检索结果-内蒙古大学图书馆

化工学报 2024年第1期75卷 255-267页

作者：赵碧丹代伊杨王军武张永民中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049 中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249

在密相床层内安装内构件可显著改善工业流化床的流化质量、强化气固传质和提高化学反应效率。由于长时间受气体和颗粒的挤压和冲击,流化床内构件可能会发生变形或断裂。为实现流化床内构件设计的科学性,确保其长周期可靠性,需要明确其... 详细信息

在密相床层内安装内构件可显著改善工业流化床的流化质量、强化气固传质和提高化学反应效率。由于长时间受气体和颗粒的挤压和冲击,流化床内构件可能会发生变形或断裂。为实现流化床内构件设计的科学性,确保其长周期可靠性,需要明确其受力机理与不同操作条件下受力特性。利用粗粒化CFD-DEM-IBM方法,实现了利用笛卡儿网格模拟流化床中倾斜挡板内构件受力特性的定量模拟,该方法拓展原有挡板应力统计方法,获得了不同倾斜角度对挡板所受应力的定量影响规律。模拟所得挡板受力随时间的演化曲线与实验报道较为一致,在流化床启动阶段会出现较大的峰值,同时成功复现在启动阶段的峰值受力总体与挡板在水平面上的投影面积成正比。模拟结果显示,在启动阶段,挡板受力中颗粒挤压作用力占主导,但在流化阶段,除颗粒作用力达到极大值外的大部分时间中挡板受到的气相压差力要大于颗粒作用力。当挡板倾斜角度较小时,挡板受力较大但抑制床内返混效果较好,因此在工业流化床内构件设计中应兼顾强化传递及长周期可靠性的需求,当挡板倾斜角度较小时应选择强度大的挡板材料。

关键词：气泡流化床数值模拟挡板内构件固相应力

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气固鼓泡床结构双流体传热模型及其模拟验证

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化工学报 2024年第4期75卷 1497-1507页

作者：赵金鹏张永民兰斌罗节文赵碧丹王军武中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249 中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049

介尺度结构显著影响非均匀气固复杂系统内的流动传递反应特性。构建了结构双流体传热模型用于模拟复杂气固系统内的流动传热过程,按照流动控制机制将鼓泡床系统划分成由气体主导的气泡相和颗粒主导的乳化相两个相互渗透的连续流体,进而... 详细信息

介尺度结构显著影响非均匀气固复杂系统内的流动传递反应特性。构建了结构双流体传热模型用于模拟复杂气固系统内的流动传热过程,按照流动控制机制将鼓泡床系统划分成由气体主导的气泡相和颗粒主导的乳化相两个相互渗透的连续流体,进而确立考虑介尺度结构影响的控制方程及本构关系,其中相间曳力、乳化相黏度、相间传热系数及各相热导率均采用合理的经验关联式进行封闭。利用双流体传热模型与显式解析壁面流动和传热边界层方法相结合,对安装加热管的鼓泡床系统进行了模拟。结果表明:结构双流体传热模型可成功预测鼓泡床系统内固含率的轴向分布及床层壁面传热系数的变化规律;模拟结果与实验数据吻合较好,密相区壁面传热系数模拟值与实验值的相对误差小于10%,稀相区壁面传热系数的模拟值与实验值在同一量级,表明结构双流体传热模型可准确刻画鼓泡床系统内气固两相的流动传热特性。

关键词：多相流鼓泡床介尺度结构连续介质模型传热

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中空多壳层结构TiN修饰隔膜对锂硫电池性能的增强

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科学通报 2024年第16期69卷 2298-2307页

作者：徐伟毕如一杨梅王江艳于然波王丹中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室北京100190 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 中国科学院大学化学工程学院北京100049 生物药制备与递送重点实验室(中国科学院) 北京100190

锂硫电池(lithium-sulfur(Li-S)batteries)具有远高于锂离子电池的理论比容量.然而,硫的导电性差,充放电过程中体积变化剧烈,其放电中间产物易溶于电解液并穿过隔膜,造成穿梭效应,导致锂硫电池的实测比容量低、循环寿命短.本文设计构筑... 详细信息

