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化工进展 2018年第03期杂志 文档列表

化工进展杂志特约评述

化学工业的转型升级和过程系统工程（PSE）803-814

摘要：针对我国化学工业的转型升级问题,本文首先介绍了此次转型升级的时代背景,即国际上第四次工业革命正在迅猛展开,而国内正面临经济结构的第二次转型,由传统的工业化社会向现代服务型社会转变。其次,文中简要介绍了我国化学工业＂大而不强＂的问题,在此基础上论证转型的主要方向,即未来十年我国化学工业应具备的主要特征。最后从过程系统工程（process systems engineering,PSE）学科角度,说明可以在以下一些方面为化学工业转型升级做出贡献：以客户为中心的新产品开发;新工艺过程的多尺度开发放大;为化工制造的智能化转型升级提供理论指导;为化工企业的节能、节水和生态文明建设提供理论指导等。

化工进展杂志化工过程与装备

智能化风险及可操作性（HAZOP）分析系统研究进展815-821

摘要：通过梳理智能化风险及可操作性（HAZOP）分析的各类方法,将其分为定性分析和定量分析两大领域,详细介绍了不同的研究方法及其优缺点,并结合实例对有代表性的方法作了详细阐述。智能化HAZOP定性分析系统的研究主要集中在建立专家知识库的方法上,其中基于深层知识建立专家知识库的研究相对较多,该方法虽然能够揭示偏差产生的机理、传递路径,但是分析结果准确度较差。基于经验知识、定性分析与定量分析相结合及基于动态模拟的HAZOP定量分析是实现智能化HAZOP定量分析的3种主要方法,是由模糊定量向精确定量、由静态分析向动态分析发展的过程。基于动态模拟的智能化HAZOP定量分析不仅研究偏差的数值,而且研究偏差的持续时间对过程系统的影响,分析结果更加精确,是较为完善的定量分析方法。该方法借助于商用模拟软件,使不具备丰富经验的分析人员也可以完成精确的HAZOP分析。＂动态偏差的阶梯化求解法＂使分析动态偏差方便、易行,基于该方法建立的偏差＂层级＂模型充分说明了处于不同层级的偏差对过程系统的不同影响。在分析智能化HAZOP分析系统发展历程基础上,结合最新研究进展,预测了其发展趋势。

NH3-SCR工艺中硫酸铵盐的生成与分解机理研究进展822-831

摘要：以氨为还原剂的选择性催化还原（NH_3-SCR）脱硝法具有脱硝效率高、选择性好和技术完善等优点,是目前应用最广泛的燃煤电厂等行业的烟气脱硝技术。然而,烟气中的SO_2流经SCR催化剂时,在V_2O_5的催化作用下部分氧化为SO_3,随后与NH_3和水蒸气反应生成硫酸氢铵和硫酸铵。当烟气温度低于硫酸铵盐的凝结温度时,会沉积在催化剂、空预器及其附属设备上,引发诸多严重的问题。本文首先介绍了硫酸铵盐的形成机理,随后从反应物浓度和反应温度等角度概括了影响硫酸铵盐生成的因素,分析了硫酸铵盐的沉积及其所带来的危害。然后介绍了硫酸铵盐的分解机理,重点分析了催化剂与硫酸氢铵之间的相互作用,指出了这种相互作用对硫酸氢铵分解的影响,由此提出了控制硫酸铵盐生成的措施。最后指出,系统研究NH_3-SCR工艺中硫酸铵盐的生成与分解机理将为催化剂的失活与再生、低温SCR催化剂的开发和燃煤机组等相关设备的设计和运行优化等提供理论依据。

