过程工程学报

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过程工程学报. 2026, 26(1): 0.

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FCC催化剂成胶过程搅拌桨优化

冯鑫曾国庆陈杰段晓霞肖辉符荣华王成强邢恩会

过程工程学报. 2026, 26(1): 1-10. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225081

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流化催化裂化(FCC)催化剂成胶过程中的物料具有复杂的流变特性，是具有剪切变稀行为的假塑性流体。为强化FCC催化剂成胶搅拌釜内的混合效果，采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法，结合旋转流变仪获取的流变性质表征，探究不同搅拌桨构型对高黏、变黏体系的混合效果。基于新型折叶桨设计多层组合桨，实现成胶搅拌釜内流场和剪切速率分布均匀，减少了釜内高黏弱混合区，提高了混合效率。基于标记网格法，比较不同组合结构下的混合时间。结果表明，多层搅拌桨组合(下层直叶+中层折叶+上层斜叶)可以显著缩短混合时间。

基于OpenFOAM-DEM的相变微胶囊悬浮液层流传热特性研究

鲁进利吴雅勤韩亚芳王昌龙孙彦红陈星雨

过程工程学报. 2026, 26(1): 11-19. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225070

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基于OpenFOAM平台的DEM模型对长直圆管内相变微胶囊悬浮液固-液两相流动与传热进行了数值模拟，对颗粒质量分数、壁面热流密度以及雷诺数等参数在流动与传热特性方面所产生的影响展开了讨论。由于边界层效应，颗粒浓度呈现靠近壁面处大、主流区域小的分布特征，且主流区内颗粒分布不均匀性随颗粒质量分数增大而逐渐增强，当颗粒质量分数为10wt%时，颗粒分布不均匀性最为明显；由于融化吸热和颗粒扰动，颗粒质量分数对悬浮液的温度分布和传热强化具有显著影响；随着热流密度增大，融化区域逐渐向管道轴心延伸；管道内悬浮液局部Nux增大幅度与雷诺数增加幅度不同步，在实际中需要综合考虑热流密度、流速与颗粒质量分数三者的协同效应。

舌槽型静态混合器内高效换热流体的性能评估

禹言芳张梦琼孟辉波

过程工程学报. 2026, 26(1): 20-29. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225131

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随着工业设备向高性能和高密度方向发展，有效换热已成为工业应用的重中之重。针对Re=2000~17 000的湍流工况，采用计算流体动力学(CFD)方法开展数值模拟研究。通过引入舌槽型静态混合器(TGSM)作为强化换热、降低能耗的设备，对比分析了SiC/SWCNT-H2O, Al2O3/SWCNT-H2O和Al2O3/SiC-H2O三种新型混合纳米流体及液态金属溶液的流动与换热特性。结果表明，与Kenics静态混合器(KSM)相比，TGSM具有显著的压降优势，在相同工况下KSM的流动阻力比TGSM高出3.5~4.9倍。液态金属/纳米颗粒的加入使流体的对流换热系数(h)提高0.08~8.64倍。SiC/SWCNT-H2O在TGSM内展现出最优的换热性能，其综合性能评价标准(PEC)的范围为4.67~7.33，同时能使场协同数提高5.09~6.81倍，并使熵产ST降低87.2%~89.2%。

锂电池用铈改性纳米纤维素膜Ce-CNF的制备及其性能研究

娄硕黄勇康鹏

过程工程学报. 2026, 26(1): 30-38. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225121

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纳米纤维素具有环保、低成本、热稳定性高以及电解液浸润性好等特点，在锂电池隔膜领域受到广泛关注。本工作以稀土金属离子和纳米纤维素纤维(CNF)为原料，制备了一种具有优异热稳定性和高润湿性的铈改性纳米纤维素膜Ce-CNF。稀土离子通过对纳米纤维素纤维间氢键重构，调控纳米纤维间的氢键强度，显著改善了CNF分散性较差的问题。与常规纳米纤维素膜相比，使用铈改性的纳米纤维素膜组装的电池表现出更好的加工性和电性能。改性后的0.050% Ce-CNF隔膜与电解液接触角(18.7°)，相比于聚丙烯(PP)的42.3°更小，离子电导率更高。3 C倍率下比容量相比于PP隔膜提高13 mAh/g，且3 C倍率充电后再进行0.1 C倍率充电无容量损失。铈离子改性有效改善了纳米纤维素膜对锂电池电解液中的有机溶剂不耐受的问题，有希望成为下一代高安全和高性能电池隔膜的候选方案。

固含率对难处理金矿生物氧化微生物活性的影响

郭嘉乐陈彦臻张广积杨超

过程工程学报. 2026, 26(1): 39-46. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225168

