CN112098598B - 一种混合器混合效果的检测方法及其检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合器混合效果的检测方法及其检测装置。目前公开的混合效果测量方法并没有考虑到时间上的偏差。本发明如下：一、从被测混合器出口管道上选定采样截面，并在采样截面上选取n个采样口；从n个采样口分别引出被测液体。二、使用被测混合器对多种液体进行混合，并获取起始时刻后的T时长内各采样口输出的混合液的密度随时间的连续变化函数，以及流量随时间的连续变化函数；三、计算混合器在采样截面输出的混合液密度随时间波动的标准偏差；该标准偏差越大，说明混合器的混合效果越不稳定。本发明引入了采样口液体密度随时间的变化情况，能够更加全面地体现和更为准确地衡量混合器的混合效果。

Description

一种混合器混合效果的检测方法及其检测装置

技术领域

本发明属于混合效果检测技术领域，具体涉及一种测算混合器混合效果的方法及其检测装置。

背景技术

化工、环境、水处理等工业领域常用各种混合设备来混合不同物质，混合效果带来的影响非常显著。混合效果是指不同物料经过混合设备的混合过程的不同组分分散混合均匀程度，而目前有关混合均匀程度的测量并没有一个统一标准。工业中混合设备的种类多种多样，不同混合物质的物性也千差万别，同时不同的混合工况也能导致不同的混合效果。对于期望按特定比例混合的两种或多种物质，常常需要多次对比实验来选择合适的混合设备以及其它混合条件，以得到更好的混合效果。但是由于缺乏完备的混合均匀程度检测手段，定性地判断混合效果并不准确。

目前常用的混合效果测量方法的一种是示踪粒子照相法，其通过激光照相来确定混合器出口截面的示踪粒子分布。但是这种方法设备复杂，价格昂贵，数据处理速度慢，不适于连续测量，且测量处的流体管道和混和的物质都要求较好的透光率，因此有很大局限性。

另一种混合效果测量方法是在混合器出口某一截面上的不同位置取样，通过测算密度或浓度的偏差来衡量混合效果。这种方法相对而言操作更简单，测量成本也更低，但也有一些不足导致测量结果不够准确。其在于实际上从混合器出口流出的混合物并不是稳定不变的，其不仅在取样截面上不同位置的混合程度不同，而且在同一位置的不同时间的混合程度也不同。但目前公开的测量方法并没有考虑到时间上的偏差，无论是在同一时间对出口截面上不同位置完成同时取样，还是不同时间依次对各个位置进行取样，都会受到混合程度随时间波动影响，导致混合效果测量的不准确。对于一些随时间波动较大的混合器如SK型混合器，和一些对于在时间上要求非常稳定的混合工艺，忽视了时间上的波动而测得的混合效果是不正确的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测算混合器混合效果的方法，通过综合考虑混合器出口不同位置的密度偏差，和同一位置上密度随时间的波动偏差，来更为准确地衡量混合器混合效果。

本发明一种混合器混合效果的检测方法，具体步骤如下：

步骤一、从被测混合器出口管道上选定采样截面，并在采样截面上选取n个采样口；从n个采样口分别引出被测液体。

步骤二、使用被测混合器对多种液体进行混合，并获取起始时刻后的T时长内各采样口输出的混合液的密度随时间的连续变化函数ρ_i(t)，以及流量随时间的连续变化函数q_i(t)，i＝1,2,...,n；T为预设时间长度。

