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2024年 第24卷 第10期    刊出日期：2024-10-28

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过程工程学报. 2024, 24(10):  0. 

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综述

基于药物-辅料相互作用的药物释放机制研究进展

宋坤旺 丁叶薇 沈忱 吴昊旻 吉远辉

过程工程学报. 2024, 24(10):  1127-1136.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224021 　　CSTR: 32067.14.jproeng.224021

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药用辅料称为“非活性成分”，是药物制剂中除药物活性成分以外的其他组分，药用辅料是药物制剂中不可或缺的重要组成部分，其会通过形成药物-辅料相互作用等方式显著影响药物制剂的释放性能，对于药物制剂的有效性和安全性影响至关重要，高端制剂的发展也对辅料提出更高要求，因此需要剖析高端制剂中辅料对药物制剂质量影响的机制。辅料的加入可以增强药物活性成分的释放度和生物利用度、提高并维持药物的稳定性、实现药物的可控靶向释放以及充当掩味剂和甜味剂，提高药物的生物利用度和患者的服药依从性，但愈来愈多的研究表明辅料会产生生理活性而影响药物药代动力学，引起过敏或不耐受等不良反应，大量摄入辅料也可能通过与药物形成相互作用从而抑制药物释放。本工作从药物-辅料相互作用角度，简述了常用的辅料对药物释放的影响机制，如聚合物、介孔二氧化硅，同时归纳了基于药物-辅料相互作用的数学模型、分子模拟及机器学习等手段深入揭示辅料调控药物释放机制的研究进展，并提出未来药用辅料数据库建立的发展方向，为高通量筛选合适的药用辅料、确定最佳载药量和辅料添加量以及选择合适生产工艺提供数据支撑和理论指导。

轻烃和二氧化碳水合物生成动力学促进剂研究进展

杨晓梅 肖朋 孙长宇 陈光进

过程工程学报. 2024, 24(10):  1137-1148.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223332 　　CSTR: 32067.14.jproeng.223332

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深海水合物法碳封存是一种极具应用前景的碳封存方法。二氧化碳水合物的生成是水合物法碳封存的基础，然而自然条件下气体水合物的生成速率极低。在强化气体水合物生成的各种方法中，使用动力学促进剂已被证实最为高效。尽管大量轻烃水合物动力学促进剂已被广泛而深入地研究，但它们并不一定适用于二氧化碳水合物。为了找出适合二氧化碳水合物生成的动力学促进剂，有必要对二氧化碳水合物促进剂和轻烃水合物促进剂加以区分。本工作针对轻烃水合物和二氧化碳水合物分别综述了动力学促进剂的发展历程及研究现状，对比分析了不同动力学促进剂对同种水合物、同种促进剂对上述两类水合物的作用效果，揭示了动力学促进剂对轻烃水合物和二氧化碳水合物强化效果的差别。基于动力学促进剂研究进展及存在的问题，对动力学促进剂强化不同水合物生成的机理研究、促进剂评价标准建立、水合物生成热移除强化、水合物生成强化效果的进一步提升进行了展望，以期为水合物法碳封存的实施提供新的思路。

研究论文

Kenics型静态混合器强化NaOH溶液吸收CO₂的实验分析

禹言芳 于恒磊 孟辉波 张埔瑜

过程工程学报. 2024, 24(10):  1149-1157.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224110 　　CSTR: 32067.14.jproeng.224110

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碳达峰和碳中和的“双碳”目标一直备受关注，目前二氧化碳排放过多导致的全球变暖问题十分严重。为了缓解全球生态问题，需要对CO2捕集技术进行研究与开发。为丰富静态混合器在CO2吸收领域的应用，将Kenics型静态混合器(KSM)作为强化反应设备。基于氢氧化钠溶液与二氧化碳(NaOH-CO2)体系，对KSM和空管两种结构下不同采样位置及气液流率的CO2吸收效率进行分析对比。使用自动电位滴定法对CO2吸收效率进行测量。结果表明，在气相流率(QG)为6 L/min，液相流率(QL)为17 L/min，采用KSM的CO2最大吸收效率比空管结构提高了72.3%。一定QG下，空管结构的CO2的吸收效率随QL增加而下降，而管道内装有KSM元件时，CO2的吸收效率随QL增大而上升。对KSM结构的体积能量耗散率(ε)进行分析，管道装备KSM元件时，CO2吸收效率达90%以上，最小ε=4.85 m2/s3。在管道Z1到Z2段，当QG=6 L/min时，气液混合总流率(QT)从20 L/min增至22 L/min，ε增大了14.7%。当QL=14 L/min时，QT从20 L/min增至22 L/min，ε增大了7.83%。ε受QL影响大于QG，在管道Z1到Z2段，系统能量消耗及反应较为剧烈。达西摩擦系数(f)随液相表观流速(UL)和气相表观流速(UG)增加均出现下降趋势。基于实验数据拟合得到UG, UL和f之间的经验关联式，R2=0.999，关联式偏差为-0.88%~0.82%。

