吸热式氮基气氛与钢复杂平衡体系的热力学计算(Ⅰ)

本文用独立组元法对吸热式氮基气氛与碳钢间的多元反应复杂平衡体系在前人简单反应的工作基础上进行了热力学计算,得到了有关的方程式。对体系中各组分在不同温度下的平衡组成和碳势,以及不同氮含量时气氛的碳势进行了计算。计算结果表明,在一定温度下,气氛的碳势随CO_2浓度的增加而减少;在一定CO_2含量时,炉温越高,则气氛的碳势越低。     

热等离子体法裂解碳氢化合物制备炭黑的热力学研究

用Gibbs自由能最小法计算了在不同温度下,不同体系的碳氢化合物裂解的平衡组成。考察了不同压力和温度下,以甲烷、乙烷和苯为原料时系统中主要组分的浓度随反应条件的变化;改变了等离子体工作气的种类,考察了工作气对平衡组分的影响。计算结果表明:低温裂解碳氢化合物有利于生成固体的碳,在很高温度下,体系中仅有气相碳、氢自由基等组成,容易形成纳米碳管和纳米碳球;热裂解时使用氮等离子体将产生大量的毒气,而使用空气等离子体可以适当减少毒气的生成,但是纳米碳球和纳米碳管的产率下降。     

不同甲烷气氛下煤自燃指标气体及活化能研究

针对不同氧浓度下煤自燃特性的研究大多只考虑不同氧氮比气氛,而对不同甲烷气氛下煤低温氧化规律研究较少的问题,利用程序升温氧化和热重分析实验,对不同甲烷气氛下煤自燃指标气体和活化能进行了研究。结果表明:随着CH_4体积分数的增大,产生CO和CO_2的初始温度显著升高;在煤氧化初始阶段,不同CH_4气氛下CO和CO_2生成量均随着温度的升高而缓慢增加;在煤加速氧化阶段,CO和CO_2生成量随温度的升高呈指数函数形式增加,且CH_4体积分数越低(O_2体积分数越高),CO和CO_2生成量越大,表明温度越高,CH_4对煤氧化的抑制作用越明显;随着CH_4体积分数的增大,煤低温氧化活化能增大、指前因子降低,说明CH_4体积分数的增大对于煤自燃具有较好的抑制作用。     

不同温度下复杂反应体系平衡计算方法的探讨

对多个反应的复杂体系,难于导出体系中各物种的平衡组成随温度变化的函数关系式,我们采取的方法是在计算一定条件下复杂反应体系平衡组成程序外嵌套温度循环,对不同温度逐点进行计算,进而绘制出平衡温度随温度变化的关系曲线。此方法可用于大部分复杂反应体系不同温度下平衡组成的计算,具有通用性的特点。该方法成败的关键是运用较好的计算平衡组成的方法以及温度循环步长的选定。     

甲烷部分氧化合成燃气过程能量耦合工艺的研究

从反应温度、压力和进料量(CH_4、CO_2、H_2O和O_2)等6个变量中固定任意5个,优化剩下的一个变量的方案,研究甲烷部分氧化合成燃气含水蒸气、二氧化碳重整的能量耦合工艺(即平衡时体系的热效应为零)。建立为能量耦合的双层优化模型,即内层通过求解吉布斯自由能的最低限度得到平衡组成;外层通过改变进料组成实现体系的能量耦合。结果表明:0．1 MPa下反应体系的最佳操作温度范围为1 050～1 150 K;固定其他条件,总可通过优化O_2的量使反应体系实现能量耦合,且平衡时加入的O_2可以反应完全;平衡组分中H_2/CO比值主要取决于进料中H_2O/CO_2比值,与O_2量关系不大;另外还得出了能量耦合时变量间的关系和消炭条件。石英管反应器的热中性温度下的实验结果与本文计算结果基本一致。     

二氧化锡薄膜气敏传感器对常见室内污染气体的 电阻2温度特性及机理分析

采用无机试剂(SnCl2·2H2O)为原料,用溶胶-凝胶提拉法制备了二氧化锡薄膜及相应的气敏传感器,并研究了二氧化锡薄膜气敏传感器在常见室内污染气体气氛中的电阻-温度变化关系.结果发现不同气氛下电阻-温度特性各不相同,由此可以获得被测气体的相关信息.本文还用分子轨道计算软件对四种室内污染气体的分子轨道进行了计算,并根据分子轨道能级的相对位置定性解释了二氧化锡薄膜气敏传感器在不同气氛中的电阻-温度曲线.通过对甲醛、苯、甲苯、二甲苯四种气体电阻-温度曲线的测试可以确定被测气体的种类.     

