2016年, 第43卷, 第6期　刊出日期：2016-11-20

  

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化学与化学工程
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  膜结构填料的材料特性对甲醇/异丙醇精馏分离的影响

  翁宁，刘丽英*，丁忠伟

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 1-6. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.06.001

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  以聚偏氟乙烯（PVDF）、聚丙烯（PP）、聚砜（PS）和聚四氟乙烯（PTFE）4种材料作为中空纤维膜结构填料对甲醇与异丙醇混合体系进行精馏分离研究。从塔顶馏出液浓度、等板高度和传质系数三方面比较了4种膜结构填料的优劣，并从膜的材料特性和微观结构角度对结果进一步分析，得出聚偏氟乙烯膜结构填料比较适合于精馏分离甲醇与异丙醇体系的结论。
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  碱性环境中硅胶整体柱的制备

  王伟伟，孙堂强，杨俊佼*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 7-14. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.06.002

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  在碱性环境下以单晶硅粉水解生成的二氧化硅水溶胶为主要硅源、聚乙二醇为致孔剂、正硅酸甲酯为交联剂，通过溶胶-凝胶法制备硅胶整体柱床，经N,N-二甲基甲酰胺浸泡后进行干燥、煅烧，制备了同时具有微米级通孔和纳米级中孔的硅胶整体柱。通过扫描电镜得到硅胶整体柱的骨架和通孔尺寸分别为1.5μm和2μm，经BET脱附测得硅胶整体柱中孔的平均尺寸为15nm，比表面积为523.954m²/g。在正相色谱模式下，用制得的硅胶整体柱对邻苯二甲酸二丁酯、甲苯、苯和苯酚进行色谱分离，得到了较好的分离效果。
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  内置螺旋转子管式光生物反应器的流动特性数值模拟

  黄新雪，关昌峰*，阎华，杨卫民，何立臣

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 15-21. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.06.003

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  提出了在管式光生物反应器（T-PBR）内置螺旋转子以优化其性能的方法。采用两相流模型模拟其流动特性，对内置两叶片螺旋转子、内置低流阻螺旋转子与无内置螺旋转子在旋流数、液相体积传质系数、截面速度云图、液体速度分量及气体速度分量等方面进行模拟比较。结果表明，内置螺旋转子可以增强管内旋流流动，提升气液两相间的传质效率，改善T-PBR的混合性能。最后比较了不同导程两叶片螺旋转子对T-PBR混合-传质性能的影响。
  
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  新型导向立体喷射填料式塔板的流体力学及传质性能研究

  李群生，张苗，程闯，石殷，张来勇，刘玉东*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 22-28. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.06.004

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  设计了一种大通量、高效率的新型导向立体喷射填料式塔板(FJPT)，以空气-水-氧气为物系，在直径为500mm的有机玻璃塔内进行冷模实验，测定其流体力学性能和传质性能，包括干板压降、湿板压降、漏液、雾沫夹带、清液层高度和塔板效率等。由实验数据关联得到干板压降和湿板压降的经验关联式，与现有的新型垂直筛板相比，FJPT压降较低。通过改变板上矩形升气孔大小进行对比实验，得到的结果表明：矩形升气孔越大则塔板压降越低，但影响不明显；矩形升气孔越小，雾沫夹带和漏液率越小，气相负荷上限越高；开孔大小有一个最合适的值使塔板效率最高。
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  肉桂酸在有机溶剂中溶解度的测定与关联

  季文琴，王宝华*，孟庆卿，李萍，杨贝贝，王芳，丁磊

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 29-35. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.06.005

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  使用重量法测量肉桂酸常压下在甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、正丁醇、异丁醇、乙酸甲酯和乙酸乙酯等8种纯溶剂中的溶解度，采用Apelblat方程、van’t Hoff方程、λh方程、 NRTL方程、Uniquac方程和Wilson方程关联肉桂酸在纯溶剂中的溶解度，其中Apelblat 方程的关联效果最好。结果表明，肉桂酸在8种溶剂中溶解度随温度的升高而升高，在乙酸乙酯中溶解度最大。
材料科学与工程
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  成型加工工艺条件对蒙脱土在聚丙烯基体中分散的影响

