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化工进展 2017年第B11期杂志 文档列表

化工进展杂志化工过程与装备

微通道气液两相流研究进展1-7

摘要：介绍了国内外微化工发展背景及发展现状，微通道内气液两相流流动气泡特性和传质特性。微通道中（横向及竖向微通道）气液两相流流型划分主要有泡状流、弹状流、环状流、搅拌流等。气泡形成过程中流体挤压力对气泡表面进行破坏致使分离，表面张力则在整个过程中维持着气泡形状及长度。着重介绍了微通道内气泡形成过程及经验长度计算，比较了不同研究者提出的经验公式中气液相表观速度比和气泡长度的关系，得出气泡长度均随气液相表观速度比的增加而增加，但依据研究者实验条件不同增加趋势也不尽相同。传质方面，研究基本集中在气液相比表面积较大的泡状流、环状流上，而气液表观速度、当量直径、压强等都会影响传质系数。微通道气液两相流虽然在传热、传质方面有很大的应用前景，但仍存在研究手段单一、理论数据不完善等问题，指出在未来的研究中研究者们要扩大领域范围，为传质传热的实际应用提供更可靠的理论依据。

撞击流反应器混合性能研究进展8-16

摘要：按照撞击流反应器的研究发展进程，分析了撞击流反应器的混合过程。结合大量学者研究工作，回顾了反应空间、流体流动、喷嘴结构等因素对常见的开放式撞击流反应器、受限撞击流反应器、浸没循环撞击流反应器等反应器混合性能影响的研究。简述了外界激励和其他技术对撞击流反应器混合效果影响的研究进展，并总结了几类反应器的微观混合时间及关联式。同时介绍了一种新型水平三向撞击流反应器，该反应器产生的径向射流不同于两喷嘴径向射流，而为交叉状的伞状射流；通过进一步探究发现当量喷嘴间距L=2D～3D时径向射流偏转角口出现峰值，而且此时的混合时间也最短。最后对撞击流反应器混合性能研究前景进行展望。

磁场作用下导电流体的流动稳定性研究进展17-26

摘要：磁场作用下导电流体的流动稳定性研究在电磁材料制备过程以及核聚变反应堆冷却系统的设计与制造有重要意义。文中简述了流动稳定性研究的主要方法，分析了正则模态和非正则模态两种方法的利弊，因两类方法所考察的扰动的增长形式不同，其结论往往不一致；对近十几年磁场作用下导电流体在不同形状管道内的流动稳定性研究进展进行了分类和概述，主要介绍了磁场方向、壁面导电率对流动稳定性的影响；针对相关实验的开展、稳定性分析方法以及对转捩机理的研究等提出了可能值得深入研究的方向。

氨气检测仪研究现状27-33

摘要：氨气检测仪是一种能够对氨气进行快速检测的产品，克服了传统检测手段复杂、繁琐、准确性差的缺点。当前市场上的氨气检测仪种类繁多，但各类产品性能参差不齐。本文探讨了当前氨气检测仪的研究现状，对其中应用较广的红外氨气检测仪、半导体氨气检测仪和电化学氨气检测仪进行了概述，着重介绍了其工作原理和结构特点，并重点对各类检测仪的核心部件，即传感器的种类和性能影响因素进行了阐述；最后对3种检测仪在环保、生产、养殖以及医疗等多个领域的应用现状进行了分析展望，随着人们对环境安全性要求的提高以及政府相关政策法规的推行，氨气检测仪会得到更普遍的应用，相应地，为了适应更多领域的需求，氨气检测仪也必将会朝着更加微型化、精准化、便携化方向发展。

卤代丙烯烃命名规则及2，3，3，3-四氟丙烯的概况和氟化合成研究进展34-42

摘要：由于零臭氧层破坏潜值和较低的温室效应值，2，3，3，3-四氟丙烯作为1，1，1，2-四氟乙烷的替代物，被认为是理想、高效、环保和最具潜力的第四代新型制冷剂，并已受到汽车空调行业的广泛关注。首先，本文介绍了含卤素丙烯烃的命名规则、四氟丙烯的物化特性和制冷性能；其次，简述了铬基催化剂的制备方法，分析了以1，1，2，3_四氯丙烯为原料经2一氯-3，3，3-三氟丙烯中间体，气相催化氟化合成四氟丙烯的反应条件和反应路径等的研究进展；最后简要探讨了氟氯交换反应的机理。铬基催化剂作为气相氟氯交换反应的主体催化剂，所具有的某些特殊性能是其他许多催化剂难以比拟的，但是铬的化合物有毒，建议开发具有高活性和稳定性的无毒非铬基催化剂。

