CN113885624A - 颗粒制备调控系统及其调控方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种颗粒制备调控系统及其调控方法。本公开其中，颗粒制备调控系统包括：流化床反应器、多个信号采集组件、信号处理设备、流化介质输送设备和控制器。本公开实现了不同频率电学测量模式的融合，用于对同一过程或对象进行测量，获取反应过程关键参数分布，实现不同频率电学测量模式的协同互补，实现对过程的有效调控。

Description

颗粒制备调控系统及其调控方法

技术领域

本公开涉及测量方法和过程调控等技术领域，尤其涉及一种颗粒制备调控系统及其调控方法。

背景技术

流化床颗粒制备过程主要是通过流动介质将固体颗粒制剂悬浮流化，使颗粒和溶剂液滴、空气进行热量和质量交换，完成颗粒的混合造粒、包衣和干燥等过程，主要应用于医药、化工、能源和食品行业，属于典型的多相流动体系，过程涉及的可调控变量众多，包括湿度、温度、粒径、组份等，过程最终成品质量与流化过程操作条件和反应器内部的气固流动状态和气固浓度分布、流型变化等密切相关。设计工业颗粒流化反应器并对已有的反应器进行性能预报和大型化设计，必须对上述复杂的流动特征进行关键参数在线检测。然而，目前对于流化床反应器的优化和控制还停留在依靠经验和大量单一实验基础上进行，该领域的复杂流场多尺度过程调控还远远不能满足工业过程优化和过程调控的要求。

近年来，颗粒制备过程多相流动的机理检测研究开始被注重，采用非侵入式测量工具，如电学层析成像技术对内部流动进行可视化研究，作为过程参数测量技术，在医疗、化工、能源等领域有着普遍应用。与传统测量手段相比，电学层析成像技术具有在非侵入被测介质的条件下，直接对流体内部成像的优点，但还局限于单一模态的测试研究。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种颗粒制备调控系统及其调控方法，以期至少部分地解决上述技术问题。

作为本公开的一个方面，提供了一种颗粒制备调控系统，包括：

流化床反应器，用于流化制备预定种类颗粒，其中流化床反应器设有流化介质入口；

多个信号采集组件，用于采集流化床反应器内部的被测流体区域的微波信号、电容信号和电阻信号；

信号处理设备，包括处理单元，其中处理单元用于对来自多个信号采集组件的微波信号、电容信号和电阻信号进行信号进行处理后得到被测流体区域的介质分布信息；

流化介质输送设备，用于向流化介质入口处输送预设种类的流化介质，其中预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围；

控制器，用于根据来自处理单元的介质分布信息，控制流化介质输送设备按照目标数值范围输送预设种类的流化介质。

根据本公开的实施例，其中，介质分布信息包括浓度分布信息、湿度分布信息和流态分布信息；

对微波信号、电容信号和电阻信号进行处理后得到被测流体区域的介质分布信息包括：

对微波信号、电容信号和电阻信号进行信号处理以及融合成像，得到被测流体区域的特征分布图像；

对特征分布图像进行信息提取获得进行处理后得到被测流体区域的浓度分布信息、湿度分布信息和流态分布信息。

根据本公开的实施例，其中，预设种类的流化介质包括流化气体和包衣液；预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围包括流化气体的流速/流量/压力满足第一目标数值范围、包衣液的流速/流量/压力满足第二目标数值范围；流化介质输送设备包括：送风装置，用于向流化介质入口处输送流速/流量/压力满足第一目标数值范围的流化气体；包衣液输送装置，用于向流化介质入口处输送流速/流量/压力满足第二目标数值范围的包衣液。

根据本公开的实施例，其中，预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围还包括：流化气体的温度满足第三目标数值范围；送风装置还包括：温度调节单元，用于调节流化气体的温度，以便送风装置向流化介质入口处输送温度满足第三目标数值范围的流化气体。

根据本公开的实施例，其中，包衣液输送装置包括蠕动泵和喷嘴，其中喷嘴与蠕动泵出口连通，喷嘴设置于流化介质入口处。

根据本公开的实施例，其中，多个信号采集组件被安装在流化床反应器壁面的同一截面高度处。

根据本公开的实施例，其中，多个信号采集组件在流化床反应器壁面的覆盖率为60％-80％。

根据本公开的实施例，一种颗粒制备调控系统，还包括：温度传感器、压力传感器和湿度传感器；其中，温度传感器、压力传感器和湿度传感器安装在流化床反应器的入口和出口处，用于分别采集流化床反应器的入口和出口处的温度数据、压力数据和湿度数据。

