耦合超声场的气液流动特性

功率超声作为一种新兴的绿色技术,越来越受到石油行业的重视。结合稠油超声降黏机制,从气泡瞬态演化规律和溃灭特性出发,对超声作用下空化气泡和空化流场进行数值模拟和实验验证。模拟结果表明,增加超声频率和减小气泡之间的距离会导致单个空化气泡最大半径的减小,气泡个数的增加会使气泡生长至破裂过程的速度减小,延长超声作用时间和增大超声频率可增加超声场中最大空化压力。实验表明,空化气泡不断在超声场中振荡并互相聚并,且随着超声作用时间的延长,该过程更加剧烈。研究内容为稠油超声降黏在石油化工行业的应用提供了重要的理论指导。

国内生物质气化研究热点、演进与趋势分析

为客观全面地分析我国生物质气化领域的发展脉络及研究动态,以近30年关于“生物质气化”的1722篇文献作为数据源,利用知识图谱软件对发文量、机构及关键词等进行文献计量与内容分析,解析该领域的前沿热点和发展趋势。研究表明:生物质气化发文量可分为初出萌芽期、蓬勃发展期和小幅下降期;我国生物质气化研究的热点集中在拓展生物质气化原料选择范围及优化气化技术、提高气化产物效率等方面,从重产率转向重社会效益。未来我国生物质气化的研究趋势为生物质原料外扩、气化反应机理、气化反应过程和气化产物高值化利用等方向。

超声空化泡在不同激励条件下的非线性振动特性

为了探究超声空化效果与声场中空化泡的非线性振动特性的关系,通过求解不同状态下空化泡非线性振动方程,得到气泡半径随时间的演化曲线、相图、庞加莱截面图、功率谱图和分叉图等描述气泡运动状态的图形。研究了在三角波和正弦波驱动下不同频率和声压对空化泡非线性振动规律的影响。结果表明:在三角波和正弦波的驱动下,气泡呈现出不同的运动特性;在三角波驱动下,气泡的振动更容易进入混沌状态,并且发生混沌状态的频率范围更宽,这将有利于扩大超声空化在液体处理应用中的频率适用范围。

农药氟虫腈与钛白粉副产盐资源化生产电池用磷酸铁工艺

针对农药氟虫腈与钛白粉生产过程中副产盐的处置难题,提出以副产磷酸钠为磷源,以副产硫酸亚铁为铁源,制备电池级磷酸铁的工艺路线。采用连续催化氧化的方法将磷酸钠废盐中的亚硫酸钠氧化为硫酸钠,副产硫酸亚铁经过除杂后,用双氧水将硫酸亚铁氧化为硫酸铁,再与上述的磷酸钠反应得到磷酸铁。结果表明:亚硫酸钠的氧化率接近100%;副产硫酸亚铁经化学除杂和水解除杂后,杂质镁、锰、钛的质量分数分别降低至80 mg·kg^(-1)以下,杂质铝则被完全去除;除杂后的硫酸亚铁溶液经双氧水氧化后,硫酸亚铁的氧化率达到100%;制备得到的二水合磷酸铁的各项指标均满足标准HG/T 4701-2021《电池用磷酸铁》的要求。

双组分层撞击流反应器流场时空演化数值模拟

为了研究双组分层撞击流反应器流场时空演化规律,利用大涡模拟方法进行数值模拟。结合第三代涡识别方法在空间尺度上,对轴向面、周向环面和径向面的速度场、涡量场进行分析;在时间尺度上,揭示速度场、涡量场和涡当地旋转轴的演化规律。结果表明:轴向面和径向面的涡强度呈多峰分布,周向环面涡强度的变化分为增强-稳定-增强3阶段。以XOY面作为研究参考,在两层喷嘴间依据涡发生位置的变化和多尺度涡的碰撞、破碎情况,涡发生期分为6个阶段,涡演化周期分为12个阶段,可据此预测反应器内部流型变化和流场所处阶段。

水平对置撞击流反应器强化液-液萃取及传质特性

为了研究撞击流技术强化水相从煤油相中萃取乙酸,考察操作条件和溶液性质对萃取效果和传质特性的影响,测定液滴分散程度,利用响应面法优化萃取工况。结果表明:随煤油相进口体积流量和相比(水相与煤油相的体积流量比)的增加,分散相液滴粒径分布范围先缩小后扩大,Sauter平均直径d32先减小后增大。萃取率和总体积传质系数随煤油相进口体积流量的增加、水相黏度的增加和表面张力的减小而先增大后减小,随相比的增加呈先增后减再增加的趋势。各因素对萃取率的影响程度为:相比>煤油相进口体积流量>十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)质量浓度,且交互作用显著。最佳工况下萃取率为93.11%,较传统萃取工艺提高了5.11%。