分界面高度对重力式油水分离器分离效果的影响

丁鰲榜 王宗勇 徐占华 王丁 马立勋 孙铭

过程工程学报. 2024, 24(10):  1158-1165.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224011 　　CSTR: 32067.14.jproeng.224011

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重力式油水分离器内分界面高度决定了油水两相的体积占比，影响分离器内油水两相的上浮或沉降的高度，对分离效果具有直接影响。为探究分界面高度对重力式油水分离器分离效果的影响，采用Fluent软件对不同进口流速、不同水相出口流量占比下的分离效果进行了数值模拟研究。结果表明，分界面高度随水相出口流量占比增加而降低，入口含油率越低，分界面高度降低速度越快；随着分界面高度降低油相出口含油率逐渐增加，当分界面处于分离器轴线附近时分离效果最佳，不同入口流速下油相出口含油率可达97%~98%；随着分界面高度降低，分离器整流板后方的高速区域逐渐下移且速度梯度逐渐减小，提高了聚结构件内的速度均匀度，降低了径向速度对油相出口的影响，进而提高了分离效果。

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 　　CSTR: 32067.14.jproeng.224059

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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。

不同高度下电线燃烧滴落对典型保温材料引燃燃烧影响

徐鹏 黄新杰 张萌 丁海龙 王帅帅 张朋远 唐刚

过程工程学报. 2024, 24(10):  1177-1185.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224005 　　CSTR: 32067.14.jproeng.224005

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泡沫由于具有保温性能好、防水性好、节约能源等优良性能而常被用于建筑物外墙保温材料，但由于其具有易燃性，存在火灾隐患。本工作通过实验的方法研究了不同高度下电线燃烧产生的液滴对三种泡沫保温材料的引燃影响。结果表明，液滴在不同高度下的滴落过程存在不同的滴落现象，普通的聚苯乙烯泡沫(EPS)会被液滴滴穿；而硬质聚氨酯泡沫(RPUF)及其加入石墨(EG)的泡沫则会被点燃，被点燃的RPUF还会反过来影响聚乙烯(PE)管的火焰；但RPUF+EG10泡沫上的火焰较小，对PE管上的火焰影响较小。在RPUF泡沫燃烧结束时，PE管滴落的火焰仍可以在碳层上附着，使RPUF泡沫在燃烧过程中存在两个温度峰值，但RPUF+EG10泡沫会形成小型池火，使温度稳定在一个区间内。RPUF在燃烧过程中产生的热量可分为三个区域，而RPUF+EG10泡沫燃烧时，热量较小且会一直增加。

沉淀-焙烧法制备高振实密度四氧化三锰的研究

杨永斌 张晓萱 廖烺 董寅瑞 李骞 张雁 姜涛

过程工程学报. 2024, 24(10):  1186-1195.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224083 　　CSTR: 32067.14.jproeng.224083

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过渡金属氧化物四氧化三锰因其独特的结构特征和物理化学性质，在储能领域尤其是电池行业有着广泛的应用。近年来，电池行业对四氧化三锰的产品质量提出更高的要求，其中产品振实密度是影响电池材料性能的关键因素之一。因此，为提高四氧化三锰的振实密度，本研究以高纯硫酸锰为原料，以氨水为沉淀剂，采用硫酸锰溶液沉淀-焙烧法制备高振实密度四氧化三锰，探究沉淀反应参数及热工制度对四氧化三锰振实密度的影响，并对四氧化三锰产物形貌、结构和组成方面进行表征。实验结果表明，最优工艺条件为氨锰比3:1、硫酸锰浓度2.0 mol/L、焙烧温度1150℃、焙烧时间4 h、焙烧气氛强制通风，该条件下获得的四氧化三锰锰含量为71.91wt%，D50为10.723 μm，比表面积为1.786 m2/g，形貌为类球形，微量元素含量符合要求且振实密度达到2.85 g/cm3，满足高纯四氧化三锰的行业标准。

