过程工程学报

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过程工程学报. 2024, 24(12): 0.

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喷射器制备微气泡研究进展

乔勉宫源王兰英杨卓李春雷田玉琴岳文菲

过程工程学报. 2024, 24(12): 1375-1386. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224165

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喷射器可快速实现气液混合并生成大量微气泡，且设备成本低，能效高，适用于规模化工业实践。喷射法生成微气泡的尺寸分布较宽，而喷射器结构参数及操作条件对微气泡尺寸的影响显著。基于以上因素，归纳了微气泡尺寸的变化规律：减小混合段长度和直径，增大扩散段角度、截面比可有效减小气泡尺寸，而收缩段角度对气泡尺寸影响较小；减小气体流量，增大工作液体流量可控制气泡尺寸在较小范围，气体体积比与气泡尺寸则呈线性关系。借助计算流体力学(CFD)模拟及粒子图像测速(PIV)技术对喷射器内气液间传递规律的研究，明确了接受室喷嘴出口处和混合段内的高效气液剪切是形成微气泡的关键，而扩散段是气泡破碎细化的主要场所。最后介绍了喷射器制备微气泡的应用，展望了未来研究热点。

超薄玻璃物理钢化使用的冲击射流阵列设计与传热性能

李智杰朱科钤林金汉张忠强程广贵丁建宁

过程工程学报. 2024, 24(12): 1387-1397. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224106

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针对气浮式超薄玻璃物理钢化加热炉内高效、均匀传热需求，开展低射流高度下带回流孔冲击射流阵列参数化设计研究。建立了三维高温阵列射流冲击传热数值模型，模拟研究了不同设计参数对射流冲击瞬态传热的影响。结果表明，在低射流高度下带回流孔的阵列射流模型中，当雷诺数从2000增加至10 000，表面平均努塞尔数增加了243.3%，传热均匀性提高了90.9%；回流孔直径对传热影响显著，回流孔与射流孔直径比值(D1/D)从1增至3，平均努塞尔数先增大后减小，在D1/D=2时，平均传热效果出现转折点，且始终获得了比对应的传统阵列射流更高的平均努塞尔数；回流孔直径越小，回流孔与射流孔处的最大流速差逐渐减小，从而表现出优秀的传热均匀性。此外，减小射流孔间距与直径比值(S/D)改善了传热均匀性，S/D=4和D1/D=1时，相对于相应的传统阵列射流，传热均匀性最大改善了46.24%。研究结果可为高效射流冲击结构设计及应用提供理论基础。

射流角度对中心多股射流反应器的混合性能的影响

王丁王宗勇马立勋丁鰲榜徐占华

过程工程学报. 2024, 24(12): 1398-1406. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224111

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为了探究中心多股射流反应器射流与横流相对流动方向与混合性能之间的关系，提出了以法向角α和旋转角θ表征的三维射流角度概念，采用Fluent多相流模型对空间多种射流角度下的混合性能进行了模拟研究。结果表明，在各个角度下，分离强度随着轴向距离增加而减小，且在第六列射流管之前分离强度下降幅度最大；θ=67.5°是较为理想的旋转角，在此角度下各反应器均呈现较好的混合效果；进出口截面的压降随着旋转角增大而提高，且上升幅度随着α增大而升高；θ=90°时分离强度下降斜率最大，说明其能够在较短距离使分离强度达到0.05；随θ增大，混合发展段螺距减小，旋流作用增强；射流冲击壁面的距离与α成正比，与θ成反比。

MTO副产C5+混合烯烃催化裂解制乙丙烯流程模拟

苟荣恒殷梦凡郑涛朱家伟张睿刘海燕刘植昌孟祥海

过程工程学报. 2024, 24(12): 1407-1416. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224127