根据本公开的实施例，其中，多个信号采集组件被安装在流化床反应器的外壁；温度传感器、压力传感器和湿度传感器被安装在流化床反应器的内壁。

根据本公开的实施例，其中，控制器，还用于接收来自温度传感器、压力传感器和湿度传感器的温度数据、压力数据和湿度数据，以便根据温度数据、压力数据和湿度数据辅助控制流化介质输送没备按照目标数值范围输送预设种类的流化介质。

根据本公开的实施例，其中，信号处理设备还包括显示单元，其中显示单元用于显示特征分布图像。

根据本公开的实施例，其中，流化床反应器的横截面为圆形或者矩形。

根据本公开的实施例，其中，微波信号、电容信号和电阻信号被同时采集和处理。

作为本公开的另一方面，还提供了一种颗粒制备调控的方法，包括，在利用流化床反应器流化制备预定种类颗粒的过程中：

利用多个信号采集组件，采集流化床反应器内部的被测流体区域的微波信号、电容信号和电阻信号；

利用信号处理设备中的处理单元，对微波信号、电容信号和电阻信号进行处理后获得被测流体区域的介质分布信息；

利用流化介质输送设备，向流化介质入口处输送预设种类的流化介质，其中预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围；

利用控制器，根据介质分布信息控制流化介质输送设备按照目标数值范围输送预设种类的流化介质。

根据本公开的实施例，其中，预设种类的流化介质包括流化气体和包衣液；预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围包括：流化气体的流速/流量/压力满足第一目标数值范围、包衣液的流速/流量/压力满足第二目标数值范围；控制流化介质输送设备按照目标数值范围输送预设种类的流化介质包括：调节送风装置的运行工况，以便送风装置向流化介质入口处输送流速/流量/压力满足第一目标数值范围的流化气体；调节包衣液输送装置的运行工况，以便包衣液输送装置向流化介质入口处输送流速/流量/压力满足第二目标数值范围的包衣液。

根据本公开的实施例，其中，预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围还包括：流化气体的温度满足第三目标数值范围；方法还包括：控制温度调节单元的运行工况，以调节流化气体的温度，以便送风装置向流化介质入口处输送温度满足第三目标数值范围的流化气体。

通过上述技术方案，可以看出本公开颗粒制备调控系统及其调控方法的有益效果在于：

(1)本公开提供的颗粒制备调控系统可以排除电容(ECT)、电阻(ERT)和微波(MWT)系统的相互干扰；与传统的多传感器分层布置方案相比，本公开提供的融合结构更有利于颗粒制备的过程调控；

(2)本公开提供的颗粒制备调控系统为多模层析成像，相比于相关技术中基于对系统压力、湿度、温度等单变量的测量而言，对颗粒流动状态信息的获取更加丰富，可以较为准确地实现对颗粒制备过程的流态、流型控制，可以获得更优的成像效果；将ECT、ERT和MWT得到的图像进行加权叠加，可以得到融合成像结果，融合成像结果包含单一成像模式所不具备的特征，更能反映流体的真实流动状态；

(3)本公开提供的颗粒制备调控系统克服了以往单一模态成像的不足；利用ECT和ERT成像较快的特点，融合后的系统可以捕捉到介质分布的快速变化，使测量结果更具连续性；利用MWT利于测量介质湿度的特点，融合系统可以在介质湿度很高时，仍然能够正常工作；

(4)本公开提供的颗粒制备调控的方法客服了以往基于单一模态和压力信号融合的过程测量和调控方案的不足；利用本公开提供的测量方法，对过程调控，可以提供更为丰富的流动信息，为过程故障诊断和调控，提供有力的测试手段。

附图说明

图1示意性示出了本公开实施例的颗粒制备调控系统结构示意图；

图2示意性示出了本公开另一实施例的颗粒制备调控系统中流化床反应器的截面图；

图3示意性示出了本公开实施例的颗粒制备调控的方法流程图；

图4示意性示出了本公开具体实施例的基于多模层析成像的流化床颗粒制备过程调控示意图；

图5示意性示出了本公开具体实施例的基于多模层析成像的流化床颗粒制备过程调控方案流程图。

【附图标记说明】

1-流化床反应器；1-1-流化介质入口；2-多个信号采集组件；3-信号处理设备；3-1-处理单元；3-2-显示单元；4-流化介质输送设备；4-1-送风装置；4-2-包衣液输送装置；5-控制器；6-温度传感器、压力传感器和湿度传感器。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

