測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于化學(xué)工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的 裝置和方法，用于測(cè)定氣液旋流條件下液相停留時(shí)間分布，克服常規(guī)停留時(shí)間測(cè)定方法的 局限性。
【背景技術(shù)】
[0002] 停留時(shí)間分布是研究反應(yīng)器或分離設(shè)備性能的重要參數(shù)，停留時(shí)間分布能夠反映 流體在反應(yīng)或分離設(shè)備內(nèi)的混合狀態(tài)，是該類設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)和操作必不可少的理論依據(jù)。 停留時(shí)間分布的測(cè)定不僅廣泛應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)工程及化工分離過(guò)程，而且應(yīng)用于設(shè)計(jì)流動(dòng) 過(guò)程的其它領(lǐng)域。
[0003]目前常用的液相停留時(shí)間測(cè)定方法有射線法、焚光法、光電法和電導(dǎo)率法等。其中 射線法通過(guò)檢測(cè)示蹤劑的放射性測(cè)定其濃度，該法存在輻射污染且對(duì)技術(shù)設(shè)備要求較高， 現(xiàn)已很少采用；熒光法是利用微光探測(cè)器檢測(cè)熒光示蹤劑的熒光強(qiáng)度，該法熒光示蹤劑的 制備較為復(fù)雜，主要用于聚合物的測(cè)量；光電法是通過(guò)檢測(cè)特定波長(zhǎng)光線透過(guò)染色溶液的 強(qiáng)度，測(cè)定其染色劑濃度，但該法光線強(qiáng)度容易受液膜層厚度、氣液分散狀態(tài)以及液相旋轉(zhuǎn) 流動(dòng)的影響，不適用于氣液兩相流動(dòng)狀態(tài)的測(cè)量。
[0004] 電導(dǎo)率法是目前最常用的測(cè)定液相停留時(shí)間分布的方法。其原理是在液相中加入 示蹤劑（通常為電解質(zhì)溶液），通過(guò)測(cè)定液相中電導(dǎo)率確定示蹤劑濃度，以得到停留時(shí)間分 布。但電導(dǎo)率測(cè)定必須保證兩電極間為連續(xù)液相，對(duì)于氣液兩相流型為旋轉(zhuǎn)流、液節(jié)流及噴 霧流的狀態(tài)難易準(zhǔn)確測(cè)量。
[0005] 目前，關(guān)于氣液旋流設(shè)備液相停留時(shí)間分布的研究鮮有報(bào)道，現(xiàn)有液相停留時(shí)間 分布測(cè)定方法僅適用于純液相測(cè)定，而對(duì)于氣液相混流狀態(tài)的停留時(shí)間分布測(cè)定鮮有報(bào) 道。由于氣液混流時(shí)，尤其是液相為分散相時(shí)對(duì)于上述測(cè)量方法均造成了不同程度的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布 的裝置和方法，用于測(cè)定氣液旋流條件下液相停留時(shí)間分布。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案：
[0008] 測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的裝置，包括：液相儲(chǔ)槽、旋流分離器、電導(dǎo)率探 頭、風(fēng)機(jī)；其中：旋流分離器設(shè)置氣液相混合入口、頂部排氣口、底部排液口；液相儲(chǔ)槽與旋 流分離器的入口通過(guò)液相進(jìn)料管線相連，液相進(jìn)料管線上由液相儲(chǔ)槽至旋流分離器的方向 依次設(shè)有液相進(jìn)料栗、液相流量計(jì)、液相進(jìn)料閥；旋流分離器的入口同時(shí)連接示蹤劑注入 口，由示蹤劑注入口注入示蹤劑；旋流分離器的底部排液口通過(guò)排液管線與風(fēng)機(jī)相連，排液 管線上由旋流分離器至風(fēng)機(jī)方向依次設(shè)有整流元件、電導(dǎo)率探頭、排液分離罐、排液分支氣 相流量計(jì)、排液分支閥；旋流分離器頂部排氣口通過(guò)排氣管線與風(fēng)機(jī)相連，排氣管至風(fēng)機(jī)方 向依次設(shè)有排氣分支流量計(jì)、排氣分支閥；電導(dǎo)率探頭通過(guò)信號(hào)線與電導(dǎo)率儀相連，電導(dǎo)率 儀將電導(dǎo)率探頭輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳輸給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，以得到 液相停留時(shí)間分布。
