检索结果-内蒙古大学图书馆

过程工程学报 2022年第10期22卷 1308-1316页

作者：徐骥葛蔚王利民李静海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 中国科学院绿色过程制造创新研究院北京100190

为实现“双碳”目标,钢铁行业正面临紧迫的转型升级,高精度、高效率的数值模拟在推动其工艺智能化和绿色化方面可以发挥重要作用。本工作讨论了基于问题、模型、软件和硬件逻辑与结构一致的EMMS范式实现高性能多尺度离散模拟的可能。概... 详细信息

为实现“双碳”目标,钢铁行业正面临紧迫的转型升级,高精度、高效率的数值模拟在推动其工艺智能化和绿色化方面可以发挥重要作用。本工作讨论了基于问题、模型、软件和硬件逻辑与结构一致的EMMS范式实现高性能多尺度离散模拟的可能。概述了相关软件在钢铁行业设备结构和操作条件优化方面的初步应用,包括铁矿石原料分选、烧结矿竖冷炉结构优化、钢渣滚筒处理优化和炼铁高炉操作优化等,展示了该模拟方法在钢铁行业的应用潜力,并展望了进一步结合在线测量、人工智能、人机虚拟交互和在线控制实现钢铁行业虚拟过程工程的前景。

关键词： EMMS范式多尺度离散模拟虚拟过程工程钢铁行业

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基于人工神经网络的非均匀固相应力模型

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力学学报 2023年第2期55卷 532-542页

作者：吴雪岩李煜谢妍妍李飞陈昇沈阳化工大学化学工程学院沈阳110142 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 中国特种设备检测研究院炼油与化工装备风险防控国家市场监管技术创新中心北京100029

最小多尺度理论EMMS已经被引入多相质点网格法MP-PIC中,建立了非均匀EMMS固相应力模型.但现有的非均匀固相应力模型计算中,中间步骤繁琐且花费时间长.采用人工拟合的方式能获得非均匀固相应力表达式,但需要人为确定拟合变量和拟合函数,... 详细信息

最小多尺度理论EMMS已经被引入多相质点网格法MP-PIC中,建立了非均匀EMMS固相应力模型.但现有的非均匀固相应力模型计算中,中间步骤繁琐且花费时间长.采用人工拟合的方式能获得非均匀固相应力表达式,但需要人为确定拟合变量和拟合函数,且针对于非均匀固相应力这种高度非线性函数所得到的拟合精度不高、用于MP-PIC模拟的结果相比原EMMS固相应力模型结果存在偏差.针对上述问题,本文提出通过机器学习的方法,规避对固相体积分数的局部分布情况的表征,并提出和建立能考虑颗粒浓度详细分布的人工神经网络ANN固相应力模型.首先,基于局部颗粒浓度和颗粒非均匀分布指数建立了双变量的ANN固相应力模型;进一步将当前网格及其周边网格颗粒浓度组成的序列来详细表征颗粒浓度分布,并建立相应的ANN固相应力模型.然后,将两种模型与EMMS固相应力模型进行了对比并测试了网格分辨率和粗化率对模型的影响.研究表明:基于ANN固相应力模型的模拟结果对EMMS固相应力模型结果有较高的还原度,同时具有一定的网格分辨率无关性和粗化率无关性.

关键词：两相流多相质点网格法非均匀固相应力机器学习流态化

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低维纳米受限离子液体的研究进展

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化工学报 2021年第1期72卷 366-383页

作者：王琛璐王艳磊赵秋吕玉苗霍锋何宏艳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离子液体清洁过程北京市重点实验室北京100190

离子液体受限于低维纳米空间时,分子热运动会受到极大限制,导致其结构和性质与三维体相离子液体相比具有显著差异。电场、磁场和温度等外部条件及限域通道的尺寸、表面物化性质和几何形貌等因素会极大地影响低维纳米受限离子液体的微观... 详细信息

离子液体受限于低维纳米空间时,分子热运动会受到极大限制,导致其结构和性质与三维体相离子液体相比具有显著差异。电场、磁场和温度等外部条件及限域通道的尺寸、表面物化性质和几何形貌等因素会极大地影响低维纳米受限离子液体的微观结构与物化性质。本综述围绕低维纳米受限离子液体的最新研究进展,介绍了常用的实验和理论方法,总结了低维纳米受限离子液体结构和氢键网络的动态调控机理,讨论了不同低维纳米受限离子液体体系的热力学性质、物化性质和结构相变等特性,梳理了低维纳米受限离子液体体系在气体分离、限域催化和超级电容器储能等方面的应用,最后展望了低维纳米受限离子液体未来的前景与挑战。