十字型微通道中乳液流变行为的数值模拟43-50

摘要：单分散的高品质乳液在生物医学、化学化工等领域有着广泛的应用，利用十字型微通道所制备的乳液单分散性好、均一度高、球形度好，并且该方法可以大大简化了乳液的制备过程，在高品质乳液的制备中具有重要的应用价值。基于VOF相界面追踪方法，建立了十字型微通道中乳液形成过程的非稳态理论模型，对十字型微通道中乳液的形成过程进行了数值模拟研究，发现了4种典型的流型，即挤压流（squeezing）、滴式流（dripping）、喷式流（jetting）和协流（co—flowing），并对其形成机理和演化过程进行了分析，发现界面张力和黏性力在液滴生成过程中起到主导作用。此外，还研究了通道角度对液滴尺寸和流型的影响，计算表明，在挤压流中液滴的长度会受到显著的影响。但是，通道的角度对流型的影响并不明显。

微通道并行模块化设计制造及规模化制备功能材料51-57

摘要：液滴微流控技术可控制备功能微粒材料目前一直局限于实验室规模产量，制约着规模化的产业应用。本文基于微通道并行概念，以数量放大为基本原则，设计了八通道并行的微流控放大模块，模块由位于不同平面的两相流体的分配功能区和液滴制备功能区构建组合而成。借助激光雕刻技术以PMMA作为基板材料进行加工制造，实现了规模化制备均匀液滴的目的。同时研究了流速控制对各个通道液滴制备过程的影响，分析了微通道阵列由于流体分配关键问题所产生的放大效应。两种通道阵列形式对比实验表明，环形阵列制备出液滴的均匀性比线性阵列提高近42．4％，主要得益于完全对称的环形阵列减小了结构性因素对流体分配性能的影响。并借助环形并行模块平台大规模制备了具有广阔应用前景的壳聚糖微球，平均粒径为540．59肚m，CV值为2．73％，并行放大模块在提升产量的同时确保了微球的高单分散性。

微通道形状对自相似热沉综合性能的影响分析58-63

摘要：自相似微通道热沉（SSHS）作为一种新的换热结构设计，比一般的微通道热沉（MHS）具有更好的综合性能。前期工作通过将内部分流通道改为渐缩式斜坡结构，使内部流量分配不均受到了很大抑制。本文在此基础上，利用数值模拟方法进一步分析了微通道（溢流通道）形状对SSHS流动及传热过程的影响。计算结果表明，原设计中溢流通道内存在较大的低流速区，导致了不均匀的换热过程；将矩形截面微通道改为梯形截面，可以减小溢流通道内低速区的流通面积，从而使微通道内的流动和换热过程更加均匀；进一步对比分析发现，随着溢流通道顶部宽度mw减小，低流速区域占比进一步减小，换热均匀性有所提高；该结构优化方案对流动阻力的影响较小，流量在0．18～1．8kg／h范围内，流动阻力增加平均不超过5％，但换热均匀性平均提高15％左右。

基于气泡和聚团的结构模型及其应用64-72

摘要：综合考虑鼓泡流化床内气泡及聚团对床内细颗粒流动的影响，建立基于气泡和聚团的结构曳力模型及结构参数模型，同时，借助计算流体软件预测细颗粒在鼓泡床中流动状态。首先，基于细颗粒在鼓泡流化床的流动状态，在介观尺度上将床内气固流动结构划分为3个子结构，即气泡相、相间相及乳化相（聚团相）。然后，综合考虑细颗粒鼓泡流化床中气泡和聚团对气固流动的影响，根据力平衡、质量守恒建立基于气泡和聚团的结构参数模型及结构曳力模型。通过对结构参数模型封闭求解，得到11个结构参数值（fb，Ub，db，Ugb，fi，Ugi，εi，fe，Uge，εe，de）。对结构参数计算结果进行分析，结构参数模型能够很好反映床内流动情况及床内各结构参数之间的关系，并能有效地预测颗粒聚团直径。此外借用非均匀因子，耦合结构曳力模型及结构参数模型到欧拉双流体模型对气固在床内流动行为进行数值模拟。模拟结果表明，使用基于气泡和聚团的结构曳力模型能够较好地预测细颗粒在鼓泡流化床中的流动行为。在对模拟结果中颗粒径向浓度比较时，可以发现，相对比基于气泡模型的结构曳力模型，使用基于气泡和聚团的结构曳力模型的模拟结果与实验结果更一致。

