气—固流化床颗粒的内循环流动

从多尺度范围考察了气－固流化床内尾涡颗粒流和乳化相颗粒流的运动规律,将分散的尾涡颗粒流和乳化相颗粒流连续介质化,从流变学角度定义了颗粒洗粘度,用流体力学方法建立了内循环流动结构的多尺度,连续介质流模型,较好地揭示了颗粒循环循环流动的规律。实验观测支持模型预测结果。     

内循环快速流化床流动特性研究

建立了一种新型的内循环流化床并实现了快速流态化运转，根据轴向和径向颗粒浓度的测定结果，分析了气固环隙流动和圆管流的差异，经实验数据关联，得到了曳力系数比值Ｃ＿ｄ／Ｃ＿（ｄｓ）随浓稀相极限颗粒浓度的变化趋势；实验中还考察了颗粒浓度受操作条件及物性参数的影响结果，并与传统空管快速床进行了比较。     

不均匀布风的内循环流化床特性研究

开发了一种新型的内旋流流化床气体分布板 ,像传统内循环流化床气体分布板一样 ,该分布板也有两个区域 ,但产生内循环的机理不同 ,其内循环不是由两个区域的不同气体流速产生 ,而是由两个区域的不同气体通量控制 ,中部为低开孔率区 ,运行时呈移动床状态 ,周围为高开孔率区 ,运行时呈流态化状态 ,两种状态共同作用 ,实现物料在床的内部循环     

内循环微型流化床流动特性

针对开发适用于化学气相沉积反应动力学研究的微型流化床反应分析仪的应用需求,研究了外径为30 mm的内循环微型流化床中气固流动特性,具体考察了中心射流管伸入高度、内导流管直径和颗粒装载量对实现固体物料内循环的最小操作气速和导流管与环隙区间窜气的影响。结果表明,随着射流管伸入高度的增大,实现颗粒内循环流动的最小操作气速变大;存在最优的导流管直径(20 mm),使得实现颗粒环流的最小操作气速较小;增大颗粒装载量有利于降低颗粒内循环的最小操作气速。通过检测示踪气体在环隙区内的质谱信号,发现在所考察的参数范围内,反应器底部不存在导流管区向环隙区的窜气;在反应器上部,由于颗粒对气体的夹带,环隙区上部总能检测到示踪气体,且窜气特性随操作气速的增大而增强。研究结果可为设计适用于化学气相沉积反应的内循环微型流化床反应器提供参考。     

超细粉在内循环流化床中的流态化特性

在内径120 mm的半圆柱形内循环流化床中,以平均粒径387 nm的Ti O2为原料,考察了单独通入流化气、射流气和同时通入流化气和射流气三种流化方式下超细粉的流化特性以及射流气速对超细粉聚团尺寸的影响。结果表明:同时通入流化气和射流气时,流化气能促进粉体循环,消除环隙死区;高速射流能有效破碎聚团,显著减小聚团尺寸,从而使超细粉在环隙区与导流管之间形成稳定循环,小聚团在环隙区实现平稳流态化。随着射流气速的增大,聚团尺寸减小,粒度分布变窄,在射流气速分别为60,90,120,150 m/s的条件下,聚团平均直径分别为194,158,147,135μm。     

气-固流化床中颗粒的内循环流动

从多尺度范围考察了气－固流化床内尾涡颗粒流和乳化相颗粒流的运动规律,将分散的尾涡颗粒流和乳化相颗粒流连续介质化,从流变学角度定义了颗粒流粘度,用流体力学方法建立了内循环流动结构的多尺度、连续介质流模型,较好地揭示了颗粒循环流动的规律。实验观测支持模型预测结果。     

内循环流化床固体循环速率的研究

研究一种加料不独立的垂直气力输送装置，并以流化床作为料仓和混合区，两者构成固体循环系统。由于系统特性，加料喷嘴的插入高度与加料结构将会直接影响操作的稳定性，从力的平衡出发导出临界结构为ｈｅ／Ｄｅ＜ｆＨＬ／Ｒ，其中ｆ是颗粒特性的函数。     

