冷冻浓缩水处理工艺中冰晶纯度影响因素分析

冷冻浓缩水处理工艺的核心是制备颗粒大、纯度高的冰晶.以尿液为试验水样,通过试验研究,分析了冷冻温度、冰晶形态、溶液初温、溶液浓度、种冰、再结晶过程和结晶时间对冰晶纯度的影响,并在此基础上提出了制备高纯度冰晶的途径.     

化学工程与技术学科方向带头人

节能及可再生能源方向秦贯丰,男,1960年7月生,教授、留学归国博士。在奥克兰大学(The University of Auckland)和科技孵化园中的Freezecon公司工作多年,从事乳品和食品(溶液)的冷冻浓缩技术研究。特别深入研究了冷冻浓缩过程中冰晶的结晶动力学,相变非稳态传热学,冰晶与浓缩液的分离提纯机理以及冷量回收和系统优化问题,并为国际知名乳品大公司研制了新型的冷冻浓缩原型机。     

生物组织冻结相变过程的数值模拟

建立了生物组织(含正常生物组织和肿瘤)冻结过程的传热模型.生物组织作为一种多孔介质,其相变发生在一个温度范围内,且存在一个固相与液相共存的糊状过渡区.采用显热容法模拟了生物组织冻结过程中的传热和冰晶增长过程.模拟结果显示,在冻结过程中,冷刀的初始温度越低,冷刀的降温速率越快,生物组织内温度下降和冰晶增长的速率越快.结果还表明组织中液相流动会增加生物组织内传热和冰晶生长的速度.计算结果为冷刀设计和冷冻外科手术提供了理论依据.     

冷冻浓缩法处理高盐废水的研究进展

工业生产过程产生大量高盐废水，水质成分复杂，含有大量Na⁺、Cl^-、SO₄^2-等盐离子及有毒物。传统高盐废水处理技术仍存在效率低、运行成本高的特点，冷冻浓缩作为一种高效清洁且无二次污染的处理技术而得到广泛关注，但冷冻浓缩所制备的冰晶存在杂质是当前亟待解决的问题。总结了近年来冷冻浓缩技术在高盐废水处理领域的研究进展。对冷冻时间、冷冻温度、初始溶液浓度等关键参数进行研究；通过浸泡、重力、加水等净化方法对杂质冰晶进行净化；为了加快脱盐进程和提高脱盐效果，探究了成核剂和超声波辅助冷冻浓缩的方法，并对冷冻浓缩技术的能耗进行了经济性分析；最后对技术发展进行了总结和展望，以期对冷冻浓缩处理高盐废水的发展和实践提供一定的参考。     

静电场作用下H2O偶极极化对冰晶形成过程的影响

采用去离子水为实验样品，在-30℃低温环境中冷冻，冷冻过程中施加不同强度的静电场干扰，研究静电场对去离子水冰核形成及冰晶生长过程的影响．研究发现，在冷冻过程初期静电场的引入可以诱发冰核形成，导致过冷点升高，但在随后液相到固相的相变过程中，静电场对冰晶生长具有抑制作用．分析认为，在静电场作用下电偶极矩沿电场方向分布的H2O具有最稳定的状态，能量的分布函数具有最大值，这些结果是诱发冰核形成、抑制冰晶生长的原因．     

冬鲽血清蛋白的抗冷冻机理

在南极和北极的一类鱼的血清中，有一种抗冷冻蛋白（ＡＦＰ）．它们能够保护这类鱼在低于一般鱼的冰点以下生存．这是一种非依数性效应．为了解释观测到的热滞（冰晶生长点和溶点的差），本文提出一个吸附的抗冷冻蛋白能够在冰晶生长方向引起冰晶表面弯曲的模型，在生长动力学的基础上并考虑抗冷冻蛋白在溶液和冰晶中的不同溶解度，计算了冬鲽抗冷冻蛋白溶液的热滞，得出与实验较符合的结论．     

磁场影响水溶液冰晶的试验及装置

为寻找生物组织低温无损保存的新方法,研究了磁场对KMnO4溶液冰晶形成的影响.建立了不同形式的磁场发生装置,包括旋转磁场、方波叠加正弦波磁场、50kHz磁场.为保证样品降温过程慢速均匀,运用虚拟仪器技术建立了温度测控系统.使用低温显微系统对磁场影响下样品冰晶的形态进行了记录.结果表明,低频旋转磁场对生物溶液冰晶的形成产生了影响,尤其50kHz交变磁场对溶液中冰晶的生长具有较为显著的抑制作用,说明在易于产生的低冷冻速率下,交变磁场对生物组织的低温无损保存研究具有重要意义,适合实际应用.     

