丙酮丁醇梭菌生物膜结构与组成分析

丙酮丁醇梭菌在固定化连续发酵中可固定到纤维载体上形成生物膜(BF),开展BF的结构与组成分析工作是将BF应用于发酵,进一步提高发酵性能的基础。结合电子显微分析,发现丙酮丁醇梭菌细胞黏附、聚集、堆积,被分泌的胞外基质(EPS)包裹形成一个三维网状结构。经酶降解,发现BF由细胞和EPS组成,EPS中含有胞外蛋白、多糖、核酸和脂类等物质,多糖为主要网络结构支撑。结合细胞数目与细胞干重之间具有线性关系的假设,发现BF中微生物细胞含量为2.26%~3.38%;对EPS组成进行特异性生物或化学方法处理,测得胞外多糖在BF干重中含量最高,约达36.09%,蛋白、核酸和脂类含量分别约占23.86%、4.05%和10.85%。

渗透汽化-酯化反应耦合生产乙酸乙酯过程模拟与分析

为了解决乙酸乙酯生产过程中转化率低的问题,提出渗透汽化-酯化反应耦合技术。首先利用Aspen Custom Modeler(ACM)软件建立内置式连续性渗化膜反应器(PVMR)模型并进行验证,然后利用Aspen Plus考察反应温度、进料酸醇比、膜面积与反应液体积比对PVMR过程性能的影响。结果表明,乙醇转化率增量与反应温度之间呈正相关性;随着进料酸醇比增大,乙醇转化率增量呈先增大后减小趋势;增加膜面积与反应液体积比能促进PVMR性能。在反应温度90℃,进料酸醇比为2,膜面积与反应液体积比为100 m^(-1)时,PVMR过程乙醇转化率为82.4%。研究结果为PVMR生产乙酸乙酯节能集成工艺开发提供基础和参考。

带组分循环反应精馏合成丙酸正丙酯过程优化设计与控制

针对反应体系存在最不利挥发度序列的反应精馏难操作问题,提出带组分循环的反应精馏工艺,以过量正丙醇与丙酸酯化反应生产丙酸正丙酯为对象,构建了一种正丙醇循环的反应精馏工艺。通过热力学分析确定丙酸正丙酯和正丙醇二元体系存在夹点,系统研究了正丙醇循环纯度(X_(ProOH))对反应精馏集成过程的影响,并以年度总成本(TAC)为优化目标,通过序贯优化法确定反应精馏塔及回收塔的操作参数和结构参数。结果表明,当X_(ProOH)=0.80时,达到反应精馏塔反应过程和回收塔分离过程之间的权衡,获得TAC最小的工艺过程参数。此外,进一步提出一种组成/温度-比例控制方案,研究了闭环系统中引入±10%丙酸进料流量扰动时动态响应性能,结果表明该控制方案具有较好的抗干扰能力。

水泥中MgO膨胀剂水化产生的膨胀应力表征

本文研制了一套膨胀应力测试装置,并以此为基础测试了约束条件下MgO膨胀剂(MEA)压实体和掺MgO膨胀剂水泥浆体中水化产生的膨胀应力;采用X射线衍射法定量分析了MgO的含量,并计算MgO的水化程度。结果表明:活性指数为23s和46s的MgO膨胀剂压实体水化22d产生的膨胀应力分别为38.9MPa和62.7MPa;掺水泥浆体的膨胀应力随MEA掺量增大、MEA活性指数提高和MgO水化程度增加而增大,不掺MgO膨胀剂的水泥浆体63d时的收缩应力为1.3MPa,掺12%活性指数为23s和46s的MgO膨胀剂水泥浆体在63d时的膨胀应力分别为1.8MPa和3.0MPa。

方解石颗粒尺寸对白云质灰岩中碱白云石反应的影响

探讨了白云质灰岩中方解石基质对Na^+在岩石中迁移及其对碱白云石反应的影响。采用图像分析法测定不同白云质灰岩样本中方解石颗粒的尺寸,采用N_2吸附法测定岩石孔径分布,采用火焰光度计测定养护在80℃、1mol/L NaOH溶液中岩石柱内部的Na^+含量,采用X-射线内标法定量分析白云质灰岩中碱白云石反应(ADR)生成的水镁石含量。结果表明,白云质灰岩TS-1、TS-2、GS-2及FHS-1中方解石颗粒中位径分别为4μm、12μm、15μm和33μm;方解石颗粒越小,迁移到岩石内部的Na^+含量越高,岩石中白云石的碱白云石反应程度越高。

