双氧水超临界氧化对氨基苯酚模拟废水

在连续流管式反应器中,以H_2O_2为氧化剂,在温度480～550℃、压力32～38MPa及H_2O_2过量100％～270％的条件下,用超临界水氧化(Supercritical water oxidation,简称SCWO)对含对氨基苯酚的模拟废水进行了实验研究。结果表明,采用SCWO法能有效去除废水中的含氮有机物对氨基苯酚。升高温度、升高压力和延长停留时间使COD去除率显著提高。在550℃,38MPa,H_2O_2过量190％和停留时间229s时,COD去除率高达98.5％。在此条件下,SCWO总动力学对COD是2.13级,反应的活化能为29.3kJ/mol。

超临界氧化废水装置技术的现状

超临界水氧化(SCWO)是20世纪80年代兴起的一项具有高效环保特征的废水处理技术。本文介绍了SCWO处理有机废水装置技术的现状,基于氧化醇类、酚类废水的装置,归纳出装置现存的技术瓶颈为盐析与腐蚀这两个根本问题,提出了可行的解决途径。

V-W-Ti-Yb/ZSM-5催化剂超临界氧化处理焦化废水

采用浸渍烧结法制备了一种用于超临界催化氧化处理焦化废水的催化剂(V-W-Ti-Yb/ZSM-5),考察了反应温度、反应压力、反应时间、过氧比(氧气实际浓度与理论浓度的比值)等因素对COD及NH_(3)-N去除率的影响。实验结果表明:COD去除率的最优反应条件是反应温度448.2℃、反应压力24.2 MPa、反应时间16.2 s、过氧比2.5,此时COD去除率可达99.97%;NH_(3)-N去除率的最优反应条件为反应温度436.2℃,反应压力29.4 MPa,反应时间2.0 s,过氧比3.3,此时NH_(3)-N去除率可达98.74%。选择苯酚作为焦化废水特征污染物,拟合计算得到了V-W-Ti-Yb/ZSM-5催化剂超临界催化氧化处理焦化废水的反应动力学方程。

高浓度肼类废水超临界水氧化系统的研制

针对高浓度肼类废水处理的需要,开展了一体化工业级连续式超临界水氧化系统的研制。介绍了设备的工作原理和工艺特点,设计开发了反应器及配套的进料、供氧、预热、冷却、排盐及控制系统。针对高温、高压、过氧的使用条件,进行了安全性设计分析。开展了利用真实肼类废水的调试试验,并获取了最优工艺参数。结果显示,该设备可以实现入水COD为10000mg/L左右的高浓度肼类废水快速高效处理,主要指标满足GJB 3485A-2011标准的要求,处理量达到50L/h。设备能够满足高浓度肼类废水处理的工程需要,并具备拓展应用的能力。

催化超临界水氧化法处理焦化废水的试验研究

焦化废水是在煤气净化、煤制焦炭和回收焦化产品的过程中产生的,其成分复杂,危害性大,常规的处理方法很难达到理想的效果。本次试验采用超临界水氧化技术对焦化废水进行处理研究,对废水中COD,NH_(3)-N等污染指标进行检测,通过采用新型混合催化剂,降低超临界水氧化所需反应条件,使出水效果满足GB 16171-2012炼焦化学工业污染物排放标准。

超临界二氧化碳流量测量方法研究

在临界点附近的超临界流体,操作温度或操作压力的微小变化,都会引起超临界流体密度的很大变化,因此,尚无能够满足实时、准确、可溯源要求的超临界流体流量测量方法及仪表。该文首先分析超临界二氧化碳在拟临界温度区域的物理特性;然后分别研究科里奥利质量流量计和差压流量计的超临界流体测量特点,确定流量测量所需的工况条件;最后提出一种以科里奥利质量流量计对差压流量计进行动态密度修正,从而提高超临界流体质量流量测量精度的流量计组合方法。验证实验中,该文以质量法液体流量标准装置对上述两种流量计进行校准,再基于雷诺数近似原理采用质量法气体流量标准装置进行模拟测试,评估动态响应能力及两种被测介质之间的测量误差。实验结果表明:该流量计组合方法具备超临界二氧化碳流量测量的能力,可实现以科里奥利质量流量计作为工作级标准的超临界二氧化碳量值溯源。

