【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】流化床顆粒制備反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱傳質(zhì)速率高、能耗低和能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的催化劑、藥品和化肥等顆粒的制備過程。由于流化床顆粒制備過程通常涉及氣、液、固三相摻混，反應(yīng)器內(nèi)部的流動(dòng)呈現(xiàn)出時(shí)空非穩(wěn)態(tài)和多尺度效應(yīng)。流化床顆粒制備過程的關(guān)鍵參數(shù)在線監(jiān)測(cè)和過程診斷是國(guó)際多相流測(cè)量領(lǐng)域的熱點(diǎn)與難點(diǎn)，而現(xiàn)有的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)多基于單一傳感器，獲取的信息有限，且受到運(yùn)行條件的限制，難以用于解析流化床反應(yīng)器內(nèi)部復(fù)雜多相流動(dòng)的特性以及為過程調(diào)控提供數(shù)據(jù)支持。
針對(duì)流化床顆粒制備過程在線測(cè)量面臨的挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所開發(fā)了結(jié)合電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography，ECT)、高速攝像(CCD)、聲發(fā)射(AE)和壓力傳感器的非侵入式多模態(tài)融合測(cè)量技術(shù)，提出了多傳感器數(shù)據(jù)融合分析方案(圖1)。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新型組合電極ECT傳感器，實(shí)現(xiàn)了流化床反應(yīng)器的高質(zhì)量斷面成像和內(nèi)部參數(shù)分布信息的獲取。進(jìn)而，該研究將ECT斷面圖像信息、顆粒流高速攝像數(shù)字圖像分析和壓力信號(hào)時(shí)頻域分析相結(jié)合，基于信息互補(bǔ)和相互驗(yàn)證，準(zhǔn)確識(shí)別了正常噴動(dòng)和加濕-干燥過程中的典型流態(tài)以及流態(tài)轉(zhuǎn)變，揭示了不穩(wěn)定噴動(dòng)產(chǎn)生的原因(圖2)。
為獲取更多顆粒流動(dòng)微觀尺度信息，科研人員將ECT斷面圖像信息與高頻聲發(fā)射(AE)信號(hào)時(shí)頻域、遞歸分析相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了流化床顆粒制備過程中顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象的識(shí)別以及顆粒流動(dòng)性變化、失流演變過程的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。該研究同時(shí)結(jié)合ECT和CCD圖像信息和原始數(shù)據(jù)，基于pSNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提出了顆粒濕度分級(jí)預(yù)測(cè)模型(圖3)。與傳統(tǒng)方法相比，顆粒濕度的預(yù)測(cè)精確度明顯提升。該研究為流化床顆粒制備過程在線測(cè)量技術(shù)的工程應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Science、Industrial & Engineering Chemistry Research上，并在首屆多相傳輸及能源轉(zhuǎn)化利用國(guó)際會(huì)議上作了報(bào)告。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院對(duì)外重點(diǎn)國(guó)際合作項(xiàng)目的支持。上述成果由工程熱物理所、北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)深圳研究生院和英國(guó)曼徹斯特大學(xué)合作完成。
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