化学工业与工程
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玻璃钢/复合材料  
 
2022年 39卷 3期
刊出日期 2022-05-15
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化学反应与工艺
化工模拟与计算
化工过程与设备
能源与环境化工
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2022 Vol. 39 (3): 0-0 [摘要] ( 270 ) [HTML 1KB] [ PDF 802KB] ( 1575 )
化学反应与工艺
1 王晨辉, 徐基鹏, 张厚君, 韩优
稠油降黏机理及降黏剂合成方法的研究进展
近年来,我国经济和工业飞速发展,这就导致了能源消耗量的逐年增加。非常规原油中的稠油作为一种重要的战略储备能源,其合理高效的开采尤为重要。采取合适的方法对稠油进行降黏处理对于提高稠油采收率及管道运输效率具有重要意义,稠油降黏剂的开发也成为当前研究重点。综述了国内外稠油的致黏机理、各类降黏剂的合成方法及其降黏机理的研究进展,指出了目前降黏剂研究的不足之处,并对其研究方向作出了展望。
2022 Vol. 39 (3): 1-17 [摘要] ( 338 ) [HTML 1KB] [ PDF 3773KB] ( 1523 )
18 侯伟, 曾爱武
铜基MOF高效催化苯一步氧化制备对苯醌
采用溶剂热法制备了铜基金属有机骨架材料HKUST-1,并利用XRD、SEM、FTIR、XPS、TG和BET等方法对催化剂进行分析。选取苯氧化生成对苯醌反应作为模型反应,考察了反应温度、反应时间、催化剂用量和氧化剂用量对氧化反应的影响,并筛选了合适的溶剂。实验结果表明,在最适宜反应条件下,对苯醌的选择性和收率分别为64.61%和11.96%;此时催化剂用量为0.15 g,反应温度为60℃,反应时间为80 min,n(苯)∶n(过氧化氢)为1∶4,溶剂为乙腈。此外,催化剂表现出良好的稳定性,反应5次后,对苯醌的收率仍保持在10.87%以上。
2022 Vol. 39 (3): 18-25 [摘要] ( 351 ) [HTML 1KB] [ PDF 9577KB] ( 1961 )
26 曾雨婷, 张艳芳, 黄汉军, 路琳, 任相魁
四苯基乙烯室温液晶发光材料的制备与表征
发光液晶兼具发光性能和液晶的有序性,作为一种具有重要应用前景的功能材料而受到研究人员的广泛关注。本工作采用离子自组装法制备了一种兼具聚集诱导发光和液晶性质的四苯基乙烯衍生物(TPE-Chol)。通过吸收光谱、荧光光谱和X射线衍射等实验对TPE-Chol的光物理性质和液晶结构进行了详细研究。实验结果表明,TPE-Chol在室温状态下具有液晶结构,并且表现出典型的聚集诱导发光行为,是一种新型室温液晶发光材料,在液晶显示等领域具有潜在的应用价值。
2022 Vol. 39 (3): 26-32 [摘要] ( 257 ) [HTML 1KB] [ PDF 3703KB] ( 894 )
33 张玉龙, 郭盛争, 赵建威, 张俊杰, 龚俊波
过硫酸铵冷却结晶过程研究
针对工业生产中过硫酸铵从硫酸铵的电解液中结晶分离过程,研究了过硫酸铵在硫酸铵水溶液中的结晶热力学和动力学。首先,测定了(NH4)2S2O8-(NH4)2SO4-H2O体系在不同温度下的三元相图,为优化过硫酸铵冷却结晶工艺提供了热力学依据;此外,采用激光动态法测定了(NH4)2S2O8的结晶介稳区,研究了降温速率和搅拌速率对介稳区宽度的影响,计算了相关的成核动力学参数;最后,测定了(NH4)2S2O8在纯水中不同温度下的诱导期,并探究了诱导期与过饱和度之间的相关性。
