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厌氧膜生物反应器处理废水进展
马箫筝;官缙云;辛蓓雨;张蓉;程凯;王若歆;逯延军;郭冀峰;AnMBR(厌氧膜生物反应器)是传统的厌氧废水处理技术与膜过滤技术的耦合，具有剩余污泥产率低、能耗成本可控等优势。本文总结了近年来AnMBR技术处理难降解废水(餐厨废水、垃圾渗滤液、制药废水)的研究进展，同时梳理了物理、化学、生物等手段的膜污染缓解策略。系统分析了不同应用场景下AnMBR对污染物的去除效能、膜污染缓解效果及能源回收效率等关键指标。对厌氧电化学膜生物反应器、厌氧动态膜生物反应器、截留细胞厌氧膜生物反应器等新构型在缓解膜污染与强化污染物去除方面进行了评估。最后围绕AnMBR工艺在工程放大与长期运行、资源与能量高效回收、新污染物及耐药基因控制、温室气体排放和智能运行等方面进行了展望。
磁场作用下不同管型内铁磁流体传热性能的对比
王翠华;刘东;魏然;张乐;王娟;张先珍;基于有限体积法数值研究磁场作用下具有相同当量直径的3种截面构型管道(圆管、扁管和方管)内铁磁流体流动与传热特性，重点分析管型结构对通道内流体旋流结构的形成与发展、传热强化效果和综合强化性能的影响。结果表明：磁场作用下3种管型内均诱导产生不同特征的旋流结构；其中，方管主、次涡强度差异显著，次涡结构发展受限，圆管的主涡强度最大(圆管>方管>扁管),且其流场最先达到充分发展状态；各管型的壁面传热特性具有显著差异，主要取决于管内的旋流结构及发展特性。通过对比努塞尔数Nu和综合强化因子Pth发现，3种管型在磁场作用下的传热性能与综合强化性能均较无磁场工况时显著提升，其性能优劣排序为圆管>扁管>方管。
磁场对肋柱凹穴式微通道热流性能的影响
张锁程;刘志刚;曹卫华;为探究磁场方向和磁场类型对微通道流动换热性能的影响，采用数值模拟的方法，以肋柱凹穴式微通道为研究对象，四氧化三铁纳米流体为流体介质，研究X（沿程）、Y（垂直）、Z（竖直）3种磁场方向，匀强型、正弦型、方波型3种磁场类型对微通道热流性能的影响。结果表明：Y方向磁场作用力的压降最大，对换热性能的提升最为明显，最高增幅可达12.0%,Z方向次之，X方向与无磁场作用时数值接近且最小；方波磁场的散热性能最优，但压力损失也最为严重；当雷诺数为50—500时，正弦型磁场综合换热性能表现最佳，比其余类型高5.8%-27.6%。
蒸汽和镍对生物质焦油催化热解的分子动力学模拟
张丽通;王洪利;刘磊;石春光;为了更好利用生物质，减少因生物质焦油造成的环境污染以及能源浪费，分别建立了4种不同条件下的周期性生物质焦油热解模型，基于ReaxFF力场研究蒸汽和镍催化剂对甲苯、苯酚、萘3种焦油模拟物热解的影响。结果表明，蒸汽的添加降低了焦油热解所需温度，提高了焦油转化率，高温下焦油热解产物主要为重质焦油，且温度对重质焦油的产量影响明显，蒸汽的添加使焦油热解过程中缩合反应提前，低温热解时水对C—H键的催化热解占主导地位。镍催化剂的添加提高了焦油热解的反应速率和焦油的转化率，镍和蒸汽的协同效应促进了焦油向气体的转化，同时促进了焦油热解时C—H键的断裂，提高了焦油热解时的苯环开环率及C—C键断裂。此外，在热解模拟过程中镍催化剂仍然保持较高的结构稳定性。
新型0D/3D InVO4/ZnIn_2S4异质结光催化降解抗生素性能及机制