PAC-P(AM-BA)杂化高分子絮凝剂制备及絮凝效能评价

针对油田化学驱污水难处理问题,采用水溶液自由基胶束聚合法,以聚合氯化铝(PAC)为无机组分,丙烯酰胺(AM)、丙烯酸丁酯(BA)为有机单体,合成一种新型无机-有机杂化高分子絮凝剂(PAC-P(AM-BA))。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积分析仪(BET)对絮凝剂进行表征。结果表明,BA以化学键连接在聚丙烯酰胺(PAM)长链中,无机组分与有机组分之间以离子键连接。PAC-P(AM-BA)热分解温度为233.93℃,比表面积为30.351m^(2)·g^(-1)。絮凝实验结果表明,PAC-P(AM-BA)最佳投加量为20 mg·L^(-1),沉降时间为10 h,其絮体分形维数为1.733。在絮凝效能对比实验中,PAC-P(AM-BA)的平均除油率为90.3%,较阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和复配型絮凝剂(PAC+PAM)分别高出16.4%和29.0%。

T型微通道入口角度对剪切变稀流体微液滴制备影响

为了研究T型微通道入口角度对非牛顿微液滴制备影响,采用流体体积(VOF)模型对聚丙烯酰胺水溶液微液滴形成过程进行数值模拟,开展高速数码显微实验对数值模拟结果进行验证。结果表明:在相同工况条件下,非牛顿微液滴生成频率随着分散相入口角度的增大呈先增大后减小的趋势,相对长度呈现先减小后增大的趋势。在入口角度小于90°时,随着入口角度的增加,微通道内两相平均压差、液滴断裂时刻两相压差最低值随之升高,在入口角度大于90°时,上述压差则随着入口角度的增加而降低。考虑两相体积流量比与连续相毛细数并引入关于分散相入口角度的修正系数,提出聚丙烯酰胺水溶液微液滴相对长度预测公式,为剪切变稀流体微液滴制备提供参考。

全氟-2,2-二甲基-1,3-二氧环戊烯-四氟乙烯共聚物平均分子量、分子量分布和流变特性

全氟-2,2-二甲基-1,3-二氧环戊烯-四氟乙烯(PDD-TFE)共聚物是高性能含氟聚合物,开展PDD-TFE共聚物平均分子量(MW)、分子量分布(MWD)和流变特性研究对拓展其加工应用有重要意义。鉴于溶液法测定PDD-TFE共聚物MW及MWD存在难度,建立了由动态流变法和动态黏弹法获得PDD-TFE共聚物MW及MWD的改进方法。根据Fox方程、共聚物结构和性能参数得到了PDD-TFE共聚物的零切黏度与MW之间的关系;通过Carreau-Yasuda方程拟合PDD-TFE共聚物的复数黏度与频率之间的关系,得到了零切黏度。在实验测定PDD-TFE共聚物的储能模量与频率关系基础上,应用动态黏弹法得到其MW及MWD,并进一步研究了220℃时PDD-TFE共聚物的MW及MWD对共聚物熔体流变特性的影响,发现共聚物的MWD越宽,共聚物熔体的“剪切变稀”行为越明显;随着共聚物MW增大,共聚物熔体的非牛顿性越强。

新型二元混合制冷工质对CO_(2)-[Cn-mim][Tf_(2)N](n=2,4,6,8)超额性质预测

针对二氧化碳-离子液体(CO_(2)-ILs)体系热力学性质数据较少的问题,采用状态方程+活度系数法(EOS+γ法)计算了CO_(2)-[C_(2)-mim][Tf_(2)N]、CO_(2)-[C_(4)-mim][Tf_(2)N]、CO_(2)-[C_(6)-mim][Tf_(2)N]和CO_(2)-[C_(8)-mim][Tf_(2)N]4种新型制冷工质对的汽液相平衡数据。在相平衡基础上,通过SRK(Soave-Redlich-Kwong)状态方程+WS(Wong-Sandler)混合规则+UNIFAC活度系数模型,关联得出混合体系的超额吉布斯自由能GE、超额焓HE和超额熵SE。计算结果表明,CO_(2)-ILs制冷工质对的超额性质均随温度、压力、CO_(2)液相摩尔分数以及离子液体中阳离子上烷基链长度等因素变化,GE均为负值,最大值为-1066.88 J·mol^(-1),且GE随温度、压力和ILs阳离子碳基链长度增大而减小,HE均为正值,最大值为407.24 J·mol^(-1),且H^(E)随温度、CO_(2)溶解度及ILs阳离子碳基链长度增大而减小,SE最大值为7.88 J·mol^(-1)·K-1,且SE随温度和压力的增大而减小、随ILs阳离子碳基链长度增大而增大。根据汽液相平衡时计算的压力平均相对偏差,可证明所选模型在计算CO_(2)-[C_(n)-mim][Tf_(2)N](n=2,4,6,8)系统超额性质的准确性。

