專利名稱：一種在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于在線測定持液量的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在線測定旋轉(zhuǎn)填料床 持液量的裝置。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)填料床又名超重力機，英文名為Rotating Packed Bed(RPB)，或HIGEE。主要 由殼體、轉(zhuǎn)子、密封裝置、液體分布器、傳動軸及電機六部分組成。轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)填料床的核心 部分，其主要作用是裝載和固定填料并帶動填料高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子由上下兩個圓盤和內(nèi)外兩 個圓筒形鼓壁組成，主要用于傳遞和反應過程持液量是反映填料層流體力學的主要參數(shù)之一，由動持液量和靜持液量兩部分構(gòu) 成。對于旋轉(zhuǎn)填料床，操作狀態(tài)下存留于填料層中的液體與填料層體積的比值稱為總持液 量。充分潤濕的填料床層中停止氣液兩相進料，經(jīng)一定時間排滴直至液體流速每兩分鐘一 滴出填料，此時存留于填料層中的液體量與填料層體積比值稱為靜持液量，總持液量與靜 持液量之差為動持液量。在化學反應工程中，填料的持液量是旋轉(zhuǎn)填料床的流體力學性能 和應用設(shè)計及操作的重要參數(shù)，對傳質(zhì)、傳熱、壓降和液體分散有直接影響。靜持液量是由表面張力和重力之間的平衡決定的，影響因素包括系統(tǒng)性質(zhì)、填料 表面積大小、表面特性以及液體在填料表面的潤濕角。表面積越大(即填料尺寸越小)，表 面越粗糙，潤濕角越大，靜持液量越大。一般認為，氣體和液體的流量對靜持液量的影響不 大。但在實際操作中，隨著液體流量的增大，液體的湍動增強，部分靜持液量將轉(zhuǎn)變?yōu)閯映?液量。動持液量與填料特性、系統(tǒng)性質(zhì)和氣液兩相流量都有關(guān)系，其中液體的流量對動 持液量影響最大，氣體只是在載點(填料層中氣液兩相交互作用是否顯著的分界點)以上 才對動持液量有顯著的影響。動持液量要比靜持液量大得多，在實際操作中，靜持液量往往 可以忽略不計。在恒定的操作條件下，持液量基本穩(wěn)定在某個定值范圍。依據(jù)定義，旋轉(zhuǎn)填料床持 液量描述了旋轉(zhuǎn)的填料中的液體量與填料層體積的比值，以(m3液體)/(πι3填料)表示。傳統(tǒng)填料塔的持液量測量方法有三種重量法和容量法電導法。重量法是將氣、 液流量分別調(diào)整到固定值，待流動穩(wěn)定后，同時關(guān)閉反應器進、出口閥門，再打開底部閥門 使用收集器收集流出液體，收集時間為15-30分鐘不等，稱重后計算得到動持液量，將設(shè)備 拆卸下來稱重，然后干燥填料再稱重，取兩質(zhì)量之差再計算得到靜持液量。容量法則是根據(jù) 停止操作后填料床中排出的液體體積來確定持液量。吳兆亮(石油化工設(shè)備，1993，22 (3) 31-35)等發(fā)展了國外的水循環(huán)容量法，提出連續(xù)水循環(huán)容量法，即在不停止氣液流動的固 定噴淋密度下連續(xù)改變空塔氣速，測定壓降同時測定持液量。這兩種方法對于體積大、填料 多的靜止填料塔可以忽略塔壁、管路、收集的影響，誤差較小，但不適合測量旋轉(zhuǎn)填料床的 持液量，旋轉(zhuǎn)填料床相對于填料塔體積小很多，停留時間極短，持液量小，導致手工操作測 量誤差較大，且耗時費力，測試點不連續(xù)，得到的實驗數(shù)據(jù)點數(shù)量有限，精度低。由于以上諸多問題，至今為止國內(nèi)還沒有直接測量旋轉(zhuǎn)填料床持液量的相關(guān)報道，如何改裝旋轉(zhuǎn)填料 床、準確測量工作中旋轉(zhuǎn)填料床的持液量就有了重要意義。從持液量定義出發(fā)，結(jié)合旋轉(zhuǎn)填料床本身固有特點，測量旋轉(zhuǎn)填料床的持液量需 要考慮以下二點(1)準確，旋轉(zhuǎn)填料床體積小，液體經(jīng)過旋轉(zhuǎn)填料床的停留時間極短，因此持液量 很小，溶液掛壁、管路滯留以及稱量都導致持液量的損失，所以應盡可能消除這些影響，使 測得的持液量更加準確。(2)在線，旋轉(zhuǎn)填料床與填料塔不同，旋轉(zhuǎn)填料床的填料在工作中處于高速運動狀 態(tài)，停留時間極短，利用重量法、容量法測量其持液量易受到設(shè)備開、停車及開、關(guān)閥門的影 響，因此旋轉(zhuǎn)填料床持液量的測量必須實時在線測量。在線測量不僅具有實時性、連續(xù)性、 測量快捷等優(yōu)點，而且可以得到大量實驗數(shù)據(jù)點。