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2009年 第60卷 第3期 刊出日期:2009-03-05
    综述与专论

    质子交换膜燃料电池过程模拟研究进展

    陈黎明;吴曦;马紫峰
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  537-544. 
    摘要 ( 739 )   PDF (1878KB) ( 1160 )  
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    质子交换膜燃料电池(PEMFC)模拟是燃料电池系统设计与开发的基础。PEMFC模拟中模型建立的方法可分经验模型和机理模型两种类型。本文介绍了经验模型研究的现状。对机理模型研究,回顾了从一维模型到三维模型的发展历程,阐述了各个阶段模型建立方法的特点。同时还对PEMFC模拟过程中常用的模拟软件作简要介绍。从文献综述中可以发现,PEMFC模拟工作将向微观化、真实化和系统化方向发展。

    热力学

    变阱宽方阱链流体状态方程模拟制冷剂的汽液平衡

    李进龙;彭昌军;刘洪来
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  545-552. 
    摘要 ( 856 )   PDF (1489KB) ( 258 )  
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    应用作者先前基于二阶微扰理论和PY2近似积分方程建立的可变阱宽方阱链流体状态方程模拟了纯制冷剂及其混合体系的汽液平衡。通过关联不同温度下制冷剂的饱和蒸气压和液体体积得到了18种纯制冷剂的分子参数,新方程计算的饱和蒸气压和液体体积总的平均偏差分别为1.11%和0.92%。结合简单混合规则,将此方程扩展到混合体系。研究发现,建立的方程可满意预测制冷剂二元混合体系除临界区附近外的汽液平衡,对两个三元体系汽液平衡的预测也取得了满意的效果,当引入一个与温度无关的可调参数时,关联精度大为提高,预示着新的方程可模拟制冷剂的汽液平衡。

    新型太阳能双喷射制冷系统的可用能效率分析
    王菲, 沈胜强
    化工学报. 2009, 60(3):  553-559. 
    摘要 ( 780 )   PDF (1503KB) ( 296 )  
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    在特定工况下对新型的太阳能双喷射制冷系统进行了火用平衡分析,计算了火用效率、总火用损失及系统中各设备的火用损率和火用效率,探讨了发生器温度和蒸发温度对系统火用效率和火用损失的影响。结果表明,太阳能集热器的火用损最大,火用损率为91%,其次为气体喷射器,火用损率为5%。在其他条件一定时,系统存在一个最佳的发生器温度使系统的火用效率最高,总火用损失最小。当发生温度为75~120℃,蒸发温度为7~15℃,冷凝温度为35℃时,系统总能量效率为10%~18%,火用效率为0.3%~0.65%。

    传递现象
    定-转子反应器传热特性
    李正林, 宋云华, 初广文, 陈建铭, 陈飒, 费孔娟
    化工学报. 2009, 60(3):  560-566. 
    摘要 ( 863 )   PDF (1896KB) ( 398 )  
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    采用蒸汽-水体系,在转子转速为400~1400 r·min-1、水流量为0. 1~0. 5 m3·h-1、蒸汽充足的实验条件下,研究了定-转子反应器(RSR)的传热特性,初步考察了操作参数对RSR液体分布的影响。实验结果表明:总传热系数随着转速的升高而增大,随着液量的增加而增大但增幅减小。小流量(0.1~0.3 m3·h-1)与低转速(400 r·min-1)时,温升不均,表明液体分布不均。最后采用因次分析法推导出定-转子反应器总传热系数关联式,且进行了统计检验,所得关联式与实验数据拟合较好。

    两种常用液体吸湿剂传质性能的比较
    刘晓华, 易晓勤, 江亿
    化工学报. 2009, 60(3):  567-573. 
    摘要 ( 671 )   PDF (1478KB) ( 609 )  
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    分析比较了溴化锂溶液(LiBr)、氯化锂溶液(LiCl)这两种常用的吸湿盐溶液与湿空气之间的传质性能,二者比较的基准是:溶液温度与表面蒸气压分别对应相等。相同状态时,LiBr溶液的密度约是LiCl溶液的1.2倍,比热容约是LiCl溶液的0.8倍,即当LiBr和LiCl溶液的体积流量相同时,二者的热容量大致相等。通过对热质交换过程解析解的分析,得到影响溶液与空气传质效果的核心参数为:空气与溶液的热容量比和传质单元数。在实验测试分别采用LiBr和LiCl溶液的除湿、再生工况性能的基础上,拟合出了传质系数随着空气与溶液进口参数的变化规律。在实验工况范围内,当LiBr与LiCl溶液的体积流量相同时,采用LiBr溶液的传质性能稍优于LiCl溶液,但二者差异不大。

