本发明公开了一种固定床反应器气相停留时间分布测定系统及方法，所述系统包括：气体质量流量计，其用以实时检测进入固定床反应器的气体的质量值以及流量值；压力传感器，其用以实时检测固定床反应器进/出口两侧的压力变化电信号；数据采集器，其用以以所设定的采样频率采集所述压力变化电信号所对应的数字信号以及数据计算单元，其用以基于各所述数字信号获取固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线。本发明解决了RTD测定方法中要么成本太高操作复杂如质谱，要么响应时间过长精度不够，无法真实反映示踪剂的浓度变化的弊端。
1.一种固定床反应器气相停留时间分布测定系统，其特征在于，包括：气体质量流量计，其用以调节进入固定床反应器的气体的质量流量值；
压力传感器，其用以实时检测固定床反应器进/出口两侧的压力变化电信号；
数据采集器，其用以以所设定的采样频率采集所述压力变化电信号所对应的数字信号；
以及数据计算单元，其用以基于各所述数字信号获取固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线；
压降计算模块，其用以获取每一采样时刻所对应的压降值；
流速计算模块，其用以基于所述压降值获取每一采样时刻所对应的流速值；
分布曲线绘制模块，其用以基于所获取的流量值绘制固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线。
2.根据权利要求1所述的固定床反应器气相停留时间分布测定系统，其特征在于：所述压降计算模块基于所预置的压降计算模型计算出所述压降值，其对应的计算模型为：其中，ΔP表示压降，λ表示摩擦系数，l表示固定床反应器内部所对应的当量长度，d表示固定床反应器内部所对应的当量直径，ζ表示固定床反应器内部所对应的局部阻力系数，∑ζ表示固定床反应器内部所对应的总阻力系数，u表示进入固定床反应器内部的气体流速，ρ表示气体的流体密度。
3.根据权利要求2所述的固定床反应器气相停留时间分布测定系统，其特征在于：所述流速计算模块基于所预置的流速计算模型计算出所述流速值，其对应的计算模型为：其中，un表示某一压降值所对应的流速值；
且由于固定床反应器内采用同种气体进行检测，则常数C为
4.根据权利要求3所述的固定床反应器气相停留时间分布测定系统，其特征在于：所述分布曲线绘制模块基于所预置的流量计算模型、曲线计算模型绘制出气相停留时间分布曲线，其对应的流量计算模型为：其中，Qn表示采样频率为n时的流量值；
其中，E(t)表示随停留时间t变化的停留时间分布函数，其为无量纲参数，m表示固定床反应器内部气体的质量，C(t)表示随停留时间t变化的气体的浓度，Q总表示任意选取e秒内进入固定床反应器的气体流量值。
5.一种固定床反应器气相停留时间分布测定方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、通过气体质量流量计实时检测进入固定床反应器的气体的质量值以及流量值；并通过压力传感器实时检测固定床反应器进/出口两侧的压力变化电信号；
S2、通过数据采集器以所设定的采样频率采集所述压力变化电信号所对应的数字信号；
S3、通过数据计算单元，基于各所述数字信号获取固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线；
S31、通过压降计算模块获取每一采样时刻所对应的压降值；
S32、基于所述压降值，通过流速计算模块获取每一采样时刻所对应的流速值；
S33、基于所获取的流量值，通过分布曲线绘制模块绘制出固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线。
6.根据权利要求5所述的固定床反应器气相停留时间分布测定方法，其特征在于：所述压降计算模块基于所预置的压降计算模型计算出所述压降值，其对应的计算模型为：其中，ΔP表示压降，λ表示摩擦系数，l表示固定床反应器内部所对应的当量长度，d表示固定床反应器内部所对应的当量直径，ζ表示固定床反应器内部所对应的局部阻力系数，∑ζ表示固定床反应器内部所对应的总阻力系数，u表示进入固定床反应器内部的气体流速，ρ表示气体的流体密度。
7.根据权利要求6所述的固定床反应器气相停留时间分布测定方法，其特征在于：所述流速计算模块基于所预置的流速计算模型计算出所述流速值，其对应的计算模型为：其中，un表示某一压降值所对应的流速值；