基于界面固相反应的软磁复合铁芯成分定制策略及磁性能优化研究

王锐 孔辉 王海川 周乐君 樊希安 吴朝阳

过程工程学报. 2024, 24(10):  1196-1207.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223366 　　CSTR: 32067.14.jproeng.223366

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因具有高饱和磁化强度、高磁导率和相对较低的磁芯损耗等优异性能，软磁复合铁芯被认为是最具发展潜力的电磁转换器件。但软磁复合铁芯的能量损耗和导磁性作为保证电磁器件有效运行的关键性能参数，却往往呈制约关系。因此，通过调控粉末基体与包覆层分布特征，增加软磁复合铁芯内部的铁磁填充因子，实现绝缘层的原位包覆，有助于达到同时限制能量损耗和提高导磁性的目的。本工作设计了一种新的界面固相反应策略，首先通过水热法将乙酸钙均匀地包覆在Fe-Si-Al软磁合金粉末表面，再利用热压烧结制备Fe-Si-Al基软磁复合铁芯，研究了烧结温度和包覆层相变对制备的软磁复合铁芯形貌、微观结构和磁性能的影响。结果表明，通过水热法乙酸钙被成功包覆在Fe-Si-Al合金粉末表面，形成了以Fe-Si-Al合金粉末为核、乙酸钙为壳的核壳异质结构；烧结温度的提高消除了软磁复合铁芯内部的孔隙，促使绝缘层发生从乙酸钙到碳酸钙再到Al2O3?SiO2?CaSiO3的转变，最终为软磁复合铁芯提供了高质量的复合绝缘层；在850℃下高温烧结制备的软磁复合铁芯绝缘包覆层致密均匀，磁稀释效应被降到最低，在10 mT、100 kHz时拥有最高的磁导率(67.2)、最低的损耗(9.24×10-5 kW/cm3)和相对更高的饱和磁化强度(129.0 emu/g)，综合性能最优，为制约传统软磁材料中导磁性与损耗间的反向关系提供了解决方案。因此，基于有机盐类化合物热分解氧化的绝缘包覆方法有望成为基于界面固相反应工程的软磁复合铁芯性能优化策略的重要补充。

还原拜耳法高铁赤泥碱水热-络合溶解提质工艺研究

胡志鹏 张盈 郑诗礼 王一霖 周秋生 曲鹏程 邹兴

过程工程学报. 2024, 24(10):  1208-1221.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224013 　　CSTR: 32067.14.jproeng.224013

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赤泥的资源化利用是铝冶炼行业在可持续发展道路上必须面对的挑战。还原拜耳法的突破极大提高了赤泥中铁的磁选性能，可获得高铁赤泥，奠定了铁铝协同冶炼的基础。但还原拜耳法高铁赤泥中仍存在不利于铁冶炼的Al, Si, Ti等杂质，且钛与铁易类质同象置换赋存。本研究针对某冶炼厂提供的高铁赤泥，在物化性质系统表征的基础上，基于铝硅酸钠在碱介质中的溶解度，开展了赤泥碱水热脱铝硅的研究，在优化条件下，脱除高铁赤泥中铝硅的效果理想，赤泥中Si含量低于0.1wt%，Al含量约为0.21wt%，铝硅脱除条件的确定与铝硅赋存的难分解物相(如铝硅酸钙、铝针铁矿)等相关。利用钛络合溶解的原理对碱水热处理后的赤泥进行了钛络合溶出研究，结果表明，双氧水、氨水和柠檬酸的混合体系对无定形偏钛酸具有良好的络合溶出效果，用该混合体系可将碱水热处理后高铁赤泥中21%的钛络合溶出。但碱水热处理后赤泥中的钛尚不是有利于络合溶出的赋存形态，后续仍需从钛赋存形态调控、钛络合体系优化上获取突破。

氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂电化学回收废白铜制备高纯铜

李泓达 汝娟坚 程明强

过程工程学报. 2024, 24(10):  1222-1229.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224041 　　CSTR: 32067.14.jproeng.224041

