过程工程学报

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过程工程学报. 2026, 26(8): 0.

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污泥处理与资源化过程的多角度综合评价研究进展

任欣然杨明雪崔天傲王忠强吕龙义刘晓阳张杰高文芳

过程工程学报. 2026, 26(8): 813-829. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225284

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在工业化背景下，污泥处理和资源化是“双碳”目标下的重点领域之一。本工作针对污泥处理与资源化过程，总结了污泥处理技术的评价方法，系统探讨了应用较为广泛的环境、经济、碳足迹评价的方法与研究进展。环境影响评价部分重点关注生命周期评价中能源使用对全球变暖潜力、环境酸化和毒性潜力等关键指标的影响，发现电力、燃料使用和能源利用率与环境影响类别显著相关；技术经济评价综合评估经济收支和总经济表现情况，表明电力回收和沼气发电具有显著的经济效益；碳足迹评价则对温室气体排放量和总碳排放情况进行分析，结果表明相较于减少电力使用，能源回收的减排潜力更为可观。此外，能源和风险评价也日益受到关注。基于上述内容，本工作提出基于环境影响、技术经济、碳足迹分析、风险、能量、物质流分析的“6A”多角度评价体系，为污泥管理决策提供了全面的支持，有助于推动符合环境保护目标和气候目标的可持续污泥处理实践的发展，为污泥处理领域的政策制定和技术优化提供了有价值的指导。

基于CFD-DPM的通风除尘组合弯管冲蚀与压降特性的数值模拟

李明月刘新宇印心如艾良林琦鲁进利仲怀玉钱付平

过程工程学报. 2026, 26(8): 830-837. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225239

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基于CFD-DPM双向耦合模型对通风除尘系统Z型组合弯管进行数值模拟，并结合响应面法(RSM)建立预测模型，分析弯径比(k=R/D)、入口速度(u)、颗粒质量流量(?)、颗粒粒径(dp)及弯头连接长度与管径比(H/D)对最大冲蚀率(EMax)和压降(?p)的影响。结果表明，EMax随k增大先减后增，k=2~3时最小；EMax随H/D增大先减后增，H/D=2~3时较低；EMax与?p均随u显著上升(u=32 m/s时?p增至u=16 m/s时的3倍)；EMax和?p与?呈正相关；EMax随dp增大先增至峰值(150 μm)后下降，?p基本不变。而整体Z型管的最大冲蚀率(EMax)由两弯头协同作用决定，第一弯头平均冲蚀率更高(覆盖范围广)，但第二弯头的冲蚀更集中。基于多目标优化获得兼顾低冲蚀与低压降的最优参数组合为：H/D=2.7, k=3.6, u=20 m/s, ?=6×10-5 kg/s, dp=208 μm，可为除尘系统耐磨节能设计提供依据。

双折弯宽斜叶桨气液搅拌釜内分散特性数值模拟

张礼伟陈天保徐冠群陶兰兰周勇军

过程工程学报. 2026, 26(8): 838-846. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225257

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基于计算流体力学-群体平衡模型(CFD-PBM)方法，对双折弯宽斜叶(DBWS)桨气液搅拌釜内不同转速(N)和通气速率(QG)的气含率进行了模拟研究，并在特定工况下对DBWS桨与Rushton (RT)桨的分散特性进行对比研究。结果表明，DBWS桨釜内气含率均会随着转速和通气速率增大而增大，但过大的通气速率会使釜内气含率失稳，从而影响气液传质稳定；与RT桨相比，DBWS桨的气体分散效果更好，DBWS釜内的气含率稳定值更大，0~2 mm的小尺寸气泡占比明显更高，气体能在全釜范围内与液体进行更有效地接触，另外，DBWS桨产生的涡结构更为细长且连续，这可以有效避免气泡聚并形成气穴。研究结果可为双折弯宽斜叶桨在实际工程中的应用提供参考。

基于变分注意力Transformer编码器的催化裂化装置故障检测

覃小龙戴一阳

过程工程学报. 2026, 26(8): 847-856. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225296

