雾特性；通过对非闪沸喷雾与闪沸喷雾研究现状进行对比，归纳了非闪沸与闪沸喷雾的坍塌机理与喷雾坍塌的影响因素。提出了闪沸喷雾可行的研究方向：多组分燃料的闪沸喷雾特性研究、闪沸喷雾坍塌机理研究以及抑制闪沸喷雾坍塌的研究。

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39. 基于复炸油的微藻采收方法及其作用机理研究

文豪秦微尹鸿伟王玥吴美丽刘旭孔小敏章浩文张自阳郑曦晨

过程工程学报 2023, 23 (9): 1359-1370. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222471

摘要（134）

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随着现代能源发展，使用清洁、可再生的新能源逐渐成为解决环境和能源问题的主要思路。在众多新能源中，生物质能不仅可以降低温室气体排放，还具有良好的可再生特性，小球藻作为一种理想的制备生物质能，不仅生长速度快，且油脂含量高。但因其密度与水接近而导致采收困难，这也成为制约微藻产业发展的主要原因之一。以浮珠浮选法为基础，提出一种以复炸油乳化液为浮珠的浮选法用于采收小球藻，即将复炸油与纯水按照一定比例在乳化剂作用下充分乳化，并结合响应面法，筛选出影响采收率的显著因素为pH、搅拌速率和原藻体积占比；影响富集比的显著因素为pH、浮选时间和原藻体积占比；同时结合多目标优化结果得出最佳采收率和富集比分别为92.79%和2.07%。以小球藻为研究对象，获得复炸油采收微藻机理：微藻与浮珠在铝盐的作用下，通过吸附电中和及桥接作用形成聚合体；微藻与浮珠首先在搅拌提供的动能作用下相互靠近，之后在范德华力作用下发生黏附，在14.73 nm时引力作用达到临界值。在最佳采收条件下，处理成本仅为4.38元/吨，降低采收成本和能耗的同时也为复炸油再利用提供了一种新方法。

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40. 基于CPFD方法的甲烷无氧芳构化流化床反应器数值模拟

司金凤龚明冀晓姣刘星马晓迅

过程工程学报 2024, 24 (1): 17-26. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223144

摘要（134）

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基于计算颗粒流体力学(CPFD)方法对甲烷无氧芳构化催化反应/催化剂再生系统中的流化床反应器进行了数值模拟，并将模拟结果与实验结果进行比较，验证了CPFD模拟的可行性。通过模拟得到了反应器内整体气固流动状态、气相各组分浓度分布及催化剂积碳含量分布等，考察了不同操作条件如甲烷进料流量及反应器内催化剂存留量对气固两相流动及甲烷无氧芳构化反应性能的影响。结果表明，甲烷进料流量增加会降低甲烷转化率，提高芳烃选择性；反应器内催化剂存留量增加会加剧床内气固两相的返混程度，提高甲烷转化率，降低芳烃选择性。

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