检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：夏永秋中国科学院地理科学与资源研究所

学位级别：博士

黄土高原水蚀风蚀交错带自然环境和地形地貌独特，是黄土高原土壤侵蚀最严重的区域，必须采取相应的植被措施进行治理。该区又是典型的干旱半干旱地区，有限的土壤水分决定了其植被承载力十分有限。该区还林还草生态环境建设急需科学的... 详细信息

黄土高原水蚀风蚀交错带自然环境和地形地貌独特，是黄土高原土壤侵蚀最严重的区域，必须采取相应的植被措施进行治理。该区又是典型的干旱半干旱地区，有限的土壤水分决定了其植被承载力十分有限。该区还林还草生态环境建设急需科学的规划来指导实践，不能无序和盲目地进行。为了生态和谐，研究这一区域的最大植被密度就很有必要。然而，由于植被密度对土壤水分变化以及土壤水分胁迫对植被生长影响的关系复杂，目前，土壤水分植被承载力还难以量化。现有经验模型、概念模型，甚至物理模型，因为没有考虑土壤水分亏缺的影响及其反馈，不能反映土壤-植被-大气系统水热循环实际情况，因此在实践中难以应用。　　本论文在综合水文和生物地球化学过程模型的基础上，在黄土高原水蚀风蚀交错带建立了土壤水分植被承载力过程模型(SWCCV)。通过六道沟小流域试验验证了典型植被(柠条、沙柳、苜蓿)不同生长阶段和不同土壤类型下的水分循环、蒸腾、密度效应、土壤水分胁迫、根系吸水等过程，本模型具有较好的预测效果。　　 SWCCV模型的主要特点有：1采用双层蒸散发子模型将植被蒸腾和土壤蒸发分离计算，考虑风对植被蒸腾和土壤蒸发的影响。2将冠层分为受光叶和遮光叶的双源模型，分别考虑它们的蒸腾、辐射传输和光合作用。3考虑土壤水分亏缺条件下，土壤水分对植被蒸腾和光合作用的限制作用，以及用对分区间法循环求解土壤水分限制下的植被承载力。4根据水分、C、N循环的特点，模拟的时间步长分别为小时和天。5利用改进的Molz-Remson根系吸水模型预测土壤各层水分动态分布。　　本文的主要结论有：　　在SWCCV模型应用中，各种参数如土壤水力参数、植物冠层导度等参数通过简单实用的方法求取。采用Burdine模型预报土壤导水参数、土壤水分扩散率。应用热脉冲技术测定了每种灌木3株枝条生长季的小时树干液流动态，同时测量了土壤水分和环境因子。结果表明，沙地柠条冠层导度与水气压亏缺成对数相关(f(VPD)=cln(VPD)+d)，而沙柳冠层导度与水气压亏缺成冥指数相关(f(VPD)=eVPDf);它们都与太阳辐射成指数相关(gcmax=aexp(bRn)，gcmax=0.0029exp(0.0008Rn))。当相对可提取水分高于0.4时，它们的冠层导度都基本保持不变，反之，当土壤水分大于凋萎点时，冠层导度成线性下降。　　采用无量纲的相对敏感性系数来判断六道沟小流域土壤和地理参数、气候参数、植被参数变化对SWCCV模型结果的影响。由参数敏感性分析发现，模型对土壤质地、土壤表层的密度、土壤深层水分背景值、CO2浓度、生长期气象参数、植物叶碳氮比、初始植被密度、羧化反应的叶氮含量和植被能忍受调萎点的天数等易测量的参数比较敏感，在实际应用中要尽量准确测定。对于较难测量和误差较大的参数敏感性较低，如植被生理参数、深层土壤属性等。因此模型具有一定的稳定性和实用性。　　通过柠条、沙柳、苜蓿小区模拟和实验结果对比可以看出，本模型能很好地预测坡面各层土壤水分值、植物LAI和NPP的动态变化。在同一初始条件下，土壤水分植被承载力模拟能很好的反应不同小区土壤水分背景值的差异性并能根据这种差异有效地调整植被密度。当柠条平均茎C=0.88kg/丛时，黄绵土高密度柠条林分(6500丛/hm2)，模拟所能承载柠条密度为2100丛/hm2，低密度柠条林分(1700丛/hm2)，模拟所能承载柠条密度为3400丛/hm2;沙柳平均茎C=0.94kg/丛时，沙地高密度沙柳林分(6000丛/hm2)，模拟所能承载沙柳密度为2800丛/hm2，低密度沙柳林分(2570丛/hm2)，模拟所能承载沙柳密度为3600丛/hm2;黄绵土高密度苜蓿(地上植物量为3.36t/hm2)，模拟所能承载苜蓿植物量为2.58t/hm2，黄绵土低密度苜蓿(地上植物量为2.18t/hm2)，模拟所能承载苜蓿植物量为2.87t/hm2。由以上的模拟结果可以看出，各种实验小区的现有人工植被都存在一定的不合理性。　　通过分布式的SWCCV模型对六道沟小流域进行植被承载力模拟，流域的柠条平均承载力为3.46t/hm2，流域的沙柳平均承载力为4.23t/hm2，流域的苜蓿平均承载力为1.57t/hm2。由流域各种特征因子和植被承载力的统计关系表可以得出，除沙柳表层水分以外，植被承载力与其它各种因子都在0.01水平上显著相关。土壤水分与植被承载力相关系数大小关系为：深层土壤水分＞中间层土壤水分＞表层土壤水分。柠条和苜蓿承载力与高程和坡度成负相关，沙柳与高程成正相关，与坡度成负相关。影响这些相关性的主要可能因素是土壤质地、高程及其坡度决定的土壤水分供给关系。　　根据六道沟小流域不同植物生理差别和该区植物生长的主要限制因子土壤水分，提出生态恢复应根据现有的研究成果，按照因地制宜、限制

