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微通道换热器拓扑结构优化与性能研究

化工学报 2024年第3期75卷 823-835页

作者：陈彦松阮达刘渊博郑通张帅帅马学虎大连理工大学化工学院辽宁省化工资源清洁利用重点实验室辽宁大连116024

换热器结构拓扑优化可将传热强化设计问题转化为数学优化问题进行求解,对于设计新颖高效换热器具有重要价值。然而,拓扑优化数学模型难以直接解释优化结果的几何特征及相应强化机理。以传热量为目标,对微通道换热器进行拓扑优化设计,研... 详细信息

换热器结构拓扑优化可将传热强化设计问题转化为数学优化问题进行求解,对于设计新颖高效换热器具有重要价值。然而,拓扑优化数学模型难以直接解释优化结果的几何特征及相应强化机理。以传热量为目标,对微通道换热器进行拓扑优化设计,研究了不同参数对换热器强化结构特征和换热器性能的影响。结果表明,拓扑优化换热器的通道结构呈现多级分叉构型,分叉的数量随着入口Reynolds数、翅片传热效率和流体Prandtl数的增大而增多。在此基础上,采用耗散和边界层理论分析了拓扑优化分叉通道与流体边界层厚度的内在联系,为换热器结构强化设计提供了新的思路。

关键词：优化设计微通道传递过程分级通道结构边界层理论

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松木颗粒流态化两段气化制备清洁燃气的工艺稳定性验证

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化工进展 2024年第5期43卷 2576-2586页

作者：王欣宇王超张梦娟刘方正李晗旸王正林贾鑫宋兴飞许光文韩振南特色资源化工与材料教育部重点实验室辽宁沈阳110142 沈阳化工大学能源与化工产业技术研究院辽宁沈阳110142

为了验证流态化两段气化工艺的长时间运行稳定性,本实验采用商用果木炭半焦作为松木流态化两段气化制备清洁燃气的催化床料。实验前期通过形成稳定的有效催化半焦床层,减少半焦在系统内的积累周期,以实现系统快速达到高效脱除焦油的目... 详细信息

为了验证流态化两段气化工艺的长时间运行稳定性,本实验采用商用果木炭半焦作为松木流态化两段气化制备清洁燃气的催化床料。实验前期通过形成稳定的有效催化半焦床层,减少半焦在系统内的积累周期,以实现系统快速达到高效脱除焦油的目的。实验中,保持过量空气系数(ER)为0.35,提升管气速为3m/s,并逐渐调整流化介质中的氧气浓度,逐步增大生物质处理量。结果显示,随着松木颗粒的进料量从1kg/h增大到3kg/h,产品气中CO和H2体积分数分别从7.71%和3.13%增长至16.15%和12.60%,CH4的体积分数略微下降。气体收率(标准)也从0.90m^(3)/kg增长至1.36m^(3)/kg,相应的产品气热值(标准)从3.26MJ/m^(3)增加至4.80MJ/m^(3)。通过多次人为启停和改变运行参数等操作,在整个12h运行周期内,流态化两段气化产生的半焦与消耗的半焦速度相匹配,温度和压力表现出良好的运行稳定性。这一结果证明了流态化两段气化工艺在生物质制气中具有技术先进性和长时间运行稳定性。

关键词：流态化两段气化循环流化床低焦油合成气生物质反应解耦

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喷嘴参数对超临界水热燃烧特性影响的模拟

化工学报 2024年第6期75卷 2190-2200页

作者：王芝安兰忠马学虎大连理工大学化工学院辽宁省化工资源清洁利用重点实验室辽宁大连116024

反应器喷嘴的作用是维持水热火焰在复杂流场中保持稳定。建立内预热式蒸腾壁反应器(IPTWR)内甲醇超临界水热燃烧过程计算流体力学模型,分析了喷嘴的材料热物性和结构参数对进料混合特性及火焰结构的影响规律。结果表明,喷嘴材料传热特... 详细信息

