过程工程学报

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1. 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（419）

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PDF （1474KB）（268）

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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2. 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（412）

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PDF （1013KB）（322）

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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3. 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（385）

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PDF （3821KB）（237）

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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4. 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（348）

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PDF （2513KB）（206）

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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5. 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（342）

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PDF （4117KB）（211）

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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6. 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（312）

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PDF （4750KB）（104）

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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7. 气液两相流体系下微反应器技术研究进展

叶欣然吴赞王海鸥樊建人

过程工程学报 2024, 24 (9): 1001-1015. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224035

摘要（307）

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PDF （3984KB）（178）

微反应器具有传热传质效率高、反应参数控制严格、易于放大、安全性能好等优势。微反应器技术与气液多相催化反应的结合是开发高效且可持续的化工生产技术重要手段。气液多相催化微反应器集成了催化反应和微反应器技术的优点，在化学合成中具有广泛的应用前景。根据非均相催化剂固定方式，气-液-固三相催化微反应器可以分为壁面负载式微反应器和填充床式微反应器。微反应器中多相流的流动和物质传递都会对微反应器性能产生影响，研究微反应器的气液两相流问题有利于指导高性能微反应器的设计和应用。本工作首先回顾了微反应器技术的特点，介绍了微反应器的结构优化方案，简述了微反应器中的气液两相流流型、传质特点和气泡破裂动力学。随后重点讨论了多相催化微反应器的应用实例以及面临的挑战。最后，结合以往的微反应器研究，对于未来气液两相体系下微反应器技术面临的挑战和发展趋势进行了展望。

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8. 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（302）

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PDF （2257KB）（231）

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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9. Cu基催化剂表面改性及其催化二氧化碳加氢制甲醇性能研究

杨强王刚李春山

过程工程学报 2024, 24 (10): 1166-1176. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224059

摘要（295）

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PDF （3618KB）（190）

开发CO2加氢制甲醇高效Cu基催化剂对循环利用该温室气体具有重要意义。工作通过共沉淀、后浸渍法制备了系列助剂(Mn, In, Mo, Mg, Zr)改性的Cu/ZnO/Al2O3 (CZA)催化剂，并用固定床反应器评价了其CO2加氢制甲醇催化性能。采用CO2-TPD、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和H2-TPR研究了金属改性助剂对CZA物理化学性质的影响。此外，通过原位红外漫反射光谱表征揭示了CO2加氢制甲醇反应机理。结果表明，Mn改性CZA催化剂具有良好的还原性能、优异的CO2吸附能力和适宜的Cu+/Cu0比，恰当的Cu+/Cu0比例可促进甲氧基的稳定与转化，从而产生更多的甲醇。金属改性有助于增强铜与载体的相互作用，促进催化剂还原，抑制活性铜组分聚集。与未经处理的CZA催化剂相比，Mn改性催化剂表面具有更多中强碱性位点，有助于吸附更多的CO2，进一步加氢形成甲酸盐、甲氧基等中间体。CZA和改性CZA上CO2加氢生成甲醇反应机理遵循甲酸盐途径，甲氧基是关键中间体。Mn改性CZA催化剂由于较强的金属-载体相互作用，催化剂表面Cu纳米颗粒解离H2能力得到提高，载体中存在的间隙H有助于甲酸盐物种的产生，消耗的间隙H由表面Cu纳米颗粒解离出的H原子补充。改性催化剂中的间隙H存在和解离H2能力提升加速了中间物种的形成与转化，促进甲醇的生成。

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10. 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（292）

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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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11. 富氧条件下CO选择还原NO反应催化剂研究进展

刘雅琦刘研吴珂邢立文连殿兴陈莫浩阳纪建军纪永军

过程工程学报 2024, 24 (3): 284-296. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223136

摘要（276）

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PDF （3784KB）（178）

氮氧化物(NOx)作为大气污染物之一，是导致酸雨、光化学烟雾的重要前体物，对农业生产和人类健康造成严重威胁。CO选择催化还原NO (CO-SCR)是一种很具有前景的脱硝技术，可以同时实现NO和CO两种有害气体的有效脱除，因而成为治理烟气的最理想方案之一。为了实现工业应用，CO-SCR脱硝技术应具有较低的反应温度(150~250℃)和较好的抗氧气中毒能力，因而开发富氧条件下CO还原NO反应催化剂是环境治理方面的迫切需求。本工作综述了CO-SCR催化剂在富氧条件下的研究现状及最新的研究成果，重点介绍了Pd基、Ir基、Mn基及Co基催化剂的研究进展，对活性组分、助剂、载体的选择分别进行了较为详细的阐述。分析了催化剂的制备方法、掺杂改性、反应条件等因素对CO-SCR催化剂性能的影响。讨论了O2, H2O, SO2对催化剂性能的影响，并总结了O2抑制CO-SCR反应活性的作用机制。最后，针对富氧条件下CO还原NO的难点和未来发展方向进行总结并给出建议。

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12. 氧化镱掺杂氧化铪陶瓷的高温相稳定性与热膨胀性能

周菲兰昊孙小明张会丰孙勇辉杜令忠张伟刚

过程工程学报 2024, 24 (5): 580-588. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223074

