CN103308603B - 声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法 - Google Patents
声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103308603B CN103308603B CN201310237697.XA CN201310237697A CN103308603B CN 103308603 B CN103308603 B CN 103308603B CN 201310237697 A CN201310237697 A CN 201310237697A CN 103308603 B CN103308603 B CN 103308603B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bed
- particle
- curve
- acoustic energy
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 6
- 238000007872 degassing Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 10
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 8
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 8
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 7
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 6
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- HGAZMNJKRQFZKS-UHFFFAOYSA-N chloroethene;ethenyl acetate Chemical compound ClC=C.CC(=O)OC=C HGAZMNJKRQFZKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000004523 catalytic cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法。它包括连续获取床层底部声信号、处理获取的信号从而获得声信号随时间的变化曲线，并根据声信号变化曲线判别颗粒的Geldart类型。判别的依据是A类颗粒存在声能量均匀下降的线性脱气段而B及D类颗粒没有。本发明所涉及的检测床层塌落的手段对流场无干扰而自身抗干扰性较高、准确性好、数据分析方便快捷，对准确获取气固流化床床层塌落曲线及颗粒Geldart类型，分析流化床流动行为，从而指导流化床工业生产有着重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法。
背景技术
气固流化床由于其传热效率高等优点被广泛的应用于工业生产当中。正常流化的气固流化床中，一部分气体以临界流化速度经颗粒之间的缝隙通过，另一部分气体基本上以气泡的状态通过。因此在正常流化的流化床中，存在着气泡相和乳相（气泡以外的密相床部分）两相。两相之间不停的进行着质量和热量交换，这就决定了乳化相气含率、气泡相分率等参数是流化床操作的重要参数。研究这些参数的主要技术之一是床层塌落技术。
稳定流化的气固流化床，当气源突然被切断，床层中的颗粒停止流动，床层高度将会逐渐降低，最终变成固定床。这一过程被称为床层塌落。在床层塌落的过程中，床层的高度持续降低，将床层高度随时间的变化曲线绘制出来即为床层塌落曲线。根据床层塌落曲线即可以计算得到气固流化床中乳化相气含率、气泡相分率、沉降速率等参数。这些参数可以反映颗粒间内聚力的作用，进而可以指导工业生产，确定工业流化床最优操作条件。
另外，由于不同Geldart类型的颗粒在床层塌落的过程中会表现出不同的力学特性，因此不同Geldart类型的颗粒有着不同的塌落曲线。杨子平等（ChemicalEngineeringCommunications,1985,39(1-6):217-232.）采用建模和实验的方法对床层塌落曲线特征和颗粒的Geldart类型建立了关联，这就为采用床层塌落曲线分辨颗粒的Geldart类型奠定了基础。
目前，已有学者开展过床层塌落特征的研究，例如王长青（化工学报，1999，50(3)：367-372）使用床层塌落技术对催化裂化催化剂（FCC）的流化特性进行了研究，发现30μm的FCC颗粒可能是不发生自团聚行为的最小颗粒。目前研究床层塌落，检测床层塌落曲线多采用的为目视法和探针法。但是，目视法有着误差大，受人为因素干扰大的缺点；另外，工业流化床多为不透明设备，而且无视窗，因此目视法在工业检测中无法使用。探针法由于探针伸入床层内，有着改变床层内部流形的风险；另外，伸入床层内部的探针有可能受到床层内部高温等因此的影响导致数据失真。
因此，发展一种对流场无干扰而自身抗干扰性较高、准确性好、数据分析方便快捷的新型床层塌落曲线的检测手段有着重大意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足提供一种声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法。
声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法包括以下步骤：
1)切断气固流化床气源，连续采集流化床分布板上方靠近分布板处，即床层底部的声波信号；
2)将采集到的床层底部的连续信号分段处理，每隔0.01s计算该时间段内的声能量E a，得到声能量E a随时间t的变化曲线，声能量E a随时间t的变化曲线即床层塌落曲线；
3)根据床层底部的声信号能量随时间变化曲线的特征，判别颗粒的Geldart类型，其判据为：
A类颗粒在床层塌落过程中，床层下部声能量随时间变化曲线存在声能量随时间快速下降段、声能量随时间恒速下降段和声能量随时间稳定不变段；
B、D类颗粒的声能量曲线只有声能量随时间快速下降段和声能量随时间稳定不变段。
所述的采集声信号的设备包括由同轴电缆顺次连接的声发射传感器、前置放大器、主放大器、计算机。
