“两性一度”背景下化工热力学实验教学进阶式探索与实践

在化工热力学实验教学中,通过设置进阶训练思考题,激励学生进行探索与实践。以第二维里系数的测定实验为例,倡导学生独立思考与构建高阶维里系数的方法,引导其分析比较国内外学者处理问题的策略与方法,而后辅导其通过双向检验证明所做实验数据的准确性、验证所构建方法的合理性、分析所得结果的有效性,最后指导学生理清数据处理方法的发展脉络,对其所构建的方法进行准确定位与评价。本教学实践通过强化实验教学项目的设计性与综合性,探索提升实验类课程高阶性的途径,践行“两性一度”的要求。

人工神经网络预测动态再结晶的研究进展与关键技术

本文综述了近年来人工神经网络在预测金属材料动态再结晶方面的研究进展,通过分析加工参数(温度、应变速率等)对动态再结晶的影响程度,并对比多种输出变量(应力−应变曲线、再结晶体积分数等)在判定动态再结晶机制中的作用,构建了一套基于网络输入输出特征的筛选准则。本文对人工神经网络模型的应用进行了详细介绍,包括原始数据的预处理、超参数的整定以及评估指标的选择。最后,在总结当前人工神经网络在动态再结晶机制预测领域研究现状的基础上,提出了一系列值得深入探索的新方向。

添加剂对聚脲润滑脂性能的影响

采用直接法制备聚脲润滑脂,考察了五种添加剂对聚脲润滑脂极压抗磨性能的影响。结果表明,五种添加剂均与聚脲润滑脂具有良好的相容性,且对聚脲润滑脂的胶体安定性等基本无影响,并可增强其热稳定性;添加剂可显著强化聚脲润滑脂的极压抗磨性,含硫磷的复合多效添加剂对聚脲润滑脂极压抗磨性能的提升作用相对较好。研究结果可为聚脲润滑脂极压抗磨性能的改善提供可参考的基础,使其综合性能达到相对最优,从而增强聚脲润滑脂在高负荷、高速机械设备等苛刻工况下的实际使用性能。

润滑油馏分酸值测定标准改进性研究

本文基于润滑油基础油酸值测定过程中出现的问题,对GB/T 7304—2014标准提出改进性做法,并通过大量酸值测定实验验证改进措施的有效性。研究结果表明,对于酸值较低的油品,为提高酸值测量精度并使滴定过程中电位突跃更易显现,可适当增加油样质量,采用较小浓度的氢氧化钾-乙醇滴定溶液替代标准中规定的0.10 mol/L的氢氧化钾-异丙醇标准溶液。此时,当酸值测定过程若仍存在无电位突跃的现象时,宜将pH为12.00处视为滴定终点。本文研究结果以期为该标准未来的修订与进一步完善、发展提供参考作用。

基于CO_(2)减排重塑合成氨工艺流程方案研究

本文针对传统合成氨工艺存在物耗、能耗较高、污染严重及CO_(2)排放量高的问题,将CH_(4)干重整(DRM)、水煤气变换(WGS)、CO_(2)甲烷化(MCD)、CH_(4)部分氧化(POM)过程与传统合成氨过程进行有机耦合,以改善现有合成氨的工艺面貌,并借助流程模拟手段对设计的耦合工艺进行初步研究与分析,探索碳中和发展背景下重塑合成氨工艺的可能性。本文按照“降低CO_(2)排放-降低废水排放及新鲜水用量-降低天然气消耗-降低能耗”的思路演变构建合成氨耦合工艺方案,依次形成DRM-SynNH_(3)、“DRM+WGS”-SynNH_(3)、“DRM+WGS+MCD”-SynNH_(3)、“POM+WGS+MCD”-SynNH_(3)四个耦合工艺,研究结果表明:CO产品、合成气产品的获取均来源于CH_(4)的消耗,故各方案的天然气消耗量均相对较高;当耦合体系要消纳外界CO_(2)时,由于DRM与MCD本身较强的热效应导致二者单独或同时存在时,任何一种合成氨耦合工艺的能耗均不会低于传统工艺。但未来随着催化剂的研发与应用进展,DRM与MCD可能实现质量、能量的高效双重耦合,从而将大幅降低物耗与能耗。然而,如综合考虑CO_(2)消纳效应、CO_(2)减排效果以及合成气等化工产品的联产所带来的综合效益,尤其在未来碳指标稀缺、碳税高企情形下,上述工艺均可能具备一定竞争力。