漏斗型导流内构件对内循环三相流化床流体力学与传质特性的影响

通过增加新型内构件来改善内循环三相流化床的流体力学与传质特性,以实现化工、环保领导中追求高氧利用率的过程。针对此过程设计了3种不同结构参数的漏斗型导流内件并设置于导流筒顶端,分别测定反应器内气含率、液相混合时间、液体循环速度、体积氧传质系数的数据并分析其变化规律,以解析内件的作用机制。实验在有效体积39L,以空气为气相、水为液相、多孔泡沫颗粒为固相的反应器中进行,研究发现：漏斗型导流内件的设置使升流区气含率平均增大10%,体积氧传质系数kLa提高了15%,液相混合时间下降10%-25%;内件的设置可以改变液体循环速度,当表观气速<0.5cm/s时,液体循环速度加快,当表观气速>0.5 cm/s时,液体循环速度下降;此外,漏斗型导流内件的结构参数变化对流化床流体力学与传质特性有较大影响。结果表明,流化床内增加新型内构件并合理设置能够实现反应器效能的提高。     

三相内循环生物流化床内循环时间的研究

采用脉冲示踪法测定了三相内循环生物流化床反应器在不同进气量Q_g、固含率ε_s和升降流区截面积比条件下的循环时间T_C,对反应器的内循环特征和混合情况进行了系统的研究。结果表明：进气量Q_g、固含率ε_s和升降流区截面积比A_r/A_d共同影响了反应器的内循环时间T_C,进气量能在较大范围内调控反应器的循环时间T_C。循环时间T_C随进气量Q_g呈指数衰减,随ε_s的增加而增大,并且最小进气量Q_g,min也随ε_s的增加而升高;随A_r/A_d的增大,T_C总体也呈增大趋势。Q_g为96 L/h时T_C 随ε_s变化的转折点,当Q_g大于96 L/h时,T_C随ε_s的增加显著增大;并进一步讨论了进气量和固含率对反应器的生物处理效率和效果的影响,为反应器的改进、放大和运行提供了可靠的依据。     

三相内循环生物流化床处理废水的研究

以活性碳和陶瓷颗粒为载体粒子,采用快速排泥挂膜法启动实验,在反应器的运行过程中逐渐加大进气量及进水量,直至出水COD浓度达到一个较低水平.分别考虑了进水COD浓度、空气流量、废水流量、容积负荷四个因素对COD去除率的影响.结果表明:当系统运行到第13 d时,COD的去除率达到了一个较大值,并趋于稳定.     

流化床化学气相沉积多晶硅的技术进步与挑战

Various methods for production of polysilicon have been proposed for lowering the production cost and energy consumption, and enhancing productivity, which are critical for industrial applications. The fluidized bed chemical vapor deposition (FBCVD) method is a most promising alternative to conventional ones, but the homogeneous reaction of silane in FBCVD results in unwanted formation of fines, which will affect the product quality and output. There are some other problems, such as heating degeneration due to undesired polysilicon deposition on the walls of the reactor and the heater. This article mainly reviews the technological develop-ment on FBCVD of polycrystalline silicon and the research status for solving the above problems. It also identifies a number of chal-lenges to tackle and principles should be followed in the design of a FBCVD reactor.     

Fluidized‐bed CVD of unstacked double‐layer templated graphene and its application in supercapacitors

Graphene is inclined to stack with each other that greatly hinders the full utilization of its intrinsic extraordinary properties. Introducing protuberant spacers is a straightforward strategy to avoid the stacking of graphene nanosheets, resulting in a novel unstacked double‐layer templated graphene (DTG) structure. Herein, a family of layered double hydroxides were used for the bulk chemical vapor deposition (CVD) of DTG in a fluidized‐bed reactor. A high specific surface area of 1554.2 m² g^?1 and a large pore volume of 1.70 cm³ g^?1 were achieved. When used as the electrode material for supercapacitors, the DTG afforded a specific capacitance of 65.5 F g^?1 at a sweep rate of 5.0 mV s^?1 and a capacitance retention of 77% when the sweep rate was increased to 500 mV s^?1. Therefore, the DTG obtained via fluidized bed CVD is a promising electrode material for supercapacitor applications. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 61: 747–755, 2015     