所述的采集声信号所用的采样频率是0.3~1MHz。所述的采集声信号所用的采样频率优选是0.4~1MHz。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
a.基于声信号的检测手段只需要将探头贴于流化床表面即可获得声信号，无需探头伸入，不会干扰内部流场，获得的检测数据准确；
b.工业上有些流化床细粉含量较多，在气体流速较大时，床层塌落过程中大量细粉缓慢沉降，会对料面高度造成较大影响，目前检测手段无法得到准确的床层塌落曲线；基于声信号的检测手段无需观测料位高度，而是从颗粒运动入手，即使料面高度模糊不清也可以准确的测得床层塌落曲线；
c.基于声信号的检测手段抗环境干扰能力强，在多变及恶劣条件下都可以或者准备的检测结果。
附图说明
图1是采用声波检测气固流化床床层塌落曲线的装置结构示意图；
图2是聚氯乙烯（PVC）颗粒的床层塌落曲线与床层底部声能量曲线；
图3是聚乙烯（PE）颗粒的床层塌落曲线与床层底部声能量曲线；
图4是聚丙烯（PP）颗粒的床层塌落曲线与床层底部声能量曲线。
具体实施方法
声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法包括以下步骤：
1)切断气固流化床气源，连续采集流化床分布板上方靠近分布板处，即床层底部的声波信号；
2)将采集到的床层底部的连续信号分段处理，每隔0.01s计算该时间段内的声能量E a，得到声能量E a随时间t的变化曲线，声能量E a随时间t的变化曲线即床层塌落曲线；
3)根据床层底部的声信号能量随时间变化曲线的特征，判别颗粒的Geldart类型，其判据为：
A类颗粒在床层塌落过程中，床层下部声能量随时间变化曲线存在声能量随时间快速下降段、声能量随时间恒速下降段和声能量随时间稳定不变段；
B、D类颗粒的声能量曲线只有声能量随时间快速下降段和声能量随时间稳定不变段。
所述的采集声信号的设备包括由同轴电缆顺次连接的声发射传感器、前置放大器、主放大器、计算机。
所述的采集声信号所用的采样频率是0.3~1MHz。所述的采集声信号所用的采样频率优选是0.4~1MHz。
本发明中提到的床层下部声能量随时间的变化曲线即是床层塌落曲线。传统意义上的床层塌落曲线指的是在床层塌落过程中床层高度随时间的变化曲线，表征了塌落过程中，床层从膨松的流化床逐渐变成固定床，床层高度随时间逐渐至静止床高的这一过程。与床层高度下降的不同阶段相对应，床内颗粒的运动剧烈程度逐渐降低并最终静止，因此塌落过程中床内颗粒运动剧烈程度随时间的变化曲线应该与床层高度变化有着相同的趋势，即塌落过程中床内颗粒运动剧烈程度随时间的变化曲线也就是床层塌落曲线。声信号是由气体带动颗粒运动并使得颗粒与壁面相互作用而产生的，声信号能量可以反映流化床内颗粒运动的剧烈程度。在床层塌落的过程中，声信号可以很好地捕捉颗粒运动剧烈程度的变化，因此床层下部声能量随时间的变化曲线即是床层内颗粒运动剧烈程度的变化，也就是床层塌落曲线
根据床层底部的声信号能量随时间变化的曲线判别颗粒的Geldart类型的判据是：
A类颗粒在床层塌落过程中，床层下部声能量随时间变化曲线存在声能量随时间快速下降段、声能量随时间恒速下降段和声能量随时间稳定不变段；
B、D类颗粒的声能量曲线只有声能量随时间快速下降段和声能量随时间稳定不变段。
这是因为不同Geldart类别的颗粒其颗粒性质有差别，在床层塌落的过程中有着不同的塌落特征。对于A类颗粒，切断气源，首先床内气泡迅速溢出，这一段颗粒的运动剧烈程度迅速降低，这一段为气泡溢出段；然后，床层内颗粒间的气体匀速溢出，床层内颗粒的运动剧烈程度也几乎均匀降低，为线性脱气段；最终床层静止，床内颗粒不在运动，为密相压缩段。而对于B、D类颗粒，与A类颗粒相比，相同的是切断气源后，床层首先也会有一个气泡溢出段；但是在此之后床层不经历线性脱气段直接进入密相压缩段。因此可以根据床层塌落过程中床层下部声能量随时间的变化曲线的不同来判别颗粒的Geldart类型。其判据就是A类颗粒在床层塌落过程中，床层下部声能量随时间变化曲线存在声能量随时间快速下降的气泡溢出段、声能量随时间恒速下降的线性脱气段和声能量随时间稳定不变的密相压缩段；B、D类颗粒的声能量曲线随时间的变化曲线只有声能量随时间快速下降的气泡溢出段和声能量随时间稳定不变的密相压缩段。
实施例1
实验装置见图1。气体经风机1、缓冲罐2、气体流量计3进入流化床底部的气体混合室4，然后气体经分布板5进入流化床主体区6。声波探头贴于分布板上方尽量靠近分布板处。
实验中采用聚氯乙烯（PVC）作为流化物料。床层静床高为20cm。调节流化气速至0.062m/s，平稳流化15分钟后，迅速切断气源，同时将气体混合室侧面的放空阀打开。此时开始连续采集声信号，采样频率为400kHz，同时用摄像机记录料面高度的变化情况。
将采集到的床层底部的连续信号分段处理，每隔0.01s计算该时间段内的声能量，得到声能量E a随时间t的变化曲线（见图2）；同时根据摄像机得到的床层高度信号，作无因次床高（床高与静止床高的比值）随时间的变化曲线（见图2）。
从图2可以看出，PVC颗粒床层底部声能量随着时间的变化曲线与无因此床高随时间的变化曲线（即床层塌落曲线）有着相同的变化趋势。
实施例2
采用与实施例1相同的实验装置和测量方式，又挑选了粒径较小的聚乙烯（PE）和粒径大的聚丙烯（PP）测量了其塌落过程中床层底部声能量随时间的变化曲线。其结果分别见图3和图4。
根据实施例1和实施例2中测得的PVC、PP及PE颗粒床层底部声能量随时间的变化曲线，依据A类颗粒在床层塌落过程中，床层下部声能量随时间变化曲线存在声能量随时间快速下降段、声能量随时间恒速下降段和声能量随时间稳定不变段；B、D类颗粒的声能量曲线只有声能量随时间快速下降段和声能量随时间稳定不变段这一判据，可判定PVC为GeldartA类颗粒，PE与PP分别为GeldartB类和D类颗粒。
测得实验所用的PVC、PE、PP颗粒的密度和平均粒径见表1，并根据其粒径和密度判别其Geldart类型如下。
表1实验颗粒的物性参数
| 名称 | 平均粒径/mm | 密度/(kg/m3) | Geldart分类 |
| PVC | 0.173 | 1380 | A |
| PE | 0.679 | 918 | B |
| PP | 2.21 | 900 | D |
由实验结果可以发现，采用床层底部声能量随时间变化曲线判别颗粒Geldart类型的方法准确。
Claims (4)
