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任意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),青岛科技大学为论文唯一单位。
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),青岛科技大学为论文唯一单位,该工作同时申请中国发明专利(CN202210926021.0)。
青岛科技大学化工学院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。
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