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过程工程学报

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    国际刊号/ISSN：1009-606X
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  • 主管单位：中国科学院过程工程研究所
    主办单位：中国科学院
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过程工程学报 >2023年第12期

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共4384条结果
  • 摘要：随着乙烯工业的不断发展及能源结构的不断调整,裂解乙烯原料呈现多样性。近年来,乙烷裂解制乙烯技术逐渐成为工业生产的热点。乙烷作为乙烯生产的优选原料,不仅具有收率高、纯度高、质量高的产品优势,同时具有投资低、成本低、能耗低的生产优势。作为裂解炉模拟的核心,研究乙烷裂解过程中的反应动力学模型可为工业生产提供精准预判。随工业应用范围的逐步扩大,该领域的理论研究也将迎来新的高潮。本工作对乙烷裂解的工艺优势、乙烷裂解反应动力学模型及结焦反应动力学模型的研究现状进行了总结。裂解反应动力学模型被分为经验模型、机理模型、分子反应动力学模型,结焦反应动力学模型被分为催化结焦、自由基结焦。针对未来的研究方向提出了新的展望,认为经验模型在裂解炉自动控制中的应用、自由基反应动力学模型的深入研究、乙烷与其他原料的共裂过程、裂解反应动力学与CFD技术的融合及基于多种生成机理建立结焦反应动力学模型五个方面将是今后需要关注的领域。
  • 摘要：采用元素分析、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和固体13C核磁共振等方法,对四种不同原料制备的类腐植酸与矿物源腐植酸在组分、元素组成和分子结构方面进行了研究,通过种子萌发实验对类腐植酸的生理活性进行了测定。结果表明,以草本植物(麦草、竹子)为原料制备的类腐植酸中,黄腐酸的含量明显高于木本植物(松木、杨木)制备的样品。类腐植酸与矿物源腐植酸的分子结构相似,具有腐植酸的特征官能团。与矿物源腐植酸相比,类腐植酸结构更复杂,其中芳香族结构、木质素衍生物及多糖等结构含量更多,含氧官能团含量较低,其中草本植物源制备的类腐植酸比木本植物制备的样品的芳香化程度更高,分子量更小。小麦种子萌发研究结果显示,类腐植酸浓度为20~40 mg/L时对种子萌发起到明显的促进作用,但浓度过高反而会抑制其生长。
  • 摘要：针对特定颗粒浓度范围颗粒团聚作用导致的曳力下降问题,基于传统曳力模型在不同颗粒浓度段的特性分析,选择适用于不同颗粒浓度区间的曳力模型,通过光滑函数得到改进的曳力模型,并耦合欧拉双流体模型对2D鼓泡流化床进行数值模拟.结果表明,与Gidaspow和Syamlal?O'Brien模型相比,改进的曳力模型对床层局部压降的预测结果更好;随表观气速增加,改进的曳力模型能更准确地预测床层膨胀;当表观气速Ug?0.46 m/s时,改进的曳力模型对径向颗粒浓度分布的模拟结果明显好于Syamlal?O'Brien模型.
  • 摘要：在1473~1573K的N2保护气氛下,通过还原失重实验研究了转炉尘泥所制含碳球团的还原特性.结果表明,还原得到的金属化球团全铁(TFe)在67%以上,金属化率(ηFe)在72%以上,可以作为高炉冶炼的原料;转炉尘泥所制含碳球团在0~100s时间内,反应分数受温度影响较小,在100s以后,受温度的影响逐渐增大,温度越高其值越大,转炉污泥球团还原反应分数随温度的变化更明显,反应结束时间在500s左右,比转炉细灰球团要早大约100s.含碳球团还原速度可由Mckwan方程所表达,还原速度由界面或局部反应控制.根据Arrhenius方程可以计算得出转炉细灰含碳球团的还原反应活化能为74.64kJ/mol,转炉污泥含碳球团的还原反应活化能为77.48kJ/mol.
