高校化学工程学报

Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities

综述

  • 气泡模板法合成无机多孔材料的研究进展

    张霄;贾爱忠;赵新强;王延吉

    气泡模板法合成多孔材料制备条件温和、操作简单易行、成本低,是一种较为绿色环保的合成方法。作者按气泡形成方式,系统介绍了化学反应法、鼓入气体法、电解制气法和超声诱导法等形成气泡模板合成多孔材料的研究现状,分析了气泡模板剂用于合成多孔材料存在的问题,并展望了气泡模板法在多孔材料合成中的应用前景。

    2018年05期 983-993页 [查看摘要][在线阅读][下载 993K]
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传递现象与单元操作

  • 具有不同粒度的两种工业煤粉竖直管气力输送特性

    赵凯伟;陆海峰;郭晓镭;龚欣

    在自主搭建的工业级管径(内径50 mm)气力输送实验平台上,分别进行了晋城煤和羊场湾煤两种工业煤粉的气力输送实验,考察了由粉体物性导致的竖直管单位管长压降、输送流型及稳定性等方面的差异。研究结果表明,粒径、粒径分布及其均匀性是导致其竖直管输送特性不同的主要因素;输送量一定时,相同表观气速下两种煤粉静压降相同,低表观气速输送的晋城煤和羊场湾煤竖直管单位管长摩擦压降相差不大;随着表观气速的增加,较大粒径的晋城煤竖直管单位管长摩擦压降逐渐大于较小粒径的羊场湾煤,且两者差异性随着表观气速的增加逐渐增大。在表观气速增大的过程中,粒径的差异使得两种煤粉产生不同的流型转变过程,在此过程中输送稳定性变化有所不同,整体而言,晋城煤的稳定性较差。研究为气流床干煤粉气化技术提升煤粉输送稳定性提供了有效参考。

    2018年05期 994-1003页 [查看摘要][在线阅读][下载 595K]
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  • 应用CFD方法分析球填料旋转床内气相流动特征

    王辰宇1;2;刘玉杰1;高雪颖1;初广文1;2;陈建峰1;2;向阳1

    旋转填充床(RPB)作为一种新型设备,在分离与快速反应方面有着突出的优势。作者建立了球填料旋转床三维CFD模型,分别采用Standard <i>k-ε</i>与Realizable <i>k-ε</i>湍动模型对气相流动特性进行了模拟研究。结果表明,压降的模拟值与实验值吻合良好,进而获得湍流模型适宜的操作范围;气量增大,径向速度、内外空腔压降及湍动能升高,而气相平均停留时间减小;转速增大,则切向速度、填料区压降与湍动能增高,但气相平均停留时间变化不大。

    2018年05期 1004-1011页 [查看摘要][在线阅读][下载 567K]
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  • 黏性溶液中单个气泡的运动形变

    黄程蓉1;陈小鹏1;2;周丹1;韦小杰1;2;梁杰珍1;2;王琳琳1;2

    自主设计了一套具有恒压、恒温控制的稳定鼓泡发生装置。采用高速摄影技术对静止松脂溶液中单个CO<sub>2</sub>气泡运动形态进行分析,考察了气泡尺度对松脂溶液中单个气泡形变特点和规律的影响。结果表明,气泡直径<i>d</i> < 1 mm时,气泡都能保持为球形;当<i>d</i> > 1 mm时,气泡逐渐由类似椭球形向不规则球帽性转变。黏度较小的溶液中,较大气泡表面伴随有振荡,气泡纵横比随上升高度表现出一定程度的振荡;随着溶液黏度的增加,气泡纵横比稳定,气泡形状为规则的椭球形。提出了气泡纵横比的预测模型,其预测结果与实验值吻合良好。

    2018年05期 1012-1018页 [查看摘要][在线阅读][下载 459K]
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  • 新型制冷工质R450A用于喷射制冷循环性能研究

    文键1;刘育策1;王春龙1;王斯民2

    新型制冷工质R450A是R134a的一种替代品,环保可靠,针对它的研究目前尚较少,有限研究主要侧重于简单蒸气压缩制冷循环。研究构建了喷射器数学模型,对比分析了R450A在新型喷射制冷循环中不同喷射器特性及工况下的制冷性能。研究发现在喷射制冷循环中,引射流体的压降,工作流体与引射流体的混合面积比对循环COP,单位容积制冷量和喷射器压缩效率影响呈抛物线形变化,存在最优的引射流体压降10 kPa和工作流体与引射流体混合面积比7,并且最佳的引射流体压降及工作流体与引射流体混合面积比随着冷凝温度的升高而增大。此外,相比传统的蒸气压缩制冷循环,新型喷射制冷循环中R450A的COP和单位容积制冷量分别增大14.6%~20.6%和21.1%~21.7%,系统性能显著提高。同时,喷射器喷嘴和扩压室效率对系统性能影响显著,且扩压室效率的影响更强。