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甲醇制烯烃(MTO)是生产乙烯和丙烯的重要方式之一，混合烯烃是MTO工艺的主要副产物。MTO副产C5+混合烯烃在国能新疆化工有限公司目前仅低值售卖，未得到有效利用。为探寻MTO副产C5+混合烯烃的高值利用途径，本工作对混合烯烃进行组成和物性测试，发现混合烯烃中C5~C8烯烃的含量在80wt%以上，此外还含有少量烷烃、芳烃和含氧化合物。利用固定床实验装置开展混合烯烃催化裂解实验，在0.1 MPa、620℃、质量空速3.53 h-1的条件下，乙烯和丙烯收率分别为15.31wt%和26.94wt%。结合MTO工业装置流程，本工作设计了混合烯烃催化裂解制乙丙烯的工艺流程，基于Aspen Plus软件进行流程模拟，并对能耗较高的精馏塔进行操作参数优化。发现凝液汽提塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为24, 12, 1.2，脱丙烷塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为20, 10, 0.4，脱乙烷塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为28, 9, 3.4，乙烯精制塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为50, 21, 7.5，丙烯精制塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为54, 29, 5.7，轻烃分离塔最佳塔板数、进料位置和回流比分别为12, 7, 0.8，最终得到产品纯度为99.9wt%的乙烯和产品纯度为99.6wt%的丙烯。经济潜力分析结果表明，与直接低值售卖相比，混合烯烃进行催化裂解所得产品收入为初始收入的1.3倍。

高炉煤气中H₂S在羟基氧化铁上的吸附氧化机理研究

刘旭东李玉然彭书雯刘利徐文青朱廷钰

过程工程学报. 2024, 24(12): 1417-1424. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224002

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采用沉淀法制备了羟基氧化铁(α-FeOOH)吸附剂，利用固定床-气相色谱联用平台测试了其对H2S的吸附容量，发现其硫容达到了63.8 mg/g，测试了O2和H2O对硫容的影响，发现二者均存在最佳浓度，在选定条件下O2和H2O最佳浓度分别为0.3vol%和3vol%。采用XRD, XPS, TG和CO2-TPD等表征了吸附剂的理化性质及含硫组分的赋存形态，发现α-FeOOH吸附H2S后硫物种主要为硫单质和硫酸盐(SO42-)。通过预吸附氧气的方式分析了O2在反应中的作用，吸附态的氧促进硫单质形成，气态的O2存在会增加SO42-的比例。通过原位漫反射红外光谱测试了H2S吸附的中间产物，H2S在α-FeOOH表面吸附与晶格氧或羟基结合生成HS-，HS-被Fe3+氧化发生电子转移生成硫单质或者被O2氧化生成SO42-。本工作为吸附剂优化制备及高炉煤气净化技术应用提供了理论依据。

含硫烟气对MFM-136捕集CO₂的影响及烟气组分共吸附机理研究

许丽耿娜刘文田京雷朱廷钰姚明水郭旸旸

过程工程学报. 2024, 24(12): 1425-1434. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224094

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在全球向可持续低碳经济过渡的过程中，实现吸附剂高吸附容量和长久稳定性之间的平衡至关重要。本研究以具有Kagome构型的MFM-136为研究对象。采用XRD, BET, FT-IR, TG和SEM分析了MFM-136的结构和性质，考察了MFM-136的CO2吸附性能，进一步通过CO2穿透实验和原位红外光谱(in situ DRIFTS)实验明确了杂质气体与CO2之间的竞争吸附关系，揭示了烟气组分在MFM-136表面的共吸附机理。吸附实验结果表明，MFM-136在298 K下的CO2和H2O吸附容量分别为3.0和11.94 mmol/g，MFM-136的微孔(0.59 nm)及其骨架中的多重吸附位点使其可以在室温下选择性吸附CO2，298 K下CO2/N2吸附选择性达24，气体的等量吸附热达23 kJ/mol，在120℃脱气30 min即可实现吸附能力的完全再生。穿透实验和in situ DRIFTS实验表明，O2的存在促进了CO2的化学吸附。SO2在吸附剂上主要发生化学吸附，形成硫酸盐和亚硫酸盐。含氧条件下NO与O2反应生成NO2，与吸附剂之间形成强烈的化学吸附，生成硝酸盐和亚硝酸盐物种。水蒸气的存在不仅促进了CO2的化学吸附和碳酸氢盐的产生，同时也促进了CO2与SO2, NO之间的竞争吸附。

水蒸气催化烟气中CO气相氧化研究

刘斌汤正怡高杰春熠代梦博春铁军

过程工程学报. 2024, 24(12): 1435-1441. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224028