大型甲苯歧化与烷基转移技术的实践与思考832-836

摘要：在对二甲苯产品对外依存度、国内市场需求持续增长和装置生产成本竞争等因素影响下,我国新建对二甲苯生产装置的市场欲望强烈,单装置生产规模不断突破。作为对二甲苯联合装置组成部分的甲苯歧化与烷基转移装置处理量不断增加,单套规模已达300万吨/年,大型化问题不断显现。本文针对不同规模的甲苯歧化与烷基转移装置进行了比较,分析和探讨了300万吨/年或以上规模的装置在大型化过程中面临的关键设备放大、工艺优化节能等问题,提出了单元设备强化、采用甲苯和碳九重芳烃分开处理的组合工艺技术、采用新节能工艺降低能耗等装置优化策略。相关思路的实现有利于解决甲苯歧化与烷基转移装置的大型化问题,使技术大型化的同时,技术竞争力得到同步提升。

光伏材料切割废液中的Si和SiC旋流分离过程837-844

摘要：太阳能硅片切割废料中的硅和碳化硅分离回收对于资源回收和环境保护具有重要的意义。根据硅和碳化硅微细颗粒易团聚且难用化学方法分离的特点,本文利用重介质微型旋流器分离技术,通过实验研究和数值模拟,探究进料流量和底流分率对重介质微型旋流器分离性能的影响。数值模拟采用CFD软件Fluent 6.3.26研究流场和颗粒运动轨迹,实验用微型旋流器直径为10mm,分离粒度分布为0.3~25μm的硅和碳化硅混合粉料。结果表明,硅的分离效率随着进料流量的增大先增大后趋于稳定,且当进料流量达到0.13m~3/h时,分离效率不再增大。不论介质是水还是重介质溶液,当底流分率增大时,旋流场内的轴向速度减小,而切向速度先增大后减小,硅的分离净化效率先增大后减小,当底流分率为0.6左右时,硅的分离净化效率达到最高值。旋流分离硅和碳化硅时,介质采用重介质溶液分离效果更好。

内置活动内构件回转窑内二元颗粒的运动混合研究845-852

摘要：采用离散单元法（DEM）对内置活动内构件回转窑内二元颗粒的运动混合进行了数值模拟。探讨了添加不同长度活动内构件时（回转窑转速、活动内构件宽度及厚度均固定）示踪颗粒的运动轨迹以及颗粒整体的运动模式。用接触数指标来定量评价颗粒的混合程度,比较了添加不同长度活动内构件时回转窑内二元颗粒的混合程度。结果表明：当活动内构件长度分别为0、13mm、21mm、29mm和37mm时,长度越长,示踪颗粒运动轨迹的遍历区域越大,运动轨迹稀疏区和密集区的差别越小,比起无内构件,添加活动内构件时颗粒的运动方向更加随机,运动轨迹更加紊乱。因活动内构件的存在,颗粒的运动模式由滚落模式变为阶梯模式。活动内构件的扰动和搅拌作用可以有效增强二元颗粒之间的混合。活动内构件存在一个最优长度,过长或过短都不能获得最理想的增混效果。

碳酸氢铵溶液中偏钒酸铵的冷却结晶853-860

摘要：针对钒渣空白焙烧-铵化浸出新工艺产生的浸出液,在对NH_4HCO_3-NH_4VO_3-H_2O溶解度数据进行分析的基础上,采用冷却结晶分离方法分离溶液中偏钒酸铵。采用程序控温冷却方式考察了碳酸氢铵浓度、降温速率、搅拌速率、晶种添加量等因素对偏钒酸铵从70℃冷却结晶至40℃时结晶率、产品粒度、形貌等的影响,明确了偏钒酸铵冷却结晶规律,建立了偏钒酸铵从碳酸氢铵母液中高效结晶分离方法,获得了结晶最佳工艺条件。在碳酸氢铵浓度10g/L、降温速率0.36℃/min、搅拌速率200r/min、晶种添加量1.0%时偏钒酸铵结晶率可达94.28%,得到的偏钒酸铵晶体纯度为99.5%,产品粒度均匀,平均粒径约为152μm,晶体成规则棱柱状结构。