相分离结构与电场协同作用下微细通道流动沸腾传热

为研究相分离结构与电场协同作用下微细通道内流动沸腾传热特性,以质量分数为30%的甘油水溶液为试验工质,在入口温度为70℃、质量流率为121.25 kg·m^(-2)·s^(-1)、热流密度为90.31~151.23 k W·m^(-2)的工况下,针对0、800、1 600 V不均匀电场,在截面为2 mm×2 mm的不同相分离结构逆流微细通道内开展流动沸腾试验,研究不同电场和不同相分离结构协同作用下微细通道内局部饱和沸腾传热系数及影响规律,结合可视化结果分析相分离结构与电场协同作用下受限气泡长径比变化以及强化机理。利用平均传热综合性能评价指标评估相分离结构与电场协同作用下微细通道的传热综合性能。结果表明,相较于无电场无相分离结构,相分离结构与电场协同作用下,局部饱和沸腾传热系数和受限气泡单位时间长径比变化比率ζ分别最大提高了61.22%、605.5%;平均传热综合性能评价指标最高可达1.50。

水平管气液两相流微孔泄漏特性

为了揭示气液两相流微孔泄漏过程中的复杂泄漏特性,以空气-水为介质开展泄漏实验。实验管道内径为32 mm,破口直径为3mm,破口方位为0°、45°、90°、135°及180°。实验气液相折算速度范围分别为3.5~25.0m·s^(-1)和0.052~0.397 m·s^(-1),涵盖波浪流、段塞流及环状流3种流型。结果表明泄漏气液量取决于泄漏影响区面积大小,主要受破口方位、流型及气液折算速度影响。对于90°、135°和180°破口,泄漏特性大致相同。环状流下泄漏气量最大,泄漏液量分布范围最广,段塞流泄漏气量居中。推导建立了气液泄漏流量、差压、干度耦合关系式,该关系式不受流型、破口方位等因素影响,可用于气液两相流微孔泄漏量预测。

旋流器内气泡聚并与破碎行为

为了探究旋流器内气泡聚并与破碎行为的影响因素,采用高速摄像实验研究旋流器内的气液两相流。通过实验分析了气泡在旋流场中的聚并和破碎行为,考察不同工况条件对气泡聚并与破碎的影响,同时运用数值模拟进行验证。结果表明,入口速度提升会导致气泡的破碎频率增加,生成子气泡也越多,但同时加剧了气泡的聚并性能,促使气泡聚并成气核朝着溢流口方向运移,因此入口速度提升对气泡直径变化的影响呈正向作用。气体体积分数提升会导致旋流器内气泡直径和气核长度增大,降低了流场的旋流强度,使更多气泡聚并成气核从底流口流出,故气体体积分数对气泡直径变化的影响呈反向作用。

多孔材料吸附全氟烷基化合物的应用进展

全氟烷基化合物(PFASs)属于新兴有机污染物的范畴,自身具有毒性、生物累积性且难降解,其广泛分布于全球水环境中,严重威胁着生态平衡与人类健康。吸附法作为一种物理化学方法,其成本低、能耗低、效率高且操作简便,常用于水体中PFASs的去除,然而目前有关水体中PFASs的吸附去除的全面总结较少。从吸附剂角度出发,首先归纳总结了近年来用于水体中PFASs吸附去除的各类多孔材料吸附剂,然后对主要吸附作用机制及影响吸附效果的关键因素进行梳理分析,最后对这一领域未来的发展方向及前景进行展望。

