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非离子Gemini表面活性剂分子在水中的聚集行为

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化学工业与工程 2022年第4期39卷 116-126页

作者：王辉徐金杰党乐平卫宏远天津大学化工学院天津300072 天津市化工过程安全与装备技术重点实验室天津300072

通过实验和耗散粒子动力学模拟相结合的方法,研究了非离子型Gemini表面活性剂在水溶液中的聚集行为和表面活性剂分子在水-气界面的分布情况。结果表明:10个环氧乙烷(EO)的α,α′-[2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇]双[ω-羟基-聚(环氧乙... 详细信息

通过实验和耗散粒子动力学模拟相结合的方法,研究了非离子型Gemini表面活性剂在水溶液中的聚集行为和表面活性剂分子在水-气界面的分布情况。结果表明:10个环氧乙烷(EO)的α,α′-[2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇]双[ω-羟基-聚(环氧乙烷)](S-10)的单体和团簇共存于低浓度溶液中。随着浓度的增加,表面活性剂分子聚集成球状胶束且尺寸增大;当球状胶束的尺寸增加到一定程度时,它们不能稳定存在并聚集成棒状胶束。在水-气界面处,表面活性剂分子或垂直或水平分布,但是随着浓度的增加,疏水基团垂直插进空气,而EO段在水中呈不规则的锯齿形分布。随着EO链段长度的增加,S-4、S-10和S-30的最小吸附分子截面积逐渐增大,这就是随着表面活性剂的EO段长度增加而润湿性降低的原因。实验与模拟相结合的方法为研究非离子Gemini表面活性剂的聚集行为提供了新的思路,通过模拟结果可以快速判断实验的准确性。

关键词： Gemini 胶束聚集行为表面张力耗散粒子动力学

用于流化床传热的低密度ZrO/SiO/AlO复合陶瓷球的制备及其物化性能

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化学工业与工程 2022年

作者：俞璐琦马红钦罗心悦高君宇谷星朋刘嘉豪天津大学化工学院天津大学化工过程安全与装备技术重点实验室

针对现有用于流化床换热器固体颗粒的密度高、强度低、不耐磨等的缺点，采用溶胶滴球-热油柱成型法，制备低密度球形ZrO/SiO/AlO复合陶瓷颗粒，研究ZrOCl溶液和硅溶胶加入顺序、Zr/Si/Al摩尔比对所制备复合陶瓷颗粒的微观结构及物化性...

针对现有用于流化床换热器固体颗粒的密度高、强度低、不耐磨等的缺点，采用溶胶滴球-热油柱成型法，制备低密度球形ZrO/SiO/AlO复合陶瓷颗粒，研究ZrOCl溶液和硅溶胶加入顺序、Zr/Si/Al摩尔比对所制备复合陶瓷颗粒的微观结构及物化性能的影响，评估所制备颗粒在流化床传热中应用的可行性。结果表明：Zr/Si/Al摩尔比为1:1:60，先滴加锆源再滴加硅源合成混合溶胶，由此制得的氧化铝基ZrO/SiO/AlO陶瓷颗粒的形状近似为球形，其平均直径为1.5 mm，干湿颗粒密度分别为1740 kg·m和 2170 kg·m，远低于普通陶瓷颗粒的密度(2400～2900 kg·m)，较低的密度有利于流化床的均匀流化，从而有利于流化床强化传热和防垢除垢；干湿单颗粒抗压强度分别为116.0 N和115.7 N，完全能满足流化床操作对固体颗粒强度的要求；此外，所制得的颗粒还具有出色的耐磨性能和耐酸碱侵蚀性能。综合考虑颗粒的形状、大小、密度、机械强度、耐磨及耐腐蚀性能等，可以预期，本文所制得的氧化铝基复合陶瓷颗粒能很好地应用于管式换热器的流化床强化传热和防垢除垢。

关键词：

考虑气泡非均匀耗散的矩形反应器声流场数值模拟及结构优化

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化工学报 2023年第5期74卷 1965-1973页

作者：王泽栋石至平刘丽艳天津大学化工学院天津300350 天津市化工安全与装备技术重点实验室天津300350

声流效应能够有效强化声反应器内的传质过程,大型声反应器中声流驱动力主要来源于声波非线性耗散。以大型壁面式声反应器作为研究对象,采用考虑气泡非均匀分布的非线性声学模型预测声场,耦合声体积力求解三维声流场分布,通过粒子图像测... 详细信息