2022 Vol. 39 (3): 33-41 [摘要] ( 249 ) [HTML 1KB] [ PDF 2341KB] ( 1165 )
42 谢非, 黄云海, 吴德慧, 侯学锋, 苑斯雯, 周冠辰, 杨金月, 田贝倩, 郝红勋
连续结晶器中十水草酸铈反应结晶动力学研究
采用连续稳态法,对十水草酸铈在混合悬浮、混合产品排出(MSMPR)结晶器中的连续反应结晶动力学进行了研究。实验测定了十水草酸铈晶体的粒数密度分布数据,并以此为基础,基于粒度无关生长速率模型,对不同实验条件下晶体的粒数密度分布数据进行拟合,确定了十水草酸铈的成核动力学方程和生长动力学方程,并计算得到十水草酸铈晶体的成核、生长速率相对于过饱和度的指数分别为4.211和0.752。同时,对方程的理论分析表明,低过饱和度有利于得到平均粒径更大的十水草酸铈晶体。十水草酸铈结晶动力学的研究,为其大规模工业生产提供了重要的动力学数据。
2022 Vol. 39 (3): 42-48 [摘要] ( 256 ) [HTML 1KB] [ PDF 3844KB] ( 1199 )
化工过程与设备
49 姜峰, 刘艺, 齐国鹏, 李修伦
液-固下行循环流化床中的颗粒碰撞行为
设计并构建了一套冷模液-固下行循环流化床蒸发器,考察了颗粒对壁面的碰撞行为随轴向位置和操作参数的变化规律,以便更好地揭示循环流化床强化传热和防、除垢的机理。实验中,选用水和不同粒径的聚甲醛颗粒和玻璃珠作为工质,对不同颗粒加入量(0~2.0%)和循环流量(2.15~5.16 m3·h-1)下的碰撞加速度信号进行了功率谱密度、峰度和标准偏差等频域和时域分析。研究结果表明:液相和固相碰撞加速度信号的频率范围分别为0~2 000 Hz和6 000~16 000 Hz。沿着下行床的轴向位置从上到下,颗粒对壁面碰撞加速度信号的标准偏差先减小,后增大;峰度增大。随着颗粒加入量和循环流量的增加,标准偏差增大,峰度减小。颗粒加入量较低时,标准偏差随着聚甲醛颗粒粒径的增加先减小、后增大;而峰度随着粒径的增加明显增大。颗粒加入量较高时,标准偏差和峰度随着粒径的增加而增大,但增大的幅度较小。玻璃珠的标准偏差较小,但峰度明显高于聚甲醛颗粒。构建了操作参数对颗粒碰撞行为影响的三维图。研究结果有助于促进流化床换热防垢节能技术的工业化应用。
2022 Vol. 39 (3): 49-59 [摘要] ( 259 ) [HTML 1KB] [ PDF 6294KB] ( 961 )
60 袁国民, 从海峰, 李鑫钢
重芳烃轻质化与分离研究进展
随着大量的芳烃联合装置、乙烯装置兴建及扩建,以及现代煤化工产业的发展,使得重芳烃的来源变得更加多元化,副产的重质芳烃变得越来越多,而有效地利用这一资源将能极大促进化工行业发展,这在推动国家经济和能源发展方面具有重要的意义。主要梳理了近年来重质芳烃轻质化和重质芳烃分离的工艺方法,阐述了石油基和煤基重质芳烃的利用现状和高值化相关研究,重点介绍了几种成熟的重质芳轻质化和分离工艺,例如:脱烷基、选择加氢开环以及烷基转移等轻质化工艺,萃取精馏、烷基化反应精馏以及吸附等重芳烃分离工艺。虽然重质芳烃分离与轻质化工艺均能提高重质芳烃资源的利用率和附加值,但均存在很多问题,例如轻质化工艺存在转化率低、副产物较多以及催化剂效率低等问题,而重质芳烃分离过程存在分离能耗高、设备投资大、萃取精馏溶剂选择难以及结晶分离收率低等问题,因此2种重芳烃再利用方法均需要在工艺方面进行改进和创新。对此,最后对重质芳烃资源轻质化和分离工艺给予了展望,为重质芳烃资源再利用深入研究提供参考。