锂硫电池(lithium-sulfur(Li-S)batteries)具有远高于锂离子电池的理论比容量.然而,硫的导电性差,充放电过程中体积变化剧烈,其放电中间产物易溶于电解液并穿过隔膜,造成穿梭效应,导致锂硫电池的实测比容量低、循环寿命短.本文设计构筑了中空多壳层结构氮化钛(TiNHoMS),作为锂硫电池隔膜修饰材料,有效解决了上述难题.氮化钛具有优异的导电性,能够催化硫和多硫化锂的氧化还原转化.HoMS具有多个壳层和多层内部空腔,能提供多重空间阻隔和丰富的多硫化锂吸附位点,从而有效抑制穿梭效应,并且能够缩短电子/离子传输路径.得益于此,采用三壳层TiNHoMS修饰隔膜的锂硫电池性能显著提高,远优于采用未修饰隔膜电池的性能.测试结果表明,在1 C电流下,初始比容量由642 mAh/g提高到1134 mAh/g,而且300次循环后比容量仍保持在792 mAh/g.通过一系列电化学表征分析发现,TiNHoMS提高了隔膜对电解液的浸润性,催化了硫正极的氧化还原反应,抑制了多硫化锂的穿梭效应,从而有效地提高了锂硫电池的比容量和循环稳定性.

关键词：中空多壳层结构氮化钛隔膜修饰锂硫电池穿梭效应

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钕铁硼废料资源化回收利用研究进展及双碳建议

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中国稀土学报 2024年第5期42卷 869-882,I0002页

作者：刘鲁静王俊锋覃波吴卫国胡应燕王雪亮中国科学院绿色过程与工程重点实验室(中国科学院过程工程研究所)战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190 中国科学院文献情报中心北京100190 中国科学院大学经济与管理学院信息资源管理系北京100190 中国恩菲工程技术有限公司北京100038 天津大学化工学院化学工程研究所化学工程联合国家重点实验室天津300350

钕铁硼废料含有大量的稀土、B及Fe等有价元素,资源化回收前景广阔,可有效改善稀土资源短缺、环境污染和资源浪费等问题,因此有必要对钕铁硼废料资源化回收利用做更加全面和系统的研究。以钕铁硼废料处置现状为着手点,详细解析了钕铁硼... 详细信息

钕铁硼废料含有大量的稀土、B及Fe等有价元素,资源化回收前景广阔,可有效改善稀土资源短缺、环境污染和资源浪费等问题,因此有必要对钕铁硼废料资源化回收利用做更加全面和系统的研究。以钕铁硼废料处置现状为着手点,详细解析了钕铁硼废料的传统回收技术、新型回收技术和高值化回收的研究进展,并总结了这些方法的优缺点。同时综述了钕铁硼废料不同回收工艺的环境影响,以及不同处置工艺与实现“双碳”目标之间的关系。最后,针对钕铁硼废料资源化面临的挑战和发展趋势,对钕铁硼行业发展提出几点政策建议。以上研究,以期在钕铁硼废料的资源化回收工艺及稀土产业发展上提供指导及帮助。

关键词：稀土钕铁硼废料固废处置二次资源 LCA

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异粒径颗粒间静态液桥力迟滞的解析分析

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中国科学：化学 2024年第11期54卷 2311-2322页

作者：华蕾娜葛蔚中国科学院过程工程研究所介科学与工程全国重点实验室北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京101408

两个颗粒间液桥的拉伸和收缩行为会导致接触角发生迟滞,进而使得毛细力出现迟滞,显著影响着颗粒间作用力的合理预测.以往研究多侧重于液桥拉伸时接触线沿着颗粒表面滑移阶段的实验观测和理论分析,因为此时接触角可取一个定值(后退接触角... 详细信息

两个颗粒间液桥的拉伸和收缩行为会导致接触角发生迟滞,进而使得毛细力出现迟滞,显著影响着颗粒间作用力的合理预测.以往研究多侧重于液桥拉伸时接触线沿着颗粒表面滑移阶段的实验观测和理论分析,因为此时接触角可取一个定值(后退接触角)、液桥型态多为凹形和毛细力随着颗粒间距呈单调下降,极大地简化了问题,但无法探讨接触角和毛细力迟滞.本文针对两个异粒径颗粒,提出了凸形和凹形液桥等六种基本类型及分类判据,采用环形近似法推导了液桥几何参数和毛细力的解析表达式,具有分类表达简洁和模型整体计算量小等优势.与文献实验的对比表明,该模型可快速识别液桥在一个完整的伸缩运动周期内各阶段的液桥型态并合理预测毛细力迟滞.