摘要（267）

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PDF （4295KB）（53）

燃气涡轮发动机推重比的提高依赖于发动机工作温度的提升。目前，寻找比传统YSZ(氧化钇部分稳定的氧化锆)材料耐受温度更高，与镍基基体热膨胀系数匹配的新型热障涂层陶瓷材料是首要任务。采用水热法合成一系列氧化镱掺杂氧化铪(YbSH)纳米粉体，并通过固相烧结制备出YbSH陶瓷，分析了YbSH粉体与陶瓷的微观结构变化规律与相稳定机制，测试立方相结构YbSH陶瓷的高温相结构稳定性与热膨胀系数。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和透射电子显微镜(TEM)分析Yb2O3掺杂HfO2粉体与陶瓷的微观结构变化规律与相稳定机制；并借助热重-差热分析仪(DSC-TG)、热膨胀分析仪(TMA)测试立方相结构YbSH陶瓷的高温相结构稳定性与热膨胀系数。结果表明，水热合成粉体的粒径在10 nm以下，分布均一，多数呈正方体形状，结晶状态好，制备的烧结陶瓷致密度可达95%以上；晶体学分析得出，Yb(III)离子通过取代Hf(IV)离子的位置，使氧化铪发生晶格畸变，以置换固溶的方式使HfO2的空间群从单斜相的P21/c畸变到萤石立方相Fmˉ3m。氧化镱掺杂量的增多使氧化铪逐渐失去单斜相结构，12 mol/mol以上的氧化镱的掺杂可使氧化铪成为完全立方相，通过使阳离子网络的膨胀和氧空位的产生，有效缓解氧过度拥挤的情况，使立方萤石结构的HfO2稳定在室温下。通过高温热处理和监测升温过程中YbSH的热量变化，该立方相结构在室温至1500℃表现出良好的稳定性；YbSH陶瓷热膨胀系数随着立方相含量的增多从6.016×10-6℃-1增大至10.14×10-6℃-1 (25~1500℃)，其中20 mol/mol氧化镱掺杂的YbSH陶瓷的热膨胀系数可达10.5×10-6℃-1 (1000~1200℃)，比纯氧化铪热膨胀系数提高67.22%。

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13. 多孔PLGA微球作为新型冠状病毒疫苗佐剂的研究

邹龄娇张瑜岳华马光辉

过程工程学报 2024, 24 (3): 360-370. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223218

摘要（266）

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PDF （1841KB）（148）

聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)制备的纳/微颗粒已被证明具有良好的疫苗佐剂效果。现有研究中，对于PLGA疫苗递送微球的研究主要集中在抗原装载/吸附效率的提升或多佐剂共递送以增强免疫效果上。然而，对于微球结构本身的多样性在免疫效果提升方面的探索仍较为匮乏。通过对微球结构进行合理化设计，制备出多孔微球将抗原“后装载”到微球内部的方法或可实现抗原的无损装载与延长递送，从而开发出高效的新型冠状病毒疫苗递送佐剂。本工作以乳液法制备了PLGA多孔微球与实心微球，二者除了多孔微球具有内部空腔和表面小孔的独特结构外，在微球粒径、表面电势上均无显著区别。由于PLGA多孔微球内孔大、外孔小的特征，抗原投入浓度5.71 mg/mL时，包埋率达到10.81%。在延长抗原体内滞留时间上，相对于游离抗原3天的滞留终点和实心微球混合抗原5天的滞留终点，装载于多孔微球中的抗原的体内滞留时间延长至15天。在体液免疫效果的提升上，与新冠抗原混合实心微球疫苗组相比，装载新冠抗原的多孔微球疫苗组的IgG滴度上升速度最大值Vmax是其1.73倍，响应水平更高；达到Vmax的时间t比其提前了2.8天，起效时间更早；疫苗接种后6~16周期间，IgG抗体滴度均高于实心微球组，具有更优维持抗体滴度的潜力。

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14. 基于粒子图像测速技术的快速流态化颗粒速度分布函数分析

肖冬胡善伟刘新华张丽

过程工程学报 2024, 24 (2): 193-206. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223133

摘要（249）

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PDF （4582KB）（138）

量化非均匀气固流动特征对流化床反应器的设计和优化具有重要意义。反应器内颗粒团聚物的形成和演化使得系统远离平衡状态，从而导致颗粒速度分布呈现非麦克斯韦分布特征。本工作利用自适应粒子图像测速(PIV)、粒子追踪测速技术(PTV)及数字图像处理(DIA)相结合的实验研究方法，对快速流化床中的颗粒运动特性和速度分布函数进行统计分析。研究发现，无论在沿重力方向还是水平方向，颗粒速度分布函数均明显偏离麦克斯韦分布，而呈现偏峰长拖尾或双峰分布特征。使用双峰分布函数可以较好地拟合不同实验条件下的颗粒速度分布。进一步探讨了颗粒速度分布函数的各向异性和非麦克斯韦分布的影响因素，发现颗粒速度分布函数偏离理想分布的程度与颗粒团聚程度、局域颗粒速度脉动量及颗粒浓度脉动量大小正相关。这说明颗粒团聚物的形成和演化使气固流化系统远离平衡态，从而导致颗粒速度分布呈现非麦克斯韦分布特征。最后结合能量最小多尺度(EMMS)模型对稀密相结构进行解析，并与实验获得的速度分布函数进行了对比，发现实验结果符合EMMS模型的稀密相共存假设，证明了采用双峰分布对颗粒速度分布函数进行近似在理论上可行。

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15. 射频感应热等离子体制备锂离子电池硅基负极材料的研究进展

杨宗献董元江刘畅金化成丁飞李保强白柳杨袁方利

过程工程学报 2024, 24 (5): 501-513. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223230

