通过测算酒精溶液混合均匀度测混合设备混合效果的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测量技术领域，涉及混合设备的混合效果检测，具体涉及一种通过测 算酒精溶液混合均匀度测混合设备混合效果的方法。
【背景技术】
[0002] 混合设备是化工、环境、水处理等工业领域常用的，混合过程的优劣直接影响到后 续各工艺中原材料、药剂、能源等的消耗以及最终的产品质量。
[0003] 混合程度是用不同物料经过混合所达到的分散掺和的均匀程度的度量；很多行业 上，需要混合剂与液体充分的混合，保证后续的工序更加有效的进行。
[0004] 对混合设备混合效果的评价，理论上要确定在一定的混合时间内混合液的混合 度，应计算或测量各时刻混合器出口截面各组分的均匀程度，由于混合设备的种类多种多 样，其中的混合流体的物性差异也较大。有的混合器中流体存在相变，有的流体相互之间存 在复杂的物理、化学反应，由于混合器的使用条件的差异，使得对混合均匀度的测量存在一 定的困难，目前，有关混合均匀程度的测量并没有一个统一标准。
[0005] 较为准确的测量方法是采用示踪粒子照相法，混合器出口截面的示踪粒子浓度， 这种方法设备复杂，价格昂贵，数据处理速度慢，不适于在线连续测量，且测量处的流体管 道必须做成方形透明的形式，以便于光线投射过，且不产生偏转。王宗勇等人在2006年沈 阳化工学院学报中的《静态混合器混合效果的测定方法研宄》一文中，提出通过测量互不相 溶的油与水的浓度来测量静态混合器混合效果的方法。
[0006] 而混合过程首先从大尺度对流运动开始，通过涡旋扩散和分子扩散，最后达到分 子水平上的均匀。主体对流只能把混合流体不断移动、变形分割成较大的液滴"微团"。涡 旋扩散把较大的液滴微团一步一步地变形、分割成更小的微团，通过小微团界面之间的扩 散，把不均匀程度降低到涡旋本身的大小。涡旋尺度是连续变化的，大涡旋在湍流拉伸、剪 切作用下分裂成较小尺度的涡旋，能量从大涡旋传递到小涡旋，直到最小尺度即卡尔马廓 洛夫（Kolmogoroff)微尺度的涡旋，最后因粘性应力的作用耗散为热。涡旋扩散只能把微 团尺寸减小到Kolmogoroff尺度，不能达到完全的均勾混合，它的最终实现只能靠最小尺 度微团内的分子扩散，最后达到分子水平上的均匀。由于分子扩散速度远大于涡旋扩散速 度，涡旋扩散对混合时间起主导作用。故而，采用互不相溶的两种流体与采用两种互溶的流 体去测量混合效果的结果相差并不大，其对混合效果真正起决定作用的是流体流经混合设 备而形成的水力条件。
[0007] 另外，由于油与水的密度不同，使得流体在混合设备中出现油水分层的情况，会使 得试验测量结果与实际混合过程存在较大差异。且对于不同的混合设备，对油水的混合具 有不同的行为特性，难以对其混合特性进行统一描述与衡量。另外，在取样过程中，由于油 与水通过相对较细的取样管的流动阻力差异较大，势必会造成，所取样品的含水率大于当 地实际含水率。
[0008] 而酒精与水能够现互溶，且其水溶液性质稳定，其密度与浓度存在明确的对应关 系。而现有的密度计测量精度达到了 0. 0001 [g/cm3]，如梅特勒-托利多DM40,测量范围为 0. 0000-3. 0000[g/cm3]，温度范围为0. 0-91. 0°C，所以从原理以及可行性上来说，完全可以 通过采用无水酒精与水的混合效果，来衡量各种混合设备的混合效果。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种通过测量酒精和水混合密度来计 算混合均匀度的方法，利用水和酒精能够无限互溶，且酒精和水混合物的酒精浓度与酒精 相对密度存在近似线性的对应关系，采用高精度的密度计对同一横截面上不同点位置的取 样，测出酒精水溶液样品的酒精相对密度，反推出其酒精浓度，来计算各混合设备出口混合 均匀度，使得不同混合设备混合效果的衡量方法统一。