关键词：接触角迟滞毛细力迟滞凸形液桥凹形液桥环形近似

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绿色低碳工业变革性技术及策略

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科学通报 2024年第8期69卷 1005-1011页

作者：石春艳张冰洁董坤张国帅李垚张香平中国科学院过程工程研究所离子液体清洁过程北京市重点实验室北京100190 中国石油大学(北京) 化学工程与环境学院北京102249

碳中和是国家重大战略,将推动能源及产业技术革命,重塑工业结构和人类生活方式.工业过程是我国能源消耗和二氧化碳排放的主要领域,工业过程的碳减排既是挑战也是机遇.我国是世界工业大国,工业体系门类齐全、规模宏大,其中钢铁、水泥(htt... 详细信息

碳中和是国家重大战略,将推动能源及产业技术革命,重塑工业结构和人类生活方式.工业过程是我国能源消耗和二氧化碳排放的主要领域,工业过程的碳减排既是挑战也是机遇.我国是世界工业大国,工业体系门类齐全、规模宏大,其中钢铁、水泥(https://***/dy/article/***)、电解铝(https://***/s?id=1772531617627423742&wfr=spider&for=pc)产量均占世界总产量的一半以上.

关键词：工业大国人类生活方式变革性国家重大战略二氧化碳排放能源消耗碳中和绿色低碳

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碳酸钠改性水葫芦生物炭及其对离子型稀土矿地表水中Pb^(2+)和Ni^(2+)的吸附

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环境化学 2025年第3期44卷 991-1005页

作者：叶成宇马星宇束鑫张华林彭正壮李庭刚袁文静中国科学技术大学稀土学院合肥230026 中国科学院稀土重点实验室江西省稀土清洁生产重点实验室中国科学院赣江创新研究院赣州341119 中国科学院绿色过程与工程重点实验室中国科学院绿色过程制造创新研究院战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京市过程污染控制工程技术研究中心中国科学院过程工程研究所北京100190 生物药制备与递送重点实验室(中国科学院) 生化工程国家重点实验室中国科学院过程工程研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

水葫芦制备的生物炭(WHBC)因其多孔结构、丰富的化学表面基团和矿物组成而被认为具有较大的环境修复潜力.为更大程度提升WHBC对重金属离子的吸附能力,本研究以水葫芦为原料,碳酸钠为化学活化剂,采用浸渍法并在高温下热解得到碳酸钠改性... 详细信息

水葫芦制备的生物炭(WHBC)因其多孔结构、丰富的化学表面基团和矿物组成而被认为具有较大的环境修复潜力.为更大程度提升WHBC对重金属离子的吸附能力,本研究以水葫芦为原料,碳酸钠为化学活化剂,采用浸渍法并在高温下热解得到碳酸钠改性水葫芦生物炭(SWHBC),并以Pb^(2+)和Ni^(2+)的吸附性能为考察对象,在单因素实验的基础上,采用响应曲面法-Box-Behnken Design(BBD)设计对改性生物炭材料的加热时间、加热温度和浸渍质量比(Na2CO_(3)/WH,g·g^(−1))等3种基本制备条件进行优化.结果表明,最佳制备条件是浸渍质量比为1.41、温度为421.79℃和加热时间为2.90 h.最优条件下所制备的SWHBC对Pb^(2+)和Ni^(2+)的实际吸附量分别为758.42 mg·g^(−1)和118.19 mg·g^(−1).用拟二级动力学模型和Langmuir模型能更好地拟合吸附过程,获得的SWHBC对Pb^(2+)和Ni^(2+)最大理论吸附能力分别为1247.085 mg·g^(−1)和147.091 mg·g^(−1).采用SEM、BET、EA、XRD以及FTIR对WHBC和SWHBC的形貌、比表面积、元素组成、矿物类型和官能团进行表征.结果表明,碳酸钠在热解过程中产生化学活化促进生物炭比表面积、极性和含氧官能团的增加,通过极性官能团和含氧官能团与重金属的络合作用以及孔隙扩散吸附重金属.并且碳酸钠和水葫芦中的KCl和CaCO_(3)反应生成的Nyerereite矿物在吸附过程中参与了离子交换和共沉淀作用.因此SWHBC吸附重金属离子的主要机理包括离子交换、共沉淀、表面络合作用和孔隙扩散.SWHBC对离子型稀土矿山受污染地表水中多种金属离子具有显著去除效果,其中对Pb^(2+)和Ni^(2+)的去除率达到了99.98%和88.77%,处理后Pb^(2+)的浓度达到了《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅰ类水标准,表明本研究所制备材料是一种去除受污染水体中Pb^(2+)和Ni^(2+)的有效吸附剂.