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催化裂化是石化行业重要生产环节，是提取原油中轻质油品的重要手段。流化催化裂化(Fluid Catalytic Cracking, FCC)生产过程复杂，生产条件严苛，设备繁多。催化裂化过程安全需求高，故障数据只占据小比例，并且其生产过程波动大，二者共同作用会导致故障检测模型性能恶化。为解决这些问题，本研究提出一种基于变分注意力(Variational-Attention-Transformer-Encoder, VATE)的故障检测方法。该方法基于催化裂化模拟器构建生产数据集，模拟了4个不同程度下正常工况生产过程波动以及8类催化裂化过程故障，VATE将变分机制融入注意力算法，通过后校验信息更好地学习催化裂化过程的多波动生产的工况，构建更符合场景的注意力机制，通过重构误差以及核密度估计(Kernel Density Estimation, KDE)确定检测阈值，进行故障检测。在催化裂化多波动生产过程数据集验证其有效性，实验结果表明，与主成分分析、自编码器、变分自编码器、长短期自编码器、长短期变分自编码器、Transformer-Encoder等方法相比，VATE在催化裂化多波动工况下可实现更准确的检测，取得94.64%的最优故障检测率。

聚丙烯酰胺与聚氧化乙烯强化褐铁矿脱水的机理与效能对比研究

何健冬王堃张鹏鹏高志芳闵凡飞李明阳

过程工程学报. 2026, 26(8): 857-864. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225244

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本工作研究了聚丙烯酰胺(PAM)和聚氧化乙烯(PEO)作为助滤剂对褐铁矿脱水效果的影响及其作用机制。通过沉降试验、脱水试验和板框压滤试验，结合Zeta电位、红外光谱、粒度分布和扫描电镜分析，系统评估了两种药剂的脱水性能与机理。结果表明，PAM和PEO均能显著降低滤饼含水率，在最佳用量(PAM 20 g/t, PEO 10 g/t)和酸性条件(pH=2)下，滤饼含水率分别降至17.42%和16.55%。当采用板框压滤模拟工业过程、压榨压力为0.8 MPa时，滤饼含水率进一步降至16.85% (PAM)和15.88% (PEO)。机理分析表明，PAM主要通过静电斥力和吸附架桥促进颗粒絮凝，PEO则通过形成络合物和增强疏水性改善过滤性能。本研究为褐铁矿高效脱水提供了理论依据和技术支撑，有助于降低烧结球团过程的能耗，提升生产效率。

Na-ZSM-5用于变压吸附富集低浓度甲烷的研究

杨旭李小敏唐轩周阳李晋平杨江峰

过程工程学报. 2026, 26(8): 865-873. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225298

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低浓度瓦斯(CH4)的富集回收利用对于减排温室气体和提升煤炭伴生资源利用率具有重要意义，利用变压吸附工艺是实现CH4富集的重要途径。构建了四塔五步(充压-吸附-均压降-真空-均压升)变压吸附实验装置，以Na-ZSM-5分子筛为吸附剂，8vol% CH4/92vol% N2混合气作为研究对象，系统探究了吸附时间和进料流量对富集性能的影响。结果表明，在单循环处理量为1.8×10-3 m3/kg、吸附时间540 s、进料流量4 L/min的最优工艺条件下，产品气CH4纯度达到14.6%，回收率保持83.0%，产率达到0.82 m3/(h?tadsorbent)，能耗约为0.82 kWh/Nm3。

蒸馏温度与时间对真空蒸馏分离磷铁中锡的影响

郭文波俞小花蔡昌礼耿家维

过程工程学报. 2026, 26(8): 874-887. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225331