  • 摘要：考察了湿法磷酸生产过程中Si,F,K和Na等杂质对Ca SO4结晶过程的影响规律.结果表明,两种碱金属对Ca SO4结晶有不同作用,K有利于Ca SO4晶体生长,而Na含量增加则会抑制Ca SO4团聚;不同形式的K,Si和F对Ca SO4结晶的作用不同,Si O2对Ca SO4粒径影响不大,但会使其形貌不规则,H2Si F6会造成Ca SO4晶体分散,而K2Si F6有利于Ca SO4晶体生长.
  • 摘要：对我国某地石煤发电飞灰进行碱浸提钒实验研究,飞灰中的钒主要以V(V)形态弥散于硅、铝氧化物中.结合钒的赋存形式,考察了反应时间、液固比、碱浓度及温度对钒浸出率的影响.结果表明,钒浸出率与四因素均呈正比关系.在搅拌转速500 r/min、180℃、浸出时间3 h、液固比5 mL/g及NaOH浓度200 g/L的最佳工艺条件下,钒浸出率可达85%以上.浸出液中Al2O3,K,Fe含量分别小于500,420与9 mg/L.浸出液返回浸出体系,可充分利用浸出液中富余的碱进一步富集溶液中的钒.
  • 摘要：以聚合有机锆烷、聚合有机硼氮锆烷与聚碳硅烷组成的共溶前驱体为原料,采用化学气相渗透和聚合物浸渍裂解工艺制备了C/C-ZrB2-ZrC-SiC超高温陶瓷基复合材料,对其物相组成、微观结构、力学性能和抗烧蚀性能进行了研究.结果表明,所制材料基体由ZrB2和ZrC纳米颗粒均匀弥散分布于连续的SiC相中构成.随热解炭含量增加,材料的弯曲强度和断裂韧性皆呈先上升再下降的趋势,其含量为22.3%(φ)的材料的力学性能最优,弯曲强度和断裂韧性分别为127.9MPa和6.23MPam1/2,且具有假塑性断裂特性.材料在1800～2200℃等离子弧中1000s的线烧蚀率小于1.67μm/s,质量烧蚀率小于1.66mg/s.
  • 摘要：采用CFD数值模拟方法研究热风循环隧道烘箱的内部温度及流场分布,提出了6种结构优化方案,考察了不同方案下的气流分布特性。结果表明,烘箱出口面局部温差在1 K以内,温度分布较均匀;气流速度分布是影响烘干品质的主要因素,原始结构下出口气流分布极不均匀,出口面角落位置出现局部高速区,最大速度达3.48 m/s,平均速度为0.94 m/s,相对均方根值为0.73;相比原始结构,6种改进方案中,弯头三隔板结构出口面的相对均方根值最低,最大速度降低51.4%,最佳风速区域占比提升至75.17%,整流效果最明显;弯头内设置三块隔板后,风罩内再设置隔板对气流均匀性的改进作用不大。
  • 摘要：测定了橡胶籽油的物化性能及组成.加入6种抗氧化剂,采用Rancimat法研究了其添加量及复配、温度、0#柴油添加量、金属铜、铁等对橡胶籽油生物柴油氧化稳定性能的影响.结果表明,橡胶籽油所制生物柴油不饱和脂肪酸含量达82.1%,诱导期为0.81 h,达不到国家标准(6 h).6种抗氧化剂在添加量为4000×10-6(w)时对橡胶籽油生物柴油的氧化稳定性能均有提升,其中TBHQ效果最好,使其氧化稳定性诱导期达13.09 h,6种抗氧化剂的抗氧化效果为TBHQ>BHT>D-TBHQ>OG>PG>BHA.PG与其他抗氧化剂复配后效果较好,而TBHQ与其他抗氧化剂复配后效果降低.温度和0#轻柴油添加量对橡胶籽油生物柴油的氧化稳定性能影响很大,随温度升高,诱导期明显缩短,而随0#柴油添加量增大,诱导期增加,添加量较大时诱导期增幅很大.铁、铜对其氧化稳定性能也有一定影响.
  • 摘要：采用非等温热重分析法对CaCO3与MoO3固相反应动力学进行了研究,由热重曲线及转化率分别拟合选取的13种固相反应机理函数,通过Coats-Refern方程分别求得活化能和指前因子,根据动力学参数及线性相关性判定该固相反应机理函数.结果表明,CaCO3和MoO3于450℃开始反应,且速度较快,反应机理为随机成核随后生长,反应模型的积分形式为g(α)=-ln(1-α),活化能和指前因子分别为170.2kJ/mol和1.3×107s-1.