    2018年05期 1019-1026页 [查看摘要][在线阅读][下载 332K]
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  • 聚合物强化泡沫在多孔介质中的运移特性及驱油效果研究

    孔德彬1;2;李宜强1;2;苑慧莹3;阿曼古丽·阿西木4;孙林涛5;徐善志1;2;陈建勋1;2

    聚合物强化泡沫是一种聚合物作为稳定剂加入到泡沫中的驱油体系。在分析了聚合物强化泡沫剂性能基础上,通过可视化填珠模型研究了强化泡沫在孔喉中的封堵特征,利用二维平面模型研究了聚合物强化泡沫在非均质油藏中的运移规律,最后给出了聚驱后聚合物强化泡沫驱油效果。研究表明:聚合物可以增加泡沫体系的稳定性,加大了泡沫的封堵性能;强化泡沫对孔喉的堵塞分为较大尺寸的单个气泡的卡堵和多个较小气泡的架桥及叠合堵塞;强化泡沫可以提高整体地层压力,使压力传播更加均匀,发生液流转向,促使高渗层液流转向至低渗层,扩大了波及体积。聚驱后聚合物强化泡沫驱可提高原油采收率约20%。

    2018年05期 1027-1033页 [查看摘要][在线阅读][下载 838K]
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  • 轴向进剂位置对旋流反应器内流动结构影响

    李安俊;朱丽云;王振波

    采用欧拉双流体模型研究了不同轴向进剂位置下旋流反应器内颗粒浓度、停留时间分布和粒级分离效率,并引用颗粒不均匀度DN和径向返混度<i>B</i><sub>r</sub>来描述反应器内混合与返混程度。结果表明:不同轴向进剂位置下颗粒浓度轴向分布曲线相似,轴向进剂位置<i>r</i><sub>a</sub>=90 mm时颗粒分布较均匀;随着轴向进剂位置增大,颗粒停留时间变长,返混程度减弱,而进剂结构<i>r</i><sub>a</sub>=80 mm时却出现较强的“射流返混”;三种进剂位置下<i>d</i><sub>p</sub>≥ 5 μm颗粒都被完全分离,只有<i>r</i><sub>a</sub>=80 mm进剂位置对于<i>d</i><sub>p</sub>≤ 4 μm的颗粒仍然有一定的捕集作用。

    2018年05期 1034-1041页 [查看摘要][在线阅读][下载 647K]
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  • 多管直流式旋流分离器的性能实验与结构优化

    刘帅1;王建军1;郭颖2;刘永飞1

    为研究多管直流式旋流分离器的气液分离性能,对其在具有不同结构参数的导向叶片下进行了实验研究,考察了导向叶片类型、叶片出口角度和叶片数对压降和气液分离效率的影响。此外,对2种类型的导向叶片分离性能进行了对比分析。最后,在优选的导向叶片基础上探究了进气室抽气对分离效率的影响。实验结果表明:相对于叶片数,叶片出口角是影响分离器阻力特性的主要因素;在达到临界浓度之前,入口流量越大、叶片出口角越小,分离效率随浓度的增加而增大;侧缝抽气在低含液浓度区域对不同类型的导向叶片分离效率均有利;利用不同结构参数和侧缝抽气之间的组合方式,得出基于入口流量和气体含液浓度的导向叶片选型图。

    2018年05期 1042-1053页 [查看摘要][在线阅读][下载 483K]
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  • 响应面优化3-AT-R树脂的制备及对水中汞离子的吸附

    熊春华;蔡晓敏;徐银荣;朱敏亮;吴舒怡;饶明菲;王彦波

    通过响应面分析法优化制备螯合树脂,提高其转化率,探究反应条件之间的交互作用。将螯合树脂作为吸附材料对水中汞离子进行实验研究,考察吸附pH、共存离子、吸附温度对饱和吸附容量的影响,利用红外光谱(FTIR)和热重分析仪(TGA)进行表征。研究表明螯合树脂对汞离子的最佳吸附pH=6.0,308 K下饱和吸附量为382.5 mg&#183;g<sup>-1</sup>。吸附为化学吸附,过程遵循二级动力学模型。2 mol&#183;L<sup>-1</sup>盐酸溶液进行解吸,解吸率达到100%。吸附和解吸实验表明3-AT-R螯合树脂对汞离子的吸附具有高选择性、高吸附性、高洗脱率。

    2018年05期 1054-1062页 [查看摘要][在线阅读][下载 444K]
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  • 含蜡原油黏弹性参数与析蜡量定量关系研究

