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考虑流量波动的绿氨反应器随机规划优化设计

工程科学与技术 2024年

作者：刘婷婷刘冬妹张欣熊敏吉旭周利四川大学化学工程学院

利用风光等可再生能源电解水制氢合成绿氨不仅可以减少弃风、弃光等能源浪费，也可以减少传统合成氨生产过程产生的碳排放，响应国家提出的“碳达峰碳中和”目标。然而由于风光等可再生能源具有间歇不稳定性，导致其电解产生的氢流量产... 详细信息

利用风光等可再生能源电解水制氢合成绿氨不仅可以减少弃风、弃光等能源浪费，也可以减少传统合成氨生产过程产生的碳排放，响应国家提出的“碳达峰碳中和”目标。然而由于风光等可再生能源具有间歇不稳定性，导致其电解产生的氢流量产生波动，引起绿氨反应器进料流量不稳定，可能会造成合成氨反应热平衡和动力学平衡失稳，使得反应无法在最佳工况下进行。传统氨合成反应器难以适配绿氨生产过程对平稳运行的要求，针对此提出了一种基于动力学和热力学原理的随机规划建模框架，对合成氨反应器进行设计研究，以提高合成氨反应器在变负荷工况下的适应能力。该框架耦合了电解水制氢、合成氨反应和氨冷分离等关键工序，从全流程角度系统分析了进料流量波动对绿氨生产过程的影响机制。比较了绝热式冷激反应器和间接冷却反应器，并对间接冷却反应器的拓扑结构进行了设计，确定了反应器各床层体积和换热面积。结果表明，所设计的间接冷却反应器具备在多工况下稳定运行的能力，同时能够提升反应单程转化率，氨产量比优化前增加了18%，每年增加约8 000 t。使得在年度成本增加不大的条件下，每吨氨的成本降低了4.5%。每吨氨的能耗降低了76 MJ，对年产50 000 t的绿氨生产过程，全年可节约3.8×106MJ 能量。

关键词：随机规划化学反应器优化设计绿氨再生能源过程系统

基于FeOOH原位生长制备用于CO吸收的超疏水PVDF膜

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化工进展 2024年

作者：王文金央李军陈建钧陈明孟昕四川大学化学工程学院

为了实现双碳目标，开发高效的碳捕集技术至关重要。膜吸收技术耦合了化学吸收法与新兴的膜技术，兼具两者的优点。但其吸收效果受限于膜润湿的产生。本研究采用FeOOH原位生长协同低表面能物质修饰对商业PVDF膜进行了超疏水改性。通过... 详细信息

为了实现双碳目标，开发高效的碳捕集技术至关重要。膜吸收技术耦合了化学吸收法与新兴的膜技术，兼具两者的优点。但其吸收效果受限于膜润湿的产生。本研究采用FeOOH原位生长协同低表面能物质修饰对商业PVDF膜进行了超疏水改性。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱分析仪、X射线光电子能谱分析仪和接触角测量仪等分析手段证实了超疏水FeOOH/PVDF膜的成功制备。改性膜的静态水接触角为152.6°，滚动水接触角为8.2°，具有超疏水性。膜吸收CO2实验发现，在多种操作条件下改性膜的CO2脱除率均高于50%，表现出良好的膜吸收性能。在40h的膜吸收实验中，改性膜维持了平均4.4mmol/(m2·s)的稳定吸收通量，而原膜在20h内润湿，通量下降到2.8mmol/(m2·s)，表明超疏水改性对提升膜的抗润湿性发挥了显著作用。

关键词： FeOOH 超疏水膜膜接触器膜吸收二氧化碳

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双连续相增韧离子凝胶的制备及水下黏附性能

功能高分子学报 2024年第4期37卷 322-331页

作者：王子币刘子璐韩祥王天雨刘栋陈飞西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

以2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯(MEA)和2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯(FMA)为共聚单体,在混合离子体系中通过自由基聚合诱导相分离方法,制备了一种由刚性液晶相和柔性渗透相组成的双连续相P(MEA-co-FMA)离子凝胶黏结剂,并对其力学性能和水下... 详细信息

以2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯(MEA)和2-(全氟辛基)乙基甲基丙烯酸酯(FMA)为共聚单体,在混合离子体系中通过自由基聚合诱导相分离方法,制备了一种由刚性液晶相和柔性渗透相组成的双连续相P(MEA-co-FMA)离子凝胶黏结剂,并对其力学性能和水下黏附性能进行了详细研究。通过调节FMA单体及离子液体(IL)的组分比,来调控聚合物网络的微相分离结构和可逆的非共价键作用,以实现对离子凝胶力学性能和水下黏附性能的同步提升。结果表明:该疏水双连续相结构离子凝胶具有高达24.2 kJ/m^(2)的断裂韧性和1.76 MPa的断裂强度,对不同基材的水下界面黏附韧性最高可达2260 J/m^(2),界面黏附的疲劳阈值可达558 J/m^(2),表现出了长效耐久的水下黏附性。

