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。

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。

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。

甲酸为氢源硝基苯转移加氢合成对氨基苯酚

以UiO-66为前体,在N_(2)气氛下焙烧制备了ZrO_(2)@C,以其为载体,利用浸渍法制备了Pd/ZrO_(2)@C催化剂。以Pd/ZrO_(2)@C+SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)为催化剂,对以甲酸(FA)为氢源、硝基苯(NB)转移加氢合成对氨基苯酚(PAP)的反应进行了研究。通过表征发现,Pd/ZrO_(2)@C载体中的ZrO_(2)为四方相ZrO_(2),包埋在无定形C中。随着ZrO_(2)@C在空气中焙烧温度的升高和焙烧时间的增加,其C含量和比表面积随之下降,同时Pd颗粒尺寸变大。Pd/ZrO_(2)@C催化剂中Pd以Pd^(0)和Pd^(2+)两种形式存在,且随着C含量的减少,Pd^(0)含量增加,Pd^(2+)含量减少;当Pd^(0)含量明显高于Pd^(2+),其对PAP的选择性明显下降。在140℃、反应6h的条件下,Pd/ZrO_(2)@C-200-4+SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)具有较好的催化性能,NB转化率为63.7%,PAP选择性为42.3%。

负载型ZnCl_(2)/AC催化剂用于乙二醇氢氯化反应的研究

采用湿浸渍法制备了ZnCl_(2)/AC(活性炭)催化剂并用于乙二醇氢氯化反应合成2-氯乙醇,通过XRD、FT-IR、Py-IR和N_(2)等温吸附-脱附等手段对催化剂进行表征,考察了ZnCl_(2)负载量对AC的物化性质和催化活性的影响。结果表明,负载ZnCl_(2)后,AC上的Lewis酸位点数量显著增加,催化活性得到显著增强。在温度为220℃、LHSV为1 h^(-1)、n(HCl)/n(EG)为2∶1时,10%ZnCl_(2)/AC催化剂表现出最佳催化性能,乙二醇转化率和2-氯乙醇选择性分别为88.26%和93.57%。

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。

4′-(2-吡啶基)三联吡啶的镧系(Ⅲ)配合物的晶体结构、荧光性质和磁性

以4'-(2-吡啶基)-2,2'∶6',2″-三联吡啶(2-pyterpy)为配体,通过溶剂热法合成了5个双核配合物[Ln(2-pyterpy)(NO_(3))_(2)(μ-OCH_(3))]_(2)(Ln-2-pyterpy,Ln=Pr、Sm、Eu、Dy、Er)。单晶X射线衍射分析表明,配合物Pr-2-pyterpy和Sm-2-pyterpy同构,属于单斜晶系,P2_(1)空间群,a=0.95643(19)nm,b=1.9654(4)nm,c=1.1935(2)nm,β=90.41(3)°。配合物Er-2-pyterpy属于单斜晶系,C2/c空间群,a=2.8388(6)nm,b=1.2048(2)nm,c=1.5206(3)nm,β=121.70(3)°。粉末X射线衍射研究表明,配合物Eu-2-pyterpy与Dy-2-pyterpy同构且与文献报道的配合物[Ln(2-pyterpy)(NO_(3))_(2)(μ-OCH_(3))]_(2)(Ln=Tb,Dy)结构相同,属于单斜晶系,P2_(1)/n空间群。镧系收缩效应在调整该系列配合物结构中起到了重要作用。固态配合物Ln-2-pyterpy(Ln=Pr、Sm、Eu、Dy)均发射Ln(Ⅲ)的特征荧光。在300 K,配合物Ln-2-pyterpy(Ln=Pr、Sm、Eu、Dy)的χ_(M)T实验值与2个孤立的Ln(Ⅲ)离子的理论值基本一致。根据2 K时χ_(M)T实验值推断,配合物Sm-2-pyterpy和Eu-2-pyterpy的顺磁离子间分别通过甲氧基桥传递弱的反铁磁和铁磁耦合作用。

