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（627）

HTML （24）

PDF （12772KB）（334）

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. 低温甲醇水重整制氢催化剂研究进展

申展江志东张鹏飞张子瑜车海英马紫峰

过程工程学报 2022, 22 (5): 573-585. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221147

摘要（619）

PDF （1690KB）（214）

甲醇具有结构简单、含氢量高、产能大等优点，利用甲醇与水蒸气进行重整是一种节能高效的现场制氢方式。甲醇水蒸气重整(MSR)与燃料电池联用能够实现多场景应用，但由于反应温度较高(250~300℃)，存在启动速度较慢、副产CO含量较高和热效率较低等问题。低温甲醇水重整(LT-Methanol Water Reforming, LT-MWR)包括低温甲醇水蒸气重整(LT-MSR)与液相甲醇水重整(Aqueous-phase Reforming of Methanol, APRM)，反应通常在200℃以下进行，同时保持较高的反应活性，进而能够减少预热时间、减弱副反应发生，且能与燃料电池实现更强的热耦合。本工作首先介绍了商用催化剂优异的性能与存在的缺陷，然后对低温甲醇水重整制氢催化剂，诸如Cu基催化剂、贵金属催化剂与光协同催化剂的研究进展进行了回顾。归纳了低温铜基催化剂的改性策略，包括合成方法、结构设计与元素掺杂。对国内外商用CuZnAlOx催化剂结构与性能的测试表明，其转化率高和稳定性好，存在的缺陷是价格较贵且在低温区催化活性急剧下降。Cu基催化剂活性受温度影响较大，在低温区活性很低，但通过适当的改性能够实现其应用价值，其改性策略包括合成方法、结构设计与元素掺杂。贵金属催化剂低温下活性较高，但存在价格昂贵、合成复杂等缺点。光协同催化剂则是在光照条件下进行催化重整，尚处于研究阶段。对于Cu基催化剂，合成方法的改进能够大大改善催化剂的微观混合程度与可重现性。适当的结构设计可提升催化剂的比表面积与热稳定性。元素掺杂则能够提升活性组分的分散度，修饰催化剂表面结构。三种改性策略能够有效提升Cu基催化剂低温下甲醇重整制氢的性能，在保持较高活性的同时，降低CO副产物的含量。展望了低温甲醇水重整制氢催化剂的发展前景和挑战，对催化剂的开发与应用有指导意义。

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3. 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（590）

HTML （32）

PDF （3494KB）（493）

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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4. 孔分布对多孔孔板流场和噪声的影响

李倩吉华冯东林张子扬段宗幸

过程工程学报 2022, 22 (5): 601-611. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221131

摘要（425）

PDF （1788KB）（102）

目前多孔孔板普遍采用均匀布孔结构，广泛用于管路限流降压以及减振降噪，为了进一步提高流动稳定性以及降低流噪声，在保持等效开孔直径不变的前提下，设计了具有不同孔间距、孔数和孔径的非均匀孔分布多孔孔板模型。基于数值计算结果，详细比较了含不同孔板模型管路流场中的速度、压力、回流特性、射流会聚和流动发展等流动特征。采用声学模型计算了孔板的噪声，在中心线以及垂直于流动方向的截面上设置监测点，对比了其频谱特性和总声压级。结果表明，与均匀多孔分布的常规孔板相比，孔间距等差递减、孔板边缘的孔数增多、以及孔径在满足不减少孔数的条件下增大，均能在不影响降压能力的情况下提高流动稳定性和降低板后噪声，且其噪声值分别最大改善了5.62, 6.10和7.00 dB。

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5. 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（414）

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PDF （6695KB）（140）

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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6. 扭曲椭圆管强化传热研究进展及应用

李修真谈莹莹袁俊飞王占伟王林

过程工程学报 2022, 22 (5): 561-572. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221153

摘要（403）

PDF （6683KB）（222）

扭曲椭圆管因结构简单、强化传热及阻垢性能优异，近年来成为被动强化传热领域研究热点之一。虽已有文献对扭曲椭圆管换热器技术进行了综述，但对扭曲椭圆管强化传热特性的归纳和工程应用研究脉络的梳理存在不足，本工作着眼于扭曲椭圆管内外传热及流阻性能研究、扭曲椭圆管换热器研发和工程应用两方面内容，概括了扭曲椭圆管(束)结构、工质、流动状态对传热性能及流阻特性的影响规律；回顾了扭曲椭圆管换热器工程应用案例，总结了有关扭曲椭圆管研究尚待完善之处，并对扭曲椭圆管强化传热研究的发展趋势进行展望，为深化扭曲椭圆管理论研究和工程实践提供指导和参考。

