基于COSMO-RS理论的化工分离工程计算型实验教学设计

将化工热力学溶液理论和化工流程模拟有机结合,设计了正己烷-甲基环戊烷萃取精馏计算型实验。通过类导体屏蔽电荷真实溶液模型(conductor-like screening model for real solvents,COSMO-RS)计算,基于溶解性、选择性指标筛选离子液体溶剂;通过量子化学计算及屏蔽电荷密度曲线分析溶剂和溶质分子相互作用,探究离子液体促进分离过程的机理;基于筛选的溶剂,利用Aspen Plus软件计算优化萃取分离工艺。该综合实验融合了化工热力学、化工原理和过程系统工程等专业课程内容,同时将学科理论知识与工程实践应用有机结合,强化了专业基本功训练,激发了研究兴趣,提升了创新能力。

基于量子化学理论和溶剂化模型的化工过程分析与合成课程仿真实验设计

该文将密度泛函理论(density function theory,DFT)、溶剂化模型和化工过程分析与合成课程深度融合,设计了乙腈-水二元共沸物萃取精馏分离仿真实验,使用类导体屏蔽片段活度系数(conductor-like screening model-segment activity coefficient,COSMO-SAC)溶剂化模型计算,基于乙腈对水的相对挥发度筛选目标离子液体(targeted ionic liquid,IL)。通过DFT计算及分子表面电荷密度曲线剖析离子液体与乙腈和水的微观相互作用,探究离子液体提升分离性能的作用机理;使用Aspen Plus和MATLAB软件的遗传算法优化萃取分离离子液体工艺。该仿真实验融合了物理化学、化工热力学、化工原理和化工技术经济与管理等专业课程的前沿内容,将学科前沿理论与化工实践应用紧密结合,夯实了学生专业基础,激发了学生对学科前沿的兴趣,为培养化工复合型人才提供了课程改进创新思路。

SrCo_(0.4)Fe_(0.4)Zr_(0.2)O_(3-δ)混合导体中空纤维膜的制备及其氧渗透性能

基于相分离理论,采用干湿法纺丝技术结合后续的烧结工艺,制备出SrCo_(0.4)Fe_(0.4)Zr_(0.2)O_(3-δ)(SCFZ)混合导体中空纤维膜.借助于XRD、SEM、热膨胀分析以及氧渗透性能分析等手段,分别对样品的晶相结构,膜的微观形貌,中空纤维膜生坯的烧结行为以及膜的氧渗透通量进行了研究.结果表明,中空纤维膜晶相结构由钙钛矿主体相、SrZrO_3相及Co_3O_4相组成,SrZrO_3相含量随烧结温度升高而增大.膜断面邻近内外皮层均存在指状孔,膜壁中部区域为海绵孔,此结构由聚合物溶液沉浸相分离形成.综合烧结行为,XRD及SEM结果,再结合气密性和机械强度测试,确定生坯适宜的烧结温度为1240℃.在此条件下制备的SCFZ中空纤维膜力学性能优异,三弯矩断裂强度达到74.19MPa,在850℃时,空气/氦气梯度下的氧渗透通量为2.9×10^(-7)mol/(cm^2·s),并且在160 h的测试周期内保持稳定.

乙烯基桥联有机硅膜的羧基化改性及反渗透性能研究

利用1,2-二(三乙氧基硅基)乙烯(BTESEthy)和硫代苹果酸(MSA)的巯基-烯点击反应对桥联有机硅进行羧基化改性,以管式α-Al2O3微滤膜为支撑体制备羧基官能化的桥联有机硅膜。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激光粒度仪(DLS)、智能重量分析仪(IGA)和扫描电镜(SEM)等对膜结构和表面性质进行了表征。量子化学计算表明羧基化改性的有机硅网络拥有更加致密的孔结构和更高的水亲和力。将改性的BTESEthy-MSA膜用于反渗透脱盐,系统考察了BTESEthy-MSA膜反渗透脱盐性能。实验结果表明,与BTESEthy膜相比,羧基化改性的BTESEthy-MSA膜的水渗透率和盐截留率均有所提高。同时,BTESEthy-MSA膜表现出优异的水热稳定性和耐氯性能。在250h的长期反渗透测试中,BTESEthy-MSA膜的水渗透率高达3.2×10^13m^3/(m^2·s·Pa),NaCl截留率始终保持在94.7%以上。

