过程工程学报

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过程工程学报. 2026, 26(5): 0.

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炉渣泡沫化预测研究进展与智能化趋势

张兴淦柳玉杰商梦婷王海川夏云进孙桂林

过程工程学报. 2026, 26(5): 453-465. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225250

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炉渣泡沫化是电弧炉炼钢中提升能效、抑制喷溅与稳定冶炼过程的关键环节，其行为预测与调控对实现绿色高效炼钢具有重要意义。本工作旨在系统综述炉渣泡沫化预测领域的研究进展，明确不同方法的适用范围与发展趋势，为智能化泡沫渣控制提供理论支撑。围绕“影响因素-预测方法-发展趋势”的主线，综述了碱度、黏度、表面张力、悬浮颗粒、气体参数及温度等多变量对泡沫形成与稳定的耦合效应，并系统比较了经验公式、无量纲建模、热力学计算、计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)模拟和机器学习等主要预测方法，分析了其核心思想、优势及局限性。研究表明，单一模型难以兼顾实时性与精度，尤其在多变量强耦合和复杂工况下预测能力不足。为此，本工作提出结合机理模型与数据驱动模型的混合预测框架，强调物理约束、跨尺度耦合与多源数据融合的重要性，旨在推动炉渣泡沫化预测由“可计算”向“可控、可调”转变，为电弧炉绿色智能制造提供方法学参考。

CO₂加氢制芳烃反应体系的研究进展

张杰宫紫轩公茂明王慧

过程工程学报. 2026, 26(5): 466-477. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225241

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CO2是现代工业中大量排放的典型温室气体，将其转化为高附加值产品可以实现碳循环利用，缓解环境问题，其中转化为芳烃是具有重要应用前景的方向之一，不仅可实现C1资源的高值利用，也提供了可替代传统石油路线制备芳烃的路径。本工作聚焦CO2加氢制芳烃技术，概述了基于甲醇、烯烃两种中间体的反应路线，总结了功能催化剂的研究进展，重点介绍了该复杂反应体系中各阶段适用的动力学模型。此外，探讨了部分动力学模型在反应器数值模拟中的应用。从催化剂到反应器层面进行了系统分析，旨在为催化活性更优异的双功能催化剂的构筑和反应器的优化设计提供理论指导，从而加速CO2加氢直接制芳烃技术的工程放大和应用。

熔融态塑料及其混合物流变特性的测定和经验关联

马少萍韩颖吴双肖亚峰董中天王智慧张庆华杨超

过程工程学报. 2026, 26(5): 478-485. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225225

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塑料熔体的非牛顿流变性能是调控塑料加工成型与回收工艺、保障加工稳定性及产品使用性能的关键因素，为塑料加工领域的研究重点。当前常用塑料及其共混体系的流变基础数据仍有待补充和完善。为此，本研究采用实验测试与理论建模相结合的方法，对聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)四种塑料以及PE/ABS, PP/ABS, PS/ABS三种二元混合体系的流变特性进行了研究。利用流变仪在剪切速率0.1~100 s-1、温度180~250℃区间内开展测试，结果表明，所有试样的流动行为指数n均小于1，表观黏度随剪切速率升高显著降低，表现出明显的剪切稀化效应；同时，稠度系数K随温度的变化符合Arrhenius关系，熔体黏度随温度升高而降低。本研究定量表征了二元混合体系中主要组分的质量占比m (0.5<m≤1)与熔体黏度的关系，并依托实验数据，在传统幂律模型中引入组分修正项，构建了可同时描述剪切速率、温度及组分占比对熔体黏度影响的本构方程，模型预测值与实验值的平均相对误差仅为5.90%。研究所得的流变基础数据及修正本构方程，可为废塑料回收利用、注塑成型等领域的工艺参数优化提供重要理论支撑与数据参考。

复合立体旋流筛板净跨区流动特性研究

霍平马悦王虹凯唐猛

过程工程学报. 2026, 26(5): 486-494. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225222

