CN1479865A - 利用光反射测量流动散料的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用光反射测量在管道中流动的散料的装置和方法，该管道具有至少一个由透光材料构成的窗口(24a、24b、24c)，一个分析仪(19)，该分析仪安置在该至少一个窗口外侧，用于发射光和测量由管道中的散料反射的光，其特征在于，该管道具有一个弯管，该弯管在它的入口端有一个第一管件(14)，并在它的出口端有一个第二管件，至少一个窗口设置在弯管外侧的板(9)上，该板与第一管件的轴线成一定角度安置。
Description
本发明涉及一种利用光反射测量在管道中流动的散料特性的装置和方法，并涉及这种装置的应用。
当管道具有一个透光窗，通过使用光，如紫外线、可见光或红外线，对在管道中流动的散料进行测量是可能的，例如粉末粒度、颜色、化学成分、化学和物理特性等。
例如，NIR是红外线的子区域并为了测量在气动或重力传送管道中的聚烯烃粉末的近红外线(NIR)光谱，在管道壁中嵌入一个蓝宝石窗口，并且在窗口外侧设有一个分析仪，该分析仪发射并测量由管道内的散料反射的红外射线。然而，对于定性分析和定量分析，NIR光谱的质量都很差。
DE4014739C2公开了一种利用光透射测量在管道中流动的液体中的固体颗粒的光吸收。该装置有一个弯曲的管道部分。测量元件安装在该弯曲部分的一个区域内，在该区域产生比其它区域更高的流速以防止固体沉淀在发射器间，该发射器通过液体发射光到测量元件的相对探测仪。
本发明的目的在于提供在管道中流动的散料的高质量反射光谱。
这一目的是通过使用一个管道而实现的，该管道具有一个弯管、至少一个在弯管外侧的平板或平面上的窗口以及窗口外侧的一个光反射分析仪，从而通过窗口发射的光被散料反射并由分析仪探测器测量，平板在弯管的入口端和出口端之间布置为使得使从入口端进入的散料由平板偏转反射到弯管的出口端。
该弯管优选地是用来90°连接两个管道的弯管，特别是依照US-A-5288111的弯管，该弯管是一个90°弯管，适合于在传送管中使用并且具有一个内部弯管端和一个外部弯管端，该弯管包括：一个用于连接管道的第一管件(Pipe section)或管座；一个第一管道部分(Pipeportion)，确定了一个轴线并连接于所述的管件，所述的第一管件包括一个扩口式管道壳，该管道壳在内部弯管端延伸而为所述的第一管件提供一个截面扩展部，该截面扩展部沿远离所述的第一管件的方向扩展；一个管道弯头，包括一个在内部弯管端连接于所述的扩口式管道壳的扇形管道壳；一个第二管道部分，包括一个圆柱形壳，该圆柱形壳在所述的内部弯管端连接于所述的扇形管道壳，和一个锥形管道壳，该锥形管道壳在外部弯管端连接于所述的圆柱形壳而为所述的第二管道部分提供一个沿远离所述的扇形管道壳的方向的截面收缩；所述的管道弯头进一步包括一个挡板，该挡板安置在所述的第一管道部分和所述的第二管道部分之间并在外部弯管端连接到该处，并且相对于所述的第一管件的所述轴线成55°到65°之间的角而定向；以及一个第二管件，该第二管件连接于所述的第二管道部分，用于连接另一个管道。
当然，其它的弯管形式也是可能的。
依照US-A-5288111的弯管是特别优选的，因为透光窗可以容易地被嵌入挡板内以形成用于光反射测量的窗口，而且因为产物在挡板上的撞击首先保证当建立起用于光反射的移动产物层时，在充分具有代表性的产品样本上所做的测量，其次保证窗口的自清洁作用。
虽然90°的弯管是优选的，但弯管可以具有其它角度。一般地，根据本发明，在弯管外侧的上面安装有反射分析仪的透光窗相对于第一管件的轴线以大于30°到小于80°之间的角度安置。
另外，为在板上把进入的散料偏转反射到弯管的出口端，板必须在入口端处倾斜于管件的轴线，其倾斜角度优选为比第一和第二管件的轴线之间的角度至少小20°。
