CN102410862B

CN102410862B - 用于检测萃取塔内液体高度的检测装置和检测方法

Info

Publication number: CN102410862B
Application number: CN 201010291299
Authority: CN
Inventors: 叶华盛; 谢国群; 周铁; 李金柱
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2010-09-25
Filing date: 2010-09-25
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2030-09-25
Also published as: CN102410862A

Abstract

用于检测萃取塔内液体高度的检测装置及其检测方法，该检测装置包括：第一传感器，用于检测上腔内液体的压力或压强；第二传感器，用于检测下腔内液体的压力或压强；控制器，该控制器与所述第一传感器电连接，并接收来自于所述第一传感器的表示所述上腔内液体的压力或压强的第一电信号，所述控制器还与所述第二传感器电连接，并接收来自于所述第二传感器的表示所述下腔内液体的压力或压强的第二电信号，所述控制器根据所述第一电信号和第二电信号计算所述萃取塔内的液体高度。通过对处于萃取作业过程中的萃取塔的上腔和下腔内的液体检测压力或压强，从而能够分别计算出轻液在萃取塔内存量的高度以及重液在萃取塔内存量的高度。

Description

用于检测萃取塔内液体高度的检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及萃取塔领域，更具体地说，涉及一种用于检测萃取塔内液体高度的检测装置和检测方法。

背景技术

萃取塔是化工领域中常用的化工设备。图1所示为萃取塔的基本结构。如图1所示，传统的萃取塔包括塔体11和位于塔体11内的填料12，该填料12将塔体11的内腔分隔为上腔13和下腔14，该上腔13的顶壁上设置有轻液出口15，重液输入管16通入所述上腔13中，所述下腔14的底壁上设置有重液出口17，轻液输入管18通入所述下腔14中。

当图1所示的萃取塔在进行连续的萃取作业时，轻液持续通过轻液输入管18通入下腔14中，同时重液也持续通过重液输入管16通入上腔13中。由于轻液和重液密度不同而导致其所受重力也不同，因此轻液和重液在萃取塔的塔体内逆流流动。萃取塔内的填料的主要作用是扩大轻液和重液的接触面积，从而提高萃取效率。

在图1所示的萃取塔内，重液从上向下流动并通过填料，在塔体11的底部(具体为下腔14的底部)形成澄清的重液层19，然后通过与重液出口17连通的重液输出管20排出。轻液从下向上流动并通过填料，在塔体11的顶部(具体为上腔13的顶部)形成轻液层21，然后通过与轻液出口15连通的轻液排出管22排出。

由于轻液和重液在上腔13和下腔14中都会同时存在，因此在上腔13和下腔14中一般会出现轻液和重液的分界。

如上所述，由于萃取塔的工作过程为连续的萃取作业过程，因而在萃取过程中，萃取塔内的轻液和重液的量是随时变化的。因此，为了确保萃取作业的正常和顺利进行，需要将萃取塔的塔体11内的重液的量保持在正常水平。换句话说，需要确保萃取塔的塔体11内的重液具有足够的高度。

具体来说，如果萃取塔的塔体11内的重液的量不足，一方面会导致重液和轻液逆流流动的驱动力减小，从而会影响萃取作业的顺利进行；另一方面，还可能会导致轻液一进入下腔14中就通过重液输出管20排出，这在一些工况中是十分危险的，例如如果重液为水而轻液为液化气，液化气会通过重液排出管20排出，很容易引发事故。

因此，在传统的萃取塔中通常设置有用于检测萃取塔内液体高度的检测装置，尤其是用于检测重液的高度。

传统的检测装置为传统的透明的观察窗，该观察窗设置在上腔13的侧壁和/或下腔14的侧壁上，通过人工用肉眼来观察。但是，这种方式准确性和可靠性较差。而且，这种检测装置只能反映上腔13和下腔14内轻液和重液的相对关系，而不能从整体上反映萃取塔的塔体11内轻液和重液之间的相对关系，无法获知萃取塔的塔体11内轻液的总量和重液的总量。

