好氧发酵过程微界面传质耦合模拟分析

微生物好氧发酵过程是一个多相生化反应体系,空气中的氧在气液两相间的传质速率对生化发酵过程有重要影响。而气泡中氧的传递特性是气泡的形态、运动及体系温度、压力和物性综合影响的结果。通过建立两组分空气气泡上升及其氧传质耦合模型,进而采用数值模拟描述好氧发酵体系中微界面体系的强化效果。利用能量耗散理论评价制造微气泡体系的能耗,以获得高性价比的气泡形态和较高的氧利用率。计算结果表明,在预设的工况下,液面高度一定的反应器内,初始半径大于500μm的气泡会在短时间内逸出体系,造成物料浪费;而气泡初始半径小于100μm时,其停留时间、传质效率和氧利用率会显著提升。小气泡的生成需要较大的能耗,需要综合生产成本考虑。在不考虑其他因素影响的情况下,体系中的DO值如果维持在20%～30%,可以获得最大的氧气传质速率。     

塔板上CaCO3结垢速率

在100 mm塔径的筛板塔内,采用加速结垢的方法研究了Ca(OH)2-H2O-CO2-Air体系内4种不同材质的塔板表面上CaCO3的结垢行为,考察了液相浓度、温度、CO2浓度、F因子、时间及材质对结垢速率的影响. 结果表明,塔板上的CaCO3结垢为方解石晶形. 结垢过程可大致分为3个阶段：起始阶段、过渡阶段、稳定阶段. 各因素对结垢速率影响可拟合成方程u=Ae-E/(RT)ca1cb2qcv,lqdv,gte,但第三阶段中t不出现. 实验条件下,CaCO3在筛板上结垢的活化能变化范围为8.01~28.4 kJ/mol,结垢第三阶段的活化能最大,第一阶段最小,整个过程由扩散控制.     

受热降膜Marangoni效应临界状态表征

采用红外热成像技术,研究了水和Na2SO4水溶液受热降膜的Marangoni效应及对降膜流动的影响。发现在降膜的流向和径向都存在热Marangoni效应,但Marangoni数却不能较好地表征Marangoni效应对液膜流动的影响程度。因而引入Marangoni效应影响因子ε。结果表明,ε能较好地表征Marangoni效应对液膜流动的影响程度,且不同溶液受热降膜存在一个近似相同的临界值(εLc)。当εLεLc,降膜流向热Marangoni效应将引起降膜明显的扰动。根据εLc值,可获得临界Marangoni数MaTc,L。     

硅橡胶复合膜用于渗透蒸发的膜传质动力学(Ⅱ)膜内的扩散传质

The pervaporation of organics from dilute aqueous solution through a novel plate composite silicone rubber membrane was investigated. The measured and derived data indicated that the composite membrane possessed very high permeation flux and stable selectivity for dilute organic aqueous solution. Based upon the well- known resistance-in- series model, diffusive mass transfer behavior in membrane was investigated by calculation from the measured data with different skin layer thickness of membranes. The experimental results showed that the diffusive mass transfer coefficient conformed to Arrhenius correlation with temperature and was independent of the flow status. The diffusivities of the given alcohols in membrane had an order of magnitude 10 m-10·s-1 at a wider range of temperature, which is similar to those reported in literatures.     

离子液体与树脂催化合成醋酸正丁酯的动力学比较

以阳离子交换树脂AMBERLYST15和各种离子液体为催化剂,研究了醋酸和正丁醇反应生成醋酸正丁酯的动力学。实验测定了催化剂种类、反应温度和催化剂量对反应速率的影响,并用拟均相模型对实验数据拟合。在实验条件下,发现AMBERLYST15和己内酰胺四氟硼酸盐催化效率很高,表观活化能分别为36.69,37.06kJ/g,指前因子分别为120.0,61.50m3/(g.h)。结果表明,树脂AMBERLYST15和己内酰胺四氟硼酸盐离子液体二类催化反应的活化能相近,指前因子却相差很大,2种催化剂在相同的催化机理下有不同的催化效率。     

合成松油醇的催化剂研究进展

根据催化剂种类的不同,综述了松油醇的各种合成方法及其最新研究进展,包括无机酸催化法、有机酸催化法、固体超强酸催化法、离子交换树脂催化法、分子筛催化法、混合体系催化法、相转移催化法、离子液体催化法及膜催化法等。分析了各方法的优缺点,并对其未来发展方向进行了展望。     

松节油直接水合反应研究

以大孔强酸性阳离子交换树脂Amberlyst 15为催化剂,松节油水合反应,生成主要产物α-松油醇,在此过程,α-蒎烯同时在催化条件下发生异构化反应,生成一些单环萜烯。实验在搅拌釜反应器内分别考察了搅拌速度、催化剂种类、溶剂种类、催化剂质量分数、反应物质量比、温度及反应时间对松节油转化率和α-松油醇收率的影响,确定了最佳反应条件:催化剂质量为物料总质量的15%,m(松节油)∶m(水)∶m(异丙醇)=1∶1∶2,反应温度70℃,反应时间4 h。并以此为反应条件,在中试规模的喷射反应器内进行放大实验,反应4 h后,松节油转化率约为85%,α-松油醇得率约为35%,达到较好反应结果。     

改性聚苯胺膜在CO_2/CH_4分离中的应用研究

合成了一种由N-乙基苯胺和苯胺共聚的高聚物,并制备了其4种掺杂态共聚物膜。实验中在不同压力、不同进料组成下测试了共聚物膜及聚砜膜对CO2/CH4混合气的分离性能。实验结果表明:掺杂态不同对气体的分离性能有很大影响,其中二次掺杂态的分离系数最高,可达70,而去掺杂态的渗透速率最高,CO2可达2.15 GPU[1 GPU=7.501×10-10cm3/(cm2.s.Pa)],CH4达到0.049 GPU,均高于聚砜膜和文献中报道的聚苯胺膜的值,这是由于N-乙基的引入,改变了聚合物链的柔韧性。     

硅基离子液体微颗粒强化气体捕集与转化的研究进展

解决工业过程污染气体的过量排放问题,具有重要的科学和环境意义。离子液体(ILs)作为室温呈液态的绿色溶剂,在气体捕集转化方面具有独特的优势,但天然的高黏度特性严重阻碍了其工业应用。本团队基于多年研究发现,不执拗于大幅降低离子液体的黏度,而顺其自然,通过“微颗粒化”技术,实现离子液体于准静止状态的高效利用,是离子液体适应工业化的有效路径之一。鉴于此,综述了以二氧化硅(SiO₂)为介质的离子液体微颗粒,及其衍生的离子液体纳-微界面反应单元在气体捕集(VOCs和CO₂)和CO₂转化方面的应用研究进展,探讨了微颗粒化离子液体体系较传统体系的特性优势,并分析了离子液体“微颗粒化”的应用前景及工业可行性。     

间歇精馏最优化操作的工业前景

根据国内外在间歇精馏最优化方面的研究成果,阐述最优化技术应用于间歇精馏过程的实际意义,并分别介绍各种间歇精馏优化操作的特性、求解方法以及与常规操作(恒回流比操作和恒塔顶浓度操作)的比较。