CN101532865A - 搅拌釜反应器液位高度的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搅拌釜反应器液位高度的检测方法，包括以下步骤：1)在搅拌釜反应器外壁设置声发射信号接收装置；2)接收搅拌釜反应器内部的声发射信号；3)选取反应器壁面声发射信号的平均能量E作为特征变量；4)根据预先标定的特征变量E与反应器内液位高度H之间的预测模型或标准曲线，通过反应器壁面上声发射信号特征能量E判断搅拌釜反应器的液位高度。本发明方法的声发射接收装置是非插入式的，具有安装方便、安全环保、反应灵敏、测量准确、适用面广等优点。

Description

搅拌釜反应器液位高度的检测方法

技术领域

本发明涉及反应器液位高度的检测方法，尤其涉及一种搅拌釜反应器液位高度的检测方法。

背景技术

液位高度反映了反应器内物料的含量，作为化工连续生产中一个重要的操作参数，保持其相对稳定，对于控制产品性能和反应器的稳定操作均具有重大意义。液位高度过低或过高都将引起反应器的异常。对搅拌釜式反应器而言：液位高度较低会引起：1)催化剂平均停留时间降低，收率减小，反应器时空收率降低；2)反应器内液位高度过低，催化剂直接喷淋在反应器内壁或搅拌器的裸面上，可能会产生纤维状和块状聚合物。液位较高则会造成：1)反应器夹带增加；2)催化剂分布分配变差，致使反应器局部出现“热点”，严重影响产品性能。

因此寻找能快速、准确、灵敏、安全、环保地检测搅拌釜反应器液位高度的方法，不仅有助于加深对搅拌釜反应器的认识，而且对于反应器的设置和操作等都具有重要的指导意义。目前工业搅拌釜反应器上配备的液位检测仪器为利用放射性射线的辐射液位检测仪，具有一些不足，如对操作人员存在危害；不能获得液位的具体值；当釜内操作条件变化时读数也会产生变化；而其最主要的缺点不能适用于较高的操作温度。上述问题最终导致操作人员无法确定反应器内液位高度的真实情况。

发明内容

本发明提供了一种具有检测灵敏、安全环保、简易快捷等特点的搅拌釜反应器液位高度的声发射检测方法，将声发射信号接收装置放置于反应器外壁处，通过标定建立声发射信号中特征变量E与反应器液位高度H之间的对应关系，从而实现搅拌釜反应器液位高度的在线检测。

搅拌釜反应器液位高度的检测方法，包括以下步骤：

1)在搅拌釜反应器外壁设置声发射信号接收装置；

2)接收搅拌釜反应器内部的声发射信号；

3)选取反应器壁面声发射信号的平均能量作为特征变量；

4)根据预先标定的特征变量与已知反应器内液位高度之间的预测模型或标准曲线，通过反应器壁面上声发射信号特征变量判断搅拌釜反应器的液位高度。

所述的声发射信号接收装置设置在反应器外壁液面以下的任意位置，优选为反应器底部外壁处，并且可以根据需要设置一个或多个。

所述的选取声发射信号的平均能量作为特征变量指的是分析接收装置采集到的声发射信号，利用快速傅立叶变换做频谱分析，求得声发射信号的平均能量作为特征变量。

以液位高度H做横坐标，特征变量E做纵坐标，可以获得特征变量E与反应器液位高度H的标准曲线；所述的特征变量E与反应器液位高度成某种对应关系，例如：E＝a*exp(-H/b)+c，对标准曲线进行拟合，则可以得到常数a、b和c的值，即得到预测模型。

所述的声波信号频率大于0且小于等于10MHz，声发射信号接收装置的接收范围为10kHz～100MHz。

本发明与现有的方法相比具有如下一些优点：

1)声发射接收装置是非插入式的，使用简易方便，不影响流体的运动或化学反应；

2)不需要发射源。声发射信号是流体在运动过程中自身产生的，安全环保；

3)对测量条件要求低，能在比较恶劣的环境下全天候工作，即使在高温高压等苛刻环境下仍能正常工作；

4)反应灵敏，测量误差小，适用面广。

附图说明

图1是实验室冷模搅拌釜反应器示意图；

搅拌釜1、搅拌桨2、指型挡板兼进气管3、流量计4、风机5、搅拌电机6、扭矩传感器7、数显仪表8、声发射信号接收装置9、前置放大器10、放大器11、带信号采集装置的计算机12