    变径炭素回转窑内物料平均停留时间的计算
    王春华, 陈文仲, 陈海耿, 左春友
    化工学报. 2009, 60(3):  574-579. 
    摘要 ( 908 )   PDF (504KB) ( 381 )  
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    在前人厚度变化公式基础上推导出适用于窑尾扩径和增设翻料装置的炭素回转窑内物料平均停留时间的计算公式,同时建立了实验室回转窑模型,进行了冷态实验。将物料停留时间的计算值与变径回转窑模型实验测试值作了比较。结果表明,公式计算值与实验测试值比较吻合,误差范围在-15%~12%内,并且计算中不需要引入修正系数;回转窑转速和斜度的增加均使物料平均停留时间缩短,而窑尾挡料圈高度的增加可以使平均停留时间缩短,也可以使平均停留时间延长。
    多相流和计算流体力学
    高压密相气力输送垂直弯管阻力特性
    周云, 陈晓平, 梁财, 孟庆敏, 鹿鹏
    化工学报. 2009, 60(3):  580-584. 
    摘要 ( 841 )   PDF (507KB) ( 436 )  
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    在输送压力可达4 MPa的气力输送实验台上,进行不同平均粒径煤粉的密相输送实验。从理论与实验两方面研究气固两相流流经弯管的压损随煤粉体积分数以及表观气速的变化规律。结果表明,高压密相输送中煤粉运动造成的能量损失是总压损的主要部分,且总压损随着煤粉体积分数的增加而增加。研究表明,相同质量流量下,随着表观气速的增加,弯管动能压损增加,摩擦压损降低;相同表观气速时,随着煤粉体积分数的增加,摩擦压损增加;固相摩擦系数与煤粉平均粒径及煤粉质量流量无明显关系,随着表观气速的增加略有下降。

    基于吸引子比较法的卧式搅拌床反应器声发射故障诊断

    曹翌佳;刘伟;王靖岱;阳永荣
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  585-592. 
    摘要 ( 870 )   PDF (874KB) ( 377 )  
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    在卧式搅拌床反应器丙烯聚合工艺中,结块是严重影响装置长期稳定运行和产品质量的隐患之一。本文以时域分析的角度,提出了一种基于吸引子比较法的声发射结块检测技术。该方法通过比较当前状态与正常状态的声发射信号,并借助统计量S值对两个时间序列的分布进行检验,从而判断两者是否由同一机理产生。当S<3时,则表明当前状态为正常;当S>3时,则表明反应器内有95%的可能性发生了结块。冷模实验结果表明,在合理选择传感器位置的前提下,通过对原始声发射信号进行消噪、归一化等预处理后,吸引子比较法能够灵敏地检测出卧式搅拌床反应器内粒径分布的细微变化,继而预警结块的发生。

    工业结晶过程的多相流与粒数衡算的CFD耦合求解
    武首香, 王学魁, 沙作良, 王彦飞
    化工学报. 2009, 60(3):  593-600. 
    摘要 ( 638 )   PDF (994KB) ( 592 )  
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    考虑不同尺寸的晶体为不同的分散相,通过有限体积法差分不同尺寸组的晶体求解粒数衡算方程,建立了质量衡算与粒数衡算之间的联系,在考虑晶体成核和生长的条件下,建立了稳态结晶过程的粒数衡算方程与多相流方程的耦合求解方法,得到了工业结晶过程的计算流体力学模拟模型。使用商业软件ANSYS CFD,采用该模型对DTB 型工业结晶器中氯化钾-水体系的结晶过程进行了模拟,最终获得不同尺寸晶体的流场和固体含量的分布信息,从而实现结晶过程的仿真模拟。对部分模拟结果与实验值进行了比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。

    基于波理论的涡街流量计雾状流测量模型

    贾云飞;孔德仁
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  601-607. 
    摘要 ( 660 )   PDF (871KB) ( 180 )  
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    建立了雾状流条件下涡街流量计的修正模型。雾状流中液相的存在会导致涡街流量计的测量误差,通过将以往研究者在单相流中对Karman涡街现象的认识及取得的研究成果作为基础,并结合实验流体本身所具有的动力特点,利用Karman涡街波传递的理论分析了非定常不稳定的雾状流流场中的Karman涡街现象,构建了双向耦合的气液两相流动力学模型。试验结果显示,当液相体积含率从0~0.13%变化时,模型修正后的结果与实际值较为接近。

