專利名稱：一種非透明鼓泡床內(nèi)氣含率的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種氣液鼓泡床內(nèi)氣含率的測(cè)量方法，特別適用于常壓或加壓非透明 裝置內(nèi)氣含率的監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
鼓泡床反應(yīng)器憑借其相際接觸面大、傳遞效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而 成為氣液兩相進(jìn)行質(zhì)量、動(dòng)量和能量傳遞及化學(xué)反應(yīng)的重要設(shè)備，廣泛用于化工、石油、環(huán) 境、醫(yī)藥等過程領(lǐng)域。氣含率及其分布直接影響到流型和液體速率分布等流體動(dòng)力學(xué)特性， 進(jìn)而影響到過程的傳質(zhì)和傳熱行為以及產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率和收率。因此，氣含率的確定有助于 理解床內(nèi)介質(zhì)之間的傳質(zhì)和傳熱行為，為適宜反應(yīng)條件的確定提供技術(shù)保障。目前，常用的氣含率測(cè)量方法包括床層膨脹法、光纖法、電導(dǎo)法、射線法和差壓法 等。其中，床層膨脹法最為簡(jiǎn)單和直觀，其通過測(cè)量進(jìn)氣前后床層的高度得到床內(nèi)整體氣含 率，不足之處是僅能用于室溫和常壓的透明鼓泡床裝置；光纖法或電導(dǎo)法能夠獲得較詳細(xì) 的局部氣含率信息，缺陷是一般只能測(cè)量氣速較小時(shí)的情況，氣速較高時(shí)探針容易損壞，此 夕卜，作為接觸式測(cè)量方法，光纖法和電導(dǎo)法都會(huì)對(duì)床內(nèi)流場(chǎng)產(chǎn)生干擾，在直徑較小的鼓泡床 內(nèi)表現(xiàn)的更為明顯；射線法是一種非接觸式測(cè)量方法，原理是根據(jù)射線透過介質(zhì)后產(chǎn)生的 衰減度來計(jì)算床內(nèi)的氣含率，由于射線具有輻射性，因此使用過程中需要較高等級(jí)的安全 措施；差壓法可以測(cè)量非透明鼓泡床內(nèi)的氣含率，但裝置相對(duì)復(fù)雜，并且測(cè)量精度容易受外 界條件干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單的非透明鼓泡床內(nèi)氣含率的測(cè)量方法。本發(fā)明的目的主要通過在待測(cè)非透明鼓泡床體上外接一個(gè)液位計(jì)，通過讀取進(jìn)氣 前、后液位計(jì)示數(shù)，計(jì)算床內(nèi)的氣含率。具體實(shí)施步驟是，鼓泡床內(nèi)液面高度低于液位計(jì)上 端口時(shí)，氣含率計(jì)算公式為ε=^^(1)
tiC若床內(nèi)液面高度高于液位計(jì)上端口時(shí)，氣含率計(jì)算公式為
/jε = 1----(2)
h2其中ε為氣含率；Iitl和h分別為鼓泡床通氣前后對(duì)應(yīng)的液位計(jì)示數(shù)；h2為液位計(jì) 高度；H。為氣體分布板到液位計(jì)下端口的距離。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)□本發(fā)明是非接觸測(cè)量方法，對(duì)鼓泡床的流場(chǎng)沒有任何影響；□能夠用于加壓非透明反應(yīng)器內(nèi)氣含率的測(cè)量；□所需測(cè)量數(shù)據(jù)量少，計(jì)算方法簡(jiǎn)單，易于操作，特別適合于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。


圖1是本發(fā)明氣含率液位計(jì)法兩種不同情況示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中氣含率液位計(jì)法數(shù)據(jù)處理圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例中液位計(jì)法與差壓法比較圖
具體實(shí)施例方式先在鼓泡床內(nèi)加入一定量液體使其液面超過液位計(jì)下端口，并記錄液位計(jì)示數(shù) h0 ；隨后向床內(nèi)通入氣體，液位計(jì)示數(shù)也隨之上升，系統(tǒng)穩(wěn)定后，記錄液位計(jì)示數(shù)h。由于待 測(cè)裝置的非透明特性，無法觀察得到床內(nèi)液面的實(shí)際高度，因此只能通過事先設(shè)置的液位 計(jì)來間接測(cè)量床內(nèi)液面高度。為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，液位計(jì)內(nèi)只能有液相存在。根據(jù) 理論分析，采用此方法測(cè)量氣含率具體為床內(nèi)液位低于和高于液位計(jì)上端口兩種情況(如 圖1所示)。當(dāng)床內(nèi)液位低于液位計(jì)上端口(見圖1A)，根據(jù)壓力平衡方程得PmixgIll= ρ lgh (3)而氣液混合密度為Pmix= Pid-O (4)這里，ρ mix為氣液混合密度，P ！為蒸餾水密度，Ii1為床內(nèi)液位到液位計(jì)下端口距 離，h為膨脹床層對(duì)應(yīng)的液位計(jì)示數(shù)，ε為氣含率。由⑶和(4)可以求得H1 =(5)
