【儀表網 研發快訊】流化床顆粒制備反應器具有結構簡單、傳熱傳質速率高、能耗低和能夠實現連續化生產的優點，提升了生產效率和產品質量，廣泛應用于化工、醫藥以及農業領域中的催化劑、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，反應器內部的流動呈現出時空非穩態和多尺度效應。流化床顆粒制備過程的關鍵參數在線監測和過程診斷是國際多相流測量領域的熱點與難點，而現有的在線監測技術多基于單一傳感器，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部復雜多相流動的特性以及為過程調控提供數據支持。
針對流化床顆粒制備過程在線測量面臨的挑戰，中國科學院工程熱物理研究所開發了結合電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography，ECT)、高速攝像(CCD)、聲發射(AE)和壓力傳感器的非侵入式多模態融合測量技術，提出了多傳感器數據融合分析方案(圖1)。該團隊開發了新型組合電極ECT傳感器，實現了流化床反應器的高質量斷面成像和內部參數分布信息的獲取。進而，該研究將ECT斷面圖像信息、顆粒流高速攝像數字圖像分析和壓力信號時頻域分析相結合，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以及流態轉變，揭示了不穩定噴動產生的原因(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射(AE)信號時頻域、遞歸分析相結合，實現了流化床顆粒制備過程中顆粒團聚現象的識別以及顆粒流動性變化、失流演變過程的準確監測。該研究同時結合ECT和CCD圖像信息和原始數據，基于pSNN神經網絡，提出了顆粒濕度分級預測模型(圖3)。與傳統方法相比，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的工程應用奠定了重要基礎。
相關研究成果發表在Chemical Engineering Science、Industrial & Engineering Chemistry Research上，并在首屆多相傳輸及能源轉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。
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