气固流化床反应器的多尺度分析方法研究

基于多尺度分析方法,将声波技术和压力脉动技术同时应用于气固流化床的测量,获得了流化床内部更为全面的流体力学行为.在相同条件下,对流化床同一处产生的信号用两种方法同时测量,并结合R/S分析和小波分析方法,对这两种信号进行了分析.实验结果发现,根据各小波尺度下波动信号的Hurst指数变化规律(均小于0.5、均大于0.5或两者都有),可将信号划分为微尺度、介尺度和宏尺度.其中,声波信号第1～5小波尺度为微尺度,第6～7小波尺度为介尺度,第8～10小波尺度为宏尺度;压力脉动信号第1～2小波尺度为微尺度,第3～9小波尺度为介尺度,第10小波尺度为宏尺度.对两种信号在3个尺度上的能量进行比较,发现声波信号的能量主要集中在微尺度,反映的是颗粒相特征,而压力脉动信号的能量主要集中在介尺度,反映的是气泡相特征.     

基于静电测量的聚乙烯气固流化床结片检测

以聚乙烯气固流化床内无结片正常流化状况为参照,对发生黏壁结片、黏分布板非对称结片和黏分布板对称结片等3种典型结片时不同径向和轴向位置的静电流(EC)进行了测量,发现静电流对结片的灵敏度较高,并据此提出了一种基于静电流的新型结片检测方法,可通过静电流信号平均值(MV)和标准偏差(STD)的改变判断结片的位置.研究发现,在正常流化状况下,床内流化状况均匀,静电流径向对称性良好.而黏壁结片和黏分布板非对称结片的发生均在一定区域内破坏了流化状况的均匀性,前者主要影响结片下方区域的流化状态,后者则对距离分布板较近的两个测点影响较大,两者均造成有结片侧和无结片侧静电流大小和波动程度的差异增大.黏分布板对称结片对流化床中流动状况的对称性几乎没有影响,但与无结片时的实验结果相比,相同高度、相同气速下的平均电流和标准偏差均增大.     

气固流化床声发射信号的多尺度解析

为了研究声波信号结构与气固流化床内流动行为的对应关系,对气固流化床的声波信号运用Daubechies二阶小波在1～9尺度下进行分解,用R/S分析分别研究各尺度下声波信号的分形特征.研究发现,气固流化床的声波信号具有多尺度特征.根据各小波尺度下波动信号的Hurst指数变化规律（均小于0.5、均大于0.5或两者皆有）,建立了声波信号的尺度划分标准,认为声波信号可划分为微尺度、介尺度和宏尺度,分别反映颗粒行为、气泡和颗粒团聚物行为和平均流动行为等.与压力脉动信号多尺度结构的比较表明,声波信号主要反映微尺度的颗粒信息,而压力信号主要反映介尺度的气泡信息.     

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。     

利用声发射技术测量搅拌釜的淤浆悬浮高度

根据颗粒运动碰撞搅拌釜壁面产生声波的机理,结合声信号的频谱分析、小波分解和R/S分析,获得了代表颗粒运动的特征信号频段（d1、d2频段）。同时,基于声波特征信号频段能量沿搅拌釜轴向的规律性变化,提出了声波法测量搅拌釜淤浆悬浮高度的判据,即当声波特征信号频段能量或声波特征信号频段能量比出现阶跃性变化时的高度为淤浆悬浮高度。以水-玻璃珠体系为例,研究发现,无论是盘式涡轮还是桨式叶轮的搅拌桨,基于声信号测定淤浆悬浮高度的判据都能较好地得到验证,与目测法相比,其平均相对误差小于10 %,具有较高的精度。由此,获得了一种简单快捷、灵敏准确、非侵入式的搅拌釜淤浆悬浮高度测量技术,能够实现淤浆悬浮高度的实时监控。     

气固流化床中声发射和结块定位

利用声发射检测技术,结合能量分析,实现了气固流化床内黏壁结块（静结块）的实时监控.通过单颗粒撞击有机玻璃板实验,建立了聚乙烯颗粒撞击有机玻璃的声波衰减方程,确定了声波的有效传播距离.通过150 mm冷模装置实验,分别考察了黏壁结块前后聚乙烯颗粒碰撞壁面产生声发射信号能量的轴向及周向变化,获得了气固流化床黏壁结块定位的判据,即以正常流化时声能量分布为基准,当实时监控的声能量轴向分布出现异常的低谷时,低谷所在的区间减去声波有效传播距离所得的区间为黏壁结块的轴向位置;而当声能量周向分布失去整体对称性、平均能量明显减小、标准偏差显著增大时,黏壁结块产生,而声能量小于平均值、且绝对相对误差明显大于正常流化的连续区域即为黏壁结块的周向位置     

气液搅拌釜泛点转速的声波测量

通过对采集的搅拌釜中声信号的频谱分析、小波分解和R/S分析,获得了代表气液体系运动的特征信号频段（d₄、d₅、d₆频段）,针对声波特征信号频段能量随搅拌转速的规律性变化,提出了搅拌釜泛点转速的声波测量判据,即声能量分率快速增加并开始趋于稳定时所对应的搅拌转速为泛点转速。以空气-水体系为例,考察了不同通气量和静液位高度下的泛点转速,发现泛点转速随通气量的增加而增加,随静液位高度的增加而减小。与目测法相比,声波法测量值的平均相对误差为2.62%,优于传统的功耗法。由此获得了一种快速、准确、安全的搅拌釜反应器泛点转速测量技术,具有良好的工业应用前景。     

MATLAB在《高等反应工程》课程案例教学中的应用

高等反应工程是化学工程与技术硕士研究生修读的重要学位课程。在高等反应工程的课程教学中,采用MATLAB对反应工程中典型的多物理化学过程耦合的科学和工程问题进行建模、模拟和分析。期望通过对高等反应工程的教学改革探索与实践,加强研究生对化学工程专业知识理解和掌握,提升学生使用数学方法和现代计算工具分析和解决工程问题的能力。     

气固流化床分布板死区的声发射检测

利用置于分布板下方的声发射传感器,采集气固流化床反应器中颗粒作用在分布板上产生的声信号.结合频谱分析并对照摄像法,发现由分布板下方采集到的声信号能量分布能够直观地反映分布板上死区分布的情况.当分布板上方某处存在死区时,该处声信号能量较其他点明显偏小.由此提出了基于声信号的流化床分布板死区检测的判据,即当分布板下方某处的声信号能量与该分布板所有测量点中的能量最大值的比值≤ 0.4时,流化床分布板存在死区.通过静床高分别为20和800 mm的气固流态化实验验证了判据的适用性,获得了一种快捷有效、实时在线的流化床分布板死区检测方法,可用于工业生产监控和操作优化.     

气固流化床分布板死区的声发射检测

在φ250 mm 的流化床中,采用空气-聚乙烯颗粒体系和3种不同结构的气体分布板进行流化实验,通过声发射检测装置采集气体分布板下方不同位置的声信号,分别考察了3种小同结构的气体分布板上流化死区的存在情况与位置分布。实验结果表明,分布板局部的声信号平均能量可以反映对应位置的颗粒活跃程度,定义了颗粒活跃程度指数 R_i,并提出以 R_i=0.6作为流化死区存在的判据。声发射技术能有效地检测流化床分布板上的流化死区,对分布板的设计以及工业生产的故障监控都具有积极的意义。