关键词：黄土高原水蚀风蚀交错带土壤水分植被承载力过程模拟

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亚热控制成形过程模拟及模具磨损关键技术研究

亚热控制成形过程模拟及模具磨损关键技术研究

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作者：张质良上海交通大学

学位级别：博士

伴随着经济发展和制造全球化的热潮，市场竞争日益加剧。采用节约高效的先进制造技术已成为制造业重要的发展趋势。精密塑性成形技术是一种以高效、低成本获取高质量的净形或近净形零件的先进制造技术，而亚热控制精密成形则是在温成形... 详细信息

伴随着经济发展和制造全球化的热潮，市场竞争日益加剧。采用节约高效的先进制造技术已成为制造业重要的发展趋势。精密塑性成形技术是一种以高效、低成本获取高质量的净形或近净形零件的先进制造技术，而亚热控制精密成形则是在温成形和热成形温度范围之间成形的一种新的精密成形工艺。该工艺具有变形抗力较低、简化工序、减少设备吨位等优点，并可通过控制锻后冷却及利用余热进行热处理获得力学性能优良、尺寸精度高的优质锻件，达到节约能耗的目的。因而这种方法具有广泛的应用前景，但目前尚未有系统的研究报导。\n 为深入认识亚热成形特性，本文以汽车精锻件常用合金结构钢40Cr和DIN优质碳素钢Cf53为研究对象，以汽车外星轮为载体，采用物理模拟和数值模拟相结合的方法对亚热控制精密成形特性及变形过程中的模具磨损进行了系统的理论和实验研究。\n 本文基于热模拟试验，对40Cr钢和Cf53钢的亚热流变行为进行了试验研究及分析，结果表明随变形工艺参数的变化，流变应力曲线表现为不同的型式。在变形温度较高（1000℃和950℃）、变形速率较低（0.1s-1和0.5s-1）的时候，流变应力曲线出现明显的峰值，属于动态再结晶型。峰值应力时的应变（峰值应变）随变形温度的降低和变形速率的增大而升高。\n 变形温度、变形速率及变形量对流变应力均有影响，其中变形速率和变形温度是最敏感的影响因素，是工艺控制中的主控因素。通过40Cr圆环亚热压缩试验，探讨了亚热变形工艺参数对摩擦因子的影响，研究结果为实际成形及数值模拟分析中摩擦因子的选取提供依据。\n 基于热模拟试验的分析结果，在对现有流变应力模型进行评价的基础上，建立了40Cr钢和Cf53钢的亚热变形稳态应力模型，采用双曲正弦表达式计算40Cr钢和Cf53钢的亚热变形稳态激活能。40Cr钢亚热变形激活能为：270.321 KJ·mol-1，Cf53钢亚热变形激活能为：290.782 KJ·mol-1。并计算得出不同变形条件下的lnZ值，对应相应的表格即可快速算出特定变形条件下的峰值流变应力，进而可方便地为模具设计、设备选择等方面提供重要理论依据。\n 基于Zener-Hollomon参数的研究，将变形激活能及其他参数与应变相关联，建立了一个基于动态变形激活能的亚热流变应力模型，计算了40Cr钢和Cf53钢在连续变形过程中的变形激活能及其变化情况，得到了变形激活能与变形量之间的关系。模型计算结果表明，所有工艺下的预测值均与试验值相吻合，为将本文构造的流变应力模型应用于数值模拟分析中提供了依据。