且由于固定床反应器内采用同种气体进行检测，则常数C为
8.根据权利要求7所述的固定床反应器气相停留时间分布测定方法，其特征在于：所述分布曲线绘制模块基于所预置的流量计算模型、曲线计算模型绘制出气相停留时间分布曲线，其对应的流量计算模型为：其中，Qn表示采样频率为n时的流量值；
其中，E(t)表示随停留时间t变化的停留时间分布函数，其为无量纲参数，m表示固定床反应器内部气体的质量，C(t)表示随停留时间t变化的气体的浓度，Q总表示任意选取e秒内进入固定床反应器的气体流量值。
一种固定床反应器气相停留时间分布测定系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于化工工程技术领域，具体的说是涉及一种固定床反应器气相停留时间分布测定系统及方法。
背景技术
[0002] 停留时间分布(RTD)是连续操作反应或分离设备性能的重要参数之一；其中流体微团从进入设备到离开设备所经历的见时间称作停留时间，但由于流体在设备内流速分布不均、流体的扩散以及设备内存在死区等因素，致使各流体微团在设备中的停留时间长短不一，从而形成了停留时间分布。
[0003] 目前RTD测定所采用的方法主要是示踪响应法，即在设备入口以一定的方式放入示踪剂，然后通过测量设备出口处示踪浓度的变化，间接的描述反应器内流体的停留时间。但该方法对于浓度检测的装置响应时间和精度要求较高，尤其对于气相流体来说，目前的浓度检测器对于在线式的浓度检测要么成本太高操作复杂如质谱，要么响应时间过长精度不够，无法真实反映示踪剂的浓度变化。
发明内容
[0004] 鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种固定床反应器气相停留时间分布测定系统，该系统通过利用同一反应器内气相压降的变化与浓度呈线性关系，将复杂的浓度检测转变为简单的进出口压降测量进而达到无需测量示踪气体的浓度，即可快速测定气相停留时间分布情况。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案：
[0006] 一种固定床反应器气相停留时间分布测定系统，包括：
[0007] 气体质量流量计，其用以调节进入固定床反应器的气体的质量流量值；
[0008] 压力传感器，其用以实时检测固定床反应器进/出口两侧的压力变化电信号；
[0009] 数据采集器，其用以以所设定的采样频率采集所述压力变化电信号所对应的数字信号；
[0010] 以及数据计算单元，其用以基于各所述数字信号获取固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线。
[0011] 基于上述方案，进一步优选的，
[0012] 所述数据计算单元至少包括：
[0013] 压降计算模块，其用以获取每一采样时刻所对应的压降值；
[0014] 流速计算模块，其用以基于所述压降值获取每一采样时刻所对应的流速值；
[0015] 分布曲线绘制模块，其用以基于所获取的流量值绘制固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线。
[0016] 基于上述方案，进一步优选的，
[0017] 所述压降计算模块基于所预置的压降计算模型计算出所述压降值，其对应的计算模型为：
[0018]
[0019] 其中，ΔP表示压降，λ表示摩擦系数，l表示固定床反应器内部所对应的当量长度，d表示固定床反应器内部所对应的当量直径，表示固定床反应器内部所对应的局部阻力系数， 表示固定床反应器内部所对应的总阻力系数，u表示进入固定床反应器内部的气体流速，ρ表示气体的流体密度。
[0020] 基于上述方案，进一步优选的，
[0021] 所述流速计算模块基于所预置的流速计算模型计算出所述流速值，其对应的计算模型为：
[0022]
[0023] 其中，un表示某一压降值所对应的流速值；
[0024] 且由于固定床反应器内采用同种气体进行检测，则常数C为
[0025]
[0026] 基于上述方案，进一步优选的，
[0027] 所述分布曲线绘制模块基于所预置的流量计算模型、曲线计算模型绘制出气相停留时间分布曲线，其对应的流量计算模型为：
[0028]
[0029] 其中，Qn表示采样频率为n时的流量值；
[0030] 其对应的曲线计算模型为：
[0031]
