液-固流态化系统固体颗粒特性研究(1):颗粒的初始流态化速度v_(mf)

为数众多的计算颗粒初始流态化速度的公式大体上分为三类:第一类以Ergun公式为基础,引入经验系数加以修正;第二类以某种流体力学关系为基础;第三类属于纯经验公式。这三种类型中,以第一类式子有较大范围之Ar适应性,比较适用。本文提出的计算式子也属于Ergun型,从目前掌握的实验数据看来,比工程界广泛应用的Wen and Yu式子用于计算液-固流态化系统有更高的精确性,而且对球形与非球形颗粒都适用。

难选高铁软锰矿流态化磁化焙烧-磁选浸出工艺

【目的】提高难选高铁软锰矿的资源利用效率,缓解我国锰矿资源依赖进口的现状。【方法】采用流化床反应器作为焙烧装置,模拟发生炉煤气气体组分作为还原气体,对云南省某地区的难选高铁软锰矿进行流态化磁化焙烧。对还原后的焙烧矿进行磨矿-弱磁磁选,得到铁精矿和锰精矿。最后,对锰精矿中的锰进行酸浸浸出。【结果】在500℃流态化还原焙烧10 min,该难选高铁软锰矿即可达到最佳的还原状态效果,当样品的磨矿粒径<30μm的颗粒的质量分数为65%时,即可达到最佳的解离效果。选别后铁精矿铁品位和回收率分别为57.24%和76.55%,锰精矿锰品位和回收率分别为24.41%和73.84%,锰精矿的铁浸出率仅有1.94%。【结论】考察难选高铁软锰矿流态化磁化焙烧-磁选浸出规律,可以降低反应温度,缩短反应时间,低碳节能;抑制过还原反应的发生,可以提高铁资源利用率,降低浸出酸耗和除铁剂消耗。低能耗、低消耗和高利用率可以极大地提高难选高铁软锰矿的经济性,解决这部分资源难于利用的困境。

C/CO_(2)摩尔比对CO_(2)气氛流态化预热活化半焦特性的影响

我国工业领域涉及的行业多,碳减排压力大。富氧燃烧是燃烧中碳捕集的核心工艺,将流态化富氧预热活化与工业窑炉富氧燃烧过程耦合是拓宽燃料适应性、实现工业领域燃烧中碳捕集的新途径。利用小型流化床连续给料实验系统,在1050℃、CO_(2)流化速度为0.17 m/s条件下,通过调整给料速度,考察C/CO_(2)摩尔比(CC比)对半焦原料(RC)流态化预热活化的影响,分析煤气组分及低位热值,计算CO_(2)还原率,表征粗颗粒活化半焦(LC)和细颗粒活化半焦(FC)的比表面积、孔隙结构和碳架结构,并利用高温管式炉热天平实验系统评价了RC和FC在1300℃条件下的反应活性。结果表明:采用流态化预热活化技术实现了CO_(2)的资源化利用,制备出富CO煤气,CC比由1增至4时,煤气中CO+H_(2)体积分数由69.24%增至79.08%,CO体积分数最高为68.96%,CO_(2)体积分数由29.48%降至20.13%,CO_(2)还原率由50.37%提升至57.56%,煤气低位热值由8.69 MJ/m^(3)增至9.83 MJ/m^(3),是参考文献所述工程产出煤气低位热值的1.55~1.88倍,有利于窑炉系统的着火及稳定燃烧。随CC比增加,FC和LC的比表面积先增加后减小,FC和LC的最高比表面积分别为291.21 m^(2)/g和477.15 m^(2)/g,分别为半焦原料的48倍和78倍;FC和LC具有丰富的微孔结构,且石墨化程度比RC降低、活性点位增加;FC和LC的微孔面积占比表面积的54.93%~68.42%;相比较而言,LC具有更高的比表面积和增量孔容积,主要是由于LC在反应器内的停留时间较长,促进了孔隙的发展,形成了大量微孔。不同CC比条件下所得FC的反应活性指数R0.5、质量平均反应速率均高于RC,表明FC具有较高的反应活性,可预测在高温气固活化态热燃料燃烧过程中,FC将实现高效转化。提出了碳基燃料流态化富氧预热活化-高温气固活化态热燃料富氧燃烧的新思路,获得了CC比对CO_(2)气氛流态化预热活化半焦特性的影响规律,揭示了CO_(2)作为碳和氧载体的积极作用,研究结果为流态化预热活化技术在工业窑炉富氧燃烧行业的应用提供了数据支持。