    陈雷1;陈放2;刘刚1;滕厚兴1;刘士元1;李慕珂1

    含蜡原油在析蜡点以下随温度降低,蜡不断结晶析出,储能模量、耗能模量增大,损耗角减小。目前,已有关系式对含蜡原油降温过程中黏弹性参数的描述效果均不理想。为此,研究利用胜利原油和苏丹原油观察及测量不同降温速率下蜡晶图像及黏弹性参数,发现降至相同温度时,蜡晶数量及面积随降温速率的增大而降低,储能模量、耗能模量随降温速率增大而减小,且随降温速率增大,不同温度条件下损耗角减小,胶凝温度下降,也即原油的析蜡及胶凝特性表现有“滞后性”;并发现相对储能模量和相对耗能模量的0.4次幂与累积析蜡量之间呈线性相关。在此基础上提出一个新的弹性模量、耗能模量与累积析蜡量关系的拟合关系式,并利用实验数据对关系式进行了验证,结果表明关系式拟合效果较好,并且关系式中参数可分别表征不同原油物性及降温速率的影响。

    2018年05期 1063-1072页 [查看摘要][在线阅读][下载 491K]
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  • 孔隙介质内流体渗流的三维格子Boltzmann模拟

    邵宝力1;2;王淑彦1;田瑞超1;王旭1;钟会影1;赵健1

    采用格子Boltzmann方法对流体在孔隙介质内的渗流进行三维模拟研究。以球形颗粒作为孔隙介质骨架,用LBM格子来描述球形颗粒的大小和形状,颗粒边界用格线中点表示。流体和颗粒的相互作用通过格线反弹格式(Link Bounce-Back)实现。分析了孔隙介质内流体在Darcy区、弱惯性区和Forchheimer区的渗流规律,将模拟结果与渗流基本公式进行了对比,吻合较好,与文献中的实验结果、MRT模拟结果相符;分析了不同区域内流线随雷诺数的变化,随着惯性力的增加,流线形式随之改变,出现湍流涡,并逐渐长大、增多,最终覆盖整个孔隙空间;分析了惯性力和孔隙介质结构对雷诺应力的影响,雷诺应力随惯性力的增加而增加,并随着惯性力的增大,孔隙介质结构对雷诺应力的影响减小。

    2018年05期 1073-1081页 [查看摘要][在线阅读][下载 705K]
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反应工程

  • 介孔氧化硅微囊反应器中不对称氢转移合成手性α-苯乙醇的研究

    张一颖;闫宇强;曹发海

    无机介孔氧化硅材料具有规整的孔道结构、连续可调的孔径、良好的稳定性等优点,可作为催化反应的微囊反应器。今以无机介孔二氧化硅微球为微囊反应器,利用“ship-in-a-bottle”策略,将均相催化剂封装在介孔SiO<sub>2</sub>微球中,采用SEM、BET、TEM、FT-IR等手段进行表征,并应用在苯乙酮的不对称氢转移反应中。在60℃下反应6 h,苯乙酮转化率和苯乙醇的对映体选择性最高分别达到52.4%和95.5%,且重复使用5次后,催化剂仍保持较高活性。以甲酸钠为氢源,考察了反应温度、反应时间、反应物的加入量对底物转化率和产物对映体选择性的影响。研究结果表明,将均相铑催化剂封装在二氧化硅微囊反应器中,在获得高转化率和对映体选择性的同时,可以提高催化剂的重复利用率,降低生产成本,符合绿色化学的要求。

    2018年05期 1082-1089页 [查看摘要][在线阅读][下载 603K]
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  • 克劳斯燃烧炉花墙结构改进

    杨海洲;武锦涛;胡大鹏

    燃烧炉的花墙结构有助于提高燃烧炉中硫的产率。为深入探究燃烧炉中花墙结构对反应物的流动、传热和反应速率的影响,针对扼流圈结构和花墙结构分别建立了燃烧炉的数学模型,应用Fluent对燃烧炉的混合燃烧情况进行数值模拟。采用realizable<i>k-ε</i>湍流模型和组分运输模型探究花墙结构的优势所在,并在此基础上,对花墙结构提出改进。结果表明,花墙结构与扼流圈结构相比,加强了气体的混合效果,延长了气体的停留时间,将硫的产率提升了1%。进一步研究表明花墙结构的位置以及其导流方式能够使燃烧炉炉膛温度稳定的区域在流动方向增大3 m,并且使稳定后的炉膛温度提升23 K,进一步延长气体的停留时间,使硫的产率提升7.6%。研究试图通过改进花墙结构来定制燃烧炉的内部流场以提高硫的产率,为克劳斯燃烧炉的优化设计提供理论依据。

    2018年05期 1090-1096页 [查看摘要][在线阅读][下载 463K]
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  • 甲基丙烯酸甲酯本体聚合动力学模型

    汪情兵;张才亮;冯连芳;顾雪萍;王嘉骏

    甲基丙烯酸甲酯本体聚合动力学研究可指导聚甲基丙烯酸甲酯的聚合工艺和反应器设计。甲基丙烯酸甲酯本体聚合过程凝胶效应显著,基于扩散理论,结合分子量、聚合物浓度对黏度的影响规律,同时考虑玻璃化温度,建立了凝胶效应框架模型。通过在玻璃化温度上/下甲基丙烯酸甲酯间歇聚合实验数据,确定模型参数。聚合过程的单体转化率计算值与实验数据吻合,聚合物数均分子量的计算误差在&#177;7%内。该模型可应用于含有引发剂和链转移剂、在玻璃化温度上/下聚合的甲基丙烯酸甲酯体系。

