过程工程学报

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1. Li_0.98Ca_0.02Mn₂O₄的制备及其电化学性能

申明思袁海波张豆豆王京钮高田马扬洲孙雅馨

过程工程学报 2024, 24 (6): 746-752. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223075

摘要（286）

HTML （9）

PDF （3274KB）（591）

本工作采用水热结合后续高温煅烧法制备单相的尖晶石型结构Li0.98Ca0.02Mn2O4。结果表明，Li0.98Ca0.02Mn2O4晶粒形成的小团聚体内有孔型通道，利于与电解液有效接触，增加正极材料的活性位点，有效缩短了Li+的扩散路径。电化学性能表明，Li0.98Ca0.02Mn2O4呈现出优异的倍率性能，并且在1 C的电流密度下，初始放电容量为117.5 mAh/g，是未掺杂LiMn2O4样品的1.4倍，150圈循环后，容量保持率为80%，1000圈循环后，仍可保持60%的容量。Ca掺入晶格后，使晶格膨胀，有利于提高Li+的扩散能力；经计算，Li0.98Ca0.02Mn2O4样品的扩散系数为2.5×10-11 cm2/s，约为未掺杂LiMn2O4样品的1.6倍。

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2. La含量对高钛钢缓冷凝固组织及TiN析出行为的影响

万勇汤传圣杨光维张雪鉴温永红

过程工程学报 2024, 24 (7): 852-862. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223309

摘要（272）

HTML （6）

PDF （9953KB）（553）

本工作采用高温熔炼实验以及光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等方法，研究了四种La含量对高钛钢缓冷凝固组织及其钢中TiN析出行为的影响。结果表明，凝固冷速为0.17℃/s时，各实验钢凝固组织均为等轴晶。在低La含量(0.0013wt%)下，La体现出明显脱O, S, Al能力，因此其钢中主要生成LaAlO3, La2O2S；在高La含量(0.0052wt%, 0.0223wt%)下，La刚开始体现出明显脱O, S, Al能力，随着O原子的大量消耗，La的脱O, S能力快速增强。因此，其钢中主要生成La2O2S且部分La2O2S会依附于先析出的LaAlO3表面形核、长大。本实验钢中TiN主要析出于Liquid+δ两相区，LaAlO3, La2O2S优先于TiN析出且与TiN的错配度小是其易成为TiN异质形核核心的主要原因。当钢中La含量为0wt%, 0.0013wt%, 0.0052wt%, 0.0223wt%时，各实验钢中等轴晶粒平均尺寸分别为354, 223, 154, 126 μm，TiN面密度为42.2, 82.9, 86.3, 90.7个/mm2，TiN平均尺寸为7.8, 4.6, 4.5, 4.4 μm。

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3. 碳酸氢钠改性生物炭的制备及其吸附水中卡马西平的机理分析

张继欢张晋玮武文龙林嗣强李燕丁磊

过程工程学报 2024, 24 (9): 1106-1119. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223363

摘要（425）

HTML （23）

PDF （2886KB）（453）

本研究以农业废弃物丝瓜络为原材料，采用碳酸氢钠为活化剂，通过浸渍-热解法制备出了可高效吸附水中卡马西平(CBZ)的碳酸氢钠改性生物炭(SBC)，并通过表征手段分析了其表面形貌、孔径分布、官能团、石墨化程度等物理化学特征。通过批量实验研究了温度、投加量、pH等因素对SBC吸附水中CBZ的影响。结果显示，相比原始生物炭(BC)，SBC有着更高的比表面积531.43 m2/g和更丰富的孔径结构。CBZ的去除效率随着SBC投加量的增加而增加。溶液pH对CBZ去除的影响不明显。Sips模型可以更好地描述SBC对CBZ的吸附平衡规律，在298 K时的吸附容量可达125.52 mg/g。热力学分析表明SBC对CBZ吸附为自发吸热过程，且以物理吸附过程为主。通过对SBC的位点能量分布分析和密度泛函理论分析进一步探究了SBC对CBZ的增强吸附机理。结果显示氢键、π-π电子受体-供体和孔填充作用参与了SBC吸附CBZ的过程。甲醇可有效再生吸附饱和的SBC，经过四次吸附脱附循环后，SBC对CBZ的吸附量仍保持在68.132 mg/g。本工作以农林废弃物丝瓜络为炭源制备生物炭去除水中污染物，为同时实现农业废弃物资源化和消减环境污染提供了一条可行途径。

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4. 气液两相流体系下微反应器技术研究进展

叶欣然吴赞王海鸥樊建人

过程工程学报 2024, 24 (9): 1001-1015. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224035

