[发明专利]基于ECT的底吹搅拌装置及反应物浓度与分布测量方法

说明书

本申请公开了基于ECT的底吹搅拌装置及反应物浓度与分布测量方法，包括底吹搅拌反应器和ECT数据采集系统；底吹搅拌反应器包括：气体输送管、底吹气体喷头、底吹搅拌腔以及双层ECT回字形传感器；气体输送管用于输送气体；底吹气体喷头用于将气体喷入底吹搅拌腔；底吹搅拌腔用于基于气体对工质进行搅拌，使工质的介电常数产生变化；双层ECT回字形传感器用于将工质介电常数的变化转换为工质电容信号，并将工质电容信号传输给ECT数据采集系统；ECT数据采集系统用于基于工质电容信号进行实时成像，并获取工质混匀时间，实现对底吹搅拌反应器内工质浓度与分布的测量。回字形传感器ECT成像质量更加稳定并且及抗噪声干扰性能优。

技术领域

本申请属于冶金熔池反应物分析，具体涉及基于ECT的底吹搅拌装置及反应物浓度与分布测量方法。

背景技术

底吹搅拌混合是化工、冶金、材料和环境等领域中必不可少的操作环节之一，是相关生产工艺流程过程中的核心步骤，具有重要的应用研究价值。由于传统的实验方法包括数值模拟方法和高速摄像方法已经无法满足混合过程的监测，并且导致过程效率低，误差大。为使混合过程达到更高的效率，降低物料成本，更准确研究底吹混合搅拌中多相流混合动态分布特征，需一种快速准确，对监测过程无干扰的测量方法。而电容层析成像技术是一种用于工业两相可视化过程的创新技术，其具有结构简单，成本低，无创，安全性好等优点。

电容层析成像系统中的传感器系统是该系统的一切数据来源，它主要由测量电极、绝缘层、屏蔽层以及测量管道构成。电容传感器设计的重点在：灵敏度高，电容变化范围大，抗外界干扰的能力强。在实际应用中，外界的噪声以及设备自身都会对传感器性能产生影响，除了创造较好的实验环境外，对传感器参数进行优化设计也十分重要，良好的传感器参数可以使传感器的敏感场更加均匀，获得较好的重建图像，除此之外，解决方法是改变传感器的几何形状和电极数目，设计有抗噪声性能的新型传感器。

发明内容

本申请提出了基于ECT的底吹搅拌装置及反应物浓度与分布测量方法，利用电容层析成像技术来测量底吹搅拌过程浓度与分布，基于ECT回字形传感器测量底吹搅拌装置可对搅拌过程进行实时连续准确成像，可以更好地检测搅拌过程中工质的浓度与分布，通过分析工质在搅拌器内部的分布状态，探究影响搅拌效果的因素，有效提高成像质量及抗噪声性能。

为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

基于ECT的底吹搅拌装置，包括底吹搅拌反应器和ECT数据采集系统；

所示底吹搅拌反应器包括：气体输送管、底吹气体喷头、底吹搅拌腔以及双层ECT回字形传感器；

所述气体输送管，用于输送气体；

所述底吹气体喷头，用于将所述气体喷入所述底吹搅拌腔；

所述底吹搅拌腔，用于基于所述气体对工质进行搅拌，使工质的介电常数产生变化；

所述双层ECT回字形传感器，用于将工质介电常数的变化转换为工质电容信号，并将所述工质电容信号传输给所述ECT数据采集系统；

所述ECT数据采集系统，用于基于所述工质电容信号进行实时成像，并获取工质混匀时间，实现对所述底吹搅拌反应器内工质浓度与分布的测量。

优选的，所述底吹搅拌反应器，为水平设置的圆柱形灌体，半径为300～310mm，长度为1600～1640mm；

所述底吹气体喷头的喷口直径为4～5mm。

优选的，所述双层ECT回字形传感器包括传感器电极和屏蔽电极；

所述传感器电极包括8个或16个，16个所述传感器电极的所述双层ECT回字形传感器的口字形部分高350mm，宽103.2mm，口字形边框厚13.5mm，矩形部分高250mm，宽54.1mm；

所述屏蔽电极材质为铜；