Matlab仿真在化工工艺热安全教学中的应用研究

为使学生加深对《化工工艺热安全》课程知识点的理解,解决理论知识难以付诸实践的问题,本文以反应热风险分析知识模块为例,将Matlab虚拟仿真平台引入该课程的课堂教学中。首先针对给定反应体系建立的无量纲模型方程,然后采用Matlab平台编写了该模型方程的求解程序,利用该程序实现了恒温半间歇均相反应过程的模拟。在此基础上,结合热风险分析模型,编写了反应风险识别程序,最终实现了恒温半间歇均相反应热风险的辨识。该教学模式为理论知识与实践之间构建起一道桥梁,有利于加深学生对于课程知识的吸收,培养学生的理论、实践等综合科研素养。

合成氨工艺及事故应急演练3D虚拟仿真实验

基于装置安全、工艺安全和应急安全演练不同角度的安全理论要求,构建了合成氨工艺及事故应急演练3D虚拟仿真实验。该仿真实验面向我校化工学院安全工程系的学生,包括合成氨工艺、液氨泄漏中毒及合成氨塔顶泄漏着火应急演练。学生不仅可以学习工厂的整体布局、工艺流程及特定设备的结构原理,还可以学习紧急安全处置技能。通过学习,可提升学生对合成氨工艺流程、设备布置、安全生产技术的理解,强化学生工程设计能力。

计算机模拟辅助教学综合实验设计——以硝化反应为例

为充分结合本学院化工安全研究特色,实现以科研促教学、助力教学效果显著提升的目标,本文以硝化反应为例,设计了基于量热方法的计算机模拟辅助综合实验,对反应的热力学参数、动力学参数、最大可允许温度等参数的实验测试及数据分析方法进行了详细阐述,在此基础上介绍了Matlab辅助的热安全操作参数优化方法,最后给出了教学进度安排建议。通过这一综合实验,可以使学生加深对相关专业知识的掌握,提高动手实践能力,激发创新思维,培养科研素养。

水热法制备ZrO_(2)催化甘油酯交换反应性能

采用水热法制备了ZrO_(2)催化剂,用于催化甘油(GLY)与碳酸二甲酯(DMC)酯交换反应合成碳酸甘油酯(GC)。考察了焙烧温度对催化剂性能的影响,并采用粉末X射线衍射(XRD)、N_(2)等温吸附-脱附、程序升温脱附(TPD)等手段对ZrO_(2)催化剂进行了表征。结果表明,ZrO_(2)催化性能高度依赖于其表面中强碱性位点密度,当焙烧温度为600℃时,所制备的ZrO_(2)-600催化剂表面中强碱性位点密度较大;在反应温度90℃下反应90 min, GLY转化率为96.1%,GC选择性为86.2%。重复使用第3次时,由于ZrO_(2)表面碱性位点密度减小、孔道坍塌以及部分ZrO_(2)样品溶解在DMC中,GLY转化率和GC选择性均显著下降。

过渡金属多相催化分子氧选择性氧化邻二醇的研究进展

邻二醇选择性氧化断键生成醛、酮和羧酸是重要和基本的有机反应,氧化剂通常采用化学计量的高碘酸盐或四乙酸铅,无论从经济还是环保的角度考虑,这些传统方法都有违绿色化工的发展理念。理论上以分子氧为氧化剂选择性氧化邻二醇断键的副产物只有水,而且分子氧廉价易得,因而具有环境友好和经济可行的双重优势。经过多年探索,人们已开发了多个基于不同过渡金属为活性组分的多相催化剂或催化体系用于分子氧选择性氧化邻二醇断键反应,为未来广泛应用奠定了基础。该文按贵金属和非贵金属分类综述此类催化剂及相关反应工艺的研究进展,并指出该领域的发展方向。

微通道反应器中炔烃的选择性催化半加氢反应研究进展

炔烃选择性催化半加氢反应与石油化工和精细化工生产密切相关,传统上多采用间歇工艺进行,存在自动化程度不高、反应效率低下以及安全隐患等问题。微通道反应器技术的进步使得以连续工艺进行炔烃选择性催化半加氢反应成为可能,有望从根本上解决间歇工艺所存在的问题。鉴于此,总结微通道反应器的类型以及相同反应器类型下催化剂的类别,对近年来微通道反应器中炔烃选择性催化半加氢反应的研究进展进行综述。微通道反应器包括催化毛细管反应器、填充床反应器、蜂窝反应器、独体反应器等,在炔烃选择性催化半加氢反应中的应用促进了石化领域生产技术与工艺的进步。总之,设备的微型化、过程的集成化是顺应可持续发展与高技术发展的需要,微通道反应器技术作为化工过程强化的一种新技术,在化学、化工、能源、环境等领域将会得到广泛的应用。