[0009] 優(yōu)選地，示蹤劑通常為NaCl或KCl溶液，示蹤劑通過(guò)改變液相電導(dǎo)率，由電導(dǎo)率探 頭檢測(cè)出口電導(dǎo)率變化，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到停留時(shí)間分布。
[0010] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果如下：該裝置能夠測(cè)定氣液旋流條件下液相 停留時(shí)間分布，克服常規(guī)測(cè)量方式無(wú)法用于分散液相的缺陷；同時(shí)，采用分支流量控制，可 測(cè)定不同氣相分流比條件下的液相停留時(shí)間分布，對(duì)氣液混流系統(tǒng)的液相停留時(shí)間分布測(cè) 定具有廣泛的適用性。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的裝置示意圖；
[0012] 圖2為電導(dǎo)率測(cè)量點(diǎn)局部放大圖；
[0013] 圖3為停留時(shí)間測(cè)定結(jié)果實(shí)例；
[0014] 圖中：1、液相儲(chǔ)槽；2、旋流分離器；3、電導(dǎo)率探頭；4、風(fēng)機(jī)；5、液相進(jìn)料栗；6、液 相流量計(jì)；7、液相進(jìn)料閥；8、示蹤劑注入口；9、整流元件；10、排液分離罐；11、排液分支氣 相流量計(jì)；12、排液分支閥；13、分離罐排液閥；14、排氣分支流量計(jì)；15、排氣分支閥；16、電 導(dǎo)率儀；17、計(jì)算機(jī)；18、液滴；19、液膜。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 如圖1、圖2所示，測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的裝置，包括：液相儲(chǔ)槽1、旋流 分離器2、電導(dǎo)率探頭3、風(fēng)機(jī)4 ;其中：
[0016] 旋流分離器2設(shè)置氣液相混合入口、頂部排氣口、底部排液口；旋流分離器將由入 口進(jìn)入的氣液相混合介質(zhì)進(jìn)行分離，部分氣相從頂部排氣管流出，剩余氣相與全部液相從 底部排液管流出；
[0017] 液相儲(chǔ)槽1與旋流分離器2的入口通過(guò)液相進(jìn)料管線相連，該管液相進(jìn)料管線上 由液相儲(chǔ)槽至旋流分離器的方向依次設(shè)有液相進(jìn)料栗5、液相流量計(jì)6、液相進(jìn)料閥7 ;液相 進(jìn)料栗5將液相儲(chǔ)槽1內(nèi)的液相栗送至旋流分離器2入口，提供系統(tǒng)液相進(jìn)料，液相由液相 流量計(jì)6計(jì)量、通過(guò)液相進(jìn)料閥7進(jìn)行控制；旋流分離器2將氣液相進(jìn)行分離；旋流分離器2 的入口同時(shí)連接示蹤劑注入口 8,由示蹤劑注入口 8注入示蹤劑，示蹤劑通常為NaCl或KCl 溶液，示蹤劑通過(guò)改變液相電導(dǎo)率，由電導(dǎo)率探頭檢測(cè)出口電導(dǎo)率變化，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到停 留時(shí)間分布；
[0018] 旋流分離器2的底部排液口通過(guò)排液管線與風(fēng)機(jī)4相連，排液管線上由旋流分離 器2至風(fēng)機(jī)4方向依次設(shè)有整流元件9、電導(dǎo)率探頭3、排液分離罐10、排液分支氣相流量計(jì) 11、排液分支閥12 ;整流元件9將排液管內(nèi)的分散液滴18整流為貼壁流動(dòng)的連續(xù)液膜19， 便于電導(dǎo)率探頭3有效測(cè)定液相電導(dǎo)率；排液分離罐10底部設(shè)有分離罐排液閥13,排液分 離罐10將旋流器2底部流出的液相和未分離的氣相再次分離，液相由分離罐低部的排液閥 13排出，氣相被吸入風(fēng)機(jī)4后排空；排液管內(nèi)的氣相由排液分支流量計(jì)11計(jì)量，通過(guò)排液 分支閥12進(jìn)行控制。