基于响应面设计的头孢他啶母液冷冻浓缩工艺优化

以头孢他啶母液为原料，采用悬浮结晶冷冻浓缩技术回收头孢他啶母液中的有效成分。在单因素试验数据基础上，以头孢他啶回收率为评价指标，应用Box-Behnken响应面设计对冷冻温度、冷冻时间以及搅拌速率3个提取条件进行3因素3水平回归分析，优化最佳提取条件。得出头孢他啶最佳回收工艺条件为：冷冻温度－7 ℃，冷冻时间3 h，搅拌速率20 r/min。验证实验结果表明，此条件下头孢他啶回收率达到93.15%。结合生产实际情况优选的悬浮结晶冷冻浓缩工艺稳定，为头孢他啶的后续研究提供了一定的参考。     

相场法模拟冰晶生长的参数优化

水溶液冻结过程生成的冰晶是低温保存中造成细胞损伤的主要原因.研究如何降低冰晶形成和生长过程对细胞伤害的方法,是低温生物研究的重要课题.本文采用国内外描述相变微观结构的相场模型,将体系视为水和溶质二元系统,研究了界面厚度尺度、各向异性强度和过冷度对结晶过程冰晶生长的影响.结果表明:界面厚度影响模拟结果,为了获得可靠的计算结果,界面厚度参数取值为3.00dx;各向异性系数大小对冰晶形貌有很大影响,取值越大,冰晶的二次分枝越发达,且尖端速度波动的幅值越大,各向异性系数取值范围0.010~0.025;过冷度明显影响冰晶的生长和形貌,过冷度大,冰晶生长速度加快,二次分枝发达,形貌变化较大,固相率也随之变大.参数优化结果为:界面厚度尺度等于3.00dx,各向异性系数等于0.023,过冷度等于20K的模拟结果与低温显微镜下观察到的冰晶生长形貌试验结果相吻合.     

不同低温条件下龙眼果实的冻结规律

通过测定龙眼果实分别在-18、-40和-76℃三个低温条件下进行速冻处理的冻结曲线、结冰率和裂果率等情况，探讨了以空气作为冷冻介质时的龙眼果实冻结规律．试验结果表明，龙眼果实冻结过程中的三个阶段并不明显；最大冰晶生成区为-2～-14℃；冷冻温度在-40℃以下即可满足速冻要求，温度过低会引起裂果率上升．     

PEF处理对冷冻浓缩西瓜汁品质影响的研究

本文探讨温度对果汁电导率影响以及不同处理西瓜汁贮藏期间品质变化情况,采用模糊数学方法对不同处理的西瓜汁进行感官评价.结果表明,可通过控制温度来控制浓缩果汁电导率的大小,以达到PEF杀菌条件.将PEF应用于冷冻浓缩西瓜汁杀菌处理,其微生物指标达到国家标准.贮藏期间各理化指标的比较发现,pH值,固形物含量变化不大,而VC含...     

多孔柞蚕丝素支架的制备及其在药物缓释中的应用

采用冷冻干燥法制备了多孔柞蚕丝素支架,分析了丝素溶液浓度与支架孔径、孔隙率之间的关系,并研究了多孔柞蚕丝素支架负载5-氟尿嘧啶的缓释性能.研究表明,当丝素浓度较低时,支架中的孔洞分布较为均匀,孔径和孔隙率也较大,而随着丝素溶液浓度增大,支架的孔径和孔隙率逐渐减小;支架的药物释放过程可分为快速释放和缓慢释放两个阶段.     

