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据美国物理学家组织网1月12日报道,美国科学家研发出了一种新反应器,其能利用太阳光、二氧化碳、水和氧化铈快速地制造烃类燃料。该研究发表在上周出版的《科学》杂志上。 这个过程类似于植物的生长过程,植物为维持生长也会使用来自太阳的能源将二氧化碳转变为糖基聚合物和芳香烃化合物。这些化合物中包含的氧被去除后即可转变为燃料,其方式或是通过在地下历经数千年的降解以形成化石燃料,或通过一种更加迅速的分解、发酵和氢化过程来产生生物燃料。 然而,利用植物将太阳光转化为化学燃料并非最有效的办法,制造出实用的太阳能燃料还有很长的路要走。因此,研究人员正在寻找方法,希望可以在不依赖植物的生长和分解等中间步骤的情况下用太阳光将二氧化碳转变为烃类燃料。 现在,美国加州理工学院的威廉姆·陈和同事演示了一种可能的反应器设计。在这种反应器中,被聚集在一起的太阳光能将氧化铈——稀土金属铈的氧化物加热到足够高的温度,将氧原子从它的晶格中摇散并使之脱落;接着,该材料可以很容易地从水或二氧化碳中剥夺其氧原子以取代自己失去的氧原子,从而得到氢气或一氧化碳;再使用额外的催化剂,可以将氢气和一氧化碳结合在一起生成燃料。 按照设计,集聚的太阳光通过一个窗孔进入该太阳腔室反应器,光线在腔室内可反射多次,以确保反应器能捕捉到足够多的入射太阳能。圆柱形的氧化铈片同样被置于腔室内,并经受数百次的热—冷循环以诱导燃料的产生。
[color=#000099][b]摘要:目前的一次性生物反应器袋充气压力控制普遍只使用了电气比例阀或双阀压力控制器,此种充气控制方式中,压力安全监控无法自动反馈和响应、所控压力并不是真正的反应器袋压力,且充气速度较慢。本文针对现有技术存在的问题进行了改进,提出采用串级控制法,通过外置压力控制器和传感器,以比例阀作为执行机构组成双闭环控制回路,可大幅提高控制精度和充气速度,更重要的是可实现充气压力安全监控和报警自动处理。[/b][/color][align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][b][size=18px][color=#000099]一、问题的提出[/color][/size][/b]一次性生物反应器(Single Use Bioreactor)或用后可弃生物反应器(Disposable bioreactor)是使用一次性袋的生物反应器,代替由不锈钢或玻璃制成的培养容器,简称SUBs。与可重复使用的生物反应器相比,一次性生物反应器(SUBs)具有的重要优势是减少了工艺认证难度,无需清洁认证,缩短了停机时间和周转时间。在所有的一次性生物反应器使用过程中,都存在一个充气步骤,需要将反应器充气到指定压力。但一次性生物反应器生物反应器袋并不属于压力容器,过度加压会造成反应器袋的破裂、泄漏或其他故障。因此,一次性反应器袋的准确充气加压必须考虑到在生长期间引入、消耗和产生的气体,以及培养基、消泡剂和其它引入流体的影响。目前常用的SUB充气控制装置是采用电气比例阀,也有采用类似电气比例阀的双阀压力控制器,整个充气压力控制装置如图1所示。[align=center][img=一次性生物反应器典型充气压力控制系统结构示意图,690,246]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211011730388558_6420_3221506_3.jpg!w690x246.jpg[/img][/align][align=center][color=#000099]图1 一次性生物反应器袋典型充气压力控制系统结构示意图[/color][/align]在实际应用中,图1所示的充气压力控制系统存在以下两方面问题:(1)安全性问题:在图1充气压力控制系统中,双阀压力控制器或电气比例阀都内置有压力传感器,此传感器测量的是出压口处的压力,并不代表一次性生物反应器袋的内部压力。因为,出于安全性考虑,还需增加一个压力表来监控反应器袋的真实压力。因此,很多SUB制造商希望更准确的直接控制一次性生物反应器袋的内部压力,并同时具有报警功能。(2)准确性和滞后问题:由于压力控制器和电气比例阀远离反应器袋,所控压力与反应器袋希望的压力值有一定偏差,而且这种充气控压方式存在明显滞后现象,充气速度较慢。[b][size=18px][color=#000099]二、串级回路充气压力控制[/color][/size][/b]为了解决上述一次性生物反应器袋充气压力控制中存在的问题,本文提出一种更精确可靠且快速的充气压力控制方法,其核心技术是采用串级控制方法,即对图1所示的压力控制系统进行了改良,增加一个独立的压力控制器。新型充气压力控制系统如图2所示。