一種多相流設備中霧沫夾帶量的檢測方法及裝置的製作方法
2023-09-23 01:04:05
專利名稱：一種多相流設備中霧沫夾帶量的檢測方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及化工動態監控方法和裝置領域，尤其涉及一種多相流設備中霧沫夾帶量的動態檢測方法及裝置。
背景技術：
化工過程中有許多的多相流設備，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，往往伴有霧沫夾帶現象。霧沫夾帶是指氣體自下向上通過液層時，液面由於湍動產生的霧滴被氣流帶走，進入上方裝置或管道的現象。對於三相體系，也會有少量的固體隨霧滴一起被氣體夾帶。霧沫夾帶對化工過程有著不利的影響。聚合反應裝置中，大量的霧沫夾帶會將液體帶入換熱器，使換熱器內結垢增多，換熱能力下降；精餾過程中，大量的霧沫夾帶會使易揮發組分的濃度梯度沿著塔高有所減少，因而使過程推動力降低；大量的霧沫夾帶還會使非揮發性的雜質帶到塔頂產品中，影響到產品的純度。因此霧沫夾帶的檢測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過程。首先，當氣體通過液層鼓泡傳質時，液體膜被氣泡破碎成無數液滴，其大小與上升氣體動能和液體表面能有關，氣體動能越大，液體的表面能就越小，產生的液滴就越細。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的高度。其次，液滴在氣流中運動受到氣流曳力、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，而部分小液滴則由於氣流向上的速度大於液滴沉降速度，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備結構、氣液物性、操作條件三方面的影響。設備的結構主要是設備中液面上方空間的高度，如聚合反應器中料位與釜頂的距離、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，除沫器的結構也對霧沫夾帶量有著一定的影響。精餾塔中，塔板的開孔率、開孔形式等結構因素也對霧沫夾帶量有影響。氣液物性對霧沫夾帶量也有影響。氣體的物性對霧沫夾帶量影響不大，但是液相的物性(粘度、表面張力等)對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。對於某個特定的工藝來說，設備結構和氣液物性都是不可改變的，這時操作條件對霧沫夾帶量的影響顯得更為重要。操作條件中，對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，攪拌轉速對霧沫夾帶有一定的影響；精餾塔中，液流速度對霧沫夾帶有一定的影響。一些學者，對板式精餾塔中的霧沫夾帶情況作了一定的研究，發現霧沫夾帶量與氣速、液流強度、塔板間距、塔板形式等物理量有關，得到了一些霧沫夾帶量的計算關聯式。 比較常用的有Hunt等的公式
權利要求
1.一種多相流設備中霧沫夾帶量的檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟1)接收多相流設備中的振動信號或聲波信號；2)選取所述的振動信號或聲波信號的總能量、特徵頻段的能量或特徵頻段的能量分率作為特徵參數；3)將所述的特徵參數代入預先建立的特徵參數與霧沫夾帶量間的預測模型，計算得到多相流設備中的霧沫夾帶量；所述的特徵頻段的能量是採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所述的振動信號或聲波信號進行多尺度分析後，將幅值平方後積分得到；所述的特徵頻段的能量分率指特徵頻段的能量佔振動信號或聲波信號的總能量的百分比。
2.根據權利要求1所述的多相流設備中霧沫夾帶量的檢測方法，其特徵在於，所述的特徵頻段為7kHz 16kHz。
3.根據權利要求1所述的多相流設備中霧沫夾帶量的檢測方法，其特徵在於，所述的特徵參數與霧沫夾帶量間的預測模型的建立方法為收集多相流設備中不同已知霧沫夾帶量時的振動信號或聲波信號；對收集的振動信號或聲波信號進行多尺度分析，計算特徵參數；以霧沫夾帶量為自變量，以特徵參數為因變量，採用曲線擬合、偏最小二乘法或神經元網絡方法建立預測模型。
4.根據權利要求1所述的多相流設備中霧沫夾帶量的檢測方法，其特徵在於，所述的多相流設備是氣液兩相傳質設備或者氣液固三相反應設備。
5.根據權利要求4所述的多相流設備中霧沫夾帶量的檢測方法，其特徵在於，所述的多相流設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.根據權利要求1所述的多相流設備中霧沫夾帶量的檢測方法，其特徵在於，所述的採用小波分析對所述的振動信號或聲波信號進行多尺度分析的步驟包括選用正交小波作為小波母函數對振動信號或聲波信號進行小波分解；用小波分解係數表徵振動信號或聲波信號的能量。
7.根據權利要求1所述的多相流設備中霧沫夾帶量的檢測方法，其特徵在於，所述的採用希爾伯特-黃變換對所述的振動信號或聲波信號進行多尺度分析的步驟包括對振動信號或聲波信號作經驗模態分解，求得各階固有模態函數；應用希爾伯特變化，得到振動信號或聲波信號的能量-頻率-時間分布的三維譜圖，即希爾伯特-黃譜。
8.根據權利要求1所述的多相流設備中霧沫夾帶量的檢測方法，其特徵在於，所述的振動信號或聲波信號的接收頻率為OHz 100MHz。
9.根據權利要求1 8任一項所述的多相流設備中霧沫夾帶量的檢測裝置，其特徵在於，包括用於接收多相流設備(1)中振動信號或聲波信號的信號接收裝置O)，信號放大裝置(3)，信號採集裝置G)，信號處理裝置(5)，輸出顯示裝置(6)和控制裝置(7)，信號接收裝置( 將多相流設備(1)中的振動信號或聲波信號轉化為電信號，經信號放大裝置(3) 放大、採集裝置G)A/D轉換後傳入信號處理裝置(5)，處理結果顯示在輸出顯示裝置(6) 上，控制裝置(7)根據處理結果對多相流設備(1)進行控制。
10.根據權利要求9所述的多相流設備中霧沫夾帶量的檢測裝置，其特徵在於，所述的信號接收裝置( 設置在多相流設備(1)液面以上發生霧沫夾帶的任意位置。
全文摘要
本發明公開了一種多相流設備中霧沫夾帶量的檢測方法，包括步驟1)接收多相流設備中的振動信號或聲波信號；2)選取振動信號或聲波信號的總能量、特徵頻段的能量或特徵頻段的能量分率作為特徵參數；3)將特徵參數代入預先建立的特徵參數與霧沫夾帶量間的預測模型，計算得到多相流設備中的霧沫夾帶量。該方法採用非線性方法處理信號，能更準確、更有效地獲得信號的特徵參數，並得到實時的霧沫夾帶量；反應靈敏，測量誤差小，適用面廣。本發明還公開了一種檢測裝置，包括信號接收裝置，信號放大裝置，信號採集裝置，信號處理裝置，輸出顯示裝置和控制裝置。該裝置是非插入式的，使用簡易方便，不影響流體的運動或化學反應；不需要發射源。
文檔編號G01N29/44GK102297896SQ201110133989
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者王靖岱, 胡雨晨, 蔣斌波, 陽永榮, 黃正梁 申請人:浙江大學