关键词：离子液体低维纳米限域热力学性质纳米结构气体分离

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离子液体中铝的电沉积及精炼

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过程工程学报 2023年第3期23卷 396-410页

作者：杨晓晴郑勇王倩杨倩李玉李涛任保增中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室多相复杂系统国家重点实验室离子液体清洁过程北京市重点实验室北京100190 郑州大学化工学院河南郑州450001 安阳工学院化学与环境工程学院河南安阳455000

国家的“双碳”目标对铝冶炼工业提出了新要求。针对传统Hall-héroult法生产铝存在高能耗、高排放的问题,我国将严守电解铝4500万吨“天花板”,积极开发铝再生技术,2025年实现再生铝产量由2020年的690万吨增至1150万吨。不论是电... 详细信息

国家的“双碳”目标对铝冶炼工业提出了新要求。针对传统Hall-héroult法生产铝存在高能耗、高排放的问题,我国将严守电解铝4500万吨“天花板”,积极开发铝再生技术,2025年实现再生铝产量由2020年的690万吨增至1150万吨。不论是电解制铝还是铝的再生精炼都需要在高温下进行,亟需低碳节能新技术的开发。离子液体中铝的电沉积能在<100℃下进行,能耗大大降低,且没有二氧化碳以及其他污染气体的排放,有望发展成为铝工业生产的一种新型绿色工艺。本综述按照阳离子结构对用于铝电沉积的离子液体体系进行分类,分别论述了相关研究进展,总结了以不同铝基材料作为阳极在离子液体中电解精炼铝的研究。最后,概括了铝电沉积用离子液体电解质体系的特性,并指出了存在的一些问题。

关键词：离子液体铝电沉积精炼节能减排

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陶瓷膜孔道内尘粒沉积及脱附的模拟

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工程科学学报 2021年第11期43卷 1543-1551页

作者：熊瑞张佳钰闫明伟孙广超刘开琪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 中国科学院过程工程研究所南京绿色制造产业创新研究院南京211135

陶瓷膜是过滤高温含尘烟气最有效的材料之一,其过滤性能和再生性能与尘粒在陶瓷膜孔道内的沉积和脱附机制相关.本文建立了不同孔隙率的陶瓷膜物理模型,然后结合连续性方程、动量方程和能量方程,设定边界条件以及沉积条件,模拟了陶瓷膜... 详细信息

陶瓷膜是过滤高温含尘烟气最有效的材料之一,其过滤性能和再生性能与尘粒在陶瓷膜孔道内的沉积和脱附机制相关.本文建立了不同孔隙率的陶瓷膜物理模型,然后结合连续性方程、动量方程和能量方程,设定边界条件以及沉积条件,模拟了陶瓷膜过滤和脉冲反吹时,高温烟气的流动以及尘粒的沉积与脱附过程.结果表明,过滤速度较低和陶瓷膜孔隙率较高时,尘粒易于沉积在陶瓷膜孔道内;脉冲反吹时,增加反吹压力,延长反吹时间,尘粒易于从陶瓷膜孔道脱附.采用厚度为20 mm,长度为1.5 m,孔隙率为40%的陶瓷膜管过滤温度为1000℃,流速为1 m·min-1,压力为0.1 MPa的含尘烟气时,反吹气压力应不低于0.3 MPa,反吹时间不短于0.02 s,尘粒脱附时间在13 s,脉冲反吹时间间隔应高于452 s.

关键词：陶瓷膜过滤反吹沉积脱附

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钙铁复合脱硫剂的制备及其协同脱硫作用

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过程工程学报 2023年第12期23卷 1694-1705页

作者：刘洋张馨予李洋李长明甘丽娜余剑上海理工大学环境与建筑学院上海200082 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 北京工商大学生态环境学院北京100048

针对低排量烟气固定床钙基颗粒脱硫剂反应性差、硫容低等关键技术难题,本研究以富羟基铁泥为反应助剂,成功构筑了高活性、大孔径、高硫容的钙铁复合脱硫剂。脱硫性能测试结果表明,脱硫剂钙铁双组分具有强烈的协同脱硫作用,其中含30wt%... 详细信息

