采用离散元方法(DEM)研究了粗颗粒的混入对移动床中空腔的抑制效应。结果表明,向移动床中混入粗颗粒能够抑制空腔的形成,尤其是在粗颗粒的壁面摩擦系数较小的情况下。为了进一步强化混入的粗颗粒对空腔的抑制效应,在粗颗粒与细颗粒的壁面摩擦系数相同时,应将粗颗粒分散在床层中,而对于粗颗粒壁面摩擦系数远小于细颗粒壁面摩擦系数的情况,应将其集中在壁面附近。
对带三层组合搅拌桨的羰基合成反应器进行计算流体力学(CFD)模拟,对比分析了反应器放大前后及底层桨优化前后反应器内流场、气含率分布和搅拌功率等参数的变化规律,研究反应器的放大及桨型优化效果。模拟结果表明,当釜径从4 600 mm放大到5 200 mm时,反应器内流场分布和气含率分布与放大前相似,具有相近的混合效果,说明放大后的搅拌桨能达到预定的效果,所选用的放大准则是合理的。采用新弯叶径向流搅拌桨替换底层直叶径向流桨后,发现该搅拌桨不仅具有更好的搅拌混合效果,而且搅拌功率较直叶桨搅拌功率降低了约51%。
利用搭建的湍球塔实验装置,考察了操作气速、静床高度、喷淋液量、支承网开孔率和湍球直径等参数对湍球塔床层压降和液相含率的影响特性;运用因次分析π定理和偏最小二乘法,得到了液相含率的回归模型。引入前人Gel和V-Noakovic模型,并基于文献实验数据对各模型预测效果作了对比分析。结果表明,偏最小二乘法处理小容量液相含率样本和自变量强相关问题行之有效,用液相含率新模型预测两组文献实验数据的均方百分比误差分别为2.5%和3.1%,预测的精确度优于Gel和V-Noakovic模型,且新模型适用范围更大。偏最小二乘法用于湍球塔床层液相含率预测建模切实可行。
在确定呈指数形式的平衡催化剂年龄概率密度函数的基础上,考虑催化剂存在活性强度分布,提出金属污染呈现均匀和非均匀两种污染机制。经催化剂失活动力学方程推导,确定了呈两种金属污染机制的V,Ni,Fe和Na金属沉积量影响的平衡裂化催化剂活性或微反活性模型方程。用工业平衡催化剂活性数据进行模型参数估值,确定了金属污染的催化剂失活模型参数。研究结果表明,呈非均匀金属污染的平衡催化剂活性模型具有较高模拟计算精度,沉积金属先污染强活性中心,后污染弱活性中心。V沉积对催化剂活性的影响最大,其次是Ni和Fe,Na的影响最小。模型预测结果显示,平衡催化剂活性或微反活性随着V,Ni和Fe沉积量增加显著降低,随着Na沉积量增加有所降低。
采用乙炔顺序加氢的反应机理,利用已报道的密度泛函理论(DFT)计算结果进行了乙炔加氢反应的微观反应动力学模拟,所得的乙炔加氢反应动力学具有共同的特征。利用实验获得的Pd/α-Al2O3催化乙炔加氢反应动力学数据,对上述DFT数据进行校验,发现经过不超过0.1 eV的调整,微观反应动力学模拟结果与实验结果符合很好,说明DFT数据是良好的微观反应动力学参数来源。利用优化后的动力学参数模拟了工业生产范围内的动力学,获得了速率控制步骤和表面物种等信息,可为双曲动力学模型的建立提供参考。
基于Curran反应机理,采用Chemkin软件对贫氧条件下的焦炉气非催化部分氧化过程进行了模拟,并考察了反应温度、反应压力和氧气与焦炉气物质的量之比对焦炉气非催化部分氧化制合成气反应的影响。结果表明:该模型能较好地模拟工业操作条件下的焦炉气非催化部分氧化反应;焦炉气非催化部分氧化动力学时间尺度为毫秒级;反应温度越高,动力学时间越短,当温度提高至1 373 K后,动力学时间未见明显缩短;反应压力越大,动力学时间越短,当压力提高至3.0 MPa后,动力学时间未见明显缩短;氧气和焦炉气物质的量之比越大,动力学时间越短,但得到的合成气摩尔分数以及H2和CO物质的量之比也相应降低;当氧气和焦炉气物质的量之比增大至0.262后,合成气中H2和CO物质的量之比维持在2.0~2.5。
以脱脂油棕果渣为研究对象,考察了不同亚临界水降解条件对其降解过程的影响,测定了160~220 ℃不同反应时间降解产物中还原糖的含量。采用Saeman模型对实验数据进行模拟,建立油棕果渣亚临界水降解反应动力学方程,得到亚临界水降解动力学参数。结果表明,降解温度对降解目标产物有显著的影响,油棕果渣初步降解的反应活化能为49.48 kJ/mol,还原糖降解活化能为62.68 kJ/mol,该降解过程在180 ℃下反应30 min能得到稳定的高含量的还原糖产品。