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決現(xiàn)有持液量測量不適合旋轉(zhuǎn)填料床測量用的問題，提供了一 種由電導法在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置。本實用新型采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn)在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置，包括設(shè)置于旋轉(zhuǎn)填料床的不導電填料上的電 極；電極通過導線連接滑環(huán)，滑環(huán)安裝在旋轉(zhuǎn)填料床的轉(zhuǎn)軸上并與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，滑環(huán)連接 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。與電極連接的滑環(huán)將運動信號轉(zhuǎn)換為靜止信號。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件和軟 件均可從現(xiàn)有技術(shù)中獲得，硬件通常包括程控放大器和A/D轉(zhuǎn)換器。硬件系統(tǒng)采集到的數(shù) 據(jù)以串行方式傳送到上位機，在上位機中通過軟件系統(tǒng)進行數(shù)字濾波和相應的處理。采集 系統(tǒng)是以單片機為核心的，本身也是計算機系統(tǒng)。為了區(qū)別，一般單片機部分稱作下位機， 對應的管理機部分稱作上位機，上位機即通常使用的計算機。電極可以是同心安裝在旋轉(zhuǎn)填料床的不導電填料內(nèi)外兩側(cè)的兩圓筒形電極，用來 測量徑向持液量。也可以是安裝在旋轉(zhuǎn)填料床的不導電填料內(nèi)部的圓筒形電極，用來測量 局部持液量。圓筒形電極的高度與填料的軸向高度相同。也可以同軸安裝在旋轉(zhuǎn)填料床的 不導電填料上下兩側(cè)的兩圓環(huán)形電極，可測量軸向持液量，兩圓環(huán)形電極內(nèi)外徑均與填料 內(nèi)外徑相同。所述的內(nèi)、外兩電極由多孔板或絲網(wǎng)構(gòu)成，其材質(zhì)為金、銀、銅或鐵。連接電極和滑 環(huán)的導線穿于中空的轉(zhuǎn)軸之內(nèi)。在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的方法，步驟如下，填料轉(zhuǎn)速范圍為IOOrpm 2900rpm，將氣、液以固定流量打入旋轉(zhuǎn)填料床內(nèi)，通過導線與電極連接的滑環(huán)將電信號在 線傳輸?shù)酵獠?，采集電信號?shù)據(jù)(通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置，由計算機采集數(shù)據(jù)，并實時顯示 操作條件下電阻隨時間變化的曲線圖)，然后比對標準溶液的電阻值所對應的溶液量，實現(xiàn) 在線測定旋轉(zhuǎn)填料床的持液量。本實用新型將高電導性的電極直接安裝到高速旋轉(zhuǎn)的不導電填料的內(nèi)部，排除了 液體掛壁、滯留管路的影響，使數(shù)據(jù)更加準確。通過滑環(huán)將電信號傳輸?shù)叫D(zhuǎn)填料床外部， 滑環(huán)是用于從旋轉(zhuǎn)位置到固定位置傳輸電源和信號的裝置，在此處應用可保證電信號的在 線輸出?；h(huán)的端部安裝對旋轉(zhuǎn)填料床轉(zhuǎn)軸及動力提供提出要求，所以本實用新型的轉(zhuǎn)軸一般制作成中空軸來確保電導線的安全放置和電信號的安全輸出。旋轉(zhuǎn)填料床的動力傳輸 可以通過同步帶提供。電信號通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器然后直接通過計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟 件在線顯示電信號隨時間變化曲線圖。根據(jù)曲線圖得到平均電阻值，由標準溶液的電阻值 和溶液量的對應曲線得到液量，從而可計算得到持液量。本實用新型實現(xiàn)了持液量的在線測量，具有實時性、連續(xù)性、能全面反映持液量細 節(jié)特征等優(yōu)點；還可直接用于局部持液量的測量；用電導法不僅克服了重量法、容量法帶 來的誤差，其在線測量也便于檢測持液量的各種影響因素對持液量的影響。