过程工程学报

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1. 吸附法脱除废水中四环素的研究进展

兰雄刘钦周新涛罗中秋赵晓腾陆艳

过程工程学报 2022, 22 (8): 989-1000. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221261

摘要（215）

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PDF （6695KB）（82）

四环素(TC)是目前生产和使用量比较大的一种广谱抗生素，其化学性质较稳定且难以代谢而容易富集于土壤和水体中。抗生素的滥用不仅使细菌耐药性增加，而且会产生抗性基因并诱导产生超级细菌，因此对含TC废水的无害化处理刻不容缓。吸附法具有易操作、去除率高、经济、环保等优点，被广泛认为是一种高效去除抗生素方法。吸附法去除废水中四环素所用的吸附材料类型不同、种类繁多，本工作总结了炭质材料、金属有机框架材料和矿物材料这三类常用吸附剂，列举了上述材料对TC的吸附容量，分析了pH值、温度、离子强度和其他因素对TC吸附过程的影响。在此基础上，分析这三类材料吸附TC时不同吸附动力学和热力学模型的拟合情况，发现大多数材料的吸附动力学采用准二级动力学模型而吸附热力学采用Freundlich热力学模型能更好地描述其吸附过程。阐述了去除TC过程中所涉及的机理。对这三类材料吸附TC研究中存在的优势与不足进行比较，展望了今后的研究重点，为加快制备更经济、高效、可再生的TC吸附材料提供参考。

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2. 典型尺寸燃煤颗粒富氧燃烧特性及燃烧本征动力学研究

白浩隆付亮亮许光文白丁荣

过程工程学报 2022, 22 (8): 1115-1123. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221256

摘要（189）

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PDF （1151KB）（36）

利用微型流化床加热速度快、温度分布均匀以及气体近平推流等优势，在直径20 mm自动控温的微型流化床反应分析仪中研究了粒度分布为1.7~3.35 mm和0.12~0.23 mm两种典型尺寸燃煤颗粒在790~900℃温度范围内的富氧燃烧行为。通过快速响应过程质谱对燃烧产生的烟气进行实时监测，成功地识别和记录了粗颗粒燃烧过程中经历的挥发分燃烧和原位新生半焦燃烧两个主要阶段。挥发分析出速度最快，然后快速燃烧，而半焦燃烧速度较慢。相比之下，细颗粒燃烧的这两个阶段具有几乎相同的速率，因而相互耦合而难以区分。根据实验结果，挥发分析出和燃烧为快速反应，煤颗粒燃烧过程速率受原位新生半焦燃烧过程控制。进一步研究了挥发分和原位新生半焦燃烧动力学行为，获得其本征动力学的活化能分别为107.2和143.9 kJ/mol。

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3. 搅拌槽中酯化反应热失控的CFD模拟

陈毕清管小平杨宁白丁荣

过程工程学报 2022, 22 (8): 1053-1060. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221317

摘要（178）

HTML （2）

PDF （4055KB）（71）

热失控是化工过程中常见的安全风险之一。在间歇釜式反应器中，桨叶的机械转动可以增强流体的循环流动、湍流强度、混合程度以及传热，进而有效防范热失控。防控效果与反应器结构和搅拌桨型密切相关。针对丙酸异丙酯酯化反应，采用计算流体力学模拟研究了桨型(Rushton桨、30o PBT桨及60o PBT桨)、转动方向和挡板对釜式反应器内温度演化的影响，从流动结构方面分析了原因。基于散度的失控判据比较了三种搅拌桨抑制热失控的能力，抑制能力为Rushton桨＞30° PBTD桨＞60° PBTD桨。本研究可为搅拌反应器热失控的优化设计提供一定的理论依据。

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4. 四氢呋喃-甲醇-乙酸甲酯-水热集成双溶剂萃取精馏工艺

娄超李铭恽一万德浩杨德明

过程工程学报 2022, 22 (7): 882-890. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221316

摘要（177）

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PDF （1335KB）（22）

针对四氢呋喃-甲醇-乙酸甲酯-水四元物系中存在多个二元共沸物的特点，本工作提出了常规双溶剂萃取和热集成双溶剂萃取两种精馏工艺。基于WILSON方程计算得到热力学数据，并对萃取剂进行了筛选。结果表明，对于四氢呋喃-甲醇和乙酸甲酯-甲醇共沸物系，选用水作为萃取剂最为合适；而对于四氢呋喃-水和乙酸甲酯-水共沸物系，则选用乙二醇作为萃取剂最为合适，且总溶剂比为0.65，乙二醇和水的比例为1.3。在此基础上，以能耗和年总费用(TAC)作为精馏工艺的评价指标，对提出的常规双溶剂萃取和热集成双溶剂萃取精馏工艺进行了模拟，并利用夹点分析技术对双溶剂萃取精馏系统的换热网络进行了优化。研究结果表明，优化后的换热网络其冷公用工程消耗降低44.12%，热公用工程消耗节约42.49%。与常规双溶剂萃取精馏工艺相比，热集成双溶剂萃取精馏工艺其能耗降低约43.29%，节省TAC约26.89%，热力学效率提高了3.25%。可见，热集成双溶剂萃取精馏工艺用于分离以上四元共沸物系，具有较好的技术经济优势。

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5. 碳中和背景下的钢化联产发展趋势

石春艳张国帅李益张锁江

过程工程学报 2022, 22 (10): 1317-1324. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222361

摘要（176）

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PDF （2057KB）（67）

本工作针对钢铁行业副产的煤气、余热、钢渣及钢化联产现状进行了分析，论述了碳中和背景下钢化联产绿色低碳技术的发展趋势，展望了未来无碳炼钢的新型钢厂从“以化固碳”转变为“以氢代碳”的新模式，并提出了加快钢化联产新技术应用建议和举措，以期建立以钢铁行业为龙头，耦合化工行业的新型工业可持续发展生态链，支撑我国“双碳”目标的实现。

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6. 沸石咪唑骨架膜的制备及其应用进展

冯凡曾坚贤黄小平张锐吴振威

过程工程学报 2022, 22 (6): 709-719. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221191