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针对复合立体旋流筛板(CTRST)中由于气、液跨区分配机制不清晰造成塔板适用范围不明确、结构优化困难等问题，对CTRST填料区与旋流区的气液跨区分配和气液流量损失机制开展实验研究。引入气、液相净跨区流量占比，用于量化筛板跨区流动情况。结果表明，实验条件下，净跨区液相占比为-0.325~-0.370，净流动方向为旋流区至填料区，气相占比为0.022~0.310，净流动方向为填料区至旋流区。使用净跨区损失流量占比对气液两相跨区流动的损失机理进行分析。流动过程中，液相喷淋密度与气相动能因子对净跨区液相损失流量占比影响较小，液相在两区间的交互所受阻碍作用较小。气相损失流量占比为-0.047~-0.319，气相在两区间的交互所受阻碍作用较大，随液相喷淋密度增加，气相损失流量占比先增加后减少，液相喷淋密度为92.26 m3/(m2?h)时达到最大值；随气相动能因子增加，气相损失流量占比逐渐上升。最后，建立了净跨区流量占比预测模型，关联了操作条件变化对气液跨区流动的影响，为CTRST气、液跨区流动分配机制的研究提供了理论支撑。

CH₄/H₂/CO₂贫燃料燃烧特性的数值模拟

兰雅梅程海龙易伍浪

过程工程学报. 2026, 26(5): 495-505. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225215

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CO2混稀是一种有效的燃烧控制策略。为了探究CO2对CH4和H2燃烧的混稀效应，采用数值模型分析了体积分数为0%~40% CO2掺混下，环境温度300 K、压力101 325 Pa、当量比为0.4~0.9条件下射流扩散火焰燃烧特性。结果表明，CO2掺混率为0%, 10%, 20%, 30%, 40%时，炉膛的平均温度分别为1688, 1658, 1523, 1421, 1344 K，同时CO2掺混降低了火焰峰值温度与火焰高度。CO2抑制了CO与O及OH结合的正向反应，导致O2的消耗减少。添加CO2后相较于纯甲烷燃烧的NOx减排率最高可达95.5%。H2富集提高了火焰温度并促进了燃烧反应过程，从而产生更紧凑的火焰结构。同时，高比例的H2能够减少CO2稀释带来的燃烧不稳定性。CO2稀释对CH4/H2混合气体表现出优异的NOx减排效果。

转炉底吹元件堵塞数量对钢液流动特性的影响研究

武豪江雪婷张广洪肖丙政王海川邓爱军

过程工程学报. 2026, 26(5): 506-517. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225141

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本工作以150 t转炉为原型，建立三维瞬态气液两相流模型，探究底吹元件堵塞数量对熔池底吹搅拌效能的影响规律，并基于数值模拟结果对比转炉底吹实际堵塞工况。研究结果表明，多元件堵塞导致底吹供气搅拌能整体衰减，是其影响熔池流动行为的核心原因。针对该转炉底吹体系，底吹元件的堵塞会降低总搅拌能，当堵塞数量达到3个时，熔池混匀时间增幅达45.62%，此时需及时进行炉底维护或更换元件。堵塞还破坏了内外环元件间的协同搅拌效应，使有效作用面积利用率下降，单个内、外环元件有效面积分别为0.919和1.651 m2，二者协同带动面积较面积之和提升14.4%，而堵塞会削弱这一优势。单元件堵塞对死区分布影响有限，但内外环同时堵塞或堵塞数量增至3个和4个时，死区体积分别占熔池总体积的17.31%和27.79%，且呈现集中分布。工业试验进一步验证，随堵塞元件数增多，终点平均氧含量与渣中全铁含量均显著上升，堵塞3个元件时较未堵塞分别恶化22.1%和24.5%。

