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化学工业与工程
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玻璃钢/复合材料
2022年 39卷 2期
刊出日期 2022-03-15
目录
化学反应与工艺
化工过程与设备
能源与环境化工
化工计算与模拟
智慧化工专栏
目录
0
目录
2022 Vol. 39 (2): 0-0 [
摘要
] (
209
) [
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1KB] [
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831KB] (
839
)
智慧化工专栏
1
王灵杰, 郭俊恒, 李文鹏, 程芹, 张金利
机器学习预测叶片-网孔管线式高剪切混合器性能
高剪切混合器作为一种新型的过程强化设备，工业应用日益广泛，但其工程设计依然依靠经验放大。利用不同定转子构型的叶片-网孔管线式高剪切混合器的功耗、液-液传质系数和乳化性能等数据，采用反向传播神经网络算法、循环神经网络算法和决策树算法等机器学习算法对数据进行分析建模，为高剪切混合器的设计与优化提供工具。结果表明：反向传播神经网络算法和循环神经网络算法都可以准确预测高剪切混合器性能，但是单个神经网络算法存在过拟合和泛化能力差的问题，通过将不同机器学习模型融合进一步提高了模型精度和稳定性。基于自动机器学习的PyCaret程序能够准确拟合数据，但在数据量较小的情况下，其优化能力较差。
2022 Vol. 39 (2): 1-8 [
摘要
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255
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3140KB] (
979
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9
鲍宇, 程硕, 王靖涛
基于深度学习的化工过程故障检测与诊断研究综述
化工过程的故障检测与诊断对于现代化工系统的可靠性和安全性具有重要意义。深度学习作为一项新兴的技术，引起了学术界和工业界的广泛关注。从方法的角度出发，将基于深度学习的化工过程故障检测与诊断技术分为：基于自动编码器的方法、基于深度置信网络的方法、基于卷积神经网络的方法和基于循环神经网络的方法，并分别对4种方法的最新研究进展进行了系统的归纳和总结。最后从工业应用角度总结了一些主要的挑战，并从"数据"、"模型"和"可视化"3个方面展望了未来的发展方向。
2022 Vol. 39 (2): 9-22 [
摘要
] (
325
) [
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1KB] [
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2566KB] (
1973
)
23
赵越, 高小永, 夔国凤, 张誉
考虑碳排放量的穿梭油轮路径绿色调度优化
海上穿梭油轮在深远海及海上边际油田的石油外输系统中担任着重要角色，其路径规划决定着整个石油外输系统运输效率。海上原油运输方式占整个原油运量的80%，为提高原油公司市场竞争力、降低其海运成本，对穿梭油轮船队的合理设计及路径的调度优化至关重要。近年来，学者更注重于研究建立一种与环境共生的、能促进经济和消费生活健康发展的绿色物流系统。基于此，提出一种穿梭油轮路径绿色调度优化模型。该模型以最小化穿梭油轮的航运总成本为目标，其中航运总成本由传统的固定运输成本与碳排放有关的可变成本两部分组成。所提模型还同时优化了穿梭油轮船队设计以及航行路线规划。通过案例分析及方案的成本对比，验证了航行速度选择对穿梭油轮航运成本的重要作用。
2022 Vol. 39 (2): 23-31 [
摘要
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292
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1151
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32
纪成, 顾俊发, 王健红, 王璟德, 孙巍
基于长短时记忆神经网络和支持向量数据描述的间歇过程监测方法