透射电子显微镜在本科教学开放实验中的应用

透射电子显微镜是各大高校大型仪器设备使用率很高的设备之一。由于其价格昂贵、设备资源稀少,理论知识要求较高,主要用于教师和研究生的科研工作,很少用于本科教学。为了提升透射电子显微镜在本科课程的教学效果,我校化工学院化学工程与工艺专业开设了有关透射电镜的开放实验。实践证明该开放实验教学方法可以提高学生的学习积极性,激发学生的学习热情,提升学生的综合能力,提高教学质量,同时为学生们以后开展科研工作打下良好的基础。

化学工程与工艺专业开放实验:Pd/CeO_(2)催化生物质甘油氧化羰基化合成碳酸甘油酯

采用水热合成法制备了CeO_(2)纳米管(CeO_(2)-NT);并以其作为载体,利用浸渍法制备了负载型Pd催化剂Pd/CeO_(2)-NT,用于催化甘油氧化羰基化合成碳酸甘油酯(GC)。在优化的反应条件下,甘油转化率为93.5%,GC选择性达99.9%。这个实验是化学工程与工艺专业本科教学的一个开放性综合实验,要求学生能够独立查阅文献、在老师的指导下设计合理的实验方案、熟悉操作步骤和撰写报告,培养学生们的科研能力和创新意识,对以后开展科研工作大有裨益。

一流本科专业建设背景下的安全工程实践教学探索

为探索一流本科专业建设背景下安全工程专业实践教学新模式,增强安全工程专业学生的创新精神和实践能力,分析河北工业大学安全工程专业实践教学数据。指出实践教学在专业实验、课程设计以及实习环节中存在的问题,针对这些问题提出并实施增加综合实验比例、组织课程设计规划教材编写、采取校企双赢模式共建实习基地、构建“双实操,一参观”过程控制实习模式等4项改革措施。结果表明:实践教学改革后,学生在各实践环节的参与度、积极性以及综合实践创新能力得到明显提高。

含脱水剂的碳酸二甲酯直接合成法催化体系综述

碳酸二甲酯(DMC)是一种用途广泛的环境友好型绿色化学品,利用CO_(2)和CH_(3)OH直接合成DMC是近年来CO_(2)清洁转化的一个研究重点。设计高效稳定的催化剂和反应工艺促进CO_(2)的转化,是DMC直接合成法能否工业化的技术关键。本工作综述了CO_(2)和CH_(3)OH直接合成DMC催化体系的研究进展,介绍了不同类型催化剂的反应机理,主要包括离子液体催化剂、碱金属碳酸盐催化剂、过渡金属氧化物催化剂等,阐述了各种脱水剂的脱水原理和对反应的促进作用,对不同催化-脱水体系的优势及缺点进行分析。据此预测,开发高效稳定的催化剂和对水选择渗透性强的膜材料,构建和实施新型的脱水工艺,将是今后DMC直接合成的研究重点。

考虑有效能和环境影响的反渗透脱硼海水淡化操作优化

建立了反渗透过程机理模型和产水分流设计的网络模型,对每个设备的有效能损失情况进行分析,由生命周期评估方法将反渗透装置的环境影响量化为吨水温室气体CO_(2)排放量,针对产水需求和进水温度变化,系统流程设计方案同时考虑能耗、装置规模和环境影响,通过调节产水分流比例和操作条件进一步降低能耗和环境影响,提高能量利用效率,使得产水满足饮用水中硼含量的标准,虽然反渗透膜元件有所增加,但能耗可降低13.8%,热力学第二定律效率可由27.96%增加至31.66%,产水生态环境影响可降低13.4%,为中试及工程规模化应用提供技术支撑。

