基于OBE理念的生物工程综合实验课程探索与实践

基于成果导向教育(OBE)理念,旨在构建以培养科技创新型、实践应用型人才为目标的生物工程综合实验教学体系。教学内容源自授课老师科研课题,汇聚生物工程上、中、下游关键环节。课程设计采用教师课题背景介绍、学生自主实验设计、师生讨论细化步骤、实验实践验证结果、结果分析总结5个步骤,以此锻炼学生的创新思维及实践能力。采用多元化评价考核体系界定学生实验成绩,用以涵盖学生获得的综合研究能力和理工科创新能力。此实验课程激活学生自主创新和解决复杂生物工程问题的能力,并获得一系列科研成果。本课程培养目标及执行效果与国家“创新驱动”发展战略契合,相关经验可为其他理工科专业教学改革提供参考。

凝胶法制备Cu-BTC块体及其吸附脱除二甲基二硫醚性能

金属有机骨架材料Cu-BTC具有高孔隙率、易调控的骨架结构以及含过渡金属等特点,是吸附脱除硫化物的优异材料。采用凝胶法在常温条件下制备块状样品Cu-BTC-g,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、N2吸附-脱附等手段对其进行分析表征,同时测定Cu-BTC-g样品对模型硫化物二甲基二硫醚(DMDS)的静态吸附容量、吸附热力学和动力学特性。结果表明:凝胶法制备的Cu-BTC-g样品晶体平均尺寸约为0.2μm、比表面积为901 m^(2)/g、孔体积为0.40 cm^(3)/g,晶体尺寸、比表面积和孔体积均小于溶剂热法合成的样品Cu-BTC-s;在吸附温度298 K下,Cu-BTC-g样品的DMDS吸附容量为110.8 mg/g,比Cu-BTC-s样品提高12%。

三嗪型天然气管道缓蚀型减阻剂合成与应用

天然气管道传统增输方法投资高、施工复杂,在役旧管线无法增输且管道内部存在腐蚀。为达到经济可行的天然气管道低成本不增压增输和缓蚀的双重目的,应用三聚氯氰和有机胺通过亲核取代反应合成了新型添加剂双-2-二丁基胺基-4-N-吗啉-6-N-乙二胺基-1,3,5-三嗪(BDMET),采用氢核磁共振谱图(1H NMR)和元素分析(EA)对产品进行结构表征。应用BDMET的甲醇溶液作为缓蚀型减阻剂进行现场加注试验,并评价了产品减阻增输效果和缓蚀效果。1H NMR和EA表征证明了产品的化学结构。现场采用雾化加注5条集输管线,其减阻率在8%~13%,增输率在6%~11%,缓蚀率维持在85%~86%,有效时间大于20天,累计加剂时间大于360天。合成的BDMET兼有优异的缓蚀与减阻效果,避免了普通缓蚀剂需连续加注的问题,且气体质检证明加注BDMET后对天然气气质无影响。

油田伴生气净化工艺优化研究及工业应用

塔河油田生产大量高含硫稠油和伴生气,同时采用负压气提工艺回收稠油中所含轻烃,高含硫轻烃和伴生气在轻烃站集中净化处理过程中存在液化气中总硫含量超标、轻烃碱洗脱硫过程产生大量碱渣等问题。为解决上述问题,开展了UDS脱硫剂在伴生气脱硫过程的应用研究。结果表明,UDS脱硫剂对有机硫和H 2S均具有较好的选择性。应用后,伴生气分离得到的液化气中总硫质量分数较MDEA降低86%。开展了轻烃汽提脱硫工艺的应用研究,应用结果表明,采用汽提工艺后,轻烃中总硫质量分数可降至0.03%以下。因此,汽提工艺可完全取代碱洗工艺,成为一种高含硫伴生气绿色高效净化的新工艺,该工艺运行稳定,可满足装置长周期运行的要求。