    2018年05期 1097-1103页 [查看摘要][在线阅读][下载 355K]
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  • 集成超声透射和反射层析成像的理论与实验研究

    顾建飞;贾楠;苏明旭;蔡小舒

    超声过程层析成像能可靠地表征颗粒两相流的空间分布。为增加有效投影数据量,提出一种融合超声波透射和反射信息的双模式超声过程层析成像方法。设计了基于聚偏氟乙烯压电薄膜的微型传感器阵列,搭建24通道超声成像系统,并提出扫描过程中识别、提取透射波和反射波的方法,实现对扫描路径上的超声透射波和反射波同步测量。对四个不同的钢珠颗粒体系进行了数值和实验研究:通过COMSOL软件仿真获得成像区的声压分布,发现颗粒尺寸的测量下限应大于换能器发射面宽度;其后分别采用透射、反射和双模式成像方法对钢珠颗粒体系进行实验研究。结果对比表明,双模式超声成像方法从图像去噪和颗粒轮廓增强方面明显改进了超声层析成像效果。

    2018年05期 1104-1111页 [查看摘要][在线阅读][下载 565K]
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  • 甲硫氨酸的非等温热分解动力学的研究

    牛芊;周彩荣;詹自力

    以热重分析法(DTA-TGA)对甲硫氨酸的热分解行为及其动力学规律进行了考察研究。研究结果表明甲硫氨酸在熔融过程中伴随着分解反应。在氮气气氛下使用DTG-60和DSC-60热分析仪,升温速率分别控制为5、10、15、20、25 K&#183;min<sup>-1</sup>,实时在线分析甲硫氨酸样品的TG-DTA曲线,运用Flynn-Wall-Ozawa积分法、Kissinger最大速率法和&#352;atava-&#352;est&#225;k积分法对甲硫氨酸的热分解动力学参数进行了计算,并得出甲硫氨酸热分解反应的表观活化能<i>E</i><sub>s</sub>为155.59 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>,指前因子的对数值lg<i>A</i><sub>s</sub>为194.06 min<sup>-1</sup>。确定出甲硫氨酸热分解反应的机理为化学反应,并得到热分解机理函数的积分式<i>G</i>(<i>α</i>)=-ln (1-<i>α</i>)。此外,热分解动力学分析的结果表明,在热分解过程中,焓变Δ<i>H</i>为1604.52 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>,熵变Δ<i>S</i>为1787.7J&#183;mol<sup>-1</sup>&#183;K<sup>-1</sup>,吉布斯自由能的变化Δ<i>G</i>为618.437 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>。甲硫氨酸的非等温热分解动力学的研究为甲硫氨酸的进一步开发利用提供了数据支持。

    2018年05期 1112-1118页 [查看摘要][在线阅读][下载 592K]
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  • Ni/HY催化剂上2,4-二硝基甲苯催化加氢合成2,4-二氨基甲苯反应动力学研究

    陈彭1;唐成黎2;赵明辉1;秦莉晓1;龙海3;张莉梅1;吕利平4

    在1 L间歇搅拌反应釜中,以Ni/HY为催化剂、乙醇为溶剂,研究了2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)催化加氢合成2,4-二氨基甲苯(2,4-TDA)的反应机理、优化条件及动力学。2,4-DNT催化加氢合成2,4-TDA有两条路线,由于甲基的位阻效应,2,4-DNT会更多地转化为中间产物4A2NT,再生成目标新产物,少部分中间产物为2A4NT。考察了搅拌速度、温度、氢气压力对2,4-DNT的转化率和2,4-TDA产率的影响。条件优化结果表明:当搅拌速度达到600 r&#183;min<sup>-1</sup>时2,4-DNT加氢反应进入本征区;温度、压力对中间产物转化为最终产物的反应速率影响较大。通过本征动力学实验,确定了各反应过程中的反应动力学参数,并计算得到各步骤反应的活化能和吸附热,2,4-DNT生成4A2NT的活化能为31.3 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>,吸附热为-29.9 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>;4A2NT生成2,4-TDA的活化能为26.4 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>,吸附热为-9.3 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>;2,4-DNT生成2A4NT的活化能为28.7 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>,吸附热为-15.0 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>;2A4NT反应生成2,4-TDA活化能为31.0 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>,吸附热为-16.8 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>。动力学模拟值与实验值结果拟合效果较好,对实际生产有一定指导意义。

    2018年05期 1119-1126页 [查看摘要][在线阅读][下载 338K]
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生物化工