Pitzer 模型在Na+//Cl-,SO24——H2O体系中多温适用性研究

不同温度下的Na+//Cl-,SO2-4,H2O体系液固平衡是芒硝和盐生产过程重要的理论基础,其应用方面的研究工作进行得较多,而多温下热力学的研究尚未见报道.本文采用Pizter离子相互作用模型理论,建立了上述体系热力学模型;利用该模型对上述体系在不同温度下的溶解度进行了预测,并与实验数据对比,研究了Pizter离子相互作用模型理论对于本体系多温情况的适用性.本文利用Pizter理论中的温度系数以及不同温度下该体系的溶解度实验数据,通过Matlab优化函数获得不同温度下各盐的活度积和两离子、三离子混合作用参数,并利用Matlab非线性方程求解函数,预测该体系0-150℃范围内的液固平衡数据,并与实验数据对比.研究结果表明Pizter模型的多温适用性良好,预测结果与实验数据基本一致,对生产实践有一定指导意义.     

优化变结构径向基函数网络研究及其在MDEA水溶液CO2吸收能力预测中的应用

CO_2排放导致的全球气候变化日益受到关注,通过技术手段解决温室效益被广泛讨论。MDEA溶液吸收烟气中CO_2是1种传统有效的减排技术。因此,在工程设计、操作和优化中,MDEA溶液在不同条件下CO_2吸收能力的预测至关重要。本文提出新型可逆跳跃马尔可夫-蒙特卡洛法优化的变结构径向基函数网络模型。并用该模型关联文献中的CO_2-MDEA-H_2O体系在压力0.1～4559.5 kPa和温度298～393 K之间的气液平衡数据。经随机抽取的8组数据验证,模型推算结果与实验数据十分接近.该模型精度可满足工程设计要求。     

洞庭湖区不同耕种方式下水稻土壤有机碳、全氮和全磷含量状况

在洞庭湖区的2km2典型样区内,按3个/hm2的密度采集土样,分析不同耕种方式下(水稻、水旱轮作油菜、水改旱种苎麻1~5年)水稻土壤的有机碳、全氮和全磷含量状况。结果表明,水稻田土壤有机碳、全氮和全磷含量水平均较高,水田改为旱地后土壤有机碳、全氮含量及C/N比值有较大幅度的下降,但全磷含量变化不大。土壤有机碳、全氮及C/N比值均以水稻田土壤>油菜地土壤>苎麻地土壤,与水稻田相比,油菜土壤有机碳平均下降了11.19%、全氮下降了10.33%,而苎麻土壤有机碳平均下降了35.57%、全氮下降了31.61%。土壤有机碳与全氮之间呈线性关系,相关性均达极显著水平(P<0.01)。     

超临界二氧化碳与异丁醇二元体系气液相互溶解度模型的研究

采用可变体积可视观察法测量装置,测定CO_2与异丁醇在40℃-80℃温度范围和不同压力下的平衡数据。研究高压状态下CO_2在液相中的溶解度和异丁醇在气相中的溶解度模型,以改进亨利定律和Chrastil半经验溶解度方程,提出适合于高压下CO_2与异丁醇二元体系的相互溶解度模型,其中CO_2在液相中的溶解度可用4次多项式模型关联,其形式为:P_(CO_2)=A+B_1·x~(CO_2)+B_2·x_(CO_2)~2+B_3·x_(CO_2)~3+B_4·x_(CO_2)~4。异丁醇在CO_2中的溶解度可用改进的Chrastil半经验溶解度方程模拟,其形式为C=p~k·exp(α/T)+b。结果:所提出的气相溶解度方程和液相溶解度方程与试验数据非常吻合,拟合相关系数和精度较高。     

计算机辅助研究高温冶金的热力学行为——Ⅱ.用PSTP系统研究“SKS”法处理含砷金硫精矿的热力学行为

本文以水口山的铅精矿和硫精矿的混合矿为原料,用我们现有的工程化学数据库(ECDB)及新建立的高温冶金过程热力学程序系统(PSTP),对“SKS”法处理含砷金硫精矿的冶金过程进行了热力学研究。通过计算,研究了各相组成尤其是砷分布受各种参数如氧化气氛、渣型、富氧量、温度及还原气氛等的影响,从而给出了最佳原料配比、最佳操作条件及其结果。 1.铅精矿与硫精矿的最佳配比为1:1;2.氧化段:温度1050℃,SiO_2:FeO:CaO=1:1.47:0.10,氧气平衡分压0.10 atm,富氧量O_2/Air=1.5。每吨混合物料供纯氧气0.558 m~3,空气0.372 m~3;3.还原段:温度1050℃;P(CO)/P(CO_2)=1.0,加入还原剂碳46.745kg,鼓入空气0.196 m~3;4.进料中84.81％Pb,7.57％Fe被还原,金、银全部进入金属铅液相,整个过程中挥发到气相的砷占其总量的21.81％,渣相固砷率达到78.19％。     

