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    2021年 第21卷 第6期    刊出日期:2021-06-28
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    封面和目录
    过程工程学报. 2021, 21(6):  0. 
    摘要 ( )   PDF (810KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    综述
    生物燃气净化提纯制备生物天然气技术研究进展
    杨嘎玛 穆廷桢 杨茂华 苗得露 赵胥浩 唐斌 邢建民
    过程工程学报. 2021, 21(6):  617-628.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220154
    摘要 ( )   PDF (556KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    生物天然气是由生物燃气经过脱硫、脱碳、脱水等工艺手段净化提纯后得到的一种可再生燃气,其成分和热值与常规天然气无异,是我国重点发展的生物能源。传统生物燃气中高含量的H2S和CO2限制了其应用,因此生物燃气净化提纯技术是生物天然气实现商业化生产的关键。本工作综述了国内外生物天然气制备过程中的脱硫和脱碳技术,对各项技术的工艺流程、原理及工业化应用情况进行了详细介绍,阐述了各技术的关键环节和优缺点,指出了生物燃气净化提纯技术当前面临的挑战,讨论了脱硫和脱碳技术未来的发展趋势,旨在为生物天然气的研究和工业发展提供工艺参考。
    矿物掺合料对磷酸镁水泥性能影响及机理研究现状
    马越 周新涛 黄静 罗中秋 符义忠 母维宏 王路星 邵周军
    过程工程学报. 2021, 21(6):  629-638.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220157
    摘要 ( )   PDF (799KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    磷酸镁水泥(MPC),具有快硬、早强等优点,应用于道路抢修、重金属固化等领域,但其存在凝结时间过快、耐久性差等缺陷。通过矿物掺合料对MPC进行改性,延缓其凝结时间、改善其耐久性的同时,实现了工业废渣的循环再利用。本工作综述了粉煤灰、矿渣、偏高岭土、硅灰等矿物掺合料对MPC流动度、凝结时间、力学性能、耐久性的影响,并对矿物掺合料改性磷酸镁水泥的机理进行了分析探讨。鉴于目前矿物掺合料改性磷酸镁水泥研究中存在的问题,并结合实际应用需求,对MPC改性研究及其发展方向进行了展望,为矿物掺合料改性MPC研究提供相关依据。
    电子废弃物回收镓技术的研究进展
    杨依帆 冷国琴 陈博利 黄朝晖 孙峙 陶天一
    过程工程学报. 2021, 21(6):  639-648.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220167
    摘要 ( )   PDF (1239KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    含镓电子废弃物通常可分为废弃电子产品及其生产过程中产生的含镓废料两类,由于伴生重金属、易燃有机物等有害物质而具有环境和资源的双重属性,其资源循环近年来受到广泛关注。镓在电子废弃物中主要以化合物形式赋存,具有伴生元素多、物理化学性质稳定等特征。本工作系统梳理了含镓电子废弃物回收处理现状,总结了湿法冶金、火法冶金及生物冶金等技术在回收不同种类的含镓电子废弃物的应用,并通过对比不同物理化学属性的含镓物料使用回收技术以及分离、净化方式的不同,指出了目前现存的回收含镓电子废料的技术问题及未来的发展方向。
    流动与传递
    宽Re范围内气泡和液滴曳力系数的关联模型
    龚升高 高宁宁 曾乐林 李安伍 刘孝玉 唐清 李来丙
    过程工程学报. 2021, 21(6):  649-657.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220166
    摘要 ( )   PDF (483KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    流粒(气泡或液滴)的曳力系数CD和上升/终端速度因有助于准确预测反应器内相含率分布、液相速度分布、流粒停留时间和传质速率而具有重要意义。但现有用于估算流粒CD的关联式大多分段且只在低雷诺数Re区间内有效,并难以同时准确预测不同实验体系和操作条件下的实验结果。针对这些不足,基于实验测量和理论分析,本工作提出了一个能够在整个Re范围内合理描述实验观测到的流粒CD演变规律的新数学关联式,并利用单组实验数据和编写的求解多维无约束线性优化问题的计算机程序确定了模型参数,且将新流粒CD关联式与现有经验模型、实验结果或三维数值模拟结果进行了对比。结果表明,新流粒CD关联式展现出优异的预测能力,能对不同实验体系(空气?水、空气?甘油?水、空气?甘油、甲苯?水、正丁醇?水、正辛醇?水等)、不同操作条件(气泡:0.1<Re<104,10?11<Mo<7;液滴:5<Re<2000,10?11<Mo<10?6)下测量的流粒CD数据进行合理预测。另外,结合新流粒CD关联式和单流粒运动方程对流粒上升速度进行了预测,预测结果与不同体系中的实验测量数据之间呈现出较好的一致性。
    单个圆形非均匀多孔颗粒绕流的数值模拟
    王春雨 李承功 叶茂