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为确定固含率导致的剪切摩擦作用对生物氧化微生物活性的影响，本研究采用粒径接近矿石颗粒的100 μm二氧化硅微球颗粒作为固相替代物，在10 L搅拌反应釜中，对工业常用的氧化亚铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferrooxidans, L.f)和喜温嗜酸硫杆菌(Acidithiobacillus caldus, A.c)的微生物氧化性能进行探究。实验表明，对于L.f，随着体系中固含率提升，其氧化速率显著减缓，反应时间延长，微生物氧化活性有所降低。在挡板作用下，剪切摩擦对微生物造成的损伤效应更加明显，当固含率达25% (w/v)时已造成明显活性损伤。而对于A.c，固含率的提高强化了剪切摩擦作用，也会使其氧化性能下降。挡板的加入有利于破碎气泡，提高溶解氧浓度，对A.c的氧化过程有一定补偿作用，即使在30% (w/v)的高固含率下，该菌种仍可保持较好的氧化效果。

非均匀润湿性图案化聚结滤材设计及过滤性能研究

黄雪松尹琦岭李楹张丽吕倩梅李晓伟常程

过程工程学报. 2026, 26(1): 47-55. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225077

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天然气管道运输过程中，气体内夹杂的液滴在输气管道内部沉积后将导致气体输送阻力增大，同时也会造成设备损坏和腐蚀等问题。聚结过滤可有效分离气体中的液态杂质，然而过滤材料效率越高其阻力也随之增大。针对实际工业过程高效低阻过滤材料的研发需求，本工作以玻璃纤维滤材为介质，通过表面改性方法制备得到具有非均匀润湿性图案化结构材料，进而探究条状图案排布方式、图案间距与数量及滤材层数对滤材过滤性能的影响。结果表明，滤材改性区域进行交错排布及重叠排布均能够降低压降，且疏油区域越分散，压降降低越明显；图案间距为5 mm且图案数量为16时，滤材具有最低的饱和度和稳态压降，其中稳态压降相较于未改性滤材降低37%；针对多层图案化滤材，层数相同时，最优图案化排布滤材内液体运移路径更短，压降降低效果更为显著。

基于铝热还原焙烧-石灰浸出的失效锂电池选择性提锂技术

张喃喃王琼杨成张王兵丁振华姚永林田勇攀徐亮赵卓

过程工程学报. 2026, 26(1): 56-64. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225144

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失效锂离子电池的高效循环利用对生态环境保护与新能源产业的可持续发展具有重要意义。针对现有联合回收工艺存在成本高、易产出废气等问题，本研究提出钴酸锂正极材料铝热还原焙烧-石灰浸出的选择性提锂新方法。采用HSC Chemistry软件对钴酸锂的铝热还原过程进行热力学分析，确定了可行的反应路径。随后，系统考察了焙烧温度和还原剂用量对选择性提锂及产物物相组成的影响规律，同时研究了浸出温度、时间和氧化钙用量对选择性提锂效果的影响，并通过XRD, SEM-EDS, XPS等技术对焙烧产物和浸出渣进行表征。结果表明，钴酸锂铝热还原反应在热力学上具有可行性；在焙烧温度650℃、铝粉用量25wt%的最优焙烧条件下，LiCoO2高效解离并转化为LiAlO2和CoO；后续在浸出温度70℃、浸出时间1.0 h、氧化钙用量为理论用量2倍的最优浸出条件下，94.7%的Li实现选择性高效浸出。与传统方法相比，该方法具有热处理过程无废气产生、回收流程短、成本低、有价金属回收率高等明显优势。该方法可为失效锂电池中锂元素的短流程、低碳回收提供一种环保且经济可行的解决方案，为二次资源的可持续利用提供新思路。

带有分相器的热泵变压精馏分离苯/正丙醇/水的控制结构研究

孙清波彭择孔翟建郝春波冷雪菲

过程工程学报. 2026, 26(1): 65-80. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225105

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变压精馏技术在分离三元复杂共沸物方面具有显著优势，本工作提出一种带分相器的新型变压精馏方案，用于分离苯/正丙醇/水三元复杂共沸物系；引入热泵精馏技术后可提高能源利用率，但其动态控制研究仍较为匮乏。为填补这一空白，本研究对两种工艺的可控性展开分析。研究中采用斜率确定温度灵敏板，针对带有分相器的新型变压精馏(NPSD)设计了基础控制结构CS1和高鲁棒性控制结构CS2；针对耦合热泵工艺(NPSD-HP)提出基础控制结构CS3、前馈控制结构CS4和组分温度串级-前馈控制结构CS5三种控制方案。结果表明，组分温度串级-前馈控制结构CS5能有效抵抗进料流量±20%和进料组分±20%的扰动，具有良好的动态特性。通过积分绝对误差(IAE)对于控制结构的判定可知，由于组分回路的修正作用能显著减少误差累积，因此带有串级控制的IAE更低。这一发现表明，组分控制在复杂精馏系统中具有重要应用价值。因此，复杂精馏技术分离三元复杂共沸物的动态控制仍存在广阔的研究空间，未来可进一步探索更先进的控制策略和优化方法。