酸化原油破乳脱水的影响因素与处理技术研究进展

为了探索酸化原油脱水困难的原因,通过回顾近几年开展的酸化原油脱水影响因素实验以及现有的酸化原油脱水工艺,总结了pH值、温度、固体颗粒影响原油破乳的机理,归纳不同破乳脱水工艺的适用性。热化学沉降法适合处理黏度、含水率不高的原油。超声波稠油破乳脱水的实际应用效果显著,可以作为热化学沉降工艺的辅助破乳。水洗法可去除部分固体颗粒和酸化淤渣,适用于重力沉降前预处理。高频脉冲电脱水法对酸化油、老化油脱水效果都较好,适用于精脱水处理。微波破乳仍处于研究阶段,需进一步研究破乳机理以及验证工业实用效果。最后对未来原油破乳和脱水工艺的研究提出了建议。

低返混喷射态塔盘在伴生气脱硫工艺中的应用

西北油田高含硫伴生气在采用甲基二乙醇胺(MDEA)溶液脱硫净化过程中存在频繁的拦液冲塔及净化气中H 2S浓度超标等问题。分析结果表明,其主要原因是伴生气体系中重烃含量高导致胺液易发泡及塔板效率低。提出并设计了一种基于喷射态原理的新型逆流低返混喷射态塔盘结构(SDST)。水力学试验结果表明,相比F1浮阀塔盘,SDST压降可降低10%,通量可提高30%,操作弹性基本不变。SDST塔盘在伴生气脱硫过程的工业应用结果表明,SDST塔盘具有良好的抑制发泡性能,可有效解决伴生气脱硫过程的拦液冲塔问题,同时,塔板效率提高10%以上,有效解决了伴生气脱硫过程中因塔板效率低导致的净化气中H 2S浓度超标问题。

顺北原油防蜡剂的研制及防蜡机理

为防止顺北原油管道集输中结蜡,根据顺北原油析出蜡的碳链分布设计合成了以甲基丙烯酸十八酯、醋酸乙烯酯、对苯二乙烯为单体的超支化聚合物防蜡剂,考察了合成条件对防蜡剂防蜡性能的影响,采用冷指法评价了该防蜡剂的防蜡效果并分析了该防蜡剂的防蜡机理。研究结果表明,顺北原油的含蜡量为6.57%,析蜡点为23℃,在环境温度下极易结蜡。优化得到防蜡剂最佳合成条件为:甲基丙烯酸十八酯和醋酸乙烯酯摩尔比为5∶1,对苯二乙烯加量为单体总质量的0.02%,引发剂加量为单体总量的0.7%,聚合温度70℃,聚合时间为6 h。当防蜡剂加量为500 mg/L时防蜡率达到70%以上,表现出良好的防蜡效果。当加入防蜡剂600 mg/L后,原油凝点降低8℃,析蜡点降低13.4℃,防蜡剂与石蜡形成了共晶,破坏了石蜡的晶体结构,抑制了石蜡的继续增长,从而达到防蜡的效果。图19表1参10。

降黏剂对塔河稠油油水界面性质和乳状液稳定性的影响

选用两种不同种类的降黏剂-水溶性降黏剂和油溶性降黏剂,分别测定其与塔河稠油采出液的油水界面张力、界面剪切黏度、油水乳状液的稳定性以及降黏效果。研究发现,水溶性降黏剂可以显著降低油水界面张力,油溶性降黏剂则主要影响界面剪切黏度。水溶性降黏剂利于形成油水乳状液,油溶性降黏剂可以提高乳状液的稳定性,并达到较好的降黏效果。此外,将两种降黏剂进行复配,在一定条件下复配体系的降黏效果及乳状液稳定性相对单一体系都显著提高。

上海市公共建筑能耗限额对象分类和计算方法研究

通过调研分析国内外建筑节能标准法规,结合建筑用能方式、能源形式、用能现状和分项能耗特征,明确了针对上海市公共建筑限额制定的建筑分类方法、能耗限额指标类型、评价方法和限额对象.以办公建筑为研究案例,采用不确定性量化分析方法求解空调系统用能设计限额.该方法考虑不同输入变量的不确定性,采用数学抽样方法提取变量组合进行模拟计算,生成空调系统能耗数据样本,可帮助设计者考虑风险的同时进行科学决策.