    柱塞气固两相流输送特性

    吴晓
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  608-614. 
    摘要 ( 824 )   PDF (2776KB) ( 272 )  
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    为了研究柱塞式气力输送气固两相流的输送特性,对实际的工业气力输送系统进行1∶1试验台改造,首先进行了粉煤灰在输送管内的流动模式试验;然后进行粉煤灰输送压力、输送质量流量特性试验;最后考察了主进气流量、补气流量、助吹气流量对粉煤灰输送量、固气比的影响。研究表明,柱塞式气力输送流动模式以密相栓柱流为主,其灰栓长度为0.8~2.3 m,移动速度约为2.8~11.3 m·s-1;输送压力与输送流量呈双曲线特性,且随着气量的增加输送量增大;主进气流量起主导作用并与输送粉煤灰质量流量呈单调上升抛物线关系,与固气比呈上凸抛物线关系即先增大后减小。研究结果对柱塞式气力输送系统的工程设计、运行和理论研究提供依据并具有指导作用。

    气固两相流静电相关测速参数选取方法
    李良, 王超, 张文彪, 闫勇
    化工学报. 2009, 60(3):  615-619. 
    摘要 ( 856 )   PDF (416KB) ( 493 )  
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    针对静电相关测速缺乏系统的参数选取依据的问题,本文通过对渡越时间测量误差的分析,结合实际应用要求,系统归纳了相关运算中采样频率和积分时间的选取原则及步骤,并构建了基于虚拟仪器的静电相关实验平台,验证了静电相关参数选取原则的合理性。
    液液静电雾化特性
    张军, 郑捷庆
    化工学报. 2009, 60(3):  620-626. 
    摘要 ( 668 )   PDF (1906KB) ( 760 )  
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    对水静电雾化弥散于玉米油的液-液雾化过程进行了实验研究。通过拍照对雾滴形态进行了观察。观察表明,不同电压下液-液雾化会呈现出滴状和云状雾化两种较为典型的雾化形态,在两种形态下液滴具有不同的形貌和运动特点,本文给出了两种雾化形态的出现条件及特征描述。通过Winner99颗粒图像分析仪及雾滴尺寸的分布理论,对不同静电电压下雾滴直径的分布规律进行了定量分析。研究结果表明,液-液静电雾化中雾滴的直径分布服从Rosin-Rammler分布规律。随着电压的升高,雾滴直径分布趋向均匀,雾化细度得到改善。与在空气中雾化有所不同,液-液雾化中雾滴分布的概率密度曲线峰值两边呈现出显著的不对称性,小液滴数尺寸分布较窄而大雾滴数的尺寸分布较宽。随着电压的升高,大雾滴尺寸分布有所变窄,概率密度曲线趋近对称。
    催化、动力学与反应器
    微型燃烧器内甲烷预混催化燃烧的数值研究
    张力, 闫云飞, 李丽仙, 冉景煜
    化工学报. 2009, 60(3):  627-633. 
    摘要 ( 740 )   PDF (1906KB) ( 550 )  
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    微尺度燃烧存在热量损失大、易熄火、燃烧不完全、转化效率不高等问题,因此对微型燃烧器内甲烷的燃烧采取预混催化燃烧方式来提高燃烧的稳定性和转化效率,为微型发动机碳氢燃料燃烧技术奠定基础。采用连续介质层流有限速率模型和二阶离散方法对微型燃烧器微流道内的催化燃烧、流动和传热进行了三维数值模拟。结果表明,甲烷质量流量和过量空气系数对催化转化效率有一定影响,壁面温度是影响催化转化效率的主要因素。甲烷质量流量、壁面温度与最佳过量空气系数之间具有一定的变化关系。可根据催化温度选择富燃料或富氧燃烧方式来提高微尺度催化转化效率。恒壁温边界条件下,催化燃烧主要发生在燃烧腔的下壁面。

    强酸性树脂催化下六元糖降解反应动力学
    吕秀阳, 彭新文, 卢崇兵, 荆琪
    化工学报. 2009, 60(3):  634-640. 
    摘要 ( 900 )   PDF (1993KB) ( 400 )  
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    开展了以固体酸替代无机酸降解模型物质六元糖的研究。利用小型高压反应釜测定了在130~160℃范围内Amberlyst 35W和36W树脂催化下葡萄糖和果糖的降解反应动力学,结果表明35W树脂的加入对葡萄糖异构化成果糖的速率影响较小,但可提高果糖脱水生成中间产物5-羟甲基糠醛以及5-羟甲基糠醛脱羧生成乙酰丙酸的速率,从而提高产物乙酰丙酸的收率;在0.2 g 35W树脂催化下,葡萄糖和果糖的降解反应活化能分别为111、97.0 kJ·mol-1。Amberlyst 36W与35W具有相似的催化活性,同时Amberlyst 35W和36W在实验条件下可以重复使用。该研究结果证实了用耐水型强酸性树脂替代现有的无机酸催化制备乙酰丙酸的可能性。

