CN111773767B - 一种液液混合分离状态的监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及萃取技术领域，具体涉及一种液液混合分离状态的监测系统及监测方法，该系统包括离心萃取器、粒子测速单元、轨迹及粒径监测单元和进料系统，监测系统还包括采集单元、用于模数转换的变送器以及与变送器连接的控制器；采集单元包括分别与变送器的输入端连接的用于检测离心萃取器中的液体温度的温度采集单元、用于采集离心萃取器中的液体粘度的粘度采集单元和用于采集离心萃取器中的液体酸碱度的PH值采集单元；控制器被配置为将所接收到的采集单元、粒子测速单元和轨迹及粒径监测单元的数据与相应的预设参数阈值进行比对，在比对结果超出预设参数阈值时，控制进料系统调整相应的参数，以达到精准模拟大中型设备中相应参数的目的。

Description

一种液液混合分离状态的监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及萃取技术领域，具体涉及一种液液混合分离状态的监测系统及监测方法。

背景技术

不同液体具有不同的物化性质，进而导致液体混合与分离时存在较大差异。在研究过程中，研究人员通常采用改变搅拌转速，改变体系混合温度及酸碱度等方法对混合与分离过程进行控制。

发明人在实践中，发现上述现有技术存在以下缺陷：

在溶剂萃取过程中，两相混合状态直接决定着两相的最终分相情况，然而两相混合状态与最终分相情况之间尚无一个精确的评价标准和关联模型。在实际应用过程中，一般通过小型设备来估算中大型设备中两相间的混合与分离情况。但由于“放大效应”的存在，市场上现有的实验级混合分离装置无法准确模拟中大型设备的实际运行状态，导致中大型设备的应用效果往往与小型设备的实验结果存在偏差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种液液混合分离状态的监测系统及监测方法，所采用的技术方案具体如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种液液混合分离状态的监测系统，包括离心萃取器、粒子测速单元、轨迹及粒径监测单元和向所述离心萃取器供料的进料系统，所述监测系统还包括采集单元、用于模数转换的变送器以及与所述变送器连接的控制器；所述采集单元包括分别与所述变送器的输入端连接的用于检测所述离心萃取器中的液体温度的温度采集单元、用于采集所述离心萃取器中的液体粘度的粘度采集单元和用于采集所述离心萃取器中的液体酸碱度的PH值采集单元；

所述控制器配置为将所接收到的所述采集单元、粒子测速单元和轨迹及粒径监测单元的数据与相应的预设参数阈值进行比对，在比对结果超出所述预设参数阈值时，控制所述离心萃取器调整相应的参数。

进一步，所述离心萃取器的外壳和转鼓采用透明材料制成，或者在所述离心萃取器的外壳和转鼓上分别设用于观察液液混合与分离状态的有可视化窗口。

进一步，所述离心萃取器包括多组不同尺寸的备用外壳和备用转鼓。

进一步，所述温度采集单元包括分别在所述离心萃取器的水相进口管安装的第一温度采集单元、在有机相进口管安装的第二温度采集单元、在水相出口管安装的第三温度采集单元、在有机相出口管上安装的第四温度采集单元和安装于所述外壳靠近转鼓的侧面的第五温度采集单元。

进一步，所述粘度采集单元包括分别在所述离心萃取器的有机相进口管安装的第一粘度采集单元、在有机相出口管上安装的第二粘度采集单元和安装于所述外壳靠近转鼓的侧面的第三粘度采集单元。

进一步，所述PH值采集单元包括分别在所述离心萃取器的在水相出口管上安装的第一PH值采集单元、水相进口管安装的第二PH值采集单元。

进一步，监测系统还包括与所述控制器连接的用于数据查询、记录与统计的智能终端。

进一步，所述控制器采用PLC。

第二方面，本发明实施例提供了一种液液混合分离状态的监测方法，该检测方法包括以下步骤：

分别采集离心萃取器中液体的温度数据、粘度数据和液体酸碱度数据；

测量液体的流动速度，以及利用多普勒效应来测量运动粒子的相关特性；

将所采集的数据和所测量的数据分别与相应的预设参数阈值进行比对；在比对结果超出预设参数阈值时，调整进料系统中的相应参数。

进一步，所述温度数据为进入所述离心萃取器的水相和有机相进口管、流出所述离心萃取器的水相和有机相出口管、以及在所述离心萃取器中的混合液的温度数据。

进一步，所述粘度数据为进出所述离心萃取器的有机相以及在所述离心萃取器中的混合液的粘度数据。

进一步，所述液体酸碱度数据为进出所述离心萃取器的水相的酸碱度数据。

本发明具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种液液混合分离状态的监测系统，该系统通过监测在液液混合分离的过程中的相应参数，并将所监测的参数与预设参数阈值进行比对，对超出预设参数阈值的相应参数进行反馈调节，以达到精准的模拟大中型设备中相应参数的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例所提供的一种液液混合分离状态的监测系统的结构框图；