因此，由于传统的检测装置及其检测方法不能从整体上反映萃取塔的塔体11内液体的量，即轻液和重液的相对关系，因而不能为输入塔体11内的轻液和重液的控制提供可靠的数据支持，不利于保证萃取塔的萃取作业的正常和顺利进行。

发明内容

本发明的目的是克服传统的用于萃取塔的检测装置不能从整体上反映萃取塔内液体的总量的缺陷，而提供一种能够从整体上反映萃取塔内液体的总量的检测装置及其检测方法。

根据本发明的一个方面，提供了用于检测萃取塔内液体高度的检测装置，所述萃取塔包括塔体和位于该塔体内的填料，该填料将所述塔体的内腔分隔为上腔和下腔，其中，所述检测装置包括：第一传感器，在使用时该第一传感器位于所述上腔的上部，用于检测上腔内液体的压力或压强；第二传感器，在使用时该第二传感器位于所述下腔的下部，用于检测下腔内液体的压力或压强；控制器，该控制器与所述第一传感器电连接，并接收来自于所述第一传感器的表示所述上腔内液体的压力或压强的第一电信号，所述控制器还与所述第二传感器电连接，并接收来自于所述第二传感器的表示所述下腔内液体的压力或压强的第二电信号，所述控制器根据所述第一电信号和第二电信号计算所述萃取塔内的液体高度。

根据本发明的另一方面，提供了用于检测萃取塔内液体高度的检测方法，所述萃取塔包括塔体和位于该塔体内的填料，该填料将所述塔体的内腔分隔为上腔和下腔，其中，所述检测方法包括检测所述萃取塔的上腔内液体的压力或压强，检测所述萃取塔的下腔内液体的压力或压强，并根据获得的所述萃取塔的上腔内液体的压力或压强以及所述萃取塔的下腔内液体的压力或压强计算所述萃取塔内的液体高度。

按照本发明所提供的用于检测萃取塔内液体高度的检测装置及其检测方法，通过获得萃取塔的上腔和下腔的压强差，根据液体压强公式p＝ρgh来计算轻液和重液在萃取塔内存量的高度。

具体来说，当萃取塔进行萃取作业时，萃取塔的塔体内的液体包括相互逆流的轻液和重液，并在重力作用下而在不同的高度产生压强差。而根据液体压强原理，在同一萃取塔内，对于相同量的液体来说，无论该液体内部处于流动状态，还是处于静置状态，相同两个测量点之间的压强差是不变的。

因此，通过对处于萃取作业过程中的萃取塔的上腔和下腔内的液体检测压力(该压力值可以转换为压强值)或压强，而获得二者之间的压强差。该压强差与所述相同量的轻液和重液在所述萃取塔内静置分层时所产生的压强差是相同的。因此，利用该压强差能够计算出轻液在萃取塔内存量的高度以及重液在萃取塔内存量的高度，其中，轻液在萃取塔内存量的高度是指在静置分层的情况下相同量的轻液在萃取塔内的高度，而重液在萃取塔内存量的高度是指在静置分层的情况下相同量的重液在萃取塔内的高度。通过上述轻液在萃取塔内存量的高度以及重液在萃取塔内存量的高度，自然可以获得轻液的总量和重液的总量，因为萃取塔的尺寸是已知的。

通过上述分析可知，在获得上述压强差后，能够分别计算出轻液在萃取塔内存量的高度以及重液在萃取塔内存量的高度，进而从整体上获得萃取塔的塔体内轻液和重液的相对(比例)关系，从而能够随时监控重液的存量，以对轻液和重液的输入和输出进行准确的控制，实现本发明的目的。

所述萃取塔的上腔内液体的压力或压强通过位于所述上腔的上部的第一传感器来获得。优选地，在使用时所述第一传感器的位置与所述上腔的顶壁的内表面之间的距离为小于10cm。

优选地，在使用时所述第一传感器的位置与所述上腔的顶壁的内表面齐平。

所述萃取塔的下腔内液体的压力或压强通过位于所述下腔的下部的第二传感器来获得。优选地，在使用时所述第二传感器的位置与所述下腔的底壁的内表面之间的距离为小于10cm。