声流效应能够有效强化声反应器内的传质过程,大型声反应器中声流驱动力主要来源于声波非线性耗散。以大型壁面式声反应器作为研究对象,采用考虑气泡非均匀分布的非线性声学模型预测声场,耦合声体积力求解三维声流场分布,通过粒子图像测速技术验证模型准确性,研究了超声功率、反应器宽度和液位高度对声流效应的影响规律。结果表明,提高超声功率能够显著提升声流效果,但密集的空化气泡会产生强烈的耗散,导致空化能量的转化率降低;狭窄空间严重阻碍声流发展,反应器空间过于宽阔无益于扩大高流速区域,反而会降低整体的声流强化性能,变化曲线表明40 kHz、60 W驱动条件下能达到最优声流效果的最佳响应宽度和高度分别在200 mm和100 mm左右。

关键词：数值模拟声流气泡声反应器粒子图像测速优化设计

多喷嘴对置式煤气化炉激冷室颗粒运动及碰撞特性研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2022年第4期55卷 343-349页

作者：刘丽艳石凯吴桐谭蔚汪洋天津大学化工学院天津300350 天津市化工安全与装备技术重点实验室天津300350

多喷嘴对置式水煤浆气化技术是我国自主研发的一种洁净煤技术,具有转化率高、有效气含量高等优点.气化炉是煤气化工艺的核心设备之一,其主体结构包括燃烧室与激冷室两部分.燃烧室反应生成的粗合成气夹带固体灰渣颗粒进入激冷室液池,在... 详细信息

多喷嘴对置式水煤浆气化技术是我国自主研发的一种洁净煤技术,具有转化率高、有效气含量高等优点.气化炉是煤气化工艺的核心设备之一,其主体结构包括燃烧室与激冷室两部分.燃烧室反应生成的粗合成气夹带固体灰渣颗粒进入激冷室液池,在气液两相湍流作用下与炉体发生碰撞,造成冲蚀磨蚀等破坏,对气化炉安全和长周期稳定运行造成影响.本文以多喷嘴对置式气化炉为研究对象,建立了激冷室三维物理模型;利用VOF多相流模型和DPM离散相模型研究了气液固三相流场,得到连续流场和不同粒径颗粒的分布状态;通过Fluent UDF对灰渣颗粒与炉体碰撞位置和碰撞参数进行了统计分析,得到激冷室内碰撞多发区域及破坏机理.研究结果表明:合成气进入激冷室液池中形成负浮力射流,动量逐渐衰减,最终改变运动方向而向上反折流动;不同粒径的颗粒在激冷室流场中的分布不同,粒径较小的颗粒气相跟随性更为明显,分布范围更广;颗粒粒径影响其与激冷室壁面主要碰撞区域,粒径为0.05 mm和0.1 mm的小尺寸灰渣颗粒碰撞主要发生在下降管下端;0.5 mm的大尺寸灰渣颗粒碰撞主要发生在激冷室炉体下部,在设计制造过程中要重点关注;分析碰撞角度发现各壁面碰撞破坏机理不同:下降管下端壁面主要是撞击磨损;激冷室炉体则是冲刷磨损和撞击磨损的耦合作用.

关键词：多喷嘴对置式水煤浆气化炉激冷室灰渣颗粒磨损数值模拟

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雷尼镍的磷量子点改性及其催化加氢脱硫性能

化工进展 2024年第3期43卷 1293-1301页

作者：谷星朋马红钦刘嘉豪天津大学化工学院天津300072 天津化工过程安全与装备技术重点实验室天津300072

高硫燃油燃烧产生的排放会对环境造成巨大的破坏,严重影响人类的生存,开发高效的加氢脱硫催化剂至关重要。本文以雷尼镍为前体,首次使用磷量子点和商业红磷对非负载型(雷尼镍)催化剂进行改性,并系统探究了改性条件(改性温度、用量、反... 详细信息