针对低排量烟气固定床钙基颗粒脱硫剂反应性差、硫容低等关键技术难题,本研究以富羟基铁泥为反应助剂,成功构筑了高活性、大孔径、高硫容的钙铁复合脱硫剂。脱硫性能测试结果表明,脱硫剂钙铁双组分具有强烈的协同脱硫作用,其中含30wt%羟基氧化铁(FeOOH)脱硫剂硫容最佳并优于已报道同类型脱硫剂,高达106 mg SO_(2)/g。通过氮气物理吸附解吸、X射线晶体衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、氢气程序升温还原与热重分析等表征手段,研究揭示钙铁脱硫剂协同脱硫作用的结构基础在于CaO消化过程引入高比表面积铁泥,生成了高活性钙铁界面相(Ca_(2)FeO_(3)Cl·5H_(2)O),抑制了Ca(OH)_(2)晶粒的生长,形成了多孔、高比表面积(67.36 m^(2)/g)的蓬松状颗粒结构,暴露了更丰富的SO_(2)吸附和反应活性位;而且钙铁脱硫剂FeOOH组分在脱硫过程中分解形成的孔道、水膜和活性Fe^(3+)促进了SO_(2)的扩散、吸附和氧化,进一步强化了SO_(2)的反应和脱除效果。本研究有望能够为中小型锅炉或散排烟气脱硫净化提供一种廉价便捷的净化材料与工艺。

关键词：氢氧化钙 FeOOH 脱硫催化氧化传质

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Ti/Ta_(2)O_(5)-IrO_(2)阳极在酸性体系的失效机理研究

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应用化工 2023年第7期52卷 1974-1978,1982页

作者：杨泽坤崔兵秦树林杨海涛中煤科工集团杭州研究院有限公司浙江杭州311201 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

钛基涂层阳极具有较低的析氧电位和较高的析氧电流效率,并且表现出良好的稳定性,广泛应用于电催化氧化处理废水领域。利用标准强化电解寿命试验,通过电化学分析和物相分析等手段系统地探讨了Ti/Ta_(2)O_(5)-IrO_(2)钛基涂层钛阳极在酸... 详细信息

钛基涂层阳极具有较低的析氧电位和较高的析氧电流效率,并且表现出良好的稳定性,广泛应用于电催化氧化处理废水领域。利用标准强化电解寿命试验,通过电化学分析和物相分析等手段系统地探讨了Ti/Ta_(2)O_(5)-IrO_(2)钛基涂层钛阳极在酸性环境中阳极寿命和阳极失效机制。结果表明,Ti/Ta_(2)O_(5)-IrO_(2)涂层钛阳极的电解失效机制是物理作用和化学作用的叠加,其在酸性体系中的强化电解并不是均匀的,根据槽压变化,可分为4个阶段。

关键词：涂层钛阳极强化电解寿命酸性体系失效机理电催化氧化

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PB/ITO-PET柔性电致变色薄膜制备及性能研究

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过程工程学报 2022年第2期22卷 176-185页

作者：朱多银金志浩李文丽汪前雨武荣成崔彦斌沈阳化工大学机械与动力工程学院辽宁沈阳110142 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

柔性电致变色器件具有体积小、重量轻、可弯曲等优点,在可穿戴设备、曲面显示器、节能及自适应伪装等领域具有潜在应用前景。本工作以铁氰化钾、氯化钾、无水氯化铁为原料,采用电沉积方法在ITO-PET柔性基底上沉积普鲁士蓝(PB)制得PB/ITO... 详细信息

柔性电致变色器件具有体积小、重量轻、可弯曲等优点,在可穿戴设备、曲面显示器、节能及自适应伪装等领域具有潜在应用前景。本工作以铁氰化钾、氯化钾、无水氯化铁为原料,采用电沉积方法在ITO-PET柔性基底上沉积普鲁士蓝(PB)制得PB/ITO-PET电致变色薄膜,并利用扫描电子显微镜、紫外光谱仪、电化学工作站对PB/ITO-PET电致变色薄膜微观结构和电化学性能进行分析表征。结果表明,电沉积时间为200 s时得到的PB/ITO-PET电致变色薄膜在700 nm波长处光吸收率达到0.755,且PB/ITO-PET电致变色薄膜可在较低电压(0.6 V/-0.3 V)下实现着色和褪色。其光调制范围为68%,着色/褪色响应时间分别为9 s/8 s,着色效率为108 cm^(2)/C。PB/ITO-PET电致变色薄膜经1000次着色-褪色循环后光调制范围为68%,着色效率为100.3 cm^(2)/C。PB/ITO-PET电致变色薄膜500次弯曲,着色效率为105.5 cm^(2)/C,并经1000次着色-褪色循环后着色效率为91cm^(2)/C,光调制范围为65%。利用ITO-PET为离子存储层(对电极)、凝胶电解质和PB/ITO-PET为工作电极组装得到柔性电致变色器件,其光调制范围为53%,着色/褪色响应时间分别为13 s/18 s。