摘要（738）

HTML （26）

PDF （3984KB）（428）

微反应器具有传热传质效率高、反应参数控制严格、易于放大、安全性能好等优势。微反应器技术与气液多相催化反应的结合是开发高效且可持续的化工生产技术重要手段。气液多相催化微反应器集成了催化反应和微反应器技术的优点，在化学合成中具有广泛的应用前景。根据非均相催化剂固定方式，气-液-固三相催化微反应器可以分为壁面负载式微反应器和填充床式微反应器。微反应器中多相流的流动和物质传递都会对微反应器性能产生影响，研究微反应器的气液两相流问题有利于指导高性能微反应器的设计和应用。本工作首先回顾了微反应器技术的特点，介绍了微反应器的结构优化方案，简述了微反应器中的气液两相流流型、传质特点和气泡破裂动力学。随后重点讨论了多相催化微反应器的应用实例以及面临的挑战。最后，结合以往的微反应器研究，对于未来气液两相体系下微反应器技术面临的挑战和发展趋势进行了展望。

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5. 富氧燃烧条件对加热炉板坯加热过程的影响

陆彪王行银胡青云陈燕陈德敏高靖

过程工程学报 2024, 24 (7): 805-814. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223306

摘要（336）

HTML （5）

PDF （4324KB）（421）

富氧燃烧具有提高理论燃烧温度、降低过剩空气系数和增强烟气辐射能力等优点，因此成为工业炉窑领域研究的热点。为了获得富氧燃烧布置形式及氧气体积分数对加热炉热工特性及板坯加热过程的影响，以某钢厂2250机组步进式加热炉为研究对象，建立了两种富氧布置形式(JC-1和JC-2)的燃烧模型，利用数值模拟研究了氧气体积分数从21vol%变化到49vol%时加热炉热工特性与板坯加热特性的变化。结果表明，JC-2工况的富氧燃烧布置形式优于JC-1工况；氧气体积分数为21vol%~37vol%时，加热炉板坯出炉温度、炉膛热效率的增长速率较高，因此37vol%为富氧燃烧最佳氧体积分数。本研究可为现有加热炉实施富氧燃烧改造提供参考。

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6. 富氧条件下CO选择还原NO反应催化剂研究进展

刘雅琦刘研吴珂邢立文连殿兴陈莫浩阳纪建军纪永军

过程工程学报 2024, 24 (3): 284-296. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223136

摘要（650）

HTML （15）

PDF （3784KB）（413）

氮氧化物(NOx)作为大气污染物之一，是导致酸雨、光化学烟雾的重要前体物，对农业生产和人类健康造成严重威胁。CO选择催化还原NO (CO-SCR)是一种很具有前景的脱硝技术，可以同时实现NO和CO两种有害气体的有效脱除，因而成为治理烟气的最理想方案之一。为了实现工业应用，CO-SCR脱硝技术应具有较低的反应温度(150~250℃)和较好的抗氧气中毒能力，因而开发富氧条件下CO还原NO反应催化剂是环境治理方面的迫切需求。本工作综述了CO-SCR催化剂在富氧条件下的研究现状及最新的研究成果，重点介绍了Pd基、Ir基、Mn基及Co基催化剂的研究进展，对活性组分、助剂、载体的选择分别进行了较为详细的阐述。分析了催化剂的制备方法、掺杂改性、反应条件等因素对CO-SCR催化剂性能的影响。讨论了O2, H2O, SO2对催化剂性能的影响，并总结了O2抑制CO-SCR反应活性的作用机制。最后，针对富氧条件下CO还原NO的难点和未来发展方向进行总结并给出建议。

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7. Cu基催化剂表面改性及其催化二氧化碳加氢制甲醇性能研究

杨强王刚李春山

过程工程学报 2024, 24 (10): 1166-1176. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224059

摘要（1303）

HTML （28）

PDF （3618KB）（392）

开发CO2加氢制甲醇高效Cu基催化剂对循环利用该温室气体具有重要意义。工作通过共沉淀、后浸渍法制备了系列助剂(Mn, In, Mo, Mg, Zr)改性的Cu/ZnO/Al2O3 (CZA)催化剂，并用固定床反应器评价了其CO2加氢制甲醇催化性能。采用CO2-TPD、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和H2-TPR研究了金属改性助剂对CZA物理化学性质的影响。此外，通过原位红外漫反射光谱表征揭示了CO2加氢制甲醇反应机理。结果表明，Mn改性CZA催化剂具有良好的还原性能、优异的CO2吸附能力和适宜的Cu+/Cu0比，恰当的Cu+/Cu0比例可促进甲氧基的稳定与转化，从而产生更多的甲醇。金属改性有助于增强铜与载体的相互作用，促进催化剂还原，抑制活性铜组分聚集。与未经处理的CZA催化剂相比，Mn改性催化剂表面具有更多中强碱性位点，有助于吸附更多的CO2，进一步加氢形成甲酸盐、甲氧基等中间体。CZA和改性CZA上CO2加氢生成甲醇反应机理遵循甲酸盐途径，甲氧基是关键中间体。Mn改性CZA催化剂由于较强的金属-载体相互作用，催化剂表面Cu纳米颗粒解离H2能力得到提高，载体中存在的间隙H有助于甲酸盐物种的产生，消耗的间隙H由表面Cu纳米颗粒解离出的H原子补充。改性催化剂中的间隙H存在和解离H2能力提升加速了中间物种的形成与转化，促进甲醇的生成。

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8. 磁性活性炭制备及其在水处理中的研究进展

汪前雨张玉明崔彦斌

过程工程学报 2024, 24 (3): 259-272. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223228