PEG交联有机硅/陶瓷杂化膜的制备及反渗透脱盐性能

采用聚乙二醇(PEG)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)进行交联共聚,以多孔α-Al_2O_3陶瓷膜为支撑体制备了一系列PEG交联的有机硅杂化膜。通过原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)和水接触角测试(CA)对膜结构和物化性质进行了表征。将制备的BTESE/PEG杂化膜应用于反渗透脱盐,考察了PEG含量、操作压力、进料浓度和操作温度等因素对改性杂化膜分离性能的影响。实验结果表明,相比于未改性的BTESE膜, 10wt%PEG交联的有机硅杂化膜BTESE/PEG-10的水渗透率和盐离子表观截留率均有所提高。随着操作压力的升高和进料盐含量的下降,NaCl截留率上升而水渗透率基本恒定。在高达70℃的温度循环实验中,BTESE/PEG-10杂化膜表现出优异的水热稳定性,NaCl表观截留率始终保持在97%以上,水渗透率高达1.2×10^(-12) m^3/(m^2·s·Pa)。

P84共聚聚酰亚胺-聚乙烯吡咯烷酮/聚丙烯腈复合膜的制备及其渗透汽化分离甲醇/四氢呋喃

通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与P84共聚聚酰亚胺(P84)共混,以聚丙烯腈(PAN)超滤膜为支撑层,制备了不同PVP含量的P84-PVP/PAN复合膜。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)和接触角(CA)测量等方法对复合膜进行表征。FTIR分析表明,PVP与P84为物理共混。DSC结果显示共混物存在单一玻璃化转变温度,具有良好相容性。此外,水接触角测试显示PVP引入提高了膜亲水性。XRD结果表明,随着PVP含量的增加,共混物分子链平均间距增大,膜内自由体积增大。考察了PVP含量、操作温度及料液浓度对渗透汽化分离甲醇/四氢呋喃性能的影响。结果表明,随着共混物中PVP质量分数增加至20%,膜渗透通量逐渐增大,分离因子先增加(PVP质量分数≤10%)而后迅速降低。当PVP质量分数为10%、进料温度为20℃时,复合膜对于质量分数30%甲醇/四氢呋喃有最优的分离性能,其渗透通量为259g/(m^2?h),分离因子为41。

COSMO-SAC法筛选环戊烷/新己烷分离萃取剂及过程模拟

利用COSMO-SAC溶剂化模型,计算了无限稀释条件下,几种常见卤代烷烃、环烷醇对环戊烷和新己烷的分离选择性。结果表明,三氯丙烷的表面屏蔽电荷主要在非极性区域分布,同时具有一定的氢键供体能力,展现出对环戊烷和新己烷较好的理论分离能力。将其COSMO-SAC模型参数带入AspenPlus软件,对三氯丙烷萃取精馏分离环戊烷和新己烷的工艺进行了模拟。计算显示,剂油比为13时,两塔产品纯度均达到0.98。萃取剂进料板位置对产品纯度和精馏能耗有显著影响,而C5,C6原料进料位置主要影响产品纯度,物质的量回流比为9时,环戊烷和新己烷产品纯度满足要求。通过理论计算溶剂分离选择性、考察剂油比对相对挥发度影响规律、工艺流程计算3个层次的研究,发现筛选的三氯丙烷萃取分离效果优于DMF。

含硫烟气的深度脱硫及资源化利用技术

为解决电厂含硫烟气的深度脱硫及资源化利用问题,采用中空纤维膜溶剂吸收法烟气脱硫技术对6.00×10^6 Nm^3/h烟气进行深度脱硫处理。将脱除的二氧化硫采用二氧化硫烧碱法制备了亚硫酸钠,采用一氧化碳催化还原二氧化硫制备硫磺,采用熔融法制备了不溶性硫磺。尾气处理工艺采用化学吸收法,以氨水为吸收剂对尾气中的二氧化碳、二氧化硫进行吸收处理。通过工艺的模拟与优化,可得到不溶性硫磺摩尔分数99.2%,硫磺摩尔分数99.9%。