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)示意圖 圖2是旋轉(zhuǎn)填料床的結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本實用新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖圖4是本實用新型的重現(xiàn)性的驗證圖圖5是溶液電阻值與溶液量對應的標準曲線圖6是本實用新型在線系統(tǒng)得到的電阻隨時間的變化曲線圖7是本實用新型離線系統(tǒng)得到的電阻隨時間的變化曲線圖1中1_溶液儲槽；2-液泵；3-液體流量計；4-旋轉(zhuǎn)填料床；5_風機；6_氣體流 量計；7-電機；8-同步帶及同步帶輪；9-滑環(huán)；10-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；11-計算機。圖2中2. 1-液體入口 ；2. 2-液體出口 ；2.3-氣體入口 ；2.4-氣體出口 ；2. 5_液 體分布器；2. 6-轉(zhuǎn)子；2. 7-電極；2. 8-填料；2. 9-導線；2. 10-轉(zhuǎn)軸；2. 11-運動端子； 2. 12-靜止端子。
具體實施方式
結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步說明。一種在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置，其特征在于包括設(shè)置于旋轉(zhuǎn)填料床的 不導電填料2. 8上的電極2. 7，電極2. 7通過導線2. 9連接滑環(huán)9，滑環(huán)9安裝在旋轉(zhuǎn)填料 床的轉(zhuǎn)軸2. 10上并與轉(zhuǎn)軸2. 10同步旋轉(zhuǎn)，滑環(huán)9連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10。電極可是同心安裝在旋轉(zhuǎn)填料床的不導電填料2. 8內(nèi)外兩側(cè)的兩圓筒形電極。電 極可是安裝在旋轉(zhuǎn)填料床的不導電填料2. 8內(nèi)部的圓筒形電極。圓筒形電極的高度與填料 2. 8的軸向高度相同。電極可是同軸安裝在旋轉(zhuǎn)填料床的不導電填料2. 8上下兩側(cè)的兩圓 環(huán)形電極，兩圓環(huán)形電極內(nèi)外徑均與填料內(nèi)外徑相同。電極由多孔板或絲網(wǎng)構(gòu)成，其材質(zhì)為 金、銀、銅或鐵。連接電極2. 7和滑環(huán)9的導線2. 9穿于中空的轉(zhuǎn)軸2. 10之內(nèi)。本實用新型在旋轉(zhuǎn)填料床的氣液流量穩(wěn)定后，打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件開始采集電 阻數(shù)據(jù)；采集間隔時間可設(shè)定，最小可達1ms，當氣液流量穩(wěn)定后，可由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件 的在線采集得到穩(wěn)定曲線；溶液可為各種導電溶液，不同溶液導電性不同，根據(jù)不同溶液 可調(diào)節(jié)串聯(lián)電阻的大小以保護電路，不同溶液的電阻可調(diào)節(jié)合適的數(shù)據(jù)范圍以使采集數(shù)據(jù) 位于顯示數(shù)據(jù)曲線的頁面中部；填料采用不導電填料，填料的上、下圓盤采用不導電材料 制作，使填料及上、下圓盤對溶液電導的影響減小到最低；絲網(wǎng)電極常選用紫銅絲網(wǎng)，含銅 98%，具有高電導性，盡可能選用高電導性金屬導線，可將導線帶來的誤差減?。晦D(zhuǎn)子通過同步帶及同步帶輪由電極提供動力；轉(zhuǎn)軸為中空轉(zhuǎn)軸，與電極連接導線通過中空轉(zhuǎn)軸與滑 環(huán)的運動端子連接，電信號由滑環(huán)從填料內(nèi)部傳輸?shù)酵獠浚惶盍蟽?nèi)、外兩側(cè)電極之間的液 量通過電阻的形式表現(xiàn)，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在線測量得到電阻隨時間變化的實時數(shù)據(jù)曲線 圖。電阻可由電阻-液量標準曲線對應得到液量，所以檢測到電阻即可得到持液量。如圖1所示，溶液儲槽1中溶液通過液泵2打入旋轉(zhuǎn)填料床4，液體流量由液體流 量計3計量；氣體通過風機5打入旋轉(zhuǎn)填料床4中，氣體流量由氣體流量計6計量，與液體 在填料中錯流接觸后流出旋轉(zhuǎn)填料床4 ；轉(zhuǎn)子由電機7通過同步帶及同步帶輪8帶動；轉(zhuǎn)軸 上端連接轉(zhuǎn)子，下端與滑環(huán)9連接；滑環(huán)9與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10連接，由計算機11在線采集 得到數(shù)據(jù)曲線。如圖2所示，液體入口 2. 1與液體分布器2. 