    纳米钙基CO2吸附剂反应吸附与分解动力学

    师琦;吴素芳;蒋明哲;李清辉
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  641-648. 
    摘要 ( 925 )   PDF (2059KB) ( 284 )  
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    采用TGA测定纳米钙基CO2吸附剂在500~650℃温度范围内,CO2分压0.015~0.025 MPa氮气气氛中的吸附反应动力学。针对纳米钙基CO2吸附剂吸附CO2反应特征,提出以两倍最大吸附速率对应的时间点前后分别为快速反应段与慢速反应段。分别采用Boltzmann方程与Avrami-Erofeev方程拟合快速反应段与慢速反应段吸附反应动力学方程,得到纳米钙基CO2吸附剂在快速反应段与慢速反应段的活化能分别为27.52、70.25 kJ·mol-1。吸附率拟合与实验值平均相对误差分别为10.29%、4. 17%。研究测试了纳米钙基CO2吸附剂在650~800℃温度范围内,N2,0.02、0.04 MPa CO2分压氮气气氛中的分解反应动力学。忽略反应过程中传热、传质影响,采用收缩核模型,分别求得吸附剂在N2,0.02、0.04 MPa CO2分压氮气气氛中的活化能为141.9、34.7、113.2 kJ·mol-1。碳酸钙分解率与实验值比较平均相对误差分别小于5.66% 、7.82%、5.01%。

    铬酸钠氢还原反应动力学
    尤海侠, 徐红彬, 张懿, 李佐虎, 郑诗礼, 白玉兰
    化工学报. 2009, 60(3):  649-653. 
    摘要 ( 655 )   PDF (1661KB) ( 337 )  
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    分离工程

    NaCS/PDMDAAC聚电解质复合膜的制备及静态接触角测定

    李鸣明;姚善泾
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  654-659. 
    摘要 ( 1028 )   PDF (483KB) ( 349 )  
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    以纤维素硫酸钠(NaCS)为聚阴离子,聚二烯丙基二甲基氯化铵( PDMDAAC)为聚阳离子,利用两者的界面反应制备了NaCS/PDMDAAC聚电解质复合膜。测量了复合膜表面静态接触角用以表征膜润湿性变化,研究了聚电解质浓度、分子量、反应时间等对接触角的影响。结果表明,复合膜为亲水膜,静态接触角随NaCS浓度、PDMDAAC分子量增大而减小,随PDMDAAC浓度、反应时间增大而增大。
    过程系统工程

    动态克隆调节策略在分馏系统资源优化中的应用

    史旭华;祁荣宾;钱锋
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  660-667. 
    摘要 ( 690 )   PDF (544KB) ( 168 )  
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    基于生物免疫的克隆选择和独特型免疫网络机理,提出了动态克隆调节策略(DCAS)。该策略以搜索全局最优解为目标,引入了抗体的促进与抑制的动态调节思想,能自动调整搜索空间及克隆规模,并采用自适应多尺度变异方法,因此能更好地保持种群的多样性,协调全局与局部寻优搜索,提高了全局收敛的速度,有效避免了早熟现象。本文用典型的多峰测试函数检验了算法的有效性,并将结果应用于分馏系统的进料资源优化中,取得了良好的效果。

    文化差分进化算法及其在化工过程建模中的应用

    黄海燕;顾幸生
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  668-674. 
    摘要 ( 762 )   PDF (504KB) ( 371 )  
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    提出了一种新的文化差分进化算法,该算法将差分进化算法作为文化算法的种群空间,在文化算法的信念空间和影响函数设计中提出了基于多种知识源的设计方法,通过多种知识指导差分进化的变异操作和交叉操作,使知识的表达和指导种群进化的能力得到加强。函数测试结果表明,基于知识机制的引入使得文化差分进化算法在寻优性能上比差分进化算法有了较大的提高,而对参数的敏感性却相对较小。将文化差分进化算法用于训练补偿模糊神经网络,建立乙烯精馏塔产品质量软测量模型。通过训练与泛化能力的比较结果表明,基于文化差分进化算法的补偿模糊神经网络软测量模型在建模精度和泛化性能上均优于常规补偿模糊神经网络、模糊神经网络以及采用遗传算法优化的模型,具有更好的应用前景。

    基于动态优化的催化裂化装置再生器裕量分析与控制设计(Ⅰ)动态优化的数学描述

    许锋;罗雄麟
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  675-682. 
    摘要 ( 973 )   PDF (485KB) ( 251 )  
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    从操作和控制的角度,通过动态优化的方法求解催化裂化装置再生器的工艺裕量与控制设计。该动态优化问题的数学描述包括催化裂化装置反应-再生系统和配套控制系统的动态模型、多回路PID控制器结构模型、过程不确定性模型、稳态起始点约束、生产要求和操作约束及目标函数等。该优化问题是一个带有0-1变量约束的多目标混合整数动态优化问题,具有分别描述控制性能指标和工艺指标的两个不相关目标函数。对两个优化目标进行折中处理,可以使设计结果既能满足工艺要求,又能实现良好的自动控制。

