[发明专利]基于图像识别原理测量流化床内固体颗粒停留时间分布的方法及其试验台

说明书

本发明提出一种基于图像识别原理测量流化床内固体颗粒停留时间分布的方法及其试验台。采用与床料颗粒颜色不同的颗粒进行示踪，示踪颗粒注入床内后在出料端定期取样，将所有样品在相同光源条件下拍照。对样品图像进行背景消除、颜色增强和灰度调整处理，再通过RGB阈值分割的手段识别表示示踪颗粒的像素，进而计算出图像中示踪颗粒的浓度，结合示踪颗粒浓度随时间的变化规律计算出流化床内的颗粒停留时间分布。本发明的颗粒停留时间分布测量方法操作简单，实验效率高，产生误差的环节少，精确度高。

技术领域

本发明属于气固流态化领域，尤其涉及一种基于图像识别原理测量流化床内固体颗粒停留时间分布的方法。

背景技术

由于气固流化床内固体颗粒强烈的返混，导致固体物料在流化床内停留时间不均。某些流化床工艺过程对固体物料在流化床内的平均停留时间及停留时间分布有十分严格的要求，停留时间过短则导致固体物料的反应转化率过低，停留时间过长则可能导致固体物料的理化性能恶化。因此，在流化床反应器的研发过程中，常常需对固体物料在流化床内的平均停留时间及停留时间分布进行测量，并在此基础上对反应器的结构和操作条件进行优化。高效、高精度的颗粒停留时间分布测量方法对流化床反应器的研发和工程应用都具有重要的意义。

在测量流化床反应器内固体颗粒的停留时间分布时常采用在床料中加入示踪颗粒的手段，测量示踪颗粒的浓度随时间变化的规律，即可得到颗粒的混合状况及停留时间分布。示踪颗粒的选择一般遵循以下原则：

(1)示踪颗粒的物性与流化床中的主体物料的物性基本一致；

(2)示踪颗粒注入时对气固流场干扰小；

(3)应能避免示踪颗粒在流化床中的积累；

(4)示踪颗粒的加入应迅速，且有足够的数量。

有关颗粒示踪的方法已有大量研究，如染色颗粒、盐颗粒、磁颗粒、放射颗粒以及热(冷)颗粒示踪法等。

1.染色颗粒示踪：采用染色剂将床料颗粒染色后作为示踪颗粒。实验步骤为通过脉冲法将示踪颗粒注入流化床，从出口处定时取样，并测定出口处染色颗粒的浓度。对于大颗粒可采用肉眼数颗粒数目的方法，小颗粒一般将颗粒表面的染色剂溶到溶液中，再用分光光度计测定样品溶液中染色剂的浓度，由此计算出被染色的示踪颗粒浓度。该方法的优势在于示踪颗粒的物性与主体物料的物性基本一致，示踪颗粒制备简单，成本可控。

2.盐颗粒示踪：采用盐颗粒(如NH4Cl、KCl等)作为示踪颗粒。取样后将样品称重，溶于定量水，通过测量溶液的电导率进而分析示踪颗粒(盐颗粒)的浓度。

3.热颗粒示踪：实验装置由一个拟稳态的热示踪颗粒注入装置和一个可移动的热敏电阻检测装置组成。实验步骤为利用脉冲注入热示踪颗粒或者由加热线圈引入热量，测得温度曲线，得到热颗粒浓度随时间变化的规律。

4.磁颗粒示踪：利用铁磁性颗粒作为示踪剂，通过测量出料口处磁性强度的变化可得到连续的示踪颗粒浓度变化规律。

5.放射性示踪法：采用放射性NaCO3颗粒、附有Ga的颗粒以及Si放射性同位素等作为示踪颗粒，在出口检测颗粒的放射性强度可得到示踪颗粒的浓度。

6.磷光颗粒示踪：磷光颗粒受到光照后会发出固定频率的光，停止照射后发出余晖，余晖强度随时间减弱。该方法需要闪光装置瞬时发光，并在下游放置收集装置，获得磷光颗粒余辉光的强度信息，计算出颗粒在床内的停留时间。

以上加入示踪颗粒进行测量的方法可分为两类，取样测定法和连续测定法：

取样测定法需对每一份样品进行单独处理，操作繁琐。如采用分光光度计测量时，需要定量取液，使示踪颗粒表面的示踪剂充分溶解，通过标准玻璃比色皿取液后进行吸光度测量，再转化为示踪颗粒浓度；盐颗粒示踪也需定量取液并溶解，再测量导电率，计算出示踪颗粒浓度。