摘要（174）

HTML （162）

PDF （11190KB）（55）

近年来，将金属-有机骨架材料(MOFs)和膜基材料结合，制备新型MOFs分离膜成为膜领域研究的热点之一。由于MOFs具有类似分子筛结构和空间拓扑结构，在分离、催化等方面具有潜在的应用前景。沸石咪唑框架材料(ZIFs)作为MOFs中重要分支之一，因其具有优异的热稳定性和化学稳定性被应用于膜分离。本工作重点阐述了原位生长、界面反扩散、逐层组装、二次生长、气相沉积和微流体处理等方法制备ZIFs多晶膜和杂化膜，并系统介绍了ZIFs复合膜在染料与重金属离子去除、气体分离、天然气净化、生物医药和电化学传感中的应用。最后，总结了ZIFs复合膜制备过程中存在的问题和挑战，并对ZIFs复合膜未来研究的方向提出了展望。

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7. 微尺度蒸馏技术的研究进展

唐银郑永杰田景芝孙静于洪健

过程工程学报 2022, 22 (6): 699-708. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221195

摘要（161）

HTML （172）

PDF （2168KB）（66）

随着电子学的发展和微制造技术的不断进步，微尺度蒸馏技术作为一种有效的化工强化手段，可用于解决蒸馏工艺存在的设备庞大、能量利用效率低以及对于相对挥发度较低的体系分离困难等问题。当尺度减小后，液体通道的深度和传质距离也随之减少，气-液或液-液间的传质效率显著增强。利用微蒸馏设备进行分离具有极低的等板高度；同时，在具有优良控温系统的前提下可以对传热进行更精准地控制，有利于减少热敏体系中副反应的发生。本综述分别介绍了重力微蒸馏、载气微蒸馏、真空微蒸馏、毛细(管)力微蒸馏和离心力微蒸馏五种主要的微尺度蒸馏方法，比较和讨论了每种方法的结构特征及其优缺点，并对微蒸馏设备的加工制造技术进行了系统介绍。微尺度蒸馏技术具有特殊的优势，能够为现代化工蒸馏向着降耗、环保、集约化的目标发展提供新思路。

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8. 含有偶氮苯结构单元的离子液体在智能材料中的应用与研究进展

马肃戴毅

过程工程学报 2022, 22 (8): 1011-1018. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221290

摘要（159）

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PDF （810KB）（38）

刺激响应性材料作为新型智能材料，在日常生活和工业生产方面有着重要应用，但能耗高、难以精准控制及循环可逆性差限制了其使用范围。偶氮苯基团是一种合成相对简单、循环可逆性好、易于精准控制、相对节能的光敏性官能团。离子液体是一类蒸汽压低、热稳定性好、可设计、对环境污染程度较低的新型液体材料。因此含有偶氮苯基团的离子液体是一类既具有光响应性，又具有离子液体特性的新型功能材料，凭借其在紫外/可见光(UV/Vis)照射下发生光致异构化，从而引起物化性质和材料性能发生可控变化，成为目前研究的热门。本工作综述了近年来含有偶氮苯基团的离子液体在光控智能材料中的应用，对含有偶氮苯结构单元的离子液体在光控电导率、光控自组装、光控相行为、光控CO2的捕获与释放和光响应可控离子凝胶黏弹性等领域的研究进展进行了详细介绍，并对其未来的发展方向进行了展望。含有偶氮苯结构单元的离子液体具有独特的优势，在可持续发展的大背景下能够为智能材料、绿色化学的发展提供新的思路。

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9. 基于巴西果效应的颗粒床振动再生研究

王建宏莫晓燕张会其詹敏述

过程工程学报 2022, 22 (8): 1085-1093. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221384

摘要（154）

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PDF （2228KB）（20）

为了探索一种低成本的、环境友好的颗粒床含尘滤料再生方式，采用垂直振动后拍照的方法，研究了滤料/粉尘的平均粒径比、体积比以及振动频率、加速度、振幅等对基于巴西果效应的滤料/粉尘的垂直振动分离的影响。结果表明，矿渣/滑石粉、矿渣/粉煤灰的平均粒径比不低于75，石英砂/滑石粉、石英砂/粉煤灰的平均粒径比分别不低于65, 15.3时，能形成巴西果。在20~100 Hz的振动频率下，矿渣/粉尘的振动加速度和振幅超过临界值时，矿渣/粉尘将从混合态转变为巴西果态。矿渣/粉尘体系形成巴西果的最优振动频率是45 Hz，该频率不受矿渣粒径、粉尘种类和矿渣/粉尘体积比的影响。矿渣粒径越大、矿渣/滑石粉的体积比越大，矿渣/滑石粉分离越容易, 矿渣/滑石粉比矿渣/粉煤灰体系更易形成巴西果。在45 Hz的最优频率下，矿渣/滑石粉和矿渣/粉煤灰分别在1.01和1.36 mm的较低振幅下，可实现垂直振动分离。采用基于巴西果效应的垂直振动方式分离颗粒床中含尘滤料是可行的，该分离方式有利于滤料的重复利用和提高颗粒床捕集细小粉尘粒子的能力，是一种具有应用前景的颗粒床滤料再生方式。

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10. 电极上气泡分离行为及其强化技术研究进展

林纬王章伟汪威李吉敏郭紫芯向晋邱心缘詹宏阳喻九阳

过程工程学报 2022, 22 (9): 1147-1158. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221283

摘要（153）

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PDF （3257KB）（54）

电解水作为大规模生产氢气的途径，增强电解水效率对于氢能源的生产具有十分重要的意义。而如何提高电解水工艺的电解效率是一个被广泛关注的问题。在电解过程中，电极两端产生的气体有三种去向：逸出电解槽、溶解于电解质中、附着在电极上。但在电解过程中，附着在电极上的气泡会严重影响电极与电解质之间的接触面积，直接降低了电解效率。降低气泡在电极上的停留时间能够有效增加电解质与电极的接触时间，提高产氢效率。本工作主要综述了近年来促进电解过程中极板上氢氧气泡从电极分离行为的研究，分别从极板属性、电流、溶液浓度和外加物理场这几个方面对气泡成核、生长、聚结和分离行为进行了具体的归纳总结，讨论了各种强化气泡分离方法的特点，并展望了未来的发展方向和路线，为未来的电解气泡脱离技术的研究提供参考。