[0019] 旋流分離器2頂部排氣口通過(guò)排氣管線與風(fēng)機(jī)4相連，排氣管至風(fēng)機(jī)4方向依次 設(shè)有排氣分支流量計(jì)14、排氣分支閥15 ;排氣管內(nèi)氣相由排氣分支流量計(jì)14計(jì)量，通過(guò)排 氣分支閥15進(jìn)行控制。
[0020] 電導(dǎo)率探頭3通過(guò)信號(hào)線與電導(dǎo)率儀16相連，電導(dǎo)率儀16將電導(dǎo)率探頭3輸出的 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳輸給計(jì)算機(jī)17,進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，以得到液相停留時(shí)間分布。
[0021] 測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的方法，采用上述測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分 布的裝置，包括如下步驟：
[0022] (1)、啟動(dòng)液相進(jìn)料栗5,將液相儲(chǔ)槽1內(nèi)液相栗入旋流分離器2入口，調(diào)整液相進(jìn) 料閥7開(kāi)度，使液相流量計(jì)6顯示值達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定值，記錄液相流率；
[0023] (2)、啟動(dòng)風(fēng)機(jī)4,將氣相由旋流分離器2入□吸入，調(diào)整排氣分支閥15和排液分支 閥12,以控制氣相分流比，使排液分支氣相流量計(jì)11和排氣分支流量計(jì)14達(dá)到設(shè)定值，分 別記錄排氣和排液分支氣相流量，可計(jì)算得到氣相分流比：
[0024] 氣相分流比=旋流器排氣管氣相流量/旋流器入口氣相流量
[0025] (3)、待裝置運(yùn)行穩(wěn)定后，由示蹤劑注入口 8注入示蹤劑，同時(shí)由計(jì)算機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)； 示蹤劑通常為NaCl或KCl溶液，注入方式可以是脈沖注入或階躍注入，采用端面開(kāi)槽或插 入式電導(dǎo)率探頭3測(cè)定液相電導(dǎo)率，測(cè)量信號(hào)經(jīng)電導(dǎo)率儀16傳送至計(jì)算機(jī)17,進(jìn)行信號(hào)讀 取和記錄，由下式計(jì)算停留時(shí)間分布
[0027] 其中，C1為計(jì)算機(jī)記錄的各時(shí)刻電導(dǎo)率，At1為數(shù)據(jù)記錄時(shí)間步長(zhǎng)，E(t)為停留時(shí) 間分布概率。
[0028] 圖3所示為旋流分離器入口氣速16m/s，液相體積含量1%時(shí)測(cè)定的液相停留時(shí)間 分布結(jié)果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的裝置，包括：液相儲(chǔ)槽、旋流分離器、電導(dǎo)率 探頭、風(fēng)機(jī)；其特征在于：旋流分離器設(shè)置氣液相混合入口、頂部排氣口、底部排液口；液相 儲(chǔ)槽與旋流分離器的入口通過(guò)液相進(jìn)料管線相連，液相進(jìn)料管線上由液相儲(chǔ)槽至旋流分離 器的方向依次設(shè)有液相進(jìn)料栗、液相流量計(jì)、液相進(jìn)料閥；旋流分離器的入口同時(shí)連接示蹤 劑注入口，由示蹤劑注入口注入示蹤劑；旋流分離器的底部排液口通過(guò)排液管線與風(fēng)機(jī)相 連，排液管線上由旋流分離器至風(fēng)機(jī)方向依次設(shè)有整流元件、電導(dǎo)率探頭、排液分離罐、排 液分支氣相流量計(jì)、排液分支閥；旋流分離器頂部排氣口通過(guò)排氣管線與風(fēng)機(jī)相連，排氣管 至風(fēng)機(jī)方向依次設(shè)有排氣分支流量計(jì)、排氣分支閥；電導(dǎo)率探頭通過(guò)信號(hào)線與電導(dǎo)率儀相 連，電導(dǎo)率儀將電導(dǎo)率探頭輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳輸給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)記 錄，以得到液相停留時(shí)間分布。