CO_(2)在非质子溶剂与铁基离子液体复合体系中的吸收

选用非质子型有机溶剂聚乙二醇二甲醚(NHD)与N,N-二甲基乙酰胺(DMAC),分别与BmimFeCl_(4)复配,构建了BmimFeCl_(4)/NHD和BmimFeCl_(4)/DMAC复合铁基离子液体体系.考察了温度、BmimFeCl_(4)/溶剂的质量比以及压力对CO_(2)在复合铁基离子液体体系中溶解行为的影响.结果表明,高压低温的吸收条件更利于CO_(2)的溶解,当BmimFeCl_(4)/DMAC质量比为7∶3时,CO_(2)在BmimFeCl_(4)/DMAC复合体系中的亨利系数为0.9181MPa·L·mol~(-1),低于同等条件下BmimFeCl_(4)/NHD体系的亨利系数.在常压、363.2 K条件下进行再生,经5次循环后,CO_(2)在BmimFeCl_(4)/NHD和BmimFeCl_(4)/DMAC中的溶解度分别为初次吸收量的92.53%和99.04%.傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果表明,铁基离子液体复配体系吸收CO_(2)为物理吸收过程.密度泛函理论(DFT)计算与IRI分析的结果表明,在复配DMAC的体系中,CO_(2)更倾向与阳离子和溶剂分子作用,而在复配NHD的体系中,CO_(2)则更容易与阴离子和溶剂分子作用.

塔河油田伴生气分离产品甲硫醇分布模拟及工艺优化

目的为了解决塔河油田高含有机硫油田伴生气中有机硫脱除的难题,进行油田伴生气加工过程中甲硫醇分布模拟及工艺优化研究。方法采用Aspen Plus和HYSYS软件模拟计算了MDEA溶剂胺洗脱硫后油田伴生气进一步分离得到干气、液化气和轻烃产品中甲硫醇的分布。针对液化气中总硫含量超标的问题,提出工艺优化方案并在工业装置上实施,考查优化效果。结果甲硫醇的富集是造成液化气产品中总硫含量超标的主要因素。模拟计算结果表明,通过方案二与方案三的组合,可将液化气中甲硫醇质量浓度由470.44 mg/m^(3)降至240.14 mg/m^(3),总硫质量浓度(以硫计)为272.94 mg/m^(3)。结论工业装置实施改造后,液化气产品中总硫质量浓度可控制在330 mg/m^(3)以下,达到GB 11174-2011《液化石油气》规定的液化气产品中总硫含量控制指标。

塔一联含氮天然气对加热炉燃烧的影响

为解决塔河油田注氮开采导致天然气含氮量上升而造成的天然气燃烧炉燃烧过程不稳定的问题,基于数值模拟软件Fluent,对塔一联含氮天然气在加热炉锥形燃烧室中温度场的分布规律及燃烧产物NOx的生成规律进行了研究,并针对塔一联含氮天然气组分的特殊性,分别以燃烧效率、NOx浓度、引燃温度、发热量及沃泊指数为基准,对掺混方案进行计算,并对4种掺混方案进行对比分析。确定选用基于NOx浓度的含氮天然气掺混方案,可保证塔一联含氮天然气燃烧过程燃烧效率、引燃温度、发热量及沃泊指数要求的同时,有效减少氮氧化合物带来的环境污染,具有较强的实际意义。