反应器喷嘴的作用是维持水热火焰在复杂流场中保持稳定。建立内预热式蒸腾壁反应器(IPTWR)内甲醇超临界水热燃烧过程计算流体力学模型,分析了喷嘴的材料热物性和结构参数对进料混合特性及火焰结构的影响规律。结果表明,喷嘴材料传热特性的提高使水热火焰朝高温和广域的方向发展;氧气-辅热混合段直径由18 mm减小到14 mm,反应器轴向温度峰值由954.84 K升高到981.60 K,火焰位置向远端移动;随着喷嘴缩进深度减小,水热火焰逐渐向喷嘴出口聚拢,表现为火焰收缩现象。在此喷嘴结构参数范围内小直径的短氧气-辅热混合流道有助于水热火焰的温度升高和聚拢稳定。结果可为内预热式蒸腾壁反应器的喷嘴设计提供理论指导。

关键词：喷嘴反应器超临界水水热火焰计算流体力学

Co-MOF衍生钴基催化剂制备及其NaBH_(4)水解制氢性能

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分子催化（中英文） 2024年第1期38卷 63-70,I0003页

作者：陈一莹田亚萍刘青翠李芳李其明辽宁石油化工大学石油化工学院辽宁省石油化工重点实验室辽宁抚顺113001

采用钴基MOF为前驱体,通过惰性气氛碳化法制备了系列衍生钴基催化剂,探讨了不同催化剂在NaBH_(4)水解制氢中的催化性能.采用X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM),X射线光电子能谱分析(XPS),热重分析(TGA)等深度分析了不同碳化条件对Co... 详细信息

采用钴基MOF为前驱体,通过惰性气氛碳化法制备了系列衍生钴基催化剂,探讨了不同催化剂在NaBH_(4)水解制氢中的催化性能.采用X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM),X射线光电子能谱分析(XPS),热重分析(TGA)等深度分析了不同碳化条件对Co-MOF衍生钴基催化剂的晶相结构、微观形貌、元素价态等的影响.研究结果表明:在不同碳化温度下,Co-MOF衍生钴基催化剂展示了不同的微观形貌、晶相结构和元素价态,随着惰性碳化温度升高节点钴逐步从离子钴向单质钴转化.NaBH4水解制氢实验表明不同碳化温度可以显著影响催化剂的水解制氢催化活性和稳定性,其中以钴离子转化的Co-MOF(300)催化剂展示了最佳催化活性,明显高于高温碳化的钴基催化剂.

关键词： MOF材料硼氢化钠制氢钴基催化剂碳化

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水雾粒子特性对呼吸性粉尘降尘效率影响研究

安全与环境学报 2024年第1期24卷 169-175页

作者：荆德吉马纪闯张天辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室(辽宁工程技术大学) 辽宁阜新123000

为有效去除工业生产中的呼吸性粉尘,提高水雾粒子对呼吸性粉尘的捕捉效率,基于三相流理论建立了高速气流中单颗粒雾-尘碰撞耦合数值模型。研究高速气流中单颗粒雾-尘碰撞耦合过程,分析雾-尘粒径比及相对速度对尘粒表面线积分润湿度的影... 详细信息

为有效去除工业生产中的呼吸性粉尘,提高水雾粒子对呼吸性粉尘的捕捉效率,基于三相流理论建立了高速气流中单颗粒雾-尘碰撞耦合数值模型。研究高速气流中单颗粒雾-尘碰撞耦合过程,分析雾-尘粒径比及相对速度对尘粒表面线积分润湿度的影响。结果表明,对于不同粒径等级的呼吸性粉尘,达到最佳润湿度对应的雾-尘粒径比不同,k(PM1)=15、k(PM2.5)=2和k(PM5)=1。在高速气流中雾-尘相对运动状态不同时,粉尘颗粒的最佳润湿度随雾-尘相对速度U增大而增大。搭建仿真试验模型,研究不同情况下水雾粒子的捕尘效率。结果表明,超音速雾化喷嘴对呼吸性粉尘的降尘效率为95.95%,单流体喷嘴降尘效率为82.98%。结合现场试验对比分析,验证雾-尘粒径比及相对速度对尘粒表面线积分润湿度的影响规律。结果表明,越符合粉尘粒子被捕捉的最佳粒径比的喷嘴的降尘效率越高,提高尘雾粒子碰撞速度可以提高对粉尘粒子的捕捉效率,为治理呼吸性粉尘及清洁化工业生产提供理论依据。