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为研究磷铁中污染锡在真空蒸馏条件下蒸馏温度和蒸馏时间对物料脱锡率的影响，本工作结合真空蒸馏分离理论开展分析。理论计算表明，通过控制蒸馏温度和真空压力可将大部分锡与磷铁物料分离。本研究以含锡较高的磷铁物料为研究对象，以真空感应熔炼炉为真空蒸馏分离设备，在10 Pa真空度下研究了蒸馏温度和蒸馏时间对含锡磷铁分离效果的影响。实验结果表明，随蒸馏温度提高，脱锡率迅速上升，当蒸馏温度超过1873 K时脱锡率达到峰值，继续提高蒸馏温度脱锡率几乎无变化。在1823 K蒸馏温度时，适当延长蒸馏时间有利于提高脱锡率；而在1873 K蒸馏温度下延长蒸馏时间脱锡率提升不明显。经工艺优化得到含锡磷铁最佳蒸馏工艺条件为：在10 Pa真空度下，蒸馏温度1873 K、蒸馏时间60 min时，物料脱锡率可达99.6%，冷凝物中Sn含量约90.5wt%。理论分析表明最佳蒸馏温度为1820 K，与实验结果存在偏差，源于实际体系中杂质元素会导致活度系数降低，使熔体表现出非理想溶液特性。

碳化作用下水泥混凝土中重金属浸出特性

宣俞龙宋羿昊郭明磊吕忠

过程工程学报. 2026, 26(8): 888-897. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225148

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在水泥窑协同处置含重金属废弃物的生产过程中，窑内环境对重金属离子具有高效的固化作用，部分重金属经由熟料进入水泥，致使水泥制品使用过程中存在重金属离子浸出风险。碳化作用能降低混凝土材料的碱度、改变其物相和微结构，增加重金属离子的浸出风险。基于某水泥厂水泥窑协同处置城市污泥生产的熟料中含有锰、铬等元素超过或接近限值，本工作研究了水泥中重金属含量相对较高条件下混凝土的抗碳化性能及碳化作用对混凝土重金属离子浸出特性的影响，评价了重金属浸出量对环境安全的危害性。结果表明，较高重金属含量对水泥混凝土的抗碳化性能影响较小，其碳化深度随时间的发展规律类似于普通混凝土；Mn等重金属能被很好地固化于水泥混凝土内，不易浸出；而Cr元素及Cr6+的固化效果较差；碳化作用使混凝土碳化区域中Cr元素及Cr6+的浸出量增大；尽管水泥熟料内Cr含量符合生产限值要求，但碳化作用下水泥制品中Cr6+的长期累计浸出量可能超出地表水质量标准的限值。

功能化海藻酸钠水凝胶复合膜的制备及其吸附Pb²⁺的行为分析

边子琦郭宇吴红梅龚亚丽张姗丁长胜

过程工程学报. 2026, 26(8): 898-910. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225291

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本研究通过将3-氨丙基三甲氧基硅烷功能化海藻酸钠与3-脲丙基三甲氧基硅烷功能化MCM-41分子筛进行复合，成功构建了一种高效吸附铅离子(Pb2+)的海藻酸钠水凝胶复合膜(U-MCM-41@ASA)。功能化MCM-41分子筛嵌入海藻酸钠水凝胶网络中，显著增加了吸附活性位点，提高了海藻酸钠水凝胶复合膜的吸附性能。采用多种表征手段对U-MCM-41@ASA复合膜的微观结构、表面形貌、官能团种类、表面化学状态及其热稳定性进行了系统分析。结果表明，U-MCM-41均匀分散于海藻酸钠基质中，且表面富含氨基等活性基团，为Pb2+的吸附提供了丰富的吸附位点。U-MCM-41@ASA复合膜对水溶液中Pb2+的去除主要依赖于膜表面有机官能团与Pb2+的配位螯合作用、静电吸附作用和离子交换作用。吸附动力学和吸附热力学分析表明，该吸附过程是一种自发、吸热的熵增行为，符合准二级动力学模型与Langmuir吸附等温线模型。当复合膜用量为15 mg、溶液pH为5.5、吸附温度为45℃、Pb2+初始浓度为200 mg/L、吸附时间为240 min时，U-MCM-41@ASA复合膜对Pb2+的最大吸附容量达到266.67 mg/g。此外，该复合膜经过重复使用5次后，其吸附容量仅下降10%。U-MCM-41@ASA复合膜具有较好的吸附性能和优良的再生性能，还具有制备工艺简单、环境友好等优势，在含铅废水处理领域展现出良好的应用前景。

