过程工程学报

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过程工程学报. 2020, 20(7): 0.

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燃煤电厂湿烟羽治理技术研究进展

颜岩余波王浩聂晓康楚化强

过程工程学报. 2020, 20(7): 745-756. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219292

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湿法脱硫方式在我国燃煤电厂的脱硫系统中占主要地位，其中以石灰石–石膏湿法脱硫方式应用最多。湿法脱硫后的烟气通常为湿饱和烟气，若烟气在排放时环境的温度及湿度较低，则会在烟囱口产生“湿烟羽”现象。湿烟羽一般呈白色或灰色，含大量水汽及污染物，湿烟羽的出现对环境及人体健康产生危害。因此企业在采用脱白技术进行排放改造将会减少烟气中污染物的排放，使烟气更好地扩散。为了更好地了解湿烟羽现象，帮助待改造企业选用适合自身的技术路线，本工作对湿法脱硫工艺及湿烟羽形成原因进行了简单介绍，对国内部分地区出台的有关政策进行了汇总，并综述了湿烟羽特性的研究现状(包括湿烟羽的长度、抬升高度及消除特性)。湿烟羽的控制技术较多，主流技术可分为烟气冷凝技术、烟气加热技术及烟气冷凝再热技术，应用温湿图对各控制技术的原理进行解释，根据控制技术的分类对各类别下的应用进行了综述，提出控制技术复合使用的可能，在节能及经济性允许的前提下，各企业应尝试更多技术路线，为湿烟羽的治理拓宽道路。

双层喷嘴提升管进料区内气固流动特性的数值模拟

傅梦倩姚秀颖范怡平卢春喜

过程工程学报. 2020, 20(7): 757-769. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219296

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为了改善催化裂化工艺的产品分布，提出了一种双层喷嘴提升管进料方案，即在原有喷嘴层下方加设2个对称的“副喷嘴”，目前尚缺少此类双层喷嘴结构提升管内气固流动特性的研究。采用能量最小化方法考虑介尺度非均匀结构的影响，气固相间曳力采用EMMS曳力模型，采用了适用于模拟提升管内油剂混合和流动规律的数学模型。为保证模拟的准确性，确定了适宜的颗粒与壁面间镜面反射系数。主副喷嘴间距为0.5 m，同时改变主副喷嘴进料方向，形成了4种组合结构，即down?down结构、down?up结构、up?down结构和up?up结构。通过比较双层喷嘴与单层喷嘴提升管进料段内油剂混合和流动特性发现，双层喷嘴结构对提升管进料区气固流动的影响较大，尤其对于主喷嘴向上的传统进料结构，副喷嘴射流能加快气固两相达到均匀稳定。副喷嘴射流会加剧进料区副喷嘴以上高度处固含率分布的不均匀程度。当主喷嘴向下时，单层喷嘴down结构具有较小的平均停留时间和停留时间分布的离散程度，当主喷嘴向上时，双层喷嘴up?up结构的平均停留时间和离散程度最小，表明两种结构能使油剂在较短的接触时间内实现强混合，同时抑制目标产品继续裂解，降低生焦量。

低压气井排水采气用喷射器的性能

熊至宜刘洋李元黄宏韬李涛

过程工程学报. 2020, 20(7): 770-778. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219309

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目前传统排水采气工艺对于低压气井的适应性较差，为解决此问题，本工作提出了一种新型的喷射器复合排水采气工艺。通过采用高压气体作为驱动流体，防止二次污染，并通过与泡排组成复合工艺的方式解决效率低下的问题，其中喷射器技术是核心。采用数值模拟的方法，以引射比为性能指标，通过对喷射器气相内部流场流动特征进行分析，得到了喷射器的结构尺寸、运行工况对喷射器引射比的影响规律。结果表明，喷射器在引射过程中存在抽吸作用和剪切加速作用；剪切加速作用只能使引射流体最多被加速至音速；在壅塞工况下，喷射器运行表现主要由抽吸作用决定，增加喷嘴渐扩段锥度和面积比，能减缓壅塞工况。运行工况主要通过影响激波强度与喷射器运行状态影响喷射器运行表现，工作压力的增大和出口压力的下降均会提高引射比，但会导致壅塞状态的发生。壅塞工况下，引射比受工作压力影响且与出口压力无关。