颗粒间的智慧:化学工程专家李洪钟院士的流态化人生

李洪钟是我国著名化学工程学家,流态化研究领域的学术带头人之一。他建立了非流态化气固两相流理论,丰富了多相流学科的科学内涵,有效解决粉体工业生产技术难题;通过自研微观摄像机,在国际上首次拍到快速流化床的颗粒聚团和稀密两相结构,引起了学术界广泛关注;提出了气固流态化散式化理论方法,大幅提高了传统多相反应器的转化效率;构建了气固流化床结构传递关系与反应行为的量化调控方法,推进流态化工业开发与过程工程学科研究。文章从李洪钟求学经历、创新科研、工业开发和著书育人等方面揭示了他献身报国的科学家精神。

铁精矿粉烧结特性与优化配矿研究——评《钢铁冶金新技术丛书:流态化还原铁矿粉黏结机理及抑制技术》

作者:郭占成公旭中ISBN:9787030421883出版社:科学出版社出版时间:2015-01高炉炼铁是现代钢铁冶炼行业的重要工艺,可将铁从含铁原料、矿石等化合物中还原出来,制备出的生铁可用于锻造加工,制造其他机械零件或炼钢。铁精矿粉作为高炉炼铁的重要原料之一,其烧结特性会直接影响烧结矿的质量,进而影响高炉冶炼的生产运营。由郭占成、公旭中编写,科学出版社出版的《钢铁冶金新技术丛书:流态化还原铁矿粉黏结机理及抑制技术》,对铁精矿粉的烧结特性进行了分析,提出高炉冶炼优化配矿、提高烧结矿质量的可靠措施。

粗颗粒流态化浮选Ⅰ:动力学分区及矿化气絮体稳定性分析

流态化浮选技术作为粗颗粒分选新技术,明晰其动力学分选过程、揭示粗颗粒回收强化机理可为调控粗颗粒流态化分选过程奠定理论基础。本文搭建了实验室粗颗粒流态化浮选试验系统,采用电阻层析成像(ERT)、高速摄像、深槽取样等测试方法系统地探讨了不同上升水流速度(8 L/min、10 L/min和12 L/min)下床层轴向浓度分布。结果表明,流化玻璃球浓度在不同水流速度下均呈现自底部向顶部逐渐递减的稳定分布,中部浓度随高度增加而显著降低。进一步提出了粗颗粒流态化浮选“四分区”动力学模型,揭示了稀相区和浓相区的矿化分离机制:稀相区的分选过程为“浮力-重力”耦合,依赖于微重力场的泡沫浮选;浓相区为“重力-浮力”耦合,基于密度差异的重力分选。此外,建立了颗粒气泡矿化气絮体稳定性计算模型,推导了矿化气絮体稳定存在下的最大颗粒尺寸(R_(max)),从理论上证明了流态化浮选的粗颗粒浮选粒度上限是传统机械搅拌式浮选的1.5~1.8倍。

粗煤泥流态化浮选颗粒流化特性及分选效果研究

气液固流态化浮选新技术基于重浮耦合原理可实现粗颗粒高效回收,以1.0~0.5 mm粗煤泥为研究对象,系统探究了水速、充气量、捕收剂和起泡剂用量等因素对实验室二维流态化浮选床层流化特性和分选效果的影响。结果表明:增加水速、降低充气量及添加起泡剂和捕收剂均可有效降低压力信号波动,增加床层稳定性。降低充气量可以减小气体在床层内部的表观气速,而水速的增加和起泡剂的添加会通过流体的剪切效果和表面张力的降低使气泡尺寸减小,捕收剂的添加则有助于气泡与颗粒的黏附,降低气泡的上浮速度。随水速和充气量的增加,精煤灰分呈现先减小后增加的趋势,但尾煤灰分趋势略有不同,过高的充气量会扰乱床层导致返混严重,尾煤灰分增加;捕收剂和起泡剂的适当加入会进一步降低精煤灰分,这是由于浮选气泡在粗颗粒表面的黏附,降低了其表观密度,强化了按密度分选效果,但是过量的药剂加入可能会导致浮选夹带现象的出现,增加精煤灰分。最后研发了直径200 mm流态化浮选设备用于半工业试验,以1.0~0.25 mm粗煤泥为入料,在水速为15 L/min、充气量为1.5 L/min、捕收剂200 g/t和起泡剂400 g/t条件下可获得最佳分选指标,精煤灰分和产率分别为9.34%和90.13%,尾煤灰分和产率分别为38.51%和9.87%。本研究对实现流态化浮选过程床层稳定性调控及粗煤泥高效回收利用具有重要意义。

