菌株Pseudomonas aeruginosa BC1发酵-渗透汽化耦合制备鼠李糖脂

采用发酵-渗透汽化耦合(fermentation coupling with pervaporation,FCP)系统和分批补料式发酵系统培养Pseudomonas aeruginosa BC1制备生物表面活性剂鼠李糖脂,两轮发酵过程分别持续124 h和107 h。在FCP系统中,最大细胞吸光度OD600为1.06;生物表面活性剂OD600为0.61;鼠李糖脂最终产量为1.3 g/L,相比于分批补料式发酵系统提高38%;对比纯水的表面张力67.52 m N/m,发酵第29 h的发酵上清液表面张力为22.56 m N/m。同时,该菌的发酵上清液对液体石蜡、机油、柴油、正己烷、十六烷均有较好的乳化能力。经GC-MS结合SPME分析发现,FCP系统分离出的渗透蒸汽冷凝液中含有乙醇、戊醇等有机物。实验结果表明,相比分批补料式发酵系统,FCP系统能够分离发酵过程中产生的一部分挥发性代谢产物,减轻这些物质对细胞生长的抑制,使细胞浓度和鼠李糖脂产量都有明显提高。

硅橡胶膜生物反应器中乙醇发酵与渗透汽化的耦合

用硅橡胶膜生物反应器（SMBR）实验研究连续发酵-渗透汽化的耦合性能。发酵微生物采用酿酒干酵母，所用碳源为工业级葡萄糖。发酵过程由于产物抑制作用，在乙醇质量浓度达到73g／L时趋于停滞，而耦合渗透汽化膜后，发酵罐内的乙醇质量浓度降低并维持在40g／L，使发酵可以连续稳定地进行。在SMBR运行达到稳态后，乙醇的体积产率为4．02g／（L·h）。发酵液中乙醇质量浓度维持在20～63g／L，聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜的总渗透通量为1220—800g／（m^2·h），分离因子为5～9．2。与传统发酵和分离相同进料质量分数的乙醇溶液相比，乙醇发酵和渗透汽化在硅橡胶膜生物反应器中能相互耦合并得到强化。与较小规模耦合系统（发酵体积1L和2L）比较，性能稳定良好。

渗透汽化在丙酮-丁醇发酵制备燃料丁醇中的研究进展

20世纪末的能源危机和环境问题促使人们对生物质发酵制备燃料丁醇的探索和研究,其中渗透汽化膜分离技术因其高效、节能、环保、便于和发酵过程耦合等优点,在燃料丁醇制备的过程中发挥着重要的作用.综述了用于生物质发酵制备燃料丁醇过程中的渗透汽化疏水膜和亲水膜的研究进展,对丙酮-丁醇发酵-渗透汽化耦合工艺进行了综述和分析,并对该领域未来的发展趋势进行了展望.

热液成矿系统构造控矿理论

构造对成矿的控制是热液成矿系统的典型特征之一,系统剖析多重尺度控矿构造的几何学、运动学、动力学、流变学和热力学对认识矿床成因和预测找矿至关重要;而如何实现控矿构造格架、渗透性结构、成矿流体通道和矿化变形网络由静态到多尺度时-空四维动态的转变,查明流体通道和矿床增量生长过程与控制因素,揭示热液成矿系统的构造-流体耦合成矿机制和定位规律是亟待解决的关键科学难题。为此,我们在对已有相关成果系统梳理的基础上,提出了科学构建热液成矿系统构造控矿理论的基本要点与对应方法及应用范畴:(1)流体而非构造是构造控矿理论的中心,热液系统的流体流动与成矿作用受控于断裂带格架及其渗透性结构,其中渗透率是将流体流动与流体压力变化联系起来理解控矿构造的核心;(2)不同控矿构造组合的关键控制是构造差应力和流体压力的大小,而矿化类型的变化可能是由于构造应力场引起的容矿构造方位的不同和赋矿围岩之间的强度差异所致;(3)流体通道的生长始于超压流体储库上游围岩中孤立的微裂隙沿流体压力梯度最大的方向、随裂隙发育且相互连结而形成新的长裂隙,并最终连通形成断裂网络内的流体通道,矿床的增量生长发生在高流体通量的短爆发期,断层反复滑动驱动其内流体压力、流速和应力快速变化,当由此诱发的流体通道生长破坏了流体系统的动态平衡时,随之而来的流体快速降压就成为金属沉淀成矿的关键驱动因素;(4)以热液裂隙-脉系统野外地质观测和构造-蚀变-矿化网络三维填图为基础,通过宏观与微观各级控矿构造相结合、地质历史与构造应力分析相结合、局部与区域点-线-面相结合、浅部与深部相结合、时间与空间相结合、定性和定量相结合,对各种控矿因素开展多学科、多尺度、多层次、全方位综合研究,是应遵循的基本原则;(5)通过构造-蚀变-矿化网络填图,将蚀变-矿化体与控矿构造的类型、形态、规模、产状和间距等几何学特征联系起来,利用热液裂隙-脉系统和断裂网络拓扑学及矿体三维几何结构分析等定量方法查明控矿构造格架和渗透性结构并揭示矿化变形网络的连通性与成矿潜力;(6)合理构建地质模型,选取合适的热力学参数和动力学边界条件,利用HCh和COMSOL等方法,定量模拟成矿过程中的流体流动、热-质传递、应力变形和化学反应等的时-空变化,是揭示构造-流体耦合成矿机理和定位规律、预测矿化中心和确定找矿目标的有效途径。进而提出了构造控矿理论的研究流程:聚焦构造-流体耦合成矿机制和定位规律这一关键科学问题,选择热液裂隙-脉系统和构造-蚀变-矿化网络为重点研究对象;通过几何学描述、运动学判断、流变学分析、动力学解析和热力学综合,厘定控矿构造格架,定位矿化中心,示踪成矿流体通道和多种矿化样式的增量生长过程及其关键控制,揭示渗透性结构的时-空演变规律及构造再活化与成矿定位的成因关联,建立构造-流体耦合成矿模式,服务新一轮战略找矿突破。以胶东焦家金矿田为例,开展控矿构造理论研究和成矿预测应用实践,证实了其科学性和有效性。