  刘程林，杨卫民，焦志伟*，李长金

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 36-41. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 06. 006

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  利用自制的微纳层叠挤出成型设备在不同螺杆转速工艺条件下制备了聚丙烯(PP) / 蒙脱土(MMT)纳米复合材料。通过电子扫描显微镜(SEM)、广角X 射线衍射(WAXD)、透射电子显微镜(TEM)和万能拉伸试验机对不同螺杆转速下的试样进行了结构与性能的测试与分析。结果表明,改变成型工艺条件中的螺杆转速会影响MMT在PP 基体中的分散和力学性能,但是作用效果不明显;适当提高螺杆转速在一定程度上可提高MMT 层间距,但过高的螺杆转速反而会造成MMT 层间距变小。
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  三螺杆直接挤出制备 PP/ PA66 原位微纤复合材料的工艺研究

  黄英，何亚东，姜李龙， 杨昆晓， 信春玲*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 42-47. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 06. 007

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  利用三角形排列三螺杆挤出机(TTSE)低温原位拉伸直接挤出制备了聚丙烯/ 聚己二酰己二胺(PP/ PA66)原位微纤复合材料,用响应曲面分析法(RSM)研究了工艺参数如PA66 含量、加工温度、剪切速率和喂料量对原位微纤复合材料微纤直径和长径比的影响。研究结果表明:加工工艺条件对PP/ PA66 微纤复合材料中的纤维直径和长径比影响很大,其中影响纤维长径比最显著的工艺参数是加工温度,其次是PA66 含量;当加工温度为245 ℃,PA66 质量分数为27%时,实验得到的PA66 微纤直径在2 ~5 μm 之间,最大长径比接近210,且最优工艺下微纤长径比的实际值与理论值偏差为3.84%,说明该分析方法较为可靠。
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  聚磷酸铵与季戊四醇协效成炭及其对防火涂料性能的影响

  王朋，黄良超，张军营，程珏，史翎*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 48-55. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 06. 008

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  通过比较不同质量比的聚磷酸铵(APP)与季戊四醇(PER)混合物的理论热失重曲线和实际热失重曲线的差别,探究了两者之间的协效作用与发生的化学反应。随后以醋丙乳液为基体配制了膨胀型防火涂料,研究了APP 与PER 的质量比对涂料防火性能的影响,结果表明:在混合物热解过程中存在3 个过程,所发生的反应为180 益~320 益时APP 与PER 形成磷酸酯,320 益~550 益时生成的磷酸酯脱水环化,600 益~ 750 益时环状结构炭化形成石墨化片段;当mAPP / mPER为3颐1时,协效作用最佳,生成炭量最多,配制的防火涂料膨胀倍率最大,防火性能最好。

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  长纤维增强PA66 复合材料熔融预浸过程的纤维断裂研究

  金泽宇，信春玲，李莹，闫宝瑞，任峰，何亚东*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 56-62. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 06. 009

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  采用熔融浸渍工艺和自行设计的弯曲流道浸渍模具,对长纤维增强PA66 复合材料熔融浸渍过程中的纤维断裂进行研究,建立了纤维断裂数学模型,并实验验证了模型的可靠性。通过Design-Expert 软件设计实验,采用模型模拟了模具结构对纤维断裂的影响。结果表明:接触区高度差和接触区数目对纤维断裂影响显著,其次为模具的圆角半径和弯曲角度;通过减少接触区高度差以及接触区数目可有效降低纤维断裂率,提高加工过程的稳定性。
生物技术与环境工程
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  皂脚酸化废水的批式厌氧消化处理效果及最佳进料负荷研究

  王凤娇，徐银鸿，李秀金，刘研萍，袁海荣，邹德勋，朱保宁*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 63-70. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 06. 010

