专利名称：一种多相流设备中雾沫夹带量的检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及化工动态监控方法和装置领域，尤其涉及一种多相流设备中雾沫夹带量的动态检测方法及装置。
背景技术：
化工过程中有许多的多相流设备，如板式塔、气液两相或气液固三相搅拌釜、鼓泡床等，在气液混合时，往往伴有雾沫夹带现象。雾沫夹带是指气体自下向上通过液层时，液面由于湍动产生的雾滴被气流带走，进入上方装置或管道的现象。对于三相体系，也会有少量的固体随雾滴一起被气体夹带。雾沫夹带对化工过程有着不利的影响。聚合反应装置中，大量的雾沫夹带会将液体带入换热器，使换热器内结垢增多，换热能力下降；精馏过程中，大量的雾沫夹带会使易挥发组分的浓度梯度沿着塔高有所减少，因而使过程推动力降低；大量的雾沫夹带还会使非挥发性的杂质带到塔顶产品中，影响到产品的纯度。因此雾沫夹带的检测和消除在化工过程中就显得非常重要。一般来说，雾沫夹带的形成分作液面上雾沫生成及气流中液滴携带两个过程。首先，当气体通过液层鼓泡传质时，液体膜被气泡破碎成无数液滴，其大小与上升气体动能和液体表面能有关，气体动能越大，液体的表面能就越小，产生的液滴就越细。受气体作用，大量液滴将以不同初速抛射至液层上方空间相应的高度。其次，液滴在气流中运动受到气流曳力、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，而部分小液滴则由于气流向上的速度大于液滴沉降速度，被上升气流夹带至上层塔板，形成了雾沫夹带。影响雾沫夹带量大小的因素很多，概括来说，雾沫夹带主要受到设备结构、气液物性、操作条件三方面的影响。设备的结构主要是设备中液面上方空间的高度，如聚合反应器中料位与釜顶的距离、板式塔中的塔板间距等。一般来说，随着液面上方空间高度的增大， 雾沫夹带量有所减少。有除沫器存在的情况下，除沫器的结构也对雾沫夹带量有着一定的影响。精馏塔中，塔板的开孔率、开孔形式等结构因素也对雾沫夹带量有影响。气液物性对雾沫夹带量也有影响。气体的物性对雾沫夹带量影响不大，但是液相的物性(粘度、表面张力等)对雾沫夹带量有着较大的影响。一般来说随着液体的粘度和表面张力的增大，雾沫夹带量有所降低。对于某个特定的工艺来说，设备结构和气液物性都是不可改变的，这时操作条件对雾沫夹带量的影响显得更为重要。操作条件中，对雾沫夹带量影响最大的是气速的大小。一般来说，雾沫夹带量随着气速的增大而增大，在低气速下，雾沫夹带量增加很缓慢，在高气速下，雾沫夹带随气速的增大显著增大。另外，在通气搅拌槽中，搅拌转速对雾沫夹带有一定的影响；精馏塔中，液流速度对雾沫夹带有一定的影响。一些学者，对板式精馏塔中的雾沫夹带情况作了一定的研究，发现雾沫夹带量与气速、液流强度、塔板间距、塔板形式等物理量有关，得到了一些雾沫夹带量的计算关联式。 比较常用的有Hunt等的公式
权利要求
1.一种多相流设备中雾沫夹带量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤1)接收多相流设备中的振动信号或声波信号；2)选取所述的振动信号或声波信号的总能量、特征频段的能量或特征频段的能量分率作为特征参数；3)将所述的特征参数代入预先建立的特征参数与雾沫夹带量间的预测模型，计算得到多相流设备中的雾沫夹带量；所述的特征频段的能量是采用快速傅立叶变换频谱分析、小波分析、小波包分析或希尔伯特-黄变换中的一种或两种以上对所述的振动信号或声波信号进行多尺度分析后，将幅值平方后积分得到；所述的特征频段的能量分率指特征频段的能量占振动信号或声波信号的总能量的百分比。