丙酮-丁醇发酵分离耦合技术的研究进展

介绍了近年来采用吸附、气提、液液萃取和渗透汽化从丙酮-丁醇发酵体系中分离丙酮、丁醇、乙醇的研究进展及最新的应用动态,评述了上述几种方法在分离丙酮-丁醇发酵产物(丙酮、丁醇、乙醇等)方面的优点和不足,并对各类方法做了比较,最后对丙酮-丁醇发酵分离耦合的发展方向进行了展望。

渗透汽化-精馏耦合工艺对水中二甲基甲酰胺回收效果研究

指出了渗透汽化-精馏耦合工艺是现在环境工程废水治理当中常见的一种方法,主要是可对废水中的二甲基甲酰胺进行有效的回收,改善了传统蒸馏方法能耗大、效益低的问题。渗透汽化-精馏耦合工艺主要采用渗透气化和精馏两种工序,对废水中的二甲基甲酰胺进行回收。经过渗透汽化-精馏耦合工艺处理可以得到质量分数达到99%以上的二甲基甲酰胺,可以很大程度提高了废水治理的效率。

有机硅膜对醇-水混合物的渗透汽化分离

在硅橡胶中加入交联剂，制备成有机硅膜．该膜对醇－水混合物具有良好的分离性能，实验表明：交联剂的用量，交联方式均对膜性能有很大的影响，膜内支撑材料和料液浓度对膜的渗透性能也有影响，ＨＶ法和ＲＴＶ法制得的透醇膜对酒精的选择因子分别约为７和５，其通量分别约为１５×１０－３ｋｇ／（ｍ２·ｈ）和４０×１０－３ｋｇ／（ｍ２·ｈ）．

计及灵活爬坡的气-电耦合综合能源系统低碳经济调度研究

随着“双碳”目标的提出,电力系统低碳化转型以及新能源高比例渗透已成为必然趋势。然而,高比例新能源并网给电力系统灵活性运行带来了更大的挑战。因此,调度侧需具备充裕的运行灵活性以平抑净负荷波动。该文以含碳捕集电厂的气-电耦合综合能源系统为对象,提出了一种计及灵活爬坡需求的低碳经济调度模型。首先,计及了电力系统、天然气系统和碳捕集电厂的运行约束,构建了计及碳排放成本的低碳经济模型。然后,考虑了发电机组与碳捕集电厂提供运行灵活性爬坡服务,建立了计及灵活爬坡产品的综合能源系统低碳经济调度模型。最后,算例测试定量分析了碳价对于综合能源系统低碳调度决策的影响,量化了燃气机组与碳捕集电厂的运行灵活性。

“渗流-管流耦合模型”的物理模拟及其数值模拟

井孔 -含水系统问题是当今水文地质学最重要的研究课题之一。长期以来 ,水文地质模型中对井孔的刻画基本上都是引用“热传导”中的“线汇”理论 ,需要人工预先给定线汇 线源的流量或水头的分配 ,其正确性或适用性至今没有得到理论证明。陈崇希 (1993 )提出的“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”在理论上已解决多个水文地质问题 ,也用于几个实例 ,本文再用物理模拟检验其可靠性。论文针对具有典型意义的河床下水平井或傍河垂直井地下水流问题做了砂槽物理模拟 ,并用基于“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”的数值方法仿真模拟了此条件下地下水流的规律。成果表明 ,数值模拟观测孔水头动态相当好地再现了物理模拟结果。论文指出了“渗流 -管流耦合模型”和“等效渗透系数”在井孔 -含水系统问题上的广泛应用前景。