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11. “双碳”战略下的冶金行业资源循环利用技术前沿

李会泉吴玉锋陈运法

过程工程学报 2022, 22 (10): 1414-1417. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222360

摘要（151）

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PDF （503KB）（39）

资源循环利用是冶金行业保障关键金属资源安全供给、实现碳达峰、碳中和的重要途径。本工作立足“双碳”战略视角，概述了冶金行业资源循环利用总体现状与绿色低碳转型发展趋势，从物质循环科学基础、“无废冶金”变革性技术、资源循环与碳循环耦合、二次金属资源高质循环以及基于数字技术的知识产权重构等多角度，展望了冶金行业资源循环利用技术发展前沿，提出了系列观点，以期为冶金行业绿色低碳转型发展提供参考。

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12. 用于超声造影成像的颗粒稳定气泡制备

张晴吴颉马光辉

过程工程学报 2022, 22 (6): 828-838. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221185

摘要（149）

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PDF （4303KB）（43）

超声成像由于其无创无痛、可实时监测以及成本低廉等优点，被广泛用于多种疾病诊断。但是，某些人体组织回声较弱，需要借助具有强回声特性的超声造影剂微气泡来实现对比成像。目前临床批准使用的微气泡多采用表面活性剂或磷脂作为稳定剂，其稳定效果有限、血液循环时间短，限制了对小病灶等需要长时间观察的病变部位的检查能力。颗粒稳定气泡(Particle Stabilized Bubbles, PSBs)是由颗粒代替传统表面活性剂稳定的气泡，由于其具有高稳定性、低毒性等优势，有望用于超声造影。但目前关于颗粒稳定气泡的制备及应用研究较少，其原因主要在于体系对颗粒的接触角范围要求很窄，一旦超过界定范围，则气泡稳定性急速下降。本工作以制备出稳定的颗粒稳定气泡，考察其作为超声造影剂的效果为目标。通过筛选不同亲疏水性的颗粒作为稳定剂，并对其荷电性、浓度、粒径、水相及气相等因素进行考察，制备得到了由壳聚糖纳米颗粒(CNPs)稳定的颗粒稳定气泡(CPSBs)。并在此基础上，通过细胞毒性实验、溶血性、病理切片等实验评价了体系的生物安全性，通过小动物超声成像仪考察了其体内外造影性能。实验结果表明该体系具有良好的生物安全性以及良好的体内外造影能力，表明其具有作为超声造影剂应用的潜力。

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13. 地质聚合物基分子筛合成方法及在工业废水处理中的应用研究进展

张晨杨诚李明阳高翔鹏于先坤童雄龙红明

过程工程学报 2022, 22 (6): 720-733. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221151

摘要（148）

HTML （161）

PDF （1065KB）（43）

地质聚合物是三维立体网状结构的无机凝胶材料，其具有原料来源广泛、制备工艺简单、耗能小、污染低，其具有优良的吸附性、较高耐酸碱腐蚀性和较强机械性能等特点。分子筛具有内部孔道均匀、比表面积大、反应选择性高等优点，是一种新型环保的吸附材料。由于其与地质聚合物存在物质传递和结构遗传的关系，分子筛可在一定条件下由地质聚合物转化而成。富含硅铝元素的工业废渣均可制备地质聚合物和分子筛，由于其自身特点，常被用作吸附剂处理工业废水，从而实现资源化利用和“以废治废”的目的。本工作综述了地质聚合物基分子筛合成和工业废水应用方面的研究进展，介绍分子筛原料来源和材料性能特点，总结利用粉煤灰、尾矿、矿渣等材料制备地质聚合物基分子筛的合成方法，分析分子筛材料处理工业废水的应用现状，对寻找到更加经济先进的分子筛合成工艺和推广工业化应用进行展望。

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14. 锂离子电池高镍三元正极材料LiNi _0.8Co _0.1Mn _0.1O ₂的性能研究

蔡铖张海燕王英付海阔黄玲唐仁衡肖方明

过程工程学报 2022, 22 (6): 754-763. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221194

摘要（148）

HTML （7）

PDF （3206KB）（43）

富镍正极材料(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)具有高容量的优点，是锂离子电池正极材料最有潜力的材料之一。为确定最佳合成条件，本工作研究了合成温度对材料性能的影响，并详细分析了材料电化学性能衰减的原因以及循环过程中材料结构的变化。采用热重/差示扫描量热法(TG/DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对合成的正极材料进行了物化表征，并对其电化学性能进行测试。结果表明，在低温段500℃保温4 h，高温段750℃保温14 h合成的正极材料NCM750在0.2 C首次放电比容量为186.2 mAh/g，首次充放电效率为82.5%，1 C放电比容量为185.1 mAh/g，100次循环后仍有175.2 mAh/g，容量保持率为95.2%。在此条件下合成的材料具有结构稳定，粒径均匀，电化学性能优异等优点，本工作对富镍正极材料的合成及结构变化进行研究，有助于加深对材料的了解。

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15. 中国钢铁行业“超低排放”向“减污降碳”过渡的技术思考

朱廷钰刘霄龙

过程工程学报 2022, 22 (10): 1360-1367. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222353

摘要（145）

HTML （7）

PDF （2835KB）（101）

钢铁行业是我国国民经济的重要基础产业，但同时也是我国污-碳排放量最大的工业行业。2019年4月，五部委联合印发了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，率先引领了工业烟气超低排放，我国钢铁行业大气污染排放量实现了大幅削减。“十四五”以来，在“双碳”背景下，随着减污降碳的提出，现有超低排放技术所带来的碳增量效应问题逐渐凸显，又对钢铁行业带来了新的技术需求。本工作阐述了我国钢铁行业超低排放的技术进展，归纳了钢铁行业减污降碳发展方向，并提出了未来钢铁行业绿色低碳发展建议，为推动中国钢铁行业的高质量绿色发展提供参考。

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16. 连铸凝固过程热模拟实验方法及应用案例

袁华志仲红刚翟启杰

过程工程学报 2022, 22 (10): 1400-1413. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222310