[align=center][img=生物反应器袋新型串级双回路充气压力控制系统结构示意图,690,346]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211011731023461_8401_3221506_3.jpg!w690x346.jpg[/img][/align][align=center]图2 生物反应器袋新型串级双回路充气压力控制系统结构示意图[/align]图2所示的升级改良后的新型充气压力控制系统,主要有以下几方面的特点:(1)所采用经典的串级控制法,以电气比例阀作为独立的内部执行回路,再外接独立的压力控制器和压力传感器,结合电气比例阀组成外部控制回路,由此构成的串级控制结构形式,可充分发挥串级控制法能提高控制精度和加快充气速度的优势,有效提高压力控制精度和缩短充气时间,此特性对大容积一次性反应器袋的充气过程尤为具有优势。(2)外接的压力传感器直接安装在反应器袋上,更能准确监测反应器袋的内部压力。(3)外接的压力控制器具有超压报警功能和相应的开关控制信号输出。如果反应器袋内部压力超过设定警戒线后,可立刻报警并输出开关信号驱动安全阀放气。(4)压力控制器采用的是24位ADC和16位DAC,具有超高的压力测量和控制信号模拟量输出精度,另外通过双精度浮点运算,可实现最小0.01%的超高精度压力控制调节。(5)压力控制器可存储多个充气压力控制参数,便于不同容积大小的一次性生物反应器袋的充气压力控制而无需再进行设置和调整。(6)控制器可具有两通道形式,即一个压力控制器可同时控制两个电气比例阀实现两个一次性生物反应器袋的充气压力控制。(7)压力控制器带RS 485通讯,标准MODBUS协议,即可独立运行,也可与上位机通讯。(8)随机配的软件可方便采用计算机对压力控制器进行遥控,避免繁复的仪器按钮操作。[b][size=18px][color=#000099]三、总结[/color][/size][/b]综上所述,通过上述新型串级控制系统,可有效提高一次性生物反应器袋充气过程中压力控制的安全性、精度和速度,并具有操作便捷和可扩展的特点。同时此种串级双回路结构适用于各种形式和规格的电气转换器、电气比例阀和双阀压力控制器。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
放射性废弃物的超临界水氧化: 从反应器设计到有毒废弃物的热水处理 摘要: 核工业将产生混有放射性元素和有机溶剂的一些有机废弃物,通常的工艺方法无法处理,尤其是高浓度的含氯的化合物。基于以前在原子能和高压领域经验,我们进行了有前景的超临界水氧化工艺的研究:处理氯化的高污染性废物。超临界水氧化工艺有两个众所周知的局限,阻碍了非纯有机废物处理的工业化发展:腐蚀和盐阻塞。 几代反应器设计,都是为了克服这些缺点。这里介绍未来化学科技有限公司进行的策略和方法,用于获得最终的工业工艺,应用于核废物的处理。也提高了含氯和高浓度矿物盐的危险废弃物的热水处理。 废弃物处理至今仍是一个最有趣的话题。危险废弃物,如核工业产生的有毒化合物或放射性有机化合物,无法使用传统的生物处理或热处理。因而,一定要开发对人和环境无害的新方法。超临界水氧化工艺,用于有机化合物在超临界水(临界压力22.1 MPa和临界温度647 K)中进行处理,看起来是一项处理这些危险废弃物的好技术。 超临界水氧化的优点在于水在超临界条件下的特殊物理性质。超临界水的均相和高扩散使快速反应和获得高处理率成为可能。此外,氧化剂被限制并允许流出物控制。 碳氢化合物被完全氧化成CO2和水,有机化合物中的N形成分子氮N2和少量的N2O,因此气态流出物中没有污染物质,如NOx。杂环原子如氯、磷或硫的矿物酸,分别为HCl, H3PO4H2SO4。 这些酸和氧化剂产生了腐蚀环境,任何材料均会受到腐蚀的侵袭。这一现象在卤化化合物的出现时得到强化。为了防止反应器被腐蚀,经常加入碱金属作为中和试剂。这导致了无机盐的形成。一方面无机盐在常温常压水中有非常高的溶解性,另外一方面,他们在超临界条件水出是不溶的,因为超临界水的低密度和小介电常数。结果导致了盐的析出,并在管壁上结垢。腐蚀和盐析出是超临界水工艺的两个主要的局限。为了扩展超临界水氧化的应用,这些缺点必须得到克服。对于新的反应器,必须适用于处理非常危险的废弃物,如核燃料。我们未来化学科技有限公司花了几年的时间研究了合适的反应器。 目标废弃物主要包括由动力堆乏燃料后处理的液-液萃取的产物:萃取剂(如磷酸三正丁酯,TBP)、稀释液(如煤油)、以及有机流出物(如卤化溶剂)。 未来化学科技有限公司供应三种反应器:第一种是管式或高压釜式反应器;第二种是TWR专利反应器;第三种是设计用于含盐有机物或卤化核素的超临界水氧化的一种新型反应器: 既有防止釜体腐蚀的双层,又有能够获得更好传质和传热及防颗粒沉积的搅拌器。 更多信息欢迎垂询问未来化学科技有限公司!