K^＋和Na^＋在C3S-纳米SiO2浆体上的吸附和脱附特性

采用分析纯试剂合成的C_3S和纳米SiO_2水化制备浆体,利用ζ-电位仪、X-射线衍射仪和N2-吸附脱附表征浆体的电性能、物相组成和比表面积,研究了用去离子水拌合的浆体对K^+和Na^+的吸附与脱附性能和用碱溶液拌合的浆体持留K^+和Na^+的能力。结果表明:在碱溶液中,采用去离子水拌合的C_3S-纳米SiO_2浆体粉末吸附K^+和Na^+的量随碱溶液浓度的升高而增大;采用碱溶液拌合的浆体粉末经去离子水充分洗涤后,浆体中仍残留部分K^+和Na^+。纳米SiO_2掺量越大,浆体对K^+和Na^+的吸附能力越大。采用去离子水拌合的C_3S-纳米SiO_2浆体粉末对K^+和Na^+的吸附主要是物理吸附。浆体对K^+和Na^+的吸附无明显选择性。

带侧线反应精馏-渗透汽化生产乙酸乙酯集成过程模拟与分析

针对乙酸酯化法生产乙酸乙酯分离过程复杂、能耗大的缺点,提出了一种带侧线反应精馏-渗透汽化(RDPV)集成过程。通过反应精馏塔侧线采出和渗透汽化膜组件及时移出水分,促进酯化反应向正反应方向进行,在达到乙酸高转化率的同时使乙酸乙酯产品达到高纯度。研究了反应精馏塔侧线采出位置、采出比、反应段塔板数、精馏段塔板数以及膜组件个数等对年度总成本(TAC)的影响,获得了TAC达到最小的过程参数。与传统双塔精馏分离过程对比,RD-PV集成过程节省能耗26.6%,但膜材料价格对RD-PV集成过程的TAC有较大影响,随着渗透汽化技术的成熟,当膜材料价格低于1913 CNY·m-2时,RD-PV集成过程在经济上占据优势。

“背包式”反应精馏集成过程研究进展

"背包式"反应精馏是一种反应器与精馏塔既相互独立又相互耦合的离散集成技术。由于反应与分离处于不同空间位置,能够突破传统反应精馏对工况的限制,拓宽应用范围,且便于工程放大。本文综述了国内外"背包式"反应精馏从基础到应用的研究概况。从转化率、选择性、塔内温度、组成分布等方面,分析了"背包式"反应精馏与传统反应精馏的等效性,指出"背包式"反应精馏的优势在于工况的灵活选择利于实现反应与分离能力的最佳匹配。介绍了"背包式"反应精馏在稳态模拟与优化、动态模拟及控制等方面的研究进展,并从不同工况反应与精馏集成技术的应用、便捷的催化剂装填与反应器设计应用两个角度归纳了该技术的应用进展。最后,从优化设计理论、先进控制方法、能量综合利用以及强化酶催化反应等方面对"背包式"反应精馏进一步的研究与应用进行展望。

C3S浆体的ζ电位研究

采用分析纯试剂合成的C_3S和纳米SiO_2水化制备浆体,应用X-射线衍射仪(XRD)、场发射电镜(FESEM)和红外光谱分析(FTIR)分别表征了C_3S浆体的物相组成、微观形貌和分子结构。研究了浆体分散在不同浓度电解质溶液中的ζ电位。结果表明:C_3S浆体在去离子水中ζ电位均为负值,未掺纳米SiO_2浆体ζ电位约为-17 mV,掺15%纳米SiO_2浆体ζ电位约为-19 mV。在Ca^(2+)、Li^+和Cl^-溶液中,浆体表面吸附离子,改变了自身所带电荷,进而引起浆体ζ电位变化,K^+由扩散层进入吸附层改变ζ电位。

超滤膜在处理农药废水过程中的膜污染行为分析

由于高级氧化后的农药废水中含有大量小分子有机物,纳滤膜被应用于农药废水处理,但是,纳滤膜对进水水质有一定的要求,需要采用混凝-超滤法对高级氧化后的农药废水进行预处理.本文考察了混凝剂种类和用量对混凝效果的影响,并对3种孔径的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜在不同压力下的抗污染性能和临界操作条件进行了研究.结果表明,当聚合氯化铝(PAC)投放量为800mg/L,三氯化铁(FeCl_3·6H_2O)投放量为500mg/L,聚丙烯酰胺(PAM)投放量为10mg/L时,混凝-超滤组合工艺对废水中化学需氧量(COD_(Cr))、总磷(TP)、浊度、色度的去除率分别达到58.0%~59.1%、88.8%~89.7%、99.8%~99.9%、84%.平均孔径为20nm的PVDF超滤膜比平均孔径为11nm和40nm的PVDF超滤膜具有更高的临界通量和渗透性能.对膜污染、通量衰减模型的考察结果显示,孔内堵塞是导致孔径减小和通量衰减的主要原因.通过优化超滤膜孔径,能够显著降低膜孔堵塞现象,获得较高的运行通量.