摘要（143）

HTML （3）

PDF （5409KB）（32）

凝固是制约冶金产品质量的重要环节，但因高温、不透明、大规模和连续化的生产特点，连铸生产条件下的凝固问题研究极为困难。目前的研究方法主要包括数值模拟、物理模拟和热模拟，其中热模拟方法因可以直接获取接近生产条件的实验数据而备受关注。本工作系统介绍了连铸凝固热模拟研究方法，简述了热模拟技术原理，并对结晶器热模拟方法及特征单元热模拟方法的原理和应用进行总结。其中，基于特征单元热相似性提出的连铸坯枝晶生长热模拟及凝固裂纹热模拟等方法成功地将十几吨铸坯的凝固过程“浓缩”到实验室用百克钢研究，不仅可以揭示钢液成分、浇注和冷却条件等因素对凝固过程、组织和元素分布的影响规律，而且还可以获得铸坯固液界面形貌、界面前沿溶质扩散和夹杂物演变、凝固裂纹形成的可能性及条件等其他手段无法得到而冶金界非常关注的问题。

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17. 颗粒尺度下混合催化剂床层中CO ₂加氢反应体系数值模拟

靳波张亚新

过程工程学报 2022, 22 (8): 1040-1052. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221292

摘要（143）

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PDF （7777KB）（57）

CO2的有效转化对于实现“双碳”目标具有重要意义。柱形颗粒比异形颗粒具有更优良的热导性和更小的颗粒表面积，因此，为获得更优异的床层性能，采用离散元方法(DEM)对异形颗粒混合堆积床内的CO2加氢反应体系进行颗粒尺度CFD模拟计算，探究不同堆积方式对床层多物理场分布、CO2转化率及CH4产率的影响。结果表明，催化剂内部存在扩散阻力，随着反应进行，颗粒内物质由分层分布渐变为均匀分布。随机混合床与常规床相比，随机混合床稳态前热点不易波动、稳态产率更高，而柱形床径向热场更均匀且热点更高。在四种规则混合床中，底部为4孔的两种催化剂床相较于底部为柱形的两种催化剂床，整体流场更均匀、高速区少、压降大、高温区占比大、稳态前热点不易波动；2层-底4孔催化剂床的稳态出口CO2转化率和CH4产率均最大；4层-底4孔催化剂床高温区占比较高，随着反应进行，高温区占比呈上升趋势，CO2转化率和CH4产率大幅下降。

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18. 泡沫分离设备的研究进展

韩娟方思含黄文睿吴嘉聪李媛媛王蕾毛艳丽王赟

过程工程学报 2022, 22 (7): 839-852. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221208

摘要（142）

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PDF （3094KB）（66）

作为一种新型分离技术，泡沫分离技术具有设备简单、能耗低、易于操作、低浓度条件下效率高和无污染等优点，该技术在降低表面活性物质分离成本方面具有极大的潜力，在工业上得到了广泛的应用。本工作分析了近年来文献报道中应用于分离回收蛋白质、有机污染物、天然产物、金属离子、微藻等的各种泡沫分离设备，并结合泡沫分离技术的发展历程将其分为传统泡沫分离设备和改进泡沫分离设备。重点阐述了改进泡沫分离设备的作用机理和分离效果，突显泡沫分离技术的重要性。改进型泡沫分离设备在一定程度上提高了分离效果，但依然存在一些问题，如很多设备在提高富集比的同时也降低了回收率。

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19. 非平整基底上活性剂驱动的液滴铺展稳定性研究

李春曦苏浩哲童嘉铭叶学民

过程工程学报 2022, 22 (8): 1019-1029. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221311

摘要（139）

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PDF （1537KB）（30）

当含有表面活性剂的液滴放置在液膜上时，受表面张力梯度的驱动，液滴会自发向外铺展。在铺展过程中，初始微小扰动会在非线性作用的影响下产生以指进现象为特征的不稳定现象，并与基底几何特征密切相关。基于润滑理论推导的液膜厚度和活性剂浓度演化方程，采用FreeFEM++语言编写数值模拟程序，应用微软MS-MPI运行库进行并行化处理，模拟了非平整基底对含活性剂液滴铺展过程中指进现象的影响，使用功率谱方法分析了不同波数对应的扰动能量增长规律，探究了Marangoni效应、毛细效应与扰动能量间的变化关系，揭露了非平整基底对不稳定性的影响机理。结果表明，非平整基底对手指形貌影响不大，但对手指下游影响明显；不同波数对应的扰动能量存在不同的演化特征，优势波数为20和7；最大扰动能量出现在初始条件设置扰动处，与平整基底相对比，凹槽基底可抑制扰动发展，总扰动能量约为平整基底的80%；波纹基底可促进扰动发展，总扰动能量约为平整基底的105%，且波纹基底在初期对特定波数的扰动有明显的促进作用。总体地，非平整基底通过改变活性剂浓度分布影响扰动能量，进而影响指进现象。

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20. 方解石包覆-酸反应浮沉试验及机理

邓荣东幸鼎权周江慧李世淇赵睿祺

过程工程学报 2022, 22 (8): 1094-1102. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221225

摘要（139）

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PDF （2240KB）（11）

本工作系统研究了硫酸浓度、聚乙烯醇(PVA)种类及浓度、甲基异丁基甲醇(MIBC)浓度和十二烷基磺酸钠(SDS)浓度对PVA包裹的方解石颗粒与稀硫酸反应时方解石上浮情况的影响，并针对酸浓度、PVA浓度和MIBC浓度三因素开展正交试验。研究结果表明，包覆-酸反应方法可实现方解石颗粒的上浮。当方解石颗粒为1 mm时的最佳包覆-酸反应条件为PVA包覆剂型号为P139546，浓度为2.4wt%、硫酸浓度为2.0wt%、MIBC用量为40 mg/L，在此条件下方解石上浮率能达到84.9%；此外，PVA浓度与硫酸浓度是影响方解石包覆-酸反应浮沉的主要因素。

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21. 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（139）

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PDF （1833KB）（79）

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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22. Na ₂O/SiO ₂比对脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼渣结构和性能的影响