  • 迭代饱和突变提高卤醇脱卤酶HheAAM催化制备6-氰基-3,5-二羟基己酸叔丁酯的酶活

    王露;徐刚;杨立荣;吴坚平

    (3<i>R</i>,5<i>R</i>)-6-氰基-3,5-二羟基己酸叔丁酯(A7)是合成降血脂药物阿托伐他汀钙的关键手性中间体,利用卤醇脱卤酶催化(3<i>R</i>,5<i>S</i>)-6-氯-3,5-二羟基己酸叔丁酯(D3)的脱卤氰化反应制备A7是很有潜力的合成方法。现有研究存在的主要问题是卤醇脱卤酶种类少,对底物D3的催化活性很低,且鲜见有关脱卤酶分子改造提高其对D3催化活性的报道。本研究利用基因挖掘技术获得了一个对D3表现出较高催化活力的卤醇脱卤酶HheA<sub>AM</sub>(来源于<i>Agromyces mediolanus</i> sp.),运用定向进化和半理性设计方法确定了4个影响酶活的关键位点(84、88、136、144位),然后使用迭代饱和突变(ISM)策略对这4个位点进行组合突变,突变株M4-HheA<sub>AM</sub>(84S-88L-136T-144C)的比酶活为0.89 U&#183;mg<sup>-1</sup>,是野生型HheA<sub>AM</sub>(Wt-HheA<sub>AM</sub>)的13倍,对D3的催化活性得到了显著的提高。

    2018年05期 1127-1133页 [查看摘要][在线阅读][下载 4089K]
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  • 大孔树脂修饰固定化脂肪酶催化合成L-薄荷醇酯

    李雪玉;周海燕;周华;韦萍

    <i>L</i>-薄荷醇酯是薄荷醇与脂肪酸作用形成的酯类化合物,具有强烈的清凉作用和清新的甜刺激气味,在化妆品、医药、食品以及化工领域有重要的应用,酶法是其首选的合成方法。研究以大孔树脂固定化脂肪酶为催化剂,在无溶剂体系中,对酶促合成<i>L</i>-薄荷醇酯的反应条件进行了优化。在底物摩尔比为1:1,<i>L</i>-薄荷醇浓度为1 mol&#183;L<sup>-1</sup>,添加1.0 U的固定化脂肪酶和4 μL微量水的条件下,50℃,180 r&#183;min<sup>-1</sup>反应24 h,油酸薄荷醇酯酯化率分别达91%(NKA)和89.8%(HA)。在优化条件下,分别以经多巴胺修饰的大孔树脂NKA固定化脂肪酶和以对苯醌修饰活化的大孔树脂HA固定化脂肪酶为催化剂合成油酸薄荷醇酯,酶的共价固定化均有利于维持酶的构象和提高催化反应的速率,酯化率分别可达94.6%、95.8%。连续催化反应10次后,共价固定化酶的稳定性比吸附固定化酶提高了1.75倍,表明多巴胺和聚乙二醇对载体的修饰均能明显提升固定化脂肪酶的催化性能。

    2018年05期 1134-1139页 [查看摘要][在线阅读][下载 311K]
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化学工艺

  • 微反应器内制备三水碳酸镁工艺研究

    赵畅;马学虎;兰忠;郝婷婷

    基于数值模拟不同形状微通道内的混合特性,以此获得实验流道设计依据,并确定了截面1 mm&#215;1 mm、长度为3000 mm的弯曲微通道反应器。以浓度为0.2 mol&#183;L<sup>-1</sup>的Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>和MgCl<sub>2</sub>溶液为原料在微反应器内制备三水碳酸镁晶体,以XRD和SEM为表征手段,考察物料流量和停留时间对晶体质量的影响。结果表明,物料流量过低或过高都会降低晶核表面积或反应液的过饱和度,进而影响晶体的生长。实验范围内物料流量为4 mL&#183;min<sup>-1</sup>时产物结晶度高且晶型完整;随着物料在通道内停留时间的增长,产物质量会存在先降低后升高的趋势。在流量4 mL&#183;min<sup>-1</sup>、停留时间9 s条件下得到最佳晶体,晶胞畸变率小,晶棒尺寸分布较均匀(平均粒径为150 μm),符合正态分布。

    2018年05期 1140-1146页 [查看摘要][在线阅读][下载 572K]
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  • 1-丁基-3-甲基咪唑L-色氨酸萃取拆分酮洛芬对映体的研究

    练伟平;崔兴;丁琦;单若妮;何潮洪

    酮洛芬是2-芳基丙酸类非甾体抗炎药物,药理研究表明只有<i>S</i>-酮洛芬才有抗炎抗风湿以及镇痛作用,因此,酮洛芬对映体的拆分具有重要的实用意义。以手性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑<i>L</i>-色氨酸([Bmim][<i>L</i>-Trp])作为手性选择剂,研究了酮洛芬对映体在溶有手性选择剂的甲醇水溶液和有机溶剂两相萃取体系中的分配行为。考察了有机溶剂的种类,手性选择剂的浓度,药物浓度,水相pH及甲醇含量等因素对分离效果的影响。结果表明,以1,2-二氯乙烷作为有机溶剂,水相中[Bmim][<i>L</i>-Trp]和药物浓度分别为0.04 mol&#183;L<sup>-1</sup>和100 ppm,pH为2.0,甲醇体积分数为10%时,萃取分离效果较好,选择性系数可达1.30。