微通道反应器中精细化学品合成危险工艺研究进展

卤化、氧化、重氮化、硝化以及催化加氢是精细化工生产中的重要反应,通常以间歇方式在釜式反应器中进行,存在安全隐患,并且反应效率低。微通道反应器技术的发展为解决上述问题提供了有效途径,因此,发展基于微通道反应器的安全高效合成工艺成为当前精细化工领域的研究热点之一。该文综述了近年来微通道反应器中涉及精细化工产品合成危险工艺的研究进展,并指出了微通道反应器存在的不足和今后研究的方向。

负载贵金属催化剂在甲醛低温氧化消除反应中的应用研究进展

甲醛(HCHO)是一种普遍存在的室内空气污染物,严重危害人体健康。催化氧化法是目前具有发展前途的室内甲醛消除技术之一,可在低温甚至室温条件下实现甲醛的完全转化,其核心在于开发高效且稳定的催化剂。负载型贵金属催化剂对甲醛催化反应表现出优异的催化性能,受到广泛关注。对近年来负载型贵金属催化剂在甲醛催化氧化反应中的应用进行了总结,讨论了影响甲醛催化氧化反应的因素,并分析了催化机理,以期为获得高效、稳定和实用的负载型贵金属甲醛低温氧化催化剂提供有价值的指导。

纳米粒子/氧化石墨烯改性复合膜制备及其分离性能研究

采用真空抽滤-压力喷涂的方法,以聚酰胺纳滤膜为基膜,制备了氧化石墨烯和二氧化钛纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOT1、GOT2、GOT3和GOT4以及氧化石墨烯和二氧化硅纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOS1、GOS2、GOS3和GOS4。通过SEM、EDS、XPS和GIWAXS方法对GOT复合膜和GOS复合膜进行了分析表征,结果表明,氧化石墨烯和纳米粒子均匀负载在聚酰胺纳滤膜表面。研究了复合膜的性能,并推测了复合膜的净水机理。其中GOT复合膜在0.75 MPa下水通量可达50 L·m^(-2)·h^(-1),相较于原始基膜提高了25%,显示出了最佳的水通量性能,并且在保持较高通量的同时,对盐溶液和重金属离子的截留率仍能维持在90%左右。真空抽滤-压力喷涂的方法为氧化石墨烯复合膜的制备提供一种新的工艺思路,为废水处理提供了一种更高净化效率的复合膜。

CNT-GO掺杂LiMn_(2)O_(4)膜电极的制备及其提锂性能

针对传统LiMn_(2)O_(4)(LMO)膜电极导电性差及提锂效率低等问题,引入一维碳纳米管(CNT)和二维氧化石墨烯(GO),制备新型CNT-GO-LiMn_(2)O_(4)膜电极(CNT-GO-LMO),CNT与GO通过π-π键相互作用,实现了与LMO活性材料“互联互通”三维致密导电网络结构的构建,使CNT-GO-LMO膜电极具有优异的导电能力和提锂性能。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射等手段对膜电极进行表征,并考察了膜电极在高Mg/Li溶液中的提锂性能,结果表明,CNT与GO的引入有效提高了CNT-GO-LMO的镁锂分离系数和电流效率;与LMO、CNT-LMO膜电极相比,CNT-GO-LMO膜电极展现出更优的提锂性能:平均提锂容量为36.04 mg·g^(-1),提锂速率为1.085 mg·(g·min)^(-1),电流效率为94.73%。

应用分子动力学模拟和拉曼光谱对钙、镁、氯离子水化现象的研究

应用分子动力学方法,模拟了298 K下,密度为1.0 g/cm^(3)的水溶液中Ca^(2+),Mg^(2+),Cl^(-)的水化现象,得到了相应离子周围水分子的微观分布情况.发现在钙离子周围,水分子以其氧离子去靠近中心离子;而在氯离子周围,水分子则以其中的一个氢原子去靠近中心离子.通过分析三种离子的径向分布函数、配位数曲线、水化数、水化半径,发现Ca^(2+)的水化数和水化半径均大于Mg^(2+),即Ca^(2+)的水合能力比Mg^(2+)强.与以往研究结果相比,本文计算所得的自扩散系数更接近实验所得结果.为了使模型更好的代表真实水溶液体系,本文还应用分子动力学和拉曼光谱法研究了不同浓度的CaCl水溶液.分子动力学研究发现随着浓度的升高,CaCl溶液中Ca^(2+),Cl^(-)的配位数分别呈降低趋势.同时,随着浓度的升高,Ca,Cl^(-)的自扩散系数也呈现降低的趋势.作者推断这是由于浓度的升高,加剧了离子的微观反向运动造成的.拉曼光谱法研究发现随着水溶液中CaCl浓度的升高,溶液中的氢键网络结构受到了越来越严重的破坏,溶液中Ca^(2+)与Cl^(-)形成的直接接触离子对的数量开始大量增加.

