基于离心力场-移动床协同强化机制的气固两相分离特性

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1862202
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    240.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B08.化学工程与工业化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In modern refinery and natural gas transport, a vast amount of high temperature dusty gas has to be purified. Single traditional gas cleanup technique generally has disadvantages such as low efficiency, high energy consumption and complicated operation, etc. The centrifugal force separation fails to capture the dusts smaller than 10 microns, while the traditional filtration has to meet frequent blowback because of the micropore congestions in the filter cake. In this project, a compact dedust scheme coupling the centrifugal force field with the dynamic filter cake is proposed. It is anticipated that the secondary flow at the top area of centrifugal force field and the precessing vortex core (PVC) can be controlled. On the other hand, a self-cleaning mechanism is obtained by employing the low-velocity moving particles as the filtering medium. Thus a new gas-solid separation scheme with high efficiency and low energy loss is proposed wherein multi-separation mechanisms are cooperative intensified. This project is planned to investigate the separation mechanism on both macro (energy loss, separation effect) and micro (local dust distribution, local residence time, local velocity distributions) scales through large cold model experiment, CFD simulation and theory analysis. It is anticipated to determine the relationship of the physical property, the operating condition and the structural parameters; to found the model of the dust-capture of centrifugal force/dynamic filtering cake, the quantitative criterion of the self-cleaning; to analyze/control the individual contribution of the centrifugal force/dynamic filtering cake. Then a universal flow-separation model for the proposed coupling scheme can be given. It can be used to provide new methods and theoretical basis for future engineering optimal design purpose.
石油化工、煤化工等过程需要处理大量高温含尘气体。单一气体净化方式存在效率低、能耗高、操作复杂等缺陷。离心分离对10微米以下颗粒物分离能力有限,传统过滤方式则因滤饼易堵塞需频繁反吹。本项目将离心力场和大颗粒移动床拦截两种分离机制耦合在同一装备中;可有效抑制离心力场内二次流和旋进涡核的不利影响;同时将低速运动的颗粒作为过滤介质,使滤饼具有“自清洁”能力,并实现大颗粒连续再生,形成一种高效低阻、实现多重分离机制协同强化的气固两相分离装备的新构型。采用大型冷模实验、理论分析和数值模拟相结合的方法,从宏观层面(阻力损失、分离效果)和微观层面(局部粉尘分布、两相流场-停留时间分布)两个尺度探索物性参数、操作参数、结构参数之间的耦合关系,建立离心力场和动态滤饼粉尘捕集模型;获得动态滤饼自清洁“能力”的定量判据;分解、调控两种机制对分离效果的“贡献”;建立耦合分离模型;为装备优化设计提供新方法和理论依据。

结项摘要

能源、化工过程产生的大量高温含尘烟气的低能耗高效净化已成为制约其发展的技术“瓶颈”。鉴于离心分离对10微米以下颗粒物分离能力有限,传统过滤方式则因滤饼易堵塞需频繁反吹,本项目提出了一种将离心力场和移动床拦截两种分离机制耦合于一体的新型气固分离技术及装备,其能耗(压降)明显低于传统旋风分离器,是一种高效低阻的新型分离装备构型。通过流场测试,考察了几何结构及内置移动床的设置对削弱二次流、顶涡流、旋进涡核的影响;获得了设备内部静压及三维速度场的分布,揭示了设备内部流场结构的耦合分布规律,并提出了结构优化的建议。通过分析压降-时间响应曲线,确定了不同物性粉尘的最小临界捕集颗粒流率。获得了耦合装备自清洁效应的机理性认识,即自清洁效应分为外自清洁效应和内自清洁效应两部分。外自清洁效应源于旋风壳体内强旋流的剪切作用;内自清洁效应则一方面来源于捕集颗粒下行摩擦颗粒床内网面,另一方面则是由捕集颗粒的横向速度梯度造成的剪切机制贡献。分解-量化了耦合装备中两种分离机制——离心分离和移动床动态滤饼分离的“贡献分率”。确定了物性参数、操作参数、结构参数与压降、效率之间的定量关系。建立了压降、分离效率的计算模型;可为工程设计、操作提供参考。基于对上述原型装备的深入分析和整体优化,形成了一种新型旋风-环形百叶窗式颗粒床耦合分离装备。克服了原型装备中“自清洁效应与捕集效率是一对矛盾”的固有缺陷;在显著提高除尘效率的同时降低了能耗,使传统旋风分离器的分离极限粒径由10微米大幅降低到5微米,能耗降低50%以上,为进一步工业应用奠定了坚实的基础。

项目成果

期刊论文数量(26)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
气固顺流式移动床过滤器的除尘性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    高校化学工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吕涵;范怡平;赵亚飞;卢春喜;闫子涵
  • 通讯作者:
    闫子涵
大差异颗粒分级再生设备的性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    卢道铭;唐钊艇;范怡平;卢春喜
  • 通讯作者:
    卢春喜
气固流化床外取热器内流动和换热特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李建涛;姚秀颖;刘璐;卢春喜
  • 通讯作者:
    卢春喜
Investigation on distribution of particles in inlet region of an FCC external catalyst cooler with different inlet structures
不同入口结构的FCC外置催化剂冷却器入口区域颗粒分布研究
  • DOI:
    10.1016/j.powtec.2019.11.062
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Powder Technology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Jiantao Li;Xiuying Yao;Lu Liu;Chunxi Lu
  • 通讯作者:
    Chunxi Lu
Effect of hydrodynamics on solids internal circulation characteristics in an annular catalyst cooler
流体动力学对环形催化剂冷却器固体内循环特性的影响
  • DOI:
    10.1016/j.apt.2021.05.042
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    Advanced Powder Technology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Xiuying Yao;Chunxi Lu
  • 通讯作者:
    Chunxi Lu

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其他文献

气液逆流洗涤器内两相流场的实验研究与数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    过程工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李萌;李智;亲迪;范怡平;卢春喜
  • 通讯作者:
    卢春喜
纤维膜萃取分离器内两相传质特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    尤明扬;卢春喜;张海光;李汝新;范怡平
  • 通讯作者:
    范怡平
气固环流反应器内颗粒返混特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    过程工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    严超宇;卢春喜;郭荣绵;YAN Chao-yu;LU Chun-xi;GUO Rong-mian
  • 通讯作者:
    GUO Rong-mian
气/液-固两相流中的粒子速度
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    时铭显;范怡平;卢春喜;徐春明;鄂承林;高金森
  • 通讯作者:
    高金森
重油催化裂化反应工艺技术创新
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国石油大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高金森;王刚;卢春喜;徐春明
  • 通讯作者:
    徐春明

其他文献

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卢春喜的其他基金

新型耦合反应器关键部位气固流动机制及系统调控规律研究
  • 批准号:
    20976190
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
强制外循环组合式内环流反应器内流动、传质和CFD模拟放大研究
  • 批准号:
    20676147
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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