预混进料对废树脂流化裂解反应中颗粒团聚的抑制作用

针对放射性废树脂流化裂解反应过程中颗粒团聚问题,提出了高岭土和陶瓷颗粒预混进料抑制颗粒团聚的新思路,在流化裂解实验装置中通过测量床层压降和对产物的XRD、SEM以及元素分析,考察预混时高岭土添加量对流化特性和颗粒团聚的影响规律。研究结果表明,高岭土与陶瓷球预混后可在陶瓷球颗粒表面形成均匀的涂覆层,当高岭土添加量≥0.20%(质量分数)时具有显著的抑制废树脂流化裂解反应中颗粒团聚的作用,但存在一定的作用时长,应定期补加预混高岭土的陶瓷球颗粒以维持陶瓷球表面的高岭土覆层,当高岭土预混添加量为0.20%(质量分数)时高岭土预混进料抑制团聚的作用时长约为70 min。与高岭土和废树脂共混进料相比,预混进料可在更低的高岭土添加量条件下达到颗粒团聚抑制效果,有利于放射性废树脂的减量化处理。

基于希尔伯特-黄变换测量搅拌釜临界分散转速

基于希尔伯特-黄变换(HHT)分析搅拌釜壁产生的声发射(AE)信号,获得了代表气液体系运动的特征频段(10～80kHz),将其对AE信号进行重构.以重构信号能量为特征参数,根据其随搅拌转速的规律性变化,提出搅拌釜临界分散转速的测量判据,即重构信号能量由平稳突然增大时所对应的搅拌转速为临界分散转速.与目测法相比,该方法平均相对偏差小于2.86%,具有较高的精度.研究发现,外循环破坏了搅拌釜内的径向流动,不利于气液分散,导致临界分散转速变大.根据不同外循环条件下的实验结果,建立外循环搅拌釜临界分散转速的预测关联式,平均相对偏差小于0.65%.该研究结果表明,声发射结合HHT的方法可以准确实现临界分散转速的测量.

基于微气泡强化的浆态床反应器流体力学特性

采用电导探针和Pavlov管研究了微气泡对浆态床反应器内气含率和轴向液速的影响规律。实验结果表明,随着微气泡进气比(Qg-micro/Qg)的增加,平均气含率先增加后减小,最佳Qg-micro/Qg为0.28,反应器底部中心局部气含率显著增加,壁面局部气含率变化较小;随着Qg-micro/Qg增加,反应器底部中心轴向液速逐渐变大,而壁面附近液速方向始终向下;随着反应器轴向高度的增加,气体分布器对局部气含率和轴向液速的影响逐渐减弱,局部气含率径向极差变小,轴向液速的径向分布曲线更加平坦。

声波的多尺度分解与搅拌釜中浆液浓度的测量

利用声发射检测技术,根据固体和液体碰撞壁面产生不同频率的声发射信号的机理,结合小波分析,建立了搅拌釜中浆液浓度的预测模型,模型可以定量描述特征频段的声能量值随浆液浓度和搅拌转速的变化规律.以水-沙子体系为例,分别考察了浆液浓度为0～0.4 g·ml^-1、搅拌转速为350～550 r·min^-1条件下的声发射信号.实验发现,在完全悬浮的条件下,将声发射信号在0～30 kHz频率范围内作8尺度小波分解,第4、5、6等3个频段的声发射信号的能量值之和随浆液浓度的增加线性增加,随转速的增加呈三次方关系增加.而浆液浓度预测模型的计算值与实验值之间的平均相对误差为7.62%.研究表明,声发射检测技术能快速、准确地实现浆液浓度的在线检测.

喷嘴结构对射流鼓泡反应器混合和传质性能的影响

喷嘴结构对射流鼓泡反应器的混合和传质性能具有重要的影响。以空气-水作为模拟介质,使用双探头电导探针、电解质示踪法和动态溶氧法,对比研究了缩径式圆形喷嘴和旋扭三角形喷嘴对射流鼓泡反应器中气泡尺寸分布、平均气含率、液相混合时间和气液传质系数的影响规律。实验发现,随着气速或液体射流Reynolds数的增大,两种喷嘴对应的平均气含率、液相混合时间和气液传质系数具有相同的变化规律;与缩径式圆形喷嘴相比,采用旋扭三角形喷嘴的射流鼓泡反应器中气泡尺寸更小,平均气含率更高,宏观混合时间更短;当气体输入功占总输入功比例超过20%时,喷嘴结构对气液传质系数的影响较小,当气体输入功占总输入功比例小于20%时,旋扭三角形喷嘴的气液传质性能优于缩径式圆形喷嘴。研究结果可为工业射流鼓泡反应器喷嘴结构的优化提供理论指导。