摘要（698）

HTML （23）

PDF （2257KB）（388）

活性炭具有比表面积高、孔隙结构发达、表面官能团丰富、化学性质稳定等优点，是水处理中常用的吸附剂。吸附饱和的活性炭需从水中分离并进行再生处理以供重复利用。但传统分离方法耗时长、收率低、成本高，难以高效地将吸附饱和的活性炭从水中分离，在一定程度上限制了活性炭在水处理中的应用。通过对活性炭进行赋磁处理可制备得到吸附容量高、易于分离回收的磁性活性炭。同时，磁性活性炭具有良好的催化活性，可用于在高级氧化反应中高效降解水中有机污染物。因此，磁性活性炭在水处理领域具有广阔的应用前景。本工作主要介绍了磁性活性炭制备方法、微观结构和物化性质，综述了磁性活性炭在污水治理方面的研究进展，总结了磁性活性炭的吸附特性和再生方法，并对磁性活性炭在水处理中的发展趋势进行了展望。

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9. 二氧化锆空心微球制备技术的主要进展

李保强金化成丁飞王纯袁方利

过程工程学报 2024, 24 (6): 627-635. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223297

摘要（498）

HTML （13）

PDF （1939KB）（370）

二氧化锆空心球形粉末是制备隔热防护涂层的一种重要原料，其中粉末的特点决定了涂层的性能，高质量的二氧化锆空心球形粉末的制备成为行业关注的热点。本综述分析了二氧化锆空心微球的国内外研究现状，介绍了二氧化锆空心微球的主要制备方法，包括模板法、溶剂热法、喷雾干燥法和等离子体烧结法等，并对它们的优缺点进行了简要总结。模板法在ZrO2空心微球形貌的控制上表现出色，但是存在模板合成及后续去除过程繁琐等问题，并且对于制备工艺的要求较高，容易造成材料的浪费以及空心微球的破坏。溶剂热法的反应条件相对苛刻，涉及到产品的后续分离及洗涤、干燥等过程，难以进行批量化制备。喷雾干燥法是批量制备球形空心颗粒的有效方法，但是制备得到的空心颗粒存在强度低、喷涂过程中易破损等问题。相对于其他制备方法，喷雾干燥法和等离子体烧结法联用制备得到的球形空心颗粒因具有球形度高、流动性好且粒度分布可控等优势，更有利于应用于涂层的喷涂制备上。

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10. 基于OpenFOAM的精馏塔内气液两相流传热传质模拟

焦云鹏周晓庆陈建华

过程工程学报 2024, 24 (4): 391-402. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223180

摘要（767）

HTML （16）

PDF （4117KB）（369）

对于精馏塔内的多相传质过程，计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)不仅可用于模拟流动现象，而且可以用于研究传热传质过程及其与流动的相互作用规律。基于之前精馏塔板气液流动模拟的研究工作，本研究应用OpenFOAM平台的多相流求解器，考虑了能量方程与组分输运方程，构建了精馏体系的传热传质模型，分别对环己烷-正庚烷理想体系与乙醇-水非理想体系进行了模拟，并分析了塔板上气液两相流动、组分浓度及温度等参数的分布规律。对于理想体系，理想溶液传质模型能够较准确地预测多层塔板上的温度及浓度场；对于非理想体系，需要在理想溶液传质模型的基础上引入活度系数模型，为此对比了UNIQUAC与NRTL两种活度系数模型的效果。在当前模拟框架下，引入活度系数模型有助于提升非理想体系温度场与浓度场的模拟精度，两种活度系数模型预测的整体趋势与文献结果基本一致，但在数值上UNIQUAC模型与文献结果吻合更好。此外，气液两相流场与浓度场分布的对比分析表明，液相的循环流动能够提升塔板的局部传质效率，导致液相入口与塔板堰处的效率高于塔板中心，但是循环区域内气液两相无法及时更新，将导致塔板整体传质效率下降。以上研究有望用于精馏塔板的设计与优化，为提高精馏塔传质效率、降低精馏能耗提供指导，对于其他气液两相流的CFD传热传质模拟也具有参考价值。

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11. 基于后燃烧技术的CFB锅炉低氮燃烧数值模拟

刘晓杰徐顺生孔润娟刘建波

过程工程学报 2024, 24 (8): 914-925. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224031

摘要（367）

HTML （4）

PDF （6337KB）（305）

为促进循环流化床(Circulating Fluidized Bed, CFB)锅炉氮氧化物(NOx)深度抑制，采用计算颗粒流体动力学(Computational Particle Fluid Dynamics, CPFD)方法建立了CFB锅炉全回路流动及燃烧数值模型，通过与锅炉运行数据的对比验证了模型的可靠性。耦合后燃烧技术后，分别研究循环流化床中过量空气比、一次风率和上下二次风比对炉膛燃烧和NOx排放的影响。结果表明，贫氧燃烧造成的高CO摩尔分数区有利于NOx还原。使用后燃烧技术后，炉膛还原氛围增强，NOx排放由174.6 mg/m3降至114.2 mg/m3。结合空气分级，优化一次风率及上下二次风比例后，CO排放由基础工况的3.4×10-5增至7.1×10-5，燃烧效率略微降低，NOx排放进一步减少。较优工况下，NOx排放由174.6 mg/m3降至76.3 mg/m3，NOx排放减少了56.3%，炉膛温度分布均匀。研究结果可为后燃烧技术应用于CFB锅炉提供理论支持。