图2为本发明一个实施例所提供的关于离心萃取器的结构示意图；

图3为本发明一个实施例所提供的一种液液混合分离状态的监测方法的流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种液液混合分离状态的监测系统及监测方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

需要说明的是，当元件被称为“设置”或者“连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的属于只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种液液混合分离状态的监测系统及监测方法的具体方案。

请参阅图1~2，为了达到准确模拟大中型设备的实际应用状态的目的，需要按照大中型设备中在混合分离状态时的实际参数设定该离心萃取器的参数，以保证该离心萃取器中液液混合分离状态与大中型设备中液液混合分离状态保持一致，但是由于在离心萃取的过程中可能某些参数会随着试验的进行而改变，导致其无法与大中型设备的参数保持一致。为了解决上述技术问题本发明实施例所提供的监测系统监控萃取器中液体的相关参数并进行实时的校正，以达到精准的模拟大中型设备中相应参数的目的。本发明实施例所提供的监测系统包括离心萃取器10、粒子测速单元100、轨迹及粒径监测单元200、采集单元、变送器400、控制器500和进料系统700。

具体到本实施例中，粒子测速单元100可以采用粒子成像测速仪（微型三维PIV），在其他实施例中也可以采用其他的能够检测粒子速度的仪器。轨迹及粒径监测单元200可以采用相位多普勒粒子分析仪（PDPA），在其他实施例中也可以采用其他的能够检测粒子的运动轨迹及粒子的粒径的仪器。

具体的，粒子测速单元100、轨迹及粒径监测单元200和采集单元用于实时监测离心萃取器10中液体的相应参数的变化。其中，粒子测速单元100和轨迹及粒径监测单元200用于监测液体混合与分离的微观状态与数据。采集单元包括温度采集单元301、粘度采集单元302和PH值采集单元303，温度采集单元301用于实时监测液体混合与分离过程中的液体的温度数据，粘度采集单元302用于实时监测液体混合与分离过程中的液体的黏度数据，PH值采集单元303用于实时监测液体混合与分离过程中的液体的酸度数据。

粒子测速单元100、轨迹及粒径监测单元200、温度采集单元301、粘度采集单元302和PH值采集单元303分别通过变送器400与控制器500相连。该变送器400的作用是将各个单元所采集的模拟数据信号转换为适合控制器500处理的数字数据信号。各个单元将各自所采集的数据经过变送器400处理后反馈给控制器500，控制器500用于将各个数据与相应的预设参数阈值进行比对，在比对结果超出预设参数阈值时，控制器500控制进料系统700调整相应的参数。

综上所述，本发明实施例提供了一种液液混合分离状态的监测系统，该系统通过监测在液液混合分离的过程中的相应参数，并将所监测的参数与预设参数阈值进行比对，对超出预设参数阈值的相应参数进行反馈调节，以达到精准的模拟大中型设备中相应参数的目的。

优选的，为了更好的观察离心萃取中液液混合分离的状态变化，该离心萃取器的外壳106和转鼓107采用透明材料制成，达到该离心萃取器内液液混合分离过程的可视化；或者在所述离心萃取器的外壳和转鼓上分别设用于观察液液混合与分离状态的有可视化窗口。该可视化设计方便及时观察混合分离时的微观状态的实时变化。

优选的，由于各个型号离心萃取器的结构参数不能通过数据校正得到，只能通过更换不同尺寸的外壳和转鼓来实现。因此，为了达到使各个采集单元的环隙间距和长径比可调的目的，将离心萃取器的外壳和转鼓制作成几组不同的尺寸作为备用外壳和备用转鼓，保证其与各个型号的离心萃取器的环隙间距与长径比保持一致。

优选的，温度采集单元301包括第一温度采集单元3011、第二温度采集单元3012、第三温度采集单元3013、第四温度采集单元3014和第五温度采集单元3015。其中，第一温度采集单元3011安装在离心萃取器的水相进口管102，用于检测进入离心萃取器的水相的温度；第二温度采集单元3012安装在离心萃取器的有机相进口管103，用于检测进入离心萃取器的有机相的温度；第三温度采集单元3013安装在离心萃取器的水相出口管105，用于检测输出的水相的温度；第四温度采集单元3014安装在有机相出口管104上，用于检测输出的有机相的温度；第五温度采集单元3015安装在外壳106靠近转鼓107的侧面，用于检测离心萃取器内部混合液的温度。

