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【科研故事】读书《烟草干燥工艺学》连载⑯

已有 1269 次阅读 2022-11-7 18:32 |个人分类:【科研故事】|系统分类:科研笔记

这些天郑州的疫情防控感觉还是比较艰难的,我感觉还好,在封控两周以后,已经在技术中心上班一周的时间了,今天核酸以后继续上班,勤奋工作,努力克服疫情带来的影响,目前工作进展一切顺利,团队协同起来努力完成今年的任务和目标。

在众多工作群和小区业主群中大家讨论最多询问的是封控情况,其中很多情况下对为什么连续3天核酸和12357间隔式的核酸检测方式存在疑虑,我在和研究生讨论课题进展时,我就举了这个现实例子,如何从模型构建的角度理解这个政策的初衷和所要实现的目标,其实都是为了保证“动态清零”这个政策的实施所决定的,保证零的高概率。由于我们不是搞医学或者是传播科学的,在测试中如果感染或者没有感染均存在“阳性”或者“阴性”的概率,大范围人群中未感染人或者感染人在一次测试出现“假阳”或“假阴”也是有一定的概率的,需要通过多次提高这个检测的准确性。连续3天对全民,连续7天对重点人群或者风险人群等等,由于我并没有具体的测试数据,这里就不猜测了。有兴趣的话,建议大家可以使用条件概率下的贝叶斯公式进行计算获得这一随机事件的概率。我也向我像询问我同学说过的,我会在周一正常到办公室工作的。

还是回到今天的科研故事,继续解读我们在《烟草干燥工艺学》中所讲述的故事,上个月我们走了9期的CORESTA国际会议,似乎把读书讲故事这件事儿都快忘记了。就像刚才我所介绍的疫情传播计算概率而言,我们烟草干燥也是万变不离其宗,通过水分与时间的关系,寻找结合质量等变化下的适合下一个工序加工或者使用的含水率。在2003年刚刚加入到烟草工艺团队的时候,我特别喜欢用图1表示我的科研工作总体目标,其含义就是利用我们自身化学工程的背景,我们的基本背景就是用传递现象+反应工程的工程师思路,将我们当前在实际应用中的工艺过程及设备中碰到的实际问题提炼到实验室中,在通过一定的放大准则应用到实际生产中,如果将我的目前工作经历分为前后各十年的时候,我想这大致是覆盖了我前十年的工作方法。烟草原料不断吸水和脱水过程就是其中的一项核心工作。前面的连载,特别是近几期连载公布了,在获得烟草原料中水分随时间的关系中,我们使用和开发了各种适应性的方法和手段,其目标并没有变化。不论是热重分析装置和方法或者是滚筒干燥装置及一些强化手段(这个方面我并没有突出的介绍,因为只是增加或者变化了一些给热方式),都是研究水分随时间的变化。基于上述介绍过的方法,还缺少了快速脱水过程的方法和手段的研发,今天我就专门来说说这件事儿。

 

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图1 烟草工艺中科学问题的提出

今天就说到了气流干燥过程的研究,气流干燥在行业过程的应用也是由来已久,快速脱水,时间在秒级,至于零点几秒到数秒,对于这个过程可以通过气流干燥设备的冷态模型来进行直接测试,脱水速度不仅受到工艺气流温度的影响,同时也收到气流中蒸汽分压的影响,粗浅一点的认识可以影响干燥动力学中的有效扩散系数及推动力,如何将秒级的干燥过程中的信息给捕捉到呢?这是一个问题。在2000年左右,还是做博士的时候曾经听到过一个报告,就是使用Drop Tube Reactor(滴流床)在研究煤或者生物质快速热解过程(顺手在WOS上查询关键词Drop Tube Reactor,第一篇就是接近我们的研究方法的论文,图2所示),和我们研究干燥动力学是相似的。打开在看一眼,其装备(图3)与我们涉及的基本结构无异,都是通过下行的方式,寻找动力学过程(图4)。从动力学过程中可以看到这个实验捕捉到了1s内的动力学过程,就是这么简单完美。

 

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图2 滴流床进行研究的一篇论文
 

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图3论文中滴流床的示意图
 

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图4论文中获得的动力学数据

再回到我们的Drop Tube Reactor,这里我们定义为下行床,其实我们目标是将此过程做成一个工业化的装备考虑,但后来……没有后来了。对于捕捉快速干燥动力学过程还是非常厉害的,同时能为寻找快速干燥最优的工艺条件提供数据支撑。先来看看我的装备吧,图5显示下行床(热态),寻找水分变化过程,图6显示下行床(冷态),寻找相同条件下时间变化。图7是将水分与时间拼接获得的数据,也是我们最想拿到的数据,用它来表征快速干燥动力学过程。(发现手中没有照片,我改天找到了再贴上来)。

 

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图5显示下行床(热态)
 

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图6显示下行床(冷态)
 

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图7是将水分与时间拼接获得的数据

从图7中我们就可以看到我们要获得或者寻找到的信息,就是水分与时间的关系,可以看出这里的时间是最长也是2.5s,我们这个装备总高超过了8米,我们为了获得这组数据也是很“拼”的,该装置除了可以脱水干燥过程以外,我们还可以做高温热解,温度可以控制在1100℃,同时可以方便调控气流介质的组成,是一个做科研的“利器”。尤其是做快速热解过程十分有用,但我们目前还没有这方面的科研计划。

忘了提醒大家了,我们目前已经领读《烟草干燥工艺学》到了第三章的第四节气流干燥试验设备。希望这个领读能够让大家更多的了解科研数据背后的故事。




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