1.一种声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)切断气固流化床气源，连续采集流化床分布板上方靠近分布板处，即床层底部的声波信号；
2)将采集到的床层底部的连续信号分段处理，每隔0.01s计算该时间段内的声能量E a，得到声能量E a随时间t的变化曲线，声能量E a随时间t的变化曲线即床层塌落曲线；
3)根据床层底部的声信号能量随时间变化曲线的特征，判别颗粒的Geldart类型，其判据为：
A类颗粒在床层塌落过程中，床层下部声能量随时间变化曲线存在声能量随时间快速下降段、声能量随时间恒速下降段和声能量随时间稳定不变段；
B、D类颗粒的声能量曲线只有声能量随时间快速下降段和声能量随时间稳定不变段。
2.如权利要求1所述的一种声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法，其特征在于，所述的采集声信号的设备包括由同轴电缆顺次连接的声发射传感器、前置放大器、主放大器、计算机。
3.如权利要求1所述的一种声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法，其特征在于，所述的采集声信号所用的采样频率是0.3~1MHz。
4.如权利要求3所述的一种声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法，其特征在于，所述的采集声信号所用的采样频率是0.4~1MHz。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310237697.XA CN103308603B (zh) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | 声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310237697.XA CN103308603B (zh) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | 声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103308603A CN103308603A (zh) | 2013-09-18 |
| CN103308603B true CN103308603B (zh) | 2016-01-06 |
Family
ID=49134055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310237697.XA Active CN103308603B (zh) | 2013-06-17 | 2013-06-17 | 声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103308603B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105548366B (zh) * | 2015-12-05 | 2017-12-29 | 浙江大学 | 一种聚乙烯流化床气泡传热系数的测定方法 |
| CN106093187B (zh) * | 2016-06-07 | 2019-01-18 | 浙江大学 | 一种柱塞流输送颗粒回落量的检测方法及装置 |
| CN109781847B (zh) * | 2019-01-23 | 2021-06-11 | 湘潭大学 | 一种声波检测混凝土坍落度的方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1544140A (zh) * | 2003-11-12 | 2004-11-10 | 中国石油化工股份有限公司 | 流化床反应器声波监测的装置和方法 |
| CN1831494A (zh) * | 2006-02-24 | 2006-09-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种流化床反应器的检测方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7232516B2 (en) * | 2003-06-26 | 2007-06-19 | Conocophillips Company | Desulfurization with octane enhancement |
| US7182918B2 (en) * | 2004-03-11 | 2007-02-27 | Conoco Phillips Company | Desulfurization process |
-
2013
- 2013-06-17 CN CN201310237697.XA patent/CN103308603B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1544140A (zh) * | 2003-11-12 | 2004-11-10 | 中国石油化工股份有限公司 | 流化床反应器声波监测的装置和方法 |
| CN1831494A (zh) * | 2006-02-24 | 2006-09-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种流化床反应器的检测方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 《CFD Simulations of Bubbling/Collapsing Fluidized Beds for Three Geldart Groups》;Susan J. Gelderbloom etc.;《AIChE Journal》;20030430;第49卷(第4期);正文第845页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103308603A (zh) | 2013-09-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103308603B (zh) | 声波检测气固流化床床层塌落曲线及颗粒的Geldart类型的方法 | |