摘要（237）

HTML （11）

PDF （7425KB）（133）

硅负极凭借其高理论比容量被认为是最具有应用前景的负极材料之一，但脱嵌锂过程中较大的体积变化严重限制了其实际应用。通过将硅负极纳米化，能够显著缓解体积效应、改善导电性及提高稳定性。射频感应热等离子体具有高温、瞬冷、可控、连续等优点，是制备高纯纳米硅基负极的重要手段。本工作综述了射频感应热等离子体制备锂离子电池硅基负极材料的研究进展。首先对热等离子体技术进行简要介绍，其次重点讨论了硅纳米球(Si NSs)、硅纳米线(Si NWs)、氧化亚硅纳米线(SiO NWs)、氧化亚硅纳米网(SiO NNs)、高硅含量氧化亚硅纳米线(SiOx NWs)、硅基硅铁合金纳米球(Si/FeSi2 NPs)等几种关键材料的热等离子体法制备及其在锂离子电池负极的应用，最后对热等离子体技术的发展进行了展望。

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16. 基于DA-CycleGAN的化工过程多工况故障诊断方法

陈文静代长春党亚固戴一阳吉旭

过程工程学报 2024, 24 (5): 618-626. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223316

摘要（236）

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PDF （1362KB）（154）

化工生产过程中可能会存在着多种运行工况。一方面，当生产工况变化时，故障诊断模型的性能会恶化。另一方面，由于故障是小概率事件，因此在新工况下只能获取到正常运行数据。为解决这些问题，提出一种基于二维循环一致性生成对抗网络(Cycle-Consistent Generative Adversarial Networks, CycleGAN)的多工况故障诊断方法。该方法首先利用二维CycleGAN捕获历史工况下各类故障的时空域特征，并将这些特征添加到新工况的正常数据中，用以构建新工况下的伪故障数据集。其次，使用领域自适应方法减少真实故障数据与生成数据间的分布差异，使故障知识更好地迁移到新工况中。利用田纳西-伊斯曼(TE)过程的十二个变工况故障诊断任务对所提算法进行性能测试，实验结果表明，该算法相比于直接利用历史工况下故障数据建模能提高平均故障诊断率3%以上，能有效提高模型在新工况下的故障诊断性能。

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17. 以磷酸酯盐离子液体作为萃取剂萃取精馏分离甲酸乙酯和乙醇共沸物

尹超跃杨帆张亲亲张志刚

过程工程学报 2024, 24 (2): 238-247. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223089

摘要（230）

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PDF （1644KB）（148）

以甲酸和乙醇为原料生产甲酸乙酯的过程中，未反应的乙醇与甲酸乙酯会形成共沸物，难以分离，本工作通过萃取精馏的方法，以离子液体作为萃取剂分离甲酸乙酯-乙醇共沸体系。通过COSMO-RS模型筛选离子液体，确定离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([EMIM][DEP])和1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([BMIM][DEP])，测定了甲酸乙酯+乙醇二元体系以及甲酸乙酯+乙醇+离子液体三元体系的气液相平衡(VLE)数据，并将实验数据与非随机双液体(NRTL)模型方程关联。最后，通过过量焓分析和σ-profile分析(表面电荷密度为σ的概率分布)探究了分离机理。结果表明，两种离子液体(ILs)摩尔分数越大，甲酸乙酯相对挥发度逐渐增强；在离子液体浓度为0.030时，甲酸乙酯对乙醇的相对挥发度大于1，同时可以看出[EMIM][DEP]的分离效果优于[BMIM][DEP]离子液体。通过过量焓分析得出离子液体与乙醇分子之间更易形成氢键与范德华力，其分子间相互作用强于离子液体与甲酸乙酯，从而促进甲酸乙酯与乙醇的分离；随着离子液体浓度的增加，分子间相互作用随之增强。最后，通过σ-profile分析得出离子液体更倾向于和乙醇相互作用，从而将甲酸乙酯分离出来，同时可以得出离子液体的阳离子碳链越短，分离效果越好。

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18. 氟化氢在氧化铝表面吸附机理的Al8O12团簇模型量子化学计算

谭雅婕胡宪伟杨酉坚刘爱民石忠宁汤帅王兆文

过程工程学报 2024, 24 (2): 218-226. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223059

摘要（228）

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使用密度泛函理论(DFT)对氟化氢分子在由四个氧化铝分子组成的笼状团簇结构表面的吸附行为进行了研究。对吸附过程进行了模拟，并计算了吸附结构、能量以及键级的变化。结果表明，氟化氢分子发生了化学解离吸附，其总吸附能为-267.5 kJ/mol，该吸附过程为强吸附。整个吸附过程分为两个阶段，首先氟化氢分子解离，解离后的氟原子和氢原子分别吸附在三配位铝及其相邻的氧上；然后氢原子向双配位氧转移，跨越势垒，最终吸附在双配位氧处，而氟原子始终吸附在三配位铝处。

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19. 锂云母提锂技术研究进展

杨泓钟巍钟发平赵佳慧李栋张磊郭学益

过程工程学报 2024, 24 (11): 1251-1262. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224019