改进精馏塔模型用于空分塔模拟计算

在传统的机理模型（三对角矩阵法中的泡点法）基础上,将体系压力（P）,平衡液相组成（x1,x2,x3)为输入节点;体系温度（T）,平衡汽相氮组成（y1)及氩、氧的相平衡常数（k2,k3)为输出节点的神经网络液体空气汽液平衡计算模型,取代三对角矩阵法中泡点计算,从而建立精馏塔模型,改进模型用于空分塔的模拟计算,不仅计算速度快,计算结果与机理模型结果非常接近,且符合设计要求,对实现产品质量的在线监控具有一定的指导意义。     

有机肥对棕壤不同粒级有机碳和氮的影响

采集棕壤长期肥料定位试验站不施肥和施用不同用量有机肥的土壤,通过超声波分散-离心分离得到细黏粒(<0.2μm)、粗黏粒(0.2～2μm)、粉粒(2～53μm)、细砂粒(53～250μm)和粗砂粒(250～2000μm)5个颗粒级别后,分析全土及不同粒级中土壤有机碳和氮并进行含量与分布的比较.结果表明,有机质主要分布于黏粒级中,其含量占全土有机碳的42.8%、全氮的58.3%,碳氮比随着粒级的增加而逐渐增大,表明氮易于在小粒级中富集.长期施用有机肥后,全土及各粒级有机碳和氮含最均有显著增加;砂粒级中有机碳和氮的富集系数升高,黏粒级中富集系数降低,粉粒级和砂粒级中的碳氮比降低.增加有机肥的用量加强了全土和各粒级对有机碳和氮的积累,同时加强了粉粒级和砂粒级碳氮比降低的程度.     

催化裂化装置再生烟气析碳反应的热力学模拟计算

采用吉布斯自由能热力学平衡算法,建立了催化裂化装置烟气析碳反应模型,该模型验证了析碳发生的可能性,其计算结果与生产实际相吻合。结合典型实际生产工况,利用该模型分别考察了烟气温度、压力、空气配比、水蒸气配比和氧气含量等对烟气碳析模型中析碳量的影响。计算结果表明:烟气温度300℃～550℃容易发生析碳,增大空气配比可以显著减弱析碳反应的发生,烟气压力在0MPa～0.32MPa、水蒸汽含量在0wt%～8wt%范围内对于析碳无显著影响。     

利用Aspen Plus计算和预测物质的溶解度

利用Aspen Plus计算和预测固体、液体和气体物质的溶解度。固体物质溶解度计算利用Mixer+Heater模块,液体溶解度计算利用Decanter模块,气体溶解度计算利用Flash2模块,并利用Sensitivity模块进行灵敏度分析,可得到固体和液体在不同温度下以及气体在不同温度和不同压力下的溶解度。以KCl、NaNO_3和NH_4Cl为例,计算不同温度下固体物质在水中的溶解度,计算值与文献值的平均相对偏差分别为0.47%、0.65%和0.26%:液体物质以苯为例,计算其不同温度下在水中的溶解度,计算值与文献值吻合良好:气体物质以CO_2为例,计算其在不同温度和不同压力下水中溶解度,计算结果均与文献值吻合较好。案例研究的结果表明本文建立的固体、液体和气体物质的溶解度计算方法均是可靠的,对于物性手册和文献中查不到的溶解度数值,可以通过本文提出的方法进行计算和预测,计算结果可为工业生产提供科学可靠的数据。     