可见光驱动CeO₂/ZIS催化降解土霉素性能和机理研究

虞欢甘信宏牟婷婷许洋杨建华

过程工程学报. 2026, 26(1): 81-91. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225120

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本研究通过水热法制备了CeO2/ZnIn2S4 (CeO2/ZIS)可见光驱动催化剂，并探究其对水中土霉素(OTC)的光催化降解性能与机理。采用多种表征手段对催化剂的形貌特征、晶体结构、热稳定性、比表面积和光学性质进行分析。结果表明，由片状组成的花球状CeO2/ZIS复合材料，相较于单体CeO2，其可见光吸收性能明显提升。在OTC的初始含量为30 mg/L、催化剂投加量为0.20 g/L、溶液pH=7.0、氙灯功率为500 W的优化条件下，CeO2/ZIS对OTC的降解效果最佳，可达到84%。动力学研究表明，CeO2/ZIS光催化降解OTC的过程符合伪一级动力学模型，表观速率常数为0.1148 h-1。降解机理探究结果发现，空穴(h+)和超氧自由基(?O_2^-)是降解OTC过程中主要活性物种。结合密度泛函理论(DFT)计算，本研究提出了该催化体系的光催化机理，并验证了催化剂具有良好的稳定性。本工作提供了一种新型可见光驱动催化剂CeO2/ZIS的制备方法，CeO2/ZIS可以高效光催化降解水中土霉素，且理论计算与实验结果相互验证，为充分理解可见光催化剂降解抗生素类污染物的过程提供了重要参考。

核苷酸稳定的半导体纳米晶：硫化铅体系研究

黄盛蓉张玉杨军

过程工程学报. 2026, 26(1): 92-98. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225142

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通过测量单核苷酸或多聚核苷酸修饰的硫化铅(PbS)纳米颗粒在不同浓度盐溶液中随时间变化的稳定性，本研究详细研究了单核苷酸与多聚核苷酸对PbS纳米颗粒的亲和力。实验结果表明，对于单核苷酸，亲和力按腺嘌呤(A)>鸟嘌呤(G)>胞嘧啶(C)>胸腺嘧啶(T)的顺序递减，其中C和T无法有效稳定PbS纳米颗粒。而多聚核苷酸的亲和力顺序则有所不同，表现为Poly C>Poly G>Poly T>Poly A。这两种排序的差异表明，不能依据单核苷酸的亲和力趋势推断多聚核苷酸的亲和力强弱，反之亦然。寡核苷酸的刚性长度是一个重要因素，研究中在确定多聚核苷酸与PbS纳米颗粒的整体相互作用时，必须将其与单个核苷酸的亲和力结合考虑。

基于DBN-IWOA优化的区间二型TSK模糊逻辑系统在化工过程建模中的应用

李军康鹏元

过程工程学报. 2026, 26(1): 99-108. DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225126

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针对化工过程中存在的强非线性和复杂性问题，本工作提出了一种基于深度信念网络(DBN)与改进鲸鱼优化算法(IWOA)优化的区间二型TSK模糊逻辑系统(DBN-IWOA-IT2 TSK FLS)方法，以提升软测量建模的精度和稳定性。首先，DBN通过深度特征提取能力对输入数据进行处理，以减少噪声干扰并提取关键信息。随后，结合区间二型TSK模糊逻辑系统(IT2 TSK FLS)的建模优势，采用IWOA算法对前件参数和后件参数进行优化，以进一步增强模型的预测能力。IWOA通过引入早熟收敛检测机制，提高了全局搜索能力，加快了收敛速度，并降低了陷入局部最优的风险。最后，将所提出的方法应用于脱丁烷塔软测量建模，选取了支持向量机(SVM)、长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元网络(GRU)，以及分别基于反向传播算法(BP)、粒子群优化算法(PSO)、灰狼优化算法(GWO)、鲸鱼优化算法(WOA)、改进鲸鱼优化算法(IWOA)和DBN-IWOA优化算法的区间二型TSK模糊逻辑系统作为对比模型进行实验评估。结果显示，DBN-IWOA-IT2 TSK FLS在预测准确性、收敛速度均优于现有方法，验证了其有效性和工程应用价值。

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