    基于动态优化的催化裂化装置再生器裕量分析与控制设计(Ⅱ) 求解方法与结果分析

    许锋;罗雄麟
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  683-690. 
    摘要 ( 989 )   PDF (438KB) ( 261 )  
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    用动态优化的方法求解催化裂化装置再生器的工艺裕量与控制设计。对于该多目标混合整数动态优化问题,通过ε-约束法处理多目标优化问题,将控制性能目标函数转化为控制性能约束;通过将0-1变量松弛化、引入附加等式约束求解混合整数动态优化问题。求解得到非劣解集,绘制关于控制性能指标和工艺指标的关系曲线,发现系统对控制器性能的要求愈高,所需要的裕量应愈大。由此进行折中处理,从而找到兼顾工艺要求和控制性能的催化裂化装置再生器优化设计方案。

    表面与界面工程
    加氢含硫污水管道冲蚀临界特性的电化学测试
    偶国富, 曹海彬, 朱祖超, 王艳萍, 包金哲
    化工学报. 2009, 60(3):  691-695. 
    摘要 ( 843 )   PDF (597KB) ( 317 )  
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    利用旋转式单相流冲蚀实验装置模拟加氢空冷器管道系统的工况条件,采用电化学测试方法,研究20#碳钢在含硫污水中的冲蚀临界特性。利用电子扫描电镜(SEM)表征试件表面腐蚀产物保护膜的微观形貌。结果表明:实验条件下,20#碳钢腐蚀产物保护膜的厚度约为30~40 μm,使腐蚀产物膜发生冲蚀破坏的介质临界流速约为8.03 m·s-1。

    镁合金化学镀镍溶液稳定性
    胡波年, 李亭憬, 余刚, 张俊, 吴振军, 何晓梅
    化工学报. 2009, 60(3):  696-701. 
    摘要 ( 657 )   PDF (709KB) ( 537 )  
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    为了开发出长寿命高稳定性镁合金化学镀镍溶液,通过添加硫脲、碘酸钾等稳定剂,研究了pH值、温度对镀液的稳定性能、镀速、镀层质量等因素的影响。采用称重法测定镀层的沉积速率,沉积到镀件上的镍量占溶液中消耗镍量的百分比来表示溶液的稳定性,NaCl溶液浸泡实验评定镀层的覆盖度,热震实验评定镀层的结合力,极化曲线表征镀层的耐蚀性。 结果表明,沉积速率随硫脲、碘酸钾浓度的增大先升高后降低,碘酸钾对镀速的影响不如硫脲显著。添加硫脲0.5 mg·dm-3时稳定常数最大值达89.25%,添加碘酸钾 5 mg·dm-3时,稳定常数达82.45%。采用pH值为5.0的含硫脲的镀液,(82±1)℃施镀,获得的Ni-P镀层和镁合金基体之间没有缝隙,结合紧密,而且Ni-P镀层均匀致密。硫脲不仅能提高沉积速率,而且也催化镁合金表面,提高沉积效率。

    生物化学工程与技术
    皮肤成纤维细胞制备微构组织的聚团过程及数值模拟
    梅洋, 汤强, 周燕, 谭文松
    化工学报. 2009, 60(3):  702-709. 
    摘要 ( 892 )   PDF (1118KB) ( 207 )  
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    微构组织的聚团尺寸影响其内部的细胞活性及体外构建大型工程化组织。采用转瓶系统,考察了皮肤成纤维细胞(human fibroblast, HF)接种密度、微载体浓度和添加抗坏血酸磷酸酯盐(L-ascorbic acid 2-phosphate, 简称Vc)对微构组织形成及聚团尺寸的影响,并建立了微构组织聚团的数学模型。结果表明,微构组织的聚团过程可分为迟滞期、突跃期和稳定期,随着细胞接种密度、微载体浓度提高以及Vc的添加,微构组织的平均聚团尺寸增大,建立的数学模型能够模拟不同操作条件下微构组织形成的过程和聚团尺寸,模拟结果与实测值基本相符,为进一步调控微构组织聚团和大型工程化组织制备奠定基础。