    2018年05期 1147-1152页 [查看摘要][在线阅读][下载 378K]
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  • Cu-Co催化剂中Ce、La的添加对催化燃烧降解正庚烷性能的影响

    徐思遥1;李森1;2;3;彭东辉1;张雪洪1

    采用共沉淀法制备了系列M<sub><i>x</i></sub>Cu<sub>1.5-x</sub>Co<sub>6</sub>-O复合氧化物催化剂(M=Ce,La;<i>x</i>=0.3~0.7)。借助N<sub>2</sub>吸脱附实验、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、H<sub>2</sub>程序升温还原(H<sub>2</sub>-TPR)、O<sub>2</sub>程序升温脱附(O<sub>2</sub>-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行表征,并在反应体积空速15000 h<sup>-1</sup>,氧气体积分数10%,150~275℃温度范围内,以体积分数0.18%正庚烷为降解底物,于固定床连续反应器-气相色谱在线检测装置上考察了催化剂对正庚烷的催化燃烧降解活性。结果显示,适量Ce、La的添加能提高催化剂比表面积、氧化还原性能及吸附氧能力,进而提高催化剂的活性。其中Ce<sub>0.5</sub>Cu<sub>1</sub>Co<sub>6</sub>-O与La<sub>0.7</sub>Cu<sub>0.8</sub>Co<sub>6</sub>-O相对催化活性最优,正庚烷转化率达90%时的最低转化温度分别为180.80和184.73℃,相比于未改性Cu-Co催化剂分别降低15和10℃。稳定性考察结果表明,Ce<sub>0.5</sub>Cu<sub>1</sub>Co<sub>6</sub>-O与La<sub>0.7</sub>Cu<sub>0.8</sub>Co<sub>6</sub>-O具有一定的稳定性。

    2018年05期 1153-1163页 [查看摘要][在线阅读][下载 676K]
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化工系统工程

  • 基于能耗最优的管式降膜蒸发器液位控制方法

    凌浩宇;谢永芳;王晓丽

    在氧化铝生产的蒸发过程中,液位作为一个重要状态指标影响着生产的安全性及蒸发效率。蒸发过程中的非线性因素和时滞因素增加了对液位控制的难度,传统的控制方法难以实现蒸发过程液位的精确调控,尤其是忽略了从能耗角度对液位实施控制。今对管式降膜蒸发器蒸发过程建立动态非线性时滞模型,提出了一种基于能耗最优的液位控制方法(LLCOEC),结合有效能以及汽水比对液位进行控制。将复杂的非线性时滞控制问题转化为一系列非线性规划问题,通过求解每一步长时间内出料流量的最优增量,从而确定整个调控时间内的控制量。通过仿真实验对比该方法与离散时间模型预测控制(DMPC),结果验证所提出的控制方法能更快速、准确地控制液位达到设定值,并同时提高蒸发过程中的有效能利用率、降低汽水比,为蒸发过程中的液位控制提供指导。

    2018年05期 1164-1170页 [查看摘要][在线阅读][下载 356K]
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  • 厢式压滤机的煤浆压滤脱水过程数学建模与数值模拟

    万国顺;张大伟;宋伟;董琪;贾玉玺

    在厢式压滤机煤浆压滤脱水过程中,煤浆在滤室内的流动形态及滤饼的成型规律难以被直接观测,煤浆与滤饼对滤板的挤压效应难以直接在线监测,因此压滤脱水工艺参数的设置尚主要依靠经验。为解决这一问题,以厢式压滤机中煤浆压滤脱水过程为研究对象,分析了煤粒-水两相流的流动特性,建立了煤浆黏度与煤粒浓度、粒径等参数的关系模型,结果表明减小煤粒直径并优化颗粒形状及表面质量可有效提高煤浆流动性;应用ANSYS Fluent数值模拟了压滤脱水过程,揭示了煤粒由出水口至进料口逐步积累的沉积成饼规律和压力场分布及其与煤粒浓度分布间的相关性,并进一步得出煤浆流变特性转变浓度为34%。研究结果为过滤参数设定及滤板几何结构优化、过滤效率提升等提供了重要的理论依据。

    2018年05期 1171-1177页 [查看摘要][在线阅读][下载 873K]
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  • 生物沼气加压水洗过程厂级动态控制设计与模拟

