多相流體系中若干關(guān)鍵參數(shù)的聲發(fā)射檢測(cè)和應(yīng)用.pdf

1、化學(xué)工業(yè)及其產(chǎn)品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，而化工生產(chǎn)過(guò)程中原料和反應(yīng)后產(chǎn)物的提純、精制等物理處理過(guò)程（稱為化工單元操作）是不可缺少的。一種產(chǎn)品從原料到成品的生產(chǎn)過(guò)程中，有可能需要經(jīng)歷幾個(gè)甚至十幾個(gè)單元操作的協(xié)同作用。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各單元操作的設(shè)備的設(shè)計(jì)正朝著多功能、高集成、自動(dòng)化的方向飛速發(fā)展。隨之產(chǎn)生的問(wèn)題是設(shè)備內(nèi)部高度復(fù)雜的流體動(dòng)力學(xué)行為，進(jìn)而形成具有非線性、多尺度、動(dòng)態(tài)性等特征的復(fù)雜系統(tǒng)，給設(shè)備內(nèi)部的實(shí)時(shí)

2、故障檢測(cè)與診斷帶來(lái)不小的困難。另一方面，傳統(tǒng)檢測(cè)手段（溫度、壓力等）僅針對(duì)過(guò)程的工藝參數(shù)進(jìn)行采集，難以達(dá)到工業(yè)檢測(cè)靈敏、準(zhǔn)確、及時(shí)的高標(biāo)準(zhǔn)，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求。因此，針對(duì)上述問(wèn)題，系統(tǒng)研究各單元操作中所用設(shè)備的特征、影響因素以及可能產(chǎn)生的故障及應(yīng)對(duì)策略，開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單快捷、靈敏準(zhǔn)確的在線檢測(cè)技術(shù)不僅極富挑戰(zhàn)性，同時(shí)也具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 本論文針對(duì)常見(jiàn)的兩個(gè)單元操作——干燥和結(jié)晶，分別選取應(yīng)用廣泛的流化床干

3、燥機(jī)和混合懸浮混合排料結(jié)晶釜(mixed suspension mixed product removalcrystallizer, MSMPR)進(jìn)行研究，在實(shí)驗(yàn)室建立冷模實(shí)驗(yàn)裝置，以先進(jìn)的無(wú)損聲發(fā)射技術(shù)為在線測(cè)量手段，應(yīng)用頻譜分析及小波分析等信號(hào)分析手段，系統(tǒng)地研究了顆粒濕含量、顆粒流化狀況、結(jié)晶亞穩(wěn)區(qū)與AE信號(hào)（頻譜、能量）之間的定性與定量關(guān)系。論文建立了以聲發(fā)射信號(hào)為基礎(chǔ)的新型檢測(cè)方法和診斷模型，研究結(jié)果對(duì)于工業(yè)流化床干燥機(jī)和MS

4、MPR的連續(xù)安全生產(chǎn)、優(yōu)化工藝操作和提高產(chǎn)品質(zhì)量都具有重要的指導(dǎo)意義。論文主要開(kāi)展了以下三方面的研究工作:
　　 第一，深入研究了流化床中產(chǎn)生的AE信號(hào)受顆粒濕含量的影響，考察了不同材質(zhì)（顆粒材質(zhì)、流化床壁面材質(zhì)）、不同物性（濕含量、粒徑）、不同操作條件（表觀氣速、氣體溫度等）以及不同采樣位置采集得的AE信號(hào)，建立了針對(duì)顆粒濕含量的聲發(fā)射預(yù)測(cè)模型。首先，按照侯琳熙主頻模型的研究思路，基于碰撞理論以及統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，推導(dǎo)了聲波主頻與顆

5、粒物性之間的關(guān)系，結(jié)合流化床干燥機(jī)工廠熱模裝置中得到的AE信號(hào)，構(gòu)建基于聲波主頻的用于預(yù)測(cè)顆粒濕含量的半機(jī)理半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并且模型預(yù)測(cè)效果較好。除此之外，對(duì)不同濕含量的顆粒撞擊壁面所產(chǎn)生的AE信號(hào)進(jìn)行多尺度解析，選取與濕含量關(guān)聯(lián)較大的高頻能量構(gòu)建了基于聲波能量的濕含量預(yù)測(cè)模型，經(jīng)驗(yàn)證，模型的均方根誤差僅為0.0422，模型效果較好。進(jìn)一步探討了影響聲波能量的各個(gè)因素，如采樣位置，顆粒物性（材質(zhì)、粒徑），表觀氣速等。
　　 第二，利

6、用壓力脈動(dòng)技術(shù)以及AE技術(shù)判別流化床干燥器中干燥物料的流化狀況，對(duì)信號(hào)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差及平均絕對(duì)偏差分析，獲得臨界流化氣速Uc以及臨界濕含量Mc，提出一種快捷、有效判斷流化床干燥機(jī)中物料流化狀況（鼓泡流化、湍動(dòng)流化）的方法。在實(shí)驗(yàn)室冷模裝置中，應(yīng)用該方法獲得了PE以及PVC在流化床干燥器中流化狀況的判據(jù)，并針對(duì)各操作參數(shù)波動(dòng)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響展開(kāi)研究。最后，將該方法應(yīng)用于工業(yè)熱模裝置上針對(duì)不同藥物干燥過(guò)程進(jìn)行了應(yīng)用，取得良好效果。AE信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)

7、差值及平均標(biāo)準(zhǔn)偏差值為流化床內(nèi)流型的判斷提出了便利的判據(jù)，有利于流化床干燥器操作參數(shù)的設(shè)定，將干燥物料控制在恰好湍動(dòng)流化的狀態(tài)，在達(dá)到充分、快速干燥的目的的同時(shí)，又能使能耗降到最低，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
　　 第三，利用AE技術(shù)檢測(cè)MSMPR中硫酸鉀及醋酸鈉結(jié)晶時(shí)的亞穩(wěn)區(qū)，提出一種快捷、有效檢測(cè)結(jié)晶釜中結(jié)晶過(guò)程亞穩(wěn)區(qū)的方法。在實(shí)驗(yàn)室搭建冷模實(shí)驗(yàn)裝置，分別進(jìn)行硫酸鉀和醋酸鈉的勻速降溫結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，同時(shí)采集AE信號(hào)，通過(guò)信號(hào)解析獲取