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12. 正电子发射粒子示踪的关键技术与进展

李坤吴利芸陈平韩焱

过程工程学报 2024, 24 (4): 381-390. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223266

摘要（554）

HTML （19）

PDF （2513KB）（284）

多相流参数检测对工业过程装置的设计和优化至关重要，但其多尺度与内在复杂性限制了对多相流动过程的理解，在流动机制方面仍有许多关键问题尚未明晰。正电子发射粒子示踪(PEPT)是一种面向工业过程中复杂多相流的新型无扰、无损的核成像方法，利用γ光子探测对放射性标记的示踪颗粒进行三维动力学成像。由于γ光子具有高穿透性、不受电磁场影响等特点，使得PEPT在非透明复杂多相流检测上具有独特优势。目前主要应用于化工、食品、制药等工业领域内多相流动现象的测量和系统物理参数提取。然而，小型化示踪颗粒制备困难、多个示踪颗粒同时定位效果差等问题严重阻碍了PEPT技术的进一步应用和推广。本工作首先介绍了PEPT技术的基本原理；然后重点从示踪颗粒、算法、硬件系统、数据处理及应用等方面讨论了PEPT关键技术及其研究进展，并指出其中存在的问题和潜在的发展方向；最后，对PEPT技术的发展和应用进行总结和展望。

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13. 基于DA-CycleGAN的化工过程多工况故障诊断方法

陈文静代长春党亚固戴一阳吉旭

过程工程学报 2024, 24 (5): 618-626. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223316

摘要（553）

HTML （10）

PDF （1362KB）（275）

化工生产过程中可能会存在着多种运行工况。一方面，当生产工况变化时，故障诊断模型的性能会恶化。另一方面，由于故障是小概率事件，因此在新工况下只能获取到正常运行数据。为解决这些问题，提出一种基于二维循环一致性生成对抗网络(Cycle-Consistent Generative Adversarial Networks, CycleGAN)的多工况故障诊断方法。该方法首先利用二维CycleGAN捕获历史工况下各类故障的时空域特征，并将这些特征添加到新工况的正常数据中，用以构建新工况下的伪故障数据集。其次，使用领域自适应方法减少真实故障数据与生成数据间的分布差异，使故障知识更好地迁移到新工况中。利用田纳西-伊斯曼(TE)过程的十二个变工况故障诊断任务对所提算法进行性能测试，实验结果表明，该算法相比于直接利用历史工况下故障数据建模能提高平均故障诊断率3%以上，能有效提高模型在新工况下的故障诊断性能。

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14. 射频感应热等离子体制备锂离子电池硅基负极材料的研究进展

杨宗献董元江刘畅金化成丁飞李保强白柳杨袁方利

过程工程学报 2024, 24 (5): 501-513. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223230

摘要（504）

HTML （27）

PDF （7425KB）（271）

硅负极凭借其高理论比容量被认为是最具有应用前景的负极材料之一，但脱嵌锂过程中较大的体积变化严重限制了其实际应用。通过将硅负极纳米化，能够显著缓解体积效应、改善导电性及提高稳定性。射频感应热等离子体具有高温、瞬冷、可控、连续等优点，是制备高纯纳米硅基负极的重要手段。本工作综述了射频感应热等离子体制备锂离子电池硅基负极材料的研究进展。首先对热等离子体技术进行简要介绍，其次重点讨论了硅纳米球(Si NSs)、硅纳米线(Si NWs)、氧化亚硅纳米线(SiO NWs)、氧化亚硅纳米网(SiO NNs)、高硅含量氧化亚硅纳米线(SiOx NWs)、硅基硅铁合金纳米球(Si/FeSi2 NPs)等几种关键材料的热等离子体法制备及其在锂离子电池负极的应用，最后对热等离子体技术的发展进行了展望。

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15. 闪沸喷雾的研究现状与展望

高健洪润董文龙许年楚化强

过程工程学报 2024, 24 (3): 273-283. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223157

摘要（585）

HTML （17）

PDF （1493KB）（263）

通常将高温燃油进行喷射至低压环境中时发生的急速沸腾现象称为闪急沸腾(简称为闪沸)，合理地利用闪沸现象可以有效改善燃油喷雾的雾化效果、提高发动机效率。本综述总结了闪沸喷雾的相关理论，简要介绍了部分常用于观测闪沸喷雾的可视化技术。对比了不同燃料的闪沸喷雾的研究，归纳了不同燃料特性对闪沸喷雾的影响，总结了多组分燃料的闪沸喷雾特性；通过对非闪沸喷雾与闪沸喷雾研究现状进行对比，归纳了非闪沸与闪沸喷雾的坍塌机理与喷雾坍塌的影响因素。提出了闪沸喷雾可行的研究方向：多组分燃料的闪沸喷雾特性研究、闪沸喷雾坍塌机理研究以及抑制闪沸喷雾坍塌的研究。