  • 摘要：用ANSYS软件模拟了熔盐泵转子的应力与变形,研究了不同介质流量下非定常流动对转子部件的影响,考察了泵转子结构的模态性能.结果表明,转子温度自叶轮部件沿泵轴向轴承逐渐降低,不同介质流量下叶轮内的最大等效应力均出现在叶片进口边与前盖板的结合处,泵轴与轴承的配合处出现了明显的应力集中,转子部件的最大变形出现在叶轮边缘,且最大等效应力和变形量均随介质流量增大而减小,设计流量下转子部件最大等效应力和总变形量的变化幅度最小,添加预应力后转子部件前6阶固有频率增加,但振幅变化不大,流量对转子部件模态性能的影响较小.
  • 摘要：在一套大型冷模实验装置上，采用光纤测量系统考察了带中心管的两股催化剂颗粒混合预提升结构内固含率和颗粒速度的分布，以径向不均匀指数对固含率和颗粒速度径向分布进行定量描述，并与不同的预提升结构进行对比．结果表明，带中心管的预提升结构沿轴向可分为底部、中心管和提升管区，各区固含率和颗粒速度径向分布均匀程度为提升管区〉底部区〉中心管区；提升管区内1．3-2．3m间存在一固含率和颗粒速度分布均匀截面；与无中心管的预提升结构和传统预提升结构相比，本实验结构固含率径向分布更均匀，有利于油剂接触；确定了截面平均固含率的影响参数为终端固含率εs＇，Froude数Fr和轴向高度／提升管直径h／Dr；由实验数据回归出预提升结构内截面平均固含率轴向分布的经验模型，计算值与实验值吻合较好，
  • 摘要：随着氧化铝工业的发展,赤泥的排放及危害已成为日益严重的问题,如何有效地综合利用赤泥已迫在眉睫.本文从整体利用、提取有价元素、环境材料等三个方面系统地分析了国内外赤泥利用方面研究进展.针对赤泥含有Sc、Ti、Fe等有价元素的特点,提出了综合利用赤泥的原则.在有效提取有价金属的基础上整体利用赤泥不产生二次废渣.还特别指出赤泥作为环境修复材料脱碱再作为建材工业原料是今后赤泥综合利用重要途径.
  • 摘要：采用热分析与红外联用技术对苯氨基甲酸甲酯(MPC)热解历程进行分析,结果表明,苯氨基甲酸甲酯的热解过程是一步生成苯基异氰酸酯同时释放出甲醇气体.进一步对该热解反应进行了非等温动力学研究,对MPC的热解数据采用Flynn-Wall-Ozawa法计算得到反应活化能.采用5种方法考察反应动力学参数,结果表明,MPC热解机理为相边界反应模型,机理函数为G(α)=α^(1/3),热解反应活化能E=20.52kJ/mol,指前因子lgA=2.23,动力学方程为α^(1/3)=169.82exp[20.52×10~3/(8.314T)]t.
  • 摘要：利用固定床热解装置,考察了温度、氢气浓度、催化剂种类及催化剂与油砂的接触方式对新疆托里油砂热解特性和油砂油收率的影响及催化剂对热解反应活化能的影响.结果表明,在N2气氛下,550℃时,油砂油收率最高,达44.52%(ω);热解气氛中H2浓度增加可促进油砂油中饱和分的二次裂解,使油砂油收率减小,烃类气体产率增加,H2浓度为40%(?)时,饱和分含量降至28.96%(ω),较纯N2气氛减少25.43%;以2%(ω)的NiO,WO3,ZnO和纳米CuO为催化剂,油砂油产率分别增加15.77%,16.87%,3.79%和5.62%;金属氧化物催化剂与油砂的接触方式对油砂油收率有较明显的影响,NiO与油砂分层放置时有利于提高油砂油收率及品质,而纳米CuO和WO3更适合与油砂混合热解;ZnO,NiO和纳米CuO可有效降低油砂热解的活化能.