硫酸钾溶液结构的X射线散射和Raman光谱的研究

钾是海水中的常量元素之一,硫酸钾水溶液结构研究有利于解释其溶解度的微观机理,从而为海水中钾盐的分离纯化提供理论指导。利用实验室改装的X射线衍射仪、上海同步辐射光源装置及拉曼光谱技术研究了不同质量分数的K_(2)SO_(4)水溶液的微观结构信息。由X射线散射数据处理得到的差值结构函数F(Q)可知,Q=2.5A^(-1)附近的一高一低双峰逐渐变成强度相当的两个峰,此处双峰与水溶液中的氢键网络结构有关;随着质量分数的增加,Q=5.0?^(-1)附近的峰位向坐标轴右侧移动。由G(r)可知,2.8A处峰随质量分数的增加有展宽趋势,主要受O—O相互作用影响。在拉曼光谱图中,位于3200 cm^(-1)附近的肩峰强度随溶质含量的增加逐渐降低,2800~3800 cm^(-1)范围内整体峰形变窄。拉曼光谱去卷积拟合的结果表明,K_(2)SO_(4)的加入破坏了水的四面体氢键构型,小幅促进了质子供体型氢键的形成。X射线散射和拉曼光谱的分析结果均说明K_(2)SO_(4)的加入破坏了原有的水分子四面体网络结构。

6-氮杂脲嘧啶类化合物的合成与修饰研究进展

介绍了6-氮杂脲嘧啶类化合物的直接合成方法。叙述了其骨架结构中N杂原子的烷基和芳基化、C5位直接C—H键官能团化或修饰,包括溴化、氟甲基化、氰甲基化、烷基化、芳基化、氨甲基化和烷氧基化研究所取得的进展。提出了未来该领域研究方向。

酯交换法合成碳酸甲乙酯催化剂的研究进展

碳酸甲乙酯(EMC)是一种环境友好型的不对称碳酸酯,因其独特的结构性质被广泛用作溶剂或有机合成中间体,特别是随着锂离子电池的迅猛发展,其作为电池电解液主要成分市场需求量急增。文中简单介绍了光气法、氧化羰化法和酯交换法合成碳酸甲乙酯的研究进展。重点针对最具发展前景的酯交换法合成EMC工艺路线中所用催化剂进行了综述;讨论和分析了该路线所用催化剂的类型、结构、性质及性能,并对当前研究中存在的问题进行了归纳和分析总结。最后本文分析并展望了酯交换法合成EMC催化剂的研究方向及新型合成工艺发展趋势,提出研发经济、高效、稳定且制备工艺简单的非均相催化剂,并与反应精馏技术耦合是今后的主要发展趋势,期望为EMC的高效合成提供参考和借鉴。

Ce在负载Pd催化苯酚氧化羰基化合成碳酸二苯酯反应中的作用

采用微乳液法制备了Ce为助剂的Pd-Ce-O/SiO2催化剂,用于苯酚氧化羰基化合成碳酸二苯酯(DPC)反应。活性评价结果显示,催化剂性能随着Ce用量的增加而提高,当Ce/Pd摩尔比为10/1时,苯酚转化率为64.4%,碳酸二苯酯选择性为83.4%。利用XRD表征发现,部分Ce4+进入到PdO晶格中,使得失活Pd原子中的电子更容易向Ce转移,从而易于再生,表现出更好的催化性能。根据上述结果,设计制备了Pd-O/CeO2催化剂用于本反应,苯酚转化率和碳酸二苯酯选择性分别仅为24.0%和23.3%。表征发现,在Pd-Ce-O/SiO2催化剂表面,Pd物种主要是PdO,而Pd-O/CeO2表面的Pd物种则以PdO2为主。由于苯酚氧化羰基化反应的活性中心为Pd(Ⅱ),所以Pd-O/CeO2催化性能较差。并且,由于Pd与CeO2之间存在强相互作用,催化剂表面Pd含量较低,这也是Pd-O/CeO2催化活性较差的原因之一。