基于釜底压力测量的多相搅拌釜搅拌器气泛转速测量方法与流程

本发明涉及了一种釜搅拌器测量方法，尤其是涉及了一种基于釜底压力测量的多相搅拌釜搅拌器气泛转速测量方法。
背景技术：
：气液搅拌设备能实现多相混合体系的均匀分散，在生物化工、石油化学、制药工程、食品加工等过程工业应用广泛，但由于多相体系混合行为的复杂性，确定其操作过程中的一些参数就变得困难且必要了。气泛转速Nf作为气泛和载气过程的临界转速，是确定搅拌器合理工作转速的关键参数，与气液分散效果密切相关。因此，准确快速确定气泛转速对气液搅拌设备具有十分重要的意义。目前文献中所提及关于气泛转速的检测方法主要有两大类，分别为全局检测方法和局部检测方法，前者包括功耗法、气含率法等与可视化观察相结合的方法，后者有利用热膜风速计、阻抗探头、微型螺旋桨等设备实现气泛转速的检测，然而这些检测方法有着各自的局限性。例如，气液搅拌设备的局部检测方法大多是侵入式检测方法，会干扰流场，因而不适用于苛刻的工业生产环境。全局检测法也有很多的缺陷，如观察法虽然原理简单、测量方便，但其精度不高且只能用于透明装置内，应用范围有限；功耗法虽然是非侵入的测量手段，但灵敏度不高。因此，寻找一种能快速、准确地实现气泛转速检测的新型方法具有重要的现实意义和广阔的工业应用前景。技术实现要素：本发明的目的在于提供了一种基于釜底压力测量的多相搅拌釜搅拌器气泛转速测量方法，适用性广、测量判定较为准确，能够适应于气液和气液固多相体系，有较宽通气率适用范围。本发明所采用的技术方案是包括以下步骤：一、一种基于釜底压力测量的多相搅拌釜搅拌器气泛转速测量方法：步骤1)将压力变送器安装在搅拌釜的釜体底部，压力变送器依次经数字显示仪表、A/D转换器和计算机连接，釜体内的搅拌器和电机的输出轴之间连接有转速测量仪，转速测量仪连接计算机，通过压力变送器采集釜体底部的压力，通过转速测量仪采集搅拌器的转速；步骤2)实时同步测量搅拌釜釜体底部由于搅拌器工作而引起的压力变化和搅拌器转速，获得压力随转速的变化数据，并根据压力随转速的变化数据作出压力随转速的变化曲线；步骤3)根据所获得曲线，判定获得搅拌器的气泛转速。所述步骤2)中实时同步测量搅拌釜底由于搅拌器工作而引起的压力变化和搅拌器转速，包括以下步骤：2.1)向搅拌釜釜体内加入所需的液相物料；2.2)启动与釜体内气体分布器连接的空气压缩机后，调节气体流量至预设值，记录此时的釜底压力；2.3)启动搅拌器，使搅拌器转速从小到大逐渐变化，并同时间隔采集釜底压力和转速的数据，然后绘制压力随转速的变化曲线。所述步骤2.3)的间隔采集釜底压力和转速的数据，根据压力随转速的变化数据作出压力随转速的变化曲线具体如下：通过转速测量仪实时采集转速信号获得搅拌器原始转速，从小到大每次调整转速后，取当前时刻后一段时间内的搅拌器原始转速的平均值作为当前采集时刻的转速N；通过压力变送器实时搅拌釜底部压力信号获得釜底部原始压力，从小到大每次调整转速后，取当前时刻后一段时间内的釜底部原始压力的平均值作为当前采集时刻的釜底压力P，然后将当前采集时刻的釜底压力与上一个采集时刻的釜底压力作差，作为当前采集时刻的压力差ΔP，即采用公式ΔP＝P2-P1，其中P2为当前采集时刻的釜底压力，P1为上一个采集时刻的釜底压力；将各个采集时刻数据处理后获得的转速N和压力差ΔP分别作为横坐标和纵坐标，绘制得各个采集点并依次连接获得ΔP-N曲线。在所述ΔP-N曲线上从转速增大方向开始，找到曲线上的所有低谷，低谷是指其谷底点的压力差ΔP相比相邻两侧的两个采集的压力差ΔP波动超过10Pa的谷，则以第一个低谷的谷底点所对应的转速为气泛转速。二、一种基于釜底压力测量的多相搅拌釜搅拌器气泛转速测量装置：装置包括釜体以及置于釜体内的挡板、搅拌器和气体分布器，釜体内壁设有挡板，釜体内的搅拌器经转速测量仪和电机的输出轴连接，电机与控制柜连接；釜体底部安装有压力变送器，搅拌器正下方的釜体内设有气体分布器，还包括空气压缩机、稳压阀和转子流量计，空气压缩机依次经稳压阀、转子流量计和开关阀后与气体分布器连接。还包括数字显示仪表、A/D转换器和计算机，压力变送器依次经数字显示仪表、A/D转换器后与计算机连接。本发明利用安装在搅拌釜釜体底部的压力传感器，测量由于搅拌器作用导致的搅拌釜内流动形态改变而引起的釜底压力变化，根据该压力随转速的变化曲线判定气泛转速。现有技术中有些提出的检测方法是利用设置在搅拌釜外壁面或内部的水听器探头接收搅拌釜内部振动信号的声波测量法，这易受到声波、外部振动等外界环境因素干扰，需采用分析方法进行分析获得特征信号等分析结果，最后再根据分析结果判定气泛转速，操作繁琐，数据处理量大；在气液固三相体系中，固相对壁面的碰撞振动会对气体碰撞壁面的振动产生干扰，结果不准确。相比而言，本发明方法不受环境因素干扰，能适应各种恶劣的测量环境，应用范围广，且数据处理简便，实验重复性高，成本低，更适合于实验和工业生产。本发明具有的有益效果是：(1)所用压力传感器为平膜压力传感器，传感器接收端面与釜底内表面平齐，不会影响流体的运动和反应；(2)对测量条件要求低，能适应各种恶劣的测量环境；(3)方法具有较好的适应性，能够适用于气液和气液固多相体系，有较宽通气率适用范围。