摘要（224）

HTML （9）

PDF （1677KB）（76）

锂及其化合物是现代工业不可或缺的材料，在电池、陶瓷、润滑剂等领域有着重要应用。尽管我国含有丰富的锂资源，但大部分赋存于盐湖卤水中，受资源禀赋和地理位置气候的限制，其产能无法满足我国新能源产业快速发展的需求，矿石提锂已成为重要的锂产品来源。江西宜春地区拥有我国最大的伴生锂云母资源，开发利用其中锂云母资源对保障我国锂资源的可持续发展具有重要意义。本工作综述了现有锂云母提锂工艺的原理和优缺点，在对现有方法的认识基础上，对酸法、碱法和盐法等典型锂云母提锂工艺进行了总结和评价，其中酸法工艺较为成熟，但存在浸出液除杂困难、提锂效率低和设备腐蚀问题；碱法工艺虽然提锂效率高，但其反应机理尚未明晰，废渣难以利用；盐法工艺虽然对锂的选择性高、工艺简单，但也存在能耗高、渣量大的问题。锂云母提取工艺的发展方向应致力于多种技术协同处理，实现有价元素高效、经济和环保的提取，为此提出了一些工艺改进的措施，旨在为未来工艺的研究、开发、优化和工业应用提供参考。

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20. 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（218）

HTML （7）

PDF （6151KB）（102）

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。

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21. 大孔树脂对镍钴萃取废水中有机物的吸附性能

向波刘晨明曹仁强段锋李玉平

过程工程学报 2024, 24 (2): 227-237. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223029

摘要（217）

HTML （3）

PDF （2522KB）（136）

镍钴溶剂萃取废水属于含高盐、高有机物废水，有机物不仅造成化学需氧量(COD)超标、还会引起蒸发结晶过程起泡、结晶困难和产生废盐等问题，严重制约废水近零排放。本研究通过对比四种典型大孔树脂的微观结构以及对镍钴溶剂萃取废水中有机物的吸附性能，探究了大孔树脂的结构与吸附性能之间的关系。研究发现，具有合理孔径分布和较大比表面积的ORZ-A2型树脂的吸附容量最优，单级静态吸附总有机碳(TOC)去除率为70.79%，总磷(TP)去除率为83.11%。通过GC-MS表征吸附前后镍钴溶剂萃取废水中的有机物组成，发现废水中有机物成分主要是以2-乙基己酸为代表的有机磷萃取剂及其水解产物和衍生物。四种大孔树脂对有机磷酸萃取剂和2-乙基己酸吸附效果较好，但吸附出水中有机物主要为戊酸，以戊酸为代表的水溶性小分子有机物可能是影响TOC去除效果进一步提升的关键。通过吸附动力学分析表明，大孔树脂对有机物的吸附动力学符合准二级动力学模型。热力学参数的计算结果表明树脂对有机物的吸附是自发的、放热的物理吸附过程。本工作为指导大孔树脂吸附镍钴溶剂萃取废水中有机物技术的工业化应用提供了理论依据。

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22. 助剂铜对全氟烯烃加氢反应负载钯催化剂性能的影响

张俊杰蒋连焘刘敏敏孟祥磊许光文刁琰琰

过程工程学报 2024, 24 (2): 248-258. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223108

摘要（216）

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PDF （5195KB）（92）

氢氟烃具有环境友好、低毒、稳定性高等优良特性，在众多领域得到广泛应用，特别是在制冷行业引起了极大地重视。氢氟烃可以通过全氟烯烃加氢反应进行制备，然而，由于氟原子的电负性强，难以活化全氟烯烃中的碳碳双键，因此全氟烯烃加氢反应是一个具有挑战性的难题。针对全氟烯烃加氢反应，目前国际上基本使用贵金属负载钯催化剂，钯负载量较大，成本较高。本工作采用浸渍法制备了钯含量仅为0.1wt%的高活性低负载量钯催化剂，以及一系列铜为助剂的负载钯催化剂，在微型固定床连续反应器上考察了不同催化剂催化六氟丙烯二聚体加氢反应的性能。结果表明，制备的0.1wt%负载量钯催化剂也具有较好的活性，原料转化率为49.3%，目标产物选择性可达97.6%；使用10wt% Cu助剂时催化剂活性最高，原料转化率高于93.4%，目标产物选择性可达98.6%。通过XRD, H2-TPR和XAFS等技术表征分析，发现催化剂中铜主要以Cu2O和Cu0形式存在，Cu2O可以和Pd形成强相互作用，通过氢溢流形式极大地降低催化剂中Cu2O的还原温度，从钯中溢流出的氢原子可以极大地提高六氟丙烯二聚体加氢反应活性。因此，本工作提供了一种全氟烯烃加氢反应高活性、低含量且较稳定的钯基催化剂的制备方法，为进一步设计高效催化剂提供了研究方向。

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23. 700 t/d浮法玻璃熔窑中玻璃液流动特性与澄清过程研究

金明芳何峰谢峻林梅书霞李全亮

过程工程学报 2024, 24 (4): 425-434. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223215

摘要（215）

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PDF （3711KB）（44）

从新的视角研究了浮法玻璃熔窑中玻璃液的流动与澄清。利用Ansys CFD软件，对浮法玻璃熔窑内玻璃液流场进行了模拟计算，分析了池窑内玻璃液温度分布和流动特性，在此基础上进一步分析了玻璃液气泡的澄清过程。结果表明，沿窑长方向，玻璃液表面与池底温度分别呈现两个山形分布，玻璃液在池窑内形成三个大范围环流，澄清部前进流和回流速度均先增大后减小。池深方向由液面到池底，玻璃液温度呈梯状递减，在离液面约400 mm深度处液流前进速度为0，热点以后此面以上液流向卡脖平稳流动，到达卡脖处的最短时间为418 s，在此时间内，直径大于1.2 mm的气泡在随液流到达卡脖前可排出，直径小于1.2 mm的气泡能否排出还需进一步研究气泡的上浮和变化规律。

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24. 微生物增产煤层气作用机理及影响因素研究进展

张娜尹雪峰王子琛刘浩黄敏婕王浩梁东旭胡佳楠

过程工程学报 2024, 24 (6): 636-646. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223310