| CN105486358B (zh) | 基于文丘里管双差压的气液两相流参数测量方法 | |
| Hu et al. | Identification of gas/solid two-phase flow regimes using electrostatic sensors and neural-network techniques | |
| Zhang et al. | Flow pattern transition characteristics in vibrated gas-solid fluidized bed of Geldart B magnetite powder using pressure drop signals analysis | |
| Liang et al. | Flow characteristics and Shannon entropy analysis of dense‐phase pneumatic conveying of pulverized coal with variable moisture content at high pressure | |
| Hossein et al. | Application of acoustic techniques to fluid-particle systems–a review | |
| Fan et al. | Review of ultrasonic measurement methods for two-phase flow | |
| Si et al. | Characterization of pressure fluctuation signals in an acoustic bubbling fluidized bed | |
| Alkassar et al. | Experimental study and Shannon entropy analysis of pressure fluctuations and flow mode transition in fluidized dense phase pneumatic conveying of fly ash | |
| Li et al. | Study on the spatial and temporal distribution of the bed density in an air dense medium fluidized bed (ADMFB) based on the electrical capacitance tomography (ECT) measurement system | |
| Liu et al. | An investigation of particles effects on wall-normal velocity fluctuations in sand-laden atmospheric surface layer flows | |
| CN108982678B (zh) | 一种多层流化床溢流管流体流动状态的检测方法 | |
| Sheng et al. | The screened waveguide for intrusive acoustic emission detection and its application in circulating fluidized bed | |
| Sun et al. | Characterization of flow intermittency and coherent structures in a gas–solid circulating fluidized bed through electrostatic sensing | |
| Wu et al. | Multi-scale flow behavior in gas–solids two-phase flow systems | |
| CN108398488B (zh) | 一种声波检测旋风分离器分离效率临界变化的方法 | |
| Albion et al. | Flow regime determination in upward inclined pneumatic transport of particulates using non-intrusive acoustic probes | |
| CN109580716B (zh) | 基于静电检测的循环流化床提升段气固流型的识别方法 | |
| Lu et al. | Velocity measurement for flow particles by using spatial filtering technique based on sensor array | |
| Nabipour et al. | Methods for measurement of solid particles in hydrocarbon flow streams | |
| Jiang et al. | Wavelet based analysis of pressure fluctuation signals measured from a wind cap in bubbling fluidized bed | |
| Tian et al. | The measurement of gas solid two-phase flow parameters based on electrical capacitance tomography technology | |
| CN107576724A (zh) | 一种声波检测湍动流态化到快速流态化转变速度的方法 | |
| Hauptmann et al. | A sensitive method for polymerization control based on ultrasonic measurements | |
| Huang et al. | Unsteady air flow measurement method based on adaptive tracking differentiator for pneumatic system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |