CN105675902B - 多相搅拌釜中搅拌器临界离底悬浮转速的判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多相搅拌釜中搅拌器临界离底悬浮转速的判定方法。将压力变送器安装在搅拌釜底部，并连接A/D转换器和计算机，将电动机连接转速测量仪，并连接计算机；实时同步测量搅拌釜底由于搅拌器工作而引起的压力增量和搅拌器转速；从测得的压力增量数据中分离出静压增量；根据静压增量随转速变化的数据，判定临界悬浮转速。本发明为工业生产和实验研究提供了可靠的临界离底悬浮转速测量方法，解决了目前依靠经验估算和肉眼观察等带来的测量结果误差大、重复性差等问题。它具有较好的适应性，能够适用于固液、气液固体系，较宽的粘度、固含率和通气率范围。

Description

多相搅拌釜中搅拌器临界离底悬浮转速的判定方法

技术领域

本发明涉及一种液固或气液固的多相搅拌釜中搅拌器临界离底悬浮转速的判定方法。

背景技术

在催化氧化、催化加氢、发酵、聚合、污水处理等诸多化工过程中，都必须用到搅拌釜。这些过程中通常存在固液或固液气多相介质，以食用油加氢过程为例，搅拌釜内同时存在液态的食用油、气态的氢气和固态的催化剂，为了保证反应过程高效地进行，必须使得催化剂在搅拌釜内完全悬浮。临界离底悬浮的定义为所有的固体颗粒在搅拌釜内刚好达到完全离底悬浮，对应的搅拌器转速称为临界离底悬浮转速。临界离底悬浮转速对有固相存在的多相搅拌过程有重要的意义。当搅拌器工作在临界离底悬浮转速时，继续增大转速，功耗增加，固体表面传质效果改善不明显，如果降低转速，固体颗粒则开始沉积，传质效果将大大降低。因此,综合考虑经济性和混合效果，临界悬浮转速是一种比较理想的工况。

对于临界离底悬浮转速的判定，实验中通常采用观察法，这需要使用透明的反应容器，且结果比较主观，而实际工业中的搅拌反应容器通常为不透明的，无法直接观察，目前实际工业中对临界离底悬浮转速的判定一般采用经验估算的方法。经验法具有诸多缺点，如估算结果偏差大，适用范围窄等。本发明提供了一种适用性广、判定较为准确的临界悬浮转速判定方法，能够适应液固和气液固体系、各种粘度、固含率和通气率范围，具有很好的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用在液固或气液固多相搅拌釜中搅拌器临界离底悬浮转速的判定方法，是一种适用性广、判定较为准确的临界悬浮转速判定方法，能够适应液固和气液固体系、各种粘度、固含率和通气率范围，具有很好的实用价值。

本发明采用的技术方案是：

步骤1)将压力变送器安装在搅拌釜底部，并连接A/D转换器和计算机，将电动机连接转速测量仪，并连接计算机；

步骤2)实时同步测量搅拌釜底由于搅拌器工作而引起的压力增量和搅拌器转速；

步骤3)从测得的压力增量数据中分离出静压增量；

步骤4)根据静压增量随搅拌器转速变化的数据，判定临界悬浮转速。

所述步骤2)中实时同步测量搅拌釜底由于搅拌器工作而引起的压力增量和搅拌器转速，包括以下步骤：

向搅拌釜内加入所需的固液相物料；

将压力变送器的读数调零；

启动搅拌器，从小到大调节搅拌器转速同时实时同步采集压力增量和转速数据。

所述步骤3)中从测得的压力增量数据中分离出静压增量，包括以下步骤：

在压力-转速坐标上绘制压力增量随转速变化的曲线1；

利用公式1计算固相全部沉积时釜底的静压P1，其中公式1为P1＝(M_L/V_L)*g*H，M_L为液相的总质量，V_L为液相的总体积，g为重力系数，H为搅拌釜内液面高度；