优选的，粘度采集单元302包括第一粘度采集单元3021、第二粘度采集单元3022和第三粘度采集单元3023。其中，第一粘度采集单元3021安装在离心萃取器的有机相进口管103上，用于检测进入离心萃取器的有机相的粘度；第二粘度采集单元3022安装在有机相出口管104上，用于检测输出离心萃取器的有机相的粘度；第三粘度采集单元3023安装于外壳106靠近转鼓107的侧面上，用于检测混合液的粘度。

优选的，PH值采集单元303包括第一PH值采集单元3031和第二PH值采集单元3032。第一PH值采集单元3031安装在离心萃取器的水相进口管102上，用于检测进入离心萃取器的有机相的PH值。第二PH值采集单元3032安装在水相出口管105上，用于检测输出的水相的PH值。

优选的，为了收集数据，控制器500与智能终端600连接，控制器500将相应的数据发送给智能终端600进行存储，以便实现数据查询、记录与统计的目的。具体到本实施例中，该智能终端600采用电脑终端。

优选的，控制器500采用PLC，也可以采用其他能够实现相同功能的智能控制芯片。温度采集单元选用NTC型热敏电阻。粘度采集单元选用Sofraser振动式在线粘度计。pH值采集单元选用型号为MIK-PH5022的PH电极。变送器采用通用型变送器。

优选的，离心萃取器的电机101选用能够实现0~3000rpm之间任意调节转速的电机。

在工作的过程中，将两种液体注入离心萃取器，并设置好该离心萃取器的萃取参数，在两种液体混合与分离的过程中，粒子测速单元、轨迹及粒径监测单元、温度采集单元、粘度采集单元和PH值采集单元将采集的相应数据传给变送器，变送器将相应的数据转化为适合于PLC控制器处理的数字信号，PLC控制器将所接收的数据信号传给电脑终端。同时，在PLC控制器检测到所接收到的数据信号与离心萃取器设定的萃取参数出现偏差时，且该偏差超出了相应的预设参数阈值，则PLC控制器控制进料系统自动调整相应的萃取参数。本发明实施例是按照大中型设备的混合分离的参数来设定离心萃取器的参数，保证离心萃取器中液体混合分离状态与大中型设备中的混合分离状态保持一致，以便更好的模拟任意型号的萃取设备中的液液混合与分离的效果，从而为大中型萃取设备的实际应用提供更加精准的理论基础。

例如，由于进料液采用电加热，因此，在温度数据超出温度阈值时，控制器500控制进料系统700通过调整加热装置的加热功率，进而调整进料液的温度。

再如，在粘度数据超出预设阈值时，控制器500控制进料系统700调整进料液的配置成分流量。

作为一个示例，在粘度数据大于最大预设阈值时，控制器500控制进料系统700增大稀释剂的进料量。

再如，在pH值的偏差超出预设阈值时，控制器500控制进料系统700调整料液体系中酸或碱的补加量。

基于与上述系统实施例相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种液液混合分离状态的监测方法。

请参阅图3，其示出了本发明实施例所提供的一种液液混合分离状态的监测方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S001，分别采集离心萃取器中液体的温度数据、粘度数据和液体酸碱度数据。

本实施例利用温度采集单元采集温度数据、粘度采集单元采集粘度数据、PH值采集单元采集液体酸碱度数据。

具体到本实施例中，温度采集单元选用NTC型热敏电阻，粘度采集单元选用Sofraser振动式在线粘度计，PH值采集单元选用MIK-PH5022的PH电极。

需要说明的是，采集温度数据、粘度数据和液体酸碱度数据之间没有先后顺序，可以是按照预设顺序进行采集，也可以是同时不分先后顺序进行采集。

步骤S002，测量液体的流动速度，以及利用多普勒效应来测量运动粒子的相关特性。

采用粒子测速单元测量液体的流动速度，轨迹及粒径监测单元测量运动粒子的相关特性。

需要说明的是，测量液体的流动速度和测量运动粒子的特性之间没有先后顺序，可以是先测量流动速度，再测量运动粒子的特性；也可以是先测量运动粒子的特性，再测量流动速度；还可以是同时测量液体的流动速度和测量运动粒子的特性。

需要说明的是，步骤S001和步骤S002之间没有先后顺序，可以是先执行步骤S001，再执行步骤S002；也可以是先执行步骤S002，再执行步骤S001；也可以是同时执行步骤S001和步骤S002。

