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基于人工智能的微分散基础研究

化工学报 2024年第4期75卷 1096-1104页

作者：刘梦绮王凯骆广生清华大学化学工程系化学工程联合国家重点实验室北京100084

微分散是微化工技术的重要组成部分,其装备和过程的复杂性使得相关研究受到诸多限制,传统思想指导下微分散基础研究以“设计-实验-模型”为思路,进展缓慢。近年来,人工智能方法因其强大的识别和回归能力在化工领域备受关注,人工智能辅... 详细信息

微分散是微化工技术的重要组成部分,其装备和过程的复杂性使得相关研究受到诸多限制,传统思想指导下微分散基础研究以“设计-实验-模型”为思路,进展缓慢。近年来,人工智能方法因其强大的识别和回归能力在化工领域备受关注,人工智能辅助的微分散基础研究有利于形成微化工过程认识的新范式,促进微化工技术发展。本文介绍了人工智能方法的一般思路及其针对微分散研究的适用性,综述了人工智能技术在显微图像识别、液滴和气泡分散尺寸预测以及微分散过程控制和优化中的研究进展,对未来基于人工智能的微化工研究进行了展望。

关键词：微流体学分散模型算法人工智能

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固体氧化物燃料电池直接内重整的模型研究进展

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储能科学与技术 2024年第4期13卷 1277-1292页

作者：孙航宇李卓华王亚丽李晓艳付云枫杜国山陈宋璇中国恩菲工程技术有限公司(中国有色工程有限公司) 北京100038 北京化工大学化学工程学院北京100029

固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种通过电化学氧化反应直接将化学能高效率地转化为电能的装置,在大规模发电、联产以及一体化燃料升级等可再生能源系统领域具有广阔的市场前景。为进一步拓宽SOFCs的应用场景,降低运行成本,直接内重整(DIR... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFCs)是一种通过电化学氧化反应直接将化学能高效率地转化为电能的装置,在大规模发电、联产以及一体化燃料升级等可再生能源系统领域具有广阔的市场前景。为进一步拓宽SOFCs的应用场景,降低运行成本,直接内重整(DIR)技术可将CH4等烷烃类物质在阳极催化生成H2,减少了燃料预处理要求且提高了转化效率,是目前SOFCs研究领域的热点之一。为了优化该技术的系统设计和操作条件,模型模拟的研究可显著减少实验工作量,并为其提供理论支撑和指导性建议。通过DIR-SOFC系统的模型模拟,结合场分布、动力学参数等,可以量化评估系统内的反应,从而了解其物理、化学过程的复杂性。本文总结了DIR-SOFC建模工作的现状,介绍了体积平均模型和针对微观结构的模型;重点讨论多尺度数学模型,对现有研究中的反应动力学过程描述、“能量-质量-动量”平衡方程、“1D-2D-3D”DIR-SOFC单元描述等进行了综述,能更好地评估变量对DIR的影响;对DIR-SOFC模型中不同液体燃料的重整反应及相关的反应动力学参数进行总结;指出现有模型的不足,并对DIR-SOFC系统模型的未来发展进行展望,使模型更加精准。

关键词：固体氧化物燃料电池直接内重整模型模拟甲烷重整模型

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微分散液滴的光纤检测研究

化工学报 2024年第1期75卷 211-220页

作者：温唯谷袁志宏王凯骆广生清华大学化学工程系北京100084 清华大学化学工程联合国家重点实验室北京100084

微分散是微化工技术的重要组成部分,传统利用显微摄像分析和统计微分散液滴的方法成本高,不易推广。提出了一种基于光纤传感的微分散液滴在线检测技术,该方法基于漫反射光纤、光纤传感器、数据采集卡和LabVIEW程序实现了微通道内液滴生... 详细信息

微分散是微化工技术的重要组成部分,传统利用显微摄像分析和统计微分散液滴的方法成本高,不易推广。提出了一种基于光纤传感的微分散液滴在线检测技术,该方法基于漫反射光纤、光纤传感器、数据采集卡和LabVIEW程序实现了微通道内液滴生成频率和长度的在线检测,满足0.21 mm以上直径液滴的检测,检测频率上限为500 Hz,当液滴通过光纤时间超过15 ms时,还可检测液滴长度。研究结果表明光纤直径和光纤传感器响应时间是影响该方法检测性能的主要因素,与相似平台对比,以较低的成本实现了较高检测性能。

关键词：微通道微分散光电检测光纤传感器液滴检测

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溶剂法碳捕集节能工艺研究进展

化学工程 2024年第2期52卷 7-11,22页

作者：叶舣李璐蕊穆亚鑫杨川箬赵兴雷中国石油集团安全环保技术研究院有限公司北京102206 北京化工大学化学工程学院北京100029 中国石油大学(北京)化学工程与环境学院北京102211