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16. 循环流化床相似准则及数值验证

谢劲超张楠范天博刘新华

过程工程学报 2024, 24 (3): 326-337. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223135

摘要（440）

HTML （16）

PDF （3613KB）（259）

基于适用于同一装置的Shi相似准则和适用于不同装置的Horio相似准则，本研究提出了不受颗粒直径与反应器直径比限制的循环流化床流动相似准则。通过数值模拟方式验证了已有Shi准则在同一装置中的适用性，同时也是对所采用数值模型的验证，随后在不同比例装置中对本研究所提出的相似准则进行了模拟。对不同比例装置中气速变化、颗粒直径变化以及气速和颗粒直径同时变化的工况进行模拟，结果表明所提出的相似准则在固相浓度轴向分布、固相浓度径向分布和无因次速度径向分布上具有相似性，进一步通过压力波动特征探讨了宏观相似下的介观分布特征。

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17. 不同桨型组合淤浆聚合釜内固液悬浮特性研究

赵阳谢明辉向家伟刘肖肖李帅亮吕世军吴亮周国忠张庆华杨超

过程工程学报 2024, 24 (4): 403-413. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223210

摘要（607）

HTML （13）

PDF （5209KB）（259）

针对高密度聚乙烯搅拌式聚合釜物料体系，利用三叶后掠式搅拌桨HQ、抛物线圆盘涡轮式搅拌桨BTD、三宽叶旋桨式搅拌桨KHX、桨叶安放角δ分别为45°和75°的斜叶圆盘涡轮式搅拌桨ZY和平直叶圆盘涡轮式搅拌桨PY构成四种桨型组合，在直径T=480 mm的圆柱形有机玻璃搅拌槽内进行了固液悬浮实验。基于计算流体力学软件Ansys Fluent 2020R2，采用多重参考系法以及欧拉-欧拉多相流模型，研究了各桨型组合在30.71%固含率下的流场和固液悬浮状态。研究结果表明，转速小于250 r/min时，桨型组合2和3在搅拌槽内顶部会形成清液层；桨型组合1和4能在更低转速和更低功率的情况下达到物料的均匀混合状态，且桨型组合4比桨型组合1的功率消耗降低约30%，具有高效节能的效果。模拟获得的固含率分布趋势与实验所测数值吻合较好。模拟的流场表明桨型组合4和1的流型相似，可以有效避免桨型组合2和3在低转速下出现的清液层。

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18. 硝酸体系电解精炼制备高纯铜

李梦阳徐亮葛涛何瑞韩晓雨杨成赵卓

过程工程学报 2024, 24 (8): 955-963. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223333

摘要（736）

HTML （10）

PDF （2577KB）（258）

高纯铜具有优良的延展性、导热性、导电性及较为稳定的化学性质，在半导体材料、光电子等领域应用广泛。本研究采用硝酸体系作为电解质，以4N金属铜为原料，一步电解精炼制备纯度为5N的高纯铜，系统研究了H2O2添加量、电流密度、电解液pH、Cu2+浓度等因素对电解过程的影响。结果表明，硝酸体系电解精炼制备高纯铜的最佳工艺条件为Cu2+浓度为80 g/L、pH=1.0、H2O2加入量为0.10 mL/100 mL、电流密度为200 A/m2。在该条件下进行电解精炼，阴极沉积的高纯铜表面光滑平整，电流效率达到97%以上。对最佳条件下获得的阴极产物进行ICP-MS检测，其中S, Ni, Se, As, Sb, Pb, Bi等常见杂质元素含量均符合5N高纯铜的国家标准。

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19. 水蒸气催化烟气中CO气相氧化研究

刘斌汤正怡高杰春熠代梦博春铁军

过程工程学报 2024, 24 (12): 1435-1441. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224028

摘要（310）

HTML （2）

PDF （2643KB）（257）

铁矿烧结是钢铁行业仅次于高炉炼铁的第二大碳排放工序。烧结料面喷吹水蒸气可以提高烧结料层燃料燃烧效率，降低烟气CO排放浓度。本工作对烧结料面喷吹水蒸气在烧结过程中实现CO减排的机理进行研究，采用固定床实验模拟烧结料面喷吹水蒸气，研究了高温条件下水蒸气对CO气相氧化的影响。结果表明，气相体系中水蒸气对CO氧化有显著促进作用。CO气相氧化在无水的条件下几乎不发生，2.0%体积分数以上水蒸气显著促进CO氧化；水蒸气催化CO氧化反应起始于650℃，随温度升高反应不断加快，700℃及以上时会出现一个稳定连续的反应区间。随着通入水蒸气体积分数的增加，CO气相氧化的开始时间提前，持续时间延长。在O2和CO体积分数分别为2.0%, 2.5%的条件下，水蒸气体积分数为12.0%时促进CO氧化效率最高，CO氧化效率可达99.95%。该研究对完善烧结料面喷吹水蒸气技术理论，指导生产实践具有重要意义。