\n 采用编写用户子程序的方法将本文建立的流变应力模型耦合到***/Mentat有限元软件系统中，建立了亚热精密成形工艺模拟系统。利用该系统对40Cr钢和Cf53钢的亚热挤压成形过程进行了数值模拟，分析了变形温度、凸模速度、变形程度和摩擦因子对亚热挤压成形过程中的应力场、应变场分布和金属流动规律的影响，为确定合理的亚热成形工艺参数提供了科学依据。\n 在分析现有磨损模型基础上提出适用于有限元模拟的模具磨损模型，建立了模具磨损模拟系统，首次采用数值模拟方法获得了各工艺参数对模具最大磨损深度及磨损分布的影响规律。研究表明摩擦因子和凸模速度对模具的磨损深度和磨损分布影响很大。将模具磨损模型预测结果与实际生产实例所测模具磨损轮廓对比，发现二者趋势相吻合，证明了模型的正确性。研究结果为预测模具寿命、预测产品尺寸及模具设计的补偿研究提供理论基础，具有重要的实际意义。\n 通过物理模拟进行了不同变形条件下亚热正挤压和反挤压成形，比较研究了数值模拟结果和实验结果。研究结果表明，模拟与实验所得变形载荷大小及趋势基本一致，证实了本文的流变应力模型及数值模拟系统在40Cr 钢和Cf53钢亚热变形过程的应用中具有较高的准确性和可靠性。\n 应用基于本文建立的流变应力模型、模具磨损模型的亚热控制精锻模拟系统，以Cf53钢的汽车外星轮为例，对其亚热成形过程进行工艺分析，确定了工艺方案，成功实现了Cf53钢的亚热控制精锻成形，并投入了批量生产。结果表明采用本论文研究的亚热控制精锻工艺，降低了材料变形抗力，取消了单独正火处理的工序，采用成形后的余热控制冷却，从而获得优良的内部组织与较高的力学性能，具有简化工艺，节约能源，使产品兼具优良的内外质量的特点。

关键词：汽车精锻件亚热控制精密成形变形过程过程模拟模具磨损物理模拟数值模拟

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基于Virtools的精馏过程模拟及虚拟实验室开发

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实验室研究与探索 2012年第7期 284-288+300页

作者：肖武李焕张永策齐淼贺高红大连理工大学化工与环境生命学部

为了弥补精馏实验教学的不足,实现对精馏分离实验过程的三维情景化交互仿真模拟,基于Virtools软件开发平台,以乙醇-水精馏综合实验为研究对象,采用结合三对角矩阵法与松弛法优点的混合方法,进行了精馏稳态操作和开车过程的模拟程序开发... 详细信息

为了弥补精馏实验教学的不足,实现对精馏分离实验过程的三维情景化交互仿真模拟,基于Virtools软件开发平台,以乙醇-水精馏综合实验为研究对象,采用结合三对角矩阵法与松弛法优点的混合方法,进行了精馏稳态操作和开车过程的模拟程序开发。并通过编译的VSL脚本及BB模块实现3D仿真实验装置数据交互,开发了具有三维沉浸感强、功能完善、交互操作逼真的虚拟精馏实验室,能够完整地模拟精馏分离过程,具有较高的训练价值。而且采用开放式结构,教师可以根据各高校的要求对实验初始参数进行修改。经过仿真测试,实验仿真结果和实验数据的相对误差控制在5%以内,能够真实反映精馏综合实验全过程。