SEBS高黏度溶液气液鼓泡塔的流体力学研究

宁尚雷陶芳芳靳海波何广湘杨索和郭晓燕

过程工程学报. 2020, 20(7): 779-787. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219280

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针对SBS加氢反应器开发与设计，以SEBS-1650己烷溶液为液相，采用差压法和床层塌落法研究了气液鼓泡塔中高黏度溶液的流体力学行为，考察了黏度对低表面张力溶液的气含率、大小气泡气含率、大小气泡上升速度和比表面积等因素的影响。结果表明，随黏度增加，大气泡增多，气含率明显降低，塔内流型处于湍流区；由床层塌落曲线确定鼓泡塔内存在三种类型的气泡：大气泡、小气泡及细小气泡，随黏度增加，小气泡与细小气泡逐渐减少；黏度对大小气泡的上升速度略有影响，比表面积随黏度增加而明显降低。根据实验结果给出了大小气泡气含率与平均气含率的计算公式。

气液鼓泡塔的CFD-PBM耦合模拟：离散法与QMOM方法的对比

屈雪婧安敏管小平杨宁孙国刚

过程工程学报. 2020, 20(7): 788-797. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219291

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采用CFD-PBM耦合方法，对高表观气速下的气?液鼓泡塔进行模拟，得到气含率、轴向液速及气泡尺寸。系统性对比求解群平衡方程(PBE)的不同方法：离散法(20 bins)和QMOM(包括四阶QMOM和六阶QMOM)。模拟结果与文献中的实验数据的对比结果表明，离散法和QMOM均能合理预测气含率、轴向液速、平均气泡大小和气泡尺寸分布。但QMOM比离散法节约2~3倍的计算成本。对于QMOM，使用四个矩能准确描述气相的演化。使用四阶QMOM和六阶QMOM得到的结果非常相似。利用QMOM的低阶矩可以快速有效地重构出单峰气泡尺寸分布。

喷嘴射流在气固提升管内的扩散和混合行为

闫子涵许峻范怡平卢春喜

过程工程学报. 2020, 20(7): 798-806. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219320

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为获得不同形式射流在提升管内的扩散特征和气固混合行为，利用气体示踪技术，在大型提升管冷模实验装置中考察向上和向下倾斜两种射流的影响。通过引入射流特征浓度获得射流相在提升管内的分布特征，通过计算停留时间方差获得提升管内射流的局部停留时间分布特征，根据停留时间方差与操作条件及轴向高度的拟合结果计算射流影响区高度。结果表明，斜向下的射流进入提升管后沿径向分布更均匀，且可使混合流体在较短的距离内实现由近似“全混流”到近似“平推流”的过渡，与斜向上的射流相比，向下倾斜的射流可缩短射流混合区高度约50%。

低场MRI原位研究离子液体合成及相态变化

刘亚迪 Niklas Hedin 赵国英贾利娜聂毅

过程工程学报. 2020, 20(7): 807-821. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220067

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离子液体作为一个平台化合物已经在诸多领域得到广泛应用，但离子液体的生产成本仍然是限制其进一步工业化推广的瓶颈之一。深入研究反应动力学、反应传递耦合规律对优化离子液体合成工艺/关键设备，降低大规模离子液体制备成本至关重要。本研究用一个原位低场磁共振成像(MRI)设备实时监测ILs合成过程中的反应动力学和相态变化。通过建立双组分分析模型，即1H低场核磁共振(LF-NMR)弛豫法对反应体系中的各个组分进行定量分析，并采集MRI图像记录相位分离和倒置过程，系统考察了卤代烷烃的链长、卤素种类、搅拌速度、反应温度等对咪唑类离子液体反应动力学的影响规律。对溴丁烷、甲基咪唑合成溴代1-丁基-3-甲基咪唑类离子液体合成过程中相态变化进行了实时动态观测。本研究为检测离子液体反应过程及有机溶剂中离子液体的残余量提供一种快速、便利、无损的检测方法，有望利用低场MRI对离子液体系统中传质和反应动力学的结合研究做进一步探索。