5相連接，液體進入液體分布器后通過 分布器上的分布孔噴灑到填料2. 8內(nèi)側(cè)，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，將液體迅速甩到旋轉(zhuǎn)填料床的外 壁，由液體出口 2. 2流出；氣體由氣體入口 2. 3進入旋轉(zhuǎn)填料床后與液體在填料中錯流接 觸，由氣體出口 2. 4流出；填料2. 8內(nèi)、外兩側(cè)裝有絲網(wǎng)電極2. 7，電極上連接導線2. 9，電極 導線通過中空的轉(zhuǎn)軸2. 10與滑環(huán)的運動端子2. 11連接，這樣轉(zhuǎn)子內(nèi)部的電信號即可由滑 環(huán)的靜止端子2. 12傳輸?shù)酵獠俊Ｈ鐖D3所示，旋轉(zhuǎn)填料床在電路中相當于一個電阻，與另一定值電阻串聯(lián)以保護 電路，其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件直接與旋轉(zhuǎn)填料床連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件采集得到的 數(shù)據(jù)由計算機實時顯示。在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量系統(tǒng)可靠性的評價包括以下三個方面重現(xiàn)性、電阻 和液量的曲線關(guān)系、在線方法和離線方法測量得到的電阻值的一致性。重現(xiàn)性通過在相同 實驗條件下用相同溶液做重復性實驗來評價。圖4為本實用新型的系統(tǒng)在線測量水的電阻 值，液體流量為50L/h，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為2520rpm，顯示了三組重復性實驗的電阻_時間曲線，它 們疊加得很好，表明良好的重現(xiàn)性。溶液電阻值與溶液量對應的標準曲線，是在停止供給溶液時再讓轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)10分 鐘后測量得到最小電阻值，之后將轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動，緩慢注入大量溶液將填料淹沒，在線測量 得到最大電阻值，再瞬間放出全部溶液，讓轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)10分鐘以上，收集并計量接住并量出 得到的溶液體積；將所得體積分成若干等份，分批次均勻再次注入填料，每加一次在線測量 一次電阻值得到的曲線圖。由圖5可知，在制定的測量條件范圍內(nèi)，電阻值與溶液量成規(guī)律 性曲線對應關(guān)系。本實用新型的系統(tǒng)在線測量和使用萬用表的離線方法得到的水的電阻值比較如 圖6所示，液體流量為150L/h、250L/h，轉(zhuǎn)速為1680rpm、2520rpm。離線方法是以5s為時間 間隔記錄萬用表讀數(shù)。在線方法的時間間隔為0.02s，測量時間達80s，顯示出系統(tǒng)本身的 固有頻率，分別取平均值即可得到電阻值，在線和離線方法分別得到的電阻平均值誤差為 5%以內(nèi)。圖6、圖7顯示兩種獨立的分析方法得到的電阻一致性良好。實施例1將水流量固定為50L/h，由泵打入旋轉(zhuǎn)填料床中，通過液體分布器均勻噴灑到 填料內(nèi)表面，轉(zhuǎn)子以IOOrpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，空氣以氣體流量lm3/h由空氣壓縮機送入旋轉(zhuǎn) 填料床，填料內(nèi)外兩側(cè)裝有筒狀銅絲網(wǎng)電極，電極與電導線連接，導線通過中空轉(zhuǎn)軸將電 信號通過水銀滑環(huán)傳輸?shù)叫D(zhuǎn)填料床外部，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在線測量得到平均電阻值為13178. 97 Ω，由標準溶液電阻值和溶液量的對應曲線可得填料內(nèi)持有液量為71mL，計算可 得旋轉(zhuǎn)填料床持液量為5. 17%。實施例2將水流量固定為250L/h，由泵打入旋轉(zhuǎn)填料床中，通過液體分布器均勻噴灑到填 料內(nèi)表面，轉(zhuǎn)子以2900rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，空氣以氣體流量5m3/h由空氣壓縮機送入旋轉(zhuǎn)填料 床，填料內(nèi)外兩側(cè)裝有鐵孔板電極，電極與電導線連接，導線通過中空轉(zhuǎn)軸將電信號通過水 銀滑環(huán)傳輸?shù)叫D(zhuǎn)填料床外部，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在線測量得到平均電流值為0. 