锂离子电池湿法PE隔膜生产工艺用白油变色原因

白油是锂离子电池湿法聚乙烯(PE)隔膜生产中的造孔剂。针对白油循环使用过程中油品外观发黄、黄色物质未定性等问题,采用傅里叶变换红外光谱技术研究了模拟生产工艺条件下白油、PE、抗氧化剂1010(I1010)的结构变化与耐黄变性能的关系,以及质量比不同的3种物料混合物的结构变化、耐黄变性能与质量比的关系;采用高效液相色谱和高分辨质谱技术对回收油中黄色物质进行了定性分析。结果表明,白油、PE和I1010在工艺过程中均发生氧化反应,变黄物质的产生是三者协同作用的结果,其中PE和I1010为主要诱因;黄色物质为芳香酯类化合物和I1010。本研究为白油循环使用工艺的改进提供参考。

纤维素直接制备5-羟甲基糠醛的研究进展

5-羟甲基糠醛(HMF)是一种重要的生物基平台化合物,被美国能源部评为12种最具潜力的生物基平台化合物之一。制取HMF最有效的方法是酸催化己糖脱水,己糖在自然界中数量有限,而纤维素在自然界中广泛存在,直接以纤维素为原料制备HMF避免了己糖的分离,具有更高的经济效益。纤维素由于其特殊的化学结构,不溶于水和一般的有机溶剂,反应活性较低,纤维素转化为HMF首先的障碍是纤维素的水解。文章从纤维素结构出发,基于纤维素催化转化制备HMF的反应机理,综述了近年来纤维素制备HMF中纤维素预处理的方法、溶剂体系、催化剂体系的研究进展,并对纤维素制备HMF的发展前景进行了展望,以期为相关研究工作提供一定的参考。

Fe掺杂对ε-MnO_(2)的催化氧化甲苯性能影响

挥发性有机污染物(VOCs)的治理是环保的重要课题,催化氧化是十分有效的治理技术。为开发高效的催化剂,以甲苯为研究对象,采用简便的共沉淀法制备一系列Fe掺杂的ε-MnO_(2)催化剂。其中,Fe_(1)Mn_(5)对甲苯氧化的催化活性最高,转化率为90%时的反应温度t_(90)为237℃。此外,该催化剂表现出优异的长期运行稳定性和良好的耐水性。通过一系列表征分析,结果表明,Fe的掺杂促进了Fe_(1)Mn_(5)氧化物上氧空位的产生,提升了催化剂表面吸附氧物种比例,从而提高了其低温还原性。同时,原位红外分析结果表明,Fe掺杂所产生的表面吸附氧物种促进了甲苯甲基的快速脱氢过程,并促进芳香环中C═C键的断裂。

聚酯合成催化技术的研究进展

聚酯工业的进步离不开先进的催化技术。本文对聚酯合成催化体系的研究进展进行了评述。着眼于目前占主导的金属催化剂,对锑、钛、锡、锗、铝等催化剂在活性、副反应等方面所开展的金属复合、配体改性、载体负载等工作进行了总结,介绍了有机物、离子液体、酶等非金属催化体系的研究进展,并对促进聚酯合成的电、光、微波等催化辅助技术进行了评述。催化能力强、副反应少、聚合条件温和催化体系的开发有助于聚酯品质的提升,将先进的表征手段、模型研究以及聚酯构效关系规律探索结合到催化体系的研究中,可加速高效聚酯催化技术的研发。

超/亚临界流体在反流式特斯拉阀中的压降分析

超/亚临界流体急速泄压过程具有显著的节流膨胀效应,导致流动过程气液相变强度较常规两相流过程存在明显差别。针对这个问题,构建了流动过程分段节流膨胀模型,引入状态方程计算等焓过程的温度变化及相应产生的相变源,并耦合入流动相变方程,使数值模拟结果更符合迅速泄压过程的流动相变特性。在此基础上,提出以反流式特斯拉阀结构作为泄压部件的概念,并进行数值模拟分析和优化设计。综合考虑案例工况、流速、降压效果、加工特性等因素,该反流特斯拉阀降压部件的优化参数:水力直径为10 mm、阀的半圆半径为20 mm、阀角为40°~60°。

基于动态正交子空间分析的质量相关微小故障检测

为进一步提升正交子空间分析(OSA)对过程微小故障的检测能力,提出一种基于动态OSA的故障检测方法。基于输入时滞值构建反映过程数据和质量相关数据动态特性的增广矩阵,采用OSA将增广矩阵分解成3个正交子空间,实现质量相关成分的有效分离;利用主成分分析对每个子空间进行独立监测,形成相应的得分矩阵;进一步通过Kullback-Leibler散度度量故障发生前后得分向量的概率分布差异,建立概率相关故障检测统计量,实现微小故障的检测。通过数值例子和田纳西伊斯曼(TE)过程的仿真实验验证了所提方法的有效性和检测能力。