优选地，在使用时所述第二传感器的位置与所述下腔的底壁的内表面齐平。

优选地，所述第一传感器和第二传感器为液体压力传感器或液体压强传感器。

优选地，所述检测装置还包括显示器，该显示器与所述控制器电连接，用于显示所述控制器的计算结果。所述检测方法还包括将所述压力转换为压强的换算步骤。

优选地，所述检测方法还包括将所述压力转换为压强的换算步骤。

在本发明的技术方案中，根据如下公式计算所述萃取塔内的液体高度：

P_下-P_上＝ρ₁gh₁+ρ₂gh₂

h₁+h₂＝H

在上述公式中：

P_下为获得的所述萃取塔的下腔内液体的压强；

P_上为获得的所述萃取塔的上腔内液体的压强；

ρ₁为轻液的密度；

h₁为轻液在萃取塔内存量的高度；

ρ₂为重液的密度；

h₂为重液在萃取塔内存量的高度；

H为萃取塔的塔高；

g为重力加速度。

附图说明

图1为表示传统的萃取塔的基本结构的示意图；

图2为表示具有本发明的检测装置的萃取塔的基本结构的示意图；

图3为表示本发明的检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施方式进行详细地描述。

在本发明中，主要针对图1所示的传统的萃取塔进行了改进，将本发明所提供的用于检测萃取塔内液体高度的检测装置设置在萃取塔内。换句话说，只要某一萃取塔的基本结构和基本工作原理与背景技术和图1所示的萃取塔的基本结构和基本工作原理相同或基本相近，则本发明所提供的检测装置均可适用。

因此，在下面对本发明的优选实施方式的描述中，将简化或省略对萃取塔详细结构的具体描述，而是着重描述与本发明的检测装置和检测方法相关的结构特征。例如，传统的萃取塔内通常还设置有轻液分配器和/或重液分配器，这里将省略其描述。

参考图1和图2，如上所述，本发明所适用的萃取塔包括塔体11和位于该塔体11内的填料12，该填料12将所述塔体11的内腔分隔为上腔13和下腔14。为了满足萃取塔连续尽心萃取作业的要求，还可以设置有轻液和重液的输送管路，如背景技术部分已经描述的重液输入管16、重液出口17、轻液输入管18和重液输出管20等，这里不再详细描述。

为了从整体上检测萃取塔内液体高度，具体为轻液的高度和重液的高度，从而便于对萃取作业的过程进行准确控制，本发明提供有用于检测萃取塔内液体高度的检测装置，该检测装置包括：

第一传感器，在使用时该第一传感器位于所述上腔13的上部，用于检测上腔13内液体的压力或压强；

第二传感器，在使用时该第二传感器位于所述下腔14的下部，用于检测下腔14内液体的压力或压强；

控制器，该控制器与所述第一传感器电连接，并接收来自于所述第一传感器的表示所述上腔13内液体的压力或压强的第一电信号，所述控制器还与所述第二传感器电连接，并接收来自于所述第二传感器的表示所述下腔14内液体的压力或压强的第二电信号，所述控制器根据所述第一电信号和第二电信号计算所述萃取塔内的液体高度。

在使用本发明所提供的检测装置时，萃取塔既可以处于运行状态，也可以处于静置状态。换句话说，萃取塔内的液体(包括轻液和重液)既可以处于逆向流动的状态，也可以处于静置分层的状态。这是因为，萃取塔内液体的状态基本上对所采集的上腔和下腔内液体的压强差没有影响。或者说，对于同一萃取塔而言，上腔和下腔内液体的压强差基本上仅取决于萃取塔的塔体11内轻液和重液的相对比例关系。因此，通过检测该压强差，能够计算出萃取塔内的轻液存量和重液存量。下文中还将对计算过程进行详细描述。

第一传感器用于检测萃取塔的塔体11内上腔13中液体的压力或压强。在使用时该第一传感器可以位于在上腔13中的任何合适位置，只要与上腔13内的液体相互接触，便于对上腔13内液体的压力或压强进行检测即可。优选地，在使用时第一传感器位于上腔13的上部，所谓上部是指上腔13中距离上腔13的顶表面距离较近的部分。