关键词： Virtools 精馏虚拟实验过程模拟

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基于Aspen Plus的CCRs碳捕捉系统过程模拟

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动力工程学报 2012年第7期32卷 558-561,568页

作者：陈海平王忠平吴文浩童家麟华北电力大学能源动力与机械工程学院保定071003

采用商业软件Aspen Plus对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法(CCRs)的碳捕捉过程进行了模拟,讨论CCRs碳捕捉系统的能量回收问题,并运用Aspen Plus软件进行灵敏度分析,研究补充碳酸钙流量对循环固体量、煅烧燃煤量和CO2捕捉率的影响.结果表明:... 详细信息

采用商业软件Aspen Plus对钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法(CCRs)的碳捕捉过程进行了模拟,讨论CCRs碳捕捉系统的能量回收问题,并运用Aspen Plus软件进行灵敏度分析,研究补充碳酸钙流量对循环固体量、煅烧燃煤量和CO2捕捉率的影响.结果表明:某600MW超临界机组引入CCRs碳捕捉系统后,机组效率下降为39.59%,而将该碳捕捉系统回收的能量用于蒸汽轮机发电,电厂输出功率则从600MW增加到1 041.90MW.

关键词： CO2捕捉循环煅烧/碳酸化法过程模拟余热利用灵敏度分析

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基于GIS的城市地震次生火灾危险性评价与过程模拟研究

基于GIS的城市地震次生火灾危险性评价与过程模拟研究

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作者：赵思健中国科学院地理科学与资源研究所

学位级别：博士

地震次生火灾是地震直接或间接引发的火灾，它是地震之后最易发生，破坏性最大的次生灾害。地震次生火灾发生与发展过程相当复杂，是一种独具特性且危害性极大的连锁性灾害。据历史资料统计，大部分破坏性地震都会诱发火灾，而且火灾造... 详细信息

地震次生火灾是地震直接或间接引发的火灾，它是地震之后最易发生，破坏性最大的次生灾害。地震次生火灾发生与发展过程相当复杂，是一种独具特性且危害性极大的连锁性灾害。据历史资料统计，大部分破坏性地震都会诱发火灾，而且火灾造成的损失有时甚至超出了地震直接造成的损失。\n 为了避免地震次生火灾灾难的重演，多发地震的城市应加强对次生火灾的防御。但由于目前地震次生火灾的研究进展缓慢，导致了防灾工作长期缺乏科学的指导，处在“盲目”的状态之中。为此，本论文将从理论和方法上深入研究地震次生火灾，探索并揭示它的特性与规律，评价它的潜在危险性，构建它的数学模型并实现它的过程模拟，为城市的地震次生火灾防御工作提供科学的评价和准确的预测，从根本上改变“盲目”的工作现状，让防灾工作更具针对性、准确性和科学性。\n 本着这一目的，本文对地震次生火灾的如下几个主题进行深入研究：\n 1)城市地震次生火灾潜在危险性评价。从地震次生火灾的发生、发展过程入手将地震次生火灾的潜在危险性划分成起火危险性和蔓延危险性两个部分，并分别提取与这两部分密切相关的因子，将它们有机组成一个全新的基于GIS网格的城市地震次生火灾潜在危险性评价体系，利用该体系进行评价可以同时获得城市地震次生火灾起火与蔓延的潜在高危险区和高危险时段。\n 2)地震起火的时空建模。揭示地震起火的时空特性，利用20世纪发生在美国、日本和中国的地震火灾资料构建地震起火率模型。鉴于地震起火具有强烈的随机特性，作者在地震起火的预测上选择了随机模拟的策略，并分别构建了城市小区地震起火的时空概率模型。此外，作者还利用单体建筑地震火灾危险性概率模型实现了从小区起火到个体建筑起火的预测；\n 3)城市特大火灾的蔓延建模。剖析城市特大火灾的蔓延机理，将其蔓延过程划分成个体建筑内部火灾发展和建筑物间火灾蔓延两个阶段。火灾在个体建筑内部的发展与蔓延是一个相当复杂的过程，作者将个体建筑内部火灾发展划分成起火、轰燃、火灾充分发展、倒塌和熄灭五个阶段，并量化了每个阶段火灾经历的时间，温度和热释放率。建筑物间火灾蔓延包含多种蔓延方式，作者分别对两种主要的蔓延方式-热辐射和热羽流进行了建模。最后，作者还将模型与经典的Hamada模型进行对比模拟，借此验证模型的实用性。\n 4)震后消防扑救建模。震后消防扑救具有时间延误和扑救效率低的特性。针对这两方面特性，作者分别构建了震后消防扑救过程模型和震后消防扑救效率模型。前者是依据消防扑救流程，利用地震背景下行动耗时来衡量震后消防扑救行动的延误；而后者则是利用震后消防控制面积与火灾蔓延面积的对比来衡量消防扑救效率和修正火灾蔓延的速度。\n 5)基于GIS的城市地震次生火灾模拟系统-GisFFE的研发。综合利用GIS技术和仿真技术研发基于GIS的地震次生火灾模拟系-GisFFE。该系统集成三大关键模型，全面实现地震起火、火灾蔓延和震后消防扑救三大关键环节的模拟，成为一个服务于城市地震火灾预测和防灾减灾规划的管理和决策支持平台。