    乳化-内部凝胶化工艺制备固定化酵母微胶囊
    于炜婷, 林军章, 刘袖洞, 马小军
    化工学报. 2009, 60(3):  710-717. 
    摘要 ( 987 )   PDF (2165KB) ( 540 )  
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    乳化-内部凝胶化技术可制备粒径可控且分布较均匀的海藻酸钙凝胶微球,其工艺易于放大以实现工业规模生产,因而已被用于蛋白、多肽类药物的缓控释载体和酶的固定化研究。本文提出将乳化-内部凝胶化工艺用于微生物固定化培养的研究,以啤酒酵母S.cerevisiae BY4741为模型,重点考察了乳化-内部凝胶化工艺过程相关参数对微生物活性的影响规律,发现酸是影响其活性的主要因素。因此,从内部凝胶化的原理入手,确定了适合微生物包埋的工艺条件,制备过程中微生物活性可保持77.0%,凝胶微球体积产率93.5%。进而制备载细胞海藻酸钠-壳聚糖微胶囊(AC微胶囊),考察AC微胶囊固定化培养过程中啤酒酵母的生长动力学,结果表明:在细胞增殖过程中,微胶囊形态保持良好,酵母菌的生长动力学明显优于游离培养组。因此,乳化-内部凝胶化工艺有望成为规模化微生物固定化培养和生产的新技术。

    能源和环境工程
    基于基质浓度的厌氧氨氧化工艺运行策略
    唐崇俭, 郑平, 陈建伟, 胡安辉
    化工学报. 2009, 60(3):  718-725. 
    摘要 ( 785 )   PDF (1902KB) ( 727 )  
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    考察了不同操作模式对厌氧氨氧化工艺性能的影响。采用高基质浓度运行厌氧氨氧化反应器,设置出水回流(回流比R为1.07),最大基质氮去除速率为3.78 kg·m-3·d-1;采用低基质浓度运行厌氧氨氧化反应器,不设出水回流,最大基质氮去除速率可达25.04 kg·m-3·d-1;两者的最大基质氮去除速率相差6.62倍,低基质浓度操作模式明显优于高基质浓度操作模式。亚硝酸盐的毒性强于氨,反应器运行中可控制氨氮适当过量,同时应根据反应器对亚硝酸盐的转化能力来控制亚硝酸盐负荷,以避免亚硝酸盐过载所致的抑制作用。在处理高浓度含氮废水时,可采用出水回流来缓解基质抑制,也可配水稀释,使NO-2-N浓度低于临界抑制浓度。

    油田区土壤石油污染特性及理化性质关系
    贾建丽, 刘莹, 李广贺, 张旭
    化工学报. 2009, 60(3):  726-732. 
    摘要 ( 1046 )   PDF (1414KB) ( 1367 )  
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    基于不同区域环境下油田区石油污染土壤的调查取样,对土壤的石油污染特性及其与理化性质的关系进行探讨,为油田区污染土壤生物修复提供非生物学依据。结果表明,油田区土壤受到了不同程度的石油污染,含油率最高达23%,超过环境背景值的500~1000倍。土壤石油组分中烷烃、芳烃等轻质组分占总量的50%以上,可为生物修复或与其他修复措施的联合开展提供可靠的物质基础。土壤含油率与含水率存在制约关系,当含油率超过8%时,土壤含水率普遍低于5%。石油污染土壤有机质含量与含油率呈正相关关系,当土壤含油率超过7%时,土壤有机质含量普遍高于10%。调查油田区的土壤质地以粉壤土和砂土为主,占油田土样总数的65%,可为生物修复提供较好的土壤条件。

    高比表面积煤质活性炭的制备与活化机理
    王秀芳, 田勇, 张会平
    化工学报. 2009, 60(3):  733-737. 
    摘要 ( 808 )   PDF (657KB) ( 714 )  
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    以煤为原料,采用KOH活化法制备了高比表面积活性炭,分别考察了活化温度、浸渍比和活化时间等工艺参数对活性炭吸附性能的影响;测试了高比表面积活性炭在-196℃对N2的吸附等温线、比表面积和孔径分布。结果表明,当活化工艺参数为活化温度900℃,浸渍比4,活化时间1.5 h的条件下可以制得较好的高比表面积活性炭产品,其比表面积为3135 m2·g-1,孔容为1.72 cm3·g-1,碘吸附值为2657 mg·g-1;采用扫描电子显微镜观察了高比表面积活性炭的微观结构,采用气体分析仪检测了活化过程中的尾气成分,提出了高比表面积活性炭的活化机理。