用于集中式低浓度碳排放源的大规模CO_(2)捕集技术是实现“碳中和”的关键技术。溶剂吸收法作为现有技术中成熟度最高的低浓度碳捕集技术,依然存在着捕集成本和能耗偏高的问题。为解决现有碳捕集能耗过高的核心痛点,大量新型低能耗吸收... 详细信息

用于集中式低浓度碳排放源的大规模CO_(2)捕集技术是实现“碳中和”的关键技术。溶剂吸收法作为现有技术中成熟度最高的低浓度碳捕集技术,依然存在着捕集成本和能耗偏高的问题。为解决现有碳捕集能耗过高的核心痛点,大量新型低能耗吸收剂被开发。但是新型节能工艺作为捕集能耗另一大影响因素,相关介绍则相对较少。调研现有大规模示范项目报道,聚焦于新型节能工艺在已有碳捕集示范项目中的应用情况和实际效果。将现有节能技术进行分类:吸收过程强化技术、热量回收技术、再生过程强化技术。针对不同节能类型,分析现有节能工艺的优势与劣势。在此基础上,对未来节能工艺的发展进行展望,为今后捕集设备节能工艺的选择提供综合性参考。

关键词：碳捕集技术溶液吸收法节能工艺吸收过程强化技术热回收技术再生过程强化技术工程应用

4,4'-二甲基二苯甲酮在单一溶剂和二元溶剂中的溶解度测定与关联

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北京化工大学学报（自然科学版） 2024年第5期51卷 1-9页

作者：刘宇翔庄少岚赵洪康李群生申传龙北京化工大学化学工程学院北京100029 中国国际工程咨询有限公司北京100048

在常压以及温度为293.15~333.15 K的条件下,采用静态平衡法测定了4,4'-二甲基二苯甲酮(4,4'-DMBP)在10种单一有机溶剂和1种二元有机溶剂(乙醇+乙酸乙酯)中的溶解度,并通过活度系数模型(Wilson方程、NRTL方程)和经验模型(Apelblat方程、... 详细信息

在常压以及温度为293.15~333.15 K的条件下,采用静态平衡法测定了4,4'-二甲基二苯甲酮(4,4'-DMBP)在10种单一有机溶剂和1种二元有机溶剂(乙醇+乙酸乙酯)中的溶解度,并通过活度系数模型(Wilson方程、NRTL方程)和经验模型(Apelblat方程、Van’t Hoff方程)关联4,4'-DMBP的溶解度和温度,得到相应的模型参数。结果显示,在常温(298.15 K)下4,4'-DMBP在单一溶剂中溶解度的大小顺序为:苯>乙酸丙酯>乙酸乙酯>乙酸甲酯>1-丁醇>2-丁醇>1-丙醇>2-丙醇>乙醇>甲醇,乙醇与乙酸乙酯的二元溶剂对4,4'-DMBP没有增溶和减溶作用;Wilson模型在单一溶剂中的拟合效果最佳,相对标准偏差(ARD)为1.13%,均方根偏差(RMSD)为0.19%。溶剂化效应和优先溶剂化效应分析结果表明:描述溶剂极性的π*和溶剂间相互作用VSδH2/(100RT)对溶解度的贡献率分别是46.43%和46.38%,它们对4,4'-DMBP溶解度的贡献占据主导地位;在乙醇与乙酸乙酯的二元溶剂中,当乙醇含量较高时4,4'-DMBP优先与乙酸乙酯溶剂化。

关键词： 4,4'-二甲基二苯甲酮溶解度热力学模型

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能源转型中渣油高效利用技术的研究进展

化工进展 2024年第5期43卷 2343-2353页

作者：吴达蒋淑娇魏强袁胜华杨刚张成中石化(大连)石油化工研究院有限公司辽宁大连116045 中国石油大学(北京)化学工程与环境学院北京102249

我国原油进口量大,加之原油的重质化,炼化行业实现重质油的清洁转化在能源结构调整中至关重要,尤其是渣油的高效利用。本文根据近年来研究者的科研工作,分析了渣油的性质及其加工过程中存在的问题,重点介绍了国内外有关固定床、沸腾床... 详细信息

我国原油进口量大,加之原油的重质化,炼化行业实现重质油的清洁转化在能源结构调整中至关重要,尤其是渣油的高效利用。本文根据近年来研究者的科研工作,分析了渣油的性质及其加工过程中存在的问题,重点介绍了国内外有关固定床、沸腾床、悬浮床渣油加氢工艺的工业应用情况及催化剂相关研究进展,并对比了三种渣油加氢技术的优缺点。对渣油加氢未转化油向高附加值化学品的转化工艺进行了归纳,并对未来炼厂向绿色低碳炼化一体化方向发展、发挥加氢技术组合优势、研发高活性低成本催化剂等方面进行了展望。炼厂可依据原料油性质、产品用途等合理选用组合加工工艺。渣油加氢技术应更好地发挥其承上启下的作用,即利用更劣质的原料为下游工艺提供更优质进料,进而实现渣油的高效利用。

