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（1389）

HTML （75）

PDF （3494KB）（1399）

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. 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（761）

HTML （25）

PDF （1140KB）（598）

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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3. 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（776）

HTML （110）

PDF （47402KB）（553）

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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4. 铁基硅酸盐凝胶固化含砷化合物及固废的研究

杜勃雨刘超祝星

过程工程学报 2023, 23 (12): 1714-1724. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223085

摘要（227）

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PDF （2442KB）（491）

有色重金属矿冶过程中，大量含砷化合物及固废暴露在环境中，给周围水土带来巨大环境危机。由于具有良好的砷酸盐亲和力，铁离子及其化合物是常用的化学固砷药剂的主要成分。无论在砷污染物固化还是砷污染场地修复，硅酸盐及水化过程是重要的砷物理阻隔手段。基于此，本工作合成了一种铁基硅酸盐凝胶，评价了其用于典型砷化合物[Na3AsO4, Ca3(AsO4)2, AlAsO4和FeAsO4·2H2O]及有色冶金炼砷污泥的固化/稳定性能，探究了固砷机制。结果表明，Si/Fe摩尔比为1:4的铁基硅酸盐凝胶能有效固化Na3AsO4和FeAsO4·2H2O。但固化Ca3(AsO4)2和AlAsO4过程中，由于砷酸盐和硅酸盐之间的竞争反应，砷的毒性浸出比未固化时高。引入CaO可以抑制竞争反应，提高Ca3(AsO4)2和AlAsO4的固砷率，达到98%以上的固砷率。Fe和Ca共沉淀以及物理封装的协同效应是固化/稳定含砷化合物及固废的原因。以含砷化合物为核心，铁基硅酸盐凝胶/C-S-H凝胶为外壳的核-壳结构，在与周围环境接触时，能有效固化含砷化合物及固废，降低浸出毒性。长期稳定性测试表明，在pH值为8时，铁基硅酸盐凝胶固化的含砷化合物及固废在30天内保持较好的稳定性。从酸性到碱性条件下，固化体的砷毒性浸出浓度均低于5 mg/L。本工作所提出的CaO辅助铁基硅酸盐凝胶在含砷固废和砷污染土地的固定化方面表现出巨大的潜力，为含砷污染物固化提供了一种新途径。

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5. 红土镍矿硫酸浸出液中和除铁过程Ni²⁺和Mg²⁺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（327）

HTML （9）

PDF （8323KB）（451）

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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6. 面向微纳技术的液桥断裂研究进展

朱朝飞楚亚龙高羡明

过程工程学报 2023, 23 (6): 814-825. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222287

摘要（409）

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PDF （4290KB）（442）

受尺度效应的影响，液桥的形态特征决定了液桥力的变化，液桥力的变化对液桥的形成与断裂具有重要影响。基于液桥形态学的液桥断裂机理是生物、化学、材料、微纳技术等研究领域的理论基础。目前，液桥断裂研究属于跨学科研究，涉及数学、流体力学、界面化学、材料学等学科，但较少有专注于液桥形态学的液桥断裂研究的综述。本综述总结了轴对称液桥、非轴对称液桥和非牛顿流体液桥的断裂理论模型和实验方法。首先，介绍了平衡或稳定状态下，液桥受迫拉伸、断裂过程中产生的流体弱非线性行为。其次，描述了液体体积、黏度、表面张力、表面润湿性和粗糙度、断裂速度、液桥形态等关键因素对液桥断裂位置或分配率的影响，归纳了研究影响液桥断裂参数时所采用的实验方法，讨论了不同实验装置的结构特征及其优缺点，总结并提出了该研究的创新特性和高价值的研究方向。最后，展望了微纳技术领域的液桥断裂的前沿研究方向，指出建立更全面的液桥断裂模型、研究多参数约束下的液桥断裂机理和控制方法是未来的研究重点。

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7. 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（1017）

HTML （44）

PDF （13593KB）（428）

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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8. 基于OpenFOAM模拟精馏塔板的气液流动

周晓庆焦云鹏范天博何险峰陈建华

过程工程学报 2023, 23 (6): 858-869. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222258

摘要（398）

HTML （13）

PDF （8891KB）（424）

本研究对筛孔型精馏塔板上的空气-水两相流进行了模拟，模拟方法采用基于开源软件平台OpenFOAM的双流体模型框架。模拟体系选用Solari-Bell经典实验体系，研究了不同操作条件下的气液两相流动参数，包括清液层高度、气相速度、液相速度和塔板压降等，模拟结果与实验结果的变化趋势基本一致。基于CFD模拟结果，分析了不同工况下塔内气液两相速度场与气含率分布等流动参数，结果表明本工作可以较好地捕捉塔板上的气液流动特征。进一步地，讨论了应用OpenFOAM模拟精馏塔内气液两相流动的若干影响因素，在此基础上分析了气液错流体系相间曳力对模拟结果的影响，实现了与使用商业软件模拟结果相接近的预测效果，验证了使用OpenFOAM模拟精馏塔体系的可行性。