2.根据权利要求1所述的多相流设备中雾沫夹带量的检测方法，其特征在于，所述的特征频段为7kHz 16kHz。
3.根据权利要求1所述的多相流设备中雾沫夹带量的检测方法，其特征在于，所述的特征参数与雾沫夹带量间的预测模型的建立方法为收集多相流设备中不同已知雾沫夹带量时的振动信号或声波信号；对收集的振动信号或声波信号进行多尺度分析，计算特征参数；以雾沫夹带量为自变量，以特征参数为因变量，采用曲线拟合、偏最小二乘法或神经元网络方法建立预测模型。
4.根据权利要求1所述的多相流设备中雾沫夹带量的检测方法，其特征在于，所述的多相流设备是气液两相传质设备或者气液固三相反应设备。
5.根据权利要求4所述的多相流设备中雾沫夹带量的检测方法，其特征在于，所述的多相流设备是气液两相搅拌釜、气液固三相搅拌釜、气液两相板式塔、气液固三相板式塔、 气液两相鼓泡塔、气液固三相鼓泡塔、气液两相喷淋塔或气液固三相喷淋塔。
6.根据权利要求1所述的多相流设备中雾沫夹带量的检测方法，其特征在于，所述的采用小波分析对所述的振动信号或声波信号进行多尺度分析的步骤包括选用正交小波作为小波母函数对振动信号或声波信号进行小波分解；用小波分解系数表征振动信号或声波信号的能量。
7.根据权利要求1所述的多相流设备中雾沫夹带量的检测方法，其特征在于，所述的采用希尔伯特-黄变换对所述的振动信号或声波信号进行多尺度分析的步骤包括对振动信号或声波信号作经验模态分解，求得各阶固有模态函数；应用希尔伯特变化，得到振动信号或声波信号的能量-频率-时间分布的三维谱图，即希尔伯特-黄谱。
8.根据权利要求1所述的多相流设备中雾沫夹带量的检测方法，其特征在于，所述的振动信号或声波信号的接收频率为OHz 100MHz。
9.根据权利要求1 8任一项所述的多相流设备中雾沫夹带量的检测装置，其特征在于，包括用于接收多相流设备(1)中振动信号或声波信号的信号接收装置O)，信号放大装置(3)，信号采集装置G)，信号处理装置(5)，输出显示装置(6)和控制装置(7)，信号接收装置( 将多相流设备(1)中的振动信号或声波信号转化为电信号，经信号放大装置(3) 放大、采集装置G)A/D转换后传入信号处理装置(5)，处理结果显示在输出显示装置(6) 上，控制装置(7)根据处理结果对多相流设备(1)进行控制。
10.根据权利要求9所述的多相流设备中雾沫夹带量的检测装置，其特征在于，所述的信号接收装置( 设置在多相流设备(1)液面以上发生雾沫夹带的任意位置。
全文摘要
本发明公开了一种多相流设备中雾沫夹带量的检测方法，包括步骤1)接收多相流设备中的振动信号或声波信号；2)选取振动信号或声波信号的总能量、特征频段的能量或特征频段的能量分率作为特征参数；3)将特征参数代入预先建立的特征参数与雾沫夹带量间的预测模型，计算得到多相流设备中的雾沫夹带量。该方法采用非线性方法处理信号，能更准确、更有效地获得信号的特征参数，并得到实时的雾沫夹带量；反应灵敏，测量误差小，适用面广。本发明还公开了一种检测装置，包括信号接收装置，信号放大装置，信号采集装置，信号处理装置，输出显示装置和控制装置。该装置是非插入式的，使用简易方便，不影响流体的运动或化学反应；不需要发射源。
文档编号G01N29/44GK102297896SQ201110133989
公开日2011年12月28日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者王靖岱, 胡雨晨, 蒋斌波, 阳永荣, 黄正梁 申请人:浙江大学