附图说明图1为本发明实施例提供的测量系统示意图。图2为本发明实施例获得的ΔP-N曲线的示意图。图中：1、釜体，2、挡板，3、搅拌器，4、气体分布器，5、转子流量计，6、稳压阀，7、空气压缩机，8、转速测量仪，9、电机，10、控制柜，11、计算机，12、压力变送器、13、数字显示仪表、14、A/D转换器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明的原理论证如下：气体经气体分布器进入搅拌釜的液相，当搅拌转速为零时，气泡在静止液体中自由浮升，釜内流型处于通气控制，整体流型为中心向上沿釜壁向下的单循环。在低转速下(小于气泛转速)，虽然搅拌器开始排液，但是由于叶片背面附着的气穴使其泵送能力降低，特别是大气量下，整个搅拌器被气穴包围，搅拌器几乎处于空转，气体集中在轴附近直接上升，即气泛状态，釜内液体流动受阻滞，此时釜底压力变化较小，所以ΔP随着N的增加在零附近上下小幅波动。随着搅拌器转速的增加，其径向输送发挥作用，液体夹带气泡冲击釜壁，不再集中于轴附近，从而搅拌器平面的上部分气体开始分散，全釜流型也开始改变，由原来的单循环转变为双循环，存在水平径向的液体流动。由于伯努利效应，这个过程中对应着一个较大的压力降，因此ΔP在此存在一个大的下降，即对应于图2中的A点。根据关于气泛转速的定义，A点所对应的转速即为气泛转速。随着搅拌转速进一步增加，液体流速加快，但是搅拌器产生的液体运动并未到达釜底，此时压力变化变小，ΔP随着N的增加又回到零附近。当搅拌转速进一步增加，液体循环作用加强，液体向下的循环妨碍气泡上升，夹带气泡运动，促成全釜的气泡循环，气体分散于整个釜内液相，此时釜底受液体直接冲刷，压力随着转速增加不断下降，因而测量的ΔP均为负数。本发明的实施例如下：如图1所示，本发明方法采用的测量装置包括釜体1以及置于釜体1内的挡板2、搅拌器3和气体分布器4，釜体1内壁设有挡板2，釜体1内的搅拌器3经转速测量仪8和电机9的输出轴连接，电机9与控制柜10连接；釜体1底部安装有压力变送器12，压力变送器12依次经数字显示仪表13、A/D转换器14后与计算机11连接，搅拌器3正下方的釜体1内设有气体分布器4，空气压缩机7依次经稳压阀6、转子流量计5和开关阀后与气体分布器4连接。本实施例采用的工况如下：搅拌釜液面高度380mm，材料为有机玻璃，实验介质为空气和水。搅拌桨为直径135mm六直叶圆盘涡轮桨(Rushton)，转速为0～310rpm，通气量为2m3/h。压力传感器安装在搅拌釜底部，采样频率为10Hz。步骤1)将压力变送器安装在搅拌釜底部，并依次连接数字显示仪表、A/D转换器和计算机，将电机连接转速测量仪，并连接计算机；步骤2)先对数字显示仪表调零，向搅拌釜内加入所需的液相物料到达指定位置；启动空气压缩机并调节气体流量，记录此时的釜底压力；然后启动搅拌器，从小到大依次调节搅拌器转速。在转速较低时，转速调节间隔为40rpm；到达120rpm后，为保证曲线精度，转速间隔变为10rpm；到达气泛转速之后，远离气泛转速的若干测量点转速间隔取20rpm。并实时同步采集搅拌器转速和釜底压力数据。以10hz采集频率采集获得搅拌器原始转速数据，在120s时间段内取样，并取该时间段内所有搅拌器原始转速数据的平均值作为画曲线时的搅拌器转速N；同时采用平膜压力传感器，以10hz采集频率采集搅拌釜底部原始压力数据，在120s时间段内取样，取该时间段内所有原始压力数据的平均值作为该转速下的釜底压力P。步骤3)计算不同转速下釜底压力差ΔP，即当前采集点所对应的釜底压力与上一个采集点的釜底压力作差；不同转速下获得的实施例数据如表1所示：表1测得转速N和釜底压力P以及压力差ΔP转速N/rpm压力P/Pa压力差ΔP03798—403795-38038005120380441303806214038060150380601603803-31703747-561803746-11903745-1210374612303726-202503696-302703675-212903660-153103648-12绘制一条以N为横坐标，ΔP为纵坐标的曲线，为ΔP-N曲线，如图2所示。步骤4)在ΔP-N曲线上找到曲线第一个低谷的谷底一点，该点对应的转速为气泛转速。如图2所示，本实施例中气泛转速Nf＝170rpm。如果在搅拌釜内还加入大密度的固体，由于固体沉积在底部，对于搅拌器气泛转速不会造成太大的影响，因此本发明方法也能够适用于气液固三相体系。由上述实施可见，本发明方法采用的压力传感器为平膜压力传感器，传感器接收端面与釜底内表面平齐，不会影响流体的运动和反应；对测量条件要求低，不受外界因素干扰，能适应各种恶劣的测量环境；反应灵敏，测量误差小；能够适用于气液和气液固多相体系，有较宽通气率适用范围，具有较好的适应性。上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。当前第1页1 2 3