关键词：电沉积普鲁士蓝柔性基底电致变色薄膜电致变色器件

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CH_(3)Cl在ZnO(001)和ZnO(100)表面吸附的第一性原理计算

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过程工程学报 2022年第2期22卷 240-248页

作者：张亚卓战金辉沈阳化工大学化学工程学院辽宁沈阳110142 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

基于密度泛函理论的第一性原理方法,建立ZnO(100)和ZnO(001)表面的吸附模型,计算了吸附能、电荷密度、态密度以及过渡态等参数,研究了CH_(3)Cl在ZnO不同表面、不同位点、不同吸附方式的吸附情况。结果表明,CH_(3)Cl在ZnO(100)和ZnO(001... 详细信息

基于密度泛函理论的第一性原理方法,建立ZnO(100)和ZnO(001)表面的吸附模型,计算了吸附能、电荷密度、态密度以及过渡态等参数,研究了CH_(3)Cl在ZnO不同表面、不同位点、不同吸附方式的吸附情况。结果表明,CH_(3)Cl在ZnO(100)和ZnO(001)表面的吸附过程均为化学吸附。当CH_(3)Cl整体吸附时,CH_(3)Cl分子中的Cl原子可以与ZnO表面的Zn(2a)原子生成ZnCl键,CH_(3)Cl在ZnO(100)表面的吸附能比在ZnO(001)表面的吸附能更低(-0.57 eV vs.-0.42 eV),体系更稳定;并且CH_(3)Cl在ZnO(100)面吸附后,Cl原子的3p轨道态密度峰向左移动,且靠近费米能级处的峰值降低,表明Cl原子在吸附过程中提供电子,与Zn形成更稳定的相互作用。当CH_(3)Cl解离吸附时,甲基自由基中的C原子可以分别与ZnO(100)表面的O(2a)和O(3a)吸附,CH_(3)Cl解离吸附在Zn(2a)和O(2a)原子处的吸附能为-1.09 eV,在费米能级左侧O 2p轨道和C 2p轨道存在3个共振峰,证明C原子和O原子有较强的相互作用,而在Zn(2a)和O(3a)原子处的吸附能为-1.02 eV,且费米能级右侧O 2p轨道和C 2p轨道存在1个共振峰,表明C和O原子存在反键作用。过渡态的计算结果表明,CH_(3)Cl解离吸附在Zn(2a)和O(2a)位点的过渡态能垒比在Zn(2a)和O(3a)位点更低(1.69 eV vs.2.06 eV),因此CH_(3)Cl解离吸附反应倾向于在ZnO(100)表面上相邻的Zn和O原子之间发生。

关键词：一氯甲烷氧化锌吸附反应第一性原理过渡态

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搅拌槽中酯化反应热失控的CFD模拟

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过程工程学报 2022年第8期22卷 1053-1060页

作者：陈毕清管小平杨宁白丁荣沈阳化工大学环境与安全工程学院辽宁沈阳110027 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

热失控是化工过程中常见的安全风险之一。在间歇釜式反应器中,桨叶的机械转动可以增强流体的循环流动、湍流强度、混合程度以及传热,进而有效防范热失控。防控效果与反应器结构和搅拌桨型密切相关。针对丙酸异丙酯酯化反应,采用计算流... 详细信息

热失控是化工过程中常见的安全风险之一。在间歇釜式反应器中,桨叶的机械转动可以增强流体的循环流动、湍流强度、混合程度以及传热,进而有效防范热失控。防控效果与反应器结构和搅拌桨型密切相关。针对丙酸异丙酯酯化反应,采用计算流体力学模拟研究了桨型(Rushton桨、30oPBT桨及60oPBT桨)、转动方向和挡板对釜式反应器内温度演化的影响,从流动结构方面分析了原因。基于散度的失控判据比较了三种搅拌桨抑制热失控的能力,抑制能力为Rushton桨>30°PBTD桨>60°PBTD桨。本研究可为搅拌反应器热失控的优化设计提供一定的理论依据。

关键词：热失控酯化反应搅拌槽计算流体力学

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