基于低温液氮吸附的控制系统设计与实现

在低温精馏实验中原料气的纯化必不可少.针对不同的气体纯化方法结合具体的工艺要求,建立了一套低温液氮吸附装置用于除去杂质气体.根据低温液氮吸附工艺过程,提出一种基于PLC的自动控制方法并建立控制系统应用于实验装置.该控制系统包括常规信号采集、多个PID控制、Modbus TCP通讯等,实现了数据处理、参数设定、数据显示与存储等功能.经过长期实验运行表明,低温液氮吸附控制系统运行稳定可靠,操作界面友好简单、便于维护,可移植性强.     

一种惰性气体回收器的研制

文中介绍了一种从空气中针对惰性气体氪和氙的回收纯化装置。包括回收纯化惰性气体氪和氙的方法选择、原理、流程介绍及设计计算,并根据原理流程及设计计算进行了设计选型和结构设计。     

一种用于fMRI的嗅觉刺激装置设计与验证

为了实现任务态f MRI的嗅觉刺激装置的设计和功能验证.满足嗅觉f MRI实验的自动化刺激要求.首先,针对嗅觉刺激和人体嗅觉感受的特点,结合使用环境的要求,总结嗅觉f MRI的实验设计方法,归纳出用于f MRI的嗅觉刺激装置的具体需求.将刺激装置分为气路系统和控制系统、气路系统采用洁净空气通过气味溶液产生相应的气味气体,通过多支路切换达到输出不同气味的目的;控制系统采用虚拟仪器方案,其软件基于Lab VIEW平台编程,提供可输入刺激序列的人机界面,并根据要求控制电磁阀切换不同气路.然后,使用该刺激装置对单个被试进行嗅觉刺激并成像,刺激气体采用乙酸异戊酯和吡啶,实验为组块设计,使用Siemens 3.0 T MRI仪器EPI序列进行扫描,数据处理采用基于Matlab软件的SPM8和Mars Ba R工具包.选取眶额叶和岛叶中的脑激活团簇作为感兴趣区域(ROI)进行分析,激活信号在时间上的强度变化与刺激序列变化基本一致,吡啶组块的激活信号强度大于乙酸异戊酯组块激活强度,且其强度变化比乙酸异戊酯组块更符合刺激序列.ROI分析证明刺激装置基本满足嗅觉f MRI实验需要,具有较强的可用性.此外,在相同的刺激时间和间隔时间下,人脑同一区域对不同刺激气味的激活反应可能不同.     

一种用于fMRI的嗅觉刺激装置优化与验证

为搭建可用于磁共振环境下的自动控制嗅觉刺激器,本文根据刺激装置搭建的通用要求和实验室已有装置的性能提出了改进需求和系统整体设计方案．刺激装置分为控制系统与气体输送系统两部分．控制系统的软件部分基于LabVIEW平台编程,采用了虚拟仪器方案,提供可输入刺激序列的人机界面,并根据不同的刺激需求来控制电磁阀动作,以切换不同气路．气体输送系统由4条可变支路和1条恒流支路组成,其中的3条可变气路由洁净空气分别通过装有不同气味液体的洗气瓶来产生3种刺激气味．系统搭建完成后,使用霍尼韦尔AWM43600空气流量传感器测量了系统气体流量波动率为0.3%,同时测得不同刺激气路切换时的切换响应时间为1.07 s．最后使用该刺激装置对8名被试进行嗅觉刺激的同时进行功能磁共振成像（fMRI）实验,实验采用了乙醇、吡啶和乙酸异戊酯3种刺激气味,fMRI图像结果显示被试的嗅觉受到刺激后,丘脑、杏仁核、梨状皮质、眶额皮层等嗅觉相关脑区激活．以上实验表明,本文搭建的指标可量化的刺激器更能满足嗅觉fMRI实验的要求．     

氦气回收纯化系统的设计与应用

为实现激波风洞试验尾气氦气(氦含量>80%)的回收和循环利用，研制了一套氦气回收与纯化系统。该系统采用三塔真空变压吸附的技术将试验尾气中的氮气等杂质气体去除，得到纯度大于98%的氦气。系统采用开式纯化和闭式纯化相结合的工艺方式，将氦气的回收率提高到97%。系统调试结果表明，研制的氦气回收纯化系统在常温条件下实现了风洞试验尾气的回收、纯化和循环使用，有效地降低了风洞运行和维护成本，同时也节约了氦气资源。     

稀有气体在电离区压缩特性研究

采用Saha方程加Debye-Hückel修正简单近似模型,给出了稀有气体He, Ne, Ar, Kr, Xe在电离区的物态方程以及离化度.计算结果与已有实验和理论计算进行比较,验证了模型的可靠性.通过对稀有气体等温和冲击压缩特性理论分析,讨论了其压缩和电离的规律性.论证了在稀有气体He, Ne, Ar, Kr, Xe中,气体Xe具有较好的抗压缩性.     