马瑞;王丹丹;官缙云;辛蓓雨;马欢;郭冀峰;ZnIn_2S4(硫铟锌)的存在限制光催化活性的缺陷，通过简易水热法创新性地引入InVO4(钒酸铟)，制备出具有3D花状ZnIn_2S4核心均匀负载0D InVO4量子点结构的InVO4/ZnIn_2S4材料，用于实现可见光下对CIP(环丙沙星)的高效降解。通过表征(XRD、SEM、UV-Vis、FTIR、PL、XPS)和光催化性能评估揭示其有效构筑Z型异质结，且当摩尔比为0.2∶1时，60 min内对20 mg/L CIP废水的降解率达到90.01%，较单一组分提升22.8%；通过自由基捕获实验、机理分析阐明活性物种贡献遵循·O2~-> h+> ·OH的顺序，并证实Z型异质结界面电场促进了光生载流子的迁移分离，大幅提升其催化性能。研究结果为抗生素废水处理提供高效稳定的光催化材料，同时揭示多组分异质结界面调控在提升光催化性能中的关键作用。
换热器整流结构受限寻优与流场特性
赵文静;龙楷航;盛梓恒;蒋析孛;韩怀志;管壳式换热器作为化工与能源动力领域的核心装备，在现代工业生产中发挥着重要作用。针对传统换热器因整流结构设计固化，导致壳程流场畸变、局部偏流及大面积流动死区的工程难题，开展整流结构受限寻优研究。突破传统单因素试错法的局限性，基于计算CFD（流体力学），融合Face-Centered CCD（面心立方中心复合设计）与MINLP（混合整数非线性规划）构建协同寻优策略，建立了决定系数为0.9848的RSM（二阶响应面）代理模型。同时完善算法底层架构，引入防干涉红线作为动态数学约束，结合序列SLSQP（二次规划）与离散变量遍历算法进行精确寻优。在最优定稿结构下，壳程截面速度均匀度指数显著提升，同时流速梯度与滞留死区得到有效消除，为同类流体装备的精细化设计提供了可靠的算法支撑。
喷射回路反应器内气液流动特性的数值模拟
玄雪梅;JLR（喷射回路反应器）作为一种高效过程强化设备，可显著提升相间传质速率，在化工过程中具有较大应用潜力。气液两相流动特性决定了JLR传递效率与混合效果，因此，深入揭示反应器内气液两相流动特性，是进一步提高设备传质传热效率、实现反应器性能优化的前提。针对下喷式JLR，采用计算流体力学（CFD）方法，对其内部气液两相流动特性进行模拟，重点分析了反应器内部流场的速度分布、湍流特性及相含率分布规律；通过对多尺度JLR反应器进行模拟，揭示了气液两相流动的放大效应。研究成果可为JLR的定向强化设计、运行性能优化及工业化放大提供理论支撑与工程参考。
三元溶剂协同策略实现低温高电压超级电容器电解液
白宇鸽;冯渊渊;张金全;康政宣;邓乐萍;赵斌;陈昊;韩晓刚;为改善低温环境下离子传输动力学迟滞和急剧升高的界面电荷转移阻抗，通过分子结构设计与溶剂工程协同策略，成功开发了一种新型低温电解液体系。该体系采用高介电常数溶剂乙腈(AN)作为基体，协同宽电化学窗口的1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF4)，并引入低熔点酯类溶剂乙酸乙酯(EA)和丁酸乙酯(EB)以构建三元溶剂系统。通过精确调控电解液溶剂化结构，利用熵增效应显著降低电解液的熔点及粘度，制备出具有低熔点(低于-80 ℃)、高离子电导率(-60 ℃下可达到6.15 mS/cm)、宽工作电压窗口(3.69 V)的低温电解液。在-40 ℃条件下，即便在3.5 V高工作电压下仍能实现卓越的倍率与循环稳定性。本研究通过三元溶剂协同策略设计的低温电解液，不仅为低温超级电容器的实际应用提供了重要的理论指导，更为下一代低温储能材料的创新设计开辟了新的技术路径。
内设凹槽竖直矩形窄通道沸腾传热数值研究