聚氯乙烯溶液浓度的拉曼光谱检测

借助拉曼光谱,对聚氯乙烯(PVC)-环己酮溶液的浓度进行了检测。通过偏最小二乘法(PLS)分析发现,第一项PLS成分(factor 1)的得分与PVC溶液浓度成正比关系,factor 1的载荷分布能有效地反映出溶液浓度与溶液中的PVC和环己酮含量的关系。建立了PVC溶液浓度的PLS回归预测模型,模型预测结果与真实值间的r值和均方根误差(RMSE)分别为0.996 3和2.775。提取PVC和环己酮的拉曼特征峰,包括PVC中的C—Cl键(620,695cm-1)和环己酮中的脂环族酮(1 709cm-1),通过特征峰内标法,建立了PVC溶液浓度的预测模型,预测值与真实值间的r和RMSE值分别为0.994 1和3.151。研究表明,拉曼光谱能够实现溶液中PVC浓度的快速、准确的检测,对优化PVC溶剂法回收工艺具有积极意义。

气相法聚乙烯流化床反应器中冷凝操作模式的声发射检测

在Unipol气相法乙烯聚合装置中,对流化床反应器切换到冷凝操作模式的过程进行声发射检测试验。当循环气体中冷凝液出现且含量逐渐增加时,声发射信号在175～200kHz特征频域内的能量分率(R)发生突变并持续增大。据此,提出以R发生突变并持续增大作为流化床反应器切换到冷凝操作模式的判据。工业试验结果表明,可利用声发射技术检测流化床反应器是否进入冷凝操作模式,且比传统的温差判别方法更为灵敏。

聚乙烯颗粒间范德华力的原子力显微镜测量

聚乙烯颗粒团聚结块问题是影响乙烯聚合流化床反应器稳定运行的技术难题。以高密度聚乙烯(HDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)为研究对象,采用原子力显微镜和胶体探针,测量了聚乙烯颗粒之间的范德华力并与模型计算值进行了比较。在本研究实验条件下,HDPE颗粒间范德华力和LLDPE颗粒间范德华力为9.70~17.77 nN,处于同一数量级,但数值略有差异。聚乙烯颗粒间范德华力与颗粒表面粗糙度及粒径相关,表面粗糙度的影响更大。根据实验结果对范德华力计算公式中的Hamaker常数进行修正,计算得到的范德华力随颗粒间距离变化的趋势与实验结果吻合较好。研究结果可为乙烯聚合流化床反应器中颗粒团聚调控提供基础数据。

气液逆流喷射式外环流反应器的液相返混特性

在气液逆流喷射式外环流反应器中,采用电解质脉冲示踪法对液相停留时间分布进行测量,考察不同操作条件以及液相进料位置对液相返混的影响。实验结果表明,随着射流速度uj或表观气速ug的增加,液相返混程度先减小后增大;当气速较低且uj较大时,底部进料的液相返混程度大于喷嘴进料的液相返混程度;而在气速较低且uj较小以及气速较高条件下,底部进料的液相返混程度小于喷嘴进料的液相返混程度。研究结果可为气液逆流喷射式外环流反应器中液相进料位置的选取及液相返混程度的调控提供指导。

液-液喷射混合装置微观混合特性的研究进展

液-液喷射混合装置具有优异的微观混合特性,特别适用于液-液快反应体系。在研究不同液-液喷射混合装置的微观混合特性时,选取合适的研究方法和定量指标非常关键。本文对比分析了液-液喷射混合装置中常用的微观混合特性研究方法(化学探针法、激光诱导荧光技术和计算流体力学方法),包括其优缺点、适用范围、选用原则和应用要点,并总结了表征微观混合特性的定量指标。其次,对液-液喷射混合装置进行了系统性的分类,分别介绍了不同液-液喷射混合装置中微观混合特性的影响因素和研究进展,后者主要包括3种研究方法在研究微观混合机理、微观混合特性时间、微观混合过程强化和装置结构优化等方面的进展。最后总结了罐中喷射混合装置和管状喷射混合装置微观混合特性研究存在的不足和后续研究方向。