改性UiO-66材料的制备及二甲苯异构体吸附性能研究

采用溶剂热法成功合成UiO-66、UiO-66─NH2和UiO-66─(CF3)2。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料进行晶型和形貌表征;测定单组份二甲苯异构体在UiO-66及改性材料上的吸附等温线及速率曲线;通过动态突破实验,考察温度对三元等摩尔二甲苯异构体混合物在UiO-66及改性材料上吸附性能的影响。结果表明,UiO-66和UiO-66─NH2对二甲苯异构体的吸附均符合二级动力学模型,而UiO-66─(CF3)2由于较大侧链的位阻作用,其吸附更符合一级动力学模型;3种材料均具有反相选择性,吸附选择性遵循:邻二甲苯(OX)>间二甲苯(MX)>对二甲苯(PX);随温度的升高,125℃下UiO-66─NH2对OX/PX、OX/MX选择性均高于未改性的UiO-66;而双三氟甲基由于孔内扩散抑制作用,选择性降低。因此,高温条件下对UiO-66材料进行氨基改性是工业过程中分离二甲苯异构体获得高吸附分离性能的可行方法。

PDMS/PEI膜渗透汽化分离正丁醇/乙醇/水的性能及渗透通量关联模型研究

采用聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺(PDMS/PEI)膜渗透汽化分离正丁醇/乙醇/水体系,考察进料温度、进料组成等条件对膜渗透汽化分离性能的影响;采用Arrhenius型半经验渗透通量关联模型描述PDMS-PEI膜分离正丁醇/乙醇/水体系膜通量变化。结果表明,当原料液中正丁醇质量分数分别为4.0%、4.5%和5.0%时,正丁醇/乙醇/水三元体系中正丁醇渗透通量分别至少提高14.2%、17.7%和23.4%。渗透通量关联模型能较好地描述PDMS-PEI膜分离正丁醇/乙醇/水体系膜渗透通量变化。

乙腈-水萃取精馏及热集成改进工艺多目标优化

通过三元相图分析乙腈-水-乙二醇萃取精馏体系热力学性质,利用灵敏度分析确定工艺决策变量优化范围。针对总费用的设备费用、操作费用2个冲突目标,以产品和溶剂纯度为约束条件,建立常规和热集成萃取精馏工艺多目标优化模型,利用Actxserver接口建立Matlab和Aspen Plus联合模拟优化平台,通过调用NSGA-Ⅱ算法求解多目标优化问题。结果表明:对于常规萃取精馏优化过程,种群数为30,初始解经过300代演化,已经达到最优Pareto前沿解,其设备费用受萃取精馏塔塔板数显著影响,操作费用与萃取剂循环量、萃取精馏塔塔回流比相关。采用相同算法参数的热集成工艺优化显示:增设预热器(HX)和控制冷凝器出口温度,改变了原料和萃取剂进料热状态,减少了进料板位置有效能损失,用较少萃取精馏塔塔板数和再沸器负荷即可满足生产要求,3组代表性优化方案的设备费用、操作费用平均降幅分别达到4.15%和7.91%。

铵明矾在NH_4Al(SO_4)_2·12H_2O+NaCl+H_2O体系中溶解度的测定及关联

以铵明矾结晶法从含有氯化钠的废水中同时回收Al^(3+),NH_4^+和SO_4^(2-)离子,需要铵明矾在不同浓度氯化钠水溶液中的溶解度数据。文中采用静态法测定了铵明矾在283.15—323.15 K范围、氯化钠浓度为0—1.71 mol/kg水溶液中的溶解度。用Apelblat方程和λh方程对铵明矾溶解度实验数据进行了关联。实验表明:铵明矾溶解度随着温度升高而增大;随氯化钠质量摩尔浓度的增加而增大,盐溶效应明显。Apelblat方程和λh方程对铵明矾在氯化钠水溶液中溶解度的关联效果良好,相关系数R^2均大于0.999。采用冷却结晶法可以从含有氯化钠的废水中回收得到铵明矾;Apelblat方程和λh方程可用于关联氯化钠浓度为0—1.71 mol/kg范围内铵明矾的溶解度。

甲苯选择氧化制苯甲醛工艺及催化剂研究进展

介绍了当前甲苯选择氧化制苯甲醛的主要方法——液相氧化法、气相氧化法;重点综述了近年来相应催化剂的研究进展,并为研发高效绿色催化剂以及气相氧化法工艺工业化指明方向。

基于校园日常生活的德育教育原则

校园生活是学生成长过程中重要一环。学生在学校学习知识技能,学校也为学生提供专业学习的机会。学校希望通过完备的制度体系约束和规范学生的行为,学生则希望具有更多的空间和自由,以舒缓成长过程中的种种压力。是用更严格的制度实施控制,还是选择新的教育思路,值得教育者认真思考,也为德育教育提供了新的阵地。本文通过对校园人际交往的把握,希望德育教育以更加贴近校园生活实际和社会实际的形式。