专利名称：一种非透明鼓泡床内气含率的测量方法
技术领域：
本发明属于一种气液鼓泡床内气含率的测量方法，特别适用于常压或加压非透明 装置内气含率的监测。
背景技术：
鼓泡床反应器凭借其相际接触面大、传递效率高、结构简单和操作稳定等优点而 成为气液两相进行质量、动量和能量传递及化学反应的重要设备，广泛用于化工、石油、环 境、医药等过程领域。气含率及其分布直接影响到流型和液体速率分布等流体动力学特性， 进而影响到过程的传质和传热行为以及产品的转化率和收率。因此，气含率的确定有助于 理解床内介质之间的传质和传热行为，为适宜反应条件的确定提供技术保障。目前，常用的气含率测量方法包括床层膨胀法、光纤法、电导法、射线法和差压法 等。其中，床层膨胀法最为简单和直观，其通过测量进气前后床层的高度得到床内整体气含 率，不足之处是仅能用于室温和常压的透明鼓泡床装置；光纤法或电导法能够获得较详细 的局部气含率信息，缺陷是一般只能测量气速较小时的情况，气速较高时探针容易损坏，此 夕卜，作为接触式测量方法，光纤法和电导法都会对床内流场产生干扰，在直径较小的鼓泡床 内表现的更为明显；射线法是一种非接触式测量方法，原理是根据射线透过介质后产生的 衰减度来计算床内的气含率，由于射线具有辐射性，因此使用过程中需要较高等级的安全 措施；差压法可以测量非透明鼓泡床内的气含率，但装置相对复杂，并且测量精度容易受外 界条件干扰。

发明内容
本发明的目的是提供一种简单的非透明鼓泡床内气含率的测量方法。本发明的目的主要通过在待测非透明鼓泡床体上外接一个液位计，通过读取进气 前、后液位计示数，计算床内的气含率。具体实施步骤是，鼓泡床内液面高度低于液位计上 端口时，气含率计算公式为ε=^^(1)
tiC若床内液面高度高于液位计上端口时，气含率计算公式为
/jε = 1----(2)
h2其中ε为气含率；Iitl和h分别为鼓泡床通气前后对应的液位计示数；h2为液位计 高度；H。为气体分布板到液位计下端口的距离。本发明与现有技术相比具有以下优点□本发明是非接触测量方法，对鼓泡床的流场没有任何影响；□能够用于加压非透明反应器内气含率的测量；□所需测量数据量少，计算方法简单，易于操作，特别适合于现场监测。


图1是本发明气含率液位计法两种不同情况示意图；图2是本发明实施例中气含率液位计法数据处理图；图3是本发明实施例中液位计法与差压法比较图
具体实施例方式先在鼓泡床内加入一定量液体使其液面超过液位计下端口，并记录液位计示数 h0 ；随后向床内通入气体，液位计示数也随之上升，系统稳定后，记录液位计示数h。由于待 测装置的非透明特性，无法观察得到床内液面的实际高度，因此只能通过事先设置的液位 计来间接测量床内液面高度。为了保证实验数据的可靠性，液位计内只能有液相存在。根据 理论分析，采用此方法测量气含率具体为床内液位低于和高于液位计上端口两种情况(如 图1所示)。当床内液位低于液位计上端口(见图1A)，根据压力平衡方程得PmixgIll= ρ lgh (3)而气液混合密度为Pmix= Pid-O (4)这里，ρ mix为气液混合密度，P ！为蒸馏水密度，Ii1为床内液位到液位计下端口距 离，h为膨胀床层对应的液位计示数，ε为气含率。由⑶和(4)可以求得H1 =(5)
-ε又因为ε = (6)
K+HcH0 = Hc+h。 (7)其中，Htl为鼓泡床通气前的静液面高度，H。为分布板到液位计下端口的距离，hQ为 鼓泡床通气前静止床层对应的液位计示数。将(5)、(7)两式代入(6)式得到
(8) 进一步化简，得Hc ε 2- (Hc+h-h0) ε -h0+h = 0 (9)
(IO) 由图IA可知(H。+hQ)大于h，可求解得到式(I)，即 当床内液位高于液位计上端口情况时(见图1Β)，根据压力平衡方程得P mixgh2 = P lgh (11)其中，112为液位计高度。类似地，可以得到式(2)J2 ⑵结合图IA和IB可知，当床内实际液位高度恰好位于液位计上端口的临界状况时， 两种情况的计算公式均可适用并且得到的气含率应该相等，由此可以获得临界状况下液位 计读数为=(12)
K Hc即临界状况下液位计读数h为
(13)1 + 丛 1 + 垦
K K通过式(13)可以求得每个静液高度(H0)所对应的临界液位计读数(h)。实验时， 根据此临界液位计示数判断床内实际液位处于何种状态，从而选择与之相匹配的公式计算 整体气含率。实施实例取静液高度2. 48米，根据公式(13)求得液位计临界示数1 + 么 1 + 209 v )
K1 1.00验证时控制气速由小变大，分别记录下不同气速下的液位计示数，此时液位计示 数先增大后减小，所以这个静液高度下的实验包括了以上理论中提到的两种不同情况。结 合以上理论，随着气速的增大，液位计示数不断增加，此时用公式(1)计算气含率；当气速 继续增大，液位计示数达到临界液位后开始下降趋势，此时再利用公式(2)得到气含率值。 如图2所示，本实施实例气含率所得值在虚线左边采用公式(1)计算，虚线右边采用公式 (2)计算，虚线即为液位计临界高度所对应的气速。图3为本实施实例下液位计法同差压法 测量气含率值比较图，由此也可看出液位计法的可靠性。
权利要求
一种非透明鼓泡床内气含率的测量方法，其特征在于通过读取进气前后的液位计示数获得床内气含率。
2.根据权利要求1所述的一种非透明鼓泡床中气含率的液位计测量方法，其特征在 于，当鼓泡床内液位低于液位计上端口时，由公式∑=n-h0/Hc当床内液位高于液位计上端口时，由公式ε = I-h/h2这里ε为气含率Λ和h分别为鼓泡床通气前后对应的液位计示数；h2为液位计高 度；H。为气体分布板到液位计下端口的距离。
全文摘要
本发明提供了一种非透明鼓泡床内气含率的测量方法。当床内液位低于液位计上端口时，气含率是当床内液位高于液位计上端口，则气含率为本实用新型测量数据量少，计算方法简单，易于操作，特别适合于非透明装置的现场监测。
文档编号G01N7/00GK101865803SQ20101017755
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者张锴, 杨勇平, 滕阳, 陈宏刚 申请人:华北电力大学