电学层析成像技术有磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging-MRI)、电阻层析成像(Electrical Resistance Tomography-ERT)、电容层析成像(ElectricalCapacitance Tomography-ECT)、微波层析成像(Microwave Tomography-MWT)等。

具体地，电容层析成像是根据测得的围绕被测区域各电极对间的电容值，反推出被测介质空间介电常数分布的一种可视化测量技术。由于其具有结构简单、无辐射、成像速度快、低成本等特点，常应用于石油管道流、流化床颗粒流监测。

电阻容层析成像是根据测得的围绕被测区域各电极对之间的电流，反推出被测介质空间电导率分布的一种可视化测量技术。由于其具有结构简单、无辐射、成像速度快、低成本等特点，常应用于油水两相管道流和反应器内部监测。

微波层析成像是一种非接触式测量技术，其原理为用微波照射被测物体，然后通过物体外部散射场的测量值来重构物体的复介电常数分布，从而可反推出物体的浓度分布。复介电常数通常可表示为：ε＝ε’-iε”，其中，实部与实介电常数意义相同，虚部可等效表征为电介质的电导。常温下水的复介电常数虚部较大，约为40，而常见颗粒介质，如河沙、煤粉干燥条件下的值均小于1。利用这个特点，同时结合复介电常数实部信息，可根据微波层析成像来计算介质湿度分布。

在相关技术中，流化床颗粒制备过程调控方案大多基于对系统压力、湿度、温度等单变量的测量，对颗粒流动状态信息的获取有限，难以准确地实现对颗粒制备过程的流态、流型控制。流化床颗粒制备过程电学层析成像的应用可分为单一成像模式运行和两种成像模式融合的技术，例如设计分别为单一的电容传感器和压力信号的融合；设计单一的电容传感器获得流化床颗粒干燥过程湿度参数变化；设计融合ECT与ERT两种成像模式，但该模式只限于过程参数的测量，没有过程调控。

基于目前的研究，应用于流化床颗粒制备过程的电学层析成像测量具有一定的缺陷，例如，电容层析成像：当被测物体湿度较高时，会超出数据采集系统量程范围；此外，此时被测物质的电学性质已接近导体，电荷无法存储，进而无法进行电容的测量；微波层析成像：成像速率慢，每秒最多30帧。电阻层析成像：当颗粒湿度较低时，导电率极低，无法获得电流信号。

流化床颗粒制备系统内部多相流动特性监测和调控能够直接反映系统设计是否合理，是否能够适应工业过程大型化和连续化生产的要求。为了对流化床颗粒制备过程进行有效检测和调控，需要利用先进的测量方法和可视化测量手段，对反应进程进行有效检测，优化过程操作参数，平衡造粒过程系统运行参数与颗粒状态参数，为颗粒制备过程提供在线检测方法和手段。

然而，到目前为止还缺少有效的过程诊断以及在线颗粒浓度场和湿度场测量工具对上述参数进行测量与控制，反应终点通过多次“示差法”来确定，实际运行的流化床反应器多处于“黑箱子”状态，很难从问题的根源出发，有效揭示气固流动特征与反应过程的调控机制，进而无法对内部过程进行有效监测，造成系统运行效率低、能耗高等问题。

因此，针对流化床颗粒制备过程调控的需求，本公开提出的颗粒制备调控系统及其调控方法需要根据反应过程颗粒湿度和浓度的时变信息，融合ECT、ERT和MWT三种模式，形成多模态层析成像融合技术，对反应过程进行检测，为反应过程提供有效信息，进而对反应过程进行优化和调控。

其中，基于多模层析成像中ECT、MWT和ERT的融合不是简单的三种测量模式的叠加，而是涉及不同层次、不同机理的融合，其主要体现三个层次的融合：首先是多模层析成像的融合互补。多模态融合包含互补融合、竞争融合和各模态之间的相互协作三种方式。针对流态化颗粒制备过程的不同时间段和流型/流态演变特征，通过电容、电阻、微波传感器的融合设计，结合微波湿度测量结果，选取合适的层析成像工作模式，即密相区高含水率时段通过电阻/微波层析成像监测气-固反应进程，低含水率时段选取电容/微波层析成像工作模式，通过流型匹配，实现电容、电阻和微波之间的互补测量，同时通过微波湿度测量的融合和互补，实现颗粒浓度和湿度的同步测量。其次，根据电容、电阻和微波测量范围及空间敏感度分布的差别，通过竞争融合，提高精度，改善时空覆盖程度。最后，通过各传感器之间的协作，依托不同传感器系统获得的多分布参数测量结果，实现对流态化颗粒制备过程的多尺度动力学行为表征，优化过程。