间歇过程操作是化工过程中的一种重要生产方式。与连续过程不同，间歇生产不是在一个稳定的工作状态运行，而是根据设定的原料比例、操作条件所对应的操作轨迹运行。因此间歇过程数据具有多阶段性、动态时变性和非线性等特性，传统的监测方法难以应用于对间歇过程生产运行状态的监测。为了解决这个问题，提出了一种新的间歇过程监测策略。首先基于长短时记忆神经网络提取变量间的动态、非线性关系来建立回归模型。然后以回归模型得到的残差作为监测对象，由于残差已经不再有多阶段、动态特征，可以直接应用连续过程监测的方法对残差建立监测模型。最后选择支持向量数据描述对正常数据集的残差进行超球体描述，以测试集样本点到超球体中心的距离作为监测统计量来实现故障点的检测。本方法被应用于青霉素发酵仿真过程，结果表明本方法成功将复杂的间歇过程监测转化成较为简单的连续过程监测问题来处理，且能够及时对过程故障进行报警。
2022 Vol. 39 (2): 32-36 [
摘要
] (
241
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1819KB] (
839
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37
韩承宇, 鲁铮, 许明阳, 马方圆, 王璟德, 孙巍
大数据监测系统在工厂智能化中的应用
针对化工企业现有信息化系统存在的一些普遍性问题，基于现有的信息化架构设计开发了大数据监测系统。大数据监测系统对原有相对孤立的多个信息系统进行了整合，并引入先进的大数据分析算法及策略为生产操作提供指导，将成为工厂智能化的重要组成部分。系统中的智能数据网关，可统一访问DCS （Distributed Control System）实时数据、历史数据、实验室检测数据等各种数据源；数据调度中心规范了子系统间交互的方式，增强了业务拓展及数据应用的灵活性；知识融合库结合了数据驱动技术，能够不断积累工程师的操作经验；系统还提供了开放的二次开发接口，支持算法模块的客户化开发。上述系统已在某石化企业上线投产，运行稳定，持续为现场工程师提供及时、准确的操作指导，得到了用户的充分认可。
2022 Vol. 39 (2): 37-40,49 [
摘要
] (
253
) [
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1626KB] (
1274
)
化学反应与工艺
41
葛升, 闵洛夫, 费洪达, 吉定豪, 王宇新
一步电沉积制备高活性高稳定镍铁合金析氧电催化剂
以镍网为基底，通过一步电沉积方法成功制备出用于碱性水电解的多孔镍铁合金析氧反应（Oxygen Evolution Reaction，OER）电极。镍铁的沉积伴随强烈的析氢，此条件下构筑出的多级孔结构成为电极用于OER反应时液相中传质与气泡释放的适宜传递通道。在析氧反应中，电流密度为10 mA·cm
-2
时的过电位仅为210 mV，Tafel斜率为35 mV·dec
-1
，催化活性超过商用的Ir催化剂和许多已报道的镍铁基催化剂。在60℃、30% KOH以及电流密度≥200 mA·cm
-2
的工况下，电极稳定运行250 h，性能无明显衰减，表现出优异的稳定性。
2022 Vol. 39 (2): 41-49 [
摘要
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407
) [
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17830KB] (
1025
)
50
陈麒全, 任相伟, 张越, 王莅
过氧化氢溶液中痕量离子吸附分离用氨基功能化SBA-15的制备及性能
通过后接枝法制备了氨基功能化SBA-15介孔氧化硅（S-N），用于吸附过氧化氢溶液中的金属和阴离子及有机杂质制高纯过氧化氢。研究了接枝量对吸附剂结构和性能的影响并发现S-N中的氮含量随接枝剂用量增加而增加，最高为1.83%。S-N保留了高度有序的六方孔道结构，但比表面积和孔体积均随接枝量增加而下降。在过氧化氢溶液中，各吸附剂表面均带正电荷。氨基功能化可显著提高SBA-15对Al
3+
和Fe
3+
离子的吸附能力，2者净化率分别达到82.22%和78.78%。对Ca
2+
和K
+
及Na
+
、磷酸根和有机杂质的吸附能力也有明显提高。阴、阳离子的吸附等温线和吸附动力学显示，2者均为化学吸附。S-N主要通过络合作用吸附金属离子、通过静电作用吸附磷酸根，对有机杂质则以物理吸附为主。
2022 Vol. 39 (2): 50-60 [
摘要
] (
505
) [
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17870KB] (
701
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化工过程与设备
61
谢锏辉, 戚佩瑶, 胡绍峰, 王朋飞, 李昂, 刘晓非
深海水下作业用稀土铝酸锶发光聚合物复合材料的研究进展
稀土铝酸锶发光聚合物复合材料是目前应用最广泛的发光材料，可用于制备海洋用发光纤维，有望解决深海、黑暗条件的水下作业难题。主要综述了稀土铝酸锶在聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯等聚合物中的研究进展，描述了稀土铝酸锶对聚合物复合材料物理力学性能和发光特性的影响，阐明了聚合物发光复合材料在水下作业领域的应用前景。