关键词：地理信息系统地震次生火灾危险性评价地震起火过程模拟城市地震

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化学教育基于地方特色开发的化工过程模拟实验——以变压精馏为例

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化学教育（中英文） 2019年第16期40卷 65-70页

作者：李静王克良李志陈定梅连明磊叶昆六盘水师范学院化学与材料工程学院贵州六盘水553004 中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司河北任丘062552

基于六盘水地区海拔高、气压低的特点,开设了具有地方特色的变压精馏过程模拟实验,低压塔设定为六盘水地区大气压值。以变压精馏分离乙酸甲酯-甲醇共沸物为例,通过相图确定精馏序列及工艺流程,讨论了进料位置、回流比和塔板数等变量对... 详细信息

基于六盘水地区海拔高、气压低的特点,开设了具有地方特色的变压精馏过程模拟实验,低压塔设定为六盘水地区大气压值。以变压精馏分离乙酸甲酯-甲醇共沸物为例,通过相图确定精馏序列及工艺流程,讨论了进料位置、回流比和塔板数等变量对年度总费用TAC的影响,对于学生掌握化工技术和经济分析具有良好的教学效果。同时,对于培养人才的工程实践能力和服务地方产业提供了有效的保障。

关键词：地方特色过程模拟实验教学化工分离变压精馏

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流化床气化炉内气固流动及过程模拟与分析

流化床气化炉内气固流动及过程模拟与分析

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作者：刘哲语中国科学院大学

学位级别：博士

流化床气化技术是粉煤制取燃料气及合成气的有效方式之一。在众多流化床气化技术中，灰熔聚流化床粉煤气化技术是一种前景广阔的洁净煤技术，具有适应煤种范围宽、操作条件温和、氧耗低、投资小等优势。为加快灰熔聚流化床加压煤气化工... 详细信息