变截面半圆通道内超临界二氧化碳热工水力性能研究

建立了不同半圆通道的数学和物理模型,并通过与实验数据的比较,验证了所建立模型的准确性。研究了超临界二氧化碳(S-CO_(2))在等截面半圆通道、渐扩型和渐缩型通道内的热工水力换热性能,并分析了不同通道和压力对S-CO_(2)在变截面半圆通道内的热工水力性能的影响。结果表明:相较于均匀截面半圆通道,渐扩型通道恶化传热,渐缩型通道强化传热;入口和出口半径比为1.0:0.5的渐缩型半圆通道的总体换热系数最大提升了39.93%,流动传热综合性能评价因子PEC最大为1.346;当压力越靠近临界压力或热通量较低时,传热性能越高。最后,从场协同性和湍动能分布的角度解释了渐缩型变截面通道强化传热的原因。研究结果可为S-CO_(2)循环系统冷却器的设计与优化提供新的思路和理论指导。

超临界二氧化碳介质中晶圆清洗与选择性刻蚀研究进展

随着集成电路特征尺寸的逐渐减小,器件结构会要求更高的纵横比,常规湿法清洗由于表面张力很难进入晶圆深沟槽结构内部,不能满足更细线条工艺要求和高深宽比结构,直接影响沟槽内的污染物去除效果;常规湿法刻蚀各向异性差、结构坍塌严重、深沟槽刻蚀效果不明显;而等离子体干法刻蚀则存在刻蚀速率慢、光刻胶脱落和黏附、结构损伤、废气处理等一系列问题。超临界清洗和刻蚀技术是最具有前景的环境友好、无损伤技术,能够耦合刻蚀、清洗与干燥工艺为一体,且可以循环使用,安全环保,是晶圆制造过程中常规清洗和刻蚀的首选替代技术。综述了超临界二氧化碳中晶圆清洗与选择性刻蚀的研究进展,重点介绍了超临界二氧化碳共溶剂、微乳液体系在光刻胶剥离以及含硅基底选择性蚀刻中的应用,展望了超临界二氧化碳晶圆清洗和刻蚀存在的问题和发展趋势。

300 MW超临界二氧化碳燃煤发电机组热经济性分析

针对300 MW超临界二氧化碳(SCO_(2))部分冷却循环和部分冷却再热循环燃煤发电系统,建立了热经济性数学模型,以循环热效率η_(t)、系统㶲效率η_(ex)及平准化度电成本C_(LCOE)为评价指标,对不同系统和不同关键参数进行热经济性对比分析。结果表明:在设计工况下,与部分冷却循环系统相比,在部分冷却再热循环下η_(t)高0.33%,η_(ex)高0.35%;在相同参数条件下,2个发电机组燃煤消耗成本占比均超过70%,锅炉成本远高于其他设备成本;存在最优的主压缩机入口压力,使得η_(t)、η_(ex)达到最大,同时C_(LCOE)达到最小;随着主压缩机入口温度的增大,η_(t)、η_(ex)逐渐减小,C_(LCOE)则逐渐增大;η_(t)、η_(ex)随着透平入口温度的增大线性提升,C_(LCOE)则先减小后增大。

Al含量对含铝奥氏体不锈钢在高温超临界二氧化碳中均匀腐蚀性能的影响研究

为进一步提升奥氏体不锈钢作为超临界二氧化碳核反应堆候选包壳材料的耐腐蚀性能,对比研究了3种不同Al含量的含铝奥氏体不锈钢及不含Al基材在650℃/20 MPa的超临界二氧化碳环境中的均匀腐蚀行为。结果表明,材料的腐蚀增重随Al含量增加而降低,不同Al含量材料的腐蚀增重均近似服从抛物线生长规律。Al含量低于1.5wt%时,材料表面生成双层富Fe氧化膜,保护性差,渗碳层厚度可达约12μm;Al含量高于2.5wt%时,材料表面生成保护性氧化膜,外层富Cr、内层富Al,氧化膜及基体中仍存在渗碳行为,渗碳层厚度减小至约6μm。造成差异的原因是较高Al含量能有效促进保护性富Al氧化膜的形成,抑制Fe的向外扩散和C的向内扩散,进而提升材料的耐氧化和渗碳属性。