0010828A， 由標準溶液電 阻值和溶液量的對應曲線可得填料內(nèi)持有液量為122mL，計算可得旋轉(zhuǎn)填料 床持液量為8.88%。實施例3將水流量固定為150L/h，由泵打入旋轉(zhuǎn)填料床中，通過液體分布器均勻噴灑到填 料內(nèi)表面，轉(zhuǎn)子以840rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，空氣以氣體流量10m3/h由空氣壓縮機送入旋轉(zhuǎn)填料 床，填料內(nèi)外兩側(cè)裝有銀絲網(wǎng)電極，電極與電導線連接，導線通過中空轉(zhuǎn)軸將電信號通過水 銀滑環(huán)傳輸?shù)叫D(zhuǎn)填料床外部，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在線測量得到平均電壓值為6. 8201V,由標 準溶液電阻值和溶液量的對應曲線可得填料內(nèi)持有液量為102mL，計算可得旋轉(zhuǎn)填料床持 液量為7.43%。
權(quán)利要求一種在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置，其特征在于包括設(shè)置于旋轉(zhuǎn)填料床的不導電填料(2.8)上的電極(2.7)，電極(2.7)通過導線(2.9)連接滑環(huán)(9)，滑環(huán)(9)安裝在旋轉(zhuǎn)填料床的轉(zhuǎn)軸(2.10)上并與轉(zhuǎn)軸(2.10)同步旋轉(zhuǎn)，滑環(huán)(9)連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置，其特征在于所述的電極 包括同心安裝在旋轉(zhuǎn)填料床的不導電填料(2.8)內(nèi)外兩側(cè)的兩圓筒形電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置，其特征在于所述的電極 包括安裝在旋轉(zhuǎn)填料床的不導電填料(2.8)內(nèi)部的圓筒形電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置，其特征在于所述的電極 包括同軸安裝在旋轉(zhuǎn)填料床的不導電填料(2. 8)上下兩側(cè)的兩圓環(huán)形電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置，其特征在于電極 (2.7)的高度與填料(2.8)的軸向高度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置，其特征在 于所述的電極由多孔板或絲網(wǎng)構(gòu)成，其材質(zhì)為金、銀、銅或鐵。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置，其特征在于連接電極 (2.7)和滑環(huán)(9)的導線(2.9)穿于中空的轉(zhuǎn)軸(2. 10)之內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的裝置，其特征在于連接電極 (2.7)和滑環(huán)(9)的導線(2.9)穿于中空的轉(zhuǎn)軸(2. 10)之內(nèi)。
專利摘要本實用新型屬于在線測定持液量的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在線測定旋轉(zhuǎn)填料床持液量的方法和裝置，解決了現(xiàn)有持液量測量不適合旋轉(zhuǎn)填料床測量用的問題。裝置，包括設(shè)置于旋轉(zhuǎn)填料床的不導電填料上的電極；電極通過導線連接滑環(huán)，滑環(huán)與轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)，滑環(huán)連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。方法的步驟為，將氣、液以固定流量打入旋轉(zhuǎn)填料床內(nèi)，滑環(huán)將電信號在線傳輸?shù)酵獠?，采集電信號?shù)據(jù)，比對標準溶液的電阻值所對應的溶液量。本實用新型實現(xiàn)了持液量的在線測量，具有實時性、連續(xù)性、能全面反映持液量細節(jié)特征等優(yōu)點；還可直接用于局部持液量的測量；用電導法不僅克服了重量法、容量法帶來的誤差，其在線測量也便于檢測持液量的各種影響因素對持液量的影響。
文檔編號G01N27/06GK201765205SQ20102012902
公開日2011年3月16日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者劉有智, 周莉驊, 焦緯洲, 申紅艷 申請人:中北大學