流化床-化学气相沉积技术的应用及研究进展

流化床-化学气相沉积(FB-CVD)技术是一种多学科交叉的材料制备技术,兼有流化床传热传质性能良好以及化学气相沉积均匀、产物单一等优点,在工业生产中有着广泛的应用,但因其属于交叉学科,散见于各种研究,没有进行专门的进展评述。本文拟对FB-CVD的工业应用进行专题综述,分析其发展和研究趋势。首先探讨了FB-CVD的基本原理,分别综述了其在颗粒包覆、一维纳米材料、多晶硅制备、颗粒表面改性及粉体制备等方面的应用,介绍了FB-CVD的过程模拟及反应器结构优化方面的研究进展。通过以上讨论,梳理了FB-CVD研究的科学内涵。可以看出,该过程具有明显的多尺度特征,即材料制备的微观层次、颗粒流化均匀性的介观层次以及反应器结构设计的宏观尺度。总结得出:FB-CVD技术的未来发展取决于3个尺度的耦合分析,其研究重点也应关注尺度间的相互影响效应,如材料制备的均相成核、非均相成核和颗粒流化及运动规律的相互耦合等。     

流化床CVD法原位合成CNTs-Ni-TiO2及其光催化性能

采用柠檬酸修饰溶胶-凝胶法制备NiO-TiO₂催化剂,然后于流化床反应器中直接在NiO-TiO₂表面原位生长多壁碳纳米管,制备出CNTs-Ni-TiO₂复合光催化剂。采用XRD、SEM、TG、BET、PL荧光光谱等方法对制备的样品进行了表征,以亚甲基蓝降解为模型反应,考察了复合催化剂在紫外线下的光催化性能。结果表明,在NiO含量为5%的NiO-TiO₂催化剂上生长CNTs后得到的CNTs-Ni-TiO₂复合材料具有较高的光催化活性。     

流态化气相沉积中FeSi5Cr5.5/SiO2核壳结构的演化过程

以正硅酸乙酯为SiO2绝缘介质前驱体,FeSi5Cr5.5合金球形粉末为基体,研究了流态化气相沉积中FeSi5Cr5.5/SiO2核壳结构的形成时间及演化过程。利用X射线衍射仪、场发射扫描电镜和X射线光电子能谱仪对不同沉积时间下制备粉末样品的显微特征进行了分析,利用振动样品磁强计和四探针电阻率测试仪表征了粉末样品在室温下的磁滞回线和电阻率。结果表明,在流态化气相沉积过程中,从原料FeSi5Cr5.5合金粉末到完全转换成FeSi5Cr5.5/SiO2核壳结构粉末至少需要30 min,且转换过程符合三维岛状形核生长模型。在FeSi5Cr5.5/SiO2核壳结构中分别存在5种氧元素结构和4种硅元素结构,形成FeSi5Cr5.5/SiO2核壳结构后粉末电阻率提高了3~4个数量级,但饱和磁感应强度降低了约9.6%。     

流态化CVD技术制备Al_2O_3－SnO_2复合粒子

在内径４０ｍｍ的流化床反应器中，利用ＳｎＣｌ＿４气相水解反应，制备了超细Ａｌ＿２Ｏ＿３－ＳｎＯ＿２复合粒子。通过ＸＲＤ，ＥＰ－ＭＡ，ＨＲＥＭ等现代化分析手段确定了产物中ＳｎＯ＿２的晶型及其在Ａｌ＿２Ｏ＿３团聚物中和在Ａｌ＿２Ｏ＿３原生颗粒表面的分散包敷形态。研究结果表明：３００℃下制备的产物中ＳｎＯ＿２呈无定态，经８００℃热处理２ｈ，ＳｎＯ＿２转化成金红石型，产物中ＳｎＯ＿２均匀分散于整个Ａｌ＿２Ｏ＿３团聚物中；１００℃下制备的产物中ＳｎＯ＿２以薄膜形式包敷在超细Ａｌ＿２Ｏ＿３颗粒表面；４５０℃下制备的产物中，ＳｎＯ＿２以６～１０ｎｍ的粒子形式淀积在Ａｌ＿２Ｏ＿３表面。     

气-固循环流化床的流动特性

循环流化床是一种新型高效无气泡气-固反应器,应用广泛。文章首先介绍了气-固循环流化床的特点,总结了循环流化床上部区域的流动特性,并讨论了循环流化床底部区域的流动特性,最后展望了循环流化床流动特性研究的发展趋势。