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铁矿烧结是钢铁行业仅次于高炉炼铁的第二大碳排放工序。烧结料面喷吹水蒸气可以提高烧结料层燃料燃烧效率，降低烟气CO排放浓度。本工作对烧结料面喷吹水蒸气在烧结过程中实现CO减排的机理进行研究，采用固定床实验模拟烧结料面喷吹水蒸气，研究了高温条件下水蒸气对CO气相氧化的影响。结果表明，气相体系中水蒸气对CO氧化有显著促进作用。CO气相氧化在无水的条件下几乎不发生，2.0%体积分数以上水蒸气显著促进CO氧化；水蒸气催化CO氧化反应起始于650℃，随温度升高反应不断加快，700℃及以上时会出现一个稳定连续的反应区间。随着通入水蒸气体积分数的增加，CO气相氧化的开始时间提前，持续时间延长。在O2和CO体积分数分别为2.0%, 2.5%的条件下，水蒸气体积分数为12.0%时促进CO氧化效率最高，CO氧化效率可达99.95%。该研究对完善烧结料面喷吹水蒸气技术理论，指导生产实践具有重要意义。

1-羟基辛叉-1,1-双膦酸捕收剂对白云鄂博铌矿中铌铁金红石的浮选机理研究

徐伟张敏于宏东陈芳芳彭冠李敬

过程工程学报. 2024, 24(12): 1442-1452. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224116

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本研究提出了一种改进的1-羟基辛叉-1,1-双膦酸(HOBA)合成方法，选取铌铁金红石(一种重要的白云鄂博代表性含铌矿物)作为研究对象，并对比研究了辛基异羟肟酸(OHA)。通过接触角、Zeta电位、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜-能量散射谱(SEM-EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法，系统研究了HOBA在人工合成铌铁金红石浮选过程中的作用机理。结果表明，在酸性条件下，HOBA与铌铁金红石表面离子形成螯合物，以化学吸附的方式稳定结合在铌铁金红石表面，显著增强其疏水性。相较于OHA，HOBA对铌铁金红石展现出更高的选择性，有效解释了HOBA在白云鄂博实际含铌矿物体系中浮选结果优于OHA的原因。此外，通过溶液化学计算分析探讨了浮选过程中HOBA与铌铁金红石表面离子之间的相互作用，进一步讨论了HOBA与铌铁金红石作用过程中Ce3+的抑制作用和Pb2+的协同增强作用的原因。研究表明，在合适的pH范围和离子条件下，HOBA可以作为白云鄂博铌铁金红石和其他含铌矿物的有效捕收剂，合成路线的优化使其具有工业化应用的潜力。

碱金属阳离子调变的负载钴催化剂对还原胺化反应的影响

洪晓博黄在银丁其达刘泽莹王红岩谭学才王耀锋

过程工程学报. 2024, 24(12): 1453-1465. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224139

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苄胺因其在医药、农药、染料和香料等领域的广泛应用而备受瞩目。苄胺可以通过苯甲醛(BzH)还原胺化反应进行制备，但受限于用于该反应的催化剂制备步骤复杂、成本高。本工作通过浸渍法制备了一系列负载在二氧化硅上的碱金属阳离子调变的钴催化剂(Co-M/SiO2)，并评价了不同催化剂对BzH还原胺化反应的影响。最佳催化剂Co-Na/SiO2 (Co2+:Na+=1:1.5)催化BzH转化率为100%，目标产物苄胺的选择性为94.6%。与未加入碱金属阳离子的Co/SiO2催化剂相比，该催化剂使苄胺选择性提高了24.6个百分点，副产物苯甲醇(BzAh)减少了17.1个百分点。通过一系列表征技术(XRD, XPS, TEM, Raman, NH3-TPD, CO2-TPD, H2-TPD, TGA)深入探究了催化剂结构和形貌特征。结果表明，在Co-Na/SiO2中，钴主要以Co0和CoOx形式存在，引入的Na+通过电子转移作用改变了催化剂中Co0物种的结合能；此外，Co-Na/SiO2催化剂提供了适量的酸碱性位点及适当的氢气吸附能力，有利于还原胺化反应发生。利用原位红外实验分析了Co-Na/SiO2催化剂和Co/SiO2催化剂的吸附能力和反应过程差异。结果表明，Co-Na/SiO2催化剂催化苯甲醛还原胺化合成苄胺的能力优于Co/SiO2催化剂的原因在于能够抑制副产物BzAh的生成。本工作为还原胺化反应提供了一种低成本且高活性的钴基催化剂制备策略，为以后用于该反应的高效催化剂的设计研究奠定了基础。