  • 摘要：采用压差法和电阻探针测定了空气-水混合体系的气含率,用扭矩仪测量扭矩和转速,计算输入功率.将气体分成进出停留气体A和内循环气体B两部分,建立宏观气含率的物理模型.结果表明,针对不同气液混合流型,将宏观气含率分成两个阶段是合理的,εtotal=αVsβ适用于气泛状态,εtotal=αVsβ+χPVγVsθ适用于载气和气体完全分散状态,对于DT+DT组合桨α=6,β=1,χ=0.32,γ=0.56,θ=1.模型对文献数据的预测较合理,且具有一定的适应性,χ取决于搅拌桨类型.
  • 摘要：基于随机多层纤维过滤介质算法建立褶式滤芯三维拟态化结构模型,对褶式滤芯内部气-固两相流动进行数值模拟,计算不同运行参数及结构参数下滤芯的压力损失及过滤效率,并与文献计算值进行比较.结果表明,压力损失随过滤风速增大呈线性增加;随褶尖角增大,压力损失呈先减小后增加,压力损失计算值与文献计算值吻合较好.褶尖角和过滤风速一定时,过滤效率随粒径增加先减小后增大,在给出的颗粒直径范围内存在最易穿透颗粒直径(MPPS).不同过滤风速下,当颗粒粒径小于0.5μm时,扩散作用使过滤效率随过滤风速增加而减小;大于0.5μm时,惯性作用使其随过滤风速增加而增加;MPPS随风速增加而减小;本计算值与文献计算值趋势一致.不同褶尖角下,当颗粒粒径小于1μm时,扩散作用使过滤效率随褶尖角增大而减小;大于1μm时,惯性作用使其随褶尖角增大而增加.
  • 摘要：采用热重分析法,对比研究了不同比例废塑料对川煤集团瘦煤和务本精煤燃烧特性的影响.结果表明,添加废塑料可提高煤粉的最大失重速度,降低煤粉的着火点、燃尽温度和最大失重速度时的温度,能有效提高煤粉燃烧率;在添加比例相同时,废塑料对低挥发性煤粉的助燃效果优于挥发分相对较高的煤粉,且在较低温度区域(500℃)的助燃作用最为明显;在添加比例不同时,当添加量较大时,比例为20%左右时助燃效果最为明显;当添加量较小时,添加0.5%即能使煤粉燃烧率明显提高.
  • 摘要：基于多孔介质理论,采用标准k-?湍流模型对不同结构的宏观蜂窝状空气滤清器的内部流场和阻力特性进行数值模拟,从而进行结构优化,提高其性能。采用的模型为相同滤芯(褶高h=5mm),壳体进出口形状分别为圆形与圆形(方案1)、圆形与椭圆形(方案2)、椭圆形与圆形(方案3)和椭圆形与椭圆形(方案4)的组合;优化得到的壳体结构与褶高分别为5, 10, 15 mm的蜂窝状滤芯组合,研究其过滤性能。结果表明,方案2的流场分布更均匀;压降随流量变大近似呈线性增长,当流量小于额定流量的60%时,4种方案的压降大致相等,大于额定流量的60%时,方案2的压降比方案1, 3和4小,方案2的壳体结构较合理。方案2滤芯褶高对空气滤清器流场分布有一定影响,且在研究的褶高范围内压降先降低后增加,存在最佳褶高使空气滤清器的压降最小。
  • 摘要：发展了适应高超声速稀薄流动的硬球-拟颗粒模拟(HS-PPM),并分别采用硬球分子动力学模拟(HS)、HS-PPM和直接模拟蒙特卡洛(DSMC)对马赫数为5、努森数为0.8的圆球绕流进行模拟,证明了HS-PPM可以得到更接近HS的模拟结果。对雷诺数100、马赫数5~19的三维圆球绕流,采用HS-PPM模拟得到了填充率0.01~0.08、完全热边界和完全滑移边界条件下的曳力系数,与HS模拟结果的一致性较好;模拟了马赫数24、努森数0.11~4.55的零攻角三维尖锥绕流,结果与文献中DSMC的模拟结果相符。研究验证了HS-PPM处理高超声速稀薄气体流动的可行性。
  • 摘要：采用多相流体积法对某钢厂的LF炉底吹钢包建立了氩气/钢液/钢渣三相瞬态数学模型.描述了钢包内多相流动的基本形貌,并与稳态计算的结果进行了对比;研究了不同吹气流量对渣滴卷入深度和渣眼直径的影响.计算结果表明,渣滴卷入深度和渣眼直径随吹气流量的增加而增加,且在吹气流量为600L/min时发生骤增,该流量为临界卷渣吹气流量;在保持吹气流量为300L/min的条件下,当渣层厚度从150mm增加到300mm时,渣眼直径由455mm减小至110mm,且此时更容易发生卷渣现象.