优选地，在使用时所述第一传感器的位置与所述上腔13的顶壁的内表面之间的距离为小于10cm，从而更为准确地计算萃取塔的塔体11内液体的高度。

进一步优选地，在使用时所述第一传感器的位置与所述上腔13的顶壁的内表面齐平。例如，在使用时该第一传感器可以直接设置在上腔13的顶壁的内表面上，或者与所述上腔13的顶壁的内表面齐平的任意合适位置。

第二传感器用于检测萃取塔的塔体11内下腔14中液体的压力或压强。类似地，在使用时第二传感器可以位于下腔14中的任何合适位置，只要便于对下腔14内液体的压力或压强进行检测即可。

优选地，在使用时所述第二传感器的位置与所述下腔14的底壁的内表面之间的距离为小于10cm，从而更为准确地计算萃取塔的塔体11内液体的高度。

进一步优选地，在使用时所述第二传感器的位置与所述下腔14的底壁的内表面齐平。例如，在使用时第二传感器可以直接设置在下腔13的内表面上，或者与下腔13的底壁的内表面齐平的任意合适位置。

由于在使用时第一传感器设置在上腔13，同时第二传感器设置在下腔14，因此通过选择位于上腔13和下腔14的距离较远的测量点，能够获得较大的压差。因而，利用本发明所提供的检测装置进行检测，能够避免轻液和重液相对逆向流动而导致压力或压强的波动的干扰，从而获得较为准确的检测结果，并从整体上获知萃取塔的塔体11内轻液和重液的高度。

优选地，在使用时所述第一传感器位于与所述上腔13的顶壁的内表面齐平的位置上，同时，所述第二传感器位于与所述下腔14的底壁的内表面齐平的位置上。在该情况下，对于相同的萃取塔，且该萃取塔内的液体相同的情形来说，第一传感器所检测的液体压力或压强与第二传感器所检测的液体压力或压强之差最大。因此，这样检测的结果也更为准确、可靠。

优选地，所述第一传感器和第二传感器为液体压力传感器或液体压强传感器。例如，液体压力传感器或液体压强传感器可以选自于：横河EJA110A、富士FKCT33、罗斯蒙特3051CD等。

如上所述，本发明获得萃取塔内液体高度所依据的基本公式为p＝ρgh。因此，在所述第一传感器和第二传感器为液体压强传感器的情况中，不需要压力P和压强p之间的转换。但是，如果第一传感器或第二传感器为液体压力传感器时，该传感器所检测到的参数值代表压力值，因此，控制器还需要将压力值换算为压强值。

压力值与压强值的换算可以根据公式：F＝pS来计算，其中，F为测得的压力值，S为传感器与液体之间接触的效有面积。

控制器与所述第一传感器电连接，并接收来自于所述第一传感器的表示所述上腔13内液体的压力或压强的第一电信号，所述控制器与所述第二传感器电连接，并接收来自于所述第二传感器的表示所述下腔14内液体的压力或压强的第二电信号，所述控制器根据所述第一电信号和第二电信号计算所述萃取塔内的液体高度。

具体来说，控制器可以为各种具有逻辑运算能力的控制单元，如单片机或计算机等。第一传感器通过检测上腔13内的液体，从而获得表示所述上腔13内液体的压力或压强的第一电信号；第二传感器通过检测下腔14内的液体，从而获得表示所述下腔14内液体的压力或压强的第二电信号。控制器通过对所述第一电信号和第二电信号的计算处理，以获得萃取塔内的液体高度。

所述控制器根据如下公式计算所述萃取塔内的液体高度：

P_下-P_上＝ρ₁gh₁+ρ₂gh₂ ①

h₁+h₂＝H ②

在上述公式中：

P_下为获得的所述萃取塔的下腔内液体的压强；

P_上为获得的所述萃取塔的上腔内液体的压强；

ρ₁为轻液的密度；

h₁为轻液在萃取塔内存量的高度；

ρ₂为重液的密度；

h₂为重液在萃取塔内存量的高度；

H为萃取塔的塔高；

g为重力加速度。

根据上述公式①和②，可以推出：

因此，能够计算得到重液在萃取塔内存量的高度，自然也得到轻液在萃取塔内存量的高度。根据h₂和h₁以及萃取塔内容腔的参数，可以计算出轻液的总量和重液的总量。

如果上述检测装置是在萃取塔不进行萃取作业的状态下进行的，也就是说在液体静置分层的状态下进行检测的话，则计算获得的h₂和h₁分别为重液在萃取塔内的高度和轻液在萃取塔内的高度。