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  通过批式实验对皂脚酸化废水的厌氧消化处理效果和最佳进料负荷进行了研究。结果表明:皂脚酸化废水的厌氧产甲烷潜力为457mL/ g;当反应周期为20d 时,进料负荷(OLR)分别为5、7.5、10、12.5g/ L(以COD 计)的4 组皂脚酸化废水批式厌氧消化产气系统,其单位COD 累积甲烷产量分别为457、423、433、333 mL/ g,产气中的甲烷含量最高分别为74%、72%、73%、72%,化学需氧量(COD)的去除率分别为73.1%、72.2%、71.8%、67.4%,总磷(TP)的去除率分别为76%、65%、59%和56%。通过本研究得出:厌氧消化对皂脚酸化废水中的COD、TP 等污染指标有较好的去除作用,且可以实现生物能源的回收利用;在高负荷12.5 g/ L 下厌氧消化效果出现减退,故建议放大化进料负荷r≤10 g/ L。
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  沼液原位生化预处理玉米秸与猪粪混合厌氧消化性能分析

  彭翔，李秀金，袁海荣，刘研萍，邹德勋，庞云芝*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 71-77. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 06. 011

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  对沼液预处理玉米秸与猪粪的混合厌氧消化性能进行研究,针对主要预处理参数采用四因素四水平正交实验设计,结果表明:经沼液预处理的各组累积产甲烷量比未处理组提高8.07% ~ 32.56%;最优预处理条件为总含固率10%,沼液经4mm 筛网过滤,预处理温度35益,预处理时间3d;在最优预处理条件下,沼液预处理较未处理组产气峰值提高65.01%,出现峰值时间提前8 d,累积产甲烷量达到80%时间(t80 )缩短33.33%,单位总固体含量(TS)产甲烷量达到192.45 mL/ g,比未处理组提高了22.89%,与NaOH 预处理效果相近,氨氮、碱度浓度适中,系统稳定性良好。因此,沼液预处理能够明显提高混合物料的厌氧消化性能,同时减少沼液排放,降低二次污染。
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  丙酰辅酶A 的体外酶法合成

  聂雪彤,吴辉,李志敏*,叶勤

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 78-82. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 06. 012

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  丙酰辅酶A(丙酰-CoA)是一种重要的代谢中间物,可以用来生产丙烯酸、3鄄羟基丙酸、茁鄄羟基戊酸和聚酮化合物。将天然的琥珀酰辅酶A 合成酶、甲基丙二酰辅酶A 变位酶、甲基丙二酰辅酶A 脱羧酶在大肠杆菌中克隆并过表达,采用这3 种纯化的酶体外催化合成丙酰-CoA,评价了琥珀酸生产丙酰-CoA 代谢途径。琥珀酸可经琥珀酰辅酶A 合成酶催化生成琥珀酰-CoA,琥珀酰-CoA 再由甲基丙二酰辅酶A 变位酶催化生成甲基丙二酰-CoA,最后甲基丙二酰-CoA 经甲基丙二酰辅酶A 脱羧酶催化生成丙酰-CoA。反应产物经高效液相色谱分析,检测到目标产物丙酰-CoA,结果证明了从琥珀酸体外合成丙酰-CoA 的代谢途径的可行性。
机电工程和信息科学
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  焦炭塔进料管道振动分析及阻尼减振技术应用

  黄文超,何立东*,王晨阳,吕江

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 83-88. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 06. 013

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  针对天津某石化公司延迟焦化装置焦炭塔进料管道振动过大问题,运用ANSYS14.5 和SAP2000 V15.2 两种有限元分析软件对管道系统进行了模态分析和阻尼减振效果模拟计算。分析得出了管道振动原因,并结合实际情况提出了有效解决进料管道振动的最优方案。通过运用阻尼减振技术,在不停车以保证连续生产的情况下,在
  管道的适当位置安装阻尼器,有效抑制了管道系统的振动,消除了安全隐患,保证了整个装置的安全运行。
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  含过失误差的化工过程稳态数据的监测

  唐明慧,楚纪正*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 89-93. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 06. 014