  • 摘要：以TiO_2为研究对象,Cu(NO_3)_2?3H_2O和Ce(NO_3)_3?6H_2O为改性物质,采用溶胶-凝胶法制备Cu-Ce/TiO_2,利用正交设计结合RBF网络优化制备参数,对粒度分布最均匀的Cu-Ce/TiO_2进行表征与分析.结果表明,当扩展系数为0.55时,RBF网络具有最佳的逼近效果;Cu-Ce/TiO_2的最优制备工艺参数为:无水乙醇用量(无水乙醇与钛酸丁酯的体积比)4:1,pH=3.23,搅拌速率1970 r/min,所制粒度分布最均匀的Cu-Ce/TiO_2的d10=1141.91 nm,d50=1 737.58 nm,d90=2 723.89 nm,实测d90-d10=1 581.98nm,与预测值吻合较好,相对误差为1.52%,其光催化性能良好,光催化降解0.757μg/m L的甲醛水溶液240 min降解率为62.15%.
  • 摘要：采用智能重量吸附仪测量了不同温度、压力下二氯甲烷（CH2Cl2）在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[Bmim][PF6]）中的溶解度,用NRTL方程建立了离子液体-二氯甲烷体系的气液平衡模型,拟合得到二元交互作用参数,计算所得的二氯甲烷溶解度与实验数据吻合良好,平均相对误差为3.16%.构建了离子液体处理含二氯甲烷尾气及资源回收利用的常压吸收-减压闪蒸解吸工艺和模型,模型适用范围为温度278.15308.15 K,压力00.1 MPa.对吸收塔进行了模拟和灵敏度分析,获得了常温常压吸收条件下的最佳操作工艺参数.
  • 摘要：近年来,RH真空精炼已成为重要的二次精炼工艺之一,相应的数值模拟工作受到许多研究者的关注.目前涉及到RH精炼过程的数值模拟研究主要集中于以下几个方面:RH精炼装置内气液两相流动行为的数值模拟,脱碳和脱气过程的数值模拟以及夹杂物碰撞长大行为的数值模拟.本文综述了RH精炼过程数值模拟的研究现状,并提出了应重点解决的问题.
  • 摘要：以Lewis酸离子液体为催化剂,考察了Lewis阴离子催化剂、加料方式、AlCl3/[Et3NH]Cl摩尔比、反应温度、苯/氯乙烷摩尔比、催化剂用量等因素对苯和氯乙烷烷基化反应的影响及离子液体的重复可用性.结果表明,在AlCl3/[Et3NH]Cl摩尔比为2的离子液体的催化作用下,苯和氯乙烷的烷基化反应在温度为70℃、苯/氯乙烷摩尔比为10:1、催化剂用量为苯和氯乙烷总质量10%的条件下,苯转化率为9.48%,乙苯选择性为93.65%;离子液体可循环使用10次,苯的转化率和乙苯的选择性均无明显变化.
  • 摘要：以静态混合方式,在变温条件下采用二氯乙烷法完全连续合成乙二胺,通过单因素实验分析二氯乙烷法合成乙二胺的影响因素,利用响应面法研究氨水浓度、反应压力、氨烷摩尔比对反应的影响,获得了乙二胺收率与影响因素的二次拟合方程,优化了工艺条件.结果表明,氨水浓度、反应压力、氨烷摩尔比对反应均有显著影响,影响程度为:氨烷摩尔比>氨水浓度>反应压力.优化工艺条件为:高温段反应器一段与二段的长度比1:1,一段温度130℃、二段温度110℃,停留时间7 min,反应压力4.61 MPa,氨水浓度48.04%(ω),氨烷摩尔比25.22,该条件下乙二胺收率达76.49%.