钢铁工业废水零排放纳滤浓缩液深度分盐

陈枫泽罗孟杰孙玉柱侯红娟余文军杨嘉杰瓦合甫.吐逊寇宸溪

过程工程学报. 2024, 24(12): 1466-1476. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224123

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钢铁工业是耗水大户，有效资源化利用钢铁生产各个环节产生的废水有助于减少水资源的消耗。针对钢铁流程产生的纳滤浓缩废液，本工作利用选择性电渗析技术，探究了不同操作模式、外加电压、体积比及温度对废液中致腐蚀离子Cl-与SO42-分离过程的影响，并进行了中试长周期验证试验。小试实验结果表明，恒压操作模式更适用于Cl-与SO42-的深度分离和膜的稳定运行，不同电压下SO42-截留率较高，可达97%以上，同时淡室中Cl-浓度下降至1000 mg/L以下，SO42-与Cl-质量比大于10。中试验证实验在室温、20 V电压下运行2个月，实验发现选择性电渗析对浓度波动的废水原料具有较强的适应性，同时可稳定脱除Cl-，使淡室中Cl-浓度下降至1000 mg/L以下，SO42-与Cl-的质量比远大于10，SO42-截留率可达94.5%以上，单位能耗变化较小，维持在0.254~0.278 kW?h/kg NaCl。

环境风速和侧边受限对电线燃烧火蔓延行为的影响

张萌黄新杰徐鹏丁海龙王帅帅王昌龙张朋远

过程工程学报. 2024, 24(12): 1477-1485. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224095

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电线受限燃烧在现实中非常普遍，在环境风速的作用下，其火灾危害性更容易扩大。本工作通过实验研究了两种尺寸的聚乙烯(PE)电线(铜芯直径分别为6和8 mm，聚乙烯绝缘层的厚度分别为3和2 mm)在侧边受限条件(受限距离为10~40 mm)和水平风速(v=0.2, 0.5, 0.8 m/s)下的火蔓延行为和特性。实验结果表明，随着风速增大，火焰高度逐渐减小，火焰宽度呈先增大后减小的趋势。侧边受限距离对电线燃烧有促进作用，但随着风速增加，这种促进作用逐渐被削弱。水平风速较小的时候，气相热量的传递得到了提升，并减弱了固相热量的传递。随着风速进一步增加，热量传递模式发生了转变，气相和固相热量传递均被削弱。这主要是由于火焰的倾斜效应增加了向预热区的热辐射和热对流；同时，由于风速降低了石膏板的温度，使得石膏板的热辐射和热对流均相应减小。此外，水平风改变了铜芯的“热源”和“冷却”作用，随着风速和铜芯直径增大，铜芯的“冷却”作用增大。

烯丙孕素自微乳化给药系统的制备及性能表征

王悦力李东波李超张伟舒刚张浩符华林

过程工程学报. 2024, 24(12): 1486-1496. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223359

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为改善烯丙孕素(ALT)的溶解度，提高其体内口服生物利用度，本实验制备了ALT的自微乳化给药系统(ALT-SMEDDS)，分析影响因素及其自微乳化机理，并对其质量进行评价。通过饱和溶解度实验考察辅料的载药能力，通过物理、化学相容性实验确定辅料之间配伍合理性。绘制伪三元相图筛选出ALT-SMEDDS的处方组成及辅料用量范围，并采用星点设计-效应面法(CCD-RSM)建立模型优化处方，通过ALT-SMEDDS体外表征、稳定性实验和体外释放度实验对其进行质量评价。当油相选用油酸乙酯(22.0wt%)、乳化剂选用吐温80 (54.2wt%)，助乳化剂选用二乙二醇单乙醚(23.8wt%)，制备得到的ALT-SMEDDS外观澄清透明，流动性良好，自微乳化时间为35.76±1.10 s，自微乳化后乳滴的外观圆整均一、无粘连，平均粒径为18.39±0.03 nm，多分散系数(PDI)为0.083±0.090，Zeta电位为-1.12±0.12 mV，在10~1000倍稀释范围内能保持稳定。ALT-SMEDDS在48 h体外累积释放度能够达到91.41%，相较于原药32.42%具有显著提升。ALT-SMEDDS制备处方可靠，乳化效率高，微乳粒径分布均匀，具有良好的稳定性，能够提高ALT的体外释放度，为ALT-SMEDDS的临床应用奠定了基础。

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