超临界二氧化碳系统用箔片气体动压轴承静特性研究

超临界二氧化碳动力循环系统对实现节能减排的目标有着十分积极的作用。针对一种箔片气体动压轴承结构建立了计算模型,并通过拟合非理想状态气体超临界二氧化碳的密度与压力之间的关系,基于传热学模型和气体润滑能量方程分析了轴承气膜温升,结合实际运行过程中出现的湍流效应修正润滑气体雷诺方程、耦合力学分析模型和能量方程,分析S-CO_(2)介质箔片气体动压轴承的静特性,并与空气作为介质进行对比分析不同系统参数和湍流参数对轴承特性的影响规律。结果表明:相较于空气而言,使用超临界二氧化碳作为润滑介质的箔片气体动压轴承具有较高的承载力,而且在一定范围内随着轴承直径和宽度的增加、偏心率的上升、轴承间隙的减小、转速的提高等,轴承承载力均可以增大;对于湍流影响因素来说,在一定范围内随着局部雷诺数和湍流系数的增加、气体动力黏度和密度的提高、高温环境下环境温度的降低等,轴承承载力将会增大。

机器学习在超临界二氧化碳制膜技术教学中的应用实践

[目的]探索将超临界二氧化碳(CO_(2))辅助制备金属-有机框架(MOF)膜与机器学习技术相结合的创新教学模式,以提高本科生在实验数据处理、分析和预测方面的能力。[方法]在教学过程中,学生首先使用数据提取工具从复杂的实验图表中提取CO_(2)在MOF材料上的吸附等温线数据,构建包含数据点和材料性能参数的数据集。随后,学生应用极致梯度提升(XGB)和随机森林(RF)两种机器学习算法对提取的数据集进行训练和测试,建立材料性能预测模型。[结果]数据提取工具显著提高了数据处理的效率和准确性,XGB模型在材料性能参数预测方面表现出良好的准确性和可解释性。通过这种结合数据提取和机器学习的教学模式,学生在数据处理和预测方面取得了显著进步,增强了他们的数据分析和科研能力。[结论]本工作提出的教学模式为化学工程和材料科学领域的实验数据处理和分析提供了有效的解决方案,具有较高的应用价值。

超临界二氧化碳螺旋槽干气密封热流耦合润滑临界阻塞特性研究

在密封稳定运行的前提下,促成密封端面出口形成阻塞流动以提升气膜开启力、降低端面泄漏不失为干气密封性能优化的有效途径。以超临界二氧化碳(CO_(2))螺旋槽干气密封为研究对象,综合考虑实际气体、离心惯性、湍流和阻塞流效应,采用有限差分法耦合求解压力和温度控制方程,定性研究了热流耦合润滑下的临界阻塞特性(临界阻塞进口压力po_(cir)、临界阻塞转速N_cir、临界阻塞膜厚h0_cir和阻塞临界失稳膜厚hsc)。结果表明:等温流动和绝热流动模型下超临界CO_(2)干气密封端面间隙出口均存在阻塞发生工况区间,进口压力、膜厚、转速对应的阻塞发生区间分别为po>po_(cir)、h0_cir<h0<hsc和N<N_cir;转速升高可以对临界阻塞进口压力和临界阻塞膜厚产生持续增强作用,增大膜厚则会导致临界阻塞压力降低、临界阻塞转速上升,高压进口将使阻塞零刚度对应的膜厚(阻塞临界失稳膜厚hsc)下行;相较于等温流动假设,气膜热效应对超临界CO_(2)干气密封临界阻塞特性参数的影响程度较为显著,且影响规律各有不同。