井孔-含水层系统数值模拟方法研究进展

目前"井孔-含水层"系统处理的三种主要方法:基于线汇理论的井孔模拟、高渗透系数法和渗流-管流耦合模型,评述了各种方法的优缺点,重点指出了传统线源(汇)法理论上的缺陷及实际应用中的局限性。概括了MODFLOW,TOUGH2,FEFLOW等地下水数值模拟软件对井孔含水层模拟的方法;应加强井周小尺度水流水质的精细研究,并研究井周水流运动对水质的作用,以及对大尺度地下水模拟的影响。

不同渗透水压下完整泥页岩剪切-渗流特性研究

为了探索高压水力浸润带和消落带岩体在压剪荷载与流体入渗双因素耦合作用下剪切渗流特性的衍化规律,利用自主研发的一套新型岩石剪切-渗流耦合试验系统,对饱水泥页岩进行了常法向荷载条件下不同渗透水压的剪切-渗流耦合试验和剪切蠕变-渗流耦合试验。试验结果表明:(1)随着渗透水压力的增加,饱水泥页岩剪切强度峰值、法向变形峰值以及剪切蠕变破坏强度均有所下降,说明渗透水压力对岩样力学强度具有损伤效果。(2)在剪切-渗流耦合试验过程中,岩样剪应力与法向变形在线弹性变化的末期会出现明显的上下波动现象,并伴有水流流出,剪应力和法向变形的突变点在时间上具有一致性。(3)在剪切蠕变-渗流耦合试验过程中,水流渗出速率与渗透水压力大小呈正相关,随着剪切荷载施加等级的提高,岩样蠕变变形量增大,单位时间内累计渗出水量亦有所提升。

BDO装置丁醇废液三塔耦合分离工艺研究

1,4-丁二醇(BDO)装置副产了大量丁醇废液,其主要成分为甲醇、正丙醇、正丁醇和水。为了降低生产成本,提高企业经济效益,同时减少环境污染,采用精馏与膜分离相结合的技术回收废液中的醇类物质。使用Aspen Plus软件对工艺流程进行模拟计算,得到了3种纯度合格的醇类产品。为进一步降低能耗,采用三塔热耦合精馏技术对工艺进行节能优化,优化后的蒸汽消耗降低了25.5%,循环水消耗降低了21.6%,计算结果可为工程设计提供依据。

煤岩体应力-渗流-温度多过程耦合试验系统

自主研制了煤岩体应力-渗流-温度多过程耦合试验系统,可以实现不同地应力、温度、流体压力等条件下煤岩体应力变形-瓦斯解吸/扩散-气体运移-温度传输等行为的试验模拟.该系统主要包括岩芯夹持子系统、流体控制子系统、温度控制子系统、操作控制及数据分析子系统等.岩心夹持器的煤岩样通过液体自动加压泵精准控制加载应力;特制的橡胶套包裹煤岩体有效阻隔了外界液体与煤岩样的接触,应变片直接贴敷在煤岩样上,克服了许多传统仪器应力-应变参数的非接触式测量和仪器操作过程复杂等问题;采用程序控温和电热毯联合加热的方法,实现了试验管路和煤岩样环境温度的可调可控,突破了普通水浴控温温度低于100℃的限制;采用labVIEW可视化的图形编程语言和平台开发了系统操作界面,可以实现实验数据的实时采集与分析.该试验系统的力学和渗透性测试结果的准确性分别通过了MTS815岩石力学试验系统和标准渗透率岩心的验证.应用该系统开展了温度-应力耦合下煤体渗透性演化和应力加载下型煤吸附/解吸CO2的连续性力学-吸附/解吸过程相关的实验,实验结果与理论-实际的认知相吻合.

抽水井非达西流问题两种数值模拟方法比较研究

总结了目前井孔—含水层系统处理的两种主要方法——等效渗透系数法和多流态耦合模拟法;基于流量守恒原理和雷诺数理论给定了不同流态分区范围,改进了多流态耦合模拟法,并在此基础上利用上述两种方法模拟了理想条件下的抽水井—含水层系统,利用解析解模型验证了数值模型的基本精度。结果指出,当径距大于含水层厚度时两种方法的差别较小,都能取得较好的结果;当径距小于含水层厚度时,等效渗透系数法能更合理地描述井管中的紊流状态及紊流情形下的水头损失,因此能更合理地描述井孔内部及其周边水头的分布。