直接法制备聚脲润滑脂工艺研究及分析

考察了直接法制备工艺条件(加料顺序、炼制温度、炼制时间)对聚脲润滑脂性能的影响,重点分析了加料方式对聚脲稠化剂化学组成与平均分子结构的影响,及其与聚脲润滑脂性能的关联性;采用红外光谱、热重分析仪、扫描电镜对直接法聚脲润滑脂进行表征,深入探讨了其构效关系,并与预制法制备的润滑脂产品进行了比较。优化的直接法制备方案为:将有机二胺溶于基础油中,升温至80~90℃后同时加入异氰酸酯和有机单胺,反应60 min,然后在170~180℃下炼制1.5 h。结构和性能表征结果表明:在基础油和稠化剂种类与配比相同、制备条件相同情况下,由直接法与预制法得到的聚脲稠化剂中脲基基团数量及比例存在差异,从而导致聚脲润滑脂产品的性能出现差异;当稠化剂质量分数均为20%时,预制法所制备的四聚脲润滑脂的滴点比直接法高20℃,钢网分油量仅为直接法的21.8%,水淋流失量仅为直接法的41.3%,铜片腐蚀比直接法高一个等级,最大无卡咬负荷比直接法高24.5%。总之,直接法得到的聚脲润滑脂的胶体安定性、氧化安定性及极压抗磨性能略逊于预制法,但其机械安定性优于预制法。

基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺

聚焦从低品位含氦天然气中提纯氦气这一工程问题,在分析已有深冷工艺发展现状与改进方向的基础上,针对原料天然气中氦气浓度低与提氦能耗高的问题,提出一种基于多级闪蒸与多塔蒸馏耦合的贫氦天然气低温提氦工艺,并借助ASPEN HYSYS软件模拟设计了新工艺流程。结果表明:采用设计工艺可从氦摩尔分数为0.05%的贫氦天然气中分离得到纯度(摩尔分数,下同)为99%的氦气,同时得到纯度为99.96%的甲烷和99%的氮气、液化天然气及燃料气,增强了提氦装置的产品方案灵活性;通过工艺内部流股节流膨胀制冷为分离系统提供冷量及工艺内部冷热物流间合理匹配换热,实现了系统的节能降耗;该多级闪蒸+多塔蒸馏耦合工艺的单位压缩功耗为0.058 kW·h kmol,远低于改进型ExxonMobil公司的提氦工艺(1.29 kW·h kmol);综合分析工艺产品纯度及能耗,说明设计的提氦工艺具有一定的应用潜力。

甲烷干重整与二氧化碳甲烷化的工艺耦合研究

甲烷干重整(DRM)与二氧化碳甲烷化(MCD)过程均具有较强的二氧化碳消纳效应,但其单独运行时需要分别消耗大量天然气与氢气,且二者能耗均较高,从而制约了两个工艺的发展与应用,因此探索研究该问题的解决方案对于低碳发展具有重要意义.本文分析了甲烷干重整与二氧化碳甲烷化两个独立工艺的特点,基于两个反应体系的原料与产物之间可互为利用及二者反应热效应可相互补偿的条件性,初步判断DRM与MCD工艺之间存在质量耦合与热量耦合的可能性.据此,首次创新性地设计了DRM-MCD可能的工艺耦合方案,从流程模拟角度证实了工艺耦合的可行性,并分析了不同情形下的耦合特性.结果表明,随着催化剂技术的发展与进步,DRM与MCD工艺之间可以实现质量、能量的高效双重耦合,耦合工艺具备可显著降低天然气、氢气消耗以及大幅节能降耗的效果,并具有优良的二氧化碳消减与资源化利用效应,且耦合工艺具有灵活的可调节性.研究结果可为DRM与MCD工艺耦合方案的设计与优化,以及未来该耦合工艺潜在的工程应用价值与可行性研究提供可参考的基础.

以重油加氢实例展示化工过程分析与合成课程中稳态模拟的正、逆问题求解

本文采用了一种基于数值计算的稳态模拟方法,结合实验获取的重质油加氢脱硫实验数据和模型假设,使用数学模型进行“正、逆问题”求解。通过对重油加氢实例的研究,首先实现了重质油加氢脱硫模型的建立,进而基于实验数据求解了稳态模拟的“逆问题”;其次又基于所建立模型及拟合得到的参数完成了稳态模型“正问题”的求解。“正、逆问题”的求解逻辑,不仅是一种有效的科研手段,更是一项脱胎于工程实际案例的教学素材。通过深入探讨重油加氢实例,并结合正、逆问题求解方法,我们可以为学生提供更全面、系统的化工知识和能力培养。