而如果上述检测装置是在萃取塔进行萃取作业的状态下进行的，也就是说在轻液和重液具有相对逆流流动的状态下，则计算获得的结果也同样能够反映萃取塔内重液的存量和轻液的存量。

在获得萃取塔内重液的高度和轻液的高度后，能够根据该数据对轻液和重液的输送进行准确地控制，以避免造成重液在萃取塔内存量较小的情形发生，从而能够确保萃取塔的萃取作业的顺利正常进行，还能够防止意外事故的发生。

优选地，在本发明所提供的上述检测装置中，还具有显示器，该显示器与所述控制器电连接，用于显示所述控制器的计算结果。例如，所述显示器可以显示轻液的存量高度或轻液的高度，还可以限制重液的存量高度和重液的高度。

以上对本发明所提供的用于萃取塔的检测液体高度的检测装置进行了详细地描述。下面参考图3对本发明所提供的检测方法进行相应地描述。

如图3所示，根据本发明的用于检测萃取塔内液体高度的检测方法包括检测所述萃取塔的上腔13内液体的压力或压强(如检测P_上)，检测所述萃取塔的下腔14内液体的压力或压强，(如检测并获取P_下)，并根据获得的所述萃取塔的上腔13内液体的压力或压强以及所述萃取塔的下腔14内液体的压力或压强计算所述萃取塔内的液体高度。

如果第一传感器或第二传感器为液体压力传感器，该传感器所检测到的参数值代表压力值，因此，检测方法还包括将所述压力转换为压强的换算步骤。如上所述，压力值与压强值的换算可以根据公式：F＝pS来计算。

如上所述，优选地，所述萃取塔的上腔13内液体的压力或压强通过位于所述上腔13的上部的第一传感器来获得。所述第一传感器的位置与所述上腔13的顶壁的内表面之间的距离为小于10cm。进一步优选地，所述第一传感器的位置与所述上腔13的顶壁的内表面齐平。

所述萃取塔的下腔14内液体的压力或压强通过位于所述下腔14的下部的第二传感器来获得。所述第二传感器的位置与所述下腔14的底壁的内表面之间的距离为小于10cm。进一步优选地，所述第二传感器的位置与所述下腔(14)的底壁的内表面齐平。

所述第一传感器和第二传感器可以为

优选地，所述检测方法还包括通过显示器显示所述控制器的计算结果的步骤，从而为操作人员提供直观的数据。

可以根据如下公式来计算所述萃取塔内的液体高度(包括h₁和h₂)：

P_下-P_上＝ρ₁gh₁+ρ₂gh₂

h₁+h₂＝H

在上述公式中：

P_下为获得的所述萃取塔的下腔(14)内液体的压强；

P_上为获得的所述萃取塔的上腔(13)内液体的压强；

ρ₁为轻液的密度；

h₁为轻液在萃取塔内存量的高度；

ρ₂为重液的密度；

h₂为重液在萃取塔内存量的高度；

H为萃取塔的塔高；

g为重力加速度。关于萃取塔内液体高度的计算过程在上文中已经进行了详细地描述，这里不再赘述。

以上对本发明所提供的用于检测萃取塔内液体高度的检测装置以及检测方法进行了详细地描述。但本发明并不限于此，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，可以通过任何合适的方式进行任意组合，而不限于权利要求书中各权利要求引用关系的限定，其同样落入本发明所公开的范围之内。另外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.用于检测萃取塔内液体高度的检测装置，所述萃取塔包括塔体（11）和位于该塔体（11）内的填料（12），该填料（12）将所述塔体（11）的内腔分隔为上腔（13）和下腔（14），其特征在于，所述检测装置包括：