然而，当使用90°弯管时，窗口板优选地以相对第一管件的轴线成55°到65°之间的角度安置。
优选地，弯管的横截面从第一管件到90°弯管上的板增加。对于截面扩展，尤其在90°弯管中，位于第一管件和窗口板之间的第一管道部分包括一个扩口式管道壳，该扩口式管道壳在内部弯管端延伸，沿离开第一管件的方向扩展。
弯管的第一和第二管件可被安置在同一高度或不同的高度。例如，在弯管入口端的第一管件轴线以及在出口端的第二管件轴线可位于相同的水平面内，或者在90°弯管的情况下，第一管件的轴线可被水平安置而第二管件的轴线可被垂直安置。
依据本发明，从弯管的入口端进入的散料被窗口板偏转反射到弯管的出口端，从而在窗口前形成一个连续移动层，该移动层非常平滑从而可以获得有效的反射光谱。另外，散料在窗口板的撞击有自清洁作用。
根据本发明用于测量的光可以是被通过窗口的散料反射的任何光或射线。就是说，紫外线、可见光或红外线可用于通过弯管的挡板上的窗口进行各种测量，例如粉末粒度、颜色、化学成分、化学和物理特性等。
本发明尤其适合于用红外线光谱测量在管道中流动的散料，即，特别是对于粒状物、粉末或小球状物料。在这种情况下，至少一个窗口由可透红外线材料构成，并且分析仪发射红外射线并测量被管道中的散料反射的红外射线。
安置在窗口或挡板外侧的红外线分析仪可以是用于反射固体红外线光谱的任何分析仪，特别是商用近红外线反射红外线分析仪。例如，可用AOTF(声光可调滤波器)分光计作为反射红外线分析仪。
利用本发明的装置测量的散料可以是任何散料，特别是粉末、粒状或小球状形式的散料。散料可具有用于气动传送系统的任何粒度。作为用于气动传送系统的传送气体，可以使用例如空气、氮气、氧气、丙烷、丙烯以及这些气体的混合物。
粉末和粒状物的近红外线光谱显示出特别高的改进。
管道中散料固体与气体的体积比优选地为1∶10到50∶1，特别地为1∶1到8∶1。
本发明的装置可用于测量在管道中流动的无机的或有机的散料的物理或化学特性，该测量是由紫外线、可见光或红外线通过光反射而进行的，这些光特别是从10-8到10-1厘米，优选为从10-5到10-2厘米。各种光反射都可使用，包括荧光和拉曼光谱。尤其可用红外线分析，特别是红外线区域的近红外线子区域。例如，可控制散料的性质。特别在生产散料的过程中，可依据本发明分析散料。这种过程是，例如，以散料的形式获得聚合物的聚合过程。本发明特别优选的应用是如乙烯或丙烯的聚合物或共聚物的聚烯烃的分析。
嵌入有弯管的管道可具有任何适合于气动传送应用的内径。
当管道中散料的传送被停止然后又重新启动时，散料可能被分别阻塞在某个窗口或多个窗口前。这样，可以利用诸如具有5到30巴高压的氮气的气流汽冲来使窗口前的散料运动起来。一旦汽冲一段时间，散料开始流动并在没有进一步汽冲的情况下保持流动。
然而，当在弯管入口的第一管件的内径被圆锥形缩减的挡板所限制时，可以省略汽冲，该挡板加速散料的流动以使散料在客口前运动起来。那意味着，通过减小至少第一管件的内径，起初阻塞窗口的问题可被克服。
就是说，物料的流动取决于正确的流动模式、质量流量和速度。可用气流汽冲来解决在窗口上没有足够物料存在的问题，或利用额外约束来改变流动模式或流速。
然而，在窗口前的移动产物层的合适的流动和形成可通过改变入口管的直径为伽马弯头和/或通过用传送气体汽冲伽马弯头而更改。
现在将参考附图描述本发明装置的一个优选实施例，图中：
图1为根据本发明的装置的透视图；
图2为图1装置的纵剖面示意图；
图3为窗口的平面图；以及
图4为近红外线光谱。