热双金属复合材料的研究现状与展望

热双金属复合材料是一种利用先进复合技术,使两种及以上具有不同热膨胀系数的金属复合形成冶金结合的层状复合材料。该材料可发挥不同金属的自身性能优势,实现复合材料的性能互补,同时因其形状可随环境温度改变而调控的特性,被广泛应用于电子电器领域。随着电子科学技术飞速发展,对热双金属产品品质的要求也日益提高,总结并展望该材料在该领域的研究现状与前景意义重大。围绕电子电器领域的热双金属复合材料,综述了其制备原理、特性、组元构成、主要性能指标和制造技术。热双金属复合材料的工作原理是通过复合技术将两种及以上的金属层交替叠加并紧密结合,由于不同金属各异的热膨胀系数,当通过环境传导或自我发热方式受到热力刺激时,整个材料发生弹性弯曲变形而发生形状变化。热双金属的组元构成是影响其性能的重要因素,选择合适的金属组元可以使其具备更优异的性能。常见的组元包括钢-铝、铜-铝等,高膨胀层一般为锰铜合金,低膨胀层一般为铁镍合金。通过合理设计不同金属的层厚比例和堆叠顺序,可以调控材料的热膨胀性能和机械强度,主要性能指标包括材料的热膨胀系数、电导率和机械强度等,其中热膨胀系数决定了材料在不同温度下的形状变化程度,电导率影响了材料在电子电器中的导电性能,而机械强度则直接关系到材料的使用寿命和稳定性。制造技术是影响热双金属复合材料品质的关键因素之一,常见的制造技术包括爆炸复合、轧制复合和粉末冶金等。不同的制造技术会影响材料的结合程度、微观结构及性能稳定性,因此在选择制造技术时需要考虑到具体的应用场景和要求。最后,对热双金属复合材料未来的主要发展方向进行了展望。

聚脲基润滑脂发展研究(Ⅰ)——组成、结构与性能

聚脲润滑脂属于性能较为全面的高温润滑脂,具有良好的氧化安定性、热稳定性、泵送性、机械安定性、胶体安定性、抗水性等优良性能,性能十分全面。综述近年来国内外聚脲润滑脂的研究进展,讨论基础油、稠化剂、添加剂对聚脲润滑脂的滴点、锥入度、分油率、极压抗磨性等性能的影响,并结合聚脲润滑脂发展趋势提出如下研发建议:聚脲润滑脂的基础油仍将以矿物油为主,但聚烯烃、酯类油等用量及占比会上升,废润滑油再生后得到的基础油也可用作润滑脂的制备,可降解基础油的研发应是未来重要方向之一;应加强构效关系研究,从而精准设计出可与基础油、添加剂匹配良好的稠化剂分子,进而实现聚脲润滑脂综合性能的调控;应根据聚脲润滑脂的个性化特点,加大新型添加剂的研发力度;应加强复合聚脲金属基润滑脂的研发力度,赋予聚脲润滑脂更为优异的性能。

超级电容器氧化物电极材料的研究进展

对不同电极材料的储能机理和性能特点进行了简要的阐述,并详细综述了氧化钌、氧化镍、氧化钴等超级电容器电极材料的研究进展和现状,并探讨了其发展方向和研究重点.

C_(5)/C_(6)异构化装置综合改造方案研究

为了挖掘C_(5)/C_(6)异构化装置产品方案的灵活性,在实现生产高辛烷值异构化汽油的同时联产高纯度化工产品,借助Aspen Plus流程模拟软件分析了Par-Isom-C_(5)/C_(6)异构化技术的“单塔脱戊烷+一次通过”流程的优化改造方向,提出了“双塔+一次通过”“三塔+一次通过”及“多塔+一次通过”3种工艺流程改造方案,并分别对其进行了工艺模拟与优化。结果表明:3种改造方案均可使异构化汽油的研究法辛烷值提高4以上;“双塔+一次通过”方案仅能提升异构化汽油辛烷值,不能联产化工产品;“三塔+一次通过”方案可联产高纯度的异戊烷和混合C_(4);“多塔+一次通过”方案可联产高纯度的异戊烷、混合C_(4)和环戊烷产品。此外,3种流程改造方案均具有技术可行性,但会不同程度增加能耗,因而可根据市场需求与实际需要,选择适宜的工艺流程改造方案。

CO_(2)第二维里系数测定实验教学中的启发式思考与延展性训练

在开展第二维里系数测定的实验教学过程中,在学生完成了CO_(2)第二维里系数实验测定的基础上,依托课程思政来激发学生兴趣,进行实验教学计划外的延展与进阶性学术训练,引导与启发学生进一步思考如何进行CO_(2)第三维里系数的测定这一问题。学生经过思考研究与讨论后,提出了基于Burnett法进行第三维里系数实验测定及数据处理方法,对实验数据进行有效处理后得到了CO_(2)的第三维里系数,并与相关文献值进行了对比分析,验证了数据合理性及方法有效性。通过该实验项目的启发式思维及延展性训练,提升了实验教学效果,强化了学生解决复杂工程问题的能力,学生受到了学术研究锻炼。