第一传感器，在使用时该第一传感器位于所述上腔（13）的上部，用于检测上腔（13）内液体的压力或压强；

第二传感器，在使用时该第二传感器位于所述下腔（14）的下部，用于检测下腔（14）内液体的压力或压强；

控制器，该控制器与所述第一传感器电连接，并接收来自于所述第一传感器的表示所述上腔（13）内液体的压力或压强的第一电信号，所述控制器还与所述第二传感器电连接，并接收来自于所述第二传感器的表示所述下腔（14）内液体的压力或压强的第二电信号，所述控制器根据所述第一电信号和第二电信号计算所述萃取塔内的液体高度。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，在使用时所述第一传感器的位置与所述上腔（13）的顶壁的内表面之间的距离小于10cm。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其中，在使用时所述第一传感器的位置与所述上腔（13）的顶壁的内表面齐平。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其中，在使用时所述第二传感器的位置与所述下腔（14）的底壁的内表面之间的距离为小于10cm。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其中，在使用时所述第二传感器的位置与所述下腔（14）的底壁的内表面齐平。

6.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述检测装置还包括显示器，该显示器与所述控制器电连接，用于显示所述控制器的计算结果。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的检测装置，其中，所述控制器根据如下公式计算所述萃取塔内的液体高度：

P_下-P_上＝ρ₁gh₁+ρ₂gh₂

h₁+h₂＝H

在上述公式中：

P_下为获得的所述萃取塔的下腔（14）内液体的压强；

P_上为获得的所述萃取塔的上腔（13）内液体的压强；

ρ₁为轻液的密度；

h₁为轻液在萃取塔内存量的高度；

ρ₂为重液的密度；

h₂为重液在萃取塔内存量的高度；

H为萃取塔的塔高；

g为重力加速度。

8.用于检测萃取塔内液体高度的检测方法，所述萃取塔包括塔体（11）和位于该塔体（11）内的填料（12），该填料（12）将所述塔体（11）的内腔分隔为上腔（13）和下腔（14），其特征在于，所述检测方法包括检测所述萃取塔的上腔（13）内液体的压力或压强，检测所述萃取塔的下腔（14）内液体的压力或压强，并根据获得的所述萃取塔的上腔（13）内液体的压力或压强以及所述萃取塔的下腔（14）内液体的压力或压强计算所述萃取塔内的液体高度。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其中，所述萃取塔的上腔（13）内液体的压力或压强通过位于所述上腔（13）的上部的第一传感器来获得。

10.根据权利要求9所述的检测方法，其中，所述第一传感器的位置与所述上腔（13）的顶壁的内表面之间的距离为小于10cm。

11.根据权利要求10所述的检测方法，其中，所述第一传感器的位置与所述上腔（13）的顶壁的内表面齐平。

12.根据权利要求8所述的检测方法，其中，所述萃取塔的下腔（14）内液体的压力或压强通过位于所述下腔（14）的下部的第二传感器来获得。

13.根据权利要求12所述的检测方法，其中，所述第二传感器的位置与所述下腔（14）的底壁的内表面之间的距离为小于10cm。

14.根据权利要求13所述的检测方法，其中，所述第二传感器的位置与所述下腔（14）的底壁的内表面齐平。

15.根据权利要求8所述的检测方法，其中，所述检测方法还包括通过显示器显示所述萃取塔内的液体高度的步骤。

16.根据权利要求8所述的检测方法，其中，所述检测方法还包括将所述压力转换为压强的换算步骤。

17.根据权利要求8-16中任意一项所述的检测方法，其中，根据如下公式计算所述萃取塔内的液体高度：

P_下-P_上＝ρ₁gh₁+ρ₂gh₂

h₁+h₂＝H

在上述公式中：

P_下为获得的所述萃取塔的下腔（14）内液体的压强；

P_上为获得的所述萃取塔的上腔（13）内液体的压强；

ρ₁为轻液的密度；

h₁为轻液在萃取塔内存量的高度；

ρ₂为重液的密度；

h₂为重液在萃取塔内存量的高度；

H为萃取塔的塔高；

g为重力加速度。