步骤三、计算混合器在采样截面输出的混合液密度随时间波动的标准偏差σ_t如下：

其中，V_i(T)为第i个采样口从起始时刻到采样结束时输出的混合液体积；ρ₀为均匀混合后的混合液的密度。标准偏差σ_t越大，说明混合器的混合效果越不稳定。

作为优选，步骤三执行后，继续执行步骤四如下：计算混合器在采样截面不同位置的混合液密度的标准偏差

其中，m_i(T)为第i个采样口从起始时刻到采样结束时输出的混合液质量。标准偏差σ_s越大，说明混合器的静态混合效果越差。

作为优选，步骤四执行后，计算混合效果评价参数

混合效果评价参数λ的数值越小表示混合器输出的混合液在不同采样位置、采样时间的密度越均匀，说明混合器的混合效果越好。

作为优选，获取各采样口输出的混合液的密度随时间的连续变化函数ρ_i(t)，以及流量随时间的连续变化函数q_i(t)的过程如下：

在初始时刻后，持续分别检测n个采样口引出被测液体的体积和质量的变化情况；获取各采样口输出的混合液的体积随时间的连续变化函数V_i(t)，以及质量随时间的连续变化函数m_i(t)，i＝1,2,...,n。之后分别计算n个采样口输出的混合液的密度随时间的连续变化函数

n个采样口输出的混合液的流量随时间的连续变化函数

i＝1,2,...,n。

作为优选，质量随时间的连续变化函数m_i(t)通过用牛顿差商法拟合离散的质量数据获得。

作为优选，获取各采样口输出的混合液的体积随时间的连续变化函数V_i(t)的过程如下：将采样口输出的混合液引导至呈等截面的液体容器中，并持续测量液体容器中的液位变化情况，得到液体容器中的液位随时间的连续变化函数h_i(t)；计算函数V_i(t)＝A·h_i(t)；其中，A为液体容器的横截面面积。

作为优选，液位随时间的连续变化函数h_i(t)通过用牛顿差商法拟合离散的液位数据获得。

作为优选，步骤二中所述的起始时刻是混合器启动并正常运行后的一个时刻。

作为优选，均匀混合后的混合液的密度ρ₀的获取过程如下：用一个容器接取混合器在一段时间内输出的所有混合液，并充分搅拌接取的混合液；测量所得混合液的体积和质量，并将质量除以体积，得到密度ρ₀。

本发明中用于前述检测方法的检测装置，包括计算分析模块和n个数据采集模块。计算分析模块采用计算机。数据采集模块包括取样管、液体容器、液位计和称重装置。液体容器设置在称重装置上。称重装置实时检测液体容器内的液体重量，并传输给计算分析模块；液位计设置在液体容器内，实时检测液体容器内的液体液位高度，并传输给计算分析模块；计算分析模块根据液体容器内的液体液位高度和液体容器的容腔截面积，计算出液体容器内的液体体积。被测混合器的出口管道上的采样截面均布设有n个采样口；n个采样口分别通过取样管连接到n个数据采集模块的液体容器中。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明公开一种测算混合器混合效果的方法，通过把密度波动函数相对于均匀混合液密度ρ₀的偏差在时间上积分，并根据各个采样位置的流量进行加权平均，从而得到反映非稳态混合效果的时间上的密度标准偏差；把各个采样位置在采样时间段内的平均密度作有流量加权的标准偏差计算，从而得到反映稳态混合效果的不同位置上的密度标准偏差；再耦合两个维度的混合效果，来综合考虑混合器出口不同位置的密度偏差和同一位置上密度随时间的波动偏差；可见，本发明引入采样口液体密度随时间的变化情况后，能够更加全面地体现和更为准确地衡量混合器的混合效果。

2、本发明通过测算出一个表达密度不均匀性的正数来度量混合器混合效果，基于本发明的算法，对于混合器混合的非稳态性，任何一个低于或高于均匀混合密度ρ₀的波动都会影响最终计算得到的数值，且时间上波动的正偏差和负偏差带来的影响不会相互抵消，而是相互叠加。此外，本发明最终用混合效果评价参数λ这一个参数来度量混合器的混合效果，其数值越小表征混合效果越好，直观、准确且易于比较，方便混合从业人员通过混合效果对比实验来选择最优的混合方式。

