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化工学报
中国化工学会 化学工业出版社
化工学报

中国化工学会 化学工业出版社

李静海

月刊

0438-1157

hgxb@cip.com.cn

010-64519485/86/89/90

100011

北京市东城区青年湖南街13号

化工学报/Journal CIESC JorunalCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《化工学报》以促进国内外化工科技发展和学术交流为宗旨，主要刊载化工及相关领域的原创性研究论文，报道有价值的基础数据，扼要报道阶段性研究成果和重要研究工作的最新进展，选载对学科发展起指导作用的综述与专论。栏目包括：热力学；流体力学与传递现象；催化、动力学与反应器；分离工程；过程系统工程；表面与界面工程；生物化学工程与技术；能源和环境工程；材料化学工程与纳米技术；现代化工技术。《化工学报》是我国创刊较早的科技期刊之一，多年来本刊一直保持严谨求实的优良传统，严把稿件质量关。由国内外知名专家组成的学术实力强大的编委会，严格的审稿制度和编校程序，保证了刊物的内容质量和出版质量，保持了国内化工界权威性学术期刊地位。发表文章中国家自然科学基金等重大项目的文章达83％，其中获国家科技进步奖、国家发明奖以及各种省部级以上科技奖励项目所属的文章占有较大比例。《化工学报》是很多国际重要检索系统的源期刊，如美国的《CA》、《EI》，俄罗斯的《文摘杂志》，日本的《科学技术文献速报》等，影响因子、总被引频次、综合评价指标在同类期刊中位于前列。在期刊评比中多次获奖，2006年以来主要获如下奖项：2006 年获第六届全国石油和化工行业优秀期刊一等奖2006－2010 年连续入选“百种中国杰出学术期刊”2006－2010 年连续入选中国科协精品科技期刊工程示范项目B类2007 年论文“用石蜡-CO2超临界流体快速膨胀在流化床中进行细颗粒包覆”获第五届中国科协期刊优秀学术论文奖 2008 年被评为“中国精品科技期刊”2008 年论文“高固气比状态下的粉煤气力输送”被评为“2007年中国百篇最具影响优秀国内学术论文”2008 年论文“固体碱法制备生物柴油及其性能”获第六届中国科协期刊优秀学术论文一等奖2010 年获第二届中国出版政府奖期刊奖提名奖
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    贝叶斯优化方法在需钠弧菌生产1,3-丙二醇中的应用

    黄新烨张冶张书源陈振...
    5039-5046页
    查看更多>>摘要：1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,生物法发酵制备1,3-丙二醇具有操作简便、反应条件温和、副产物少等优点,使用需钠弧菌作为新的工业底盘细胞生产1,3-丙二醇有很好的应用前景.高产菌株的构建过程中优化基因强度组合时,具有单次实验周期长、成本高且体系复杂、非线性强的特点.为了实现对1,3-丙二醇合成途径关键基因强度组合的快速优化,使用了一种以高斯过程回归算法为代理模型,以增益期望为采集函数的贝叶斯优化方法.在每轮迭代中,高斯过程回归算法用于拟合当前数据并预测未知点的概率分布,增益期望函数将概率分布映射到解空间中,选择解空间中最大值对应的点作为下一轮的实验点,实验后进入下一轮迭代.构建高产1,3-丙二醇的需钠弧菌过程中使用贝叶斯优化方法优化关键基因强度组合,在三轮迭代后搜索到了最优的基因强度组合,1,3-丙二醇的产量达到(13.01±0.63)g/L,较第一组实验点中最高值提高了8.32％.

    1,3-丙二醇需钠弧菌贝叶斯优化优化设计生物过程

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    基于分解算法的功热交换网络多目标优化

    林渠成廖祖维
    5047-5055页
    查看更多>>摘要：功热网络设计问题指在流程设计中对变压和换热过程进行耦合优化设计的问题,以此来提高整体系统的能效并降低成本.前人工作中一般采用数学规划法对功热网络建模优化.然而,由于存在变压过程和换热器面积计算的非线性约束,以及换热匹配的二元变量,整体模型往往是一个高度非凸的混合整数非线性规划模型,难以求解.本文提出一种高效的功热网络优化方法.模型中分别用透平压缩机和换热器实现功热网络中轴功和热的交换.求解过程采用分解算法,主问题中用随机算法对关键变量优化,功和热两个子网络问题中用确定性算法求解.目标函数考虑了经济和环境影响.案例测试对比了不同优化目标得到的结果以及多目标Pareto曲线,验证了所提出方法的高效性.