高硫燃油燃烧产生的排放会对环境造成巨大的破坏,严重影响人类的生存,开发高效的加氢脱硫催化剂至关重要。本文以雷尼镍为前体,首次使用磷量子点和商业红磷对非负载型(雷尼镍)催化剂进行改性,并系统探究了改性条件(改性温度、用量、反应温度)对催化剂加氢脱硫(DBT)性能的影响,采用BET比表面积测试、X射线衍射仪、扫面电子显微镜、透射电子显微镜、能量色散光谱和X射线光电子能谱等技术手段进行表征。结果发现,磷量子点改性催化剂的性能明显提升,改性催化剂孔径增大和磷量子点与镍的强相互作用是催化剂性能提升的主要原因。较大的孔径有利于DBT分子扩散,与磷量子点作用生成的带正电Ni^(δ+)物种将有利于DBT的吸附,进而提高催化剂的加氢脱硫性能,并在最佳实验条件下得到了99.1%的DBT转化率。

关键词：催化剂化学反应磷量子点改性加氢脱硫

不同维度碳基纳米材料的设计与合成及其在电化学储能中的应用

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新型炭材料 2022年第1期37卷 59-92页

作者：朱成玉叶幼文郭霞程菲河北工业大学化工学院化工节能过程集成与资源利用国家地方联合工程实验室天津市本质安全化工技术重点实验室天津300131

随着环境的恶化和能源危机,太阳能、风能等可持续能源的存储和利用变得迫在眉睫。电化学储能(EES)装置作为有效存储这些新兴能源的手段,受到越来越多的关注。电极材料对EES的性能至关重要,碳基纳米材料因其独特而突出的优势成为极有前... 详细信息

随着环境的恶化和能源危机,太阳能、风能等可持续能源的存储和利用变得迫在眉睫。电化学储能(EES)装置作为有效存储这些新兴能源的手段,受到越来越多的关注。电极材料对EES的性能至关重要,碳基纳米材料因其独特而突出的优势成为极有前途的电极材料。电极材料的结构设计和可控合成决定了EES的电化学性能。围绕碳基纳米材料独特而突出的优势,本文综述和讨论了不同维度碳基材料的研究进展,并介绍了近年来碳基材料在不同储能器件中的应用。这有助于深入理解材料不同维度结构与电化学特性之间的关系,为应用于EES器件性能优异的碳基纳米材料的设计和合成提供了视角和参考。

关键词：电化学储能碳基材料不同维度锂离子电池

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多轴试验测试技术的发展与应用

机械工程学报 2021年第16期57卷 16-36页

作者：宁祚良陈刚陈旭天津市化工安全与装备技术重点实验室天津300350 天津大学化工学院天津300350

相较于常规单轴力学试验,多轴试验可在复杂应力状态下取得材料更为全面的力学性能或对结构件寿命与失效机理进行更准确的评估。随着控制技术与测量技术的进步,多轴测试技术得以快速发展。近30年来,国内外学者通过设计各类多轴试验对材... 详细信息

相较于常规单轴力学试验,多轴试验可在复杂应力状态下取得材料更为全面的力学性能或对结构件寿命与失效机理进行更准确的评估。随着控制技术与测量技术的进步,多轴测试技术得以快速发展。近30年来,国内外学者通过设计各类多轴试验对材料的疲劳、断裂、冲压成型性能、各向异性行为、微观变形机制等进行大量研究,多轴试验日益成为交叉各学科的重要测试手段。多轴试验中材料的应力状态较为复杂且易产生应力集中,有限元分析是取得其应力应变分布、优化试样或结构件形式的有效方法。按试样与加载形式的不同,分别对拉扭多轴试验、面内双轴试验、拉/压-压力复合作用试验、土三轴试验的试验方法、发展历史及在不同领域内的应用进行介绍;以环形试样拉/压试验与埃里克森试验为例,介绍基于有限元分析的多轴试验方法;以汽车发动机部件的多轴试验方法为例,介绍多轴试验测试技术在工程结构件的设计与寿命评估方面的应用。

关键词：多轴试验拉扭十字试样多轴疲劳环形试样

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木屑颗粒堆积参数对液体渗流特性的影响规律

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第3期57卷 254-264页

作者：刘丽艳李金秋吕东天津大学化工学院天津300350 天津市化工安全与装备技术重点实验室天津300350 应急管理部天津消防研究所天津300381

为了探究木屑颗粒堆积参数对液体渗流特性的影响规律,参照达西渗流实验,设计开发了渗流实验系统,选取颗粒床层湿度、渗流速度、床层储水量及透水率作为评价颗粒床层内液体渗流特性的指标,在对各因素进行初步筛选的基础上,实验研究木屑... 详细信息