氦氩射频容性放电发射光谱分析

光抽运亚稳态稀有气体激光器利用放电等离子体作为激光的增益介质.为掌握容性射频放电的放电参数对等离子体各项参数的影响的基本规律,利用等离子体发射光谱法研究了氦氩混合气体在不同装置、不同Ar组分、不同气压和不同射频注入功率下的等离子体参数.利用残留水蒸气产生的OH自由基A~2Σ~+→X~2Π的转动光谱分析获得气体温度;利用电子态光谱的玻尔兹曼做图法获得电子激发温度,利用Ar原子696.5 nm谱线的斯塔克展宽获得电子密度.结果表明:气体温度随气压增加略微上升,在一个大气压下改变组分和放电功率,气体温度变化不大;电子激发温度随总气压的下降而上升,且随着Ar组分的增加而略微下降;目前放电条件下的电子密度均在10~(15)cm~(-3)量级;长时间放电监测表明,残留的水蒸气会导致电子温度的下降,从而降低Ar亚稳态的产率.     

5kW/4.5K氦制冷系统外纯化器吸附筒设计

纯化器设计的关键是求解吸附剂对吸工质的吸附容量。文中根据朗格缪尔方程式,对活性炭在78K温度下对氮、氧等杂质的吸附容量进行了计算与分析,研究杂质气体中氮、氢比例对吸附容量的影响。在计算结果基础上,对吸附筒进行机械结构设计和应力分析。     

佩兰测定阿伏伽德罗常数的方法

 我们在用分子运动论处理两种不同气体时,通常需要知道的是这两种气体的分子数目而不是它们的质量.但是,怎样才能知道气体分子数目呢?     

氮气低温除氡技术与极低水平氡测量方法研究

高纯低本底氮气在低本底实验中有重要作用,对氮气的放射性氡本底纯化技术和低本底氡测量方法进行研究非常重要。利用低温物理吸附技术,对氮气中的氡进行纯化,同时建立了静电收集结合低温富集法的氡测量装置, 能够测量氮气中10 μBq/m3的氡本底。利用氡测量装置测量了普通氮气中和纯化氮气中的氡,结果表明,纯化系统可以将氡本底为20 mBq/m3的氮气降低至(25.2±5) μBq/m3,即可将氡本底降低到纯化前的0.125%。研究还发现,纯化能力与氮气中氡本底相关,在氮气中氡本底为几十mBq/m3到几十μBq/m3范围内,随着氡本底的下降,纯化能力也随之下降。主要原因是,随着氮气中氡的分压降低,吸附能力下降。另外,在极低本底下由系统本底及泄露引入的氡污染影响显著增大。     

氦气提纯技术发展现状与应用分析

为实现氦气资源的循环利用,有必要对氦气进行回收纯化。文中对目前国内外氦气的提纯技术发展现状进行了分析介绍,并综合分析比较了这些方法的应用原理、优缺点及发展趋势,针对各自的使用特点,给出了几种详细的提纯工艺实现方法,为促进我国氦气提纯技术的发展提供了新的思路。     

真空变压吸附氢气纯化的参数研究

本文首先建立了多孔介质传热传质与吸附模型,模拟了多组分气(N2:CO:CO2:CH4:H2=0.007:0.012:0.23:0.021:0.73和N2:CO:CO2:CH4:H2=0.007:0.012:0.17:0.021:0.79)在AC5-KS活性炭吸附床中的穿透曲线和真空变压吸附循环。将实验数据与模拟值进行对比验证后,分析了压力、进气流率对穿透曲线的影响,并研究了压力、进气流率、循环步数、循环操作时间条件对真空变压吸附氢气纯化的影响。结果发现,增大吸附压力,减小进气流率,减少循环步数和吸附时间,增加冲洗和升压时间都会导致产品氢气纯度上升,氢气产率和回收率下降,并且在一般情况下氢气的纯度变化趋势与氢气产率和回收率变化趋势相反。     

吸附剂吸附特性的实验研究

实验研究了变压吸附系统中不同吸附剂的吸附特性,分析了不同因素对各种吸附剂吸附性能的影响,包括吸附温度、吸附压力和时间。研究发现不同吸附剂的吸附效率在不同的时间段显现出相反情况,提出了吸附剂的选择与运用需要考虑切换时间这一观点。最后得出了本试验装置的最佳压力与温度的变化范围(0.2MPa-0.25MPa,20℃-30℃)。     