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。

低温多效海水淡化混流效组系统优化与分析

建立了多个混流点的混流效组低温多效蒸发(LT-MED)海水淡化数学优化模型,将海水视为盐和水的混合物,其焓表达为温度的函数,降低优化模型的非线性程度,使其易于收敛。以比传热面积为优化目标分析了不同流程和参数对系统的影响。结果表明,在喷淋密度为30~80 g/(m·s)时,多混流点系统的造水比与单混流点系统相比提高了12.1%,比传热面积降低了8.4%,优化流程为5效+2效+2效组合;提高首效加热蒸汽温度可有效的减少换热面积,降低制水成本,对系统的造水比影响不大;增加系统效数,可以有效提高造水比。各效等面积蒸发方案造水比比不等面积方案略有下降,比传热面积略有增加。模拟结果与文献中相关数据吻合良好,可为低温多效蒸发海水淡化系统工程化设计提供技术支持。

Ni-Co-P非晶态合金催化香草醛HDO性能的研究

采用化学还原法合成Ni-P非晶态合金,添加Co元素对非晶态合金进行改性,采用XRD、SEM、XPS、DSC等方法对非晶态合金进行结构与性能的表征。以香草醛加氢脱氧制2-甲氧基-4-甲基苯酚(MMP)为探针考察催化剂的加氢脱氧(HDO)性能。结果表明,Ni与Co之间的协同作用不仅有助于Ni的还原,增加催化剂活性中心数目,而且提高了非晶态合金分散度、无序度和热稳定性。在优化的反应条件下:nCo/(nCo+nNi)(物质的量比)=0.08、H2分压为2.0MPa、反应温度为150℃、反应时间为180min、催化剂用量为0.05g,香草醛的转化率达到100%,MMP选择性为82.7%。催化剂循环五次后,香草醛的转化率保持100%,MMP的选择性下降到68.7%。

GO/LiMn_(2)O_(4)膜电极构建及其提锂性能研究

实现盐湖卤水、地热水、海水等溶存态锂资源的高效提取对于满足强劲的锂产品市场需求至关重要。电化学吸附是一种低成本、环境友好的提锂技术,极具发展前景。本工作基于LiMn_(2)O_(4)材料,通过分别掺入常规氧化石墨烯(CGO)、低缺陷氧化石墨烯(LDGO)和大片径氧化石墨烯(LGO),制备CGO-LiMn_(2)O_(4)、LDGO-LiMn_(2)O_(4)和LGO-LiMn_(2)O_(4)膜电极,并对其提锂性能进行考察。结果表明,不同氧化石墨烯(GO)的掺入均有利于提升膜电极的提锂容量、提锂速率及对Li^(+)的选择性;掺入LGO的膜电极表现出最优的提锂性能,提锂容量达到35.29 mg/g,提锂速率达1.044 mg/(g·min),镁锂分离系数高达588.30。结合分析与表征认为,GO由于具有较大的比表面,可为膜电极表面提供更多的“有效锂离子”,使得提锂容量有效提升;同时,阳离子嵌入GO片层后固定层间距,进而阻挡大半径离子进入,使得其对Li^(+)的选择性提高;因LGO具有更大的片径和更高的石墨化度,使得对应膜电极的导电性更好,整体提锂效果更优。

低温多效-热压缩海水淡化混流效组系统模拟研究

建立了混流效组低温(LT)多效蒸发(MED)-热压缩(TVC)海水淡化系统的数学模型,分析了不同抽气位置和操作参数对10效系统设计的影响。结果表明,随着TVC引射位置从第2效向末效方向移动,造水比GOR呈现先增大后减小的趋势,而传热面积逐渐增加。针对4效+3效+3效组合,当TVC抽气位置位于第9效时GOR最高,与第2效抽气位置相比增幅可达58.8%,传热面积只需增加24.0%。随着最高浓盐水温度和压缩蒸汽压力的增加,TVC引射系数逐渐增加,造水比和换热面积均呈下降趋势。在实际工程设计时,需权衡系统投资(换热面积)和操作成本(动力蒸汽消耗),选择合适的最高浓盐水温度和压缩蒸汽压力。模拟结果与实际工程相关数据吻合良好,可为工程化设计提供理论和技术支持。

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。