乳酸过量进料反应精馏合成乳酸甲酯研究

针对乳酸与甲醇酯化反应体系中乳酸和甲醇的沸点分别为最高沸点与最低沸点,属于反应精馏设计中最劣沸点序列,导致乳酸甲酯反应精馏过程反应段效率低下的问题,设计了乳酸过量进料的反应精馏合成乳酸甲酯工艺。以年度总费用(TAC)为目标,采用序贯优化法对过程工艺参数进行优化设计,结果表明当乳酸过量比为1.3、反应精馏塔反应塔板数为7块、提馏段塔板数为16块(包括塔底再沸器)时,过程年度总费用达到最小为3.05×10^(6) CNY×a^(-1)。相比于等比进料合成乳酸甲酯反应精馏工艺,乳酸过量进料反应精馏工艺能耗降低70.4%,TAC减小51.2%,更具经济效益。

“背包式”反应精馏生产丙烯酸叔丁酯过程控制策略设计

丙烯酸与异丁烯酯化加成反应具有反应温度较低、精馏温度较高的特点,将加压较低温度反应减压较高温度精馏集成的“背包式”反应精馏工艺用于生产丙烯酸叔丁酯。为了保证生产过程运行和丙烯酸酯产品质量的稳定,开展工艺流程控制方案设计和动态模拟研究,设计了双温度控制(CS1)和比例双温度控制(CS2)2种方案,采用Aspen Dynamics对动态特性进行计算和分析,比较两种控制策略方案。结果表明,在施加异丁烯进料流量增加10%的扰动时,CS1不能恢复产品质量分数稳定,而添加进料比例控制的CS2使产品质量分数在5 h左右恢复稳定,在施加进料组成扰动情况下,CS2相比于CS1,丙烯酸酯的质量分数恢复稳态时间由7 h缩短至5 h,具有更好的抗干扰性。

集料的石膏含量对混凝土性能的影响

研究了集料中石膏碎石和石膏砂的含量对混凝土膨胀率、抗压强度和超声脉冲速率的影响,分析了掺石膏集料混凝土的微观结构。研究结果表明,石膏碎石替代部分粗集料时,石膏碎石引入的SO_3含量小于等于集料总量的1.5%时混凝土的变形、抗压强度和超声脉冲速率未受到显著影响,当石膏碎石引入的SO_3含量大于等于集料总量的3%时混凝土150 d时的抗压强度明显降低。石膏砂代替细集料时石膏砂引入的SO_3含量大于等于1.5%时混凝土会发生较大的膨胀,抗压强度显著降低。靠近石膏的浆体内产生大量钙矾石使得浆体发生开裂,并使得石膏集料与浆体脱开。

基于gPROMS的渗透汽化过程分析与优化

本文采用Fick定律描述传质过程、Arrhenius方程描述扩散系数,建立用于乙酸酯化生产乙酸乙酯过程中粗酯渗透汽化分离计算过程的数学模型,在gPROMS软件中采用联立方程法对模型进行求解。在实际应用中采用单级膜组件较难达到分离要求,采用膜组件串联流程分离粗酯,以乙酸乙酯产品摩尔分数0.990为分离要求,以膜系统年度总费用最小为目标函数,优化膜系统的膜组件级数和单级膜组件面积。考察进料条件包括进料流率、温度和组成对最优膜系统的影响,指导不同进料条件下的优化设计。结果表明:采用3级单级膜面积为260 m^2的膜组件时,膜系统总费用较低。随着进料流率的增大,最优单级膜面积增大,当膜面积超过370 m^2时最优膜组件级数由3级增加为4级;随着进料温度的升高,最优单级膜面积减小,最优膜组件级数不变;随着进料组成中乙酸乙酯含量升高,最优单级膜面积减小,当采用2级膜组件完成分离任务时单级膜组件面积小于370 m^2,最优膜组件级数减少为2级。

Matlab与Aspen Plus软件交互实现和应用

Aspen Plus是运用最为广泛的化工流程模拟软件之一,能够为新工艺设计、装置改造提供可靠的定量数据分析支持。但随着化工新技术的发展,单一的Aspen Plus软件无法完全满足用户的全部需求。将拥有不同功能的软件进行集成,是拓宽Aspen Plus软件功能的有效途径。Matlab是一款先进的数值求解软件,拥有强大的数值计算和模型开发能力。本文探讨了Matlab与Aspen Plus软件之间的两种交互方式。第一类是基于Active X技术,实现在Matlab环境下调用Aspen Plus模拟数据,并控制软件运行,显著增强Aspen Plus的数据处理和优化能力。第二类是以Excel作为Matlab与Aspen Plus软件的桥梁,实现了基于Matlab的Aspen Plus自主用户模型开发,由于Matlab语言的友好性,该方法能够降低Aspen Plus模型开发的难度,拓宽软件适用范围。以渗透汽化/精馏集成分离乙醇水溶液为例,对两种集成方式的实现做了详细说明。结果表明,两种集成方式都有效可行,并有着各自的优点及适用范围,通过软件集成有效地拓宽了Aspen Plus的模拟与分析能力。