    过程工程学报. 2021, 21(6):  658-670.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220213
    摘要 ( )   PDF (1488KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    多孔颗粒两相流在工业过程中普遍存在,但多孔颗粒的内部结构几乎都是不均匀的,这可能影响颗粒与流体间的相互作用。采用基于本征相平均速度的体积平均宏观控制方程描述多孔颗粒内部和外部的流体流动,采用改进的格子Boltzmann方法(LBM)求解广义的宏观控制方程,并对二维流体流过非均匀多孔颗粒进行了数值模拟研究。通过随机分布难以渗透区域调节多孔颗粒内部的非均匀结构,分析颗粒内部非均匀结构对颗粒受力及其内外部流场演化的影响。结果表明,相对于内部结构均匀的多孔颗粒,颗粒的非均匀结构能够导致颗粒的升力和内部纵向传质的产生,升力和传质强度均随难以渗透区域含量wm增加而增加,随达西数(Da)增加呈先增加后减小的趋势。难以渗透区域的存在还导致颗粒后方尾涡在较低雷诺数(Re)下不再对称分布,且尾涡脱落的临界Re数降至约38,增强了流场的扰动强度。颗粒内部非均匀结构对颗粒受力和流场演化均有重要影响。
    对翼几何参数对半圆螺旋通道内流体流动特性的影响
    李雅侠 史晓航 张静 张丽 龚斌 吴剑华
    过程工程学报. 2021, 21(6):  671-679.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220224
    摘要 ( )   PDF (2252KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    为了深入考察渐缩方式布置的三角对翼几何参数对半圆截面螺旋通道内流体流动特性与涡旋特性的影响,采用实验和数值模拟方法进行了研究。通道曲率δ在0.05~0.125之间,其中δ=0.067通道内三维速度场的模拟结果与激光多普勒测速仪测量结果吻合较好。结果表明,对翼诱导产生的纵向涡旋螺旋发展并强化离心涡旋,雷诺数Re越大,复合涡旋中心位置越靠近截面中心;当δ≥0.1时对翼后7.09~13.04倍翼高范围内会产生附加涡旋,且附加涡旋出现位置La/b值随着Re数和对翼长高比Γ值的增加而增大,随着δ和攻角?的增大而减小。复合纵向涡旋作用范围及其强度J值随着δ值和Γ值的增大而增大,J值最高可为单一螺旋通道的6.48倍,最大作用范围可达近20倍翼高。Γ值和无量纲厚度Δ对流动阻力f影响显著。
    基于立磨选粉机颗粒分级过程的数学建模研究
    耿鹏浩 陈延信 姚艳飞 赵博 韩丁
    过程工程学报. 2021, 21(6):  680-686.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220161
    摘要 ( )   PDF (791KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    通过立磨粉磨中试试验平台开展试验,对比分析不同系统风量和选粉机转速条件下选粉机分级性能的变化规律。利用正态分布的累积分布函数,将选粉机操作参数与不同粒径颗粒的捕集概率关联。采用系统风量和选粉机转速工况变化的试验数据拟合出模型中的均值和方差,建立可定量分析系统风量、选粉机转速与颗粒部分分级效率之间关系的数学模型。经验证回归的拟合标准差RMSE=0.0046,预测值与真实值偏差较小,可决系数R-square=0.9863,接近1,模型可信度较高。在已知系统风量和选粉机转速的工况下,选粉机部分分级效率的模型预测曲线与试验曲线基本重合,模型预测效果较好。
    水冷壁式气化炉内侧渣钉对气化炉传热的影响
    夏英 阚浩勇 范辉 李平
    过程工程学报. 2021, 21(6):  687-694.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220220
    摘要 ( )   PDF (857KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    煤气化炉的水冷壁对于维持气化炉在高温高压下安全稳定运行具有重要作用。利用ANSYS软件对水冷壁内侧壁面的温度分布进行模拟,模拟分析了渣层内有渣钉、无渣钉和用等面积肋片代替渣钉三种状况对传热过程的影响,考察了渣钉排布方式对水冷壁传热的影响。结果表明,布置渣钉可有效提高传热效率,及时带走气化炉内多余的热量;采用夹角小、三角形排布的渣钉排布方式传热效率更好,温度分布更均匀。该模拟计算对于水冷壁气化炉的传热结构设计及长周期安全运行具有实际意义。
    不同折板絮凝器对薄荷水提液的絮凝效果研究与比较
    冯颖 张庆瑾 张建伟 张天阳
    过程工程学报. 2021, 21(6):  695-703.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220186
    摘要 ( )   PDF (1047KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    为了优化折板絮凝器结构及提升折板絮凝器对中药液的絮凝效果,利用FLUENT软件对同波/对波折板絮凝器的内部流场进行了模拟,分析了两种折板絮凝器内的涡旋分布及涡量。以薄荷水提液为研究对象,壳聚糖为絮凝剂,采用不同折板絮凝器对薄荷水提液进行絮凝处理,以薄荷水提液澄清层高度、絮体沉降速度、总黄酮保留率、絮凝率、药液吸光度及絮体形态为指标,考察了两种折板絮凝器在不同进液流速下对薄荷水提液的絮凝效果。结果表明,同波折板絮凝器流场内以单侧涡旋为主,对波折板絮凝器内在折板两侧均产生涡旋,相同进液流速下,同波折板絮凝器产生的涡量小于对波折板絮凝器。随进液流速增加,同波/对波折板絮凝器对薄荷水提液的絮凝效果均呈先升高后降低的趋势,同波折板絮凝器最佳进液流速为0.068 m/s,药液总黄酮保留率为91.2%,絮凝率为85.3%;对波折板絮凝器最佳进液流速为0.051 m/s,药液总黄酮保留率为91.8%,絮凝率为85.4%。