炭分子筛吸附分离甲烷/氮混合物研究进展

高效浓缩甲烷/氮气混合气中的甲烷是合理利用煤层气、油田气和垃圾填埋气等资源时面临的重要技术难题之一。甲烷与氮气分子存在着微小的、但可操作的动力学直径差异。文中分析了以炭分子筛作为吸附剂,采用变压吸附分离技术分离甲烷/氮气的可行性,对炭分子筛的吸附分离机理、国内外的研究进展以及混合气在炭分子筛吸附床上的吸附动力学模型进行了探讨,并指出了在这一技术应用方面的一些不足。     

基于气液混合层的吸附气体稳定性机理

实验表明溶解在水中的气体会在疏水表面吸附和集聚，学界普遍认为其有"纳米气泡"和"微气饼"两种存在形式。对于这两种形式，经典理论无法解释其稳定存在。本文采用分子动力学方法对气体吸附和积聚过程进行模拟，结果显示吸附气体表层覆盖着气液混合层，对该混合层的形状和特性进行分析和研究，发现该气液混合层具有较高的粘度并且对气体的扩散有明显的抑制作用。     

Gas purification studies at IGISOL-4

A new gas purification system has been constructed at the upgraded IGISOL facility, Jyväskylä, to meet the need for ultra-high purity helium and argon buffer gas used in the ion guide technique. The purification of helium using liquid nitrogen-cooled cold traps is investigated and compared with unpurified gas using mass spectra obtained at the focal plane of the separator. Neon, an impurity intrinsic to the in-house recycled helium, was seen to have high sensitivity to the impurity level of the gas which is expected to reach sub-parts-per-billion level.     

A DFT study for adsorption of CO on Ni,Pd and Pt atoms doped (7, 0) boron nitride nanotube

By using density functional theory calculations, we investigated the structural, electronic and magnetic properties of carbon monoxide (CO) adsorption on the pure, Ni, Pd and Pt doped atoms in zigzag single-walled (7, 0) boron nitride nanotubes (BNNTs). The results indicated that compared to the pure (7, 0) BNNTs, replacing B atom by Ni, Pd and Pt atoms can significantly increase the adsorption energy of CO gas on the BNNTs. The adsorption energies of CO gas on the pure (7, 0) Ni, Pd and Pt doped (7, 0) BNNTs are ?0.2013, ?1.746, ?1.593 and ?2.257 eV, respectively. Our results revealed that in comparison with the pure (7, 0) BNNTs, CO gas is chemisorbed on the transition metal doped (7, 0) BNNTs with the appreciable adsorption energy. In addition, it was found that by doping these atoms, band gap energy of the pure (7, 0) BNNTs is considerably decreased. These observations suggested that the Pt doped (7, 0) BNNTs can be introduced as a promising candidate in gas sensor devices for detecting CO gas.     

生物膜滴滤塔的废气净化效率

本文在生物膜滴滤塔废气净化的毛细管模型基础上,研究了气、液两相流量、填料的比表面积、孔隙率、生物膜覆盖率和甲苯进口浓度等参数对生物滴滤塔净化效率的影响。计算结果表明:随着气、液流量的增加,降解效率降低;当孔隙率一定,随着填料的比表面积增大,降解效率升高;当填料比表面积一定时,存在一个对应于最大净化效率的最佳孔隙率;生物膜覆盖率越大,净化效率也越高;随着甲苯进口浓度升高,净化效率降低;填料床越高,净化效率越高。     

The Possible Coupling of LNG Regasification Process with the TSA Method of Oxygen Separation from Atmospheric Air

Liquefied Natural Gas (LNG) must be vaporized before it is used in the combustion process. In most regasification terminals, energy that was previously expended to liquefy natural gas is dissipated in the environment. The paper proposes the use of the thermal effect of LNG regasification for the atmospheric air separation as a possible solution to the LNG exergy recovery problem. The presented idea is based on the coupling of the LNG regasification unit with an oxygen generator based on the Temperature Swing Adsorption (TSA) process. Theoretical analysis has revealed that it is thermodynamically justified to use the LNG enthalpy of vaporization for cooling of the TSA adsorption bed for increasing its adsorptive capacity. It has been shown that 1 kg of LNG carries enough exergy for separating up to approximately 100 g of oxygen using the TSA method. Although the paper suggests using the enthalpy of LNG vaporization for atmospheric air separation, similar processes for other gas mixture separations using the TSA method can be applied.