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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（394）

HTML （160）

PDF （2905KB）（150）

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. 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（393）

HTML （12）

PDF （1833KB）（186）

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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9. 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（382）

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PDF （3257KB）（154）

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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10. 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（378）

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PDF （1151KB）（42）

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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11. 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（358）

HTML （4）

PDF （3831KB）（77）

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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12. 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（354）

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PDF （2057KB）（127）

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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13. 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（354）

HTML （14）

PDF （1335KB）（43）

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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14. 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（352）

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PDF （13593KB）（199）

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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15. 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（351）

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PDF （1123KB）（127）

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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16. 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（349）

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PDF （2835KB）（152）

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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17. 催化臭氧氧化降解水中有机污染物的研究进展

王书欢周理龙李正杰韩继龙刘润静 Jimmy Yun

过程工程学报 2022, 22 (5): 586-600. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221094

摘要（341）

PDF （7082KB）（80）

水污染是当前工业发展中亟待解决的问题之一，催化臭氧氧化降解有机污染物工艺具有绿色、高效和工艺简单的优点而被广泛应用，而其中的关键在于催化剂的选用。本研究对均相催化臭氧氧化和非均相催化臭氧氧化过程的机理进行了分析和总结，着重讨论了非均相催化臭氧氧化过程常采用的贵金属催化剂、过渡金属催化剂、碱土金属催化剂和非金属催化剂对臭氧氧化降解有机污染物的促进作用，对提高这些催化剂催化活性的方法进行了综述，总结了pH值、臭氧浓度、催化剂剂量和有机污染物浓度对催化臭氧氧化降解有机物过程的影响。指出目前催化臭氧氧化降解有机污染物过程面临的主要问题是活性组分的流失导致催化剂催化活性下降。在今后的研究中，开发和制备新型、高效、绿色、稳定的催化剂以及探究最佳工艺条件仍是研究的重点。可以通过提高催化剂的吸附能力以改善臭氧在水溶液中的传质，促进臭氧分子的分解，还可以通过不同活性组分的协同偶联有效抑制活性组分的流失，提高催化剂催化活性的同时提高催化剂的稳定性，以达到高效降解有机化合物的目的。

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18. 改性电炉钛渣矿相解构法制备富钛料新工艺研究

周育生邱冠周景建发郑富强王帅陈凤郭宇峰

过程工程学报 2022, 22 (5): 651-659. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221137

摘要（339）

PDF （1869KB）（81）

以氧化后的钛精矿电炉冶炼渣为研究对象，采用一段氟化氢铵浸出-二段盐酸浸出的新工艺制备可用于沸腾氯化生产的富钛料原料，从浸出反应热力学和改性钛渣浸出行为两方面进行了系统的研究。氟化氢铵浸出热力学研究表明，氟化氢铵浸出可分解硅酸盐和部分黑钛石，并形成CaMg2Al2F12, CaF2和AlF3沉淀，浸出后杂质元素硅主要以(NH4)2SiF6的形式进入到浸出液中。氟化氢铵浸出实验表明，在氟化氢铵浓度为15wt%、液固比为10:1、温度20℃、浸出时间2 h的条件下，Si, Al, Ti, Fe, Ca和Mg元素的浸出率分别为93.55wt%, 28.03wt%, 3.88wt%, 20.50wt%, 3.40wt%和2.45wt%。浸出渣中主要的物相为金红石、黑钛石和钙镁氟化盐。氟化浸出残渣的盐酸浸出热力学表明，CaMg2Al2F12, CaF2, AlF3沉淀和剩余的黑钛石可溶解于盐酸溶液中。盐酸浸出实验表明，在盐酸浓度为20wt%、液固比为8:1、温度120℃、浸出时间2 h的条件下，Ca, Al, Mg, Ti, Si和Fe的浸出率分别为86.78wt%, 62.33wt%, 92.31wt%, 18.08wt%, 40.23wt%和75.36wt%。盐酸浸出后浸出渣主要物相为金红石，TiO2品位95.20wt%、CaO含量为0.49wt%、MgO含量为0.48wt%，满足沸腾氯化法对原料成分的要求。