关键词：水葫芦碳酸钠生物炭重金属吸附机理响应面法

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一种耦合CFD与深度学习的气固快速模拟方法

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化工学报 2023年第9期74卷 3775-3785,F0003页

作者：温凯杰郭力夏诏杰陈建华中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049

在计算流体力学领域,深度学习被用于重建流场、预测曳力、求解泊松方程、加速流体模拟等方面的研究。为了加速气固两相流的模拟计算,使用卷积长短时记忆网络对物理量进行预测,并基于LibTorch实现深度学习模型预测与OpenFOAM的耦合。通... 详细信息

在计算流体力学领域,深度学习被用于重建流场、预测曳力、求解泊松方程、加速流体模拟等方面的研究。为了加速气固两相流的模拟计算,使用卷积长短时记忆网络对物理量进行预测,并基于LibTorch实现深度学习模型预测与OpenFOAM的耦合。通过与单纯OpenFOAM模拟结果对比,发现深度学习模型预测存在颗粒体积分数不守恒、极小数值预测不准确的问题,先后通过体积分数校正和网格数据过滤消除了前述影响。选取不同的三个物理量组合进行深度学习模型预测以加速CFD计算,在同样选取颗粒体积分数和气体速度的条件下,对比了增加预测颗粒速度和压力对耦合流程计算结果的影响,其中,增加预测颗粒速度的计算结果较为准确,经分析发现这可能与求解器对不同变量的调用顺序有关。此外,研究了不同深度学习模型预测跨度比(1∶1、3∶1、5∶1、10∶1)下的耦合计算结果以及加速效果,发现在一定误差范围内,当前耦合计算流程最高可实现9倍左右的加速,且加速比与跨度比呈近似线性关系。

关键词：两相流计算流体力学神经网络加速计算深度学习

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可纺中间相沥青的研究进展

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化工进展 2024年第2期43卷 1001-1012页

作者：高海港安高军鲁长波李艳香张玉明李望良中国石油大学(北京)重质油全国重点实验室北京102249 中国科学院过程工程研究所北京100190 军事科学院系统工程研究院北京100071

随着我国航空航天和电子等行业的快速发展,高性能沥青基碳纤维因其高模量和高导热等优异性能而受到广泛关注。其中,中间相沥青的制备是高性能沥青基碳纤维制备的首要环节,但因沥青组成结构复杂、杂原子较多、合成的中间相沥青产品性能... 详细信息

随着我国航空航天和电子等行业的快速发展,高性能沥青基碳纤维因其高模量和高导热等优异性能而受到广泛关注。其中,中间相沥青的制备是高性能沥青基碳纤维制备的首要环节,但因沥青组成结构复杂、杂原子较多、合成的中间相沥青产品性能不均一等因素限制,我国纺丝级中间相沥青量产化仍未实现,严重制约了相关产业的发展。本文综述了中间相沥青的形成过程和性质,对比了煤、石油、萘三种沥青原料的组成和分子结构,阐述了原料沥青中复杂成分对中间相沥青形成过程的影响以及常见的预处理方法,并对预处理方法的优缺点进行了比较,分析了直接热缩聚法、溶剂分离法、加氢改性法、催化改性法、共碳法以及其他方法的制备过程及其优缺点,并对中间相沥青形成过程中的影响因素进行了归纳总结。最后展望了中间相沥青的发展前景,针对目前的瓶颈问题提出了建议。研究者应从沥青原料出发,探究原料分子结构和工艺条件对中间相沥青结构的影响规律并阐明其机理。

关键词：中间相沥青沥青基碳纤维原料预处理制备方法

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锚框式桨结构参数对煤气化渣活化过程流场特性的影响

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化工进展 2025年

作者：续文钧张建波郭彦霞李会泉李少鹏任艺凌山西大学资源与环境工程研究所中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心中国科学院大学化学工程学院

煤气化活化过程中硅酸成胶影响整体传质，需通过了解流场分布优化反应器。构建公称容积3000L搪玻璃反应釜模型，通过计算流体力学方法研究搅拌桨叶结构参数和工况对流场特性的影响。以煤气化渣活化浆料为搅拌介质，使用SST k-ω模型与Eu... 详细信息

煤气化活化过程中硅酸成胶影响整体传质，需通过了解流场分布优化反应器。构建公称容积3000L搪玻璃反应釜模型，通过计算流体力学方法研究搅拌桨叶结构参数和工况对流场特性的影响。以煤气化渣活化浆料为搅拌介质，使用SST k-ω模型与Eulerian模型，通过多重参考系法和示踪剂浓度法分析锚框式桨叶结构参数与工况对搅拌过程中单位体积搅拌功率、有效搅拌体积分数和混合时间的影响。结果表明，锚框式桨叶适用于煤气化渣浆液的混合搅拌，其中错位锚框式桨搅拌下流速分布最均匀。桨径和转速的变化显著影响流场分布，1320mm桨径在混合效果与能耗之间达到较好的平衡，而转速的增加显著提高单位体积功率和有效搅拌体积分数，最佳运行转速为20r/min，最佳离底高度为216mm，最优设计下以46.96W/m3的低功耗快速混合浆液。

关键词：反应器非牛顿流体混合计算流体力学两相流

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