流化床气化技术是粉煤制取燃料气及合成气的有效方式之一。在众多流化床气化技术中，灰熔聚流化床粉煤气化技术是一种前景广阔的洁净煤技术，具有适应煤种范围宽、操作条件温和、氧耗低、投资小等优势。为加快灰熔聚流化床加压煤气化工艺开发进程，在传统实验手段开发过程中辅以灰熔聚流化床气化模拟研究十分必要。近年来计算流体力学方法和工艺流程模拟方法得到大力发展，已经成为新一代化工过程设计、开发、优化的重要工具。由于流化床内稠密气固流动的不均匀性及煤气化反应的复杂性，加压灰熔聚流化床气化炉的模型研究有待于进一步完善。本论文结合FLUENT和ASPENPLUS软件在加压灰熔聚流化床气化炉模型开发方面的优势，主要研究了加压下灰熔聚流化床气化炉内气固流动规律及气化特性。\n 在传统欧拉—欧拉双流体模型基础上结合颗粒动力学理论，基于FLUENT软件平台构建了稠密气固两相流动模型。该模型针对灰熔聚流化床带有锥形分布板和中心射流管的特点，采用UDF编程手段改进了Gidaspow曳力模型参数使得模拟结果与实验测量结果吻合较好。另外，利用该模型研究了加压条件下实验室规模及中试规模的灰熔聚流化床内气固流动特性。模拟结果显示气固之间曳力越大，床层膨胀比越大。射流深度随中心管射流气速增加而增加，而分布板气速增加将会对中心射流产生削弱作用并导致射流深度降低。在相同操作气速下，随着操作压力提高膨胀比和床层空隙率增加。在相同操作压力下，膨胀比随着床层表观气速增加而增加。\n 结合稠密气固两相流动模型对灰熔聚流化床内流场分析，基于ASPENPLUS软件平台并借助FORTRAN语句耦合加压气化动力学和流体动力学参数开发了灰熔聚流化床气化反应过程模型。在气化炉温度、煤气组成及气化指标等方面，该模型预测结果与加压中试试验结果吻合较好。随后该模型被用于考察单个操作参数（操作压力、氧煤比、汽煤比、气化剂预热温度等）变化对加压灰熔聚流化床气化特性的影响。模拟结果显示提高操作压力可以提高气化强度，改善煤气质量。氧煤比可以与汽煤比配合来调整气化炉温度，改善煤气质量和气化指标，并可用于调节煤气中H2/CO的比率。提高气化剂入炉温度可以明显改善煤气质量，降低氧耗。最后通过模拟优化方案计算得出气化晋城无烟煤较优化的工艺条件是氧煤比为0.39～0.45Nm3/kg，汽煤比为1.1～1.4kg/kg，汽氧比为2.9～3.2kg/Nm3。

关键词：灰熔聚流化床气化炉计算流体力学煤气化过程模拟气固流动

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淤浆法高密度聚乙烯聚合过程模拟

淤浆法高密度聚乙烯聚合过程模拟

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作者：赵建国北京化工大学

学位级别：博士

本文提出了淤浆法高密度聚乙烯聚合过程的数学模型“BHLH”，“BHLH”为考虑4类活性中心和8步反应机理的”4-中心-8步骤”模型，利用作者所开发的“BHLH”模型和相应的模拟程序成功地实施了对淤浆法HDPE聚合过程的模拟，并利用灵敏度分... 详细信息

本文提出了淤浆法高密度聚乙烯聚合过程的数学模型“BHLH”，“BHLH”为考虑4类活性中心和8步反应机理的”4-中心-8步骤”模型，利用作者所开发的“BHLH”模型和相应的模拟程序成功地实施了对淤浆法HDPE聚合过程的模拟，并利用灵敏度分析方法确定了主要工艺操作参数对聚合物性质的影响，模拟结果与实际生产和分析数据以及理论解释相吻合。\n 为了开发淤浆法高密度聚乙烯聚合过程的数学模型，研究了化工生产过程的过程模拟，HDPE生产过程工艺，催化剂、反应机理、动力学。\n 确定了适用于淤浆法HDPE聚合过程的反应机理，该机理包括助催化剂自活化反应、助活化反应、失活反应、链引发反应、链增长反应和链转移反应。为了计算聚合物的性质讨论了分子量分布矩和分子量分布矩的计算方法特别是HDPE分子量分布矩的计算方法并完成了相应的计算。

关键词：高密度聚乙烯淤浆法聚合数学模型聚合反应过程过程模拟

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醇胺离子液体—醇—水体系相平衡的测定与过程模拟

醇胺离子液体—醇—水体系相平衡的测定与过程模拟

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作者：李雪梅北京化工大学

学位级别：博士

离子液体是一类新型化合物，独特的阴、阳离子构成使其拥有与传统分子溶剂不同的特性：室温呈液态，为工业操作过程的加料和储运带来了便利；良好的热稳定性和不易挥发特性，使其在使用过程中更加安全、环保，易于纯化和循环利用。本论... 详细信息