  • 摘要：以FCC催化剂颗粒研究垂直筛板流化床内构件对气固两相流化性能的影响,考察了板孔气速、颗粒循环量和帽罩开孔比等筛板结构对流化床压降和提升量强度的影响.结果表明,气固两相总体逆流流动条件下,帽罩内气速达4m/s,气固高速并流喷射无气泡,两相接触好、返混小,属快速流态化.由于没有气泡,床层压力波动小,在塔板上颗粒返混小.垂直筛板压降随板孔气速、帽罩底隙高度增大而增大,随帽罩开孔比、板孔径增大而减小,颗粒提升量大,床层压降大.提升量强度随板孔气速、帽罩底隙高度、颗粒循环量增加而增大,随帽罩高度与塔节高度比增大而减少,随帽罩筛孔孔径变化存在最大值.当帽罩开孔比为1.2～ 2.5、板孔面积与帽罩截面积比为0.42、帽罩底隙高与板孔孔径比为0.36～ 0.64时帽罩流化性能较好.
  • 摘要：以旋转填料床为脱附设备,采用准二级动力学模型研究了间苯二酚在活性炭上的脱附行为及动力学,并与传统固定床进行了对比.结果表明,在温度20℃、液体流量50 L/h、超重力因子32.63及pH值11、脱附剂乙醇40wt%、脱附时间90 min的优化条件下,间苯二酚脱除率达93.90%,比传统固定床提高了58.54%,超重力强化了液固传质,对脱附有利;脱附速率常数随液体流量和超重力因子增大而增大,由以超纯水为脱附剂时的13.27×10^-3g/（mg×min）提高到以乙醇为脱附剂时的25.48×10^-3g/（mg×min）.
  • 摘要：采用固体分散技术结合泡腾技术制备硫酸头孢喹肟脂质体,考察了减压旋转蒸发温度、氯仿用量、大豆卵磷脂/胆固醇质量比、吐温-80用量、药/脂质量比、柠檬酸与NaHCO3用量对脂质体外观形态和包封率的影响.通过正交实验优化制备条件,并探讨了脂质体的形成机制.结果表明,制备硫酸头孢喹肟脂质体的优化条件为:大豆卵磷脂/胆固醇/吐温-80/柠檬酸/NaHCO3的质量比为37:18:5:33:7,药/脂质量比1:10.该条件下所制脂质体外观形态良好,粒径分布均匀,平均粒径为(203±5)nm,平均包封率为55.17%±0.44%,平均载药量为5.04%±0.02%.
  • 摘要：本研究分析了钢铁企业焦化和烧结两个重点工序中烟气污染物排放现状和钢铁行业当前的环保政策。对焦化及烧结烟气污染物的排放特征进行了分析,并通过对比燃煤电厂烟气特点,提出可以综合电厂烟气治理模式和自身特点改进的技术路线。结合某大型国有钢铁企业的脱硫脱硝装备对其环保现状进行了分析。针对焦化和烧结工序的典型污染物硫、硝、尘现有的源头减排、过程控制及末端处理技术,分析其优缺点。进而提出了3条可实现烟气污染物超低排放的技术路线,即半干法脱硫耦合选择性催化还原脱硝、半干法/湿法耦合臭氧氧化脱硝、活性焦脱硫脱硝一体化技术,重点介绍了这些技术在某大型钢铁企业的应用实践及应用效果。并基于全过程耦合技术,分别在焦化和烧结工序中提出了多污染物协同去除技术及应用,即焦炉低氮燃烧技术耦合末端活性焦多污染物协同控制技术、烧结烟气循环技术耦合末端活性焦多污染物协同控制技术。最后结合几种技术路线的应用实践,对未来钢铁产业的烧结及焦化工序超低排放技术的选择提出合理化建议。要点:(1)对钢铁厂焦化和烧结工序的烟气污染物排放现状进行了分析。(2)综述了污染物硫、硝、尘现有的脱除技术,分析其优缺点并提出可超低排放的技术路线。(3)具体阐述了超低排放的技术路线在钢铁企业的应用状况。

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