    新型外循环厌氧反应器污泥沉降的数值模拟
    周雪飞, 张亚雷, 张选军, 蒋明
    化工学报. 2009, 60(3):  738-743. 
    摘要 ( 951 )   PDF (784KB) ( 509 )  
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    结合EGSB及其它厌氧高效反应器的结构特征而开发的新型外循环厌氧反应器,在高上升流速下能有效控制污泥的流失,处理城市污水时获得了良好的效果。为了对新型外循环反应器的污泥沉降性能进行准确模拟和有效控制,利用质量平衡方程与颗粒污泥自由沉降理论,考虑沉降速率与浓度的关系,确定污泥沉降速率,从而建立了该反应器污泥沉降的弥散模型。对不同上升流速下的污泥浓度分布情况进行了模拟,其模拟结果与实测值吻合良好。然后纳入三相分离器分离效率(SE)的概念,实现了对出水SS的模拟,模拟数据的标准偏差小于6%。在确定污泥相对浓度的前提下,利用二次插值预测污泥层高度,结果表明不同上升流速的污泥层高度基本一致,但是同一高度不同上升流速的污泥浓度各不相同。
    火力发电厂燃煤飞灰润湿性能
    李海龙, 张军营, 赵永椿, 丁峰, 郑楚光
    化工学报. 2009, 60(3):  744-749. 
    摘要 ( 793 )   PDF (1621KB) ( 470 )  
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    化学团聚是控制燃煤电厂细微颗粒排放最有效的方法之一。颗粒物被团聚剂润湿是化学团聚的首要步骤。以小龙潭电厂燃煤飞灰为对象,采用激光粒度仪研究了燃煤飞灰在十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和Triton X 100(TX100)三种润湿剂溶液中的润湿性能,考察了润湿剂浓度、温度对燃煤飞灰润湿性能的影响。结果表明:水仅能将飞灰颗粒中的PM10+部分全部润湿,0.25%的SDS溶液中PM2.5+可全部润湿,1%的SDS及0.4%的SDBS溶液中PM1+可全部润湿;TX100溶液在低浓度条件下具有较强的润湿飞灰颗粒的能力,且0.1%的TX100溶液对细微颗粒的润湿性能较好;温度从20℃上升到60℃,润湿剂溶液表面张力降低,飞灰的润湿性能增强。鉴于飞灰在三种润湿剂中良好的润湿性能,三种润湿剂均可作为团聚剂组分以促进燃煤飞灰中的细微颗粒润湿进而被团聚成为容易脱除的大颗粒。
    复合固定化脂肪酶催化麻疯树油生产生物柴油
    高静, 马丽, 李伟杰, 王丽华, 周丽亚
    化工学报. 2009, 60(3):  750-755. 
    摘要 ( 659 )   PDF (566KB) ( 357 )  
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    对固定化复合脂肪酶催化麻疯树油合成生物柴油进行了研究,利用3因素5水平中心旋转设计的响应曲面法对反应条件进行了优化,研究了复合酶用量、复合酶配比及底物配比对反应的影响。优化结果为复合酶用量为0.27 g,N435占总酶质量的比例为0.15,乙酸甲酯与麻疯树油的摩尔比为10.10,预测生物柴油得率为72.55 %,与实际产率74.34 %吻合较好。并建立了复合酶催化合成生物柴油反应的动力学方程,反应为双底物抑制,符合乒乓机制。
    材料化学工程与纳米技术
    定-转子反应器结合水热法制备碱式硫酸镁晶须
    宋云华, 李晶晶, 陈建铭, 尹建军
    化工学报. 2009, 60(3):  756-761. 
    摘要 ( 1075 )   PDF (1238KB) ( 332 )  
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    以一定浓度的MgSO4和NaOH溶液为原料,采用定-转子反应器制备碱式硫酸镁晶须前躯体,在170℃条件下进行水热反应6 h,制备出MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O型碱式硫酸镁晶须(MOS),研究了不同的前躯体制备设备、反应物浓度、定-转子转速对产品质量的影响,确定了采用定-转子反应器结合水热法制备碱式硫酸镁晶须的工艺条件。利用此工艺条件,通过在100L高压反应釜中进行中试,得到了质量较好的碱式硫酸镁晶须。采用此工艺制得的晶须长径比大于50,直径0.5~1.0 μm,表面光滑,分散性好。

    6FDA型聚酰亚胺中气体溶解行为的分子模拟
    伍艳辉, 张海峰, 李明, 刘仲能
    化工学报. 2009, 60(3):  762-768. 
    摘要 ( 781 )   PDF (1555KB) ( 257 )  
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    用分子模拟方法对6FDA-durene、6FDA-pPDA及其共聚物6FDA-durene/pPDA的链间距及自由体积进行了模拟计算,结果与文献实验值一致;采用巨正则Monte Carlo(GCMC)方法模拟了O2、N2、CH4和CO2在聚酰亚胺中的溶解,计算结果表明:COMPASS力场能较准确地描述O2、N2和CH4在聚酰亚胺中的吸附溶解,O2、N2、CH4的溶解系数模拟结果与实验数据吻合较好。CO2的溶解系数计算值与实验值偏差较大(约50%),主要原因可能在于模拟过程中未考虑体积溶胀效应以及COMPASS力场不能精确描述CO2与—CF3基团的相互作用。同一聚合物中,计算所得气体溶解系数的大小顺序为CO2>CH4>O2>N2,与气体凝聚性趋势一致,同种气体在6FDA型聚酰亚胺中的溶解系数与其自由体积分数变化趋势一致。3种聚合物对CO2/CH4的溶解选择性高于O2/N2,共聚物与均聚物相比,气体溶解选择性没有明显提高。