基于链式循环二氧化碳重整的甲烷制甲醇过程火用分析

孙灵诸林何阳东

过程工程学报. 2020, 20(7): 822-831. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219290

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二氧化碳重整制甲醇过程对碳源高效利用和环境保护具有重要意义，可作为替代传统高能耗、高排放水蒸气重整过程的途径。用Aspen Plus软件模拟链式循环二氧化碳重整的甲烷制甲醇过程。结果表明，该过程的?损失主要集中在化学过程，占总?损的76.47%，其中燃烧反应与重整反应分别占41.62%和27.69%，而甲醇合成反应与水汽变换反应分别占3.55%与3.61%。与传统水蒸气重整制甲醇过程相比，在原料甲烷输入量一定情况下，二氧化碳重整制甲醇系统的重整过程比水蒸气重整过程?损失减少21.44%，水蒸气消耗量减少77.02%，整体系统二氧化碳排放量降低了25.89%，甲醇的产量提高了12.03%。随着重整反应温度的提高，?效率和甲醇产量均出现先升高、后平稳的趋势，并在980℃达到最大值。此外，较低的重整反应压力有利于提高甲醇产量。

环氧树脂涂层表面亲水性对微藻黏附性能的影响

代国强汤晶刘雯谭淑君刘斌王文庆刘天中苏革

过程工程学报. 2020, 20(7): 832-842. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220033

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在固体材料表面黏附成膜是微藻细胞的一种生理特性。近些年基于微藻生物膜的生物过程，如生物膜贴壁培养和防附着技术受到了很多关注。微藻在固体材料表面的黏附受藻细胞与材料表面之间的相互作用的影响，建立黏附强度与材料表面性质参数间的关系对于通过材料选择来强化或控制微藻生物膜具有非常重要的意义。本工作的目的是揭示和明确材料亲疏水性对微藻黏附的影响，提出了一种双酚A环氧(EP)树脂表面亲疏水改性的方法。通过将亲水性的二乙醇胺(DEA)或疏水性的聚甲基聚硅氧烷(PMHS)加入到EP树脂中反应，EP树脂表面水接触角在36.80?~98.34?范围内可通过加入不同量的DEA或PMHS实现任意可调，材料的表面水接触角与DEA或PMHS加入量之间有线性关系。重要的是这种改性方法获得的材料，其形貌、结构、表面粗糙度等表面性质几乎没有变化，从而在研究和关联微藻黏附量与材料表面亲疏水性(表面水接触角)之间的关系时可以排除亲疏水性之外的其他表面性质的影响；其次，考察了小球藻和栅藻在不同亲疏水性材料表面的黏附行为，结果表明小球藻和栅藻在亲水性和疏水性材料表面均能黏附成膜，但在亲水性材料表面黏附更多更快；建立了微藻最大黏附容量与材料表面接触角之间关联关系，表明微藻最大黏附容量随材料表面水接触角的增大而线性降低，栅藻的表面黏附容量比小球藻大。

阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料垂直火蔓延特性研究

黄新杰王纯洁高金达陈成唐刚王昌龙

过程工程学报. 2020, 20(7): 843-851. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219257