下面示意性举例说明颗粒制备调控系统及其调控方法。需要说明的是，该举例说明只是本公开的具体实施例，并不能限制本公开的保护范围。

图1示意性示出了本公开实施例的颗粒制备调控系统结构示意图。

如图1所示，本公开提供一种颗粒制备调控系统，包括：流化床反应器1、多个信号采集组件2、信号处理设备3、流化介质输送设备4和控制器5。

流化床反应器1，用于流化制备预定种类颗粒，其中流化床反应器1设有流化介质入口1-1。

多个信号采集组件2，用于采集流化床反应器1内部的被测流体区域的微波信号、电容信号和电阻信号。

信号处理设备3，包括处理单元3-1，其中处理单元3-1用于接收来自多个信号采集组件2的微波信号、电容信号和电阻信号，以便对微波信号、电容信号和电阻信号进行处理后得到被测流体区域的介质分布信息。

其中，上述介质分布信息可包括浓度分布信息、湿度分布信息和流态分布信息。对微波信号、电容信号和电阻信号进行处理的具体过程可以是：对微波信号、电容信号和电阻信号进行信号处理以及融合成像，得到被测流体区域的特征分布图像；然后对特征分布图像进行信息提取获得进行处理后得到被测流体区域的浓度分布信息、湿度分布信息和流态分布信息。

流化介质输送设备4，用于向流化介质入口1-1处输送预设种类的流化介质，其中预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围。

控制器5，用于接收来自信号处理设备3的浓度分布信息、湿度分布信息和流态分布信息，以便根据浓度分布信息、湿度分布信息和流态分布信息，控制流化介质输送设备4按照目标数值范围输送预设种类的流化介质。

根据本公开的实施例，流化床反应器1测量段管道厚度为0.3～0.8cm，例如可以但不限于：0.3cm、0.4cm、0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm，；材料为非导电材料，例如可以为塑料或有机玻璃；其他管段材料为金属材料。比如，测量段可取流化床反应器底部的锥形管段，多个信号采集组件布置在该锥形管段上。

根据本公开的实施例，测量段管壁通常介于0.3-0.8cm之间，设置该数值范围的原因主要是管壁厚度对测量信号存在影响，管壁太厚会影响测量信号的强度。管壁太薄，会影响反应器的强度，因此将其设置在较合理的上述数值范围内。

根据本公开的实施例，预设种类的流化介质包括流化气体和包衣液；预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围包括流化气体的流速/流量/压力满足第一目标数值范围、包衣液的流速/流量/压力满足第二目标数值范围；流化介质输送设备包括：送风装置4-1，用于向流化介质入口1-1处输送流速/流量/压力满足第一目标数值范围的流化气体；包衣液输送装置4-2，用于向流化介质入口1-1处输送流速/流量/压力满足第二目标数值范围的包衣液。

根据本公开的实施例，预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围还包括：流化气体的温度满足第三目标数值范围；送风装置4-1还包括：温度调节单元，用于调节流化气体的温度，以便送风装置4-1向流化介质入口1-1处输送温度满足第三目标数值范围的流化气体。

根据本公开的实施例，包衣液输送装置4-2可包括蠕动泵、喷嘴和压缩空气输送装置，其中喷嘴与蠕动泵出口连通，喷嘴设置于流化介质入口1-1处或流化床反应器距离底部分布板一定高度处(具体的设置高度可根据实际运行情况设置)。

根据本公开的实施例，多个信号采集组件2中的每一个信号采集组件，可以包括：包括微波/电容信号采集单元(微波、电容电极组合形成一体式结构)和电阻信号采集单元。其中，微波/电容信号采集单元，用于交叉采集被测流体区域的微波信号和电容信号；电阻信号采集单元，用于采集被测流体区域的电阻信号。每一个信号采集组件也可以是仅包括微波/电容/电阻信号采集单元(微波、电容、电阻电极组合形成一体式结构)。

根据本公开的实施例，多个信号采集组件2被安装在流化床反应器1壁面的同一截面高度处，可以减少不同测量模态之间的相互干扰，以保证所采集到的信息体现的是同一时刻的过程反应信息，以便对反应过程进行调控。