利用公式2计算固相全部悬浮时釜底的静压P2，其中公式2为P2＝(M_T/V_T)*g*H，M_T为搅拌釜内固液相的总质量，V_T为搅拌釜内固液相总体积；

计算理论静压增量ΔP＝P2－P1；

在压力-转速坐标上绘制一条纵坐标等于ΔP的水平直线，与曲线1交于一点，这点对应的转速记为N_j；

取曲线1上转速大于1.5N_j的部分曲线，将其纵坐标值减去ΔP，得到曲线2；

利用表达式P＝KN²，对曲线2上的点进行拟合，得到动压与转速的拟合公式，并画出拟合公式曲线3，其中表达式中，P为动压，K为需要拟合的常数，N为搅拌器转速；

将曲线1和曲线3的压力值相减，得到静压增量曲线4；

在所述静压增量曲线4上找到该曲线开始变得水平的第一点，对应的转速即为临界离底悬浮转速。

本发明具有的有益效果是：

本发明为工业生产和实验研究提供了一种可靠的临界离底悬浮转速的判定方法，解决了目前依靠经验估算和肉眼观察等带来的测量结果误差大、重复性差等问题。本发明具有较好的适应性，能够适用于固液、气液固体系，较宽的粘度、固含率和通气率范围。

附图说明

图1为本发明实施例提供的测量系统示意图。

图2为本发明实施例获得的各曲线的示意图。

图中：1、转速测量仪，2、电动机，3、搅拌釜，4、压力变送器，5、A/D转换器，6、计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，首先按图1所示连接好设备：压力变送器4安装在搅拌釜3釜底，并连接A/D转化器5和计算机6，搅拌器电动机2连接转速测量仪1和计算机6。

本实施例采用的工况如下：液相总质量36kg，总体积36L，固相总质量4kg，总体积1.82L，搅拌釜内液面高度398mm。

然后向搅拌釜内加入固液相物料，将压力变送器4的读数调零，启动搅拌器并实时同步采集转速和压力数据。此时测得的压力数据为因搅拌器工作而引起的压力增量，包括静压增量和动压。

随着转速增大到某一值后，搅拌釜底静压增量的大小将不再变化，这一转速即为临界离底悬浮转速，具体论证过程如下：

当固体颗粒沉积于釜底时，固体颗粒的重量由釜底通过直接接触来承受，此时釜底只有静压，其大小为P1＝(M_L/V_L)*g*H，其中M_L为液相的总质量，V_L为液相的总体积，g为重力系数，H为搅拌釜内液面高度。本实施例中P1＝3980Pa。启动搅拌器后，部分颗粒开始悬浮于液相中，悬浮固体的质量通过液体以静压的形式加载在釜底，从而导致釜底静压增加，同时由于釜底液体的湍动而形成动压，即因搅拌器工作而引起的压力增量包括静压增量和动压。当固体颗粒完全悬浮时，如果进一步增大转速，虽然动压继续增大，但不会有更多的固体悬起而引起釜底静压增加，釜底静压达到最大。此时釜底静压P2＝(M_T/V_T)*g*H，其中M_T为搅拌釜内固液相的总质量，V_T为搅拌釜内固液相总体积。本实施例中P2＝4210Pa。釜底静压刚开始达到最大值P2即静压增量达到理论静压增量ΔP＝P2-P1时，对应的转速即为临界离底悬浮转速。本实施例中ΔP＝230Pa。