摘要（201）

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PDF （1144KB）（115）

微生物增产煤层气(Microbially Enhanced Coalbed Methane, MECBM)是一种具有潜力的清洁且低成本技术，在实现“碳中和”目标中发挥着重要作用。因此，MECBM的勘探开发已成为相关领域的研究热点。本工作详细阐述了MECBM的理论基础和反应过程，对影响该过程的环境因素和生物因素进行了系统分析，并且提出了各因素作用机理。研究发现，在MECBM过程中，甲氧基的酸化反应起到了决定性的作用，温度、接种量、营养元素的添加和预处理方式等都极大程度地影响微生物生长和代谢，优化以上生产条件不仅可以增加煤层气产量，还可以显著提高煤层气中甲烷的浓度。此外，本研究还提出了当前微生物增产煤层气需要进一步研究的技术领域，这些研究将为现场增产和加强煤层气开发提供理论基础。

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25. 气固鼓泡床结构双流体模型及其模拟验证

罗节文王雅彬李稳王国胜赵碧丹王军武

过程工程学报 2024, 24 (4): 435-444. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223225

摘要（197）

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PDF （3392KB）（97）

气固鼓泡流化床因具有较好的传热传质特性已被广泛应用于工业生产，而气泡这类非均匀结构普遍存在于流化床中，它显著影响流化床内动量、能量和质量传递以及化学反应过程。合理描述非均匀结构与三传一反的定量关系对提高连续介质模型模拟的准确性至关重要。结构双流体模型在控制方程及本构关系方面均考虑气固系统内非均匀特性的影响，是一种逻辑自洽、完备地考虑了介尺度结构的全新连续介质模型；本研究拓展了结构双流体模型应用于鼓泡流化床的数值模拟，在构造控制方程时将系统划分成颗粒主导的乳化相和气体主导的气泡相这两类相互渗透的连续流体，同时构造本构关系时涉及的气泡直径、乳化相固含率及黏度等均考虑非均匀结构影响。模拟结果表明，结构双流体模型可成功预测鼓泡床系统内的气固流动特性，同时确定气泡直径影响稀/密相相间相互作用，对模拟结果影响显著。

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26. 二氧化锆空心微球制备技术的主要进展

李保强金化成丁飞王纯袁方利

过程工程学报 2024, 24 (6): 627-635. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223297

摘要（197）

HTML （10）

PDF （1939KB）（105）

二氧化锆空心球形粉末是制备隔热防护涂层的一种重要原料，其中粉末的特点决定了涂层的性能，高质量的二氧化锆空心球形粉末的制备成为行业关注的热点。本综述分析了二氧化锆空心微球的国内外研究现状，介绍了二氧化锆空心微球的主要制备方法，包括模板法、溶剂热法、喷雾干燥法和等离子体烧结法等，并对它们的优缺点进行了简要总结。模板法在ZrO2空心微球形貌的控制上表现出色，但是存在模板合成及后续去除过程繁琐等问题，并且对于制备工艺的要求较高，容易造成材料的浪费以及空心微球的破坏。溶剂热法的反应条件相对苛刻，涉及到产品的后续分离及洗涤、干燥等过程，难以进行批量化制备。喷雾干燥法是批量制备球形空心颗粒的有效方法，但是制备得到的空心颗粒存在强度低、喷涂过程中易破损等问题。相对于其他制备方法，喷雾干燥法和等离子体烧结法联用制备得到的球形空心颗粒因具有球形度高、流动性好且粒度分布可控等优势，更有利于应用于涂层的喷涂制备上。

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27. 中等雷诺数双分散悬浮系统流固曳力以及固固曳力

段凡贺煊周强

过程工程学报 2024, 24 (3): 297-314. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223212

摘要（191）

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PDF （4989KB）（64）

采用一套全解析数值方法模拟了颗粒可自由移动的双分散悬浮系统，并对文献中已有的流固以及固固曳力公式的准确性进行了检验。模拟的参数范围为整体固含率0.1, 0.2, 0.3，粒径比1.5和2，小颗粒固含率占比0.1, 0.3, 0.5，颗粒-流体密度比10, 100, 500, 1000，整体颗粒雷诺数10, 20, 50。结果显示，对于流固曳力的预测，文献中已有的三类公式中静态均匀系统公式最准，动态悬浮系统公式次之，单分散扩展公式最差。进一步分析发现双分散悬浮系统流固曳力受局部固含率、颗粒相间滑移速度、颗粒拟温度、颗粒Stokes数以及颗粒微结构的影响。在这些因素的共同作用下，流固曳力随颗粒-流体密度比变化不明显，小颗粒相与大颗粒相的流固曳力差异小于静态均匀系统。对于固固曳力的预测，当颗粒-流体密度比等于10或100时，润滑力的作用会使碰撞次数在不同颗粒对之间分布不均，导致分子混乱假设不成立，基于颗粒动力学理论的公式远远高估固固曳力。

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28. 循环流化床相似准则及数值验证

谢劲超张楠范天博刘新华

过程工程学报 2024, 24 (3): 326-337. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223135

摘要（183）

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PDF （3613KB）（122）

基于适用于同一装置的Shi相似准则和适用于不同装置的Horio相似准则，本研究提出了不受颗粒直径与反应器直径比限制的循环流化床流动相似准则。通过数值模拟方式验证了已有Shi准则在同一装置中的适用性，同时也是对所采用数值模型的验证，随后在不同比例装置中对本研究所提出的相似准则进行了模拟。对不同比例装置中气速变化、颗粒直径变化以及气速和颗粒直径同时变化的工况进行模拟，结果表明所提出的相似准则在固相浓度轴向分布、固相浓度径向分布和无因次速度径向分布上具有相似性，进一步通过压力波动特征探讨了宏观相似下的介观分布特征。