关键词：离子凝胶聚丙烯酸酯水下黏附微相分离强韧化

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基于晶体图卷积神经网络的晶格能回归模型

化工学报 2024年

作者：郑欣雨任泽华周利柴士阳吉旭四川大学化学工程学院

晶格能是决定晶体热力学稳定性的关键物理性质，对药物多晶型稳定性的筛选具有指导意义。晶格能的获取方式通常为实验试错和基于分子/量子力学的理论计算，对于数量庞大的晶型结构，两种方法均费时费力。本研究提出了一种基于密度泛函... 详细信息

晶格能是决定晶体热力学稳定性的关键物理性质，对药物多晶型稳定性的筛选具有指导意义。晶格能的获取方式通常为实验试错和基于分子/量子力学的理论计算，对于数量庞大的晶型结构，两种方法均费时费力。本研究提出了一种基于密度泛函理论（Density Functional Theory， DFT）和晶体图卷积神经网络（Crystal Graph Convolutional Neural Networks， CGCNN）的晶格能回归模型。首先采用自洽屏蔽多体色散校正的DFT方法计算晶格能，建立了包含酸、醇、酰胺、氨基酸、酸酐等248种晶型的晶格能数据集；基于所建立的数据集，采用CGCNN进一步建立晶型和晶格能之间的定量回归模型，该模型训练集和测试集MAPE分别为1.24%和5.04%，R2分别为0.9978和0.9750，表明该模型具有较好的预测效果，可以为高通量筛选稳定的晶型提供理论指导。

关键词：晶格能多晶型密度泛函理论神经网络回归模型

机械密封动压槽激光加工工艺参数反演及槽深加工精度控制研究

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中国激光 2024年第16期51卷 305-315页

作者：陈硕刘小磊邓强国孙雪剑许恒杰毛文元昆明理工大学化学工程学院云南昆明650500

为了进一步提高机械密封动压槽槽深的加工精度,利用槽深计算模型,编写了动压槽激光加工工艺参数反演程序,同时还基于槽深误差和槽深相对误差的定义,构建了多次反演槽深加工误差的模型,开展了工艺参数单次反演及槽深加工精度多次反演的... 详细信息

为了进一步提高机械密封动压槽槽深的加工精度,利用槽深计算模型,编写了动压槽激光加工工艺参数反演程序,同时还基于槽深误差和槽深相对误差的定义,构建了多次反演槽深加工误差的模型,开展了工艺参数单次反演及槽深加工精度多次反演的控制研究,并进行了实验验证。结果表明:在单次反演研究中,利用反演程序获得的16组工艺参数反演结果与实验结果均较为吻合,槽深的最大相对误差不超过17.00%;在多次反演研究中,分别以第1次反演实验槽深小于目标槽深(槽深相对误差为17.00%)和大于目标槽深(槽深相对误差为5.55%)为案例,通过不同的反演方法进行两次反演,最终将槽深相对误差均控制在5.00%以内,满足了设计控制目标要求,实现了对机械密封动压槽槽深的精确控制。

关键词：激光技术机械密封动压槽工艺参数反演

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复合纳米流体强化换热研究进展

工程科学学报 2024年第5期46卷 937-948页

作者：吴俊杰马丽侯竣升李栋宇郝南京西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

随着科学技术的进步,电子器件、太阳能和机械加工等系统均趋向于高功率和微型化发展.然而,这些系统内部产生的热量也随之增加,导致系统过热甚至烧毁,因此,亟需发展高效热管理系统,以及时带走系统热量.近年来,多种新型热管理技术被广泛... 详细信息

随着科学技术的进步,电子器件、太阳能和机械加工等系统均趋向于高功率和微型化发展.然而,这些系统内部产生的热量也随之增加,导致系统过热甚至烧毁,因此,亟需发展高效热管理系统,以及时带走系统热量.近年来,多种新型热管理技术被广泛研究和应用,其中,复合纳米流体强化换热技术因具有效果显著、成本低廉和无额外能耗等优势而备受关注,成为研究和应用的热点之一.本文对复合纳米流体强化换热技术的研究进展进行全面综述.首先总结了近年来复合纳米流体制备的研究现状,然后分析了复合纳米流体的一般性能、传热性能及相关影响因素,着重讨论了复合纳米流体强化换热机制.此外,还介绍了复合纳米流体在微电子、太阳能装置及散热器等领域的应用.最后,讨论了复合纳米流体强化换热技术目前面临的挑战,并提出了未来的发展方向.