为了获得釜底静压随转速变化的数据，必须从测得的压力增量数据中分离出静压增量和动压，具体包括以下步骤：

在压力-转速坐标上绘制压力增量随转速变化的曲线1；

计算固相全部沉积时釜底的静压P1和固相全部悬浮时釜底的静压P2；

计算理论静压增量ΔP＝P2-P1；

在压力-转速坐标上绘制一条纵坐标等于ΔP的水平直线，与曲线1交于一点，这点对应的转速记为N_j；

取曲线1上转速大于1.5N_j的部分曲线，将其纵坐标值减去ΔP，得到曲线2；

利用表达式P＝KN²对曲线2上的点进行拟合，得到动压与转速的拟合公式，并画出拟合公式曲线3，其中P为动压，K为需要拟合的常数，N为搅拌器转速；

将曲线1和曲线3的压力值相减，得到静压增量曲线4。

以上步骤的论证过程如下：

搅拌器转速超过临界离底悬浮转速以后，压力增量等于理论静压增量ΔP加上动压。在压力-转速坐标上绘制一条纵坐标等于ΔP的水平直线，与曲线1交于一点，对应的转速记为N_j。动压大小和理论静压增量大小相比较小，可以认为转速大于1.5N_j时，静压增量已经达到了ΔP，即搅拌釜内已经达到临界离底悬浮状态。取曲线1上转速大于1.5N_j的部分曲线，将其纵坐标值减去ΔP，得到曲线2，曲线2即为达到临界离底悬浮状态以后的动压随转速变化的曲线。由于动压与流体流速的平方成正比，而在搅拌领域，通常用搅拌器转速表征流体流速大小，所以利用表达式P＝KN²对曲线2上的点进行拟合。其中P为动压，K为需要拟合的常数，N为搅拌器转速。本实施例中获得的拟合公式为P＝2.12×10^-3N²。得到动压与转速的拟合公式后，画出拟合公式曲线3，曲线3为曲线2向低速端的延伸。将曲线1和曲线3的压力值相减，便得到所需的静压增量曲线4。

在静压增量曲线4上找到曲线开始变得水平的第一点，对应的转速即为临界离底悬浮转速。如图2所示，本实施例中临界离底悬浮转速N_js＝260rpm。

如果搅拌釜内还可通入气体，由于气体的密度很小，不会造成釜底压力的变化，所以本方法也适用于气液固三相体系。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种多相搅拌釜中搅拌器临界离底悬浮转速的判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)将压力变送器安装在搅拌釜底部，并连接A/D转换器和计算机，将电动机连接转速测量仪，并连接计算机；

步骤2)实时同步测量搅拌釜底由于搅拌器工作而引起的压力增量和搅拌器转速；

步骤3)从测得的压力增量数据中分离出静压增量；包括以下步骤：

在压力-转速坐标上绘制压力增量随转速变化的曲线1；

利用公式1计算固相全部沉积时釜底的静压P1，其中公式1为P1=(M_L/V_L)*g*H，M_L为液相的总质量，V_L为液相的总体积，g为重力系数，H为搅拌釜内液面高度；

利用公式2计算固相全部悬浮时釜底的静压P2，其中公式2为P2=(M_T/V_T)*g*H，M_T为搅拌釜内固液相的总质量，V_T为搅拌釜内固液相总体积；

计算理论静压增量ΔP=P2－P1;

在压力-转速坐标上绘制一条纵坐标等于ΔP的水平直线，与曲线1交于一点，这点对应的转速记为N_j ；

取曲线1上转速大于1.5N_j的部分曲线，将其纵坐标值减去ΔP，得到曲线2；

利用表达式P=KN²，对曲线2上的点进行拟合，得到动压与转速的拟合公式，并画出拟合公式曲线3，其中表达式中，P为动压，K为需要拟合的常数，N为搅拌器转速；

将曲线1和曲线3的压力值相减，得到静压增量曲线4；

步骤4)根据静压增量随搅拌器转速变化的数据，判定临界悬浮转速；具体为在所述静压增量曲线4上找到该曲线开始变得水平的第一点，对应的转速即为临界离底悬浮转速。

2.根据权利要求1所述的一种多相搅拌釜中搅拌器临界离底悬浮转速的判定方法，其特征在于，所述步骤2)中实时同步测量搅拌釜底由于搅拌器工作而引起的压力增量和搅拌器转速，包括以下步骤：

向搅拌釜内加入所需的固液相物料；

将压力变送器的读数调零；

启动搅拌器，从小到大调节搅拌器转速同时实时同步采集压力增量和转速数据。