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20. 锂云母提锂技术研究进展

杨泓钟巍钟发平赵佳慧李栋张磊郭学益

过程工程学报 2024, 24 (11): 1251-1262. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224019

摘要（941）

HTML （22）

PDF （1677KB）（253）

锂及其化合物是现代工业不可或缺的材料，在电池、陶瓷、润滑剂等领域有着重要应用。尽管我国含有丰富的锂资源，但大部分赋存于盐湖卤水中，受资源禀赋和地理位置气候的限制，其产能无法满足我国新能源产业快速发展的需求，矿石提锂已成为重要的锂产品来源。江西宜春地区拥有我国最大的伴生锂云母资源，开发利用其中锂云母资源对保障我国锂资源的可持续发展具有重要意义。本工作综述了现有锂云母提锂工艺的原理和优缺点，在对现有方法的认识基础上，对酸法、碱法和盐法等典型锂云母提锂工艺进行了总结和评价，其中酸法工艺较为成熟，但存在浸出液除杂困难、提锂效率低和设备腐蚀问题；碱法工艺虽然提锂效率高，但其反应机理尚未明晰，废渣难以利用；盐法工艺虽然对锂的选择性高、工艺简单，但也存在能耗高、渣量大的问题。锂云母提取工艺的发展方向应致力于多种技术协同处理，实现有价元素高效、经济和环保的提取，为此提出了一些工艺改进的措施，旨在为未来工艺的研究、开发、优化和工业应用提供参考。

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21. 卧式混合器新型桨叶结构及其混合特性分析

李申谢林生李果王玉马玉录

过程工程学报 2024, 24 (8): 875-883. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223364

摘要（304）

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PDF （3092KB）（252）

对卧式混合器的桨叶结构进行开发，采用主、副叶片组合式的结构设计以提升混合器的混合效果。采用计算流体力学软件Polyflow探究了混合器的混合特性，分析了桨叶转速对混合器混合性能的影响，采用混合指数、分离尺度、平均拉伸率、对数拉伸率和累积解聚功表征了混合器的分散和分布混合能力，通过可视化实验验证了模拟结果的可靠性。结果表明，模拟结果与可视化实验结果呈现出一致性，新型桨叶结构的混合器内物料流动类型以剪切流动为主体，占比约85%，流场内平均拉伸率和平均对数拉伸率始终为正值表明其具有较好的分布和分散混合能力，桨叶转速的提高对流场内物料的流动类型影响较小，但能有效提高混合器的分布混合和分散混合的性能，当桨叶转速从30 r/min提高到120 r/min，混合器的横向分布混合平均分离尺度下降了50%，平均拉伸率提高了300%，平均累积解聚功提高了1500%。

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22. 颗粒湿法分级技术及氢氧化铝精准分级的研究进展

皮溅清王明理杨汝意张海东任晓娜黄青山李萍

过程工程学报 2024, 24 (6): 647-659. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223331

摘要（377）

HTML （10）

PDF （4811KB）（248）

随着电解铝行业的蓬勃发展，现代大型预焙电解槽和干法净化技术均需砂状氧化铝作为生产原料。但国内氧化铝企业生产多为中间状氧化铝或“准砂状”氧化铝，且颗粒粒度呈周期性变化，产品质量与世界先进水平差别较大，主要原因是原料差异及现有氢氧化铝颗粒分级技术不达标所致。因此，亟需研制高精准、高效率的氢氧化铝湿颗粒分级装置，实现大颗粒、较窄粒径的高质量砂状氧化铝(+80 μm≥90%，-45 μm<8%)生产。本工作首先对国内外常用的、规模化应用的湿法颗粒分级技术进行综述，对水力分级技术、湿法筛分技术及新型耦合分级技术进行分析，随后提出将水力分级与筛网分级相结合、可应用于氢氧化铝颗粒苛刻分级要求的新型“流化-筛分”精准分级方法，最后研制出可实现规模化连续生产的小试分级装置(3.3 m3/h)，且该方法通过了生产企业的现场侧线验证。该新型颗粒精准分级技术不仅有望在氧化铝行业实现节能减排、转型升级、降低生产成本并能取得显著经济效益，还可促进选矿、精细粉体行业的迅速发展，具有重要的实用和推广应用价值。

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23. 1-羟基辛叉-1,1-双膦酸捕收剂对白云鄂博铌矿中铌铁金红石的浮选机理研究

徐伟张敏于宏东陈芳芳彭冠李敬

过程工程学报 2024, 24 (12): 1442-1452. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224116

摘要（227）

HTML （4）

PDF （4707KB）（246）

本研究提出了一种改进的1-羟基辛叉-1,1-双膦酸(HOBA)合成方法，选取铌铁金红石(一种重要的白云鄂博代表性含铌矿物)作为研究对象，并对比研究了辛基异羟肟酸(OHA)。通过接触角、Zeta电位、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜-能量散射谱(SEM-EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法，系统研究了HOBA在人工合成铌铁金红石浮选过程中的作用机理。结果表明，在酸性条件下，HOBA与铌铁金红石表面离子形成螯合物，以化学吸附的方式稳定结合在铌铁金红石表面，显著增强其疏水性。相较于OHA，HOBA对铌铁金红石展现出更高的选择性，有效解释了HOBA在白云鄂博实际含铌矿物体系中浮选结果优于OHA的原因。此外，通过溶液化学计算分析探讨了浮选过程中HOBA与铌铁金红石表面离子之间的相互作用，进一步讨论了HOBA与铌铁金红石作用过程中Ce3+的抑制作用和Pb2+的协同增强作用的原因。研究表明，在合适的pH范围和离子条件下，HOBA可以作为白云鄂博铌铁金红石和其他含铌矿物的有效捕收剂，合成路线的优化使其具有工业化应用的潜力。

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24. 基于人工神经网络的流化床流场演化模拟

吴雪岩史天乐李飞于三三卢春喜王维

过程工程学报 2024, 24 (8): 904-913. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.224006

摘要（421）

HTML （18）

PDF （9961KB）（245）

计算流体动力学(CFD)是一种模拟流化床中复杂气固流动的常用方法，此方法计算效率较低，而人工神经网络(ANN)模型能克服这一缺点，实现高效计算。本工作结合CFD与人工神经网络，发展了一种快速获得流化床内流场演化的人工神经网络模型。该模型对颗粒浓度、气体压力和气固两相速度构建了不同的网络结构，以多相质点网格(MP-PIC)方法模拟流化床得到的结果作为数据集进行训练。验证结果表明，该人工神经网络模型成功实现了对流化床中的颗粒浓度、气体压力和气固两相速度的预测。在精度方面，三种网络结构模型均可准确预测一个时间步长的流场数据，在进行长时间流场预测时仍存在误差。在计算效率方面，人工神经网络模型的计算速度约为MP-PIC方法的13 000倍。

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25. 多孔PLGA微球作为新型冠状病毒疫苗佐剂的研究

邹龄娇张瑜岳华马光辉

过程工程学报 2024, 24 (3): 360-370. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223218

摘要（581）

HTML （19）

PDF （1841KB）（245）

聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)制备的纳/微颗粒已被证明具有良好的疫苗佐剂效果。现有研究中，对于PLGA疫苗递送微球的研究主要集中在抗原装载/吸附效率的提升或多佐剂共递送以增强免疫效果上。然而，对于微球结构本身的多样性在免疫效果提升方面的探索仍较为匮乏。通过对微球结构进行合理化设计，制备出多孔微球将抗原“后装载”到微球内部的方法或可实现抗原的无损装载与延长递送，从而开发出高效的新型冠状病毒疫苗递送佐剂。本工作以乳液法制备了PLGA多孔微球与实心微球，二者除了多孔微球具有内部空腔和表面小孔的独特结构外，在微球粒径、表面电势上均无显著区别。由于PLGA多孔微球内孔大、外孔小的特征，抗原投入浓度5.71 mg/mL时，包埋率达到10.81%。在延长抗原体内滞留时间上，相对于游离抗原3天的滞留终点和实心微球混合抗原5天的滞留终点，装载于多孔微球中的抗原的体内滞留时间延长至15天。在体液免疫效果的提升上，与新冠抗原混合实心微球疫苗组相比，装载新冠抗原的多孔微球疫苗组的IgG滴度上升速度最大值Vmax是其1.73倍，响应水平更高；达到Vmax的时间t比其提前了2.8天，起效时间更早；疫苗接种后6~16周期间，IgG抗体滴度均高于实心微球组，具有更优维持抗体滴度的潜力。

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26. 焦炭塔的CFD模拟与温度场调控

陈渤燕曹玉亭张勇孙国刚刘银东王路海

过程工程学报 2024, 24 (4): 414-424. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223145

摘要（375）

HTML （12）

PDF （4792KB）（244）

焦炭塔是石油化工中常见的重油轻质化利用的反应器，由于内部温度高，实验监测困难，加之内部流动、传热、反应过程复杂，塔内温度场分布不均匀，给反应过程的精准调控带来巨大挑战。本研究根据焦炭塔内气相、液相以及焦炭的分布规律，采用连续介质模型(欧拉方程)模拟气体、液相石油以及焦炭运动，并耦合三相间的传热模型和七集总反应动力学模型，建立了焦炭塔的多尺度计算模型。通过与釜式反应器焦化实验对比，验证了模型的准确性。进一步模拟了焦炭塔中试装置的进料和中间相沥青质成焦过程，研究了不同操作温度下焦炭塔内的流场、温度场分布以及产物的变化规律，从而为精准调控焦炭塔生焦过程提供依据。

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27. 气化炉激冷室中多相流动过程模拟与结构优化

袁炳郭进军李晓飞梁军辉李振祥龙晓东姜从斌

过程工程学报 2024, 24 (3): 315-325. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223196