外加电场对静电流化床中颗粒运动与床层粘壁的调控机制

对流化床反应器中的颗粒运动行为进行调控可达到强化反应器性能的目的。通过冷模实验研究了直流/交流电场对静电流化床中颗粒运动的影响规律与影响机制,建立了通过外加电场调控静电流化床中床层粘壁的方法。结果表明,在低场强条件下,库仑力主导外加直流电场对颗粒运动的影响,由床层壁面指向床层中心的外加直流电场使得颗粒运动强度和轴向颗粒运动分率降低,而由床层中心指向床层壁面的外加直流电场则作用相反;在高场强条件下,极化力主导外加直流电场对颗粒运动的影响,使得颗粒运动强度减弱。在外加交流电场中,无库仑力存在时,极化力仍在高电场强度下使得颗粒运动强度减弱,但当库仑力存在时,电场强度和方向的周期性改变使得颗粒发生周期性摆动,颗粒运动强度增强。在本文的实验条件下,外加交流电场是一种控制床层粘壁的良好方法。2.5 kV/cm、50 Hz的正弦交流电场使得床层粘壁下降76%。研究结果可为聚烯烃流化床反应器的安全运行和过程强化提供指导。

工程伦理与化工设计课程的融合

文章探讨了如何在化工设计课程中融入工程伦理教育,提出在化工设计课程教学中结合案例分析培养学生的工程伦理观念,通过在大学生化工设计竞赛中设置与工程伦理相关的评分项,引导学生按照化学工程伦理的要求和规范进行设计。工程伦理理念与化工设计课程内容的融合,旨在增强学生的工程伦理意识与职业道德观念,培养具有可持续发展理念和工程伦理素养的高素质化工人才。

基于停留时间分布的缠绕管内二次流研究

缠绕管内二次流能够显著强化管内传质、传热性能。通过测量缠绕管内液体的停留时间分布,利用无量纲方差σ2表征二次流强度,研究了缠绕直径、缠绕角度、缠绕管管径等结构参数对二次流的影响。结果表明:在径向流动未达到极限迁移距离的缠绕管中,随着液体Reynolds数Re的增大,σ2先减小后增大,对应缠绕管内依次出现的湍流作用区和二次流作用区;在径向流动达到极限迁移距离的缠绕管中,随着Re的增大,σ2先减小后增大最后趋于平稳,对应缠绕管内依次出现的湍流作用区、二次流作用区和二次流极限区。从湍流作用区转变为二次流作用区的临界Reynolds数ReS随缠绕管缠绕直径和管径的减小而减小,缠绕角度对ReS的影响较小。

基于深度学习的气液固三相反应器图像分析方法及应用

气液固三相反应器中复杂的颗粒背景给流动参数的图像检测带来巨大挑战。发展了一种基于深度学习的气液固三相反应器图像分析方法,包括采集图像、制作训练集、建立图像识别模型和提取流动参数四个步骤。采用全卷积神经网络,在学习率为0.005、训练次数为2000次、训练集大小超过400张图像的条件下,图像识别误差小于5%。利用该方法可以获取三相反应器中局部相含率(气相分数和液相分数)及其空间分布、时间序列等信息,再采用时域分析、频率分析、小波分析等分析方法提取二次参数,可用于流型识别、压降预测和气液分布的均匀性判别等。将该方法用于涓流床中流动参数的检测,结果表明,局部液相分数的时间序列信号及其功率谱、概率密度分布均能清晰地区分涓流、脉冲流、鼓泡流等典型流型;时间序列信号的均值、标准差、极差和概率密度分布曲线半峰宽等特征参数可用于确定流型边界;平均液相分数可以用于预测涓流区的压降,计算值与实验测量值的平均相对偏差约为15%;液相分数空间分布的标准差可用于表征涓流床中不同流型的气液分布均匀性。该方法为气液固三相反应器的研究提供了新的工具。

射流鼓泡反应器内气液分散状态检测

射流鼓泡反应器内随着射流速度的增大,先后经历气泛、载气和完全分散三种气液分散状态。本文在射流鼓泡反应器实验装置中,利用Pavlov管测量气体分布器上方壁面附近的液速波动信号,发现液速标准差和时均液速随射流速度的增大均依次出现第一平稳段、上升段、下降段和第二平稳段,其中,第一平稳段对应气泛状态,上升和下降段对应载气状态,第二平稳段对应完全分散状态。据此提出了临界射流速度的判断准则:第一平稳段与快速上升段的交点对应的射流速度为泛点射流速度ujf,下降段与第二平稳段的交点对应的射流速度为完全分散射流速度ujcd。与目测法相比,液速标准差分析得到的ujf的平均相对偏差为5.82%,ujcd的平均相对偏差为18.2%;时均液速分析得到的ujf的平均相对偏差为5.86%,ujcd的平均相对偏差为12.1%。研究还发现泛点射流速度随表观气速的增大而增大。