关键词：安全卫生工程技术单颗粒碰撞呼吸性粉尘数值模拟降尘效率

Co-YPO_(4)双功能催化剂促进乙醇高值转化制丁二烯

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第1期56卷 166-175页

作者：周百川李文翠王嘉孙丹卉向诗煜高新芊陆安慧大连理工大学化工学院辽宁省低碳资源高值化利用重点实验室精细化工国家重点实验室辽宁大连116024

丁二烯是重要的化工原料,主要用于生产树脂、合成橡胶、丁二醇和己二腈等大宗化学品,还可以用于制备蒽醌、四氢苯酐等精细化学品.目前,工业上制备丁二烯的方法主要是乙烯副产抽提法.近年来,随着生物乙醇技术大力发展,催化乙醇制丁二烯... 详细信息

丁二烯是重要的化工原料,主要用于生产树脂、合成橡胶、丁二醇和己二腈等大宗化学品,还可以用于制备蒽醌、四氢苯酐等精细化学品.目前,工业上制备丁二烯的方法主要是乙烯副产抽提法.近年来,随着生物乙醇技术大力发展,催化乙醇制丁二烯成为很有吸引力的生产丁二烯的路线之一.目前催化乙醇制丁二烯的催化剂种类较多,合理设计具有活性位点结构和功能的催化新材料是提升催化剂活性的关键.稀土金属元素如Y,La和Ce等具有独特的电子层结构,并且具有中等强度的Lewis酸性,本文尝试将稀土磷酸盐与具有乙醇脱氢活性的过渡金属位点结合起来,设计过渡金属改性的稀土磷酸盐催化剂并用于乙醇转化制丁二烯.本文开发了Co-YPO_(4)双功能催化剂,应用于乙醇转化制丁二烯反应,所制材料表现出较高的催化活性与稳定性.在YPO4催化剂上,乙醇主要发生脱水反应,生成大量的乙烯和乙醚,且丁二烯选择性不超过5%;而在Co-YPO_(4)催化剂上,乙醇转化产物分布出现明显改变,丁二烯选择性增加.在乙醇重时空速和反应温度分别为1.0 gC2H5OH×gCat.‒1×h^(‒1)和350℃的条件下,乙醇转化率为78.2%,丁二烯选择性为68.5%.原位紫外-可见漫反射光谱、X射线光电子能谱以及H_(2)^(-)程序升温还原表征结果表明,Co2+中心与PO_(4)^(3‒)基团存在强的配位相互作用,形成稳定且高度分散的[Co-O-P]物种.通过NH_(3)^(-)程序升温脱附(TPD)和吡啶探针分子吸附红外对YPO4和Co-YPO4进行酸性表征,结果表明,YPO_(4)和Co-YPO4表面均是典型的Lewis酸性位点;结合CO_(2)-TPD表征发现,Co^(2+)与YPO4表面部分Y3+位点发生置换,即引入适量的Co会减弱酸性同时增强表面碱性.进一步通过停留时间、乙醇程序升温表面反应和原位乙醇吸附反应漫反射红外光谱测试对反应机理进行详细研究.结果表明,乙醇首先在Co^(2+)位发生脱氢生成乙醛和H_(2),随后乙醛迁移至Y^(3+)位点吸附活化,两分子乙醛依次发生C‒C偶联、加氢以及脱水反应生成丁二烯.动力学测试结果表明,乙醇脱氢是整个反应过程的关键步骤,整体反应路径如下:乙醇→乙醛→丁烯醛→丁烯醇→丁二烯.综上所述,以乙醇作为平台分子合成丁二烯能够丰富可持续发展的新能源结构体系.本文揭示了磷酸根基团通过配位作用稳定Co^(2+)物种,Co^(2+)和Y^(3+)位点协同催化乙醇选择性生成丁二烯,为乙醇高值转化催化剂设计提供了新思路.