3、本发明在评价混合器输出口不同位置的混合效果的基础上，更评价了混合器的混合效果随时间变化的情况，从而能够对多个混合器进行有效的对比和选优，保证优选出的混合器能够适用于要求混合效果持续稳定的混合工艺。

4、本发明对混合液的要求更低，基于本发明的具体算法，无论混合的各种液体之间是否会相溶、是否透明，只要各种液体密度不同，都可以使用本发明测算混合效果。

附图说明

图1是本发明中测算混合器混合效果检测装置的示意图；

图2是本发明混合器出口管道的采样口在采样截面上的分布示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

一种测算混合器混合效果检测装置包括计算分析模块9和n个数据采集模块。计算分析模块9采用计算机。数据采集模块包括取样管5、液体容器6、液位计7和称重装置8。液体容器6设置在称重装置8上。称重装置8能够实时检测液体容器内的液体重量，并传输给计算分析模块9；液位计7设置在液体容器6内，能够实时检测液体容器内的液体液位高度，并传输给计算分析模块9；计算分析模块9根据液体容器内的液体液位高度和液体容器的容腔截面积，能够计算出液体容器内的液体体积。被测混合器的出口管道2上的采样截面3上虚设有n个采样口4；n个采样口分别通过取样管5连接到n个数据采集模块的液体容器中。

利用该检测装置进行混合效果检测的方法，具体步骤如下：

步骤一、在被测混合器出口管道2内选定采样截面3的位置，在采样截面3上选定n个均布的采样口4的位置；将n条可以供混合液流通的取样管5的一端分别伸至各个采样口4，另一端分别伸入到n个液体容器6的顶部开口处；之后，固定好每条取样管5。使得各液体容器6分别收集采样截面3不同位置的混合液。各液位计7分别采集对应液体容器内的液位变化信号，各称重装置8分别采集对应液体容器内的质量变化信号。计算分析模块9记录、储存采集到的液位变化信号和质量变化信号。从被测混合器的入口管道1持续通入需要混合的多种液体；本实施例中通入互溶的两种液体；该两种液体的密度分别为ρ₁、ρ₂，输入流量分别为q₁、q₂。

步骤二、将混合器正常运行后的一个时刻设为计时起始时刻，将此时液体容器6内的液位设为0基准线，且此时称重装置测得的液体容器及其内部混合液的质量作为去皮重量。开始计时并在之后的T时间段内，采集各个液体容器内的液位随时间的连续变化函数h_i(t)，采集各个液体容器内部混合液的质量随时间的连续变化函数m_i(t)，i＝1,2,...,n。所述设定的T时间段长度大于混合器的波动周期；所述的函数h_i(t)表示在t时刻第i个液体容器内的液位相对于起始时刻的0基准线的液位差，所述的函数m_i(t)表示在t时刻第i个液体容器内部混合液相对于起始时刻增加的质量，t∈(0,T)。

步骤三、测算均匀混合的混合液密度：用一个容器接取混合器在一段时间内输出的所有混合液，并充分搅拌接取的混合液使其均匀混合；测量所述均匀混合后的混合液的体积和质量，并用质量除以体积计算得到均匀混合的混合液密度ρ₀；混合液密度ρ₀的具体数值通过多次测量取平均值。

步骤四、分别计算n个采样口4的密度和流量随时间的变化函数。

对于混合器出口管道内的取样截面上第i个采样口，密度从起始时刻起随时间的变化函数为

其中，A为液体容器的横截面面积。对于混合器出口管道内的取样截面上第i个采样口，流量从起始时刻起随时间的变化函数为

步骤五、计算时间上的密度标准偏差σ_t：通过下式计算出混合器各采样口流出混合液的密度随时间波动的标准偏差σ_t。

其中，h_i(T)表示在计时结束的T时刻第i个液体容器内的液位相对于起始时刻的0基准线的液位高度。

步骤六、计算采样截面上不同位置的密度标准偏差：通过下式计算出采样截面上不同位置的密度标准偏差。

式中m_i(T)表示在计时结束的T时刻第i个液体容器内部混合液相对于起始时刻增加的质量。

步骤七、计算混合效果评价参数λ如下式所示：

混合效果评价参数λ反应混合器流出混合液的密度相对不均匀性，λ的值越小表示混合器输出的混合液在不同采样位置、采样时间的密度越均匀，说明混合器的混合效果越好。

Claims (9)