甘蔗糖蜜酒精高产酵母的发酵特性研究

采用20L三联装发酵罐进行甘蔗糖蜜高浓度酒精发酵研究高产酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)MF1001菌株的甘蔗糖蜜酒精发酵特性。结果表明,锤度为20°Bx的糖蜜对菌株生长和发酵均没影响,发酵的适宜温度为30℃,pH值4.0的发酵效果明显优于pH值3.80,传代培养16代及不同的接种量对菌株的发酵没有影响。按目前甘蔗糖蜜酒精生产的发酵工艺,用锤度为20°Bx糖蜜培养基培养菌株,制备种子液,然后将种子液与锤度为55°Bx的糖蜜培养基1∶1混合进行发酵,发酵50h的醪液酒精含量达到了13.2%(V/V),60h达13.8%(V/V),72h达14.3%(V/V)。发酵结束时醪液可发酵残糖含量低至0.44%,发酵效率分别为理论值88.6%(50h)、94.3%(60h)和98.6%(72h)。该菌株有望用于甘蔗糖蜜酒精发酵生产,提高甘蔗糖蜜酒精发酵的醪液酒精含量。     

高压脉冲电场处理菠萝汁及其贮藏期间微生物变化研究

探讨特定场强下脉宽、流速对高压脉冲电场杀菌的影响,确定合适的高压脉冲电场（PEF）处理菠萝汁的参数,并探讨菠萝原汁、热处理菠萝汁、PEF处理菠萝汁以及PEF处理冷冻浓缩菠萝汁在-18℃下贮藏期间微生物的变化情况。结果表明：接受PEF处理时,冷冻浓缩菠萝汁比菠萝原汁能够获得更高的电压参数,在-18℃下贮藏80d,热处理和经PEF处理菠萝汁的菌落总数和霉菌总数均下降。PEF处理和冷冻浓缩＋PEF处理的菠萝汁,两者的茵落总数和霉菌总数相差不大,且变化趋势基本一致。     

XPGR结合小波变换的南极冰盖冻融探测

针对微波辐射计的交叉极化比率(cross polarizedgradientratio,XPGR)算法在冰盖冻融探测中存在的问题,提出了不依赖于实地观测数据的XPGR结合小波变换模型进行南极冰盖冻融探测的方法,即运用小波变换模型对XPGR的长时间序列数据做小波变换,得到南极冰盖融化开始、持续和结束时间分布图.此方法由于能自动选取大量样本点且具有一定的去噪效果,不仅提高了冰盖冻融探测的计算效率、实用性和可操作性,而且还在一定程度上提高了冰盖冻融探测的精度,更好地实现了南极地区冰盖冻融监测系统建设的业务化运行目标.     

烟酰水杨酸在体外生物体液中的稳定性研究

本实验建立了HPLC法测定烟酰水杨酸及其代谢产物,该法灵敏度高、准确性和重现性好;并考察了烟酰水杨酸在人工胃液、人工肠液、体外血浆中的稳定性,实验结果显示烟酰水杨酸在胃液中较稳定,表明该化合物在酸性环境中不易被破坏,在肠液中水解较胃液中快,不稳定,易被碱破坏,在体外血浆中,烟酰水杨酸水解较快,提示该化合物易被血浆中的酯酶破坏.     

热力耦合作用下煤样瓦斯渗透特性数值模拟

针对含瓦斯煤渗透率在热力耦合作用下的演变规律,利用多物理场耦合控制方程建立相应的数值模型,对实验工况进行数值求解.将实验及数值模拟结果进行对比分析得出如下结论:1综合不同瓦斯压力情况下的轴压、围压对渗透率影响,模拟结果中渗透率普遍高于实验数据;2模拟计算得到的围压与渗透率之间呈指数关系,与实验结果的吻合度较高;3利用COMSOL Multiphysics数值模拟研究热力耦合情况下含瓦斯煤渗透率的影响规律,轴压处于高应力场下的模拟吻合度高于低应力场,采用单孔瓦斯渗流模型对高应力场的计算吻合度更好。     

基于BP神经网络的输电线路覆冰增长模型研究

分析了现有输电线路覆冰增长模型在预测中的不足以及神经网络对非线性映射变量表达的优越性,提出了一种基于Levenberg-Marquardt学习算法的BP神经网络的覆冰增长预测模型。通过实验获取的覆冰增长数据样本训练BP网络,利用收敛的网络进行输电线路覆冰增长的预测,仿真实验误差1mm以下的有7组数据,远高于对比模型makkonoe模型的3组,验证了模型有效性,对输电线路的覆冰研究和预防有重要意义。