环己烷-乙酸乙酯萃取精馏分离的研究73-79

摘要：通过UNIFAC基团贡献法和氢键间相互作用，初步筛选二甲基亚砜（DMSO）作为萃取剂，通过萃取精馏分离环己烷与乙酸乙酯物系。在常压下模型模拟加入二甲基亚砜后环己烷与乙酸乙酯体系的汽液相组成，NRTL模拟结果与汽液平衡实验所得数据相似度高，结果表明二甲基亚砜作为萃取剂可以有效打破该共沸体系。同时进行间歇萃取精馏实验，填料理论塔板数为33，回流比1．0，溶剂比为1．0时可以得到质量分数为98．7％的环己烷，回收率为87．8％。最后在AspenPlus软件帮助下研究二甲基亚砜连续萃取精馏分离环己烷一乙酸乙酯物系的工艺，萃取精馏塔塔顶环己烷的质量分数可达99．6％，溶剂回收塔塔顶乙酸乙酯的质量分数为99．5％，塔底回收二甲基亚砜套用，为进一步的工业应用提供参考。

基于Aspen仿真的乙醇水溶液精馏方案优化80-86

摘要：为了实现对乙醇水溶液精馏方案进行优化设计，本文首先基于物料平衡、相平衡、物流各组分摩尔分率归一化以及热量平衡，针对整个填料塔精馏过程建立了稳态和动态模型，并利用数学模型对每部分精馏操作时的关键参数以及能耗进行了理论计算。为了检验数学模型和理论计算的合理性，同时鉴于Aspen Plus和AspenDynamics中已经建立了完善的精馏塔模型，本文以乙醇水溶液精馏方案为例，以达到浓度和回收率要求为约束条件，过程中最小能耗为目标函数，对回流比、馏出液流量、进料流量、进料温度、塔釜加热功率等几个输入变量分别进行了灵敏度分析，对理论计算的操作变量进行校正，确定出实际操作中的操作变量，优化乙醇水溶液精馏过程，从而得到最优的精馏操作序列。

基于新型内热式移动-流化床干燥器的褐煤干燥过程87-91

摘要：在传统流化床内，加入中空水平螺旋叶片，其内通入饱和蒸汽。对粒度分布很广的褐煤物料，借助气力和机械力联合作用，建立一种新型的内热式移动一流化床干燥模型。研究了操作气速、进口气体温度、机械力作用强度等因素对褐煤干燥过程的影响。采用因次分析的方法，建立了气固间传热系数关联式。实验结果表明，机械力场的加入，使床层内形成了稳定的大小颗粒共存的气固两相流场，并使干燥速率增大，传热系数增大。其中，叶片转速在3．33～5．40r／min范围时，传热系数增大了约35％。叶片内饱和蒸汽以内热源的形式，通过叶片传导换热，大大强化了传热和干燥效果。在其他条件不变的情况下，传热量增加了约45％。

LiC1溶液除湿系统的试验研究92-100

摘要：溶液除湿空气调节装置具有不受气候和地域限制的特点，是最可能被大规模推广的空气调节技术之一。本文进行了逆流填料式单级LiCl溶液除湿过程实验研究，针对除湿过程，研究了进口空气的温度（30-36℃）和相对湿度（50％～70 oA）对除湿性能的影响。结果表明，除湿性能会随着进口空气温度或相对湿度的升高而增强。此外，针对溶液再生过程，本文考察了再生风进口温度和再生溶液进口温度对再生性能的影响，结果表明，两个温度值的升高均会增大再生能力，且后者的作用更强，但是再生溶液出口温度也会随之上升，从而导致了系统冷源负荷的增大。

基于不同压力下的Einstein制冷循环系统性能分析101-106

摘要：基于改进的Einstein制冷循环系统，对气泡泵及整个制冷系统进行理论建模。根据两相流均相流理论，对工作在弹状流情况下的气泡泵进行性能计算，得到不同压力下气泡泵的最大提升效率。并将其代入系统热力学模型，利用EES软件模拟探究了压力在（3～5）x100范围内变化时，系统的主要运行参数变化对性能的影响情况。结果表明，在系统压力较低（3×100Pa）的情况下，制冷系统的COP有较为理想的数值；不同压力下蒸发温度对系统性能的影响远大于冷凝温度；随着发生温度的增加，系统性能存在一最大值，且压力越小系统的COP也越高，更有利于利用低品位热源（356～390 K）。研究结果为Einstein制冷系统关键运行参数的选择提供了可靠的参数选取原则及依据，为系统各部件的设计乃至进一步的改进优化指明方向。