图2是实施例1实验室冷模装置标定实验结果；

图3是实施例2某中试规模的搅拌釜反应器在80、100、120、140、160r/min五个不同转速下的标准曲线。

具体实施方式

为实施本发明方法的检测装置，包括声发射信号的接收装置，信号采集装置以及信号处理装置。其中声发射信号接收装置为一个或多个振动换能器；信号采集装置为一个或多个信号采集卡(A/D转化器)(安装于计算机中)；信号处理装置为带处理软件的计算机。所述的振动信号的接收装置的信号输出端与信号放大装置的输入端连接，信号放大装置的输出端与信号采集装置的输入端连接，所述的信号放大装置为一个或多个信号放大器。该放大装置可以根据实际需要选择是否使用。

振动信号接收装置的接收频率范围为10kHz～100MHz，放大装置和信号采集装置放大范围为1～10000。其中接收频率范围以30kHz～500kHz为佳，信号放大范围以1～100倍为佳。

实施例1

采用如图1所示的冷模装置，包括搅拌釜1、搅拌桨2、指型挡板兼进气管3、流量计4、风机5、搅拌电机6、扭矩传感器7和数显仪表8，声发射信号接收装置9设置于搅拌釜1外壁液面高度以下，依次通过前置放大器10、放大器11接入计算机12，计算机12内安装信号采集卡和相应软件。

反应器内部的动态声发射信号通过设置在釜外壁处的声发射接收装置9进入放大装置进行信号的放大，以保证信号的长距离输送，然后进入计算机12中的采集卡进行信号的A/D转换，最后通过计算机12进行处理和分析。

搅拌釜的内径为980mm，材质为有机玻璃，实验介质为空气和水。搅拌桨为三层六直叶圆盘涡轮，桨叶直径为350mm，转速160rpm。声发射信号采用声波测量仪器进行测量。其中声波测量仪器包括声波接收装置、放大装置、信号采集装置和信号处理装置，声传感器置于反应釜外壁面中部，采样频率200kHz，采样时间5s。

分析声信号接收装置采集到的声发射信号，首先对信号进行快速傅立叶变换(FFT)，将时间域内信号转换成频域信号，得到声发射信号的频谱图，进而通过求得特征变量E。

通过标定实验建立反应器液位高度H与特征变量E之间的关系，具体步骤如下：改变反应器内液位高度，通过采集声发射信号计算相应的特征变量E；以液位高度H做横坐标，特征变量E做纵坐标，通过拟合得到指数拟合曲线(图2)；通过拟合曲线得到液位高度H与特征变量E的关系：

E＝98935635*exp(-H/7.689)+18549.772

根据实际生产中声发射信号计算特征变量E，最终根据上述预测模型得到搅拌釜反应器内的液位高度H。相对误差为6.31％。

实施例2

利用本发明方法对某中试规模的聚乙烯淤浆搅拌反应器的液位高度进行检测。中试反应器转速调节范围50～200r/min。声发射信号采用声波测量仪器进行测量。其中声波测量仪器包括声波接收装置、放大装置、信号采集装置和信号处理装置，声传感器置于反应釜底部，采样频率100MHz，采样时间5s。

标定实验所用介质为水，通过加入已知量的水来改变釜内液位高度，同时采集声发射信号。标定实验在五个转速(80、100、120、140、160r/min)下进行，对采集到的声发射信号进行FFT变换，求得其平均能量作为特征变量E，与反应器液位高度H作图，具体结果如图3所示。由此可以获得特征变量E与反应器液位高度H的标准曲线(图3)。正常生产时，采集反应器声发射信号，通过积分计算获得特征变量E，再根据标定曲线读出反应器液位高度。

Claims (8)

1.一种搅拌釜反应器液位高度的检测方法，包括以下步骤：

1)在搅拌釜反应器外壁设置声发射信号接收装置；

2)接收搅拌釜反应器内部的声发射信号；

3)选取搅拌釜反应器壁面声发射信号的平均能量作为特征变量；

4)首先通过标定获得特征变量与搅拌釜反应器内液位高度两者之间的关系，建立液位高度的预测模型或标准曲线，再根据实际生产中声发射信号计算特征变量，最终根据预测模型或标准曲线得到搅拌釜反应器内的液位高度。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的声发射信号接收装置设置在反应器外壁液位高度以下的任意位置。

3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于：所述的声发射信号接收装置设置在反应器底部外壁处。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：对声发射信号接收装置采集到的声发射信号利用快速傅立叶变换做频谱分析，求得声发射信号的平均能量作为特征变量。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：以液位高度做横坐标，特征变量做纵坐标作图，获得标准曲线。

6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：以液位高度做横坐标，特征变量做纵坐标作图，获得标准曲线，通过拟合标准曲线得到预测模型

E＝a*exp(-H/b)+c；

其中E为特征变量，H为液位高度；a、b和c为通过拟合标准曲线确定的常数。

7.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的声发射信号接收装置设置一个或多个。

8.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述的声发射信号接收装置的接收频率范围为10kHz～100MHz。

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