正丁醇-乙酸正丁酯-离子液体液液相平衡测定与关联

刘嘉慧王洋洋辛华张志刚王文俊张亲亲

过程工程学报. 2026, 26(8): 911-920. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225187

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乙酸正丁酯是重要的有机化工原料，广泛应用于涂料、油漆、油墨、印刷、电子工业、皮革加工等领域。正丁醇酯化法是制备乙酸正丁酯的主要方法，此过程会产生正丁醇和乙酸正丁酯的混合物，需对二者进行分离。然而，常压下二者会形成共沸物，传统精馏无法实现高纯分离。本研究基于COSMO-RS理论的COSMOthermX软件，以选择性为主要指标，结合离子液体黏度等因素，筛选出1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([EMIM][AC])、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二甲酯([EMIM][DMP])和1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([EMIM][DEP])三种离子液体作为萃取剂。在常压、303.15 K下，测定了正丁醇-乙酸正丁酯-离子液体三元体系的液液相平衡(LLE)数据，采用Othmer-Tobias, Bachman和Hand方程对LLE数据进行可靠性检验，通过选择性和分配系数比较三种离子液体的萃取性能，并使用非随机双液体(NRTL)模型对LLE数据进行关联。最后，通过σ-profile和σ-potential分析，对三种离子液体萃取分离正丁醇-乙酸正丁酯共沸体系机理进行了探讨。结果表明，Othmer-Tobias, Bachman和Hand方程对三元LLE数据的线性相关系数R2均大于0.95，实验所得相平衡数据具有较高的可靠性；三种离子液体的分配系数和选择性均大于1，均可用于分离正丁醇和乙酸正丁酯混合物，分离性能大小顺序为[EMIM][AC]>[EMIM][DMP]>[EMIM][DEP]；NRTL模型计算值与实验结果的RMSD均小于3%，NRTL模型描述本研究三元体系的LLE行为具有良好的适用性；离子液体与正丁醇间具有更强的氢键相互作用，因此，离子液体可将正丁醇从其与乙酸正丁酯的混合物中萃取分离，三种离子液体与正丁醇的相互作用大小顺序为[EMIM][AC]>[EMIM][DMP]>[EMIM][DEP]。

硅酸镁铝包覆FeSiAl磁粉的预热处理对磁粉芯性能的影响

王力孙旗盛汝昌赵利明冒爱琴郑翠红

过程工程学报. 2026, 26(8): 921-928. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225181

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本工作以层状硅酸镁铝凝胶为气雾化球形FeSiAl合金磁粉的包覆剂，并对包覆改性后的磁粉进行预热处理，系统研究预热处理工艺对FeSiAl磁粉表面微观结构及复合磁粉芯性能的影响。结果表明，硅酸镁铝在FeSiAl磁粉颗粒表面均匀包覆；包覆磁粉在热处理后，包覆层内硅酸镁铝层间羟基(-OH)脱除，磁粉表面Fe0和Fe2+所占比例下降，同时单质Al和Si发生氧化，Al3+和Si4+含量增加。预热处理过程中，磁粉内发生再结晶导致晶粒尺寸增大，晶格畸变消除使晶胞参数减小，矫顽力(Hc)显著降低，内应力的释放使饱和磁化强度增大。此外，预热处理后，磁粉颗粒存在少量团聚现象，制备的复合磁粉芯密度(ρ)下降，有效磁导率(μe)显著降低。磁粉预热处理前后，复合磁粉芯涡流损耗(Pe)无明显变化，但磁滞损耗(Ph)大幅下降，导致功率损耗(Pcv)明显减小。当硅酸镁铝包覆量为1.0wt%时，相较于未预热处理的包覆磁粉，复合磁粉芯μe由86.0降低至50.2；在磁感应强度100 mT、频率50 kHz下，Pcv从181.5 kW/m3降至103.0 kW/m3。在复合磁粉芯相同制备条件下，随硅酸镁铝包覆量增加，复合磁粉芯μe下降，但Pcv无明显变化。

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