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19. 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（329）

HTML （19）

PDF （3206KB）（85）

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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20. 生物合成尼龙新材料核心单体二元胺研究进展

蔺琨李壮王坤毕莹纪秀玲张志刚黄玉红

过程工程学报 2023, 23 (7): 958-971. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223147

摘要（322）

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PDF （1140KB）（256）

二元胺是聚酰胺、聚氨酯和聚脲等高分子材料合成的核心单体，生产需求巨大。在碳中和大背景下，合成生物基二元胺是实现低碳生产和可持续发展的有效途径，借助合成生物学、代谢工程、蛋白质工程等策略能够设计和开发高效的二元胺生物合成关键酶和途径。本工作简述了1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺的天然或人工合成路径，围绕微生物从头合成发酵和全细胞催化两种合成策略综述了二元胺的合成进展，丁二胺的生物合成主要包括鸟氨酸脱羧与赖氨酸脱羧路径，目前主要以发酵法生产丁二胺，但丁二胺的产率较低，不能达到工业生产的需求；戊二胺的生物合成路径为赖氨酸脱羧，主要采用发酵法和全细胞催化法，其中全细胞催化合成戊二胺更为高效，技术趋于成熟，已被广泛应用于规模化生产；己二胺目前主要是通过构建人工途径进行生物合成。另外，针对二元胺生物合成过程遇到的副产物多、菌株活性差、产率低、分离纯化困难等问题与挑战，提出了结合代谢工程和蛋白质工程优化关键酶催化、探索二元胺积累造成细胞损伤的影响机制、增强酶催化专一性和活性以提高生产强度、优化发酵体系、简化后续分离纯化步骤等提高生物合成二元胺的方法，同时指明了未来生物基二元胺工作的重要方向并展望了生物基二元胺的发展前景。

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21. 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（321）

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PDF （2013KB）（79）

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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22. 基于分子动力学模拟的羟基改性调控活性炭对甲苯吸附性能的作用机理研究

肖邦曹青马培勇毕海林李鹏程

过程工程学报 2022, 22 (5): 660-670. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221125

摘要（315）

PDF （3688KB）（73）

本工作通过在六苯并苯分子边缘植入羟基构建不同羟基含量的改性活性炭，采用分子动力学和巨正则蒙特卡罗模拟研究了改性活性炭模型的物理性质、局部电荷和孔径分布，进一步分析了甲苯分子在改性活性炭中的动力学特性和吸附机理。结果表明，引入羟基可加强活性炭对甲苯的吸附能力。在较高相对压强下，羟基含量为39.4%是活性炭改性的最佳浓度，超过此浓度后甲苯的吸附量下降。改性活性炭羟基中强电负性的氧原子与甲苯甲基中的氢原子配合成Lewis酸碱对，形成稳定的吸附结构，进而增强活性炭对甲苯的吸附能力。在较低相对压强下，影响吸附量的主要因素为孔隙率和孔径大小；羟基含量为20.8%和31.4%的改性活性炭内多为微孔且结构较为紧密，使得其吸附甲苯效果较好。羟基改性使得甲苯分子在活性炭内的自扩散系数降低，且在含39.4%羟基的活性炭中扩散系数最低，这是由于甲苯分子与改性活性炭之间的非键相互作用阻碍了甲苯分子的运动。此外通过变温吸附研究发现，由于活性炭吸附甲苯过程具有放热性质，温度升高不利于甲苯的吸附。

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23. 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（303）

HTML （89）

PDF （47402KB）（321）

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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24. 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（297）

HTML （27）

PDF （4964KB）（168）

“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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25. 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（295）

HTML （327）

PDF （11190KB）（56）

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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26. 水相中合成木质素环氧树脂及其在木材胶黏剂中的应用

王勇殷亚庆李青云唐爱星赵磊刘幽燕

过程工程学报 2022, 22 (5): 671-679. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221198