[0010] 本发明的具体步骤如下：
[0011] 步骤一、取待测混合效果的混合器，在混合器靠近出口处管壁的同一横截面上开 设有沿圆周均布的m个小圆孔，m = 10~16 ;
[0012] 步骤二、混合器内按恒定的初始流速通入纯净水，同时通过蠕动泵将加药箱内的 无水酒精按恒定的初始流速加入混合器，形成酒精水溶液；
[0013] 步骤三、将开设有小圆孔的横截面等分为m个扇环取样区，每个小圆孔的中心设 置在对应一个扇环取样区的对称中心轴线上；每个扇环取样区又沿径向划分为k个扇环取 样块，k = 3~5 ;每个扇环取样块的中心设为酒精水溶液样本的一个取样点；
[0014] 步骤四、采用密度计对混合器的取样点依次进行取样，得到每一个取样点处的酒 精相对密度；当对一个扇环取样区进行取样时，其余扇环取样区所在的小圆孔用螺栓堵 住；
[0015] 步骤五、根据酒精水溶液的酒精相对密度与酒精浓度对照表，反推每一个取样点 的酒精浓度；
[0016] 步骤六、采用毕托管在每个取样点测量流速；
[0017] 步骤七、计算无水酒精和纯净水在出口截面处的混合均匀度M，从而测出待测混合 器的混合效果：
【主权项】
1. 通过测算酒精溶液混合均匀度测混合设备混合效果的方法，其特征在于：该方法具 体步骤如下： 步骤一、取待测混合效果的混合器，在混合器靠近出口处管壁的同一横截面上开设有 沿圆周均布的m个小圆孔，m= 10~16 ; 步骤二、混合器内按恒定的初始流速通入纯净水，同时通过蠕动累将加药箱内的无水 酒精按恒定的初始流速加入混合器，形成酒精水溶液； 步骤=、将开设有小圆孔的横截面等分为m个扇环取样区；每个扇环取样区又沿径向 划分为k个扇环取样块，k= 3~5 ;每个扇环取样块的中屯、设为酒精水溶液样本的一个取 样点； 步骤四、采用密度计对混合器的取样点依次进行取样，得到每一个取样点处的酒精相 对密度；当对一个扇环取样区进行取样时，其余扇环取样区所在的小圆孔用螺栓堵住； 步骤五、根据酒精水溶液的酒精相对密度与酒精浓度对照表，反推每一个取样点的酒 精浓度； 步骤六、采用毕托管在每个取样点测量流速； 步骤走、计算无水酒精和纯净水在出口截面处的混合均匀度M，从而测出待测混合器的 混合效果，其中，0为样品相对密度的标准偏差，C为样品酒精浓度的均值。 C
2. 根据权利要求1所述的通过测算酒精溶液混合均匀度测混合设备混合效果的方法， 其特征在于；每个小圆孔的中屯、设置在对应一个扇环取样区的对称中屯、轴线上。
3. 根据权利要求1所述的通过测算酒精溶液混合均匀度测混合设备混合效果的方法， 其特征在于；所述标准偏差0、均值e的具体计算式如下：
其中，Vi表示第i个取样点的流速，Ci表示第i个取样点的酒精浓度，Si表示第i个 取样点所在扇环取样块的面积，1《i《n，n表示取样点个数，n=km。
【专利摘要】本发明公开了通过测算酒精溶液混合均匀度测混合设备混合效果的方法。不同的混合设备难以对其混合特性进行统一描述与衡量。本发明的步骤：待测混合器靠近出口处管壁的同一横截面上开设m个小圆孔；混合器内通入酒精水溶液；将开设有小圆孔的横截面等分为m个扇环取样区；每个扇环取样区划分为k个扇环取样块；每个扇环取样块内选一个取样点；采用密度计测得每个取样点的酒精相对密度；根据酒精水溶液的酒精相对密度与酒精浓度对照表，反推每个取样点的酒精浓度；测每个取样点的流速；计算无水酒精和纯净水在出口截面处的混合均匀度。本发明通过测算酒精溶液混合均匀度来计算各混合设备出口混合均匀度，使得不同混合设备混合效果的衡量方法统一。
【IPC分类】G01N9-36, G01M99-00
【公开号】CN104849079
【申请号】CN201510214665
【发明人】聂欣, 徐江荣, 谷王, 俞衡, 路一丁, 李萌蔚, 余辉, 江承成
【申请人】杭州电子科技大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月29日