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  针对化工过程数据普遍存在尖峰型过失误差这一现象,提出可对其进行监测的一阶微分(FOD)监测图。由于监测图的监测效果主要取决于过程数据去噪的程度,为了减小滞后和提高精度,首先在原有一阶滤波算法的基础上,给出增量式滤波算法;然后运用增量式滤波算法对过程数据进行滤波处理,并应用统计学原理构造出FOD
  监测图,实现自动监测过失误差的目的;最后应用连续式搅拌槽反应器(CSTR)实例验证了本文所提出的方法。
  
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  基于高速深沟球轴承支撑的平衡盘优化设计

  刘福国,陈立芳*,王维民,张宸菥

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 94-100. https://doi.org/10. 13543/ j. bhxbzr. 2016. 06. 015

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  为了解决配重块在高速旋转中产生的离心力造成平衡盘形变,严重时破坏平衡盘的稳定自锁状态、使配重块位置滑动或平衡盘卡死无法转动的问题,利用ANSYS 建立了带深沟球轴承的平衡盘三维模型。在保证平衡盘平衡能力不变的前提下,分析了不同配重块形状、不同转速、不同轴承材料以及两配重块不同平衡能力对平衡盘变形的影响。仿真结果表明:通过优化设计配重块形状、改用陶瓷轴承支撑以及两配重块设计成相同平衡能力的方法,能够有效降低平衡盘的径向以及轴向变形,提高平衡盘的允许工作转速及稳定性能。
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  密封皮碗骨架结构改进及优化分析

  聂云飞, 宋超, 许峥, 马清明, 张杨*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 101-107. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.06.016

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  针对钻井作业中密封皮碗在高压下失效的现象，设计了一种密封皮碗的钢制骨架。应用ANSYS Workbench，通过建立具有钢质骨架的密封皮碗模型，进行35MPa密封压力下的承压能力分析；通过对骨架结构相关参数进行优化设计，得到满足设计要求的密封皮碗骨架形式。
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  涡流空气分级机双层撒料盘的设计及试验研究

  武树波, 刘家祥, 付俊杰, 于源*

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 108-113. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.06.017

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  为提高涡流空气分级机内物料的分散性，在对单层撒料盘物料分散进行理论分析的基础上，提出一种新型的双层撒料盘。以建筑用砂为试验物料，设计了涡流空气分级机撒料盘物料分散模拟试验；以单位面积平均物料量作为衡量物料分散性的指标，对单、双层撒料盘分散物料的过程进行对比试验研究。试验结果表明：撒出物料的料带分布趋势与理论计算一致，双层撒料盘撒出的物料料带最远距离更大，料带覆盖网格数更多，故单位面积平均物料量更少，单位面积平均物料量最大相对减少量为29.2%，说明双层撒料盘可有效改善物料在分级机内的分散性。
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  多级离心泵性能下降的动力学特性分析与诊断

  马波, 翟斌, 朱俊

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 114-120. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.06.018

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  针对多级离心泵运行效率下降，但缺乏有效的诊断方法，导致检维修盲目、效率低下且效果不佳的现状，基于流体动力学建立多级离心泵动力学模型，模拟分析各因素下流场分布、运动特性等相关参数的变化规律，并利用各因素下相关参数变化规律的差异性，提出了一种基于振动参数、压力、流量和电机电流等参数的多级离心泵性能下降因素区分诊断方法。最后通过实验模拟不同性能下降因素的影响情况，利用所提出方法进行分析诊断，成功区分了性能下降的原因。
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  三维刚体装配约束求解问题研究

  薛晴, 张桂芳*, 赵丽娜

  北京化工大学学报(自然科学版). 2016, 43(6): 121-128. https://doi.org/10.13543/j.bhxbzr.2016.06.019

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  三维装配约束求解是三维计算机辅助设计系统的核心技术之一。根据装配设计的实际需求，对基本装配约束的构成及约束度进行了分析，对约束组合基本类型为3D3A型和4D2A型的两个刚体的装配问题进行了研究，采用基于吴消元法的符号计算方法给出了装配约束及实数解参数有效范围的求解方法，并用实例验证了方法的有效性。