2022 Vol. 39 (2): 61-68 [
摘要
] (
252
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1255KB] (
2045
)
69
陶皓月, 党乐平, 郝琳, 王占忠
聚乙烯醇/脂肪醇聚氧乙烯醚/水双水相体系:双节点曲线图研究
水溶性聚合物与非离子表面活性剂组成的双水相体系因其可生物降解性和无毒性而受到人们的广泛关注。研究了由聚乙烯醇（BP-05、BP-17和BP-24）、脂肪醇聚氧乙烯醚（AE7）和水组成的双水相体系在25、35和45℃下的液-液平衡数据和双节点曲线图。结果表明：由聚乙烯醇（BP-05、BP-17或BP-24）、AE7和水组成的体系，由于空间位阻效应，极易出现相分离现象，形成双水相体系；BP-24/AE7/H
2
O体系（25、35和45℃）的双节曲线图中单相区的面积随温度的升高而减小；35℃下的BP-05/AE7/H
2
O体系和BP-24/AE7/H
2
O体系双节点曲线图比较相似，而35℃下的BP-17/AE7/H
2
O体系的双节点曲线不对称性显著增大。
2022 Vol. 39 (2): 69-75 [
摘要
] (
271
) [
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1KB] [
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4795KB] (
1645
)
76
蒋其辉, 杨向同, 于筱溪, 刘建全, 唐雷
国内外滑溜水减阻剂研究进展
滑溜水压裂技术是非常规油气增产应用最为广泛的技术之一。加入减阻剂改善流体的流变性，能有效降低压裂液在流动时产生的湍流摩擦阻力，达到降压增注的施工要求。深入调研了国内外滑溜水减阻剂的研究进展，综述了传统聚合物与新型纳米减阻剂的研究进展与应用现状，分析了减阻效果影响因素，对后续的研究具有一定参考价值。
2022 Vol. 39 (2): 76-83 [
摘要
] (
277
) [
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2604
)
84
魏浩光, 常庆露, 刘小刚, 邢钰冰, 胡苗苗, 郭锦棠
水滑石插层降失水剂的制备和性能研究
随着石油开发逐渐转向陆地深层、超深层，固井工程对油井水泥降失水剂的要求越来越高，降失水剂在高温高盐地层依然需要具备良好的控水特性。为了满足油井水泥降失水剂耐高温的性能，将有机聚合物降失水剂与新型无机材料水滑石结合起来，研制出一种耐高温耐盐的新型油井水泥降失水剂。选择2-丙酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）、对苯乙烯磺酸钠（SSS）、N，N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）与衣康酸（IA）合成四元有机聚合物降失水剂F
1
，利用水滑石的层间离子可交换特性将有机聚合物降失水剂插入镁铝型水滑石（Mg/Al-LDHs）层间，研究高温下水滑石对聚合物降失水剂的保护作用。利用红外光谱、XRD与热重分析等表征水滑石插层降失水剂Mg/Al-F
1
-LDHs，采用静态失水实验测试水泥浆失水量。结果证明该新型降失水剂合成成功，在240℃，氯化钠（NaCl）浓度为57%（质量分数，下同）的盐水条件下，水泥浆失水量为86 mL。
2022 Vol. 39 (2): 84-89 [
摘要
] (
336
) [
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1KB] [
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4184KB] (
1228
)
能源与环境化工
90
王世轩, 蔡延萌, 徐世昌, 王越
聚间苯二胺/碳纳米管复合材料制备及其电容法脱盐研究
采用原位氧化聚合方法制备聚间苯二胺（PmPD）和碳纳米管（CNT）复合电极材料（PmPD@CNT），考察了PmPD的添加对复合材料亲水性、电化学性能的影响，研究了以PmPD@CNT为电极的电容法脱盐（Capacitive Deionization，CDI）性能。扫描电镜和透射电镜分析表明PmPD的球形形貌保留在复合材料中且均匀包裹在CNT外表面。接触角测试证明，与CNT （107°）相比，PmPD@CNT的接触角（61°）显著降低，亲水性明显提高。X射线衍射和拉曼光谱图的测试结果证明PmPD@CNT相比CNT有更多的缺陷点位，有利于提高离子吸附能力。电化学测试证明，PmPD@CNT （72.5 F·g
-1
，0.071 Ω）比CNT （27.4 F·g