1.一种混合器混合效果的检测方法，其特征在于：步骤一、从被测混合器出口管道上选定采样截面，并在采样截面上选取n个采样口；从n个采样口分别引出被测液体；

步骤二、使用被测混合器对多种液体进行混合，并获取起始时刻后的T时长内各采样口输出的混合液的密度随时间的连续变化函数ρ_i(t)，以及流量随时间的连续变化函数q_i(t)，i＝1,2,...,n；T为预设时间长度；

步骤三、计算混合器在采样截面输出的混合液密度随时间波动的标准偏差σ_t如下：

其中，V_i(T)为第i个采样口从起始时刻到采样结束时输出的混合液体积；ρ₀为均匀混合后的混合液的密度；标准偏差σ_t越大，说明混合器的混合效果越不稳定。

2.根据权利要求1所述的一种混合器混合效果的检测方法，其特征在于：步骤三执行后，继续执行步骤四如下：计算混合器在采样截面不同位置的混合液密度的标准偏差

其中，m_i(T)为第i个采样口从起始时刻到采样结束时输出的混合液质量；标准偏差σ_s越大，说明混合器的静态混合效果越差。

3.根据权利要求2所述的一种混合器混合效果的检测方法，其特征在于：步骤四执行后，计算混合效果评价参数

混合效果评价参数λ的数值越小表示混合器输出的混合液在不同采样位置、采样时间的密度越均匀，说明混合器的混合效果越好。

4.根据权利要求1所述的一种混合器混合效果的检测方法，其特征在于：获取各采样口输出的混合液的密度随时间的连续变化函数ρ_i(t)，以及流量随时间的连续变化函数q_i(t)的过程如下：

在初始时刻后，持续分别检测n个采样口引出被测液体的体积和质量的变化情况；获取各采样口输出的混合液的体积随时间的连续变化函数V_i(t)，以及质量随时间的连续变化函数m_i(t)，i＝1,2,...,n；之后分别计算n个采样口输出的混合液的密度随时间的连续变化函数

n个采样口输出的混合液的流量随时间的连续变化函数

i＝1,2,...,n。

5.根据权利要求4所述的一种混合器混合效果的检测方法，其特征在于：质量随时间的连续变化函数m_i(t)通过用牛顿差商法拟合离散的质量数据获得。

6.根据权利要求4所述的一种混合器混合效果的检测方法，其特征在于：获取各采样口输出的混合液的体积随时间的连续变化函数V_i(t)的过程如下：将采样口输出的混合液引导至呈等截面的液体容器中，并持续测量液体容器中的液位变化情况，得到液体容器中的液位随时间的连续变化函数h_i(t)；计算函数V_i(t)＝A·h_i(t)；其中，A为液体容器的横截面面积。

7.根据权利要求6所述的一种混合器混合效果的检测方法，其特征在于：液位随时间的连续变化函数h_i(t)通过用牛顿差商法拟合离散的液位数据获得。

8.根据权利要求1所述的一种混合器混合效果的检测方法，其特征在于：步骤二中所述的起始时刻是混合器启动并正常运行后的一个时刻。

9.根据权利要求1所述的一种混合器混合效果的检测方法，其特征在于：均匀混合后的混合液的密度ρ₀的获取过程如下：用一个容器接取混合器在一段时间内输出的所有混合液，并充分搅拌接取的混合液；测量所得混合液的体积和质量，并将质量除以体积，得到密度ρ₀。

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