[发明专利]基于液速波动的射流鼓泡反应器气液分散状态检测方法

说明书

本发明公开了一种射流鼓泡反应器内气液分散状态的检测方法，通过测量反应器壁面处液速，根据液速信号的时均值V_ave或标准差STD_v随液体雷诺数的变化规律，确定反应器内的气液分散状态以及气泛与载气状态的临界雷诺数Re_jf、载气与完全分散状态的临界雷诺数Re_jcd。

技术领域

本发明涉及石油化工技术领域，具体涉及一种射流鼓泡反应器气液分散状态的检测方法。

背景技术

射流鼓泡反应器由反应器筒体、设置在反应器筒体顶部的液体喷嘴、设置在所述液体喷嘴下方的气体分布器组成。在射流鼓泡反应器中，利用垂直向下的浸没式液体射流对气泡的剪切破碎作用，可以实现反应器内气液两相的高效混合。随着液体喷嘴出口流速的增加，反应器内气液分散状态依次经历气泛、载气、完全分散等三种流型。其中，气泛状态和载气状态分界点对应的液体喷嘴出口雷诺数称之为泛点液体雷诺数，记为Re_jf，所述载气状态和完全分散状态分界点对应的液体喷嘴出口雷诺数称之为完全分散液体雷诺数，记为Re_jcd。气液分散状态对反应器的性能具有重要影响，气液分散不好会使气液混合效果和气液传质效率变差，反应速率降低。因此准确检测反应器内的气液分散状态对于保证射流鼓泡反应器处于良好的工作状态有着重要意义。

气液反应器中气液分散状态的检测方法有目测法、颜色示踪法、声发射技术等。与此不同，本发明通过测量不同条件下壁面附近液速的变化来判断射流鼓泡反应器内气液分散状态。可用的测量液速的方法有Pavlov管测速法、热模风速计测量法(Hot FilmAnemometry,HFA)、激光多普勒测速法(Laser Doppler Anemometry,LDA)、粒子成像测速法(Partical Image Velocimetry,PIV)等。

发明内容

本发明提供了一种基于液速信号随时间变化特征的射流鼓泡反应器气液分散状态检测方法，可以快速识别不同气液分散状态，包括以下步骤：

步骤1：测量射流鼓泡反应器中的液速信号；

步骤2：对采集的信号进行预处理降噪，并提取液速特征参数：液速时均值V_ave以及液速标准差STD_v；二者的计算公式如下：

式中，N为数据点个数，V_L为液速。

步骤3：通过调整液体流量改变喷嘴处的射流雷诺数，获得液速特征参数随液体喷嘴出口处射流雷诺数的变化曲线；根据所述的变化曲线，确定气泛与载气状态的临界雷诺数Re_jf、载气与完全分散状态的临界雷诺数Re_jcd；

步骤4：比较喷嘴出口液体射流雷诺数Re_j与临界雷诺数Re_jf和Re_jcd，判断反应器内气液分散状态：当Re_j＜Re_jf时，处于气泛状态；当Re_jf≤Re_j≤Re_jcd时，处于载气状态；当Re_j＞Re_jcd时，处于完全分散状态。

其中，根据液速标准差STD_v确定临界雷诺数的步骤包括：调节液体流量，从零开始逐步增大喷嘴出口液体射流雷诺数，记录STD_v随液体喷嘴出口射流雷诺数的变化曲线；STD_v随射流雷诺数的增大，依次出现第一平稳段、上升段、下降段和第二平稳段；分别对STD_V变化曲线中的4个阶段进行线性拟合，根据前两个阶段交点确定泛点射流雷诺数Re_jf1，根据后两个阶段的交点确定完全分散射流雷诺数Re_jcd1。