    薄翠梅1;郭伟1;李俊1;杨世品1;朱文宇1;牛超1;陆小华2

    针对生物质沼气加压水洗提纯净化处理过程,开展厂级动态协同控制方案设计与模拟实验研究。根据生物沼气加压水洗中试装置工艺需求,采用Aspen Plus软件建立其稳态流程模拟系统,并通过对不同工艺操作条件进行稳态模拟获取最佳稳态操作工况。根据工艺要求合理设计厂级动态控制方案,保证沼气提纯率大于97%。通过Aspen Dynamic模块建立其动态流程模拟系统,分别引入沼气进气流量与成分扰动测试系统性能,模拟测试结果和实验运行结果表明,该控制系统具有良好的动态响应性能,而且在多种扰动下CO<sub>2</sub>的脱除率都大于99.8%,有效抑制各种扰动。

    2018年05期 1178-1185页 [查看摘要][在线阅读][下载 390K]
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  • 基于核熵投影的CPLS间歇过程监测及质量预测

    赵小强1;2;3;周文伟1;2;惠永永1;2

    针对间歇过程的非线性、多模态特性以及质量预测问题,提出多向高斯混合模型-并发核熵潜结构投影(multi-way Gaussian mixture model-concurrent kernel entropy projection to latent structures,MGMM-CKEPLS)算法。首先根据核熵投影将低维非线性数据映射到高维核特征空间,通过Renyi熵贡献的大小选取主元,降低了主元数,克服了传统核方法计算负荷大的问题;然后通过高斯混合模型(GMM)获取每一模态数据,分别对不同模态的样本数建立并发潜结构投影(CPLS)模型,由于考虑了各个模态过程的不同特征,更符合实际间歇过程数据特性;最后通过各模态权值系数集成统一的监控统计量,实现在线监测和质量预测。通过青霉素发酵过程验证了所提算法比MKPLS算法具有更好的在线监控效果,质量预测精度更高。

    2018年05期 1186-1193页 [查看摘要][在线阅读][下载 402K]
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材料科学与工程

  • 不同金属离子交联剂对海藻酸盐凝胶结构及性能的影响

    徐佳桐1;温惠云1;黄赛朋1;潘士印2;刘先宁2;许宁侠1;3;贾朝1;4;薛伟明1

    不同二价金属离子交联剂与海藻酸钠具有不同交联机制,可形成结构与性能具有显著差异的海藻酸盐凝胶。价键理论分析结果表明,Ca<sup>2+</sup>、Zn<sup>2+</sup>、Ba<sup>2+</sup>三种金属离子与海藻酸钠分子分别以dsp<sup>2</sup>、sp<sup>3</sup>、sp<sup>3</sup>d<sup>2</sup>方式配位杂化,形成平面正方形、正四面体和正八面体构型。采用扫描电子显微镜、电感耦合全谱等离子体发射光谱仪和热失重分析仪等表征金属离子交联凝胶的微观形貌、金属含量、热稳定性等与结构的相关性。以牛血清白蛋白(<i>M</i><sub>w</sub>=67 kDa)为模型,考察了三种交联凝胶的结构对其扩散传递行为的影响。在此基础上,对三种金属离子交联凝胶与壳聚糖(<i>M</i><sub>w</sub>=100 kDa)扩散反应成膜行为进行了考察。结果表明,Ca<sup>2+</sup>、Zn<sup>2+</sup>、Ba<sup>2+</sup>与海藻酸钠交联后,凝胶中结合的金属元素含量依次增加,凝胶结构趋于致密且热稳定性增加,对牛血清白蛋白分子的扩散阻力依次增大,致密的凝胶结构有利于壳聚糖在凝胶表面形成稳定连续的膜层。

    2018年05期 1194-1202页 [查看摘要][在线阅读][下载 635K]
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环境化工

  • 降膜介质阻挡放电等离子体降解甲基橙研究

    王保伟;彭叶平;姚淑美

    为有效解决印染废水造成的环境难题,采用新型降膜介质阻挡反应器研究了在不同的输入功率、溶液初始浓度、初始电导率、溶液处理量和初始pH等条件下对甲基橙溶液的连续降解,并对降解效果进行了比对。结果表明:最佳的工艺参数分别是输入功率为72.5 W,初始浓度为150 mg&#183;L<sup>-1</sup>,处理量为150 mL,放电气体流量为300 mL&#183;min<sup>-1</sup>;较低的初始电导率和初始pH值对甲基橙溶液的降解有促进作用;150 mL浓度为150 mg&#183;L<sup>-1</sup>的甲基橙溶液在介质阻挡放电等离子体作用下处理30 min,甲基橙降解率达到93.7%。利用液相色谱-质谱联用仪及紫外分光光度计对甲基橙降解过程的中间体及产物进行了分析,提出了甲基橙在降膜介质阻挡放电作用下的降解机理。

    2018年05期 1203-1209页 [查看摘要][在线阅读][下载 318K]
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研究简报