摘要（402）

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PDF （5039KB）（237）

气流床煤气化技术是煤炭清洁利用的重要手段之一，气化炉作为气流床煤气化的核心设备，通常分为燃烧室和激冷室两部分。其中，下降管-上升管结构的激冷室在煤气化装置中广泛应用。本工作采用数值模拟的方法对激冷室中的气液两相流动进行研究，分析了激冷室中出现合成气从黑水管串气问题的原因，并针对串气问题提出了三种激冷室结构改进方案：延长黑水出水口(结构A)；向下延长上升管(结构B)；靠近黑水出口管方向，在上升管上增加挡板(结构C)。模拟结果表明三种改进方案均能够避免串气问题。此外，还对不同结构激冷室黑水池中液固两相流进行了数值模拟，研究激冷室结构对不同粒径灰渣颗粒带出率的影响，结果表明，结构C的激冷室灰渣带出率最小，其次为结构A，这两种结构方案适用于对滤饼无回收利用的情况；相比原始结构，结构B对粒径≤20 μm的颗粒带出率较高，大颗粒带出率降低，更适合对滤饼中残碳回收利用的情况。

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28. 终轧温度对低屈强比桥梁耐候钢组织及力学性能的影响

刘文胜张可徐党委孟少博黄重夏志升张明亚孙新军

过程工程学报 2024, 24 (4): 462-469. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223247

摘要（409）

HTML （4）

PDF （2801KB）（228）

采用Gleeble-3800热模拟试验机、拉伸试验机、显微硬度计等设备，并结合光学显微镜(OM)和电子背散射衍射(EBSD)等表征方法，研究了终轧温度对Cu-Cr-Ni低屈强比桥梁耐候钢组织和力学性能的影响，并阐明了其具体的变化机理。结果表明，终轧温度880℃下的Cu-Cr-Ni桥梁耐候钢组织为粒状贝氏体，随着终轧温度由880℃降低至800℃，组织中出现针状铁素体并逐渐增多；M/A岛的平均尺寸由1.3 μm增大至3.3 μm，且面积分数由21.7%增大至32.3%；基体中的位错密度显著升高，主要是由基体回复程度大幅降低导致的。此外，Cu-Cr-Ni桥梁耐候钢的硬度及屈服强度随着终轧温度的降低而有所升高，屈服强度由435 MPa增大至496 MPa，抗拉强度基本不变，约为710 MPa，这是由显微组织中的针状铁素体、M/A组元和位错密度等因素共同决定。屈强比增大但总体低于0.7，塑性略有提高。

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29. 气固鼓泡床结构双流体模型及其模拟验证

罗节文王雅彬李稳王国胜赵碧丹王军武

过程工程学报 2024, 24 (4): 435-444. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223225

摘要（565）

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PDF （3392KB）（226）

气固鼓泡流化床因具有较好的传热传质特性已被广泛应用于工业生产，而气泡这类非均匀结构普遍存在于流化床中，它显著影响流化床内动量、能量和质量传递以及化学反应过程。合理描述非均匀结构与三传一反的定量关系对提高连续介质模型模拟的准确性至关重要。结构双流体模型在控制方程及本构关系方面均考虑气固系统内非均匀特性的影响，是一种逻辑自洽、完备地考虑了介尺度结构的全新连续介质模型；本研究拓展了结构双流体模型应用于鼓泡流化床的数值模拟，在构造控制方程时将系统划分成颗粒主导的乳化相和气体主导的气泡相这两类相互渗透的连续流体，同时构造本构关系时涉及的气泡直径、乳化相固含率及黏度等均考虑非均匀结构影响。模拟结果表明，结构双流体模型可成功预测鼓泡床系统内的气固流动特性，同时确定气泡直径影响稀/密相相间相互作用，对模拟结果影响显著。

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30. 管式旋流气液分离器流场特性与分离性能研究

张明孙欢王强强陈家庆尚超李想王春升孔令真

过程工程学报 2024, 24 (7): 772-782. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.223312

摘要（769）

HTML （13）

PDF （6151KB）（209）

管式旋流气液分离器因具有分离效率高、结构紧凑等优点而受到广泛关注，但能否适应入口气含率大范围变化是制约其实用性的关键。本工作考察了能够适应气含率大范围变化的管式旋流气液分离器，采用计算流体力学(CFD)，结合空气-水介质体系下的实验测试，对其流场特性和分离性能进行研究。CFD数值模拟结果显示，入口气含率在10%~90%范围内变化时，气相分离效率均大于80%且变化幅值小于9.9%，液相分离效率均大于97%且变化幅值小于2.2%。实验测试结果显示，入口气含率在9.4%~89.2%范围内变化时，随入口气含率增加，气相出口的含液率逐渐减小而液相出口的气含率逐渐增加，气相出口的含液率均小于4%，除液体流量为12 m3/h的工况外，其他工况下液相出口气含率始终小于10%。对比不同液体流量下的气相分离效率和液相分离效率，液体流量为8 m3/h时分离性能最佳。CFD数值模拟结果与实验测试结果略有差异，但整体变化趋势一致，可作为结构放大设计的有效手段。研究结果表明，管式旋流气液分离器整体采用“强旋流+弱旋流+重力”的作用形式，具有较高的分离效率和良好的抗工况波动性能。

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