[0032] 其中，E(t)表示随停留时间t变化的停留时间分布函数，其为无量纲参数，m表示固定床反应器内部气体的质量，C(t)表示随停留时间t变化的气体的浓度，Q总表示任意选取e秒内进入固定床反应器的气体流量值。
[0033] 本发明的另一目的是要提供一种固定床反应器气相停留时间分布测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0034] S1、通过气体质量流量计实时检测进入固定床反应器的气体的质量值以及流量值；并通过压力传感器实时检测固定床反应器进/出口两侧的压力变化电信号；
[0035] S2、通过数据采集器以所设定的采样频率采集所述压力变化电信号所对应的数字信号；
[0036] S3、通过数据计算单元，基于各所述数字信号获取固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线。
[0037] 基于上述方案，进一步优选的，
[0038] 所述S3至少包括：
[0039] S31、通过压降计算模块获取每一采样时刻所对应的压降值；
[0040] S32、基于所述压降值，通过流速计算模块获取每一采样时刻所对应的流速值；
[0041] S33、基于所获取的流量值，通过分布曲线绘制模块绘制出固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线。
[0042] 与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0043] 本发明相较于传统通过测定示踪气浓度测定停留时间测试方法，其只需一种气体，无需额外示踪气，不需要气体浓度采集，大大降低了由于气体浓度器所带来的误差，简化测试流程，提高测试精度，测试结果足以满足对固定床反应器内部气体流动形态的判断，可很好反应出固定床反应器内部流动形态，如显示出沟流、短路、循环流等异常流动形态。
附图说明
[0044] 图1为本发明所述系统对应的结构示意图；
[0045] 图2为本发明所绘制出的停留时间分布效果示意图。
[0046] 图中：1、气体质量流量计，2、固定床反应器，3、压力传感器，4、数据采集器，5、数据计算单元(即上位机)。
具体实施方式
[0047] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048] 鉴于现有技术所存在对于在线式的浓度检测要么成本太高操作复杂如质谱，要么响应时间过长精度不够，无法真实反映示踪剂的浓度变化问题。
[0049] 本发明通过利用同一反应器内气相压降的变化与浓度呈线性关系的设计原理，设计了一种将复杂的浓度检测转变为简单的进出口压降测量且无需测量示踪气体的浓度的固定床反应器气相停留时间分布测定系统。
[0050] 具体如图1，其包括：气体质量流量计1，其与气路相连、用以实时检测进入固定床反应器2的气体的质量值以及流量值；压力传感器3，其用以实时检测固定床反应器进/出口两侧的压力变化电信号；数据采集器4，其用以以所设定的采样频率采集所述压力变化电信号所对应的数字信号；以及数据计算单元5，其用以基于各所述数字信号获取固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线。
[0051] 基于上述方案，进一步的优选例1，所述数据计算单元5可以以计算机为载体，其至少包括：压降计算模块，其用以获取每一采样时刻所对应的压降值；流速计算模块，其用以基于所述压降值获取每一采样时刻所对应的流速值；分布曲线绘制模块，其用以基于所获取的流量值绘制固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线。其中对应的测定停留时间的原理为，固定床反应器进出口两端的阻力降可以反应其内部气体的残余量，以反应出反应器内部的流动形态，从而可以得到气相停留时间时间曲线；该方法相较于传统通过测定示踪气浓度测定停留时间测试方法有测试过程快，无需采样，避免了测定气体浓度时检测器的响应误差等优点，可以很好反应出固定床反应器内部流动形态。
[0052] 基于上述优选例1，进一步的优选例2，
[0053] 所述压降计算模块基于所预置的压降计算模型计算出所述压降值，其对应的计算模型为：
[0054]
[0055] 其中，ΔP表示压降，λ表示摩擦系数，l表示固定床反应器内部所对应的当量长度，d表示固定床反应器内部所对应的当量直径，表示固定床反应器内部所对应的局部阻力系数， 表示固定床反应器内部所对应的总阻力系数，u表示进入固定床反应器内部的气体流速，ρ表示气体的流体密度；