摘要（292）

PDF （3898KB）（48）

以木质素为原料，在水相中合成一种适用于木材胶黏剂的木质素环氧树脂。为了考察木质素环氧化反应条件对木质素环氧树脂的羟基和环氧基的影响，以及对胶合板的胶合强度的影响，采用FT-IR和31PNMR对木质素环氧树脂结构进行表征，并用TG和DTG对木质素环氧树脂的热稳定性进行分析。结果表明，环氧化反应主要发生在酚羟基上，在反应过程中，相比环氧氯丙烷，NaOH的加入量对木质素环氧树脂结构和胶合板的胶合强度影响更大。随NaOH加入量增加，木质素环氧树脂中环氧基团逐渐增多，胶合板的胶合强度呈现先升高、后降低的趋势。当木质素的羟基与NaOH摩尔比为1:1时，由木质素环氧树脂制得的胶合板胶合强度达到最大，湿强度达1.61 MPa，超过国家标准II类板的要求(≥0.7 MPa)。采用扫描电镜研究了黏接机理，发现环氧化程度提高时，固化后的木质素环氧树脂的结构更加稳定且致密，导致胶合板的胶合强度也提高。但过高的环氧化程度会增大胶黏剂的粒径，导致胶黏剂与木板不能形成更好的机械互锁结构，从而降低胶合板的胶合强度。还进一步简化了木质素环氧树脂木材胶黏剂的合成工艺，使环氧化反应后的体系无需处理即可直接应用于木材胶黏剂，减少了胶合板生产工艺流程。此外，经过30天的储存期，胶黏剂黏合强度没有明显下降。通过与商业脲醛树脂木材胶黏剂对比，其黏接强度可以达到商业脲醛树脂的水平。

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27. 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（283）

HTML （12）

PDF （5409KB）（71）

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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28. 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（282）

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PDF （1960KB）（49）

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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29. 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（281）

HTML （7）

PDF （4055KB）（112）

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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30. 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（280）

HTML （350）

PDF （2168KB）（93）

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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31. 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（277）

HTML （21）

PDF （7406KB）（243）

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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32. MOCVD生产废料中镓、铟提取工艺及其动力学研究

饶富郑晓洪张西华陶天一曹宏斌吕伟光孙峙

过程工程学报 2022, 22 (5): 689-698. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221085

摘要（269）

PDF （1607KB）（33）

近年来，LED以其节能及环境友好等特性被广泛运用于各类照明领域。作为LED产品关键部件，采用金属有机气相沉积(MOCVD)生产外延片过程产生大量的生产废料。随着LED行业的快速发展，绿色、清洁回收MOCVD生产废料备受关注。本研究以硫酸为浸出剂，重点研究了MOCVD生产废料中Ga和In元素的浸出行为和浸出动力学。通过对浸出试剂种类、H2SO4浓度、固液比、浸出温度和浸出时间等参数的过程优化，在H2SO4浓度3 mol/L、固液比50 g/L、温度80℃、反应2 h的最佳工艺条件下，Ga和In的浸出率仅为67.50%和91.46%。动力学研究表明，在293.15~333.15 K温度范围内，Ga和In的浸出动力学符合收缩核模型，浸出过程受表面化学反应和外扩散混合控制。同时，XRD和SEM-EDS结果也印证了符合收缩核模型。在293.15~333.15 K温度范围内，Ga和In的浸出活化能分别为25.7和21.7 kJ/mol。基于对Ga和In浸出行为的动力学分析，提出并验证了MOCVD生产废料强化焙烧-浸出工艺的可行性。研究结果表明，强化焙烧-酸浸工艺可以使Ga和In的浸出率分别由67.50%和91.46%提升至88.27%和98.32%，并得到了氧化镓副产品。本研究结果有望为MOCVD生产废料的工业化资源循环提供基础数据支撑和新路径选择。

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33. 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（268）

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PDF （1083KB）（66）

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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34. 黏结煤与不黏煤共热解特性研究

李福俊刘周恩高士秋金鑫谢以民何志鹏

过程工程学报 2022, 22 (5): 640-650. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221084