根据本公开的实施例，多个信号采集组件2在流化床反应器1壁面的覆盖率为60％-80％，例如可以但不限于：60％、65％、70％、75％、80％。根据本公开的实施例，多个信号采集组件2中根据具体的流化床反应器1的横截面直径，例如可以安装8、12或16个。

根据本公开的实施例，基于电容测量的阈值范围，当电容信号采集单元数量少时，测量出的电容值小，输出的电容信号低；而微波信号采集单元因具有谐振效应和阻抗效应，通过调制微波信号采集单元，可以输出合适的微波信号。因此，增加信号融合采集组件的数量可以增强信号的采集，保证信号采集的质量。

根据本公开的实施例，多个信号采集组件2中微波/电容信号采集单元的材料可以为导电性能优良的金属，例如铜片，材料厚度为0.3～0.5mm，例如可以但不限于：0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm；高5～8cm，例如可以但不限于：5cm、6cm、6.5cm、7cm、7.5cm、8cm；宽度根据信号采集单元数量而定，不做具体限定。

根据本公开的实施例，基于微波的阻抗特性，微波/电容信号采集单元的材料需要一定的厚度和高度来降低微波的阻抗效应，增加微波的谐振效应，提高输出信号的信噪比。

根据本公开的实施例，多个信号采集组件2中微波/电容信号采集单元外部加装一层非导体材料，例如可以为有机玻璃板，防止多个信号采集组件的损坏，有一定的保护和支撑作用，厚度可以为0.5cm，便于微波信号穿过组隔板到达微波信号采集单元，进行微波信号的采集；在有机玻璃板的外壁还可以包覆一层金属壳屏蔽，以减少外部信号的干扰，该有机玻璃板可以为柔性长方形铜片，厚度可以为0.3～0.5mm，其宽度要求大于信号采集单元高度2～3cm。在测量时最外层铜片接地，作为外屏蔽使用。

根据本公开的实施例，颗粒制备调控系统还包括：温度传感器、压力传感器和湿度传感器6；其中，温度传感器、压力传感器和湿度传感器6安装在流化床反应器1的出口处(其中流化床反应器的出口同样也是流化床反应器物料的进料口)，用于分别采集流化床反应器1的出口处的温度数据、压力数据和湿度数据。

根据本公开的实施例，多个信号采集组件2被安装在流化床反应器1的外壁；温度传感器、压力传感器和湿度传感器6被安装在流化床反应器1的内壁。

根据本公开的实施例，控制器5，还用于接收来自温度传感器、压力传感器和湿度传感器6的温度数据、压力数据和湿度数据，以便根据温度数据、压力数据和湿度数据辅助控制流化介质输送设备4按照目标数值范围输送预设种类的流化介质。

根据本公开的实施例，信号处理设备3还包括显示单元3-2，其中显示单元3-2用于显示特征分布图像。

根据本公开的实施例，流化床反应器1的横截面为圆形或者矩形。

根据本公开的实施例，微波信号、电容信号和电阻信号被同时采集和处理。

根据本公开的实施例，提供的颗粒制备调控系统可以排除ECT、ERT和MWT系统的相互干扰；与传统的多传感器分层布置方案相比，本公开提供的融合结构更有利于颗粒制备的过程调控；本公开提供的颗粒制备调控系统为多模层析成像，可以获得更优的成像效果；将ECT、ERT和MWT得到的图像进行加权叠加，可以得到融合成像结果，融合成像结果包含单一成像模式所不具备的特征，更能反映流体的真实流动状态。

图2示意性示出了本公开另一实施例的颗粒制备调控系统中流化床反应器的截面图。

如图2所示，其与图1中提供的颗粒制备调控系统不同之处在于，流化床反应器1的横截面还可以为正方形或长方形的矩形结构，多个信号采集组件均匀布置在流化床反应器1的同一高度截面处的壁面上，多个信号采集组件在流化床反应器1壁面的覆盖率为60％-80％。多个信号采集组件的安装数量可依据流化床反应器1的横截面尺寸和测量条件合理设置，例如流化床反应器1的横截面为正方形矩形结构时，微波/电容信号采集单元、和电阻信号采集单元在每一侧壁面上分别布置相同的数量，例如分别没置4组。再例如流化床反应器1的横截面为长方形矩形结构时，可在宽度较宽的侧壁上(长边对应的侧壁)布置数量较多的信号采集组件，在宽度较小的侧壁上(短边对应的侧壁)布置数量较少的信号采集组件，例如长边侧壁设置5组，短边侧壁设置3组。

