Simulation of Multi-component Multi-stage Separation Process--An Improved Algorithm and Application

This paper presents a flexible model and a robust algorithm for simulation of multi-stage multi-component separation processes in which multiple feeds, side streams, strippers and/or side heat exchangers are involved. The improved algorithm effectively accelerates the speed of convergence and offers better stability by introducing a damping factor for updating the stripping factor, and also reduces the requirement on the initial estimates by updating the Joacobian matrix directly with the stripping factor and enthalpy. On the other hand, an efficient algorithm was proposed to solve the approximate tri-diagonal matrix (containing the off-band elements) derived from the material balance equations (M equations) and phase equilibrium equations (E equations), the advantages and simplicity of the "inside-out" technique of the Russell are retained. The present algorithm was demonstrated to be effective in simulating complex separation columns with typical case studies.     

离子液体在稀土萃取分离中的应用

稀土元素萃取分离是获得高纯单一稀土的关键步骤之一,开发对稀土元素具有高效分离能力的新材料和新过程是全球科技工作者研究的热点。离子液体作为一类代表性的新材料,因具有不挥发、不易燃、稳定性好、结构性质可调等独特的物理化学性质,近年来在稀土元素萃取分离领域的应用受到广泛关注。在稀土元素萃取分离过程中,离子液体不仅可用作萃取剂,也可作为稀释剂、协萃剂或同时作为萃取剂和稀释剂。系统评述了离子液体在稀土元素萃取分离中的研究进展,对非功能化离子液体和功能化离子液体在稀土元素萃取分离中的萃取行为和萃取机理进行了分析。同时,对该领域的发展所面临的主要问题和进一步的研究工作进行了探讨。     

工程与科学密不可分

工程在传统的概念上,体现在技术实施上。因此,在“过程工程”的研究背景下,“工程”一词似乎主要体现为把科学理论的原始创新和发现,转化为能服务于人类的装置、工艺和过程。但是,看到我们期刊的名称《工程研究》,我更想表达的是：“工程研究与工程科学一跨学科、跨尺度的科学与工程技术的高度融合”。     

水/N-甲基吡咯啉酮/聚砜铸膜体系热力学相平衡的数值模拟

基于Flory-Huggins理论,考虑组分间的二元相互作用参数而忽略三元相互作用参数的影响,推导了水／N-甲基吡咯啉酮／聚砜铸膜体系的热力学模型。采用Lagrange乘子法将该模型转化为无约束非线性优化问题,通过单纯形法对该类无约束非线性优化问题进行了求解。计算并得到了水／N-甲基吡咯啉酮／聚砜体系在常压及23℃下的连结线和双结点曲线。结果表明,联合Lagrange乘子法和单纯形算法能较好地用于聚合物铸膜体系的热力学模型研究,及对有约束非线性优化问题的求解,本文的研究结果为该类体系相平衡研究以及有关非对称膜制备的理论研究提供了基础依据。     

SrFe_(0.6)Cu_(0.3)Ti_(0.1)O_(3-δ)透氧膜反应器中甲烷部分氧化反应工艺及膜稳定性考察

采用SrFe0.6Cu0.3Ti0.1O3?δ混合导体透氧膜组装成膜催化反应器,进行甲烷部分氧化制合成气反应,考察了反应温度、空速、催化剂粒径等条件的影响,并分析了反应气氛引起的透氧膜结构变化情况。结果表明,在膜反应器内,催化反应与透氧过程存在相互制约和相互促进的关系。在膜反应器内进行甲烷部分氧化反应后,透氧膜的两侧表面均发生蚀刻现象,结晶度显著降低,反应侧蚀刻现象较为严重,膜表面形成了疏松的多孔层,反应气氛使膜表面晶体结构发生了较大改变,Sr容易从钙钛矿结构中析出并与CO2结合形成SrCO3,Sr的析出导致组成不平衡,促进了钙钛矿结构分解及其他物相的产生。     