离子液体是一类新型化合物，独特的阴、阳离子构成使其拥有与传统分子溶剂不同的特性：室温呈液态，为工业操作过程的加料和储运带来了便利；良好的热稳定性和不易挥发特性，使其在使用过程中更加安全、环保，易于纯化和循环利用。本论文重点测定了含离子液体体系汽液平衡数据、研究了相关热力学模型，并对乙醇水溶液的萃取精馏进行了概念设计和过程模拟。利用酸碱中和法合成了三种亲水性离子液体，即：单乙醇胺甲酸盐（[HMEA][HCOO]），二乙醇胺甲酸盐（[HDEA][HCOO]）和三乙醇胺甲酸盐（[HTEA][HCOO]）。利用13C NMR和1H NMR鉴定了室温离子液体[HMEA][HCOO]和[HDEA][HCOO]的结构和纯度（x≥99%）；热重－差热分析结果显示，二者的热分解温度均在424K以上。可见，本文合成的醇胺类甲酸盐纯度较高、热稳定性较好；经溶解性试验，二者与乙醇、甲醇和水互溶，可用于醇－水体系的精馏分离。醇胺的价格不足咪唑价格的1/10，甲酸为大宗商品，因此醇胺甲酸盐离子液体具有价格优势，而且分子中不含卤素，无生物毒性，具有工业应用前景。采用CL-II型沸点仪，利用非分析拟静态方法，测定了不同离子液体含量和温度范围内，由离子液体[HMEA][HCOO]或[HDEA][HCOO]与乙醇、甲醇、水组成的6个二元体系和6个三元体系的饱和蒸汽压。离子液体的加入可以降低溶剂的蒸汽压，但对不同溶剂降低作用不同，同一种离子液体在相同的条件下与水的作用最强，与乙醇的作用最弱；甲醇和水与离子液体组成的二元体系对拉乌尔定律呈负偏差，非理想性随离子液体浓度的增加而增大；乙醇与离子液体组成的二元体系在离子液体浓度低（w≤0.1）时，对拉乌尔定律呈负偏差，随离子液体浓度的升高，对拉乌尔定律呈正偏差。利用NRTL模型，对测得的二元、三元体系汽液平衡数据进行了关联，关联的平均绝对相对偏差分别为0.62%和0.82%。基于二元NRTL模型参数，对含离子液体的醇－水体系等压汽液平衡相图进行了预测。结果表明：（1）所研究的两种离子液体均能显著影响乙醇对水的相对挥发度，并且对乙醇呈盐析效应；（2）随溶液中离子液体浓度的增加，共沸点逐渐向乙醇浓度增大的方向移动，当离子液体的浓度达到10wt%以上时，可以消除乙醇－水体系的共沸现象；（3）在富乙醇区，五种醇胺盐离子液体均对乙醇呈“盐析”效应；但在富水区呈“盐溶”效应；其盐效应作用顺序依次为：[HMEA][BF4]<[HDEA][HCOO]<[HMEA][HCOO]<[HDEA][BF4]<[HTEA][BF4]。基于基团贡献思想，借鉴质量连接指数概念和电荷笼罩假设，改进了密度简捷计算模型；提出了新的基团划分方法（将与大π键等稳定结构，如咪唑环和吡啶环，紧密相连的原子团划为一个中心基团；将中心基团和与之相连的第一个支链基团划成一个大的基团）和质量连接指数计算方法。新模型对54种离子液体的密度预测的最大绝对偏差为1.83%，而原模型预测的最大绝对偏差为4.08%，新模型的预测精度较原模型提高55%。离子液体不易挥发，以往的研究工作中大多忽略其蒸汽压的存在。本文利用GC-PT模型对离子液体的蒸汽压进行了预测，并首次在精馏过程模拟中考虑了离子液体蒸汽压的影响。计算结果表明，在整个精馏过程中，离子液体的损耗不足0.001（质量分数）。利用Aspen Plus软件，对离子液体－醇－水体系的精馏分离过程进行了概念设计和过程模拟，考察了溶剂比、回流比等参数对分离效果的影响，确立了精馏工艺条件。与乙二醇为萃取剂的精馏过程相比，分离效果相同的前提下，再沸器热负荷降低28%，产品中萃取剂的夹带量降低了4个数量级，具有明显的节能效果。对工业酒精的分离模拟结果显示，当离子液体达到一定浓度时，工业酒精中的甲醇由轻组分变成重组分，与离子液体和水一起在塔釜富集，从而实现利用一个精馏塔由工业酒精制取无水乙醇的过程。可见，醇胺盐离子液体是一类制备方法简单、价格低廉、安全环保的新型萃取剂，可望用于乙醇－水的工业精馏分离过程。

