專利名稱：一種多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工動(dòng)態(tài)監(jiān)控方法和裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法及裝置。
背景技術(shù)：
化工過程中有許多的多相流設(shè)備，如板式塔、氣液兩相或氣液固三相攪拌釜、鼓泡床等，在氣液混合時(shí)，往往伴有霧沫夾帶現(xiàn)象。霧沫夾帶是指氣體自下向上通過液層時(shí)，液面由于湍動(dòng)產(chǎn)生的霧滴被氣流帶走，進(jìn)入上方裝置或管道的現(xiàn)象。對(duì)于三相體系，也會(huì)有少量的固體隨霧滴一起被氣體夾帶。霧沫夾帶對(duì)化工過程有著不利的影響。聚合反應(yīng)裝置中，大量的霧沫夾帶會(huì)將液體帶入換熱器，使換熱器內(nèi)結(jié)垢增多，換熱能力下降；精餾過程中，大量的霧沫夾帶會(huì)使易揮發(fā)組分的濃度梯度沿著塔高有所減少，因而使過程推動(dòng)力降低；大量的霧沫夾帶還會(huì)使非揮發(fā)性的雜質(zhì)帶到塔頂產(chǎn)品中，影響到產(chǎn)品的純度。因此霧沫夾帶的檢測(cè)和消除在化工過程中就顯得非常重要。一般來說，霧沫夾帶的形成分作液面上霧沫生成及氣流中液滴攜帶兩個(gè)過程。首先，當(dāng)氣體通過液層鼓泡傳質(zhì)時(shí)，液體膜被氣泡破碎成無數(shù)液滴，其大小與上升氣體動(dòng)能和液體表面能有關(guān)，氣體動(dòng)能越大，液體的表面能就越小，產(chǎn)生的液滴就越細(xì)。受氣體作用，大量液滴將以不同初速拋射至液層上方空間相應(yīng)的高度。其次，液滴在氣流中運(yùn)動(dòng)受到氣流曳力、自身重力及浮力作用，其中大液滴以一定沉降速度落回塔板，而部分小液滴則由于氣流向上的速度大于液滴沉降速度，被上升氣流夾帶至上層塔板，形成了霧沫夾帶。影響霧沫夾帶量大小的因素很多，概括來說，霧沫夾帶主要受到設(shè)備結(jié)構(gòu)、氣液物性、操作條件三方面的影響。設(shè)備的結(jié)構(gòu)主要是設(shè)備中液面上方空間的高度，如聚合反應(yīng)器中料位與釜頂?shù)木嚯x、板式塔中的塔板間距等。一般來說，隨著液面上方空間高度的增大， 霧沫夾帶量有所減少。有除沫器存在的情況下，除沫器的結(jié)構(gòu)也對(duì)霧沫夾帶量有著一定的影響。精餾塔中，塔板的開孔率、開孔形式等結(jié)構(gòu)因素也對(duì)霧沫夾帶量有影響。氣液物性對(duì)霧沫夾帶量也有影響。氣體的物性對(duì)霧沫夾帶量影響不大，但是液相的物性(粘度、表面張力等)對(duì)霧沫夾帶量有著較大的影響。一般來說隨著液體的粘度和表面張力的增大，霧沫夾帶量有所降低。對(duì)于某個(gè)特定的工藝來說，設(shè)備結(jié)構(gòu)和氣液物性都是不可改變的，這時(shí)操作條件對(duì)霧沫夾帶量的影響顯得更為重要。操作條件中，對(duì)霧沫夾帶量影響最大的是氣速的大小。一般來說，霧沫夾帶量隨著氣速的增大而增大，在低氣速下，霧沫夾帶量增加很緩慢，在高氣速下，霧沫夾帶隨氣速的增大顯著增大。另外，在通氣攪拌槽中，攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)霧沫夾帶有一定的影響；精餾塔中，液流速度對(duì)霧沫夾帶有一定的影響。一些學(xué)者，對(duì)板式精餾塔中的霧沫夾帶情況作了一定的研究，發(fā)現(xiàn)霧沫夾帶量與氣速、液流強(qiáng)度、塔板間距、塔板形式等物理量有關(guān)，得到了一些霧沫夾帶量的計(jì)算關(guān)聯(lián)式。 比較常用的有Hunt等的公式
權(quán)利要求
1.一種多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟1)接收多相流設(shè)備中的振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)；2)選取所述的振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)的總能量、特征頻段的能量或特征頻段的能量分率作為特征參數(shù)；3)將所述的特征參數(shù)代入預(yù)先建立的特征參數(shù)與霧沫夾帶量間的預(yù)測(cè)模型，計(jì)算得到多相流設(shè)備中的霧沫夾帶量；所述的特征頻段的能量是采用快速傅立葉變換頻譜分析、小波分析、小波包分析或希爾伯特-黃變換中的一種或兩種以上對(duì)所述的振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)進(jìn)行多尺度分析后，將幅值平方后積分得到；所述的特征頻段的能量分率指特征頻段的能量占振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)的總能量的百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的特征頻段為7kHz 16kHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的特征參數(shù)與霧沫夾帶量間的預(yù)測(cè)模型的建立方法為收集多相流設(shè)備中不同已知霧沫夾帶量時(shí)的振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)；對(duì)收集的振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)進(jìn)行多尺度分析，計(jì)算特征參數(shù)；以霧沫夾帶量為自變量，以特征參數(shù)為因變量，采用曲線擬合、偏最小二乘法或神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)方法建立預(yù)測(cè)模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的多相流設(shè)備是氣液兩相傳質(zhì)設(shè)備或者氣液固三相反應(yīng)設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的多相流設(shè)備是氣液兩相攪拌釜、氣液固三相攪拌釜、氣液兩相板式塔、氣液固三相板式塔、 氣液兩相鼓泡塔、氣液固三相鼓泡塔、氣液兩相噴淋塔或氣液固三相噴淋塔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的采用小波分析對(duì)所述的振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)進(jìn)行多尺度分析的步驟包括選用正交小波作為小波母函數(shù)對(duì)振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)進(jìn)行小波分解；用小波分解系數(shù)表征振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)的能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的采用希爾伯特-黃變換對(duì)所述的振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)進(jìn)行多尺度分析的步驟包括對(duì)振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)作經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，求得各階固有模態(tài)函數(shù)；應(yīng)用希爾伯特變化，得到振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)的能量-頻率-時(shí)間分布的三維譜圖，即希爾伯特-黃譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)的接收頻率為OHz 100MHz。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8任一項(xiàng)所述的多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)裝置，其特征在于，包括用于接收多相流設(shè)備(1)中振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)的信號(hào)接收裝置O)，信號(hào)放大裝置(3)，信號(hào)采集裝置G)，信號(hào)處理裝置(5)，輸出顯示裝置(6)和控制裝置(7)，信號(hào)接收裝置( 將多相流設(shè)備(1)中的振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大裝置(3) 放大、采集裝置G)A/D轉(zhuǎn)換后傳入信號(hào)處理裝置(5)，處理結(jié)果顯示在輸出顯示裝置(6) 上，控制裝置(7)根據(jù)處理結(jié)果對(duì)多相流設(shè)備(1)進(jìn)行控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的信號(hào)接收裝置( 設(shè)置在多相流設(shè)備(1)液面以上發(fā)生霧沫夾帶的任意位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多相流設(shè)備中霧沫夾帶量的檢測(cè)方法，包括步驟1)接收多相流設(shè)備中的振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)；2)選取振動(dòng)信號(hào)或聲波信號(hào)的總能量、特征頻段的能量或特征頻段的能量分率作為特征參數(shù)；3)將特征參數(shù)代入預(yù)先建立的特征參數(shù)與霧沫夾帶量間的預(yù)測(cè)模型，計(jì)算得到多相流設(shè)備中的霧沫夾帶量。該方法采用非線性方法處理信號(hào)，能更準(zhǔn)確、更有效地獲得信號(hào)的特征參數(shù)，并得到實(shí)時(shí)的霧沫夾帶量；反應(yīng)靈敏，測(cè)量誤差小，適用面廣。本發(fā)明還公開了一種檢測(cè)裝置，包括信號(hào)接收裝置，信號(hào)放大裝置，信號(hào)采集裝置，信號(hào)處理裝置，輸出顯示裝置和控制裝置。該裝置是非插入式的，使用簡(jiǎn)易方便，不影響流體的運(yùn)動(dòng)或化學(xué)反應(yīng)；不需要發(fā)射源。
文檔編號(hào)G01N29/44GK102297896SQ201110133989
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月23日
發(fā)明者王靖岱, 胡雨晨, 蔣斌波, 陽永榮, 黃正梁 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)