刘沛宇;黄理浩;孙晨;顾晟杰;张雨馨;为优化竖直矩形窄通道的传热性能，以内设凹槽（With Grooves， WG）的竖直矩形窄通道为研究对象，采用试验研究和数值模拟相结合的方法，首先证明了数值模拟方法的可靠性，然后研究了加热热流密度，凹槽间距和凹槽宽度、深度对竖直矩形窄通道内去离子水传热特性和流阻的影响。结果表明：提升加热热流密度可显著增强传热能力；WG竖直矩形窄通道的传热强化效果显著，其凹槽底部局部对流换热系数约为普通竖直矩形窄通道同位置的4倍，但较普通竖直矩形窄通道更易进入过渡沸腾阶段；凹槽间距增大导致流型从单相流动向沸腾流动的转变过程延后，进而使换热系数峰值对应的位置向出口方向偏移；当凹槽宽深比约为3～5时表现出良好的换热和流动阻力特性。
关键参数对原油超临界水热燃烧特性的影响
李紫成;王树众;李艳辉;李佳营;张洁;推动深层/超深层稠油资源储量转化为产量成为满足中国原油需求，保证国家能源安全的关键环节。超临界水热燃烧可直接燃烧含油废水并产生多元热流体开采稠油，提高稠油产量的同时实现低碳减污。由研究结果可知，燃料质量分数、预热温度、反应压力增大均对原油超临界水热燃烧着火与燃尽起促进作用，但过量的氧气将推迟燃烧且降低燃尽率。当原油的质量分数大于等于30%时，其超临界水热燃烧极限着火温度为300℃，远低醇类燃料着火温度。优选反应条件为原油质量分数为30%，反应压力25 MPa，氧化系数1.5，亚临界预热温度350 ℃，燃尽率可达99.28%。稠油重组分含量较高，其比原油更易着火；然而，原油的更易燃尽。因此，在实际应用中可选用稠油和原油分别作为点火燃料和燃烧燃料。
可燃及毒性气体扩散研究
丁信伟,王淑兰,徐国庆从气体动力学入手,通过对气体微元进行质量平衡、动量平衡、能量平衡的分析,采用了新的扩散模型对危险性气体的扩散进行数值模拟,为了验证模型的合理性,设计简易风洞,对轻重气体(包括二氧化碳、丙烯、乙炔等气体)在不同的泄放条件下进行了多次定常风洞扩散试验,得到了气体实际扩散后浓度的分布,同时也考察了风速、泄放速率、气体密度等主要因素对气体扩散的影响,得到气体扩散的一般规律。模型计算结果与试验数据吻合较好,最大浓度计算值与试验值的平均偏差在20%以内,且浓度分布趋势一致,从而证明了该模型的合理性。编制了模拟软件可作为泄漏扩散事故的预防及发生事故后采取应急防护措施的分析工具
冷凝和吸附集成技术回收有机废气
黄维秋;石莉;胡志伦;郑宗能;有机废气治理的难度在于石化、石油、化工等领域的工艺不同,导致排放的废气组分及浓度相差很大。根据有机废气的特点,选择合适的工艺进行有效治理并实现资源回收是非常必要的。目前,冷凝和吸附集成工艺回收有机废气成为人们的研究重点。冷凝法回收有机废气应用于高浓度场合,尤其适合应用在集成工艺的前端。吸附法回收技术更适合于低浓度油气吸附,作为集成技术的后端处理。有机废气冷凝和吸附集成技术,既发挥冷凝法在冷凝高浓度油气方面高效的优势,以及吸附法在吸附低浓度油气时可以将油气浓度控制在很低范围的优势,同时又可避免单纯冷凝技术由于低温冷凝而引起的成本及操作费用剧增,以及吸附法由于吸附高浓度油气而产生的安全隐患。通过对冷凝和吸附段的工艺及结构参数进行优化,并选择合适的制冷剂及吸附剂,以期最终达到回收率、设备投资、运行能耗及安全性等综合技术经济指标的最优化。
重气云团瞬时泄漏扩散的数值模拟研究
