多相流體系中若干關鍵參數(shù)的聲發(fā)射檢測和應用.pdf

1、化學工業(yè)及其產品在國民經濟中占有重要地位，而化工生產過程中原料和反應后產物的提純、精制等物理處理過程（稱為化工單元操作）是不可缺少的。一種產品從原料到成品的生產過程中，有可能需要經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。隨之產生的問題是設備內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，研究結果對于工業(yè)流化床干燥機和MS

4、MPR的連續(xù)安全生產、優(yōu)化工藝操作和提高產品質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生的AE信號受顆粒濕含量的影響，考察了不同材質（顆粒材質、流化床壁面材質）、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，結合流化床干燥機工廠熱模裝置中得到的AE信號，構建基于聲波主頻的用于預測顆粒濕含量的半機理半經驗模型，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)較大的高頻能量構建了基于聲波能量的濕含量預測模型，經驗證，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、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晶時的亞穩(wěn)區(qū)，提出一種快捷、有效檢測結晶釜中結晶過程亞穩(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晶實驗，同時采集AE信號，通過信號解析獲取