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29. SVQS系统提升管末端上部空间不同消涡板结构的数值研究

杨文武秦岭胡紫维王祥宇李浩张智亮

过程工程学报 2024, 24 (2): 207-217. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223173

摘要（183）

HTML （6）

PDF （3746KB）（73）

It was found that an unstable vortex zone existed in the upper space at the end of the riser of the super vortex quick separation (SVQS) system, which delayed the rapid draw-off of oil and gas and increased the risk of safe system operation. The velocity fields of SVQS system without vortex elimination plate, SVQS system with additional curved vortex elimination plate and SVQS system with new vortex elimination plate were analyzed, and it was found that the new vortex elimination plate improved the velocity field of the system, which in turn affected the separation performance of the system. The new vortex elimination plate reduced the pressure drop and the energy loss of the system without reducing the separation efficiency of the SVQS system. The concept of oil and gas residence time was introduced to analyze the specific residence time of oil and gas in the SVQS system, and it was found that the vortex elimination plate could reduce the residence time of oil and gas and fine particles in the system, and the residence time of oil and gas in the SVQS system with the addition of the new vortex elimination plate was smaller than that in the SVQS system with the addition of the curved vortex elimination plate. A comprehensive comparison revealed that the structure and performance of the new vortex elimination plate was superior and more informative for industrial applications.

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30. 铌钽精矿氢氟酸-硫酸混酸浸出过程及其动力学

梁耕宇苏学斌刘会武刘康程浩

过程工程学报 2024, 24 (4): 470-479. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223211

摘要（183）

HTML （6）

PDF （2212KB）（92）

铌、钽作为稀有贵金属，因其优良的物理性质和稳定的化学性质，在高精尖器械及军事装备领域被广泛应用。我国铌钽资源丰富，多为共伴生矿床，与多种金属矿物共存，具有较高的综合利用价值。针对铌钽精矿中铀、钍及稀土资源分离及回收问题，采用HF-H2SO4混酸法优先提取铌、钽，同时将铀、钍及稀土富集于渣中。本研究应用单因素试验法研究了铌、钽的浸出规律，并讨论了过程机理及其动力学。结果表明，使用高浓度HF，提高HF、H2SO4用量有利于铌、钽的浸出，减小矿石粒径、提高温度和延长浸出时间均能提高铌、钽浸出率。获得的最优浸出参数如下：HF浓度40wt%、HF用量1120 g/kg、H2SO4用量392 g/kg、平均粒径-25 μm (75%)、浸出温度80℃、浸出时间4 h。此条件下铌浸出率大于98%，钽浸出率大于97%，铀、钍及稀土保留在渣中，渣中富集率达3.0~4.2。动力学研究表明，铌、钽的浸出过程符合收缩核模型，并属于混合控制类型，铌、钽的表观活化能分别为34.00和36.26 kJ/mol。该方法有效提取了铌、钽并对其余有价元素进行富集，为后续分离提纯工艺的设计奠定基础。

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31. 不同桨型组合淤浆聚合釜内固液悬浮特性研究

赵阳谢明辉向家伟刘肖肖李帅亮吕世军吴亮周国忠张庆华杨超

过程工程学报 2024, 24 (4): 403-413. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223210

摘要（183）

HTML （5）

PDF （5209KB）（136）

针对高密度聚乙烯搅拌式聚合釜物料体系，利用三叶后掠式搅拌桨HQ、抛物线圆盘涡轮式搅拌桨BTD、三宽叶旋桨式搅拌桨KHX、桨叶安放角δ分别为45°和75°的斜叶圆盘涡轮式搅拌桨ZY和平直叶圆盘涡轮式搅拌桨PY构成四种桨型组合，在直径T=480 mm的圆柱形有机玻璃搅拌槽内进行了固液悬浮实验。基于计算流体力学软件Ansys Fluent 2020R2，采用多重参考系法以及欧拉-欧拉多相流模型，研究了各桨型组合在30.71%固含率下的流场和固液悬浮状态。研究结果表明，转速小于250 r/min时，桨型组合2和3在搅拌槽内顶部会形成清液层；桨型组合1和4能在更低转速和更低功率的情况下达到物料的均匀混合状态，且桨型组合4比桨型组合1的功率消耗降低约30%，具有高效节能的效果。模拟获得的固含率分布趋势与实验所测数值吻合较好。模拟的流场表明桨型组合4和1的流型相似，可以有效避免桨型组合2和3在低转速下出现的清液层。

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32. Bi ₂MoO ₆/Bi ₇O ₉I ₃异质结的制备及其光催化性能

林本平李永翔于瀚博刘春华

过程工程学报 2024, 24 (5): 589-598. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223229

摘要（182）

HTML （11）

PDF （4804KB）（57）

本工作采用一步法合成了Bi2MoO6/Bi7O9I3异质结材料，并采用多种手段表征异质结材料的形貌结构、化学组成和光电性能，研究了该异质结材料吸附和光催化降解环丙沙星(CIP)的效果。结果表明，与Bi2MoO6单体相比，Bi2MoO6/Bi7O9I3复合异质结材料提高了对可见光的吸收能力，减小了其带隙宽度，从而同时提高了其作为催化材料吸附和可见光下降解CIP的活性。研究发现该复合材料中Bi2MoO6与Bi7O9I3摩尔比为7:3时对CIP的去除效果最好，其中吸附去除率为82.6%，光催化降解率为94.7%。而在相同条件下，Bi2MoO6、Bi7O9I3吸附去除和催化降解环丙沙星的效率分别仅为57.4%, 66.4%和35.2%, 43.6%。自由基捕获实验表明Bi2MoO6/Bi7O9I3光催化降解环丙沙星的过程中主要活性物种为h+和?O2-。