采用氮气吸附脱附技术、扫描电镜(SEM)、程序升温脱附-质谱联用(TPD-MS)、程序升温氧化-质谱联用(TPO-MS)和热重分析仪(TG)等对新鲜及反应800 h后的乙炔氢氯化低固汞催化剂进行了表征及失活机理分析。结果表明,反应后的低固汞催化剂的HgCl2的流失仅为1.6%,积炭量为13.5%,并测得含硫化合物,说明硫中毒和积炭是催化剂失活的主要原因。
在水溶液中,电还原CO2制取CO时,电极易中毒失活,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对反应前后的电极材料进行检测,研究CO2在KHCO3水溶液中发生电化学还原反应时,Au电极失活原因及电极材料活性降低对反应过程的影响。结果表明,电极表面吸附了一层黑色有害物质。这层黑色有害物质大部分是石墨碳,并有微量的铁和锌。采用塔菲尔曲线、电化学阻抗(EIS)、线性扫描曲线、恒电位电解和气相色谱法等研究了有害物质对CO2电还原反应动力学过程的影响,发现随着反应的进行,生成CO的平衡电位负移,电荷转移电阻增大,交换电流密度变小,产物CO的电流效率迅速降低。说明电极表面附着的有害物质使电极材料活性降低,阻碍了CO2电还原反应的进行。
采用茂金属催化体系Ph2C(Cp-9-Flu)ZrCl2/C6H5NH(CH3)2B(C6F5)4/Al(iBu)3催化1-癸烯聚合,考察了催化剂浓度、Al和Zr以及有机硼化物和Zr物质的量之比、反应温度和反应时间等工艺条件对产物的影响,并采用核磁共振对其产物与1-癸烯在Ph2C(Cp-9-Flu)ZrCl2/MAO催化下聚合产物的结构进行了分析比较。结果表明:在Zr和1-癸烯物质的量之比为10×10-5,硼化物和Zr物质的量之比为1.5,Al和Zr物质的量之比为100,反应温度为60 ℃的条件下,反应时间120 min,1-癸烯的转化率为93.6%,运动黏度(100 ℃)为3 684 mm2/s,黏度指数为367,数均分子量为2.9×104,分子量分布为1.85;聚合时单体主要进行1,2插入,产生亚乙烯基端基。
在纳米mordenite(MOR)分子筛的制备基础上,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为介孔模板剂,一步水热晶化合成了具有微-介孔结构的纳米梯级孔MOR分子筛,考察了合成条件对MOR分子筛晶粒尺寸和孔结构的影响以及Pt/MOR催化剂催化异丙苯脱烷基的性能。结果表明:在晶化温度130 ℃,晶化时间48 h,水硅比18,碱硅比0.36和转速20 r/min条件下,制备的MOR分子筛晶粒大小约为30.0 nm;在合成体系中引入适量的CTAB可获得纳米梯级孔MOR分子筛,与纳米MOR分子筛相比,其具有较高的介孔面积和介孔体积以及适宜的酸量与酸强度。以纳米梯级孔MOR分子筛为载体制得的Pt/MOR催化剂显示出优异的加氢脱烷基性能。
在无溶剂体系中以大孔树脂NKA吸附固定的褶皱假丝酵母脂肪酶(Candida rugosa lipase)为催化剂,以脂肪酸为酰基供体,酶法合成香茅醇脂肪酸酯。考察了褶皱假丝酵母脂肪酶对酰基供体的选择性,以及反应温度、摇床转速、酶用量、底物比例及微量水添加等对酯化反应的影响,建立了无溶剂中香茅醇酯的酶法合成工艺。研究表明,在酸醇物质的量比为1,摇床转速为200 r/min,固定化酶用量为1 250 U/L,反应温度为50 ℃,微量水添加量为4 μL的条件下,反应10 h,月桂酸香茅酯及油酸香茅酯的转化率分别可达95.6%和87.6%,明显高于在有机溶剂体系中的酯化率。
对包覆改性纳米CaO基CO2吸附剂的反应吸附性能进行研究,分别采用惰性材料MgO和TiO2对纳米CaCO3表面进行包覆改性,并以铝溶胶为黏结剂,通过混合造粒的方法制备改性纳米CaO基CO2吸附剂。在相同的吸附温度(600 ℃)、CO2分压(0.015 MPa)、再生温度(750 ℃)以及N2气氛的条件下,采用热重分析仪(TGA)分别考察了吸附剂的分解温度、吸附速率、吸附容量及循环吸附容量的稳定性。结果表明:MgO和TiO2包覆改性吸附剂的分解温度较未包覆改性的吸附剂分解温度分别提高了20和35 ℃;经过30次循环后,包覆改性的吸附剂的吸附速率和吸附容量均明显大于未改性的吸附剂,其中包覆TiO2改性的吸附剂具有较好的吸附容量稳定性,30次循环后,吸附容量衰减率为34.85%,包覆MgO改性的吸附剂吸附容量衰减率为38.89%,而未经过包覆改性的吸附剂吸附容量衰减率为54.87%。