流场形态对旋风分级器性能的影响861-866

摘要：气流分级器性能的优劣很大程度上取决于流场分布,改变常规旋风分级器的切向进风口位置,在分级空间建立不同类型的离心流场,采用数值模拟和分级试验手段分析了分级流场形态对颗粒运动过程和分级性能的影响。结果表明,传统旋风分级器边壁下行流造成粗粉中细颗粒夹带较多,影响分级精度;新型旋风分级器内形成上下两个旋涡,上旋涡均为上行气流,其流量约占总风量的80%,下旋涡携带细颗粒较少,降低了细颗粒进入粗组分的概率;上旋涡可实现对边壁区的细颗粒的轴向淘洗、再分级,提高了分级精度。试验结果表明,入口气速从10m/s增加至22m/s。相较于传统旋风分级器,新型旋风分级器的分级性能明显改善,分级精度指标平均提高27%,压降损失为传统旋风分级器的53%~62%。

失效情景下气体探测器多目标布置优化867-874

摘要：目前有关气体探测器布置优化研究较少考虑探测器的失效情景,本文以某柴油加氢装置的硫化氢气体探测器布置优化为例,提出一种失效情景下气体探测器多目标布置优化方法。首先对待检测区域的潜在泄漏源进行辨识,构建泄漏场景集并进行场景缩减,通过计算流体力学方法预测泄漏实时浓度场。其次,以时效性和鲁棒性作为评价指标,以考虑泄漏场景概率和探测器失效概率的检测时间最小化、探测器网络鲁棒性最大化作为优化目标函数,并结合逻辑约束条件建立数学模型。在此基础上,采用基于模拟退火的多目标粒子群算法对模型进行求解,得到Pareto非劣解集,采用理想点逼近法（TOPSIS）对Pareto解集进行排序得到最优方案,最后决策者可根据不同需求确定最终布置方案。

热负荷分配比例对抽凝-背压供热机组能耗影响875-883

摘要：抽凝-背压供热模式是实现能量梯级利用、降低火力发电煤耗的有效途径,研究不同室外温度下供热凝汽器与尖峰加热器热负荷分配比例对机组能耗的影响,确定最佳热负荷分配比例,是抽凝-背压供热机组节能降耗的核心问题之一。本文利用热网变工况模型及Ebsilon软件仿真,以某310MW抽凝-背压供热机组为研究对象,分析了供热期不同温度下供热凝汽器与尖峰加热器热负荷分配比例不同时机组的发电功率及煤耗。结果表明：对于抽凝-背压热电联产机组,并非供热凝汽器热负荷比例越高而发电功率越高,供热期不同阶段,机组发电功率随供热凝汽器热负荷变化呈现不同规律;相同室外温度下,供热凝汽器与尖峰加热器热负荷分配比例对机组能耗影响很大,凝汽器热负荷比例不同时,其极差最小值和最大值分别为2.02g/（k W·h）和5.50g/（k W·h）。

基于不同润湿性微细通道过冷沸腾起始点（ONB）的实验研究884-892

摘要：为了研究微细通道壁面润湿性对过冷沸腾起始点（ONB）的影响,采用Cu Cl_2溶液刻蚀普通光滑表面微细通道得到超亲水表面微细通道,再用氟硅烷溶液修饰超亲水表面微细通道得到超疏水表面微细通道。以R141b为实验工质,在压力为170k Pa、质量流率302.7~417.2kg/（m~2·s）、热流密度2.17~29.9k W/m~2的工况下进行流动沸腾实验。结果表明：超疏水表面微细通道ONB点的过热度最低,普通光滑表面微细通道达到ONB点所需过热度最高;随着热流密度的增大,距离出口最近的测点最先开始沸腾,达到ONB点所需过热度也为最小;随着质量流率的增大,ONB点的过热度逐渐增大。本文选取了7种典型的ONB点处壁面过热度预测公式,将实验值与公式预测值进行对比,发现HSU模型的预测效果最好,对光滑/超亲水/超疏水表面微细通道ONB过热度预测平均绝对误差（MAE）值分别为13.1%、20.8%和21.5%。为了更好地预测具有特殊润湿性表面的ONB过热度,引入表面能参数对HSU模型进行修正,预测精度大大提高。