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33. 气化炉激冷室中多相流动过程模拟与结构优化

袁炳郭进军李晓飞梁军辉李振祥龙晓东姜从斌

过程工程学报 2024, 24 (3): 315-325. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223196

摘要（181）

HTML （7）

PDF （5039KB）（87）

气流床煤气化技术是煤炭清洁利用的重要手段之一，气化炉作为气流床煤气化的核心设备，通常分为燃烧室和激冷室两部分。其中，下降管-上升管结构的激冷室在煤气化装置中广泛应用。本工作采用数值模拟的方法对激冷室中的气液两相流动进行研究，分析了激冷室中出现合成气从黑水管串气问题的原因，并针对串气问题提出了三种激冷室结构改进方案：延长黑水出水口(结构A)；向下延长上升管(结构B)；靠近黑水出口管方向，在上升管上增加挡板(结构C)。模拟结果表明三种改进方案均能够避免串气问题。此外，还对不同结构激冷室黑水池中液固两相流进行了数值模拟，研究激冷室结构对不同粒径灰渣颗粒带出率的影响，结果表明，结构C的激冷室灰渣带出率最小，其次为结构A，这两种结构方案适用于对滤饼无回收利用的情况；相比原始结构，结构B对粒径≤20 μm的颗粒带出率较高，大颗粒带出率降低，更适合对滤饼中残碳回收利用的情况。

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34. 基于多块和自注意TCN结合的冷水机组故障诊断

孙雨丁强夏宇栋李聪

过程工程学报 2024, 24 (2): 162-171. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223174

摘要（180）

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PDF （2476KB）（65）

针对冷水机组故障运行数据特征参数耦合且时序特征难以提取的问题，提出一种基于多块和自注意时间卷积网络(Multiblock Self-attention Temporal Convolutional Networks, MB-SATCN)的故障诊断模型。该模型根据冷水机组传感器与系统结构的物理关系将变量划分为多个子块，在子块中使用TCN挖掘冷水机组运行数据的特征信息，并通过自注意力层加强关键特征对故障诊断结果的影响权重，然后将各子块模型输出的局部特征利用自注意力机制加权融合以构建全局特征，并使用softmax函数进行分类。与对照方法相比，MB-SATCN方法在冷水机组常见故障诊断方面表现更优，对系统故障识别能力更强，平均故障诊断精确率和平均召回率均在97%以上。

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35. 低管径比固定床反应器床层特性及流动传热模拟

莫畏难苏有勇朱冬冬

过程工程学报 2024, 24 (6): 692-704. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223294

摘要（180）

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PDF （6094KB）（98）

管式固定床常用于高温催化裂解工艺，探究低管径比固定床结构特性和高温下流动传热规律，可以为优化固定床高温催化裂解工艺提供参考。针对粒子解析法中离散元DEM方法对颗粒描述不准确和网格划分困难的问题，采用基于刚体动力学的blender生成床层堆积模型，并提出了新的接触点处理方法。该方法不改变颗粒和床层形状参数，适用于各种形状颗粒，减小了模型接触处理难度。生成了三种反应管内径与柱状颗粒的等比表面积球当量直径之比(管径比D/dp)的圆柱状颗粒床层和一种球状颗粒床层，探究了管径比和颗粒形状对床层结构和流动传热特性的影响。结果表明，床层总体空隙率随着管径比增大而减小，颗粒堆积呈圈层分布，径向空隙率和轴向平均速度的径向分布曲线高度一致，压降与Eisfeld修正式基本吻合。此外，床层流场分布与床层结构高度相关，流道空隙的大小会直接影响沟流现象的产生，进一步影响其温度场分布和传热。球状颗粒床层有更均匀的温度场分布，但传热弱于圆柱状颗粒床层。

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36. 典型扭曲管内传热与流动阻力性能对比分析

周西文陈森王旭鹏朱慧杰李修真

过程工程学报 2024, 24 (2): 172-181. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223131

摘要（175）

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PDF （3577KB）（69）

为对比分析典型扭曲管内传热及流动阻力性能，以指导优化设计新型扭曲管，基于实验验证，采用数值计算方法，研究了典型横截面形状的扭曲管内流体在低雷诺数时的换热特性。结果表明，扭曲管的规律性螺旋形变诱导其内流体产生周期性螺旋流动，在垂直主流方向上产生二次流，增强了温度梯度与速度矢量间的协同程度，使得扭曲管的传热性能强于等横截面周长的普通圆管；在雷诺数为650~1550时，对流传热系数由高到低对应的换热管依次为扭曲三角形管、扭曲矩形管、扭曲椭圆管、扭曲方形管和普通圆管，扭曲三角形管的对流传热系数和流动阻力损失分别比普通圆管增大1.94~1.97倍和2.96~3.06倍，扭曲管的综合传热性能均优于普通圆管，扭曲三角形管的综合传热性能评价因子是最高的，平均约为1.86，其余依次为扭曲矩形管、扭曲椭圆管和扭曲方形管，扭曲三角形管具有最优的对流传热性能。