张笑天崔雅茹王国华杨泽赵俊学王泽胡爱琳

过程工程学报 2022, 22 (9): 1279-1286. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221314

摘要（138）

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PDF （3786KB）（24）

卡尔多炉熔炼是目前火法处理脱铜阳极泥的重要工艺之一。针对国内某企业脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼中渣熔化性能差、渣含贵金属损失大等问题，本工作利用热力学分析以及炉渣物性检测，结合XRD、拉曼光谱等结构表征手段，开展了脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼渣钠硅比调控优化研究。根据PbO-Na2O-SiO2-BaO四元体系液相区图及性能测定结果，在不改变渣率及熔剂添加总量前提下，适当提高Na2O/SiO2比可有效降低炉渣熔点和黏度；随着还原熔炼渣Na2O/SiO2比由0.42提高至0.60，由于Na2O的网络修饰剂作用，更多的桥氧转变为非桥氧，炉渣结构由Si2O76-硅酸盐二聚体结构为主，向SiO44-硅酸盐四面体结构过渡，其中的Si2O64-链状结构与Si2O52-片状结构也相应减少，含铅硅酸盐聚合度降低，桥氧Qn分析结果与熔渣硅酸盐结构相契合。同时，提高钠硅比后，炉渣熔化温度从1178℃降至950℃，在1100℃冶炼温度下，还原熔炼渣黏度可降低45.2%，流动性得到显著改善，从宏观角度也验证了熔渣结构变化规律。结果表明，对脱铜阳极泥卡尔多炉还原熔炼，通过调控炉渣Na2O/SiO2比来降低桥氧数及复杂阴离子聚合度，从而改善炉渣物化性能的思路是可行的。

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23. 铝/乙醇基纳米浆体燃料的着火燃烧特性研究

郭朋陈维齐孙运兰朱宝忠

过程工程学报 2022, 22 (6): 811-818. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221236

摘要（138）

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PDF （1234KB）（18）

为了明确纳米铝粉从低浓度到高浓度变化对液体碳氢燃料着火燃烧特性的影响，采用液滴悬挂法研究了不同温度下(700~800℃)乙醇液滴和添加不同浓度(2.5wt%, 10wt%, 15wt%和20wt%)纳米铝粉的铝/乙醇基纳米浆体燃料液滴的着火燃烧特性。利用高速摄影系统捕捉了液滴整个燃烧过程，分析了其液滴寿命。通过热电偶对液滴附近气相温度的测量，获得了其着火性能参数。结果表明，添加纳米铝粉可以改善乙醇液滴的着火性能。不同铝粉浓度改善效果不同，低浓度时效果较好，着火延迟时间显著缩短，点火温度明显降低。随温度升高，乙醇及添加纳米铝粉的铝/乙醇基纳米浆体燃料液滴着火延迟时间及着火温度均明显降低。纳米铝粉(S2)对乙醇(S1)着火延迟时间和液滴寿命的降幅在750℃最大，其降幅分别达42.20%和18.43%。纳米铝粉(S3)着火温度降低，其最大降低幅度也出现在750℃，相对于乙醇(S1)降低幅度达28.57%。一定铝粉浓度范围内，液滴微爆炸程度和微爆炸时长随铝粉浓度升高而增大，但铝粉浓度超过10wt%后趋势变得平稳。

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24. LNG接收站用低温球阀阀座唇形密封圈接触特性分析

林振浩李军业金志江钱锦远

过程工程学报 2022, 22 (6): 819-827. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221159

摘要（138）

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PDF （1960KB）（25）

低温球阀是液化天然气(LNG)接收站中必不可少的流体管道控制装置之一，其在低温工况下工作时阀座密封易发生泄露，严重威胁工业生产的正常运行。本工作基于热固耦合方法研究了LNG接收站用低温球阀唇形密封圈与阀体和阀座的接触特性，包括接触间隙和接触压力。结果表明，受低温介质的影响，唇形密封圈上存在较大温差，导致密封圈上的Mises应力大幅增加，最大Mises应力达到204.92 MPa。相比于常温工况时，低温工况时唇形密封圈的接触间隙变大，接触压力减小，最大接触间隙值达到-0.72 mm。增大弹簧预紧力在一定程度上可以改善低温工况时唇形密封圈的密封性能，增大接触压力。本工作对低温球阀的阀座密封设计和研究具有一定参考价值。

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25. 废旧塑料摩擦荷电机理及摩擦电选技术研究进展

师吉兰徐勇强王海锋何亚群

过程工程学报 2022, 22 (8): 1001-1010. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221214

摘要（137）

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PDF （1094KB）（33）

塑料由于材质轻、化学性质稳定、成本低、耐磨性及耐腐蚀性好等优点被广泛应用于工程建设、食品安全、交通运输以及医疗等领域，如果处理不当会对环境造成严重的污染，废塑料污染防治已成为全球关注的环境问题。目前处理废旧塑料的常用方法有风选法、浮选法、静电分离法和光选法等，摩擦电选作为一种新型干式分选方法越来越受到研究者们的重视，其具有工艺简单、污染小、投资少、成本低等优点。本工作针对废旧塑料的分选回收利用，详细介绍了摩擦电选的荷电机理、影响因素、荷电装置和分选设备的研究现状，指出了目前通过摩擦电选回收废旧塑料的技术问题，并对摩擦电选技术未来的发展趋势和应用进行了展望。

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26. 大肠杆菌FMME-N-26生产琥珀酸的发酵条件优化和放大

刘佳唐文秀王学明郭亮陈修来高聪刘立明

过程工程学报 2022, 22 (7): 853-862. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221265

