搜索
学术聚焦
当前位置: 皇冠官网入口新款 > 学术聚焦 > 正文

化工学院青年教师朱全红在双密相循环流化床与颗粒分级测量方面取得研究进展

作者:朱全红 审核:李金恒 张岩 来源:化工学院 编辑:秦洪庆   点击: 日期:2023-06-16

在化工、能源和环保等领域,人们常会遇到气体与固体之间的接触反应。这些气固非均相反应通常由五个串联的步骤组成:反应气体分子的外扩散、内扩散、本征化学反应、产物气体分子的内扩散、外扩散。为减小其中内扩散步骤的阻力、加快宏观反应速率,固体常被制备或破碎成为小颗粒,绝大多数气固接触反应转变为气体与颗粒群之间的接触反应:流化床反应器应运而生。传统/经典的循环流化床反应器由提升管(颗粒上行)、旋风分离器(气固分离)、立管(颗粒下行)和返料阀四部分组成。在提升管中,颗粒群通常处于稀相流化流型,而在立管中处于密相状态,因此传统的循环流化床反应器本质上属于稀-密相循环流化范畴。为克服传统循环流化床反应器体积庞大、投资成本高昂、操作复杂的缺点,研究者们又开发了其它多种型式的循环流化床反应器,包括内循环鼓泡流化床、隔板式内循环流化床和导流管式内循环流化床。这些命名更偏重外在形式,没有体现内在本质,给后来的研究者造成很大困扰,在一定程度上阻碍了这一领域的进一步发展。经过深入的分析,朱全红等提出了双密相循环流化床反应器这一新概念,深刻揭示了三种循环流化床的本质:无论是在上行床还是下行床中,颗粒群均处于密相状态。对应于传统的稀-密相循环流化,双密相循环流化这一概念进一步完善了颗粒群循环流态化的图谱。该工作发表在中科院一区期刊FUEL(2023, 337: 126872),皇冠官网入口新款为论文唯一单位。与此同时,朱全红等提出将双密相循环流化床应用到高温含尘气体的冷却除尘(中国发明专利CN202310005594.4)

除了循环流化床,常用的流化床反应器还包括鼓泡流化床。很多时候,鼓泡流化床反应器中同时存在两种密度或粒径不同的颗粒。一个典型的例子是生物质颗粒在流化床反应器中的热解、气化过程:为了改善生物质颗粒的流化质量,同时强化床内的热量传递,通常需引入石英砂颗粒或者煤灰颗粒。当两种颗粒在流化床反应器中共同流化时,它们之间的分级(一种颗粒在床层上部富集,而另一种颗粒在床层下部富集)是一个无可回避的问题。无论是避免还是利用这种分级,都需要深入认识并掌握两种颗粒之间分级的规律。第一步即在于准确测量然使诠偻肟谛驴钼给定操作气速下两种颗粒的分级指数(分级程度的定量表征),而准确测量分级指数的关键在于首先获取可以代表该操作气速的稳定流化状态。朱全红等详细比较了获取稳定流化状态的两种常用方式,揭示了获取稳定流化状态的困难源于颗粒之间的内摩擦力。由于内摩擦力的影响,颗粒在到达稳定流化状态之前即失去运动能力,导致颗粒群停留在亚稳定平衡状态。正是由于额外亚稳定平衡态的存在,颗粒群会呈现出多态性,即具有多种平衡态。这一发现对涉及颗粒群的研究具有重要的指导意义,必须小心采取措施,使得每次实验中颗粒群都具有相同的初始状态,进而增加实验之间的可比性。这一工作的开展将会使得不同研究研究者报道的分级数据更具有可比性。该工作发表在FUEL(2023, 346: 128410),皇冠官网入口新款为论文唯一单位。

为测量给定操作气速下的分级指数,传统方法在得到稳定流化状态之后,还需使床层塌落,才能进行取样分析,不仅费时费力,还会引入不必要的误差。当流化床中的两种颗粒分别为磁性和非磁性颗粒,朱全红等提出了一种基于磁导率测量分级指数的新方法。在得到塌落床中,只需测量床层的磁导率,即可快速获知分级指数,无需取样和分离两种颗粒,可有效回避取样和分析过程中可能存在的各种问题。该工作发表在FUEL(2023, 340: 127554),皇冠官网入口新款为论文唯一单位,该工作同时申请中国发明专利(CN202210926021.0)。

化工学院2022级研究生张强、2020级本科生杨培艺和林梦琦开展了上述论文的部分实验测量工作。

  • 崂山校区:

    山东省青岛市松岭路99号

  • 四方校区:

    山东省青岛市郑州路53号

  • 中德国际合作区(中德校区):

    山东省青岛市西海岸新区小清河路6号

  • 高密校区:

    山东省高密市杏坛西街1号

  • 济南校区:

    山东省济南市文化东路80号

  • 教科产融合学院(淄博教科产融合基地):

    山东省淄博市周村区联通路(西段)5188号

   鲁ICP备05001948号-1   鲁公网安备 37021202000007号   青岛市互联网违法信息举报中心
©2020皇冠官网入口新款   管理员邮箱:master@qust.edu.cn

XML 地图 | Sitemap 地图