地区：上海市 宝山区
关键词：青岛科技大学;青岛大学
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000004412
成果描述：
| 气固流化床是复杂的非线性混沌系统，具有瞬时性、不确定性和全混流的特点，其流化状态和床内的反应规律受到气体粘度、密度、流速、颗粒粒度、密度和形状等影响。由于其复杂的动力学结构，流化床反应器内反应控制和反应器的放大十分困难。从九十年代末开始，研究者们应用分形、混沌理论研究了常温气固流化床的压力波动行为，证实了其混沌特性。工业流化床反应器都在高温下操作，揭示高温流化床反应器的混沌特性及其多尺度效应属学科前沿，此方面的知识尚属空白。 纳米颗粒由于其优异的超顺磁性、矫顽力、表面效应、量子尺寸效应以及纳米微粒光学特性，利用流化床反应器对纳米、微米颗粒进行物理、化学加工具有重要的科学价值及应用价值。然而，纳米、微米以及超细粘附性颗粒由于颗粒间的范德华力巨大，导致其在流化床中形成毫米级的大尺度团聚体，无法正常流化。但采用外场，声场、磁场和振动场可以破碎颗粒团聚，改善其流化质量。声场具有不需内构件、应用广泛的特点，利用声场流化床改善其流化质量受到了研究者们广泛关注。何种形式的外场能量可以有效破碎颗粒团聚，如何调控声场流化床颗粒团聚的尺度，如何建立声场流化床颗粒团聚预测模型等前沿问题亟待研究。 基于上述高温流化床外场强化调控的结论，该研究发现高温流化床反应器的压力信号可分解为8级近似信号以及1到8级细节信号，揭示了高温流化床反应器的多尺度性、瞬时性和不确定性，并取得了该领域研究人员广泛关注的发现；发现了纳米颗粒在流化床和声场流化床中以微米级、毫米级颗粒团聚流化，随声场强度的增大，颗粒聚团尺度减小。同时研究还揭示了增大声场能量可以有效破碎纳米颗粒团聚，使纳米颗粒在较小的表观气速下流化。在前述研究的基础上，建立了颗粒聚团碰撞能、声能量以及粘性力能量的平衡模型，导出了颗粒团聚尺度的方程。该方程预测聚团尺度同实验数值一致，证明了声流化床颗粒团聚从床层顶部到底部增大。另外，该研究将以上理论基础研究应用于废旧塑料颗粒、催化剂颗粒和生物质燃料颗粒在反应器内的流化/反应耦合研究，发现通过流动/热解反应的耦合调控，实现了354微米热固性塑料颗粒、含油污泥的资源化；优化纳米棒状钴基催化剂颗粒在硼氢酸钠液固流化床中的流动/反应条件，实现制氢反应速率的调控；改变流化床锅炉内煤/生物质的掺混比例，有效体现燃料的脱灰效应。 综上，该研究取得的成果具有重要的学术价值及工业应用前景，对流态化工程、新能源和氢能源材料的研究、开发具有重要的指导意义。基于该研究的工作，已发表相关SCI论文101篇，SCI他引840次，已授权中国发明专利6项。项目组所提交的8篇代表性论文被SCI他引254次。第一完成人郭庆杰教授获得了如下奖励：中国颗粒学会青年颗粒学奖，2008年12月中国颗粒学会授予，为国家奖励办公室批准的社会力量设立的科技奖励；中国石油和化学工业联合会青年突出贡献奖，2009年10月，中国石油和化学工业联合会授予，国家奖励办公室批准的社会力量设立的科技奖励。 |