根据图1和2，一个用于以90°连接管道(图中未示出)的弯管包括一个圆柱形管座或管件1，该管件1具有用于连接管道的法兰2。在它的法兰远端，管件1连接于一个第一管道部分3。如图2所示，第一管道部分3有一个圆柱形壳4，该圆柱形壳4在外侧弯管端延伸并在内侧弯管端连接于一个扩口式上壳5。这样，第一管道部分3有一个沿箭头6所指示的流动方向连续扩展的截面面积。紧接管道部分3之后是一个管道弯头7，该管道弯头7在内侧弯管弧上包括一个扇形管道壳8以及在外侧弯管弧上包括一个相对于管道壳8的挡板9。挡板9由多个合适的片连接到扇形管道壳8以形成一个封闭的截面区域。管道弯头7后紧跟着一个第二管道部分11，该第二管道部分11包括一个在内侧弯头端延伸的圆柱形壳12，该圆柱形壳12连接于一个在外侧弯头端延伸的缩口式壳13从而管道部分11的截面面积是连续减小的。管道部分11终止于和随后的管座或管件14的标称直径相应的一个直径，该管座或管件14具有一个用于连接另一个管道(图中未示出)的法兰15。
如图2所示，锥形壳5的锥角和/或第一管道部分3的长度选择为，沿箭头6传送的散料颗粒17总是分离于第一管道部分3区域内的管壁表面。而且，传送速度通过这个截面延伸被减小。
紧密固定在板9的切口上的是一个圆盘18，该圆盘18具有紧密固定的可透近红外线材料的圆盘或平板24a、24b和24c(图3)，这些圆盘或平板用作由近红外线分光计或分析仪19(图1中一部分从该处断开)反射红外线光谱的窗口。
板9相对第一管件1的轴线21成55°和65°之间的角度α安置在弯管的入口端。因为第一管件的轴线21和第二管件14的轴线22之间的角度是90°，所以角α小大约25°到35°。
如图3所示，圆盘18由螺栓23紧密固定于板9。另外，窗口24a安置在圆盘18的中心，而另外的圆盘24b和24c则沿不同的方向和不同的距离从中心径向偏置。
设置有一个或多个圆盘24a、24b和24c，因为最佳的颗粒流动是不可预测的。然而，提供达到圆盘或盖18的几乎整个区域的窗口也是可能的。散料的非常可能的密集的流动由位于12点位置的窗口24a获得。
第一管道部分3的出口端的直径D是第一管道部分3的入口端直径d的1.2到1.5倍。板9的入口端的前缘和第一管道部分3的出口端之间的距离a至少相当于直径D。板9以最小距离a隔开于扇形管道壳，该距离a不能显著超过直径D。板9具有相当于直径d的1.5倍到2倍的长度1。第二管道部分11以和第一管道部分3相同的方式设计，即具有相同的结构和相同的尺寸。
如图2所示，一个直径递减的漏斗25可被嵌入第一管道部分3中用于加速流动速度。另外，如图2所示，一个进气管26可设置在第一管道部分3中，指向挡板9，以便使流动模式的长期或短期的改变成为可能。
实际上，典型的操作状况例如如下：
采集状况：在大约0.2到大约1巴下，大约50到大约90摄氏度，特别地，在大约0.45巴标准规格下大约70摄氏度
产物通过量：大约5到80吨/小时，特别地大约25.5吨/小时
固体与气体比例：大约1.0到3.0，特别地大约1.6
弯管入口处的产物速度：10到大约60米/秒，特别地大约30米/秒
缩小的挡板出口处的产物速度：20到60米/秒，特别地大约40米/秒
这些状况特别应用于具有254毫米到356毫米(10到20英寸)直径的具有30％锥形递的挡板的第一和第二管件的弯管：
以下例子作为本发明的进一步说明。
示例
用如图1至3所示的具有一个AOTF分光计作为分析仪19的装置采集近红外线光谱。可用蓝宝石窗口作为窗口24a、24b、24c。
第一和第二管件1和14的内径分别为356毫米(12英寸)。
当散料流动通过管道，使用聚丙烯粉末制作图4的近红外线光谱A。流速为30米/秒。固体与气体的体积比为4.0。
对照例
重复上面的例子，不过，使用了一个不同的装置，即，一个直径为356毫米(12英寸)的管道，该管道具有一个半径为4.50米的圆形90°弯头和一个位于该弯头外缘中间的窗口。获得的近红外线光谱B如图4所示。
如可清楚地看到的，与光谱B相比光谱A表现出信噪比有很大的改进。
Claims (17)
