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文檔簡介
1、化學工業(yè)及其產(chǎn)品在國民經(jīng)濟中占有重要地位,而化工生產(chǎn)過程中原料和反應后產(chǎn)物的提純、精制等物理處理過程(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)過程中,有可能需要經(jīng)歷幾個甚至十幾個單元操作的協(xié)同作用。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學技術的進步,各單元操作的設備的設計正朝著多功能、高集成、自動化的方向飛速發(fā)展。隨之產(chǎn)生的問題是設備內(nèi)部高度復雜的流體動力學行為,進而形成具有非線性、多尺度、動態(tài)性等特征的復雜系統(tǒng),給設備內(nèi)部的實時
2、故障檢測與診斷帶來不小的困難。另一方面,傳統(tǒng)檢測手段(溫度、壓力等)僅針對過程的工藝參數(shù)進行采集,難以達到工業(yè)檢測靈敏、準確、及時的高標準,不能滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求。因此,針對上述問題,系統(tǒng)研究各單元操作中所用設備的特征、影響因素以及可能產(chǎn)生的故障及應對策略,開發(fā)一種簡單快捷、靈敏準確的在線檢測技術不僅極富挑戰(zhàn)性,同時也具有重大的理論意義和實用價值。
本論文針對常見的兩個單元操作——干燥和結(jié)晶,分別選取應用廣泛的流化床干
3、燥機和混合懸浮混合排料結(jié)晶釜(mixed suspension mixed product removalcrystallizer, MSMPR)進行研究,在實驗室建立冷模實驗裝置,以先進的無損聲發(fā)射技術為在線測量手段,應用頻譜分析及小波分析等信號分析手段,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(頻譜、能量)之間的定性與定量關系。論文建立了以聲發(fā)射信號為基礎的新型檢測方法和診斷模型,研究結(jié)果對于工業(yè)流化床干燥機和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意義。論文主要開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,建立了針對顆粒濕含量的聲發(fā)射預測模型。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)計學知識,推導了聲波主頻與顆
5、粒物性之間的關系,結(jié)合流化床干燥機工廠熱模裝置中得到的AE信號,構(gòu)建基于聲波主頻的用于預測顆粒濕含量的半機理半經(jīng)驗模型,并且模型預測效果較好。除此之外,對不同濕含量的顆粒撞擊壁面所產(chǎn)生的AE信號進行多尺度解析,選取與濕含量關聯(lián)較大的高頻能量構(gòu)建了基于聲波能量的濕含量預測模型,經(jīng)驗證,模型的均方根誤差僅為0.0422,模型效果較好。進一步探討了影響聲波能量的各個因素,如采樣位置,顆粒物性(材質(zhì)、粒徑),表觀氣速等。
第二,利
6、用壓力脈動技術以及AE技術判別流化床干燥器中干燥物料的流化狀況,對信號進行標準差及平均絕對偏差分析,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中物料流化狀況(鼓泡流化、湍動流化)的方法。在實驗室冷模裝置中,應用該方法獲得了PE以及PVC在流化床干燥器中流化狀況的判據(jù),并針對各操作參數(shù)波動對檢測結(jié)果的影響展開研究。最后,將該方法應用于工業(yè)熱模裝置上針對不同藥物干燥過程進行了應用,取得良好效果。AE信號的標準
7、差值及平均標準偏差值為流化床內(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)的設定,將干燥物料控制在恰好湍動流化的狀態(tài),在達到充分、快速干燥的目的的同時,又能使能耗降到最低,具有廣闊的工業(yè)應用前景。
第三,利用AE技術檢測MSMPR中硫酸鉀及醋酸鈉結(jié)晶時的亞穩(wěn)區(qū),提出一種快捷、有效檢測結(jié)晶釜中結(jié)晶過程亞穩(wěn)區(qū)的方法。在實驗室搭建冷模實驗裝置,分別進行硫酸鉀和醋酸鈉的勻速降溫結(jié)晶實驗,同時采集AE信號,通過信號解析獲取
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