丁二烯抽提工艺中离子液体添加剂的筛选及分离性能

提出以离子液体为第三组分的丁二烯抽提新工艺,通过考察不同结构的离子液体对C4组分在复合萃取剂中相对挥发度的影响,并结合量化计算的方法,研究了该工艺中萃取剂和第三组分与C4组分的相互作用机理,从而优选出适用于该工艺的离子液体添加剂[Emim][PF6]。另外研究了该离子液体在工业条件下对C4组分分离性能的影响,并对改进前后的工艺进行全流程模拟计算。结果表明:与现有乙腈法相比,离子液体的加入有利于提高C4在新型萃取剂中的相对挥发度,具有很好的分离效果。含离子液体的新工艺可使能耗降低约6.62%,乙腈消耗量降低约24%,而且离子液体能够回收利用,回收率高达98%(质量分数)以上,因此基于离子液体的乙腈法抽提丁二烯新技术具有很好的工业应用前景。     

离子液体物理化学性质数据库及QSPR分析

收集了1984~2004年文献中报道的有关离子液体物理性质的数据,建立了离子液体物理性质数据库. 数据库共包含600多种离子液体,约3500条数据. 基于这些数据,进行了离子液体定量结构-性质相关性(QSPR)的研究,对两种常见体系(双取代咪唑四氟硼酸盐和双取代咪唑六氟磷酸盐)的熔点进行了关联和预测. 研究结果对离子液体的设计与应用具有指导意义.     

离子液体法再生纤维素纤维制造技术及发展趋势

首先概述了再生纤维素纤维制造技术的发展历史,总结了以天然纤维素为原料的黏胶纤维、Lyocell纤维和离子液体纤维（Ioncell）及其技术发展现状。重点介绍了这三种再生纤维素纤维的性能、应用领域及市场前景,并比较了其生产工艺,包括纺丝原液的制备、纺丝工艺、溶剂回收等。与黏胶纤维相比,Lyocell 纤维和Ioncell纤维在溶解纤维素及干喷湿纺纺丝方面具有独特的优势。进一步对该类技术的重点和难点,如纺丝原液的连续制备和溶剂的高效回收进行了分析。与Lyocell纤维使用的NMMO溶剂相比,Ioncell纤维使用的离子液体具有离子液体可设计等优点,可根据纤维素原料的不同来源,设计合成对纤维素具有更好的溶解能力而无降解特征且环境友好的离子液体溶剂,同时对温度、金属离子具有很好的稳定性,为发展新一代纤维素绿色制造技术提供了新途径。另外,对Ioncell纤维存在的问题也进行了详细的分析,提出了未来拟开展的重点研究方向和拟解决的关键难题。     

微颗粒实时在线监测仪在固液体系测量中的应用

使用自研的微颗粒实时在线监测仪对微颗粒在液相中的悬浮和沉降过程进行了在线定量测量研究。首先,通过与商用离线仪器Multisizer 4e的对比验证了自研的微颗粒监测仪实时、在线测量的可靠性。然后,选用了标准物质乳胶微球、Al₂O₃和 ZrO₂三种密度不同的百微米量级的微颗粒,对磁力搅拌器中稳定转速下的悬浮特性以及搅拌停止后颗粒的重力沉降过程进行实时在线观测,得到了这两种情形下测量点的颗粒浓度和粒度分布信息。实验结果表明,即使搅拌速度超过临界悬浮转速,搅拌容器中的Al₂O₃颗粒仍存在不同程度的非均匀分布状态,呈现出一定的浓度和粒度分布。在重力沉降的瞬变过程中,固体颗粒的粒径和密度在固液两相分离的过程中有着显著的作用。     

尿素流程高压洗涤器的模拟计算及分析

基于严格的热力学机理模型 ,对尿素工艺流程中高压洗涤器中下两段分别建立了平衡级模型 ,通过迭代求解两个模块 ,使连接两模块的中间流股收敛 ,完成了对整个洗涤器的模拟计算 ,计算结果同设计值吻合较好。针对该体系的强非理想性及数学模型的强非线性 ,提出可行的求解策略 ,算法稳定且收敛性较好。该研究为改造、优化工艺操作及单元设备结构提供了理论依据