吸附强化乙醇水蒸气重整制氢工艺分析

以CaO为吸附剂,利用Aspen Plus对吸附强化乙醇水蒸气重整制氢工艺进行了模拟,结果显示,当乙醇进料量为100kmol/h,水醇比为6,CaO进料量为200 kmol/h,反应温度和压力分别为500℃、1 atm时,所得产品气中H_2量为579.19 kmol/h,CO_2和CO量均小于0.001 kmol/h,氢气摩尔含量达99.1%,CH_4摩尔含量小于1%,模拟结果与文献实验值吻合较好。在此基础上,对CO_2吸附强化前后效果进行了讨论,结果表明,经吸附强化后的乙醇水蒸气重整工艺较传统工艺所得重整气中H2含量提高116%,CH_4、CO_2和CO等摩尔含量降低至接近于零。讨论了重整反应温度、水醇比及CaO用量对产品气组成影响,得出,吸附强化使得重整反应可在较低温度条件下进行,减少了能源消耗;当水醇比为8,CaO量与乙醇进料量之比为2时,CH_4、CO_2和CO含量趋近于零,H_2含量接近于1。分析了不同水醇比下该工艺所需外加水量,得出,在较高的水醇比条件下,外加水量占重整反应器进料水量的比例较低,而循环水占有较大比例。     

Pitzer模型在Na^＋／/CI^-，SO4^-2 -H2O体系中多温适用性研究

不同温度下的Na^＋//CI^-，SO4-^2，H2O体系液固平衡是芒硝和盐生产过程重要的理论基础，其应用方面的研究工作进行得较多，而多温下热力学的研究尚未见报道。本文采用Pizter离子相互作用模型理论，建立了上述体系热力学模型；利用该模型对上述体系在不同温度下的溶解度进行了预测，并与实验数据对比，研究了Pizter离子相互作用模型理论对于本体系多温情况的适用性。本文利用Pizter理论中的温度系数以及不同温度下该体系的溶解度实验数据，通过Matlab优化函数获得不同温度下各盐的活度积和两离子、三离子混合作用参数，并利用Matlab非线性方程求解函数，预测该体系0-150℃范围内的液固平衡数据，并与实验数据对比。研究结果表明Pizter模型的多温适用性良好，预测结果与实验数据基本一致，对生产实践有一定指导意义。     

Pitzer模型在Na~ //Cl~-,SO_4~(2-)-H_2O体系中多温适用性研究

不同温度下的Na //Cl-,SO42-,H2O体系液固平衡是芒硝和盐生产过程重要的理论基础,其应用方面的研究工作进行得较多,而多温下热力学的研究尚未见报道。本文采用Pizter离子相互作用模型理论,建立了上述体系热力学模型;利用该模型对上述体系在不同温度下的溶解度进行了预测,并与实验数据对比,研究了Pizter离子相互作用模型理论对于本体系多温情况的适用性。本文利用Pizter理论中的温度系数以及不同温度下该体系的溶解度实验数据,通过Matlab优化函数获得不同温度下各盐的活度积和两离子、三离子混合作用参数,并利用Matlab非线性方程求解函数,预测该体系0-150℃范围内的液固平衡数据,并与实验数据对比。研究结果表明Pizter模型的多温适用性良好,预测结果与实验数据基本一致,对生产实践有一定指导意义。     

氧气对NOx传感器气敏特性的影响

实验采用丝网印刷技术制作了以钇稳定氧化锆固体电解质(YSZ)为固体电解质、NiO为敏感电极和Pt为参考电极的混合电位型NOx传感器,并在高温(450～750 ℃)含NO和O2气氛中测试其气敏性能.测试结果显示该传感器在450～500 ℃和550～750 ℃时分别表现为电势幅值随温度升高而减小的正电势和负电势;同一NO浓度下,电势和半圆弧型阻抗谱只是随着O2含量在一定范围内的增大而分别增大和缩小.考虑到O2会把NO氧化成NO2,同时结合对传感器的理化性能、响应电势和阻抗谱及工作机理的的分析,研究了O2对NOx传感器气敏性能的影响.     

不同水氮措施对芹菜-白菜轮作体系中氮素利用与土壤NO3--N残留的影响

在宁夏引黄灌区灌淤土设置田间试验,研究不同水氮措施对芹菜-白菜轮作体系中的氮素利用与平衡的影响,结果表明:节水灌溉的W2N3(推荐施氮)处理与传统灌溉(W1N3)(推荐施氮)的处理相比,芹菜的产量、吸氮量分别高12.2%、14.7%,白菜的产量、吸氮量分别高22.4%、4.4%。在氮素平衡方面,推荐施氮处理氮素损失比传统施氮损失分别低53kghm-2(传统灌溉)、30kghm-2(节水灌溉)。节水条件下推荐施氮处理的土壤剖面上的无机氮残留浓度,减少量分别达到3～13kghm-2。节水灌溉下与传统灌溉相比,节水灌溉的土壤残留硝态氮的含量均比传统灌溉低,而且主要分布在0～60cm表层,推荐施氮量的土壤残留硝态氮的含量又比习惯施氮量低。