-1
，0.089 Ω）具有更高的比电容和较低的电阻。将PmPD@CNT制备成固体电极用于CDI组件进行饱和脱盐测试，结果表明以500 mg·L
-1
的NaCl溶液为原料液及1.4 V操作电压条件下，该复合电极的盐吸附量为16.64 mg，对应的比吸附量为35.40 mg·g
-1
，平均吸附速率为10.11 mg·g
-1
·min
-1
，PmPD@CNT的比吸附量和平均吸附速率分别是CNT的2.4和1.4倍。PmPD@CNT因其良好的亲水性，优异的电化学性能和脱盐性能，有望成为有竞争力的CDI电极材料。
2022 Vol. 39 (2): 90-99 [
摘要
] (
247
) [
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10812KB] (
767
)
100
侯道林, 杨武魁, 董社英
Starch-AA-CS三元共聚物对酸溶液中碳钢的缓蚀作用
以淀粉（Starch）、丙烯酸（AA）和壳聚糖（CS）为原料合成三元共聚物（SAAC）。利用红外光谱（FT-IR）和X射线衍射（XRD）进行结构表征，并通过电化学方法、失量法、扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）研究SAAC在1 mol·L
-1
HCl环境下对Q235碳钢的缓蚀作用及机理。结果显示，SAAC是一种混合型缓蚀剂，30℃时，200 mg·L
-1
的SAAC的缓蚀率可达90.1%。通过Gibbs自由能和Tafel曲线可知，SAAC在Q235碳钢表面的吸附符合Langmuir吸附等温式，同时存在物理吸附与化学吸附。SAAC合成原料经济、环保，合成条件温和，是一种具有广泛应用前景的绿色环保型缓蚀剂。
2022 Vol. 39 (2): 100-107 [
摘要
] (
283
) [
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1KB] [
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6973KB] (
890
)
108
何吉喆, 刘明言
磷化碳钢上聚四氟乙烯涂层腐蚀行为
以20#碳钢样片为基底材料，采用浸渍提拉法，在经磷化的碳钢样片基底上，制备了膜厚为13（±2）μm的聚四氟乙烯疏水涂层，并对其物理化学性能和腐蚀情况进行了表征。结果表明，普通的磷化碳钢表面，其磷化颗粒晶体尺寸比较粗大，且颗粒分布不均匀；采用磁力搅拌的磷化碳钢表面，其磷化颗粒晶体尺寸细小而致密。所制备的磷化膜由Zn
3
（PO
4
）
2
·4H
2
O、Zn
2
Fe （PO
4
）
2
·4H
2
O和Mn
2
Zn （PO
4
）
2
·4H
2
O 3种物质组成，其中，Zn
2
Fe （PO
4
）
2
·4H
2
O为主要组分。聚四氟乙烯涂层的主要组分是聚四氟乙烯和少量的四氟乙烯。浸泡5 d后PTFE涂层对3.5% NaCl溶液的屏蔽作用显著减弱，涂层的耐蚀性大幅下降，结合涂层样片的交流阻抗谱和等效电路拟合结果对PTFE涂层在3.5% NaCl溶液中的腐蚀机理进行了分析。
2022 Vol. 39 (2): 108-116 [
摘要
] (
243
) [
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1KB] [
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11864KB] (
911
)
化工计算与模拟
117
陈自浩, 张自生, 周金波, 李长明, 李洪, 高鑫, 李鑫钢
二异丁烯反应精馏生产过程控制策略设计
二异丁烯是一种重要的化工中间体，近年来研究者提出了以催化裂化C
4
为原料、采用反应精馏技术同时生产高纯二异丁烯和汽油添加剂的新工艺。由于反应精馏过程中非线性程度高，稳定控制困难，使得采用反应精馏技术生产二异丁烯过程的控制策略研究较少。采用Aspen dynamic软件进行动态模拟，针对反应精馏生产二异丁烯过程开发了温度控制方案、组分温度联合控制方案和组分温度串级控制方案。对3个控制系统进行（±10）%的进料流量扰动和（±5）%组成扰动测试并进行对比。结果表明：组分温度串级控制方案在添加扰动的情况下依然保证了二异丁烯质量分数99%，三异丁烯质量分数小于10%以及异丁烯转化率大于99%的要求，并且最终稳定时间约5 h，具有更好的抗干扰性能。研究结果能够为二异丁烯产品的生产工艺工业化应用提供设计依据。
2022 Vol. 39 (2): 117-127 [
摘要
] (
245
) [
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12893KB] (
935
)
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