[发明专利]用于监测多相流体的至少一个特性的系统和方法

说明书

公开了一种用于监测多相流体的至少一个特性的系统。该系统包括：被浸没在多相流体内并限定位于其间的样本区域的至少一对电极；被配置为产生电信号并在该至少一对电极上施加电信号的信号发生装置；被配置为测量样本区域中多相流体的电气参数的测量装置，所测量的电气参数响应于该至少一对电极之间的电流的流动而被引起变化；以及被配置为计算相对阻抗数据的处理器，该相对阻抗数据对应于在第一选定频率点测量的样本区域内的多相流体的至少一种相成分的电阻抗的幅度相对于在第二选定频率点测量的至少一种其它相成分的电阻抗的幅度的比率，其中，相对阻抗数据的变化的值或程度与多相流体的所述至少一种相成分的至少一个特性成比例。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于监测多相流体的至少一个特性的系统和方法。

本发明主要被开发用于基于对从多相流体获得的电阻抗测量值的分析的对涉及多相流体的工业过程的在线监测，并且将在下文中参考本申请进行描述。

以下对本发明背景的讨论旨在促进对本发明的理解。然而，应该理解的是，该讨论并不是确认或承认所提及的任何材料在本说明书的任何一项权利要求的优先权日已经在澳大利亚或任何其他国家被出版、已知或是公知常识的一部分。

发明背景

在许多涉及多相流体混合物的工业过程中，其中组分和混合物可以是静止的、在浴中移动的或连续流动的，迫切需要用于监测多相流体混合物的特性的精确且廉价的方法和手段。通常还希望这些方法和手段具有关于过程的在线工作的能力。

例如，在煤和矿石的重介质分离方面，期望监测在含水的浆中重介质的密度或悬浮细(fine)致密(dense)颗粒的体积分数。目前，有两种技术用于测量重介质的密度，第一种采用核计量器(nucleonic gauge)，而第二种采用差压传感器(DP传感器)。核计量器可以用来测量重介质的密度。由于核子源的放射性性质，使用核子源存在许多职业健康和安全(OHS)问题。DP传感器的主要缺点是与频繁冲洗主管路上的分接点(tapping point)以防止堵塞和信号丢失相关的高维护成本。与DP传感器相关的另一个问题是需要适当设计垂直管段。因此，没有简单的市售在线监测器能够监测含有水、磁铁矿和细非磁铁矿固体的浆混合物的介质密度。

泡沫浮选是在包括矿物加工、纸张回收和废水处理工业在内的许多工业中采用的一种工艺，用于选择性地从亲水材料中分离疏水材料，从而从矿石或原材料中浓缩有价值的成分。特别是，这种泡沫浮选工艺在煤炭工业中被广泛用于从矸石颗粒中分离精煤。

泡沫浮选通常包括使用空气注入通过在容器内的含有水、矿物和矸石颗粒的浆。分散的气泡吸引疏水的有价值的矿物，并将其向上带到浮选池的顶部，在那里它们形成包含并支撑粉碎矿物的泡沫床或泡沫层。然后，泡沫被刮去或被允许流过池的边缘以实现分离。如此浓缩的含矿物泡沫被收集并进一步被加工以提高所需矿物的浓度。因此，泡沫浮选工艺的使用不仅提高了煤炭产量，还提高了质量。然而，由于缺乏合适的传感器，煤浮选工艺通常是在没有监测泡沫相中的相关特性的情况下进行的。浮选工艺的泡沫相中的物理化学条件(即泡沫结构稳定性、气泡-水界面条件、固体含量和水含量)通常随着试剂添加、煤-气泡附着、通气(aeration)速率和泡沫洗涤水(froth wash-water)速率的变化而变化。这些物理化学条件可以反映在测量的电气性质和介电性质(例如电阻抗)中。因此，对泡沫相的电阻抗的监测将为煤浮选工艺的在线监测提供额外的工具。

发明人以前认识到并报道过(Hu和Firth，2002；国际专利申请号PCT/AU2004/000187(专利公开号WO2004/077036)，Hu和Firth，2005)，从含有水、磁铁矿、煤和/或砂的煤浆中获得的浆混合物的电阻抗谱(EIS)的在线测量是测量重介质中细磁铁矿颗粒的介质密度或体积分数的有用技术，并且EIS的测量也可用于监测浮选工艺。然而，这些测量是使用电阻抗谱仪在很宽的频率范围(10Hz到1MHz)内获得的，这明显是缓慢和昂贵的。