1.一种利用光反射测量在管道中流动的散料的装置，该管道具有至少一个由透光材料构成的窗口(24a、24b、24c)，一个分析仪(19)，该分析仪安置在该至少一个窗口外侧，用于发射光并测量由管道中的散料反射的光，其特征在于，该管道具有一个弯管，该弯管在它的入口端有一个第一管件(1)并在它的出口端有一个第二管件(14)，该至少一个窗(24a、24b、24c)设置在弯管外侧的板(9)上，该板(9)与第一管件(1)的轴线(21)成一定角度(α)安置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，管道中流动的散料用近红外线光谱测量，该至少一个窗口由可透近红外线材料构成，并且分析仪(19)发射近红外射线并测量由管道中的散料反射的近红外射线。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，管道中流动的散料用可见光光谱测量，该至少一个窗口由可透可见光材料构成，并且分析仪(19)发射可见光并测量由管道中的散料反射的可见光。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，板(9)与第一管件(1)的轴线(21)成30°到80°之间的角度(α)安置。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，板(9)与第一管件(1)的轴线(21)所成的角(α)比第一和第二管件(1，14)之间的角至少小20°。
6.根据前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，弯管的截面(d，D)从管件(1)到板(9)增大。
7.根据前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，一个直径递减的漏斗(25)嵌在第一管道部分(3)中，用来加速流速。
8.根据前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，进气管(26)设置在第一管道部分(3)中，指向挡板(9)，以能够改变流动模式。
9.根据前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，管道是气动传送管道。
10.根据前述权利要求的任一项所述的装置，其特征在于，弯管的第一和第二管件(1，14)以相同或不同的高度安置。
11.一种利用光反射测量在管道中流动的散料的方法，该管道具有至少一个由透光材料构成的窗口(24a、24b、24c)，一个分析仪(19)，该分析仪安置在该至少一个窗口(24a、24b、24c)的外侧，用于发射光并测量由散料在管道内反射的光，其特征在于，该至少一个窗口(24a、24b、24c)形成在管道中弯管外侧的板(9)上，该板(9)将从弯管的入口端进入的散料偏转反射到弯管的出口端。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在管道中流动的散料由近红外线光谱测量，可透近红外线材料用于该至少一个窗口，并且分析仪(19)发射近红外射线并测量由管道中的散料反射的红外射线。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，粉末、粒状物和/或小球状物用作散料。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，在管道中散料固体与气体的体积比为1∶10到30∶1。
15.利用权利要求1至10中任一项所述的装置测量管道中作为散料流动的聚合物的特性的应用。
16.利用权利要求1至10中任一项所述的装置进行聚合过程的应用，其中通过该过程聚合物作为散料被去除。
17.根据权利要求15或16所述的应用，其特征在于，聚合物是聚烯烃。
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