关键词：离子液体共沸体系精馏分离汽液平衡过程模拟乙醇甲醇水

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醋酐精制系统酯水共沸精馏过程模拟与设计

醋酐精制系统酯水共沸精馏过程模拟与设计

引用

作者：祁梅花大连理工大学

学位级别：硕士

醋酐是国家鼓励发展的基本有机化工原料,主要用于生产醋酸纤维素和医药、农药、染料、香料、军工等行业。其中二醋酸纤维素是用于制造香烟过滤嘴的主要材料之一;三醋酸纤维素主要制造塑料片基和高级感光胶片。醋酐生产过程中所需原料及... 详细信息

醋酐是国家鼓励发展的基本有机化工原料,主要用于生产醋酸纤维素和医药、农药、染料、香料、军工等行业。其中二醋酸纤维素是用于制造香烟过滤嘴的主要材料之一;三醋酸纤维素主要制造塑料片基和高级感光胶片。醋酐生产过程中所需原料及副产物是醋酸,它是一种重要的化工原料。其用途非常广泛,需求量也很大。以醋酸为原料的醋酸乙烯、醋酸纤维素等的合成工艺中均有醋酸水溶液产生,直接排放,既污染环境,又浪费资源。长期以来,人们对醋酸-水体系的分离问题进行深入研究,因为醋酸应用的范围较广,而且在化工分离、化工环保等学科的发展中有重要作用,对资源利用和环境保护具有重要意义。精馏分离过程是最常用的醋酐精制方法。醋酸和水虽然不会形成恒沸物,但是二者的相对挥发度较低,并且醋酸在液相中有强缔合作用,是高度非理想系统。据调查,工业上采用较多的分离工艺方法是:普通精馏、共沸精馏。普通精馏法对理论塔板数和回流比的要求较高,且需要消耗大量蒸汽,因此再沸器的热负荷很大,经济性低;共沸精馏法的原理是在混合溶液中加入低沸点的挟带剂,从而使醋酸、水的相对挥发度增大,因而二者分离时,所需的塔板数、回流比液有所降低,故能耗也较低。本文主要对醋酐精制工艺的醋酸回收单元进行模拟与计算,并重点研究其中一精馏塔(共沸精馏塔),重点阐述化工热力学上对非理想性液体混合物的研究,利用活度系数法、牛顿迭代法,根据Wilson模型,设计在低压条件下的非理想体系的汽液相平衡C语言计算程序,计算得到醋酸—水、醋酸—醋酸乙酯体系的汽液相平衡数据,并绘制醋酸—水、醋酸—醋酸乙酯体系的x-y图、T-xy图。然后通过Aspen Plus软件,根据NRTL模型,模拟计算醋酸—水—醋酸乙酯三组分体系常压汽液相平衡数据及醋酸乙酯—水体系的汽液相平衡数据,并绘制醋酸—水—醋酸乙酯三组分相平衡图及醋酸乙酯—水体系的x-y图、T-xy图,得出醋酸乙酯与水的最佳共沸点,为醋酸—水的分离提供基础数据。另外,在该操作条件下,计算精馏塔(共沸精馏塔)及塔头冷凝器,并将内置式冷凝器与外置式冷凝器的两种工况进行计算比较,得出其最佳的工况。

关键词：汽液相平衡活度系数法醋酸水分离共沸精馏过程模拟 ASPEN PLUS

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