移动床甲醇制丙烯技术的工艺与工程

提出了一种新型的移动床甲醇制丙烯工艺(MMTP)并进行工程化分析。首先,根据反应器必须与催化剂的反应失活速率相匹配的原则,认为移动床是与失活速率处于中等水平的ZSM-5催化剂相匹配的最佳反应器。因此,MMTP工艺在充分发挥ZSM-5催化剂多产丙烯优势的基础上,结合移动床的中等循环速率进行反应-再生,从而实现催化剂高产丙烯的连续化与稳定化;其次,针对MTP反应的强放热特点,对比了流化床工艺的一步法操作与固定床工艺的两步法操作,发现MMTP工艺采用两步法操作既能合理地分配反应热,又能灵活地调控产品分布;最后,通过换热网络的优化设计与醇油共炼的工艺集成,使得MMTP工艺在节水节能的同时仍具有高丙烯收率。目前,在现有的MMTP工艺技术基础上,已经完成1万吨丙烯/年的工艺包设计,技术和经济的竞争优势十分明显,市场推广应用前景广阔。

声发射技术在化工过程中的应用

在简要介绍声发射技术原理、测量手段与分析分析方法的基础上,系统回顾了被动声发射技术在化工过程中对于物理化学变化以及设备状态监控的广泛应用,对声发射技术在流程工业中各个单元操作以及设备监控等各个方面的应用进行了综述。总结表明,声发射技术适用于各种恶劣的工业环境,能够实时在线、准确地实现流程工业中关键过程参数的检测,具有广阔的工业应用前景;相比于传统的检测手段,声发射技术具有更为广阔的工业应用前景。

液体雾化效果的检测及流体力学模拟

为获得一种快速灵敏的液体雾化效果检测方法,利用置于挡板后方的声发射传感器,采集液体喷雾撞击挡板产生的声信号并进行多次扫描累加的快速傅里叶变换,得到不同流量下的声能量值和功率谱图.通过对实验结果的分析,提出临界良好雾化状态的声能量判据,即随着流量的增加,当液滴撞击挡板产生的声能量趋于平稳并开始缓慢上升,雾化准数由缓慢增加转变为迅速增大以及声能量均方差开始上升并趋于平稳时,液体喷雾处于良好雾化的临界状态,进一步增大流量,雾化效果的提升不明显.同时,对雾化效果采用摄像法测定和基于Eulerian-La-grangian耦合算法的计算流体力学(CFD)模拟,结果与声发射实验的结果吻合很好,由此说明采用声发射方法对液体雾化效果进行定性检测具有较强的可行性与准确性.

气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式的稳定性和动态行为

气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式由于显著提高了循环气移热能力和反应器时空产率,已成为流化床乙烯聚合工艺的主流操作模式。建立了气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式的数学模型,包括流化床反应器模型,多级换热器模型和反应温度、压力以及循环气组成的控制模型。基于此,采用流程模拟方法,计算了系统在反应器温度采用闭环控制时的稳态解;根据系统对小扰动的动态响应特点,定性判断了反应器温度采用开环控制和闭环控制时聚合反应系统的稳定性;考察了系统对1-己烯分压和催化剂进料速率的阶跃响应特性。结果表明,反应器温度采用闭环控制时,聚合反应系统在所考察操作条件下均是稳定的,而采用开环控制时,解曲线被分叉点分割为稳定区域和不稳定区域。反应器温度对1-己烯分压阶跃变化的动态响应表明聚合反应系统存在长、短周期两类振荡,表明冷凝态操作模式下乙烯聚合反应过程是一个多控制回路耦合的复杂过程。

池内水沸腾状态的声发射测量

采用声发射技术,结合频域和时域分析手段,研究了池内水沸腾过程中声信号变化与沸腾状态转变的对应关系。结果表明,当过热度为5℃时,沸腾由自然对流状态转变为核态沸腾状态,此时声信号能量、标准偏差和平均绝对偏差值均达到极值点;当过热度为30℃时,沸腾由核态沸腾状态转变为过渡沸腾状态,此时声信号能量、标准偏差和平均绝对偏差值开始出现剧烈的波动。与此同时,随过热度的增加,沸腾过程中声信号主频出现两次明显的阶跃性下降,分别对应于沸腾状态转变为核态沸腾和过渡沸腾。因此,声信号主频的阶跃性变化可作为沸腾状态转变的判据。与该领域的其他工作相比,不仅考察了自然对流状态和核态沸腾状态,还考察了核态沸腾向过渡沸腾的转变过程,同时提出了沸腾状态转变的判据。与传统方法相比,该法相对简单准确,具有灵敏度高、非侵入式、实时在线的优点。