关键词：乙醇丁二烯脱氢碳碳偶联磷酸盐

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轻同位素分离纯化与催化标记研究进展

化工学报 2024年第4期75卷 1284-1301页

作者：李添翼武玉泰王永胜顾佳锐宋沂恒杨丰铖郝广平大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室智能材料化工前沿科学中心辽宁省低碳资源高值化利用重点实验室辽宁大连116024

氢碳氮氧等稳定轻同位素广泛应用于医疗药物、临床诊断、环境地质等领域。如何获得高纯同位素原料并将其标记到目标化合物是同位素产业的核心技术。基于量子效应的同位素吸附分离方法具有选择性高、能耗低等优势,在同位素分离纯化方面... 详细信息

氢碳氮氧等稳定轻同位素广泛应用于医疗药物、临床诊断、环境地质等领域。如何获得高纯同位素原料并将其标记到目标化合物是同位素产业的核心技术。基于量子效应的同位素吸附分离方法具有选择性高、能耗低等优势,在同位素分离纯化方面展现出应用潜力;而催化同位素交换法和官能团转化法是制备同位素标记化合物的重要手段。基于量子效应的同位素分离与催化标记技术的核心之一是开发高效吸附及催化材料。总结了同位素分离及标记的最新进展,分析了核心材料的发展现状与性能强化方法,并对轻同位素分离纯化及标记方面的挑战和发展趋势进行了展望。

关键词：同位素分离量子效应吸附剂同位素标记多孔材料催化剂

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化工装置塔管道的布置与设计

石油化工建设 2024年第5期46卷 77-79页

作者：安宁大连市化工设计院有限公司辽宁大连116000

化工装置塔的布置与设计,是化工生产的关键环节,其设计质量关系着化工生产效率与生产质量。文章主要针对化工装置塔的布置与设计方案进行了深入分析,提出了具有指导性的设计策略,旨在完善化工生产流程、保障化工生产安全。

关键词：化工装置塔管道布置管道设计

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石油焦炭基储钠材料层间距扩大与闭孔研究

新型炭材料（中英文） 2024年第3期39卷 549-560页

作者：庄洪坤李文翠何斌吕家贺王敬松申明远陆安慧大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室辽宁大连116024

石油焦(PC)含碳量高,成本低,是一种有价值的钠离子电池(SIB)负极前驱体。易石墨化石油焦基炭的微晶态和孔隙结构的调控对于产生丰富的Na^(+)存储位点至关重要。本研究采用前驱体转化策略,通过酸氧化引入大量氧官能团,然后使用高温炭化... 详细信息

石油焦(PC)含碳量高,成本低,是一种有价值的钠离子电池(SIB)负极前驱体。易石墨化石油焦基炭的微晶态和孔隙结构的调控对于产生丰富的Na^(+)存储位点至关重要。本研究采用前驱体转化策略,通过酸氧化引入大量氧官能团,然后使用高温炭化分解氧官能团,重新排列碳微晶,从而扩大碳层间距,使石油焦基炭形成丰富的闭孔,大幅提高了平台区Na^(+)的储存能力。优化后的样品在0.02 A g^(-1)下可提供356.0 mAh g^(-1)的可逆容量,其中约93%容量低于1.0 V。恒流间歇滴定技术(GITT)和原位X射线衍射(XRD)表明,低电压平台区钠的储存能力涉及层间插入和闭孔填充过程的共同贡献。本研究提出了一种利用低成本和高芳香性的前驱体开发高性能炭基负极的综合方法。

关键词：钠离子电池石油焦炭负极闭孔钠离子存储