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的裝置，其特征在于：示蹤 劑通常為NaCl或KC1溶液。3. -種測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的方法，采用權(quán)利要求1-2所述的測(cè)定氣液旋 流液相停留時(shí)間分布的裝置，其特征在于，包括如下步驟： (1) 、啟動(dòng)液相進(jìn)料栗，將液相儲(chǔ)槽內(nèi)液相栗入旋流分離器入口，調(diào)整液相進(jìn)料閥開(kāi)度， 使液相流量計(jì)顯示值達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定值，記錄液相流率； (2) 、啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，將氣相由旋流分離器入口吸入，調(diào)整排氣分支閥和排液分支閥，以控制 氣相分流比，使排液分支氣相流量計(jì)和排氣分支流量計(jì)達(dá)到設(shè)定值，分別記錄排氣和排液 分支氣相流量，可計(jì)算得到氣相分流比： 氣相分流比=旋流器排氣管氣相流量/旋流器入口氣相流量 (3)、待裝置運(yùn)行穩(wěn)定后，由示蹤劑注入口注入示蹤劑，同時(shí)由計(jì)算機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)；采用端 面開(kāi)槽或插入式電導(dǎo)率探頭測(cè)定液相電導(dǎo)率，測(cè)量信號(hào)經(jīng)電導(dǎo)率儀傳送至計(jì)算機(jī)，進(jìn)行信 號(hào)讀取和記錄，由下式計(jì)算停留時(shí)間分布其中，Q為計(jì)算機(jī)記錄的各時(shí)刻電導(dǎo)率，At數(shù)據(jù)記錄時(shí)間步長(zhǎng)，E(t)為停留時(shí)間分 布概率。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的方法，其特征在于，采用 整流元件將排液管內(nèi)的分散液滴整流為貼壁流動(dòng)的連續(xù)液膜。5. 根據(jù)權(quán)利要求3-4所述的測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的方法，其特征在于，所 用電導(dǎo)率探頭為端面開(kāi)槽或插入式電導(dǎo)率探頭。
【專利摘要】本發(fā)明屬于化學(xué)工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種測(cè)定氣液旋流液相停留時(shí)間分布的裝置。液相儲(chǔ)槽與旋流分離器的入口通過(guò)液相進(jìn)料管線相連，液相進(jìn)料管線上設(shè)有液相進(jìn)料泵、液相流量計(jì)、液相進(jìn)料閥；旋流分離器的入口同時(shí)連接示蹤劑注入口，旋流分離器的底部排液口通過(guò)排液管線與風(fēng)機(jī)相連，排液管線上設(shè)有整流元件、電導(dǎo)率探頭、排液分離罐、排液分支氣相流量計(jì)、排液分支閥；旋流分離器頂部排氣口通過(guò)排氣管線與風(fēng)機(jī)相連，排氣管線上設(shè)有排氣分支流量計(jì)、排氣分支閥；電導(dǎo)率探頭與電導(dǎo)率儀相連，電導(dǎo)率儀連接計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，以得到液相停留時(shí)間分布。該裝置能夠測(cè)定氣液旋流條件下液相停留時(shí)間分布，克服常規(guī)測(cè)量方式無(wú)法用于分散液相的缺陷。
【IPC分類】G01N27/06
【公開(kāi)號(hào)】CN105301059
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510712331
【發(fā)明人】楊軍衛(wèi), 肖家治, 何金奎, 沈國(guó)平, 王蘭娟, 王振波, 王建軍, 金有海
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【公開(kāi)日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年10月28日