2022 Vol. 39 (3): 60-72 [摘要] ( 352 ) [HTML 1KB] [ PDF 1753KB] ( 2140 )
73 路飞飞, 易浩, 薛兆丰, 郭锦棠
抗高温堵漏隔离液的研制与评价
针对地层埋深大,温度高(＞150℃)的地区,实际固井生产中存在不同程度的漏失,严重影响固井质量等问题,开发出了一种流变性好、稳定性强、密度范围宽、实现封堵的抗高温防漏型隔离液,通过在隔离液中添加核桃壳刚性架桥材料,并复配以木质素纤维和聚合物可变形胶束,用以在隔离水泥和钻井液时对地层裂缝实现有效封堵。采用自由基水溶液聚合方法,用2-丙酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和丙烯酰胺(AM)及其衍生物,合成了适用于隔离液的聚合物堵漏剂,通过红外光谱分析,各单体成功参与反应。对复合堵漏剂的配比加量进行了优选,当复配堵漏剂配比为1%木质素纤维+2%聚合物+1% 18目核桃壳时,隔离液能达到160℃下5 MPa的堵漏承压能力。通过对隔离液的综合性能的评价,包括隔离液的高温稳定性、流变性能、与水泥浆的流变相容性,证明得到的隔离液的高温稳定性和流变性能优良,在160℃时上下密度差为0.01 g·cm-3,与水泥浆的流变相容性、稠化相容性和失水相容性较好,不会影响水泥浆的泵送且不会缩短胶凝时间。
2022 Vol. 39 (3): 73-79 [摘要] ( 240 ) [HTML 1KB] [ PDF 2835KB] ( 970 )
能源与环境化工
80 主曼琳, 蔡旺锋, 王燕
MOF衍生的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料的制备与电化学性能研究
为提升超级电容器电极材料的电化学性能,在泡沫镍(NF)上以MOF为模板制备出NiCoP/C导电骨架,后将超薄NiMn-LDH纳米片沉积其上,制备得到核壳结构的NiCoP/C@NiMn-LDH复合材料。电化学测试结果表明,MOF模板的高比表面积、独特的核壳结构和NiCoP/C与NiMn-LDH之间的协同作用有利于电极材料性能的提升。制备得到的NiCoP/C@NiMn-LDH电极在1 A·g-1下比电容可达2 278.0 F·g-1;循环2 000圈后电容保留率为93.7%。
2022 Vol. 39 (3): 80-88 [摘要] ( 278 ) [HTML 1KB] [ PDF 6807KB] ( 1182 )
89 王彬, 于洁, 康丁文, 刘辉, 乔翠, 吕国强, 马文会
固体氧化物燃料电池Cu/Ni-LSCM阳极中n(Cu)/n(Ni)对碳沉积影响数值模拟研究
固体氧化物燃料电池(SOFC)使用碳氢化合物为燃料时,多孔阳极易出现严重的积碳的现象,导致阳极催化活性降低,电池功率密度下降以及电池寿命急剧衰减。铬酸镧基钙钛矿材料在高温氧化和还原气氛下具有较好的稳定性、电催化活性和抗积碳性能。建立LSCM以及Cu/Ni-LSCM中CH4与CO2干重整动力学模型,模型耦合了动量传递、质量传递、化学反应动力学、域微分方程以及气体在多孔介质中的传质模型,并利用该模型研究了Cu/Ni-LSCM阳极材料的抗积碳性能、催化活性以及孔隙率随时间的变化情况。得出结论:Cu的引入可以明显降低碳沉积速率,在一定基础上增加燃料转化率。其中CH4热分解是形成积碳的主要原因。与此同时,模拟结果显示阳极燃料入口处为碳沉积最为严重的区域。
