页岩气压裂返排液膜蒸馏处理

页岩气开采过程中产生的压裂返排液处理难度大是其开采成本较高的主要原因之一。对长宁地区返排液进行了理化指标检测,用PTFE双向拉伸微孔膜搭建了平板型真空膜蒸馏装置,保持真空侧绝对压力为10KPa,探究了雷诺数及料液温度等主要操作条件对膜蒸馏过程的影响。结果表明该PTFE双向拉伸微孔膜蒸馏能有效处理这类页岩气压裂返排液,料液温度对膜通量影响显著。在料液温度335K,流动雷诺数为800的条件下,膜通量能达到30.3kg.m~(-2).h~(-1);产水的电导率均小于20μS.cm~(-1),计算脱盐率大于99.9%,产水COD均小于15mg.L~(-1),去除率达到93%,产水达到一级国标。     

竖直管降膜流动的CFD分析

建立了竖直管降膜流动的二维模型,采用RNG κ-ε湍流模型、VOF模型,对管内的降膜流动进行了CFD研究,得到了稳定前后的液膜、速度分布。研究发现,沿管长方向的流动稳定后,依次分为平稳区、小幅波动区、大幅震荡区,在给定流速下平稳区、波动区膜厚为0.63 mm、0.23~1.5 mm。在平稳区不同位置处液膜流速在膜厚方向变化一致,沿管长有增大趋势,最大速度在膜内,流动稳定后分布变化不大。最后将模拟得到的膜厚与学者数据进行了对比,结果可靠。     

膜生物反应器 CCCF 过程中酵母细胞生长特性研究

渗透汽化膜生物反应器CCCF过程乙醇发酵中酵母细胞的生长表现出五个不同的阶段,即：快速生长期、乙醇抑制期、二次生长期、平衡期和衰亡期。采用摇瓶实验对发酵副产物（主要为有机酸和甘油）的抑制行为进行检测,结果表明随着副产物浓度的增加,抑制作用越来越强,细胞生长表现出较长的迟滞期和较低的细胞浓度。当副产物浓度达到膜生物反应器中发酵后期的浓度时,细胞的比生长速率和得率仅分别为0．061和0．024。     

MnO2@ZIF-8/PES复合催化膜的制备及甲醛催化氧化研究

通过深层渗透法在聚醚砜(PES)微孔膜的孔中原位合成组装了ZIF-8纳米组,进一步将MnO_2与纳米ZIF-8进行复合,构筑了MnO_2@ZIF-8/PES复合催化膜.采用连续渗流过膜的方式,对甲醛水溶液的膜催化氧化降解效果进行了研究.实验结果表明,对浓度为0.2 mmol/L的甲醛溶液,在温度为25℃,渗流流量为0.25 mL/h(对应水力停留时间30 min)的条件下,甲醛的催化降解效率达到72%.温度升高到85℃,降解率可达99%.经过对比,MnO_2@ZIF-8/PES复合催化膜的连续渗流催化效果远优于MnO_2@ZIF-8粉体分散在溶液中的悬浮催化效果.对表观反应速率常数进行了拟合,25℃时其值为0.0194 min~(-1),计算得到反应活化能为19.72 kJ/mol.多次循环实验证明,MnO_2@ZIF-8/PES复合催化膜表现了良好的催化耐久性.     

膨胀管技术中膨胀力的理论计算

结合膨胀管材料的应力-应变试验曲线,考虑管材在膨胀过程中发生的应力强化现象,将膨胀管材看作幂强化模型,并采用单一曲线假设引入中间应力影响系数,将膨胀管在膨胀变形过程中的周向应力和等效应力联系起来,导出了管材膨胀过程中膨胀力的计算公式。应用该公式计算出的膨胀力与试验值和用有限元软件模拟计算出的膨胀力值很接近,其误差在-7.3%～-3.4%之间,验证了公式的合理性。     

F22裂解制TFE工艺本质安全—急冷降温非稳态分析

利用热量动态平衡方程,分别以裂解气、冷却水及气相空间为研究对象,建立四氟乙烯(TFE)裂解气急冷器非稳态数学模型。结果表明在升压阶段,裂解气出口温度短时间迅速降低后保持稳定,急冷器压力经历2036s后缓慢增加到稳压控制压力0.35MPa。稳压阶段,逐渐开启气体出口阀门,并保持最大气体出口流量运行,裂解气出口温度、冷却水温度和急冷器压力出现短时波动后随时间缓慢降低。采用模糊综合评价指数模型对急冷器非稳态过程进行本质安全量化分析,得到急冷器非稳态过程本质安全度曲线图,在升压和稳压初期,急冷器本质安全度分别有最低点和小幅度波动,但总体仍处于较高的水平,稳压阶段较升压阶段更加安全。     