四边形外循环膜生物流化床内液相涡结构特性893-905

摘要：针对研究开发的四边形外循环膜生物流化床,构建了气固液三相流可视化平台,应用激光粒子图像测速（PIV）技术分析了曝气强度对流化床液相流场特性的影响,结合涡量法和旋涡强度法分析了旋涡结构特性,初步剖析了流化床多相流运动形成的机理。结果表明,流化床液相速度随曝气强度的增加而增加,流化床形成的环流有助于控制和降低气泡的附壁效应,曝气量分布和气液掺混效果更好,提高了气含率并降低了能耗,最终提高了污水处理效果。由于流化床降流区和升流区的冲击,使整个流化床形成了大量的小尺度涡;填料在整个床体中长期和稳定的流化机理为大量的小尺度涡把受作用下沉的颗粒托浮起来;冲击使得气泡与气泡的碰撞、破碎及合并概率增大,进而增加气液传质效率;固液接触面摩擦增强,进而造成载体生物膜细胞传质浓度边界层趋向不稳定,进而增加了固液的传质效率;气固液三相冲刷膜组件有助于抑制膜污染。四边形外循环膜生物流化床在传质、流化和抑制膜污染上具有独特的优势,是高负荷有机废水好氧生物处理的开发方向。

液滴撞击高温梯度表面的动态行为特性906-912

摘要：以铜片为基底制备了微方孔结构浸润梯度表面,利用高速摄像技术对液滴撞击高温梯度表面的动态行为特性进行了研究。结果表明：在不同表面温度和韦伯数（We）下,液滴撞击在梯度表面上会出现5种不同的撞击模式,即润湿模式、接触沸腾模式、过渡模式、碎裂模式和反弹模式;当表面温度达到Leidenfrost温度时,液滴进入反弹模式,反弹液滴会沿着梯度能方向发生多次连续弹跳行为,且由于弹跳过程中能量的不断衰减,反弹高度逐渐减小直至趋于零。基于表面物理化学理论分析了液滴的定向弹跳行为,并利用图像处理技术,分析了弹跳液滴的动态特征。进一步地,通过液滴以相同We数撞击不同表面温度实验,研究了液滴在弹跳运动过程中反弹高度、铺展因子和运动的水平加速度变化特征,发现三者随反弹次数的增加具有相似的变化过程,即呈现先快速减小、后逐渐稳定的特征。水平加速度的与铺展因子的变化趋势具有一致性,从而验证了理论分析的合理性。

固液两相声共振混合数值模拟913-919

摘要：声共振混合作为一种解决力/热敏感超细材料均匀分散混合问题的新方法,其技术特点是混合容器工作在共振状态下使用不超过200Hz的振动产生低频声场促进混合。本文采用气固液三相流模型对一种固体、一种液体在声共振混合容器中的混合过程进行建模。固体颗粒与液体之间相互作用系数采用Gidaspow公式。采用固体颗粒体积分数标准偏差作为标准对混合均匀性进行了评价。计算结果表明,在100g振动加速度下容器中出现了体流现象,并初步计算了不同高宽比、不同激振参数条件下的混合特性,对计算结果进行了分析。最后利用自搭建的声共振混合样机,分别在低固含量、高固含量条件下进行实验,记录混合过程中固体颗粒的运动轨迹。实验结果初步验证了仿真模拟的正确性以及声共振样机的混合能力。