回火温度对淬火态Cu-Cr-Ni超高强度耐候钢析出相、组织及力学性能的影响

余婷婷缪永成张可李景辉张明亚李勇黄重潘红波

过程工程学报. 2026, 26(5): 518-526. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225162

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本工作以淬火态Cu-Cr-Ni高强度耐候钢为研究对象，采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段，并结合拉伸和低温冲击等试验研究了回火温度对钢材料显微组织、强韧性及析出相的影响。结果表明，随着回火温度由500℃升高至600℃，实验钢的显微组织由板条状形貌的回火索氏体转变为非板条状，棒状渗碳体占比减少，球状渗碳体占比增加，MC (M为Ti, Nb, V或Mo)析出相尺寸减小，屈服强度和抗拉强度分别由935 MPa和958 MPa降低至866 MPa和888 MPa，-40℃冲击功和总伸长率不断增加，在600℃回火时达到峰值，分别为280 J和5.0%。当回火温度为550℃时，实验钢的屈服强度为895 MPa，抗拉强度为921 MPa，伸长率为4.3%，-40℃下冲击功为271 J，表现出较佳的强韧性匹配。这主要归因于渗碳体的球化和弥散分布的MC相粒子降低了应力集中以及针状α相回火产生的软化作用，从而展现出强韧性。

吡啶羧酸胍HOFs的氢键网络与N₂O/N₂吸附分离性能

贾利娜陈诗垚赵国英孙长宇

过程工程学报. 2026, 26(5): 527-538. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.226111

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高效捕获温室气体一氧化二氮(N2O)对缓解温室效应、实现资源回收具有重要意义。本工作以2,2'-联吡啶-5,5'-二羧酸和2,2'-联吡啶-4,4'-二羧酸为配体，成功构筑了两种吡啶氮位点异构的胍基氢键有机框架(HOFs)——2,2'-联吡啶-5,5'-二羧酸胍(G-5,5'-BPyDC)和2,2'-联吡啶-4,4'-二羧酸胍(G-4,4'-BPyDC)。通过单晶X射线衍射、热重分析、Hirshfeld表面分析及气体吸附实验，系统研究了配体结构异构对氢键网络、孔道环境及N2O/N2吸附分离性能的影响。结果表明，两种HOFs均通过N-H…O氢键构筑三维框架结构：G-5,5'-BPyDC的不对称单元含两个甲醇分子，其自由体积和表面积大于G-4,4'-BPyDC，而后者分子堆积更为紧密；两种材料的起始分解温度均≥290℃，表现出良好的热稳定性。Hirshfeld表面分析显示，G-5,5'-BPyDC中O-H/H-O与N-H/H-N氢键总贡献(32.0%)高于G-4,4'-BPyDC (29.7%)。气体吸附测试表明，在25℃, 4.0 MPa条件下，G-5,5'-BPyDC对N2O的吸附容量为2.32 mmol/g，高于G-4,4'-BpyDC (2.02 mmol/g)。IAST计算结果显示，G-5,5'-BPyDC对N2O/N2 (50∶50和10∶90)混合气的选择性分别达29.26和111.32，显著优于G-4,4'-BPyDC (6.61和17.03)。综上，吡啶氮位点异构可通过调控框架孔道极性及氢键网络，有效优化N2O/N2吸附分离性能，该研究为异构体设计策略提供了新思路。

多巴胺与聚乙烯醇协同改性PVDF膜的制备及油水分离性能

庞舒蕾吴海涛孙涵董延茂

过程工程学报. 2026, 26(5): 539-549. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225172