pH响应型稠油乳化剂的制备及响应特性

为改善常规稠油乳化剂在集输末端的油水分离问题,以甲基丙烯酸N,N-二乙胺基乙酯(DEAEMA)功能单体、丙烯酰胺(AM)和偶氮二异丁脒盐酸盐(V-50)为原料制备了pH响应型稠油乳化剂。考察了单体配比对乳化剂表面活性的影响,研究了乳化剂浓度、油水比、温度、矿化度对乳化剂降黏性能及稠油乳状液稳定性的影响,分析了稠油乳化剂的pH响应机理。结果表明,当DEAEMA、AM单体质量比为7∶3时,乳化剂的表面活性最好。随乳化剂浓度增加、油水比降低、温度升高,稠油乳状液降黏率逐渐增加。但油水比过低,稠油乳状液的稳定性降低。乳化剂具有显著的pH响应特性,在碱性条件下呈均匀的微球,具有较好的表面活性;在酸性条件下变成透明的高分子溶液,失去表面活性。稠油乳状液的黏度随乳化剂加量的增加而降低,降黏率约99%,抗温抗盐性能较好。通过调节pH值可使DEAEMA质子化或去质子化,从而使得乳化剂表面活性可控,实现稠油乳状液乳化-破乳可控。

酸气回注地面装置材料腐蚀规律研究

针对酸气回注过程中高压酸气会对管材和压缩设备材料造成严重腐蚀的问题,通过腐蚀失重试验、应力腐蚀开裂试验,并利用扫描电镜、X射线衍射等方法,开展地面装置材料在酸气回注过程中的腐蚀行为和规律研究。结果表明:在不同压缩阶段,管线材料20~#钢的腐蚀速率均要明显高于316L不锈钢,且随酸气压力的升高而增大,两种材料都未发生应力腐蚀开裂,对应力腐蚀开裂都不敏感;压缩机活塞杆材料17-4PH不锈钢的腐蚀速率很低,但会发生应力腐蚀开裂,对应力腐蚀开裂敏感。

塔河油田二号联酸气回注工艺设计及过程模拟分析

为解决常规酸气处理工艺成本高、污染环境等缺点,提出了一种经济、环保的酸气处理方法——酸气回注工艺。以塔河油田二号联合站为研究对象,结合国内外设计案例,进行了酸气回注工艺设计及过程模拟分析,设计包括井筒回注工艺、管输工艺和压缩工艺。采用GLEW-pro软件优化了回注酸气在井筒中的压力分布、密度分布和温度分布,确定井口回注压力为12.089 MPa;采用Ariel公司生产的四级往复式压缩机,压缩比为3.5,压缩机出口压力为15MPa;最后通过HYSYS软件模拟总体工艺处理过程,模拟结果显示该设计工艺能满足井筒回注压力要求,脱水率达99.5%,管输无游离水产生,确保了管道无腐蚀威胁、无水合物生成。

AngioJet血栓抽吸技术在急性下肢深静脉血栓形成中“一站式”治疗的应用

目的探讨AngioJet血栓抽吸技术在急性下肢深静脉血栓形成中"一站式"治疗的意义。方法2013年10月至2015年2月上海第二军医大学附属长海医院收治的急性下肢深静脉血栓28例,予以AngioJet机械血栓抽吸术联合左髂静脉PTA术(9例术中造影见左髂静脉狭窄)完成"一站式"治疗。结果全部28例病人,手术技术成功率为100%,病人在术中可见静脉血流恢复通畅。2例出现穿刺点周围皮下淤血,13例出现血红蛋白尿,术后无肺栓塞和死亡病例,住院日(3.9±1.1)d。结论AngioJet血栓抽吸术在急性下肢深静脉血栓形成中"一站式"治疗中是安全、有效的,且具有卧床时间短、住院时间少、术后并发症少等优点。