超临界二氧化碳离心压缩机气动设计与性能分析研究进展

超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,SCO_(2))Brayton循环具有效率高、结构紧凑等优点,在能源动力系统中有着良好的应用前景。离心压缩机作为该循环系统的重要部件,因其运行范围广、单级压比大、效率高等优点同样在能源、动力及化工行业得到广泛的应用。气动设计与性能分析是所有压缩机工作的基础,其包含一维气动设计与分析及全三维CFD(computational fluid dynamics)数值分析等关键部分。相对于传统离心压缩机,近临界点特殊的工质物性为SCO_(2)离心压缩机设计与分析带来了新的挑战。通过对近期相关文献的探讨,综述了SCO_(2)离心压缩机的设计方法以及相关学者的性能分析实验,着重介绍了一维设计方法和三维流动分析中的影响因素,并在综合分析后提出了关于SCO_(2)离心压缩机的设计和性能分析的研究重点。

基于硝酸钠超临界水氧化技术处理磷酸三丁酯的实验研究

放射性磷酸三丁酯是一种常见的放射性有机废物,其妥善处理对于核工业的可持续发展极为重要。采用连续式超临界水氧化设备,以硝酸钠为氧化剂对磷酸三丁酯的氧化分解进行了探究。结果表明:磷酸三丁酯降解产物无毒害物,气相产物为N_(2)、CO_(2),液相产物中含有NO_(3)^(-)、PO_(4)^(3-)及未反应的有机物,证实了以硝酸钠为氧化剂超临界水氧化技术处理磷酸三丁酯的可行性。通过对反应温度、反应压力、停留时间等因素对有机物去除率影响的研究,确定了磷酸三丁酯超临界水氧化反应的最优化反应条件:反应温度500℃、反应压力22.5 MPa、过氧系数1.5、停留时间55.7 s。在此条件下,有机物去除率达到95%以上。

两性离子表面活性剂和纳米颗粒为起泡剂的高稳定性超临界二氧化碳泡沫封窜体系

胜利油田低渗透油藏具有埋藏深(>3000 m)、温度高(>120℃)、非均质性强等特点,针对低渗透油藏CO_(2)驱波及效率低、常规泡沫高温调驱性能变差等问题,构建了由两性离子表面活性剂(HSD)和改性SiO_(2)纳米颗粒为起泡剂的高稳定性超临界CO_(2)泡沫体系。研究了该体系在高温下的起泡性能和耐温性能;分别评价了纳米SiO_(2)对超临界CO_(2)泡沫体系流变特性、封堵特性以及调驱性能的影响;最后探讨了纳米颗粒强化超临界CO_(2)泡沫的稳定机理。结果表明,高稳定性超临界CO_(2)泡沫体系表现出良好的起泡性能和耐高温特性,随着体系中纳米颗粒浓度的增加,泡沫半衰期先增加后降低。在110℃下,0.5%的纳米颗粒可使泡沫析液半衰期由17 min提高到40 min,稳定性提高了近1.5倍。在相同的剪切速率下,体系的表观黏度随纳米颗粒浓度的增加而增加,稠度系数由0.073增至1.220。在岩心封堵实验中,泡沫在多孔介质中的稳态表观黏度随纳米颗粒浓度的增加而增加,封堵强度逐渐增强;超临界CO_(2)泡沫呈“颗粒状”堆叠排放,泡沫直径为10~20μm。超临界CO_(2)泡沫具有较好的调驱性能,能封堵高渗透通道,迫使后续注入的CO_(2)进入低渗透基质中,从而提高采收率。表面活性剂分子吸附在纳米SiO_(2)表面使其具有了界面活性,进而纳米SiO_(2)吸附到气液界面上,提高了泡沫稳定性。