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9. 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（504）

HTML （42）

PDF （1013KB）（404）

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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10. 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（415）

HTML （26）

PDF （6063KB）（386）

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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11. “双碳”背景下新能源固态电池材料理论设计与电池技术开发进展

徐红杰汪光辉苏钰杰张志高李海通杨中正王雨晨胡林悦曹国钦

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

摘要（477）

HTML （14）

PDF （4779KB）（342）

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

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12. 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（259）

HTML （4）

PDF （6139KB）（331）

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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13. CO₂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（500）

HTML （7）

PDF （2491KB）（330）

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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14. 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（513）

HTML （15）

PDF （1474KB）（321）

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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15. 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（346）

HTML （5）

PDF （9117KB）（296）

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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16. 封面和目录

过程工程学报 2023, 23 (9): 0-.

摘要（121）

PDF （4613KB）（268）

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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（376）

HTML （21）

PDF （2257KB）（268）

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. 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（280）

HTML （5）

PDF （2454KB）（264）

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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19. 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（449）

HTML （13）

PDF （3821KB）（264）

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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20. 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（467）

HTML （16）

PDF （2032KB）（259）

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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21. Li_0.98Ca_0.02Mn₂O₄的制备及其电化学性能

申明思袁海波张豆豆王京钮高田马扬洲孙雅馨

过程工程学报 2024, 24 (6): 746-752. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223075

摘要（167）

HTML （7）

PDF （3274KB）（258）

本工作采用水热结合后续高温煅烧法制备单相的尖晶石型结构Li0.98Ca0.02Mn2O4。结果表明，Li0.98Ca0.02Mn2O4晶粒形成的小团聚体内有孔型通道，利于与电解液有效接触，增加正极材料的活性位点，有效缩短了Li+的扩散路径。电化学性能表明，Li0.98Ca0.02Mn2O4呈现出优异的倍率性能，并且在1 C的电流密度下，初始放电容量为117.5 mAh/g，是未掺杂LiMn2O4样品的1.4倍，150圈循环后，容量保持率为80%，1000圈循环后，仍可保持60%的容量。Ca掺入晶格后，使晶格膨胀，有利于提高Li+的扩散能力；经计算，Li0.98Ca0.02Mn2O4样品的扩散系数为2.5×10-11 cm2/s，约为未掺杂LiMn2O4样品的1.6倍。

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22. 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（278）

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PDF （36544KB）（257）

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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23. 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（449）

HTML （17）

PDF （3618KB）（254）

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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24. 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（294）

HTML （9）

PDF （2028KB）（242）

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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25. 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（357）

HTML （9）

PDF （3784KB）（241）

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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26. 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（430）

HTML （12）

PDF （4117KB）（240）

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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27. 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（255）

HTML （1）

PDF （9523KB）（235）

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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28. 高炉煤气脱硫技术研究进展

王新东朱廷钰李玉然

过程工程学报 2023, 23 (7): 1003-1012. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.222334

摘要（429）

HTML （18）

PDF （1011KB）（235）

实施高炉煤气脱硫进行源头减排对推进钢铁行业全流程超低排放改造具有重要意义。高炉煤气含硫组分以有机硫为主，具有复杂组分共存的排放特征，本工作论述了含硫组分在不同赋存形态(SO2, H2S和S)下的排放限值，通过硫平衡给出了排放限值间的转化关系。高炉煤气脱硫技术的瓶颈是有机硫(主要是羰基硫，COS)脱除，重点分析了用于COS水解的铝基催化剂和碳基催化剂，γ-Al2O3既是载体也是活性组分，而活性炭兼具催化剂和吸附剂功能；进一步阐述了煤气中复杂组分O2和Cl-等对水解催化剂失活的作用机制在于生成了沉积产物。针对COS水解形成的气态H2S脱除，详细对比了湿法脱除工艺中化学吸收法和催化氧化法在反应机理、脱硫剂、脱硫产物等方面的差异；在干法脱硫工艺中，对比了氧化锌、氧化铁和活性炭在反应机理、硫容、温度适应性等方面的区别。针对有机硫和无机硫的一体化吸附，简述了分子筛吸附剂的选择性吸附原理及其再生工艺。对目前已有探索应用的催化水解+湿法脱硫、催化水解+干法脱硫和一体化吸附工艺进行了初步的评价，提出了高炉煤气脱硫技术的研发重点在于如何提高水解催化剂的活性以及降低高炉煤气中复杂组分对催化剂活性的影响，提高技术的适用性。

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29. CO₂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（285）

HTML （0）

PDF （1824KB）（232）

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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30. 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（400）

HTML （17）

PDF （2513KB）（226）

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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