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面对石油开采及人类活动产生的大量含油废水，开发高效油水分离技术是保障生态环境安全与资源可持续利用的迫切需求。膜分离技术因高效便捷的优势，已成为含油废水处理的有效方案之一。为改善用于疏水分离膜的亲水/疏油性能，本研究以机械性能优良的聚偏氟乙烯(PVDF)疏水微滤膜为基体，首先通过仿生涂覆法在PVDF膜表面使多巴胺生成聚多巴胺(PDA)，再与聚乙烯醇(PVA)反应形成致密亲水层，制备改性膜，实现膜表面亲水/疏油特性。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及X射线光电子能谱(XPS)等手段对改性膜的形貌和组成进行了表征。通过测定水接触角、水下油接触角、乳液通量和截油率，全面评估了改性膜的油水分离性能。结果表明，最优工艺条件下制备的改性膜M3，其纯水通量可达4893.2±70.2 L/(m2?h)，对水包甲苯乳液的乳液通量为2138.1±29.4 L/(m2?h)，截油率为98.5%±0.1%。牛血清白蛋白(BSA)溶液的模拟污染和再生结果显示，M3改性膜通量恢复率可达92.0%，具有良好的防污性能。经酸、碱和盐溶液的浸泡试验证明，该改性膜具有良好的化学稳定性。本研究设计制备的PVDF改性膜具有简单、绿色、高效的特点，在油水分离领域具有良好的应用潜力，为油水分离膜的研究制备提供了新思路。

预浓缩萃取精馏分离乙腈-正丙醇-水三元共沸体系的模拟优化

薄守石王美玉李璎孙兰义

过程工程学报. 2026, 26(5): 550-560. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225195

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工业废水中常存在含多种共沸物的混合物，其相平衡的复杂性给分离带来了挑战。本工作对医药行业生产废水中的乙腈、正丙醇、水混合物进行分离研究。筛选出乙二醇为萃取剂，基于三元相图和剩余曲线设计了分离序列，进而搭建常规三塔精馏工艺、四塔预浓缩萃取精馏工艺和带有集成蒸馏塔的三塔预浓缩萃取精馏工艺。借助改进非支配排序遗传算法(NSGA-II)，以年总费用(TAC)、二氧化碳排放量(E_(CO_2 ))及热力学效率(η)为目标，对各工艺进行多目标优化，要求各组分质量分数达到99.9wt%，循环萃取剂质量纯度为99.99%。选择TAC最小的一组Pareto前沿解为最优解，与常规三塔流程相比，带有集成蒸馏塔的三塔预浓缩萃取精馏工艺TAC降低了41.2%，二氧化碳排放量降低了50.4%，热力学效率提升约102%，表明带有集成的预浓缩萃取精馏工艺是分离乙腈-正丙醇-水体系的高效节能、降本增效工艺。

稀土超晶格储氢合金的抗毒化性能及机理研究

何甜梦张亚杰薛晓艺张鹤张树彬王锦鹏王昊刘艳荣

过程工程学报. 2026, 26(5): 561-570. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225264

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本工作系统考察了体积分数为10-3的H2S和CO杂质气源对La0.65Mg1.32Ca1.03Ni9Y0.17合金储氢性能的毒化效应及再生行为。毒化过程以10次为一组经再生后再次循环(共20次毒化，2次纯氢再生)。结果表明，对比实验储氢合金，在22次纯氢循环中表现出一定容量衰减，但经473 K高温脱氢可有效恢复。在杂质气体环境中，该储氢合金经H2S和CO毒化10次后的容量保留率分别为3.56%和2.71%，473 K脱氢后均大幅回升；毒化20次后的容量保留率分别为3.68%和1.73%，经473 K高温脱氢后分别回升至40.35%和98.27%。表明杂质气体对储氢合金的毒化强度为CO>H2S，再生难度为H2S>CO。X射线衍射结果显示，储氢合金被毒化后转变为AB3H相，高温脱氢可恢复AB3主相。X射线光电子能谱分析揭示H2S毒化后储氢合金表面生成CaS和CaSO4，表明其为不可逆化学吸附；而CO毒化未产生新物质，显示其毒化作用主要为可逆吸附。该工作不仅阐明了杂质气体的差异化毒化机理，也为稀土超晶格储氢合金在复杂气氛下的储氢应用提供了理论支撑。

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