    功热交换网络集成多目标优化遗传算法优化设计

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    质子交换膜燃料电池冷启动堆栈温度预测模型

    张慧颖蔡伟华高明王宇航...
    5056-5064页
    查看更多>>摘要：为了快速准确地预测出质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)在冷启动过程中的启动时长及启动方法的应用效果,提出了以堆栈温度和温度增量分别作为BP(back propagation)神经网络预测目标的堆栈温度实时预测模型,分别为模型T和模型K,并采用四个不同的预测精度评估标准来评估预测结果的准确性.基于文献中三种冷启动工况实验数据对预测模型进行验证,结果表明,模型K的平均相对误差在三种工况下均低于模型T,分别为0.4553、0.9537和1.0844.模型T在早期预测阶段缺乏训练样本,预测结果的堆栈温度变化趋势为零,因而模型K在早期预测阶段具有更大优势.堆栈温度变化趋势预测方法能够为用户当前的PEMFC冷启动实现效果提供参考.

    燃料电池预测神经网络冷启动堆栈温度

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    膜分离捕集燃煤电厂烟气CO2过程优化设计

    李贵贤王可王健孟文亮...
    5065-5077页
    查看更多>>摘要：全球CO2的排放量不断升高,导致气候问题频发."双碳"目标下,如何高效、低成本地捕集燃煤电厂烟气CO2已经成为迫在眉睫的问题.传统的化学吸收法由于能耗高、成本高、溶剂易挥发等问题严重制约了其发展,而膜法碳捕集因为其操作简单、能耗低、环境污染小等优势被认为是最有前景的捕集方式.本文以PI中空纤维膜为分离膜,建立和求解了气体分离膜模型.并以燃煤电厂烟气CO2为捕集目标,利用多岛遗传算法求解了膜分离捕集CO2工艺的不同配置,并优化了分离过程中的关键参数(膜面积、操作压力).结果显示:在二级膜分离工艺中,二级一段膜分离工艺的第一级膜和第二级膜操作压力分别为5.8 bar和7.1 bar,第一级膜和第二级膜的面积分别为448000 m2和180000 m2时,单位捕集成本为27.36 USD/t CO2.与二级二段膜分离以及其他几种传统的CO2捕集方法(MEA法、相变吸收法)相比,二级一段膜分离捕集CO2的捕集成本和能耗均最小.本研究将为CO2捕集实现低能耗和低成本化提供依据.

    二氧化碳捕集膜分离碳减排数值模拟优化设计

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    富油煤(长焰煤)孔隙结构三维表征及渗流模拟

    黄笑乐杨甫韩磊宁星...
    5078-5087页
    查看更多>>摘要：采用X射线CT(computed tomography)成像仪对富油煤(长焰煤)进行了三维表征,建立了统计孔径分布(PSD)的等效孔隙网络模型(PNM),研究了压力梯度和流动方向对渗流过程的影响.结果表明:孔隙、矿物和基质分别占总体积的11.30％、1.03％和87.67％,连通孔隙率为5.13％.孔隙等效半径在3～8μm内的数量占89.23％,平均配位数为2.87,孔隙连通性较差.等效半径小于2μm的喉道数占73％,喉道的等效长度主要分布在10～30μm之间.在相同压力梯度下,三个方向的孔隙压力、渗流速度和流动路径分布不同,表现出各向异性.随着压力梯度的增大,渗流速度逐渐增大,且渗流速度随压力的变化呈现明显的非线性关系.三个方向上的调和平均渗透率为0.1403 mD,这与前人测得的榆神府矿区富油煤渗透率(0.1345 mD)相差在5％以内.

    富油煤多孔介质X射线成像仪三维表征渗透率数值模拟

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    生物油蒸馏残渣与废弃塑料催化共热解协同作用的研究

    王润涛罗泽军王储朱锡锋...
    5088-5097页
    查看更多>>摘要：利用热重分析仪和两段式固定床研究了生物油蒸馏残渣(DR)与废弃塑料(MS)的共热解特性,探索了DR与MS混合比、无催化、原位催化及异位催化对产物分布及液相产物化学组分的影响,以及共热解产物的相对选择性与协同作用.结果表明:随着混合比的增加,液相产率呈现增长趋势;相比于无催化,原位催化、异位催化下液相产物中芳烃相对含量增高、含氧化合物相对含量降低.在原位催化下,DR与MS在脂肪族化合物与含氧化合物上表现出的协同作用与异位催化、无催化相反.对于单环芳烃,DR与MS的协同作用参数值大小关系为:无催化>异位催化>原位催化;对于脂肪烃,在DR:MS=1:1时,无催化、原位与异位催化下的协同作用参数最大,分别为-20.7％、25.2％、-41.2％;对于脂环烃,在DR:MS=2:1时,无催化、原位与异位催化下的协同作用参数最大,分别为184.2％、132.5％、50.0％;对于多环芳烃,DR与MS在不同催化方式下均表现为负协同作用.