2022 Vol. 39 (3): 89-97 [摘要] ( 260 ) [HTML 1KB] [ PDF 6258KB] ( 1124 )
化工模拟与计算
98 邹鹏程, 金光远, 崔政伟, 聂国宇, 韩太柏, 祝玉莲
一种具有搅拌桨的微波夹层反应釜内多物理场特性研究
微波加热化学反应速度快、效率高,因此微波反应器被应用于辅助化工生产中。然而,加热不均匀是目前微波加热化学反应的主要问题,因此在微波夹层反应釜内引入流体搅拌桨,并采用COMSOL仿真软件将麦克斯韦方程、传热方程和流动方程进行多物理场耦合计算,探讨物料介电特性、微波功率和搅拌桨参数对微波加热特性的影响,研究发现:(1)当物料的相对介电常数在(2.16-0.28j)~(2.73-0.13j)之间时,微波加热均匀性较好;(2)加热2 s后,微波加热均匀性呈现出规律性变化;(3)随着微波功率的增大,相同加热时间下物料温升变快,但搅拌功耗也越高;(4)叶轮直径和搅拌转速越大,物料的温度变异系数越低,微波加热均匀性越好;变异系数随着叶轮离底间隙的增大先减小后增大,功耗随着离底间隙的增大线性减小;(5)搅拌桨参数对功耗和温度变异系数影响的显著性为:搅拌转速>叶轮直径>离底间隙。
2022 Vol. 39 (3): 98-106 [摘要] ( 241 ) [HTML 1KB] [ PDF 10226KB] ( 1116 )
107 赵盐鹏, 卫宏远, 党乐平
ε-CL-20在二元混合溶剂中晶体形貌的分子动力学模拟
利用分子动力学模拟的方法探究了乙酸乙酯与二溴甲烷组成的二元溶剂在298.15 K,1 atm下对ε-CL-20晶体形貌的影响。通过修正附着能模型(MAE)模型探究了溶剂-晶体相互作用,用分子动力学模拟预测了不同组成的乙酸乙酯/二溴甲烷混合溶剂中ε-CL-20的晶体形貌并与实验获得ε-CL-20的晶体形貌进行了对比。结果表明,实验获得的晶体形貌与模拟结果一致,且晶面粗糙度越大,溶剂-晶体相互作用越强。此外,还通过均方位移(MSD)分析了溶剂分子在不同晶面的扩散系数,探究了溶剂扩散速率对不同晶面的影响,并利用径向分布函数(RDF)分析了溶剂分子与晶体分子间相互作用的组成。
2022 Vol. 39 (3): 107-116 [摘要] ( 265 ) [HTML 1KB] [ PDF 5500KB] ( 1200 )
117 张帅, 李庆生
优筋布置矩形箱体应力及变形分析
针对工业生产中矩形箱体笨重、加筋结构布置设计欠佳的问题,采用ANSYS APDL语言对矩形箱体进行静压工况下应力及变形分析。选取6因素5水平正交试验方案,以矩形箱体最大一次应力S1max、最大等效应力S2max以及最大变形量Δmax作为试验指标,侧壁加强铁间距A、宽度B及厚度C,端壁加强铁间距D、宽度E及厚度F作为试验因素,结合矩阵分析法获得加强筋的优筋布置方案A4B5C5D2E5F2,并用ANSYS一阶优化算法对箱壁以及箱壁加强铁壁厚进行优化。结果表明:矩形箱体采用优筋布置后,箱体质量减少了27%。最后采用极限载荷分析法通过PT=0.1 MPa试验工况验证。
2022 Vol. 39 (3): 117-126 [摘要] ( 220 ) [HTML 1KB] [ PDF 8948KB] ( 1005 )
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