摘要（136）

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PDF （1083KB）（35）

琥珀酸(Succinic acid)被认为是白色生物技术生产的最具潜力的大宗化学品之一，在工业上具有广泛的应用。微生物发酵生产琥珀酸具有环境友好和可持续发展等优点，展现出良好的发展前景，但是存在得率低、副产物积累、生产强度低等问题。为了实现琥珀酸的高效生产，在3.6 L发酵罐中对E. coli FMME-N-26生产琥珀酸发酵条件和补料策略进行了优化，建立了好氧-厌氧两阶段发酵工艺，最终确定发酵策略为：有氧发酵8 h后转为厌氧发酵，MgCO3为pH中和剂，发酵72 h补加抗渗透压保护剂2 mmol/L甜菜碱，厌氧阶段控制葡萄糖浓度为1~5 g/L。优化后发酵72 h，琥珀酸的产量和厌氧阶段得率分别达到119.2 g/L和1.08 g/g葡萄糖(理论得率97%)，分别比优化前提高了46.4%和4.8%，副产物乙酸和乳酸仅积累2.37和0.94 g/L，分别比优化前降低了37.1%和49.2%。在1000 L发酵罐中实现中试放大生产，E. coli FMME-N-26生产琥珀酸的产量、得率和生产强度在国内外属于领先水平，为琥珀酸工业化生产奠定了坚实的基础，同时也为其他高价值化学品的生产提供了借鉴。

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27. 一种生态工业园区碳-氢-氧共生网络的多目标优化与决策方法

邓洪川陆文旭罗小勇吕沿霖王琬

过程工程学报 2022, 22 (8): 1137-1146. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221249

摘要（135）

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PDF （1050KB）（29）

针对生态工业园区中碳-氢-氧共生网络，基于多尺度原子标定方法，同时考虑经济和环境因素及回用副产碳氢氧化合物，本工作提出了一种多目标优化及决策的方法，从备选方案中获得最优方案。该方法采用数学规划法，分别以最小总年度成本和二氧化碳年度排放量为目标函数进行全局优化，建立了混合整数非线性规划模型；采用ε-约束法，将二氧化碳年度排放量转化为约束条件，得到了总年度成本与二氧化碳年度排放量帕累托前沿，发现总年度成本与二氧化碳排放量成反比；采用多维偏好分析的线性规划和逼近于理想解的排序决策方法对帕累托前沿进行最优决策，发现两者选择同一点作为最优决策。基于所提出的方法对某工业园区进行优化，结果表明，合理利用现有副产碳氢氧化合物，可以减少原材料成本，从而使总年度成本和二氧化碳年度排放量分别减少了63.44%和76.99%。

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28. 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（135）

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PDF （3831KB）（18）

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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29. 多尺度离散模拟在钢铁行业技术研发中的应用

徐骥葛蔚王利民李静海

过程工程学报 2022, 22 (10): 1308-1316. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222276

摘要（132）

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PDF （5336KB）（113）

为实现“双碳”目标，钢铁行业正面临紧迫的转型升级，高精度、高效率的数值模拟在推动其工艺智能化和绿色化方面可以发挥重要作用。本工作讨论了基于问题、模型、软件和硬件逻辑与结构一致的EMMS范式实现高性能多尺度离散模拟的可能。概述了相关软件在钢铁行业设备结构和操作条件优化方面的初步应用，包括铁矿石原料分选、烧结矿竖冷炉结构优化、钢渣滚筒处理优化和炼铁高炉操作优化等，展示了该模拟方法在钢铁行业的应用潜力，并展望了进一步结合在线测量、人工智能、人机虚拟交互和在线控制实现钢铁行业虚拟过程工程的前景。

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30. 过程工程所流化床直接还原技术研究进展

范川林杜占潘锋邹正李军李洪钟朱庆山

过程工程学报 2022, 22 (10): 1325-1332. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222325

摘要（132）

HTML （7）

PDF （4964KB）（48）

“双碳”背景下，钢铁工业亟待低碳重塑，氢气直接还原(常称为“氢冶金”)是国内外竞相研发的重要方向。流态化直接还原是过程工程所六十多年来一直坚持的研究方向。值此叶渚沛先生诞辰120周年之际，本综述回顾并概述了过程工程所在流态化直接还原基础理论和工业应用两方面所取得的一系列重要成果。基础理论方面包括颗粒间黏着力与分离力相互竞争黏结机制、聚团流化和慢速失流的发现、不同铁形貌析出机理和黏结特性，以及降低颗粒间黏结力(颗粒包覆改性、调控铁析出形貌)和增大颗粒间分离力(增强颗粒运动、增大颗粒尺寸、施加外场力)等一系列抑制黏结失流方法；工业应用方面包括100公斤/天流化床氢气直接还原、1吨/天钒钛磁铁矿流化床直接还原和千吨级钒钛磁铁矿直接还原-电炉熔分等中间试验，目前正在与鞍钢集团等单位合作开展全球首套1万吨直接还原铁/年流化床绿氢直接还原工程示范。谨以此文缅怀叶渚沛先生、郭慕孙先生等老一辈科学家，以期推动流化床直接还原基础理论和技术研发的进步，为钢铁工业低碳重塑贡献智慧和力量。

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31. 碳酸铈在NaCl-H ₂O体系中的相平衡热力学模型

栾峰王道广王均凤张建伟崔朋蕾

过程工程学报 2022, 22 (8): 1103-1114. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221348

摘要（132）

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PDF （3693KB）（21）

碳酸铈是生产CeO2的重要前驱体，对其性质具有决定性影响。碳酸铈的结晶特征取决于反应结晶过程中过饱和度的控制，其在NaCl-H2O体系中的相平衡数据是关键基础数据。本工作首先在298.15~363.15 K温度范围内合成了碳酸铈，XRD分析结果显示，323.15 K及以下得到的产品为八水碳酸铈[Ce2(CO3)3?8H2O]，343.15 K及以上得到的产品为碱式碳酸铈[CeCO3OH]。本工作采用经典等温法测定了这两种碳酸铈化合物在NaCl-H2O体系中的相平衡数据，并利用Aspen Plus平台的ELEC-NRTL方程建立了可准确预测Ce2(CO3)3?8H2O和CeCO3OH在NaCl-H2O体系中相平衡数据的热力学模型。在无限稀释假设的基础上，通过回归Ce2(CO3)3?8H2O和CeCO3OH在水中的溶解度数据，确定了这两种化合物的溶度积。采用赋存形态分析方法，将CeCO3+, CeOH2+, CeHCO32+等组分引入热力学模型。利用实验数据获得了新的离子对(Ce3+-HCO3-和Ce3+-Cl-)参数，提高了新模型的预测能力，所建立的热力学模型预测值与实验数据吻合较好。