需要说明的是，该颗粒制备调控系统的其他部件与图1所示的相同，在此不再赘述。

根据本公开的实施例，该颗粒制备调控系统中将ECT/ERT/MWT布置在流化床反应器的同一个截面上，保证了所采集到的信息体现的是同一时刻的过程反应信息。

本公开的另一方面还提供了一种颗粒制备调控的方法，图3示意性示出了本公开实施例的颗粒制备调控的方法流程图。

如图3所示，该颗粒制备调控的方法，包括，在利用流化床反应器流化制备预定种类颗粒的过程中包括操作S301～S304。

在操作S301，利用多个信号采集组件2，采集流化床反应器1内部的被测流体区域的微波信号、电容信号和电阻信号。

根据本公开的实施例，多个信号采集组件2是由微波天线、电容电极和电阻电极构成；且位于流化床反应器1同一截面上。

根据本公开的实施例，微波频率范围为1GHz～8GHz，电容频率范围为10KHz～500kHz，电阻频率范围为1kHZ～1MHz，三者工作频率差别较大，可以得到被测物质在不同频段内的电学参数，同时更有利于信息的融合。

在操作S302，利用信号处理设备3中的处理单元3-1，对微波信号、电容信号和电阻信号进行信号处理以及融合成像，得到被测流体区域的特征分布图像、并对特征分布图像进行信息提取获得被测流体区域的浓度分布信息、湿度分布信息和流态分布信息。

根据本公开的实施例，由于多个信号采集组件2位于流化床反应器1同一截面，可以同时获取反应过程介电常数和电导率的分布，进而获得浓度和湿度分布信息，将三者图像进行傅里叶变换，通过双树复小波变换，采用加权平均算子法和局部能量特征融合的不同融合规则进行成像融合。具体的每种图像的权重根据流体的湿度、浓度等信息确定，大小值可通过相同介质的静态试验先选择好。融合成像结果包含单一成像模式所不具备的特征，更能反映流体的真实流动状态。

根据本公开的实施例，当管流中被测介质湿度较高或波动较大时，会超出ECT的测量范围，单纯ECT测量结果已不能满足成像要求。这时可以利用MWT能对高湿度介质成像的特点，得到相应物质分布。另外，可以结合ERT测量获得的电导率分布，对测量结果包含介质的复介电常数分布，通过融合分析计算可得到湿度分布。

在操作S303，利用流化介质输送设备4，向流化介质入口1-1处输送预设种类的流化介质，其中预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围。

根据本公开的实施例，预设种类的流化介质包括流化气体和包衣液；预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围包括：流化气体的流速/流量/压力满足第一目标数值范围、包衣液的流速/流量/压力满足第二目标数值范围。

在操作S304，利用控制器5，根据浓度分布信息、湿度分布信息和流态分布信息，控制流化介质输送设备4按照目标数值范围输送预设种类的流化介质。

根据本公开的实施例，控制流化介质输送设备4按照目标数值范围输送预设种类的流化介质包括：调节送风装置4-1的运行工况，以便送风装置4-1向流化介质入口1-1处输送流速/流量/压力满足第一目标数值范围的流化气体；调节包衣液输送装置4-2的运行工况，以便包衣液输送装置4-2向流化介质入口1-1处输送流速/流量/压力满足第二目标数值范围的包衣液。

根据本公开的实施例，预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围还包括：流化气体的温度满足第三目标数值范围；方法还包括：控制温度调节单元的运行工况，以调节流化气体的温度，以便送风装置4-1向流化介质入口1-1处输送温度满足第三目标数值范围的流化气体。

根据本公开的实施例，根据反应进程不同时间，结合温度、湿度、压力传感器，融合ECT/ERT/MWT图像，获得反应过程浓度分布、湿度分布、流型和流态变化，结合控制器反馈控制，调整流化床入口流化速度和入口温度，对反应过程进行调控。本公开可用于流态化颗粒制备过程多相流测量，尤其适用于颗粒湿度变化的反应过程中测量和过程调控。

根据本公开的实施例，本公开采用多个信号采集组件作为硬件设计和信号处理设备作为数字滤波技术克服了不同测量模态之间的相互干扰。首先在数据采集系统设计上，通过特定的多个信号采集组件设计，减少各个模态测量信号之间的相互干扰；信号处理上，采用信号处理设备，减少各种噪声信号对结果的影响，符合抗干扰的要求，成功减少了不同测量模态之间的相互干扰。