  • 奎宁叔丁基氨基甲酸酯衍生物手性整体柱的制备及应用

    李晨亮1;张毅军2;赵富强1;章亚东1;张裕平2

    合成了奎宁衍生物O-9-(叔丁基氨基甲酰基)-11-[(2-甲基丙烯酰氧基)乙硫基]-10,11,-二氢奎宁(MBQN),并通过液质联用、核磁氢谱及红外光谱对其进行了表征。以MBQN为手性功能单体,甲基丙烯酸羟基乙酯(HEMA)为非手性功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂,环己醇、十二醇为二元制孔剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为热引发剂,在100 μm内径的熔融石英毛细管内采用原位热聚合法制备了Poly (MBQN-co-HEMA-co-EDMA)手性毛细管整体柱。通过元素分析、扫描电镜及压汞仪测试了整体柱固定相的组成、形貌、孔容、孔径及比表面积。采用自组装微流液相色谱对Poly (MBQN-co-HEMA-co-EDMA)整体柱的分离性能进行了评价,基线分离了8种氨基酸衍生物。以N-Bz-DL-Leu为测试对象评测了整体柱的重现性,其各相对标准偏差(RSD)均符合要求。结果表明此整体柱针对氨基酸衍生物分离性能良好,重现性优异。

    2018年05期 1210-1216页 [查看摘要][在线阅读][下载 515K]
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  • Pt/C催化氧化双甘膦反应动力学研究

    尹红;杨炎明;袁慎峰;陈志荣

    双甘膦氧化是草甘膦生产中的关键步骤,采用Pt/C催化剂,氧化双甘膦的同时氧化副产物甲醛,可提高反应选择性。为了Pt/C催化剂更好的工业应用,消除内、外扩散影响后,对双甘膦氧化反应动力学进行研究,在反应温度348.15~363.15 K下测定了反应动力学数据,建立了本征反应动力学模型,并运用数值计算方法对实验数据进行非线性拟合,计算得到动力学参数,双甘膦氧化生成草甘膦的反应活化能为28.41 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>,双甘膦与草甘膦的吸附热分别为18.09 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>和18.57 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>。

    2018年05期 1217-1222页 [查看摘要][在线阅读][下载 333K]
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  • 二种NTO合成工艺的安全性分析

    常佩;周诚;王伯周;黄新萍;朱勇

    利用全自动反应量热器RC1e分别测定了二种3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)合成工艺方法的硝化反应热释放速率、热释放量、传热系数及比热容等热力学数据,结果表明:方法1(以质量分数为98%硝酸为硝化剂)硝化反应过程的最大热释放速率为162.84 W,热释放量为118.81 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>,传热系数为144.89 W&#183;K<sup>-1</sup>&#183;m<sup>-2</sup>,比热容为1.72 J&#183;K<sup>-1</sup>&#183;g<sup>-1</sup>,方法2(以质量分数为70%硝酸为硝化剂)则分别为117.11 W、64.20 kJ&#183;mol<sup>-1</sup>、170.87 W&#183;K<sup>-1</sup>&#183;m<sup>-2</sup>和2.01 J&#183;K<sup>-1</sup>&#183;g<sup>-1</sup>,表明方法2合成过程更加安全。

    2018年05期 1223-1227页 [查看摘要][在线阅读][下载 351K]
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  • 巯基-烯点击反应合成聚酯型紫外线吸收剂及其在EVA中的应用

    于淑娟;陆树文;罗振静;杨芳

    以2,4-二羟基二苯甲酮(UV-0)为紫外线吸收剂母体,采用巯基-烯点击化学反应方法,制备了一种侧基含有UV-0的新型聚酯型紫外线吸收剂(PEG-<i>b</i>-PE<sub>UV-0</sub>)。通过FT-IR、<sup>1</sup>H-NMR、UV对产物结构进行了表征。紫外吸收性能测试表明PEG-<i>b</i>-PE<sub>UV-0</sub>在UV-A区具有较好的紫外吸收。将该大分子紫外线吸收剂应用到EVA (乙烯-醋酸乙烯共聚物,polyethylene-co-vinylacetate)胶膜中以提高其抗紫外老化性能。通过测试材料老化前后的衰减全反射红外光谱、拉伸强度、羰基指数、扫描电镜、光电子能谱等手段对紫外线吸收剂的应用性能进行了研究,并与添加中间体2,4-二羟基-3-(<i>N</i>,<i>N</i>-二羟乙基-氨甲基)二苯甲酮(HAHBP)的应用性能做了对比研究。结果表明添加PEG-<i>b</i>-PE<sub>UV-0</sub>的EVA材料在老化40 d后羰基指数增加的幅度仅为0.89%,约为空白EVA增加量的1/5;表面含氧量仅增加了1.22%,而空白EVA含氧量增加了16.1%;添加大分子紫外线吸收剂PEG-<i>b</i>-PE<sub>UV-0</sub>的EVA的拉伸强度保持率明显大于空白EVA材料与添加中间体HAHBP的EVA材料。所合成的大分子紫外线吸收剂PEG-<i>b</i>-PE<sub>UV-0</sub>对EVA材料具有良好的抗紫外光老化效果。

    2018年05期 1228-1234页 [查看摘要][在线阅读][下载 560K]
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