循环流化床气固流态化实验平台的设计及应用

为开展卓越工程科技人才培养,基于气固流态化专业实验分析,研制了一套循环流化床气固流态化实验平台。该平台包括多功能循环流化床实验装置和配套测量系统。实验装置主体由有机玻璃制成,分为颗粒内循环回路和颗粒外循环回路。通过改变颗粒回路中的操作条件可观测流型转变和流化速度对床层压降的影响并进行颗粒循环回路压力测试、颗粒质量浓度分析等实验,同时测量系统可对实验过程中压力及颗粒浓度数据进行实时采集。本实验平台实验数据可为循环流化床故障诊断和工业生产提供参考。

欧拉-欧拉双流体模型中颗粒黏性对液固散式流态化的影响

采用无黏性双流体模型、基于颗粒动理学的双流体模型以及Brandani和Zhang简化双流体模型探究了颗粒黏性对液固散式流化特性的影响规律。经与文献中实验数据和Gibilaro公式计算值对比后发现:3种双流体模型均能较好地预测整体固含率,与实验值相对偏差在3%以内,其中无黏性双流体模型和简化双流体模型对固含率预测更符合散式流态化特点;3种双流体模型对时均颗粒轴向速度预测均呈现整体环核结构的固有属性,其中简化双流体模型在较低和较高两组液速工况下预测的相对偏差平均值分别为0.277和1.028;当入口液速突然变化后,收缩过程中简化双流体模型对响应时间预测准确度略高,而膨胀过程中因低浓度区界面不稳定以及膨胀过程中床内颗粒形成的由浓到稀过渡段延长了稳定时间,3种模型预测均与理想过程存在一定偏差,其中液速较低时三者差异不明显,但液速较高时简化双流体模型准确性略高。基于颗粒动理学的双流体模型对动态过程模拟的计算耗时最长。

火星上的气固流态化模拟实验

为了了解火星上的气固流态化行为,本文应用计算颗粒流体力学方法对不同重力条件下的气固流化床反应器中的流态化现象进行了数值模拟研究。分析了火星环境条件下气固流化床内的流体速度分布特性,探索了床层压力波动特性与环境重力和表观气速等因素间的关系。结果表明,在火星环境条件下,提高表观气速可以促进气固流态化的形成和充分发展;但是较高的表观气速会使流化床内的气固流场紊乱程度增加,不利于维持稳定的气固流态化状态。研究结果对于未来在火星上开展物质和能源等就地生产用气固流态化单元操作具有一定的指导意义。

流态化焙烧制备高纯纳米氧化铝及其结构表征

流态化焙烧通过气体阻隔可降低晶粒间的作用力,抑制晶粒熔融生长,减少团聚。以AlOOH为原料,在流态化焙烧炉中焙烧出一系列比表面积大、表面富酸量、晶相稳定的纳米氧化铝。通过分析产品的形貌和织构性质,探究了流态化焙烧对纳米氧化铝表面官能团和活性因子的影响。成功制备超细α-Al_(2)O_(3),控制粒径在100~200nm之间。结果表明:1200℃下流态化焙烧获得的α-Al_(2)O_(3)(L1200)比表面积为57.27m^(2)/g,固定床焙烧氧化铝(G1200)仅为14.20m^(2)/g。L1200表面具有更多的酸碱量和更强的酸碱活性中心,Bronsted酸(B酸)和Lewis酸(L酸)含量分别为42.641mmol/g和342.681mmol/g,B/L(B酸/L酸的比值)为0.124,相比G1200(B酸:7.629mmol/g,L酸:177.301mmol/g,B/L:0.043)具有明显的酸活性优势。L酸向B酸转化提高了纳米氧化铝的高值化利用。

松木颗粒流态化两段气化制备清洁燃气的工艺稳定性验证

为了验证流态化两段气化工艺的长时间运行稳定性,本实验采用商用果木炭半焦作为松木流态化两段气化制备清洁燃气的催化床料。实验前期通过形成稳定的有效催化半焦床层,减少半焦在系统内的积累周期,以实现系统快速达到高效脱除焦油的目的。实验中,保持过量空气系数(ER)为0.35,提升管气速为3m/s,并逐渐调整流化介质中的氧气浓度,逐步增大生物质处理量。结果显示,随着松木颗粒的进料量从1kg/h增大到3kg/h,产品气中CO和H2体积分数分别从7.71%和3.13%增长至16.15%和12.60%,CH4的体积分数略微下降。气体收率(标准)也从0.90m^(3)/kg增长至1.36m^(3)/kg,相应的产品气热值(标准)从3.26MJ/m^(3)增加至4.80MJ/m^(3)。通过多次人为启停和改变运行参数等操作,在整个12h运行周期内,流态化两段气化产生的半焦与消耗的半焦速度相匹配,温度和压力表现出良好的运行稳定性。这一结果证明了流态化两段气化工艺在生物质制气中具有技术先进性和长时间运行稳定性。