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32. 250 t转炉二次燃烧氧枪射流特性

郑淑国朱苗勇

过程工程学报 2022, 22 (10): 1438-1446. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222281

摘要（132）

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PDF （1710KB）（42）

氧枪喷嘴的超音速射流特性对熔炼有重要影响。本工作结合某钢厂250 t转炉实际，运用Fluent软件建立三维模型，对比分析了周边5孔加中心单孔的普通氧枪与单流道二次燃烧氧枪的射流特性，通过VOF多相流模型对气-液-渣三相之间相互作用进行模拟研究，并开展了工业试验研究。结果表明，相比于普通氧枪，因一侧副孔流股快速汇入中心孔射流而使二次燃烧氧枪有更大的径向横截面积，且其中心孔射流速度大，故二次燃烧氧枪具有更大的冲击面积和冲击深度。通过气-液-渣三相模拟研究可知，由于表面波的传播，钢-渣-气的空腔剖面和界面保持不稳定，且随着时间的推移，炉壁处的渣层较为平静，表明无论是普通氧枪还是二次燃烧氧枪，都不存在冲刷炉壁现象。其中二次燃烧氧枪最大冲击直径和冲击深度为2461和358 mm，分别是普通氧枪的1.16倍和1.19倍。工业试验表明，与普通氧枪相比，二次燃烧氧枪可以提高熔池温度27.2℃，使供氧时间缩短78 s。

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33. “双碳”背景下高炉使用高比例球团的展望

王新东金永龙

过程工程学报 2022, 22 (10): 1379-1389. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222239

摘要（131）

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PDF （935KB）（33）

碳达峰和碳中和是我国承担解决气候问题的大国责任，推动生态文明建设和高质量发展的重要举措。高的碳排放是限制钢铁行业实现“双碳”目标的关键因素。为了达到低碳发展目标，一方面进行突破性的低碳冶金工艺的开发和应用，或拥有足够的优质废钢资源供给；另一方面，充分发挥现有高炉流程成熟、高效、优质、低成本等特点，结合铁矿资源条件，充分利用球团矿优良的冶金性能、生产过程低能耗和低排放等优势，开发高炉使用高比例球团的炉料结构和相关操作制度，实现全系统最佳的能源消耗和碳排放水平，提高现有流程的综合竞争力。高炉使用高比例球团的相关技术研究、开发和应用在国内外都已取得显著进展，我国在部分企业具备一定的资源优势条件，开展了大量前期研究和生产实践，未来的发展将为我国钢铁行业实现低碳目标产生积极效应。

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34. 密度泛函理论研究金属镧离子的水合团簇

巨朝阳余梦婷雷庭俞程海翔任兰会葛承胜

过程工程学报 2022, 22 (6): 764-773. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221184

摘要（130）

HTML （6）

PDF （3536KB）（17）

Y型分子筛具有许多工整均匀的孔道结构，经常作为酸催化剂、双功能助推剂和择形催化剂，被广泛应用于干燥、洁净过滤、吸附分离和催化等领域。工业生产中稀土Y型分子筛的制备一般选用稀土离子水溶液与NaY型分子筛通过离子交换置换制取，但稀土离子水合结构以及通过分子筛孔的微观机理仍不清楚。本工作采用密度泛函理论(DFT)在M06-2X-D3/def2-SVP计算水平下，La3+采用LANL2DZ赝势基组，采用SMD=water隐式溶剂模型研究了La3+水合团簇及其不同价态时的结构性质，对水合团簇结构尺寸、Mulliken电荷、结合能以及能量分解进行了分析。结果表明，La3+水合团簇结构柔性较大，并非大于某个水合数无法通过分子筛孔；随水合数目的增大，La-O(H2O)平均半径有着增大的趋势，La3+在水溶液中总是趋于更稳定的多水合团簇结构；La-O(OH-)形成的键能比La-O(H2O)强；在[La(H2O)n]3+水合数目小于等于9时，团簇结构中以静电为主导作用，其次是诱导作用和交换互斥作用，色散作用所占比例最小；当水合数目大于9时，诱导作用所占比例升高，静电作用所占比例降低。研究结果对于深入认识稀土水合结构和分子筛制备机理具有重要理论指导意义。

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35. 低共熔溶剂萃取精馏分离苯/环己烯共沸物研究

王艳虹华超尹民陆平白芳李海

过程工程学报 2022, 22 (7): 909-916. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221142

摘要（130）

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PDF （853KB）（18）

以四丁基溴化铵(TBAB)、氯化胆碱(ChCl)为氢键受体，乙二醇(EG)、乙酰丙酸(LA)为氢键供体合成的TBAB:EG (1:2), TBAB:LA (1:2), ChCl:LA (1:2)三种低共熔溶剂(DES)作为萃取剂，通过萃取精馏分离苯-环己烯共沸体系。实验测量了环己烯-苯-DES三元体系气液相平衡，并对DES组成中氢键供体和氢键受体对分离性能的影响进行探讨。结果表明，DES的分离性能由高到低依次为ChCl:LA (1:2)>TBAB:LA (1:2)>TBAB:EG (1:2)；采用NRTL模型关联环己烯-苯-DES三元体系的气液相平衡数据，拟合得到体系二元交互参数；在Aspen Plus V7中针对ChCl:LA (1:2)为溶剂的萃取精馏过程进行建模计算，并将其分离效果与传统溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)进行对比，以DES为溶剂的萃取精馏过程相比于DMAC，回流比由3.8降至0.30，流程整体热负荷减少了16.57%。

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36. 掺氢天然气在家用燃烧器中的燃烧特性

冯帅明杜伟夏起陈晨高增梁

过程工程学报 2022, 22 (7): 873-881. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221284