-ε又因?yàn)棣?= (6)
K+HcH0 = Hc+h。 (7)其中，Htl為鼓泡床通氣前的靜液面高度，H。為分布板到液位計(jì)下端口的距離，hQ為 鼓泡床通氣前靜止床層對(duì)應(yīng)的液位計(jì)示數(shù)。將(5)、(7)兩式代入(6)式得到
(8) 進(jìn)一步化簡(jiǎn)，得Hc ε 2- (Hc+h-h0) ε -h0+h = 0 (9)
(IO) 由圖IA可知(H。+hQ)大于h，可求解得到式(I)，即 當(dāng)床內(nèi)液位高于液位計(jì)上端口情況時(shí)(見圖1Β)，根據(jù)壓力平衡方程得P mixgh2 = P lgh (11)其中，112為液位計(jì)高度。類似地，可以得到式(2)J2 ⑵結(jié)合圖IA和IB可知，當(dāng)床內(nèi)實(shí)際液位高度恰好位于液位計(jì)上端口的臨界狀況時(shí)， 兩種情況的計(jì)算公式均可適用并且得到的氣含率應(yīng)該相等，由此可以獲得臨界狀況下液位 計(jì)讀數(shù)為=(12)
K Hc即臨界狀況下液位計(jì)讀數(shù)h為
(13)1 + 叢 1 + 墾
K K通過式(13)可以求得每個(gè)靜液高度(H0)所對(duì)應(yīng)的臨界液位計(jì)讀數(shù)(h)。實(shí)驗(yàn)時(shí)， 根據(jù)此臨界液位計(jì)示數(shù)判斷床內(nèi)實(shí)際液位處于何種狀態(tài)，從而選擇與之相匹配的公式計(jì)算 整體氣含率。實(shí)施實(shí)例取靜液高度2. 48米，根據(jù)公式(13)求得液位計(jì)臨界示數(shù)1 + 么 1 + 209 v )
K1 1.00驗(yàn)證時(shí)控制氣速由小變大，分別記錄下不同氣速下的液位計(jì)示數(shù)，此時(shí)液位計(jì)示 數(shù)先增大后減小，所以這個(gè)靜液高度下的實(shí)驗(yàn)包括了以上理論中提到的兩種不同情況。結(jié) 合以上理論，隨著氣速的增大，液位計(jì)示數(shù)不斷增加，此時(shí)用公式(1)計(jì)算氣含率；當(dāng)氣速 繼續(xù)增大，液位計(jì)示數(shù)達(dá)到臨界液位后開始下降趨勢(shì)，此時(shí)再利用公式(2)得到氣含率值。 如圖2所示，本實(shí)施實(shí)例氣含率所得值在虛線左邊采用公式(1)計(jì)算，虛線右邊采用公式 (2)計(jì)算，虛線即為液位計(jì)臨界高度所對(duì)應(yīng)的氣速。圖3為本實(shí)施實(shí)例下液位計(jì)法同差壓法 測(cè)量氣含率值比較圖，由此也可看出液位計(jì)法的可靠性。
權(quán)利要求
一種非透明鼓泡床內(nèi)氣含率的測(cè)量方法，其特征在于通過讀取進(jìn)氣前后的液位計(jì)示數(shù)獲得床內(nèi)氣含率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非透明鼓泡床中氣含率的液位計(jì)測(cè)量方法，其特征在 于，當(dāng)鼓泡床內(nèi)液位低于液位計(jì)上端口時(shí)，由公式∑=n-h0/Hc當(dāng)床內(nèi)液位高于液位計(jì)上端口時(shí)，由公式ε = I-h/h2這里ε為氣含率Λ和h分別為鼓泡床通氣前后對(duì)應(yīng)的液位計(jì)示數(shù)；h2為液位計(jì)高 度；H。為氣體分布板到液位計(jì)下端口的距離。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非透明鼓泡床內(nèi)氣含率的測(cè)量方法。當(dāng)床內(nèi)液位低于液位計(jì)上端口時(shí)，氣含率是當(dāng)床內(nèi)液位高于液位計(jì)上端口，則氣含率為本實(shí)用新型測(cè)量數(shù)據(jù)量少，計(jì)算方法簡(jiǎn)單，易于操作，特別適合于非透明裝置的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G01N7/00GK101865803SQ20101017755
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者張鍇, 楊勇平, 滕陽, 陳宏剛 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)