步骤S003，将所采集的数据和所测量的数据分别与相应的预设参数阈值进行比对；在比对结果超出预设参数阈值时，调整进料系统中的相应参数。

控制器将所采集和所测量的数据信息与相应的预设阈值进行比对后，反馈调节进料系统的相应参数，进而达到精准的模拟大中型设备中相应参数的目的。

作为一个示例，在温度数据在高于预设最高温度阈值时，控制器调整进料系统的加热装置的加热功率以使相应的温度数据降低。

作为一个示例，若在步骤S002中，所测量的粒径大小不符合要求，则在同一混合强度下，通过进料系统调节温度、粘度和/或酸碱度，进而达到改变粒径大小的目的。

优选的，温度数据为进入离心萃取器的水相和有机相进口管、流出离心萃取器的水相和有机相出口管、以及在离心萃取器中的混合液的温度数据。

优选的，粘度数据为进出离心萃取器的有机相以及在离心萃取器中的混合液的粘度数据。

优选的，液体酸碱度数据为进出离心萃取器的水相的酸碱度数据。

作为一个示例，利用该监测系统监测水滴和油滴的破碎与凝聚的过程，则进料系统是指水滴和油滴的控速补给系统。

在其他实施例中，温度采集单元还可以选用其他的能够实现采集水相、有机相和/或混合液的温度的传感器。粘度采集单元还可以选用其他的能够实现采集有机相和/或混合液的粘度的粘度计。PH值采集单元还可以选用其他的能够实现采集水相的酸碱度数据的电极。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种液液混合分离状态的监测系统，该系统包括离心萃取器、粒子测速单元、轨迹及粒径监测单元和向所述离心萃取器供料的进料系统，其特征在于，所述监测系统还包括采集单元、用于模数转换的变送器以及与所述变送器连接的控制器；所述采集单元包括分别与所述变送器的输入端连接的用于检测所述离心萃取器中的液体温度的温度采集单元、用于采集所述离心萃取器中的液体粘度的粘度采集单元和用于采集所述离心萃取器中的液体酸碱度的pH值采集单元；其中，所述温度采集单元包括分别在所述离心萃取器的水相进口管安装的第一温度采集单元、在有机相进口管安装的第二温度采集单元、在水相出口管安装的第三温度采集单元、在有机相出口管上安装的第四温度采集单元和安装于外壳靠近转鼓的侧面的第五温度采集单元；所述粘度采集单元包括分别在所述离心萃取器的有机相进口管安装的第一粘度采集单元、在有机相出口管上安装的第二粘度采集单元和安装于所述外壳靠近转鼓的侧面的第三粘度采集单元；所述pH值采集单元包括分别在所述离心萃取器的在水相出口管上安装的第一pH值采集单元、水相进口管安装的第二pH值采集单元；

所述控制器被配置为将所接收到的所述采集单元、粒子测速单元和轨迹及粒径监测单元的数据与相应的预设参数阈值进行比对，在比对结果超出所述预设参数阈值时，所述控制器控制所述进料系统调整相应的参数。

2.根据权利要求1所述的一种液液混合分离状态的监测系统，其特征在于，所述离心萃取器的外壳和转鼓采用透明材料制成，或者在所述离心萃取器的外壳和转鼓上分别设有用于观察液液混合与分离状态的有可视化窗口。

3.根据权利要求2所述的一种液液混合分离状态的监测系统，其特征在于，所述离心萃取器包括多组不同尺寸的备用外壳和备用转鼓。

4.一种基于权利要求1所述的液液混合分离状态的监测系统的液液混合分离状态的监测方法，其特征在于，该监测方法包括以下步骤：

分别采集离心萃取器中液体的温度数据、粘度数据和液体酸碱度数据；

测量液体的流动速度，以及利用多普勒效应来测量运动粒子的相关特性；

将所采集的数据和所测量的数据分别与相应的预设参数阈值进行比对，在比对结果超出预设参数阈值时，调整进料系统中的相应参数。

5.根据权利要求4所述的一种液液混合分离状态的监测方法，其特征在于，所述温度数据为进入所述离心萃取器的水相和有机相进口管、流出所述离心萃取器的水相和有机相出口管、以及在所述离心萃取器中的混合液的温度数据。

6.根据权利要求4或者5所述的一种液液混合分离状态的监测方法，其特征在于，所述粘度数据为进出所述离心萃取器的有机相以及在所述离心萃取器中的混合液的粘度数据。

7.根据权利要求6所述的一种液液混合分离状态的监测方法，其特征在于，所述液体酸碱度数据为进出所述离心萃取器的水相的酸碱度数据。