预制法制备四聚脲润滑脂的工艺研究

考察了预制法制备工艺条件对四聚脲润滑脂性能的影响,优化了制备工艺,并探讨了制备过程机理,阐述了润滑脂宏观性能与微观结构之间的关系。优化的工艺条件及制备过程为:在50~70℃下反应30 min后得到四脲稠化剂;将四脲稠化剂加入到基础油中,搅拌并升温至170~180℃,恒温炼制1.5 h,冷却、研磨均化,得到四聚脲润滑脂。润滑脂性能分析结果表明,由轻度精制环烷基基础油、质量分数20%四脲稠化剂、质量分数0.8%极压抗磨剂制备的四聚脲润滑脂,滴点达320℃,工作锥入度为286(0.1 mm),钢网分油率为0.86%,且其他性能均满足极压聚脲脂质量标准SH T 0789—2007的要求。

车用废润滑油中酸性组分的高分辨质谱分析

车用新鲜及废润滑油样品的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表明,两者中均存在羧基及羟基官能团,即存在酸性组分。利用具有超高分辨率的负离子电喷雾-傅里叶变换离子回旋共振质谱仪(negative-ion ESI FT-ICR MS)分析了车用新鲜及废润滑油中酸性化合物的组成及分布。结果表明,从新鲜润滑油中鉴定出的酸性化合物主要为O3、O1及O2类,而从废润滑油中鉴定出的酸性化合物则主要为O3、O2、O4及O1类。经对比分析可知,新鲜润滑油中的酸性化合物在废润滑油中均存在,其种类及所占比例基本未发生变化,但绝对含量不同;废润滑油中新产生的O3、O2及O1类酸性化合物种类较多,但其所占比例较小;车用新鲜与废润滑油中酸性组分的显著差异在于后者中产生了前者所没有的O4类化合物,且所占比例较大。

镁铝合金层状复合材料研究现状与制备技术

阐述了镁铝合金层状复合材料的优缺点和研究现状,介绍了轧制复合、挤压复合和爆炸复合3种常用的层状复合材料的制备方法。列举了几种具体的镁铝金属层状复合板的组成成分,分析了界面特征及界面温度对镁铝复合板的微观结构的影响机制和性能变化规律,为镁铝合金层状复合材料的应用与发展指明了方向。

退火温度对钽基RuO_2·nH_2O电沉积薄膜电容性能的影响

以RuCl3.xH2O的水溶液为电沉积溶液,通过恒流电沉积法在钽箔上电沉积一层RuO2.nH2O薄膜,研究退火温度对RuO2.nH2O薄膜的电容性能的影响;采用CHI660B电化学测试仪和循环伏安法对薄膜的电容性能进行测试;分别采用扫描电子显微电镜、能谱仪及X射线衍射仪对薄膜的形貌和微孔形态、薄膜元素及薄膜的物相进行分析。结果表明,未经退火处理的RuO2.nH2O薄膜的电容性能不稳定,在循环伏安法测试中电容量随循环次数的增加而降低;将RuO2.nH2O薄膜分别在不同温度(100,150,200,250和300℃)下进行的2 h的退火处理,经退火处理后的RuO2.nH2O薄膜的电容性能经过60次的循环后趋于稳定,其中,经过100℃退火处理的RuO2.nH2O薄膜的比电容最大,其比电容为0.083 8 F/cm2。

制备工艺对高硅铝合金的组织及性能的影响

采用熔炼铸造、真空包套热挤压、喷射沉积三种方法制备了Al-40%Si高硅铝合金锭坯,并通过光镜及扫描电镜对其组织进行分析。结果表明:真空包套热挤压工艺制备的样品其硅相细小,在挤压温度为490℃时,其Si相大小为2～10μm,且分布均匀弥散,初生硅相均匀分布在α基体相中。断口分析显示,真空包套热挤压高硅铝合金的断裂方式属晶内韧性断裂与沿晶断裂的混合型断裂。其力学性能也是这三种制备工艺中最优的,其抗拉强度高于170MPa,伸长率大于8%。

思政元素融入新能源化学材料课程的教育初探

高校教学将立德树人作为核心任务,将思想政治教育融入材料化学专业课程教学具有至关重要的意义。本文以《新能源材料》为参考教材,并结合科研前沿知识与发展动态,深入探讨了思想政治教育元素在新能源材料课程中的融合,旨在实现立德树人的培养目标,全面提升学生的科研素养与水平。