潘旭海,蒋军成事故性泄漏多形成重气云团 ,其扩散行为与非重气云团有很大的不同 ,主要包括重力沉降、空气卷吸、云团加热和向非重气云团转变四个阶段。文中从控制重气云团扩散行为的微分方程入手 ,根据箱模型(boxmodel)及其他一些重气扩散模型 ,如IITHeavyGasModels模型和虚点源模型 ,采用向前插分和牛顿迭代的方法 ,针对ThorneyIslandTrialNo .0 0 8试验进行了数值模拟 ,得到了重气云团外形尺寸 (云团半径和云团高度 )和空气卷吸量随时间的变化关系以及下风向固定点处地面最大浓度值。数值模拟结果较好地反映了重气云团所特有的扩散行为。针对数值模拟结果与试验实测值之间存在的偏差进行了分析 ,结果表明 ,采用该方法进行重气云团瞬时泄漏扩散模拟是可行的 ,且模拟精确度高于IITHeavyGasModels模型
高比表面积活性炭制备技术的研究进展
苏伟,周理文中评述了近年来制备高比表面积活性炭的主要研究成果;化学活化可以在几个小时内制备出高比表面积的活性炭,但却带来了严重的环境污染;与化学活化相比,物理活化具有工艺简单、清洁等优点,成为今后研究和开发的热点。
乙苯脱氢制苯乙烯反应过程专用模拟系统开发
陈玉石;赵芳磊;王建平;孙晓岩;项曙光;为了实现对乙苯脱氢制苯乙烯反应过程的准确模拟计算，采用MySQL数据库软件建立专用物性数据库，构建等温积分动力学反应器计算模型，基于Cape-Open标准和C++语言，建立苯乙烯反应器模块，并集成到通用流程模拟软件中，形成乙苯脱氢制苯乙烯反应过程的专用模拟系统。采用工厂数据对所开发的模拟系统进行检验，并将计算值与实际值进行对比。结果表明：计算结果与工艺数据基本一致，产品组成、反应器温降和压降的模拟值与实际值的相对偏差都在1%以内，说明开发的专用反应过程模拟系统可进行较为准确的模拟计算。
苯乙烯生产工艺的节能优化和经济分析
王玉枫;在中石化自主研发的苯乙烯生产工艺中，乙苯脱氢反应需要加入大量过热蒸汽作为脱氢介质，水蒸气和乙苯流量的比值是影响脱氢反应的一个重要因素。随着低水比催化剂工业应用取得进展，可以减少进入反应器的蒸汽量，而降低水比的关键就在于减少乙苯/苯乙烯塔顶冷凝器共沸蒸出的乙苯和蒸汽的量。控制恒沸蒸发量后，会导致乙苯/苯乙烯塔塔顶物料携带的热量不能完全回收。为合理利用这部分热量，对原工艺流程进行优化、热量进行耦合。此次节能优化主要涉及9台换热器，其中2台为新增。优化过程中还降低了预分塔塔压，提高了尾气压缩机出口温度。经过优化，可减少综合能耗11.364 kg标油(以1 t苯乙烯计),静态投资回收期约为2个月。
含硫烟气生产二甲基硫醚流程模拟及优化
吕燕根;潘建国;邱挺;工业废气中的SO2是导致雾霾问题的一个重要因素。文章通过大量工艺论证提出了含硫烟气生产高附加值二甲基硫醚的工艺流程及工艺条件,工艺流程包含硫磺工段、硫化氢工段、二甲基硫醚工段。各工段反应转化率均能达到90%以上,反应副产物少,分离过程较简单。最后运用Aspen Plus软件对整个流程进行模拟,分别应用了Rstoic模块、Radfrac模块、flash 2模块等。在二甲基硫醚工段,通过对各塔进料位置、回流比、理论板数等操作参数的优化,确定最佳工艺条件。模拟结果表明:二甲基硫醚年产量为1.2万t,纯度为99.02%,具有良好的经济效益与环境效益,可为含硫烟气资源化处理生产提供理论指导。
化工分离技术的若干新进展
费维扬,王德华,尹晔东从现代化工和高新技术发展的需求出发 ,论述了化工分离技术的重要性、多样性和复杂性。分析了化工分离技术在新世纪所面临的新的机遇和挑战。并对当代化工分离技术的发展特点和我们的对策进行了探讨
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