摘要（130）

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PDF （1303KB）（26）

为了降低CO2排放，缓解天然气供应压力，促进氢能规模消纳，掺氢天然气被认为是最有前途的途径之一。目前，掺氢天然气的研究主要集中在工业上，本工作基于以掺氢天然气为燃料的家用大气式燃烧器的燃烧特性，利用Fluent软件结合GRI 2.11化学反应机理文件，建立燃烧器二维轴对称模型，对比数值模拟结果与实验结果，验证了数值模型的合理性；分析了燃料与空气不同预混量以及二次风流速对燃烧器的燃烧温度、主要自由基含量、燃烧污染物等的影响规律。结果表明，随着预混量(一次空气系数)增大，峰值温度大幅度升高，NO峰值质量分数先增大后降低，CO峰值质量分数逐渐增大；随着二次风流速(过量空气系数)增大，温度与污染物含量变化很小，与预混量的影响相比，二次风流速的影响几乎可以忽略不计。

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37. 基于FRAM的化工装置事故情景推演研究

王倩琳田文慧张东胜王峰黑旭龙杨国安

过程工程学报 2022, 22 (6): 782-791. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221235

摘要（127）

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PDF （5910KB）（22）

由于过程风险态势高、安全管控难度大，化工装置易发生非计划停车停产、有毒有害物质泄漏以及火灾爆炸等事故，给社会、经济和环境造成了巨大的负面影响。事故致因模型是解决事故情景构建与推演问题的重要工具，但传统模型无法全面捕捉系统要素间的非线性交互关系或者拘泥于系统要素错误的原因分析及其消除措施的有效制定。因此，本工作引入功能共振分析方法(FRAM)，从整体系统的功能特征角度对化工装置事故情景开展推演研究。FRAM通过识别和描述基本功能、评估各功能的性能变化、确定功能共振的可能性以及制定性能变化的响应措施等步骤，能够深入回溯事故发生过程和演化情景，从而揭示化工装置事故的致因机理、挖掘化工装置的薄弱环节。以BP德克萨斯炼油厂爆炸事故为例，研究结果表明，该事故的主要原因是液位计B2、高液位报警器B3、加热炉S2和换热器S3产生了功能共振，从而引发了8种共振影响因素，并导致了12种功能失效连接。与时间与事件序列图(STEP)、事故地图(AcciMap)的分析结果进行了对比，验证了FRAM用于化工装置事故情景推演的可行性、有效性和合理性。

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38. 高温加压微型流化床内脉冲气射流扰动的数值模拟

张炜刘文津张玉明李家州岳君容

过程工程学报 2022, 22 (7): 944-953. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221234

摘要（124）

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PDF （1395KB）（20）

气固微型流化床反应分析仪由于其等温微分特性而被成功应用于反应动力学分析。目前该仪器多在常压条件下应用，在加压条件下的使用特性尚未明确。微型流化床为该仪器核心部件，通过计算流体力学方法深入研究其在高温加压条件下的脉冲进样行为有着重要意义，可揭示脉冲进样气对床层流化状态扰动的影响规律，进而为该仪器的高压使用与优化提供理论认识与指导。本工作基于双流体模型模拟床层流化，对加压条件下微型流化床的脉冲进样进行了三维数值模拟，并提出进样管结构改进方案。模拟结果表明，所建立的三维模型能够准确捕捉到微型流化床的压降，符合实验结果。温度与压力对脉冲进样气造成的床层扰动有着相反的影响规律，压力增大将引起脉冲进样气动能增加，进而导致对床层流化扰动加剧，而温度升高则会减弱对床层的扰动。通过对脉冲进样管进行轴向以及径向的扩张，可使扩张导致的气流速度减小效果强于无滑移壁面条件导致的气流速度增大效果，从而减小脉冲进样气末端速度，进而削弱其对床层的扰动。相比径向扩张，轴向扩张对扰动的削弱作用更为有效，因此脉冲进样管的改进应以轴向扩张为主。

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39. 撞击流反应器流场数值模拟及其混合性能优化

张建伟牛聚超董鑫冯颖

过程工程学报 2022, 22 (9): 1244-1252. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221336

摘要（124）

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PDF （2060KB）（26）

利用数值模拟方法分析多喷嘴对称撞击流反应器内部流场以优化反应器结构。研究不同喷嘴数和进料条件对撞击流反应器内速度场、湍流特性及混合效果的影响。结果表明，不同喷嘴数撞击流反应器内流速分布为双峰型，等流速工况下速度梯度随喷嘴数增加而减小，高剪切力分布范围随喷嘴数增加先增大后减小。通过分析湍流尺度分布发现小尺度涡旋主要集中在撞击区，而大尺度涡旋主要集中在发展区，且四喷嘴撞击流反应器平均剪切应力及涡旋尺寸梯度最大，四喷嘴结构更有利于增强流体湍动强度并强化混合。撞击流反应器内平均湍动能随喷嘴数增加先增大后减小，其中四喷嘴撞击流反应器内平均湍动能最大。当撞击流反应器为四喷嘴结构时，其混合效果最好，完全混合时间最短为22 s。在本研究工况内四喷嘴结构为撞击流反应器混合的最优结构。

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40. 鼓泡塔细胞反应器流体力学与传质特性

徐胜楠刘宏斐李雪良堵国成陈坚

过程工程学报 2022, 22 (9): 1192-1202. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221364

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以超大规模细胞培养为目的，构建了与细胞培养体系十分接近的冷模实验体系，系统地研究了微载体(Cytodex I)、细胞保护剂(Pluronic F68)和消泡剂(Antifoam C)对鼓泡塔反应器中气、固、液三相流流体力学和氧传质特性的影响。在0.04~0.17 cm/s表观气速范围内采用50 μm孔径的烧结金属滤芯曝气时，在含有0.5和1.0 g/L的Pluronic F68的磷酸盐缓冲溶液冷模体系中，气含率与表观气速成线性增加关系，而气泡直径受表观气速影响较小；相同气速下的冷模体系与空气-水体系相比，气含率显著提高，气泡直径明显减小。在所研究的表观气速范围内微载体均可全悬浮，对气含率有一定增强，但微载体浓度为14%~20%时对气泡大小几乎无影响。消泡剂用量在1.60×10-4时，可以有效抑制泡沫的形成。添加剂对液膜传质系数kL有较大负面作用，抵消了小气泡带来的传质面积增加，总的体积传质系数kLa变化不大。Euler-Euler多相流计算流体力学模型与拟稳态实验数据吻合较好，可用于指导反应器放大设计。

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