关键词：渣油高效利用催化剂加氢固定床沸腾床悬浮床

钛基底二氧化铅电催化阳极的改性及其应用进展

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中国环境科学 2024年第2期44卷 859-876页

作者：沈燕婷李瑶伍心怡梁俊满张怡欣王赫名中国石油大学(北京)化学工程与环境学院重质油国家重点实验室北京102249 北京帝力伟业科技开发有限公司北京100085

本文综述了钛基底二氧化铅(Ti/PbO_(2))阳极的基底层、中间层和活性层的改性方法,分析了不同改性方法对电极性能的提升,列举了改性阳极在废水处理上的工程应用,最后展望了改性阳极的制备工艺及其在污染物处理上的发展方向.

关键词：钛基底二氧化铅阳极电极改性催化活性稳定性

COMSOL Multiphysics在锂离子电池中的应用

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储能科学与技术 2024年第2期13卷 546-567页

作者：李校磊高健周伟东李泓北京化工大学材料科学与工程学院北京100029 北京化工大学化学工程学院北京100029 中国科学院物理研究所北京100190 北京卫蓝新能源科技有限公司北京102600

作为一种具有前景的能量存储系统,锂离子电池需要进一步提高能量密度、功率密度、可靠性和循环稳定性,以满足不断增长的大型能源存储、电动汽车和便携式电子设备需求。当前对锂离子电池的实验研究仍然面临多个挑战,这些挑战包括电解液... 详细信息

作为一种具有前景的能量存储系统,锂离子电池需要进一步提高能量密度、功率密度、可靠性和循环稳定性,以满足不断增长的大型能源存储、电动汽车和便携式电子设备需求。当前对锂离子电池的实验研究仍然面临多个挑战,这些挑战包括电解液的导电性和安全性、高能量负极的沉积-剥离机制的优化、高能量正极的循环电压和容量维持、高电流条件下的界面极化和容量释放,以及在极端电流-温度-针刺条件下的热失控管理等问题。这些问题涉及到电-化-力-热等多个场的耦合作用,需要进行协同优化处理。COMSOL Multiphysics提供了一种可行的工具,通过求解多物理场耦合的连续方程,能够同时考虑载流子浓度、电流密度、电-化学势、温度、应力/应变和几何形态等综合信息的演化。本文概述了该工具在锂离子电池的电解液、负极和正极设计等方面的研究,并聚焦于多场耦合对电池性能的综合影响、多场耦合模拟方法以及理论模拟与实验表征的结合。最后,本文对理论与实验联合研究中的多场和多尺度问题进行了展望。

关键词： COMSOL Multiphysics 锂离子电池多场耦合模拟计算

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基于碳排放的石化场地气相自然衰减定量研究

中国环境科学 2024年第2期44卷 1064-1070页

作者：关俊杰熊峰蒋雨乔建平马志远黄杰锐万雨若李正芳林梦源包育文闫京瑞费文博马杰中国石油大学(北京)化学工程与环境学院重质油全国重点实验室北京102249 中国石油呼和浩特石化公司内蒙古呼和浩特010010

使用动态通量箱法测量CO_(2)通量,对某石化场地污染源区的轻非水相液体(LNAPL)自然衰减速率进行了定量测定.结果显示,在污染区10万m^(2)的面积内,石油烃生物降解产生的CO_(2)空间平均通量为0.59μmol/(m^(2)·s),对应的LNAPL自然衰减速... 详细信息

使用动态通量箱法测量CO_(2)通量,对某石化场地污染源区的轻非水相液体(LNAPL)自然衰减速率进行了定量测定.结果显示,在污染区10万m^(2)的面积内,石油烃生物降解产生的CO_(2)空间平均通量为0.59μmol/(m^(2)·s),对应的LNAPL自然衰减速率为31.1t石油烃/a,测量值在其他场地报道的自然衰减速率范围内.这一结果表明污染源区存在活跃的石油烃自然衰减过程.LNAPL自然衰减速率受温度和气压的影响,因此如需获得更精准的年平均自然衰减速率,需要进行季节性测量.本场地一年自然衰减的碳排放量为85t,达到了某农药厂风险管控5a碳排放量的19%,由自然衰减造成的碳排放量应加入到污染场地全生命周期的碳排放核算中.本研究结果可为自然衰减速率评估以及碳排放核算提供参考.

关键词：污染场地轻非水相液体石油自然衰减速率二氧化碳通量