摘要（267）

PDF （1566KB）（162）

为了利用内构件反应器热解技术实现黏结性煤的高值化利用，采用TG-MS和固定床反应器研究了黏结的山西兴县煤(简称XX煤)与不黏的先锋褐煤(简称XF煤)共热解时的破黏和热解特性。TG-MS实验结果表明，XX煤与XF煤配制的混合煤比XX煤黏性小，且XF煤促进了XX煤热解，混合煤热解行为是两种煤共同作用的结果。固定床热解实验表明，煤粒径越小，降黏越显著；XX煤和XF煤的比例(XX:XF)越小，降黏越显著，XX:XF小于5:5时，可消除结焦团块；XX:XF越小，半焦产率越低，焦油和煤气产率越高；随XX:XF减小，焦油中<170℃和230~300℃的馏分含量先升后降，XX:XF=6:4~3:7时最高，170~210℃、210~230℃和300~360℃的馏分逐渐增加，>360℃的馏分含量不断降低；随XX:XF的减小，H2含量先升高后降低，在XX:XF=3:7时最高；CO含量呈略微升高趋势；CO2含量先逐步升高，在XX:XF=6:4达到最高，然后从XX:XF=5:5开始降低，在XX:XF=3:7达到最低，然后又开始升高；CH4及C2~C3组分含量呈下降趋势，而H2+CO+CH4 (煤气中有效组分之和)的含量先下降再升高接着再降低，在XX:XF=6:4时最低，XX:XF=3:7时最高。XX:XF越小，虽半焦的C/N和C/H不断减少，但C元素含量增幅和N, H元素含量减幅增大；比表面积越大，内孔结构越多越大，起燃温度越低，燃烧越彻底。

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35. 攀西钒钛磁铁矿资源高效冶金及清洁提取研究进展

白晨光吕学伟邱贵宝张生富

过程工程学报 2022, 22 (10): 1390-1399. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222302

摘要（266）

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PDF （5487KB）（94）

攀西地区钒钛磁铁矿是我国重要的特色资源，但由于其TiO2含量高，矿物相复杂，属于难冶炼矿石。早在1958年6月叶渚沛先生发表了《攀枝花含钛铁矿的紧急问题》的书面意见，其中“紧急问题”是突破某些国外学者的“用高炉冶炼这种矿石成功的希望甚微”的框框，依靠国内的科研力量攻克攀西地区钒钛磁铁矿高炉冶炼的难题。在全国各相关行业的大力协作攻关下，我国已成功突破了攀西地区钒钛磁铁矿高炉冶炼的难题，并进一步提升了强化冶炼的水平，整体达到世界领先水平。近年来除冶炼水平不断提升外，在资源综合利用水平提升方面也进行了大量具有原创意义的研究工作。重庆大学是国内最早开展钒钛磁铁矿冶炼和综合利用研究的单位之一，多年来始终把钒钛磁铁矿冶金及资源高效利用作为冶金学科首要的研究方向，对高炉冶炼钒钛磁铁矿的独特工艺进行了较系统的理论与工艺研究，形成了鲜明的研究特色。近年来围绕高炉高配比钒钛磁铁矿冶炼技术、含钛高炉渣提钛和大型电炉钛渣冶炼技术以及钒资源高效清洁提取技术等方面与企业紧密合作，在理论和实验研究方法上进行突破，取得了良好的进展。本综述就近年来重庆大学在攀西钒钛磁铁矿高效冶金及清洁提取方面所做的工作，进行简要介绍，以纪念叶渚沛、林衍先等老一辈科学工作者为攀西钒钛磁铁矿开发利用做出的科研贡献，并秉承他们脚踏实地、勇于创新的科学精神，推动“双碳”目标下的攀西地区钒钛磁铁矿绿色智能冶金和资源高效利用的发展。

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36. “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（264）

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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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37. 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（261）

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PDF （5336KB）（149）

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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38. 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（259）

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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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39. 颗粒床-旋流耦合分离器不同操作模式下的性能分析

常明付金壮李永祺范怡平卢春喜

过程工程学报 2022, 22 (5): 631-639. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.221166

摘要（251）

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通过实验分别考察了满床/空床操作模式对内置颗粒床-旋流耦合分离器分离性能的影响，获得了两种操作模式下的设备压降和捕集效率。通过改变入口粉尘浓度、入口气速和粉尘颗粒种类，发现满床操作条件下的分离效率比空床操作条件下的分离效率高，且前者压降较低。通过对出口粉尘粒径的分析，含有捕集颗粒的内置颗粒床可有效提高5 μm以下的粉尘颗粒的捕集效率，弥补了离心分离的短板。引入性能指数对不同操作模式进行定量分析，验证了满床操作条件下的耦合分离设备具有更好的综合分离性能。

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40. 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（251）

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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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