基于多Agent强化学习的危险车辆预警算法

针对目前行人易受到车辆撞击,且缺乏主动保护手段的问题,文中设计了一个包括雷达等模块的智能可穿戴设备来保护行人免受车辆的冲击。在此基础上,提出了基于模糊综合评价的安全智能算法,从行人的角度出发,综合考虑将雷达探测的车辆数据、当地道路交通状况、天气、行人状态等多种影响因素作为评价指标。为提高算法的准确性和适应性,提出了基于BP神经网络和多Agent强化学习的方法赋予模糊综合评价的各指标动态权重。仿真验证结果显示,相较于AHP等取权重方法,该预警算法的警报准确率提高了55%以上;相较单Agent强化学习,该方法学习效率提高了近28倍,说明该智能穿戴设备可以对车辆撞击行人进行有效地预测和警告。     

乙醇发酵膜生物反应器PDMS膜性能衰减问题

对乙醇发酵膜生物反应器中的PDMS-PA膜性能衰减进行了研究,在35 d的发酵过程中,膜对乙醇的分离能力逐渐下降,分离因子从峰值11.02降至1.417,均值为6.01,平均渗透通量为431.5 g/m~2·h。发酵结束后,对膜微观结构进行了分析,发现膜对水的接触角变小,疏水性能降低;通过扫描电镜发现,发酵前后膜支撑层无明显变化,但PDMS分离层略有减薄。并依据发酵前后膜性能衰减问题,讨论了膜寿命评估方法。     

TFE裂解工艺F22汽化节点非稳态本质安全分析

在化工过程中,过程安全分析是非常重要的。然而,在非稳态条件下,过程工艺参数处于变化状态,并且缺乏系统性的本质安全分析方法,更容易产生危险和事故。作者对二氟一氯甲烷（F22）水蒸气稀释裂解中F22汽化非稳态过程进行了本质安全性分析。首先,利用热量动态平衡方程,对F22汽化过程建立了集总参数数学模型,并对模型进行数值计算,得到与实际相吻合的F22汽化操作温度、操作压力以及F22出口气体流量的非稳态时间过程曲线。然后,系统地分析了影响四氟乙烯（TFE）生产过程本质安全的因素,从物质、工艺和设备3个方面建立TFE生产过程本质安全指标体系,并根据相关标准与文献将指标分级并建立隶属函数。将选取的相应指标值和计算所得数据输入MATLAB模糊逻辑工具箱,利用IF-THEN规则建立模糊推理规则,用面积重心法逆模糊化求得各指标的本质安全度。分别运用层次分析法和变权思想的方法计算得出各指标的初始权重和变权权重。最后,计算得出F22汽化非稳态过程的系统本质安全度。结果表明：F22汽化过程达到稳态的时间将近1 000 s,前500 s温度、压力及出口气体量升高迅速,稳态值分别为268.55 K、432.405 kPa和1.085 kg/s;初始时本质安全度0.576 4下降至稳态时的0.574 2,显示该过程在非稳态（如启动）阶段表现出稍高的风险。这种方法和计算结果为该工艺中F22汽化节点相关的安全设计、建设、监控和管理提供参考理论依据。     

PTFE双向拉伸微孔膜蒸馏脱盐实验研究

为了高效生产淡水,同时开发新型膜材料的应用前景,采用PTFE双向拉伸微孔膜搭建真空蒸馏系统,并对NaCl溶液的脱盐性能进行了研究。设计正交实验,过程中保持膜下游恒定的绝对压力9 kPa, 考察了盐浓度0～80 g/L的溶液在进料温度20～60 ℃、进料流量40～160 L/h条件下,该种膜的真空膜蒸馏脱盐性能。实验结果表明,温度变化对膜通量影响最为显著且脱盐率略有变化,随浓度升高膜通量逐渐下降但脱盐率上升,流量增加能一定程度上提高膜通量但对脱盐率没有影响,其中40 g/L的盐溶液在进料流量120 L/h条件下,当进料温度为60 ℃时,膜通量达到18.4 kg/（m²·h）。在各种不同操作条件下产水电导率均小于5 μs/cm,计算脱盐率均超过99.9%,脱盐效果稳定。对真空膜蒸馏脱盐传质过程进行了分析,通过实验结果拟合了该膜的传质系数,发现其随温度线性增加,得出温度是影响膜传质系数的决定性因素,也说明了温度对膜通量的决定性影响。进行极差分析,得到温度是该过程的主要影响因素。进行重复试验证明该膜在实验过程中保持运行稳定,对于浓度低于80 g/L的盐溶液能有效避免膜污染问题。