    反应与分离
    从云南某高硫铅锌矿尾矿中综合回收锌的试验研究
    杨波 童雄 王晓 解永刚 谢贤
    过程工程学报. 2021, 21(6):  704-712.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220177
    摘要 ( )   PDF (871KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    云南某高硫铅锌矿尾矿平均含Pb 0.84%、Zn 3.67%,综合回收价值较高,其中含铅矿物主要为方铅矿和白铅矿,含锌矿物主要为闪锌矿和菱锌矿。实验室选矿试验研究表明,采用“硫化矿优先浮选–浮硫尾矿脱泥–氧化锌浮选”工艺可较好地实现尾矿中有价矿物的高效回收,进一步研究发现在氧化锌浮选过程中,粗选和扫选分别采用不同碳链长度的胺类捕收剂,可明显提高锌精矿的品位和回收率,并避免氧化锌浮选时泡沫量大、消泡困难等问题,最终可获得含锌23.46%,回收率13.04%的硫化锌精矿及含锌27.86%,回收率51.69%的氧化锌精矿,累计锌总回收率可达64.73%,实现该尾矿中有价矿物的高效回收,研究结果为该尾矿的综合回收利用提供了重要的研究数据及基础。
    环境与能源
    Zn/N共掺杂碳全包覆切割废硅料用于锂离子电池负极材料
    周琪琪 公旭中 王志 刘俊昊
    过程工程学报. 2021, 21(6):  713-723.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220143
    摘要 ( )   PDF (2855KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    为使光伏切割废硅料再生用于锂离子电池负极材料,设计了一种一步法实现Zn/N共掺杂碳全包覆切割废硅料的复合结构电极材料。利用PDDA络合剂“桥连”作用,解决了酚醛树脂无法在尺寸较大、形貌不规则的切割废硅料表面成核生长的问题。设计的复合结构缓解了硅在充放电循环过程中巨大的体积膨胀,同时提高了材料的导电性。获得的wSi@NC/Zn-2电极在0.2 A/g的电流密度下循环300圈后具有1392 mAh/g的容量保持,在0.5 A/g大电流密度下循环300圈仍有1082 mAh/g的可逆容量,还具有优异的倍率性能。
    活性炭表面改性对其比电容及储能机理的影响
    王大鹏 范宝安 郭芬 胡雅
    过程工程学报. 2021, 21(6):  724-733.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220124
    摘要 ( )   PDF (599KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    采用熔融Na2S对活性炭表面进行改性,通过循环伏安测试了活性炭的比电容,并通过FT-IR, BET, EIS和电泳实验分析了比电容变化的原因及其储能机理。研究发现,以10%的硫酸钠溶液为电解质,活性炭经Na2S 1000℃热处理1 h后的比电容由44.6 F/g提升至80.8 F/g,所增加的比电容主要来自于双电层电容,部分来自于氧化还原赝电容(占总电容的5.6%)。通过向电解质溶液中添加37 mmol/L的FeCl3,比电容提高至103 F/g (赝电容占12.6%),但并不稳定,后期有下降的趋势。如果向电解质溶液添加30 mmol/L的K3[Fe(CN)6],则比电容提升到了126 F/g,并且非常稳定、甚至有继续缓慢增加的趋势。活性炭经Na2S热处理后,储能机理由单纯的双电层物理储能变为双电层物理&化学储能+氧化还原赝电容储能。
    过程系统集成与化工安全
    液氨卧罐液体实时连续泄漏建模及分析
    何娟霞 周冬梅 刘磊 周琪勇 黄丽文 姚健庭
    过程工程学报. 2021, 21(6):  731-740.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.220171
    摘要 ( )   PDF (492KB) ( )  
    相关文章 | 计量指标
    基于范德瓦耳斯方程和流体力学理论,考虑液氨卧罐泄漏时罐压和液面面积变化,建立了液氨卧罐液体实时连续泄漏模型。利用模型对某制冷企业液氨卧罐进行数学模拟,并将计算结果与PHAST模拟结果进行对比分析。结果表明,液面高度h下降幅度先减缓后变大,液体泄漏质量流率Qm和泄漏孔处液体泄漏速率v的下降幅度及泄漏液体质量m的增加幅度逐渐减缓。泄漏开始时,Qm和v值最大;泄漏停止时,m值最大。泄漏孔径为5, 30和100 mm时,泄漏时间t为29884.027, 837.289和77.550 s,Qm(max)为0.552, 19.913和221.160 kg/s,v(max)为46.733 m/s,m(max)为10255.649, 10339.923和10572.760 kg。模型计算结果与PHAST模拟结果偏差小于24%,从参数变化规律和风险应急分析,模型对液氨卧罐液体泄漏理论计算具有一定适用性。