油田污水气浮选沉降罐溶气单元工艺结构优化

为形成油田污水溶气气浮处理工艺沉降罐的结构改进方案,满足油田污水的不断提效处理,考虑溶气单元布气工艺控制面积及布气工艺控制液位高度,利用多相流混合模型,模拟研究了溶气气浮沉降罐溶气单元工艺结构对油田污水分离性能的影响。研究结果表明:合理的布气环气体释放头布置、布气环布局及布气液位高度有益于获得均衡的配水单元压力场分布、稳定有序的分离流场粒子运动迹线特征及较好的除油、除悬浮物效果;在回流比25%、溶气释放压差0.6 MPa工况下,优化确定溶气单元布气环上均匀分布的气体释放头间距为856 mm,气体释放头数量为22个,布气环布局采用双环形布气结构,其高度控制在沉降罐内10.6~9.7 m的区域;溶气单元在此优化工艺结构下,可使油田污水沉降处理的除油率和悬浮物去除率分别达到65%以上和35%以上,揭示出优化溶气单元工艺结构是实现油田污水高效气浮选处理的有效途径。

麻醉肿胀液在腹腔镜胆囊切除术中的应用

目的探讨麻醉肿胀液在腹腔镜胆囊切除术(LC)中应用的临床效果。方法分析71例因胆囊良性疾病行LC术的患者资料,其中37例予操作前胆囊三角区注射麻醉肿胀液(D组),34例不注射(C组)。比较两组患者器械接触胆囊前4 min(T1)、接触胆囊后1 min(T2)、6 min(T3)、11 min(T4)、胆囊自胆囊床完全剥离时刻(T5)的心率(HR)、血压(SBP、DBP)、Spo2;观察记录两组患者的手术时间、术中出血量、术后排气时间、下床活动时间、住院时间;观察术中胆囊破溃、血管损伤、胆管损伤、肠损伤、放置引流管、腹腔内出血、术中使用阿托品或麻黄碱、术后24 h恶心、呕吐等方面情况。结果 C组T2~T4时SBP、DBP明显低于,HR明显慢于T1时(P<0.05),且SBP、DBP明显低于,HR明显慢于D组(P<0.05)。两组间比较在T1、T5时点差异无统计学意义,而氧饱和度两组间差异无统计学意义(P>0.05);D组手术时间,术中出血量少于C组;差异有统计学意义(P<0.05)。而肛门排气时间、下床活动时间、住院时间比较两组间差异无统计学意义(P>0.05);D组发生胆囊破损,血管损伤,放置引流管,使用阿托品或麻黄碱等不良事件明显少于C组,差异有统计学意义(P<0.05);术后腹腔内出血及恶心呕吐发生两组间差异无统计学意义(P>0.05)。结论麻醉肿胀液应用在腹腔镜胆囊切除术中可缩短手术时间、减少术中术后不良事件、维持血循环稳定等优点。

基于实测数据的办公建筑多联机加班运行能耗研究

多联机具有良好的个性化调节特性,能够满足加班工作期间的空调需求。以上海5栋办公建筑能耗数据为基础,利用数据统计和软件模拟方法,对多联机加班运行能耗进行了研究。结果表明,在设定的9种季节能效比组合场景下,多联机加班运行能耗占总能耗的比例基本保持不变,平均值为35.6%。与统计的加班运行能耗比例数据相比,模拟值最大偏差为13.8%。以统计部分负荷率为基础模拟多联机运行的方法能够反映其实际能耗特性。在有加班需求的办公建筑中,建议优先选用多联机。

基于不确定性量化分析的超低能耗建筑空调系统运行能耗研究

由于实际建筑运行条件复杂多变,单一工况点下的建筑空调系统运行能耗模拟计算结果往往与实测数据偏差较大。为准确评估上海一栋超低能耗建筑空调系统的运行能耗,应用不确定性量化分析方法对其进行了分析研究,使用累积概率对建筑空调系统运行能耗进行了概率估计。对影响空调系统运行能耗的参数进行了不确定性辨析,确定了参数概率分布及取值范围;在此基础上,使用DesignBuilder对空调系统运行能耗进行了不确定性量化分析。经计算可知,在95%的概率下,该建筑空调系统全年单位面积运行能耗约为25 kW·h/(m^(2)·a)。