单喷嘴低压引射器的结构设计与数值分析107-114

摘要：引射器作为大气式燃烧器的重要组件，对燃烧器的稳定、完全燃烧具有重要的影响，因此对引射器的工作过程和影响其工作性能因素的研究尤为重要。本文首先对大气式燃烧器用的单喷嘴低压引射器的结构形式及具体尺寸进行了设计，并对设计出的引射器建立了三维、稳态的数学模型。然后利用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）软件对引射器进行了模拟计算，探究了引射器内燃气与空气发生动量和质量交换的混合过程并研究了工作喷嘴出口直径、混合室长度、燃气供气压力、引射器出1：2背压4个因素对引射器质量流量引射系数的影响。研究结果表明：当引射器其他参数相同时，工作喷嘴出口直径与混合管长度都存在一个最佳值使得引射器达到最优的引射系数；燃气供气压力增大对引射系数的影响很小，引射系数几乎不变，而当引射器出口背压增大时，引射系数却下降的很快。

补气压力损失系数与一级压比对补气增焓空气源热泵性能影响115-120

摘要：空气源热泵系统低温适用性问题一直是其在北方拓广应用的制约性因素，带有闪发器的补气增焓空气源热泵系统是解决空气源热泵低温适用性的有效手段之一。本文建立了带有闪发器的补气增焓空气源热泵系统的热力学过程数学模型，通过数值模拟研究了一级压缩比和压力损失系数对补气增焓空气源热泵系统特性的影响。结果表明，随着一级压比的逐渐增大，冷凝压力降低趋势平缓，热泵的性能系数逐渐升高，而排气温度先降低后升高，因而存在最佳一级压比。综合压缩机的排气温度和热泵的性能系数，模拟工况补气增焓空气源热泵的最佳一级压比为1．6。补气压力损失系数越大意味着有用功的损失越小，随着补气压力损失系数增大热泵的制热量、耗功逐渐增大，性能系数逐渐升高而排气温度逐渐降低，因此设计时应补气压力损失系数越大越好。

基于流程的应急预案结构化与图形化应急指挥121-126

摘要：应急预案在企业安全管理与应急救援过程中占据非常重要的作用，由于应急预案的文本特性，当前应急预案的实用性与现场可操作性饱受质疑。本文基于现场应急流程，进行预案的流程结构研究和图形化研究，实现文本预案的结构化和图形化，完成内容繁杂的文本预案向预案指令的转换工作，使之内容精简、具备可操作性；在此基础上，运用事故树（FTA）的理论方法，综合分析评估结构化的指令在应急过程中的重要度，进行应急指令的重要度排序，并根据应急重要度进行预案指令智能推送，辅助现场指挥。本文的研究目的是通过对预案的结构化研究，解决文本预案现场操作性问题，在应急救援过程中，发挥应急预案的作用，基于预案指令进行现场应急指挥与调度，提高指挥决策的水平，为石化行业的安全生产保驾护航。

一种新型浓缩工艺在己内酰胺生产废液处理上的应用127-132

摘要：传统己内酰胺废液浓缩工艺存在着能耗高、排出废水氨含量高以及装置占地面积大等问题，为此，本文提出一种处理己内酰胺废液的新型浓缩工艺。工艺分两步实施：第一步是脱氨预处理，通过预脱氨罐和废液脱氨塔两套系统对废液进行反复脱氨处理；控制预脱氨罐中烧碱的加入量，利用废液脱氨塔塔顶的二次含氨蒸气对预脱氨罐中的废液进行高温解析，以较低的能耗脱除废液中的氨，并加以回收利用；第二步是浓缩处理，通过废液汽提塔对废液进行蒸发浓缩，利用二次蒸汽再压缩技术进行蒸发，采用电能替代蒸汽消耗的方式，有效降低能耗成本。优化后的设备数量只有传统浓缩工艺的一半，装置建筑面积大大减小。以年产10万吨己内酰胺项目为工程实例，采用新型浓缩工艺每年可节省约721万元的能源运行成本；每年回收氨水473．7t，同时间接减轻废水处理厂对含氨废水的处理成本；新工艺所需的项目建筑面积仅为传统浓缩工艺的1／3。Aspen理论计算和实际工程实践的数据表明：本工艺节能优势明显，从工艺源头上消除了氨对环境的污染，并且加以回收利用，同时有效减少了建筑面积。