风速对毛豆颗粒流态化行为影响的仿真分析

为了探究不同风速下毛豆颗粒流态化特性,提高速冻效率,基于欧拉-拉格朗日方法给出固体颗粒的运动方程,使用Fluent软件与Rocky颗粒仿真软件,进行毛豆颗粒在不同风速下的气固耦合仿真。结果表明,初始堆积高度100 mm的毛豆的初始流态化速度约为2.0 m/s,流态化过程中,床层边缘和中心区域气泡快速生成、膨胀,随后破裂,并且伴随少量颗粒喷射现象;压降和床层高度均呈现出周期性波动的特征,进入流化状态后,床层高度与进口风速呈正相关,2.6 m/s为最佳流态化风速。研究为食品流态化提供相关理论基础。

内构件结构对流态化过程影响规律研究

采用CFD数值模拟的方法对流化床内部流场进行研究,研究了空床结构,指型管床结构和U型管床结构对气相流场分布的影响;研究了流化床反应器内构件对流化质量的影响。结果表明:在空床气速为0.4 m/s时,含指型管结构的流化床反应器,固含率最大值为0.53,床层在流化状态下的颗粒浓度处于一个波动的区间,在该区间下维持一个良好的状态,流化状态更加平稳,并且指型管结构有助于维持流化床的均匀性,使床层处于较高质量的流化状态。

生物质流态化催化气化技术研究

研究了流态化气化炉用于生物质气化的可行性和安全性 ,在富氧条件下研究了木屑气化工艺过程 ,探索了催化剂对气化过程及焦油裂解过程的影响 ,给出了一个最佳的工艺操作参数范围。煤气热值最高可达 9.93MJ/Nm3。

不同类型颗粒的振动流态化

在一种新型复合振动流化床中研究了不同振动参数（ｆ＝１０～６０ＨＺ），Ａ＝０．５５×１０（－３）～１．５×１０（－３）ｍ）及不同操作条件对Ｇｅｌｄａｒｔ分类中的Ａ、Ｂ和Ｄ类颗粒起始流化行为的影响。结果发现，振动的引入可以降低颗粒的起始流化速度，对于较细的颗粒降低幅度可达４５％左右；而对于较粗的颗粒，起始流化速度则降低幅度较小。另外，静床高度的增加将使振动效果减弱，使得起始流化速度下降幅度减小。在较宽的实验范围内，提出了振动条件下起始流化速度的经验关联式。

散式流态化到聚式流态化的混沌识别

散式流态化呈现出一种非常均匀的理想流态化结构 .聚式流态化具有明显的两相结构 .当流型从散式到聚式转变时 ,床层结构发生了变化 .本文在提出用最小二乘法同时计算关联维D2 和K2 熵的计算方法的基础上 ,就A类颗粒在不同气速下的压力波动 ,分析了从散式到聚式转变时所对应的床层结构的变化 ,解释了在不同尺度下两种流型所表现出的不同动力学行为 .以此为基础 ,提出了新的识别流型转变的方法 .

粘性SiC颗粒聚团流态化特性

对不同粒径的°SiC粘性颗粒的流态化实验表明，颗粒粒径对流化性能有较大影响，颗粒粒径越小，颗粒间粘附力越大，其流化性能越差；提出了粘性颗粒自然聚团数Ae_n和流态化聚团数Ae_f，用来表征颗粒的流化性能；指出了应开展粘性颗粒聚团流态化的研究。

FCC颗粒散式或聚式流态化特性的CFD模拟

流化催化裂化(FCC)在重油轻质化过程中占有重要地位,掌握气固流化床内流动特性对FCC装置的合理设计有一定指导作用。采用Brandani S和Zhang K的模型,在商业化CFD软件包CFX 4.4平台上模拟了宽为0.25 m和高0.70 m的二维流化床中粒径为6.4×10-5m和密度为1 225 kg/m3的FCC颗粒不同表观气速下的散式或聚式流态化特性,所得结果与前人的实验测量和理论预报相吻合。

石灰石浆液和石灰浆液三相流态化烟气脱硫比较研究

在处理烟气量 2 0 0 0m3 /h的热态实验装置上 ,进行了大量石灰石和石灰浆液烟气脱硫试验比较研究。试验结果表明 :当浆液pH值在 5～ 8之间 ,喷射管插入深度 16 0～2 0 0mm (相应的喷射器的压降为 15 0～ 190mmH2 O) ,喷射速度为 10～ 2 5m/s左右 ,循环倍率为 3,浆液浓度为 7%以下时 ,对反应加以搅拌和对产物强制氧化 ,使用石灰作脱硫剂可以获得 95 %以上的脱硫效率 ,使用石灰石作脱硫剂脱硫效率大于 75 % ,若在石灰石脱硫时使用添加剂也能获得90