关键词：复合纳米流体强化换热复合纳米颗粒微电子散热器

分子水平动力学模型和机器学习方法相结合研究废弃塑料热解

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化工学报 2024年

作者：王茂先孙启典付哲华放纪晔程易清华大学化学工程系中国石油天然气股份有限公司规划总院

随着全球塑料产量的增加，废弃塑料处理问题日益严重，热解技术作为一种将废弃塑料转化为高附加值产品的方法，引起了广泛关注。通过分子水平动力学模型与机器学习相结合的方法，研究了聚乙烯（PE）的热解过程。首先，利用分子水平动力... 详细信息

随着全球塑料产量的增加，废弃塑料处理问题日益严重，热解技术作为一种将废弃塑料转化为高附加值产品的方法，引起了广泛关注。通过分子水平动力学模型与机器学习相结合的方法，研究了聚乙烯（PE）的热解过程。首先，利用分子水平动力学模型针对不同分子量分布的PE原料，生成大规模热解数据集。然后，基于大规模数据集构建了9种机器学习模型，评估其预测能力及特征重要性，分析影响热解产物收率的关键因素。结果表明，反应时间和热解温度是主要影响因素，KNN模型在气、液相产物预测中表现最佳。通过优化机器学习模型和扩大数据集，可以显著提升热解过程的预测准确性和效率，为废弃塑料资源化提供了新的思路和方法。

关键词：热解机器学习分子水平动力学模型废弃塑料模拟废物处理

离子液体强化不饱和键差异化合物分离的研究进展

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化工进展 2024年第1期43卷 198-214页

作者：容凡丁丁泽相曹义风陈俐吭杨柳申福星杨启炜鲍宗必浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310058 浙江大学衢州研究院浙江衢州324000

结构相似物的分离是物耗和能耗最集中的化工过程之一。对于具有不饱和键差异的化合物而言,它们的物化性质极为相近,高效分离极具挑战。离子液体因其特殊的理化性质、结构可设计以及多重分子间相互作用位点等特点而广泛应用于不饱和键差... 详细信息

结构相似物的分离是物耗和能耗最集中的化工过程之一。对于具有不饱和键差异的化合物而言,它们的物化性质极为相近,高效分离极具挑战。离子液体因其特殊的理化性质、结构可设计以及多重分子间相互作用位点等特点而广泛应用于不饱和键差异化合物的分子辨识分离。本文综述了离子液体强化不饱和键差异化合物分离的研究进展,重点介绍了常温常压下为气态的低碳烃、液态的中等碳链烃及固态的天然活性同系物等代表性体系的分离,突出了离子液体分离不饱和键差异化合物的构效关系、分离机理及分离工艺流程评价,并展望了离子液体强化不饱和键差异化合物分离的未来方向。

关键词：离子液体分子辨识分离萃取选择性不饱和键

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高载量锂硫电池正极设计优化

化工进展 2024年第1期43卷 364-375页

作者：夏银萍李洲鹏汪倩倩浙江大学宁波科创中心浙江宁波315100 浙江大学化学工程与生物工程学院浙江杭州310027

高载量硫正极是研发高能量密度锂硫电池的必要先决条件。然而,硫载量的提高不可避免地会引起正极导电性不良、多硫化物转化动力学缓慢,穿梭效应加剧等问题。本文从化学工程的角度出发,重点关注高载量硫正极中的传质和反应过程,综述了性... 详细信息

高载量硫正极是研发高能量密度锂硫电池的必要先决条件。然而,硫载量的提高不可避免地会引起正极导电性不良、多硫化物转化动力学缓慢,穿梭效应加剧等问题。本文从化学工程的角度出发,重点关注高载量硫正极中的传质和反应过程,综述了性能优良的高载量锂硫电池正极设计思路。具体而言,从增强电子传导、改善锂离子传质、优化反应动力学、抑制多硫化物穿梭这四种研究思路出发,对比了不同优化策略之间的优劣性,并提出下一代高硫载量硫正极设计的探索方向。分析表明,基于吸附-催化双重功能的三维高导电正极具有巨大发展前景。从应用层面考虑,本文还关注了高载量正极设计中常被忽视的安全性问题,探讨了削弱正极诱导并从源头降低热失效风险的可行性,旨在为研究人员优化高载量(≥4mg/cm^(2))正极设计方案时提供实用指导。

关键词：锂硫电池高硫载量复合正极电化学