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37. 焦炭塔的CFD模拟与温度场调控

陈渤燕曹玉亭张勇孙国刚刘银东王路海

过程工程学报 2024, 24 (4): 414-424. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223145

摘要（172）

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PDF （4792KB）（120）

焦炭塔是石油化工中常见的重油轻质化利用的反应器，由于内部温度高，实验监测困难，加之内部流动、传热、反应过程复杂，塔内温度场分布不均匀，给反应过程的精准调控带来巨大挑战。本研究根据焦炭塔内气相、液相以及焦炭的分布规律，采用连续介质模型(欧拉方程)模拟气体、液相石油以及焦炭运动，并耦合三相间的传热模型和七集总反应动力学模型，建立了焦炭塔的多尺度计算模型。通过与釜式反应器焦化实验对比，验证了模型的准确性。进一步模拟了焦炭塔中试装置的进料和中间相沥青质成焦过程，研究了不同操作温度下焦炭塔内的流场、温度场分布以及产物的变化规律，从而为精准调控焦炭塔生焦过程提供依据。

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38. 以乙二醇水溶液为基液的纳米流体喷雾冷却传热特性研究

周年勇赵英杰刘阳邹有鑫唐光华鲍庆国吕文宇

过程工程学报 2024, 24 (5): 514-522. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223205

摘要（172）

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近年来，由于功率密度的提高、紧凑的封装以及高性能的要求，高热通量器件的散热需求显著增加。针对上述问题，本工作拟采用以喷雾冷却的技术方法对以乙二醇-水为基液的Al2O3纳米流体展开传热研究，重点分析了在300, 500和700 W三种不同工况下，基液浓度、纳米颗粒浓度、所添加分散剂的浓度对工质喷雾冷却换热性能的影响。实验结果表明，由于比热容和导热系数的降低以及喷雾特性的恶化，乙二醇质量分数由30wt%增至80wt%，Al2O3纳米流体溶液表面传热系数不断下降，平均降低41.63%。Al2O3纳米流体表面传热系数随着纳米颗粒质量分数的增加呈现先减小后增加，再缓慢减小的趋势。Al2O3纳米颗粒质量分数由0增至2wt%，Al2O3纳米流体溶液表面传热系数整体平均下降6.94%，沉积和泡化效应是削弱换热的主要原因。此外，添加低质量分数的分散剂聚山梨醇酯-20 (Tween-20)可以改善泡化效应，使得喷雾冷却传热系数增高约1.52%，但仍低于纯基液(不添加纳米颗粒)的换热能力；添加较高质量分数的分散剂会导致其换热性能进一步削弱。

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39. 碳酸氢钠改性生物炭的制备及其吸附水中卡马西平的机理分析

张继欢张晋玮武文龙林嗣强李燕丁磊

过程工程学报 2024, 24 (9): 1106-1119. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223363

摘要（168）

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本研究以农业废弃物丝瓜络为原材料，采用碳酸氢钠为活化剂，通过浸渍-热解法制备出了可高效吸附水中卡马西平(CBZ)的碳酸氢钠改性生物炭(SBC)，并通过表征手段分析了其表面形貌、孔径分布、官能团、石墨化程度等物理化学特征。通过批量实验研究了温度、投加量、pH等因素对SBC吸附水中CBZ的影响。结果显示，相比原始生物炭(BC)，SBC有着更高的比表面积531.43 m2/g和更丰富的孔径结构。CBZ的去除效率随着SBC投加量的增加而增加。溶液pH对CBZ去除的影响不明显。Sips模型可以更好地描述SBC对CBZ的吸附平衡规律，在298 K时的吸附容量可达125.52 mg/g。热力学分析表明SBC对CBZ吸附为自发吸热过程，且以物理吸附过程为主。通过对SBC的位点能量分布分析和密度泛函理论分析进一步探究了SBC对CBZ的增强吸附机理。结果显示氢键、π-π电子受体-供体和孔填充作用参与了SBC吸附CBZ的过程。甲醇可有效再生吸附饱和的SBC，经过四次吸附脱附循环后，SBC对CBZ的吸附量仍保持在68.132 mg/g。本工作以农林废弃物丝瓜络为炭源制备生物炭去除水中污染物，为同时实现农业废弃物资源化和消减环境污染提供了一条可行途径。

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40. 终轧温度对低屈强比桥梁耐候钢组织及力学性能的影响

刘文胜张可徐党委孟少博黄重夏志升张明亚孙新军

过程工程学报 2024, 24 (4): 462-469. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223247

摘要（167）

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采用Gleeble-3800热模拟试验机、拉伸试验机、显微硬度计等设备，并结合光学显微镜(OM)和电子背散射衍射(EBSD)等表征方法，研究了终轧温度对Cu-Cr-Ni低屈强比桥梁耐候钢组织和力学性能的影响，并阐明了其具体的变化机理。结果表明，终轧温度880℃下的Cu-Cr-Ni桥梁耐候钢组织为粒状贝氏体，随着终轧温度由880℃降低至800℃，组织中出现针状铁素体并逐渐增多；M/A岛的平均尺寸由1.3 μm增大至3.3 μm，且面积分数由21.7%增大至32.3%；基体中的位错密度显著升高，主要是由基体回复程度大幅降低导致的。此外，Cu-Cr-Ni桥梁耐候钢的硬度及屈服强度随着终轧温度的降低而有所升高，屈服强度由435 MPa增大至496 MPa，抗拉强度基本不变，约为710 MPa，这是由显微组织中的针状铁素体、M/A组元和位错密度等因素共同决定。屈强比增大但总体低于0.7，塑性略有提高。

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