图4示意性示出了本公开具体实施例的基于多模层析成像的流化床颗粒制备过程调控示意图；图5示意性示出了本公开具体实施例的基于多模层析成像的流化床颗粒制备过程调控方案流程图。

如图4所示，向流化床颗粒反应器的出口处也即流化床反应器物料的进料口输入制备颗粒所需的物质成分以及溶剂(如图5中S501)。

多个信号采集组件(如ECT/ERT/WMT)采集流化床反应器内部的被测流体区域的微波信号、电容信号和电阻信号(如图5中S502)。

信号处理设备中的处理单元，对微波信号、电容信号和电阻信号进行信号处理以及融合成像，得到被测流体区域的特征分布图像、并对特征分布图像进行信息提取获得被测流体区域的浓度分布信息、湿度分布信息和流态分布信息(如图5中S503)。

利用送风装置和包衣液输送装置(例如蠕动泵和喷嘴)向流化介质入口处输送预设种类的流化气体和包衣液，例如流化气体可以为空气，其中预设种类的流化气体和包衣液的流化参数满足目标数值范围，该流化气体的流化参数可以通过风速、温度等调控，该包衣液的流化参数如流率可以通过蠕动泵流量和压力等调控，该目标数值范围例如可以是根据颗粒制备需要设置的特定条件；流化床颗粒反应器的出口处温度传感器、压力传感器和湿度传感器获取出口的流化风的湿度，建立浓度(或空隙率)循环次数、标准差特征、流化风出口温度、压力和湿度与测量区域流型、流态对应的关系(如图5中S504)。

利用控制器，根据浓度分布信息、湿度分布信息和流态分布信息，控制送风装置和包衣液输送装置按照目标数值范围输送预设种类的流化气体和包衣液的流化参数(如图5中S505)；直到使得流化床反应器按照预定的目标运行(如图5中S506)，最终提高产品的质量并输出产品(如图5中S507)。

如图5所示的流化床颗粒制备过程调控方案可以应用到工程应用中。由于工程应用需要首先将测量的结果进行分析处理，给出需要实施的控制方案，然后通过反馈调节具体的运行参数，这种能在线对运行中的设备进行优化控制或故障诊断，就会导致对所采用的传感器成像速率要求尽可能快，且对被测区域流动的变化要求反应灵敏。考虑到ECT和ERT成像速率可达几百帧每秒，能捕捉到连贯的流体流形演变过程，故在应用本公开进行实时测量时，以ECT和ERT成像结果为主，以MWT的结果为辅，根据需要对图像进行取平均、分割、锐化等操作，再根据预定的评价标准，判断流动状态并诊断故障。

根据本公开的实施例，本公开可以提供优于单一成像模式的流化床颗粒制备过程控制方案，由ECT/MWT/ERT组成的多个信号采集组件测量流化床颗粒制备过程的流型和流态分布，通过对重建图像灰度数据进行处理获取测量区域的空隙率(浓度)和湿度信息分布；克服了以往单一模态成像的不足；利用ECT和ERT成像较快的特点，融合后的系统可以捕捉到介质分布的快速变化，使测量结果更具连续性；利用MWT利于测量介质湿度的特点，融合系统可以在介质湿度很高时，仍然能够正常工作。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种颗粒制备调控系统，包括：

流化床反应器，用于流化制备预定种类颗粒，其中所述流化床反应器设有流化介质入口；

多个信号采集组件，用于采集所述流化床反应器内部的被测流体区域的微波信号、电容信号和电阻信号；

信号处理设备，包括处理单元，其中所述处理单元用于对来自所述多个信号采集组件的所述微波信号、所述电容信号和所述电阻信号进行处理后得到所述被测流体区域的介质分布信息；

流化介质输送设备，用于向所述流化介质入口处输送预设种类的流化介质，其中所述预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围；

控制器，用于根据来自所述处理单元的所述介质分布信息控制所述流化介质输送设备按照目标数值范围输送所述预设种类的流化介质。

2.根据权利要求1所述的颗粒制备调控系统，其中：

所述介质分布信息包括浓度分布信息、湿度分布信息和流态分布信息；

对所述微波信号、所述电容信号和所述电阻信号进行处理后得到所述被测流体区域的介质分布信息包括：

对所述微波信号、所述电容信号和所述电阻信号进行信号处理以及融合成像，得到所述被测流体区域的特征分布图像；

对所述特征分布图像进行信息提取获得进行处理后得到所述被测流体区域的所述浓度分布信息、所述湿度分布信息和所述流态分布信息。

3.根据权利要求1所述的颗粒制备调控系统，其中：

所述预设种类的流化介质包括流化气体和包衣液；

所述预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围包括：所述流化气体的流速/流量/压力满足第一目标数值范围、所述包衣液的流速/流量/压力满足第二目标数值范围；