超临界二氧化碳泄漏减压模型构建及泄漏量分析

为了解决超临界二氧化碳管道泄漏风险评估问题,基于工业规模超临界二氧化碳小孔泄漏试验结果,提出分别构建超临界泄漏阶段、气液两相泄漏阶段、气相泄漏阶段的理论模型,并通过确定各阶段的传递参数,实现二氧化碳减压过程的理论建模。采用MATLAB软件编制了模型求解程序。通过试验数据验证了理论模型的可靠性。基于理论模型计算结果定量探讨了初始压力、初始温度和泄漏口径对泄漏减压过程压力及质量流量的影响。结果表明:初始压力在8~9.5 MPa变化时,对减压过程压力及泄漏质量流量影响较小;初始温度在33~39℃变化时,压力降至临界值的时间逐渐增加;泄漏口径减小,压降时间显著变长;在泄漏减压初期,泄漏质量流量均出现波动,随后随压力降低而逐渐降低。构建的理论模型能够实现超临界二氧化碳泄漏质量流量预测。

超临界二氧化碳在螺杆挤出过程中塑化混合酯发射药的研究:在线流变仪设计与实验测量

为了改善混合酯发射药的加工流动性,在其挤出过程中注入超临界二氧化碳(SC-CO_(2))作为增塑剂;为了更好地研究塑化过程,设计制造了一个在线狭缝流变仪用来测量混合酯发射药的剪切黏度和流变参数。流动曲线表明,混合酯发射药和SC-CO_(2)/发射药混合物都是非牛顿假塑性流体,幂律模型可以用来描述SC-CO_(2)/发射药混合物的流变行为。实验研究了剪切黏度随加工温度和增塑剂含量的变化规律,结果显示较高的加工温度有利于降低剪切黏度。在注入SC-CO_(2)后,黏流活化能降低了约20 kJ/mol。SC-CO_(2)被证明是一种有效的增塑剂,可以显著改善混合酯发射药的流动性。并且随着SC-CO_(2)含量的增加,挤出过程中的流动性会更好,但增塑剂含量的不断增加并不能无限制地提升塑化效果。

5-(二甲氨基)-2-甲基-5-氧戊酸甲酯在超临界二氧化碳流体染色中的应用

为提高部分分散染料在超临界二氧化碳流体(ScCO 2)中上染率,补全ScCO 2分散染料染色色谱,以5-(二甲氨基)-2-甲基-5-氧戊酸甲酯作为分散染料ScCO 2染色助溶剂,通过实验探究了染料与助溶剂质量比、染色温度、染色压力对分散染料上染率的影响,并对染色后涤纶纱线的力学性能、耐摩擦色牢度、耐日晒色牢度以及耐皂洗色牢度进行表征。结果表明:纱线得色深度明显提高,且未对纱线色相、饱和度产生明显影响;分散黄163、分散蓝60染料滤饼上染率分别为21.61%、34.25%;加入助溶剂后,分散黄163、分散蓝60的ScCO 2染色上染率分别可达57.62%、70.97%;染色纱线得色深度显著提高,染色后纱线的K/S值分别由4.5、5.9提升至12.0、12.2;最佳染色工艺为:染料与助溶剂质量比1∶20,染色温度130℃,染色压力27 MPa;加入助溶剂后染色纱线的力学性能、色牢度符合生产需求。

超临界二氧化碳超声速喷管设计与性能分析

超临界二氧化碳由于其独特的物理性质而受到广泛应用。同时超临界二氧化碳真实气体效应显著,其流动机理和理想气体差别较大,因此需要设计相应的喷管。采用特征线法设计超临界二氧化碳超声速喷管,其中二氧化碳的热力学参数基于S-W方程获得。通过CFD粘性仿真进行边界层修正。分析了改变喷管入口总压、总温对喷管内流场的影响。结果显示,设计工况下喷管出口质量平均马赫数与设计值相差0.033%,喷管内流场品质较好;非设计工况下,由于温度变化会显著改变CO_(2)的热物性参数,入口总温对喷管流场的影响比总压更大,当入口总压和总温分别降低83.33%,52.94%时,出口马赫数分别降低1.16%、提高3.23%。设计工况下喷管流场满足设计要求,非设计工况下喷管出口马赫数与设计值偏差较小。喷管具有较宽的工作域。