    生物油蒸馏残渣废弃塑料固定床共热解催化协同作用

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    污泥双回流-厌氧/好氧/缺氧强化内源反硝化深度脱氮

    高歆婕许载周彭永臻黄雨薇...
    5098-5105页
    查看更多>>摘要：目前,如何经济有效地实现低C/N生活污水深度脱氮仍是污水处理厂面临的一个重大挑战.理论上后置反硝化可以实现深度脱氮效果,但往往由于缺乏外碳源难以同时满足经济高效脱氮.本研究建立的新型污泥双回流-厌氧/好氧/缺氧(AOA)工艺有利于富集培养以Candidatus Competibacter为主的反硝化聚糖菌(DGAOs),能够开发与利用内碳源脱氮.该系统长期处理低C/N(3.2)实际城市生活污水,TIN去除率达91.81％,出水TIN浓度为4.36 mg·L-1.此外,提高第二污泥回流量增加了缺氧区的MLSS同时提升了比内源反硝化速率,是深度氮去除的主要原因.随着去除效果的提升,充分的厌氧环境使得内碳源贮存量升高,脱氮效果呈现正向循环.二沉池底部产生的额外碳源随第二回流引入系统进一步强化脱氮.本研究阐明了污泥双回流-AOA系统节碳脱氮的原理与关键,为低C/N城市污水的脱氮效率提供了一种可行性.

    厌氧曝气污水内源反硝化低C/N强化脱氮

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    10t/d级氢液化装置流程热力分析与优化

    王昊成杨敬瑶董学强郭浩...
    5106-5117页
    查看更多>>摘要：针对10 t/d级氢液化装置研制要求,构建了液氮预冷的连续转化型双压Claude氢液化流程,并开展了氢物性计算方法筛选、连续转化热模型构建以及流程热力设计与参数优化,分析了膨胀机等熵效率、换热器窄点温差以及原料氢沿程阻力等因素对流程参数的影响,给出了不同工况下的流程性能及各关键部件的热力设计参数范围,可为膨胀机、换热器的研制提供设计热力输入参数.该氢液化流程在基础工况下(考虑较恶劣膨胀机运行条件)的最大理论液氢产量12.96 t/d,液氢产品仲氢含量97％;理论总氢液化比功耗为10.50 kWh/kg LH2(不含原料氢增压),对应的流程㶲效率为35.06％;可为连续转化式大型氢膨胀液化装置的研制提供参考.

    氢液化膨胀机热力学过程流程分析

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    电动导排孔隙水对泥-水界面氮释放通量的控制效果研究

    顾鋆鋆黎睿吴兴熠汤显强...
    5118-5127页
    查看更多>>摘要：孔隙水是底泥氮素污染的主要载体和释放源头,对富含氮素的孔隙水予以分离和脱除是控制内源氮释放的潜在方案.以富营养化湖泊底泥为研究对象,采用自制底泥孔隙水电动导排装置,在上覆水深度为20 cm的条件下进行底泥孔隙水电动导排,共设置对照、重力排水(0 V/cm电压梯度)和间歇通电(0.5 V/cm电压梯度,4 h On/4 h Off)3组实验,分析了泥-水界面氮浓度及释放通量的变化特征,监测了孔隙水及底泥中氮形态、pH等理化参数,评估了电动导排孔隙水对泥-水界面氮释放通量的控制效果及影响因素.结果表明:电动导排孔隙水可有效降低泥-水界面的氮释放通量,实验进行632 h后,通电实验组泥-水界面累计DTN释放通量为282.28 mg N/m2,与对照组相比氮释放通量削减95.61％.电动导排孔隙水使阳极孔隙水呈酸性,阴极孔隙水呈碱性,pH的改变促进了底泥中可转化态氮(TTN)的活化,与重力排水相比,电动导排孔隙水后底泥离子交换态氮(IEF-N)去除率由11.11％～12.97％提升至12.59％～22.31％.电动导排孔隙水后底泥总氮脱除量为47015.72 mg/m3,累计能耗为162.38 kWh/m3.

    电动导排电化学沉积物修复氮释放通量孔隙水氮形态

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    PN/A颗粒污泥-固相反硝化组合工艺的菌群功能解析

    张立吴建华崔舒惠严锋...
    5128-5137页
    查看更多>>摘要：为解决部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN/A)反应存在的硝酸盐残留问题,将PN/A颗粒污泥与固相反硝化(SPD)系统相耦合,用于高氨氮废水的连续处理.在逐级提高颗粒污泥自养脱氮效能的基础上,系统考察了石英砂、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)和羟基丁酸戊酸共聚酯(PHBV)三种填料的SPD效能.结果表明,在高水力选择压下,PHBV的反硝化性能最佳,使PN/A-SPD组合工艺的总氮去除率超过了93％,远高于石英砂(83.6％)和PBS(85.8％)的水平.通过高通量测序与功能基因注释可知,固态碳源的溶出水平是影响生物膜菌群多样性的关键因素.其中,在PHBV表面占据主导的水解菌Clostridium-sensu-stricto-7与Comamonadaceae等反硝化菌形成了稳定的协作关系,在有效洗脱自养脱氮功能菌的同时,显著提升了菌群参与多元素循环的功能潜力.上述发现对于系统优化PN/A-SPD组合工艺,推动其工程化应用具有重要的指导意义.

    自养生物脱氮颗粒污泥固态碳源反硝化菌群功能

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