为了探究木屑颗粒堆积参数对液体渗流特性的影响规律,参照达西渗流实验,设计开发了渗流实验系统,选取颗粒床层湿度、渗流速度、床层储水量及透水率作为评价颗粒床层内液体渗流特性的指标,在对各因素进行初步筛选的基础上,实验研究木屑颗粒堆积床层的粒径分布、压缩高度比以及渗透压力(注水量)对液体渗流特性的影响.实验结果表明,相同粒径分布,注水量为1500 mL时,压缩高度比从0.80降到0.50,木屑颗粒床层湿度变化幅值为3.32%;相同粒径分布,压缩高度比为0.50,注水量从1500 mL增加到3000 mL时,木屑颗粒床层湿度变化幅值为2.30%;相同压缩高度比和注水量,全粒径分布、不同级配粒径分布及小粒径分布时木屑颗粒床层最大湿度分别为54.4%、54.0%及53.7%,变化幅值为0.7%.在本文研究范围内,压缩高度比对颗粒床层湿度影响最大,初始注水量次之,颗粒级配影响最小.相同粒径分布,注水量为2000 mL时,压缩高度比从0.80降到0.50,木屑颗粒床层渗流速度变化幅值为18.92×10^(-4) m/s;相同粒径分布,压缩高度比为0.50,注水量从1500 mL增加到3000 mL时,木屑颗粒床层渗流速度变化幅值为1.08×10^(-4) m/s;相同压缩高度比和注水量,全粒径分布、不同级配粒径分布及小粒径分布时木屑颗粒床层最大渗流速度分别为20.7×10^(-4) m/s、15.4×10^(-4) m/s及18.2×10^(-4) m/s,变化幅值为5.3×10^(-4) m/s.在本文研究范围内,压缩高度比对颗粒床层渗流速度影响最大,颗粒级配次之,初始注水量影响最小.综合各类因素考虑,不同粒径级配的木屑颗粒床层,压缩高度比为0.70、注水量为2000 mL时木屑颗粒床层中的液体渗流特性较好,此时,床层湿度为52.5%,平均渗流速度为9.86×10^(-4) m/s,床层储水量为1149 mL,床层透水率为42.56%.相关结果可为后续可压缩性颗粒堆积物的存放以及水基灭火剂开发需要关注的参数提供指导.

关键词：木屑颗粒颗粒级配压缩高度比渗流速度透水率床层储水

微通道反应器中炔烃的选择性催化半加氢反应研究进展

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石油学报（石油加工） 2024年第2期40卷 510-522页

作者：肖明慧张月成赵继全河北工业大学化工学院天津300131 河北省绿色化工与高效节能重点实验室天津300131 天津市本质安全化工技术重点实验室天津300131

炔烃选择性催化半加氢反应与石油化工和精细化工生产密切相关,传统上多采用间歇工艺进行,存在自动化程度不高、反应效率低下以及安全隐患等问题。微通道反应器技术的进步使得以连续工艺进行炔烃选择性催化半加氢反应成为可能,有望从根... 详细信息

炔烃选择性催化半加氢反应与石油化工和精细化工生产密切相关,传统上多采用间歇工艺进行,存在自动化程度不高、反应效率低下以及安全隐患等问题。微通道反应器技术的进步使得以连续工艺进行炔烃选择性催化半加氢反应成为可能,有望从根本上解决间歇工艺所存在的问题。鉴于此,总结微通道反应器的类型以及相同反应器类型下催化剂的类别,对近年来微通道反应器中炔烃选择性催化半加氢反应的研究进展进行综述。微通道反应器包括催化毛细管反应器、填充床反应器、蜂窝反应器、独体反应器等,在炔烃选择性催化半加氢反应中的应用促进了石化领域生产技术与工艺的进步。总之,设备的微型化、过程的集成化是顺应可持续发展与高技术发展的需要,微通道反应器技术作为化工过程强化的一种新技术,在化学、化工、能源、环境等领域将会得到广泛的应用。

关键词：微通道反应器炔烃选择性半加氢连续工艺多相催化