【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】流化床顆粒制備反應器具有結(jié)構(gòu)簡單、傳熱傳質(zhì)速率高、能耗低和能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的優(yōu)點，提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，廣泛應用于化工、醫(yī)藥以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的催化劑、藥品和化肥等顆粒的制備過程。由于流化床顆粒制備過程通常涉及氣、液、固三相摻混，反應器內(nèi)部的流動呈現(xiàn)出時空非穩(wěn)態(tài)和多尺度效應。流化床顆粒制備過程的關(guān)鍵參數(shù)在線監(jiān)測和過程診斷是國際多相流測量領(lǐng)域的熱點與難點，而現(xiàn)有的在線監(jiān)測技術(shù)多基于單一傳感器，獲取的信息有限，且受到運行條件的限制，難以用于解析流化床反應器內(nèi)部復雜多相流動的特性以及為過程調(diào)控提供數(shù)據(jù)支持。
 

　　針對流化床顆粒制備過程在線測量面臨的挑戰(zhàn)，中國科學院工程熱物理研究所開發(fā)了結(jié)合電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography，ECT)、高速攝像(CCD)、聲發(fā)射(AE)和壓力傳感器的非侵入式多模態(tài)融合測量技術(shù)，提出了多傳感器數(shù)據(jù)融合分析方案(圖1)。該團隊開發(fā)了新型組合電極ECT傳感器，實現(xiàn)了流化床反應器的高質(zhì)量斷面成像和內(nèi)部參數(shù)分布信息的獲取。進而，該研究將ECT斷面圖像信息、顆粒流高速攝像數(shù)字圖像分析和壓力信號時頻域分析相結(jié)合，基于信息互補和相互驗證，準確識別了正常噴動和加濕-干燥過程中的典型流態(tài)以及流態(tài)轉(zhuǎn)變，揭示了不穩(wěn)定噴動產(chǎn)生的原因(圖2)。
 

　　為獲取更多顆粒流動微觀尺度信息，科研人員將ECT斷面圖像信息與高頻聲發(fā)射(AE)信號時頻域、遞歸分析相結(jié)合，實現(xiàn)了流化床顆粒制備過程中顆粒團聚現(xiàn)象的識別以及顆粒流動性變化、失流演變過程的準確監(jiān)測。該研究同時結(jié)合ECT和CCD圖像信息和原始數(shù)據(jù)，基于pSNN神經(jīng)網(wǎng)絡，提出了顆粒濕度分級預測模型(圖3)。與傳統(tǒng)方法相比，顆粒濕度的預測精確度明顯提升。該研究為流化床顆粒制備過程在線測量技術(shù)的工程應用奠定了重要基礎(chǔ)。
 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Science、Industrial & Engineering Chemistry Research上，并在首屆多相傳輸及能源轉(zhuǎn)化利用國際會議上作了報告。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院對外重點國際合作項目的支持。上述成果由工程熱物理所、北京航空航天大學、清華大學深圳研究生院和英國曼徹斯特大學合作完成。