[0056] 所述流速计算模块基于所预置的流速计算模型计算出所述流速值，其对应的计算模型为：
[0057]
[0058] 其中，un表示某一压降值所对应的流速值；
[0059] 且由于固定床反应器内采用同种气体进行检测，则常数C为
[0060]
[0061] 所述分布曲线绘制模块基于所预置的流量计算模型、曲线计算模型绘制出气相停留时间分布曲线，其对应的流量计算模型为：
[0062]
[0063] 其中，Qn表示采样频率为n时的流量值；
[0064] 其对应的曲线计算模型为：
[0065]
[0066] 其中，E(t)表示随停留时间t变化的停留时间分布函数，其为无量纲参数，m表示固定床反应器内部气体的质量，C(t)表示随停留时间t变化的气体的浓度，Q总表示任意选取e秒内进入固定床反应器的气体流量值。
[0067] 本发明的另一目的是要提供一种固定床反应器气相停留时间分布测定方法，包括如下步骤：
[0068] S1、通过气体质量流量计实时检测进入固定床反应器的气体的质量值以及流量值；并通过压力传感器实时检测固定床反应器进/出口两侧的压力变化电信号；
[0069] S2、通过数据采集器以所设定的采样频率采集所述压力变化电信号所对应的数字信号；
[0070] S3、通过数据计算单元，基于各所述数字信号获取固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线。
[0071] 其中，所述S3至少包括：
[0072] S31、通过压降计算模块获取每一采样时刻所对应的压降值；
[0073] S32、基于所述压降值，通过流速计算模块获取每一采样时刻所对应的流速值；
[0074] S33、基于所获取的流量值，通过分布曲线绘制模块绘制出固定床反应器内流体所对应的气相停留时间分布曲线。
[0075] 下面以实际实验实施例对上述方案作以说明：
[0076] 实施例1：所述系统包括：气体质量流量计、压力传感器、数据采集器以及数据计算单元即上位机。其中，压力传感器为市面常见的压力传感器即可，之所以使用压力传感器是因为其优势在于压力信号完全对应电流信号，且数据采集频率完全取决于数据采集模块的采样频率，同时，该传感器响应时间较短，可以快速响应反应器内部压力变化。数据采集器所设定的数据采集模块采样频率为2ms/次，其能够将电信号转换为数字信号，再通过数据计算单元内的压降计算模块将数字信号处理成压降值，并通过流速计算模块、分布曲线绘制模块将压降曲线经过数值积分计算出停留时间分布函数E(t)，从而得到停留时间分布曲线。其中，本发明中上位机即为传统计算机。
[0077] 其中，采样频率为2ms，因此这2ms的对应达到流量为
[0078]
[0079] 同时Q总选取最后1S气体作为示踪气体，则E(t)为
[0080]
[0081] 在上述方案中，之所以能够选取最后1S气体作为示踪气体，是因为本方法能够利用相同气量的气体在同一反应器内压降无波动的特点，选取关停气体的任意采样条件下反应器内压降的变化作为数据采集的样本，也可以认为是将关停前的最后一股气体作为示踪气，来评价反应器的停留时间分布。而传统示踪剂测量停留时间分布进样时间与采样时间则存在一定误差。
[0082] 同时由于作为一种快速测定固定床反应器气相停留时间时间方法，所绘制的E(t)曲线需可以反映反应器内部的流动形态，其具体数值意义并不大，因此在实际应用中可将压降值开方处理并绘制停留时间曲线，甚至直接使用压降值绘制，可同样得到反映固定床内部气体的流动状态，其所绘制出的停留时间分布效果示意图如2所示。
[0083] 综上所述，本发明所述方案中的停留时间曲线是通过进出口之间阻力降变化体现即利用压降表示反应器内部存在的气体浓度，从而计算出停留时间分布；这样的设计使得本发明只需一种气体，无需额外示踪气，不需要气体浓度采集，大大降低了由于气体浓度器所带来的误差，简化测试流程，提高测试精度，测试结果足以满足对固定床反应器内部气体流动形态的判断，可显示出沟流、短路、循环流等异常流动形态。因此可以说本发明实现了快速准确测量气相停留时间时间分布，将设备的成本和步骤大幅度简化，同时也保证了数据的准确性和实用性克服了传统通过测量样品浓度测定停留时间分布的误差。
[0084] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