自吸式文丘里洗涤器引射特性实验研究920-927

摘要：为了优化自吸式文丘里洗涤器引射特性、改善气液分散效果,本文采用空气-水为工作介质,通过改变操作气速、液面高度及引入导流挡板等方式研究自吸式文丘里洗涤器引射特性变化规律。实验结果表明,自吸式文丘里洗涤器引射量、分散特征主要取决于喉部气相静压差、液面提升高度等操作因素以及导流挡板等文丘里管结构因素。喉部气相静压需大于洗消液液面提升所需压力才能实现对液相的引射功能,不引射流体时,喉部负压接近纯气相流动,一旦开始引射流体,喉管处有效吸液压差明显降低,引射量大小与文丘里环隙通道液体两侧静压差线性相关。增加导流挡板后文丘里出口处气液分散效果增强,平均雾滴粒径降低,相同能耗下引射量降低,约为无挡板时的15%。

化工进展杂志能源加工与技术

微藻光合固碳效能研究：进展、挑战和解决路径928-937

摘要：微藻固碳被认为是一种环境友好性较高的碳捕集技术,但其规模化发展遇到生产率低的瓶颈问题。为突破这一技术障碍,需要从机理层面深入研究微藻光合固碳的效能问题。本文围绕这一问题,首先综述了学界在生物特征、反应特征和效能特征3个层面的代表性研究,评述了技术发展趋势和局限性。其后,针对效能研究的跨学科特点,对3个主要挑战展开概述,并以典型制约因素的归纳展示了效能研究在方法论层面的复杂性。最后,为应对微藻光合固碳效能研究中的核心挑战,提出了对效能问题的再认识、跨学科特征的再把握和技术框架的再设计3条解决路径,并对涉及的关键技术进行了梳理,讨论了多学科和多尺度下、研究内容的串联和融合对效能研究的突破性意义。

生物基糠醛催化转化制备戊二醇的研究进展938-946

摘要：生物基糠醛制备戊二醇的工艺相比于传统的石油基路线,具有原料来源广泛、生产过程绿色无污染等优点。本文总结了国内外以生物基糠醛为原料制备戊二醇的研究现状,并对应用于糠醛催化加氢制备戊二醇的铑、铱、铂、铜基催化剂分别进行了归纳整理,同时详细论述了两种糠醛氢解路线,即糠醛加氢分别以糠醇和四氢糠醇为中间体而氢解生成戊二醇的过程。在此基础上,提出了解决目前糠醛氢解制备戊二醇过程中存在的反应物浓度低、活性差、反应压力高等问题的建议。对未来从经济、环保等多角度出发设计并完善生物基戊二醇的生产工艺以及拓展高效利用生物基糠醛制备下游精细化工产品的方法做出了展望。为开发在温和条件下高效、稳定的催化生物基糠醛氢解的催化剂体系提供了参考。

煤基石脑油半再生催化重整制芳烃的工艺947-955

摘要：采用工业铂铼双金属重整催化剂Pt-Re/γ-Al_2O_3开展了煤基石脑油半再生固定床催化重整单因素实验,并采用响应面法对工艺参数进行了优化与分析,最后对优化工艺条件下实验产物进行了分析。结果表明：加权平均入口温度（WAIT）、压力（P）、液时空速（LHSV）等操作条件对煤基石脑油芳烃型半再生重整产品质量、芳烃收率和C_（5＋）液体收率有很大的影响。煤基石脑油重整合适工艺参数区间：WAIT（500~520℃）、P（1.2~1.6MPa）和LHSV（2.0~3.0h~（–1））;最佳工艺条件：WAIT为516℃,P为1.4MPa,LHSV为2.3h~（–1）。优化工艺条件下芳烃收率达到了79.81%,响应面实验操作条件区间内,WAIT、P和LHSV对芳烃收率影响大小顺序为：P〉LHSV〉WAIT。相比于石油基石脑油重整,煤基石脑油重整不仅纯氢产率和氢气纯度更高,还可获得更高的苯-甲苯-二甲苯（BTX）产率,其中苯收率∶甲苯收率∶二甲苯收率近似为1∶3∶2。