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以摩尔比为1:2的氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂(ChCl-EG DES)为电解液，废白铜为阳极，钛片为阴极，在363 K和0.1~0.5 V槽电压下对废白铜进行电解分离，在阴极获得了高纯铜(Cu)。电化学测试表明，在ChCl-EG DES中金属铜溶解后以Cu(I)形式存在，0.5~2.5 mol/L CuCl浓度范围内Cu(I)的还原是一个准可逆过程。测试了Cu在低共熔溶剂中的动电位极化曲线，计算得出阳极溶解的表观活化能Ea仅为28.361 kJ/mol，表明Cu在ChCl-EG DES中的溶解过程受扩散控制。研究了杂质金属在溶解过程中的阳极极化曲线，结果表明，Sn最先被溶解进入到溶液中，而Ni和Fe的溶解电位均正于Cu，则以阳极泥的形式进行回收。电解实验发现，当槽电压升高时，直流电耗和电流效率均随之增加。当槽电压为0.5 V时，电化学回收废白铜的电流效率高达97.20%，直流电耗为216.94 kWh/t。在较高槽电压下(0.3~0.5 V)，阴极铜的形貌为粒径30~50 μm的不规则块状，在0.4 V时获得的铜纯度高达99.95wt %。

带热回收的闪蒸级联热泵干燥系统性能分析

杨惠鹏 叶楷 陈龙祥

过程工程学报. 2024, 24(10):  1230-1240.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224029 　　CSTR: 32067.14.jproeng.224029

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针对传统单级热泵的效率随着温升要求的提高急剧恶化及辅助冷凝器余热直接排出造成巨大能源浪费的问题，本工作结合干燥过程前期较低温度干燥对物料烘干品质的提升具有促进作用的特点，提出了带热回收闪蒸级联热泵干燥系统(HR-FCHP)。本工作建立了热力学模型，采用文献中的数据进行验证，并对系统进行了全面的热力学分析，同时将所提系统与单级热泵干燥系统(SSHP)、基础闪蒸级联热泵干燥系统(FCHP)和并联冷凝器热泵干燥系统(PCHP)在相同的运行工况下依次进行对比。结果表明，较于SSHP, FCHP和PCHP系统，所提出的HR-FCHP系统具有更高的节能效果和干燥效果，其系统能效比(COPh)和单位能耗除湿量(SMER)为5.40与4.31 kg/kWh，与SSHP, FCHP和PCHP系统的COPh和SMER相比分别高出53.85%和65.77%、33.00%和20.73%以及7.14%和9.40%。此外，所提HR-FCHP系统的初始投资成本(CIC)最低，为6.64万元，该系统的生命周期成本(CLCC)分别比SSHP, FCHP和PCHP系统降低了69.86%, 40.92%和8.57 %。

湿法磷酸中铝铁杂质深度萃取脱除工艺及机理研究

戴友志 朱干宇 孟子衡 李会泉 徐成金 孙国新 李防 贺雷 张永芳

过程工程学报. 2024, 24(10):  1241-1250.  DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224056 　　CSTR: 32067.14.jproeng.224056

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湿法磷酸工艺生产的磷酸产品杂质种类多、含量高，制约后端应用。湿法磷酸深度净化技术可以实现湿法磷酸短流程直接制备磷系新能源材料，是磷化工领域内的研究热点和前沿。本工作采用溶剂萃取法进行湿法磷酸中铝铁的萃取分离，研究了不同萃取剂、萃取剂含量、萃取时间、萃取温度、萃取O/A比(萃取相与磷酸体积比)和萃取级数对磷酸中铁铝杂质萃取分离效果的影响规律，筛选出最优条件：N,N-N-正辛胺二亚甲基苯基膦酸(OADMPPA)萃取剂、萃取剂含量20wt%、萃取时间3 min、温度25℃、单级O/A比1:1、错流3级萃取，最优萃取条件下，Al, Fe萃取率分别为54.5%和99.6%，磷酸中铝和铁含量分别由0.857wt%和0.175wt%降至0.717wt%和0.015wt%，MER值(磷酸中铝铁镁对应氧化物含量之和与五氧化二磷含量比)由9.037%降至7.227%。随后，针对O/A比1:1单级萃取条件下得到的负载Al, Fe的萃取剂，进行反萃工艺优化，筛选出草酸铵为最优反萃剂，优化的反萃条件：温度25℃、错流5级反萃、单级O/A比2:1、反萃时间15 min、反萃剂浓度0.2 mol/L，在优化反萃条件下，负载萃取剂Al, Fe的反萃效果分别达96.4%和88.3%，基本实现负载萃取剂Al, Fe有效反萃。最后开展了萃取剂铝铁萃取机理研究，通过对萃取过程中化学计量数计算、傅里叶红外分析，明确萃取过程中1分子Al和1分子Fe分别与1.5分子和2分子OADMPPA萃取剂结合，作用官能团为P=O和P-O-H键，同时，Al, Fe的萃取过程存在竞争机制，Fe更易被萃取。