[实用新型]一种表征颗粒团聚体的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种表征颗粒团聚体的装置，具体地说是一种适用于是化工、冶金、材料、制药、造纸、建筑、食品加工、生物以及环境等应用领域混合搅拌的方法，属于工业技术领域。 

背景技术

混合是化工、冶金、材料、制药、造纸、建筑、食品加工、生物以及环境等应用领域必不可少的关键单元操作之一，冶金工业中的艾萨炉、奥斯麦特、HIsmelt炉等均利用顶吹或者侧吹气体进行搅拌冶炼，金属的浸出过程也大多涉及多相搅拌混合，并且85%的聚合反应器是搅拌设备，还有制药发酵过程几乎全部是搅拌混合。搅拌混合的目的在物理反应过程主要是为了获得混合的均匀度，而在有化学反应参加的搅拌过程中则是为了提高化学反应速率。多相混合过程的理想状态就是尽可能在最短的混合时间达到同质化，或者用户自己定义混合均匀的程度，然而，实际的工业搅拌混合过程很难达到完全的混合均匀，即使经过足够长的混合时间达到所谓的均匀之后，由于混合的异质性导致颗粒运动所形成的块、团聚和洞的波动始终伴随着整个混合过程，直接影响到最终搅拌的质量，这种现象被称之为“伪均匀性”，这种伪均匀性将直接影响后期的产品质量，比如制药中的片剂和胶囊以及复合材料的机械性能，特别是任何细微颗粒在搅拌过程中均会发生团聚现象，根据混合技术相关研究报道，粉体混合技术的发展越来越趋于更细小颗粒的混合，这就对目前可用的测量提出了重大的挑战，然而颗粒越小，团聚就越容易发生，大量的实验证明：特别是单一方向的搅拌（比如艾萨炉等），即便是无死角的混合，细小颗粒在分散过程中也骤然会发生团聚，这种伪均匀始终存在且无法避免。因此，如何准确地度量多相体系宏观混合的伪均匀性，将颗粒团聚体区分开来，对搅拌反应器的混合效果评价及监测控制具有重要意义。 

目前，研究多相体系宏观搅拌混合效果即：混合伪均匀性的主要方法有电导率法、温差法、成分测定法、光学法、计盒维数-腐蚀法、层析成像法和混沌表征法等，其中电导率测量起来简单方便，因此得到较为广泛的应用，然而该方法的缺点是探针的安放位置、个数以及尺寸均带有主观性，这在一定程度上会影响测量混合时间的精度，而且该方法不适合于高粘流体，搅拌介质要求为去离子水，同时，电导电极对搅拌槽的流场有一定的影响。温差法受到热电偶安放位置和个数的影响，同时热电偶的插入一定程度上也对搅拌反应器的流场进行了干扰。成分测定法通过测量某一组分的浓度变化获得混合均匀性的度量，往往需要采样。为了解决这些局限性，利用数字图像处理技术以及非接触式可视化技术来研究多相混合效果成为了热点和主流。随着层析成像技术的发展，例如电子断层成像、正电子发射断层扫描和核磁共振成像等非接触式成像系统能够实时地获取非透明及透明物料搅拌混合过程的图像，使得其在流体混合效果评价方面的研究具有非常大的潜力。Susan T.L.Harrison 等研究者将先进的电阻层析成像技术等应用到多相混合效果的表征，Catharina Wille则利用原子探针断层扫描技术来计算最一般杂质的均匀性分布。国内的学者在多相混合特性方面的研究主要包括利用数值模拟方法、颗粒团离散单元法、光滑粒子动力学法、超声法、概率密度分布法、浓度方差等，这些技术和方法各有优缺点，在一定程度上促进了工业搅拌混合测试技术的发展。以上所述的研究工作主要从混合均匀性的角度去研究搅拌混合效果，而大量的多相搅拌实验结果发现在实际的搅拌混合过程中即便是搅拌充分均匀后，仍然会有块、团聚、洞的波动所导致的伪均匀性现象存在，这种“伪均匀性”特征会伴随混合过程的始终，直接影响着搅拌的混合效果。 

一般而言，多相混合均匀性宏观表现为细小“块”的分散，块的分散度越高混合越均匀，而这些块的分散必定会形成“团聚”，团聚越集中混合均匀度越差，根据这一特性，本专利提出了一种通过可视化技术（电子断层成像技术、核磁共振技术）获取多相流混合图样，再进行二值化处理，通过设定像素个数作为区分团聚体的阈值。本专利对多相体系搅拌宏观混合效果的监控及评价具有现实意义，在方法有效性和实用性上比其他技术极具竞争优势。 

发明内容

本实用新型的目的是克服了以往从混合均匀性的角度去研究搅拌混合效果的不足，提供一种表征颗粒团聚体的装置，具有较高的应用价值的、简单易行，对多相体系搅拌宏观混合效果的监控及评价具有现实意义，在方法有效性和实用性上比其他技术极具竞争优势。 

本实用新型的装置结构包括搅拌槽1、图像采集装置8、计算机6和控制器4，图像采集装置8采集搅拌槽1中多相流混合图样并通过图像采集卡7存储在计算机6中，计算机6连接控制器4，控制器4连接搅拌器2，搅拌器2置于搅拌槽1内。如图1所示。