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通过一步合成法制备了阻燃硬质聚氨酯泡沫，自主搭建保温材料火蔓延实验台，采用中小尺寸实验对比研究了阻燃及非阻燃硬质聚氨酯的垂直火蔓延特性，分析了火焰结构特性、火蔓延速度、火焰温度、质量损失速率等参数的变化规律。结果表明，火蔓延过程中，材料表面均出现了炭化现象，垂直双面燃烧过程中聚氨酯纯样RPUF燃烧最剧烈，阻燃剂膨胀石墨(EG)、次磷酸铝(AHP)和二乙基次膦酸铝(ADP)的加入，抑制了材料的燃烧和蔓延，使材料燃烧的火蔓延速度、质量损失速率及温度等参数都相应降低。RPUF/AHP5垂直双面火蔓延过程中，火焰稳定性差，在20 s后出现熄灭现象，原因是阻燃剂次磷酸铝(RPUF/AHP5)受热挥发出难燃气体。AHP降解后形成的含磷化合物可促进聚氨酯分子链成炭，导致产生熄灭现象。而RPUF/ADP5火蔓延过程中，同样出现了熄灭现象，其熄灭的程度低于阻燃剂次磷酸铝(RPUF/AHP5)试样。RPUF/EG5火蔓延过程中试样表面温度存在两个峰值，由于RPUF/EG5燃烧生成的炭层不稳定所致。当温度高于400℃时炭层被迅速氧化，热量穿透炭层使内部未燃样品热解，生成温度的第二个峰值。

基于泡沫金属的复合毛细芯的物性测试

汪冬冬刘朋杰楚化强王金新卢厚杨

过程工程学报. 2020, 20(7): 852-859. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219310

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为改进毛细芯的传热传质性能，以泡沫金属铜或镍为骨架，在其内部填充树形金属铜粉或镍粉，通过树形金属粉末调控泡沫金属内的孔隙结构及孔径分布，制备出一种以金属泡沫为基底的复合毛细芯，并对制备的复合毛细芯的孔隙率、抽吸性能、有效热导率及蒸发率进行研究。结果表明，这种结构的复合毛细芯孔隙率较高，有效热导率为4.1?9.8 W/(m?K)。从毛细芯毛细抽吸、有效热导率和蒸发率综合来看，以金属泡沫镍为骨架、树形镍粉末与造孔剂质量比为5:5的复合毛细芯性能最好。

改性沸石耦合活性炭强化混凝处理微污染源水

马雅倩孔艳丽丁磊陈忠林沈吉敏

过程工程学报. 2020, 20(7): 860-869. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219287

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采用静态吸附和六联搅拌烧杯实验进行组合改性沸石粉(MZ)耦合粉末活性炭(PAC)强化混凝去除微污染源水氨氮(NH3-N)、耗氧量(CODMn)、UV254和浊度等效能研究。结果表明，组合改性后沸石粉的比表面积和平均吸附孔径增加，对NH3-N交换去除能力增强。MZ和PAC联用吸附对去除NH3-N具有协同作用，对去除CODMn略有拮抗作用。而MZ耦合PAC强化混凝则显著提高了NH3-N, CODMn, UV254和浊度的去除效果，出水NH3-N<0.5 mg/L, CODMn<3.0 mg/L, 浊度<1 NTU。MZ和PAC不同投加方式显著影响强化混凝处理效果，其中最佳投加方式为絮凝初期投加PAC和MZ，避免絮体包裹MZ，加强PAC对有机物的去除，进一步提高MZ对NH3-N的去除效果。耦合强化混凝使Zeta电位的绝对值降低，胶体间斥力减少，絮体粒径增大，粘黏现象明显，抗冲击能力更强。

丁烷氧化反应器装置数据分析与优化

陈明宇魏哲利李剑朱向东杨如惠向星王二强孙霄翔

过程工程学报. 2020, 20(7): 870-876. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.219321

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基于丁烷氧化反应器的实际装置数据，经预处理后，采用主成分分析进行数据挖掘。结果表明，可利用该方法来筛选及判断异常数据点，从而可用于反应器状态的实时诊断和预警，同时对反应器输入和输出参数之间的相关性进行分析，理解和把握参数之间的变化特征，发现丁烷转化率与反应器出口的CO/CO2比值呈负相关，体现主反应和副反应的选择性问题，从而可用于指导反应器操作优化等。

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