    环氧树脂/环氧丙烯酸酯混杂光固化材料的结构与性能
    贺锡挺, 王德海, 马国杰
    化工学报. 2009, 60(3):  769-774. 
    摘要 ( 769 )   PDF (1578KB) ( 586 )  
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    以预聚物双酚A环氧树脂(E-44)和双酚A环氧丙烯酸酯(EA)为主要原料加入一定的单体和引发剂配制成混杂光固化树脂。运用FTIR、DMA、TG及TEM等手段,表征了混杂光固化材料的结构,讨论了环氧树脂含量对材料固化程度和结构变化的影响。结果表明,混杂光固化材料具有2个玻璃化转变温度,具有良好的阻尼性能及热温度性能。

    纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程(Ⅰ)理论模型及熔融机理

    曾广胜;瞿金平;刘跃军
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  775-781. 
    摘要 ( 685 )   PDF (729KB) ( 329 )  
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    为了能够清楚、透彻、无干扰地研究振动场对聚合物材料熔融塑化过程的影响,建立了纯振动场作用下聚合物材料熔融塑化过程的物理模型,并对其熔融机理进行了深入的分析,提出了纯振动场作用下熔融过程的连续性方程、动量方程、能量方程以及本构方程,并运用复杂的数学推导,得到了纯振动场作用下聚合物固体床下降速度与振动参数的关系表达式。从公式中可以看出,振动场的引入可以提高熔融速度。本研究将会为聚合物新型成型加工工艺的制定以及成型加工设备的设计提供必要的理论支持。

    纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程(Ⅱ)振动参数对熔融速度的影响

    曾广胜;瞿金平;刘跃军
    CIESC Journal. 2009, 60(3):  782-787. 
    摘要 ( 666 )   PDF (1219KB) ( 221 )  
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    在已建立的纯振动场作用下聚合物熔融塑化过程物理模型和解析模型的基础上,推导出了聚合物熔融速率与振动参数的关系表达式。使用低密度聚乙烯(LDPE)进行实例计算,得出:纯振动场作用下,熔融速率随振动频率和振幅的增加而增加,并最后趋向一稳定值。最后运用多维振动实验台进行实验验证,实验结果与理论计算结果符合得很好,证明物理模型以及数学推导的正确性,为聚合物成型加工工艺制定及成型设备研制提供了理论依据。

    Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)2的电极材料及性能
    刘长久, 齐美荣, 吴华斌, 秦明珠
    化工学报. 2009, 60(3):  788-794. 
    摘要 ( 865 )   PDF (1418KB) ( 271 )  
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    采用快速冷冻沉淀法首次成功制备出Fe(Ⅲ)和Al(Ⅲ)复合掺杂非晶态Ni(OH)2粉体材料。通过XRD、SAED、SEM、IR、Raman光谱及DSC-TG等对样品粉体的结构形态进行表征和分析,同时将样品合成电极材料并组装成MH/Ni模拟电池进行电化学性能测试,结果表明,样品材料内部结构缺陷多、无序性强、材料微粒大小比较均匀,并具有较好的分散性,结合水含量较多。将复合掺杂Fe(Ⅲ) 5%和Al(Ⅲ) 8%的样品材料制备镍正极并组装成MH/Ni模拟电池,在以80 mA·g-1恒流充电5.5 h,40 mA·g-1恒流放电,终止电压1.0 V的充放电制度下,进行充放电性能、比容量及其循环性能等电化学性能的测试,放电平台平稳,工作电压高达1.30 V,放电比容量达到357.6 mAh·g-1,且在电极过程中材料的稳定性增强、电化学阻抗较小,循环可逆性较好。

    现代化工技术
    微化学反应的微流体数字化实现及实验研究
    穆莉莉, 侯丽雅, 章维一
    化工学报. 2009, 60(3):  795-800. 
    摘要 ( 942 )   PDF (1112KB) ( 295 )  
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    提出一种新的基于微流体数字化技术的微化学反应方法,该方法通过对微喷嘴施加小幅可控的脉冲惯性力,对参加反应的微流体进行数字化传输和喷射生成微液滴,进而在混合腔内碰撞聚合实现溶液间的微反应。微反应过程中,每个驱动脉冲喷射出一颗微液滴,反应的节拍既可是连续的也可是编码的,因而可对微反应过程实施有效控制。通过改变微喷嘴内径和驱动频率,可调整微反应的速度和时间。微反应器采用玻璃精细加工技术制造,内部既无可动件又无内嵌式微电路,结构简单、制造成本低,圆截面玻璃微流道光滑流畅,易于驱动。进行了金属卟啉荧光材料的合成实验,结果表明,数字化微反应器可大大缩短反应时间,降低反应温度。