所述流化介质输送设备包括：

送风装置，用于向所述流化介质入口处输送流速/流量/压力满足所述第一目标数值范围的流化气体；

包衣液输送装置，用于向所述流化介质入口处输送流速/流量/压力满足所述第二目标数值范围的包衣液。

4.根据权利要求3所述的颗粒制备调控系统，其中：

所述预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围还包括：所述流化气体的温度满足第三目标数值范围；

所述送风装置还包括：

温度调节单元，用于调节所述流化气体的温度，以便所述送风装置向所述流化介质入口处输送温度满足第三目标数值范围的流化气体。

5.根据权利要求3所述的颗粒制备调控系统，其中：

所述包衣液输送装置包括蠕动泵和喷嘴，其中所述喷嘴与所述蠕动泵出口连通，所述喷嘴设置于所述流化介质入口处。

6.根据权利要求1所述的颗粒制备调控系统，其中：

所述多个信号采集组件被安装在所述流化床反应器壁面的同一截面高度处。

7.根据权利要求1所述的颗粒制备调控系统，其中：

所述多个信号采集组件在所述流化床反应器壁面的覆盖率为60％-80％。

8.根据权利要求1所述的颗粒制备调控系统，还包括：

温度传感器、压力传感器和湿度传感器；

其中，所述温度传感器、所述压力传感器和所述湿度传感器安装在所述流化床反应器的入口和出口处，用于分别采集所述流化床反应器的入口和出口处的温度数据、压力数据和湿度数据。

9.根据权利要求8所述的颗粒制备调控系统，其中：

所述多个信号采集组件被安装在所述流化床反应器的外壁；

所述温度传感器、所述压力传感器和所述湿度传感器被安装在所述流化床反应器的内壁。

10.根据权利要求9所述的颗粒制备调控系统，其中：

所述控制器，还用于接收来自所述温度传感器、所述压力传感器和所述湿度传感器的所述温度数据、所述压力数据和所述湿度数据，以便根据所述温度数据、所述压力数据和所述湿度数据辅助控制所述流化介质输送设备按照所述目标数值范围输送所述预设种类的流化介质。

11.根据权利要求1所述的颗粒制备调控系统，其中：

所述信号处理设备还包括显示单元，其中所述显示单元用于显示所述特征分布图像。

12.根据权利要求1所述的颗粒制备调控系统，其中：

所述流化床反应器的横截面为圆形或者矩形。

13.根据权利要求1所述的颗粒制备调控系统，其中：

所述微波信号、所述电容信号和所述电阻信号被同时采集和处理。

14.一种利用权利要求1-13任一项所述的调控系统进行颗粒制备调控的方法，包括，在利用流化床反应器流化制备预定种类颗粒的过程中：

利用多个信号采集组件，采集所述流化床反应器内部的被测流体区域的微波信号、电容信号和电阻信号；

利用信号处理设备中的处理单元，对所述微波信号、所述电容信号和所述电阻信号进行处理后获得所述被测流体区域的介质分布信息；

利用流化介质输送设备，向所述流化介质入口处输送预没种类的流化介质，其中所述预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围；

利用控制器，根据所述介质分布信息控制所述流化介质输送设备按照目标数值范围输送所述预设种类的流化介质。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述预设种类的流化介质包括流化气体和包衣液；

所述预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围包括：所述流化气体的流速/流量/压力满足第一目标数值范围、所述包衣液的流速/流量/压力满足第二目标数值范围；

所述控制所述流化介质输送设备按照目标数值范围输送所述预设种类的流化介质包括：

调节送风装置的运行工况，以便所述送风装置向所述流化介质入口处输送流速/流量/压力满足所述第一目标数值范围的流化气体；

调节包衣液输送装置的运行工况，以便所述包衣液输送装置向所述流化介质入口处输送流速/流量/压力满足所述第二目标数值范围的包衣液。

16.根据权利要求15所述的方法，其中：

所述预设种类的流化介质的流化参数满足目标数值范围还包括：所述流化气体的温度满足第三目标数值范围；

所述方法还包括：

控制温度调节单元的运行工况，以调节所述流化气体的温度，以便所述送风装置向所述流化介质入口处输送温度满足第三目标数值范围的流化气体。

Images