本发明专利技术涉及一种反应器内固体颗粒状态的检测装置及其用途，以解决反应器内高速运动固体颗粒无法实现在线动态检测的问题，所述检测装置包括：设置于反应器内探头、远心镜头、与远心镜头相配置的图像捕捉设备、激光器、标定板、同步器和输出与控制系统；所述图像捕捉设备、同步器和激光器依次连接；所述输出与控制系统与所述远心镜头、图像捕捉设备、激光器和同步器相连接；所述探头和远心镜头同轴设置。本发明专利技术提供的检测装置，通过利用激光以及远心镜头，基于颗粒受到激光光束照射在反光板上的反射光的激发进而在图像捕捉设备成像，能够在线观测高速运动的微观粒子，对于粒子的边界也能准确、完整地分辨，适用于大多数工况。适用于大多数工况。适用于大多数工况。
【技术实现步骤摘要】
一种反应器内固体颗粒状态的检测装置及其用途
[0001]本专利技术涉及颗粒特性测量领域，具体涉及一种反应器内固体颗粒状态的检测装置及其用途，尤其涉及一种搅拌槽或搅拌内置膜反应器内固体颗粒状态的检测装置及其用途。
技术介绍
[0002]目前，通常在搅拌器内进行催化剂的循环利用和多相反应，然而，随着催化剂性能的提高和尺寸的减小，膜污染成为限制搅拌内置膜反应器反应和分离效率的主要问题。与常规的搅拌反应器不同，该反应器内部涉及催化剂颗粒的过滤和悬浮过程。一方面催化剂颗粒在膜表面的堆积，降低了膜通量，影响分离效率，另一方面由于催化剂在反应器内分布不均，影响了反应效率。而搅拌能够调控反应器内的多相流动和剪切速率，进而抑制膜附近的颗粒堆积和膜污染。因此，研究搅拌内置膜反应器内的多相流动和过滤过程，从颗粒尺度上认识膜附近的颗粒运动规律、颗粒分布以及膜污染的机理，获取膜污染的调控方法，这对于搅拌内置膜反应器的设计、优化和放大具有重要意义。
[0003]对膜污染的微观形态和结构研究多采用异位观察技术，如扫描电子显微镜，原子力显微镜等。虽然这些技术能对膜污染层的表面或内部结构进行分析，但由于不能做到在线分析，无法对膜污染的动态过程有准确、完整的反映。
[0004]在线观察技术更能反映膜污染层的动态变化，更接近真实情况，其动态过程的精确表征，特别是在微米尺度或亚微米尺度下，对于证实有关于膜污染层形成过程的机理和模型具有重要意义。直接观察技术是一种可以无损、在线观测膜表面颗粒沉积、粘附和滤饼层形成的的有力手段。但由于受限于显微镜物镜镜头工作距离的限制，直接观察技术只能用于错流过滤和死端过滤工况下膜污染的观测。因此，对于搅拌内置膜反应器内膜污染的形成过程的观测仍存在不足。
[0005]如CN105738648A公开了一种多相体系中颗粒速度的在线测量方法，结合多次曝光技术和图像处理方法，能够实现多相反应器内气泡、液滴或固体等颗粒速度分布的测量。然而，其所采用的远心镜头的倍数较小、视野较大，对于粒径较小的颗粒图像信息较少，无法对微观粒子的边界进行准确的描述。同时由于小型工业相机的限制，无法进行高速运动下的颗粒测量。
[0006]可知，多相反应器内高速体系微观粒子的观测还有待研究。
技术实现思路
[0007]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种反应器内固体颗粒状态的检测装置及其用途，以解决反应器内高速运动固体颗粒无法实现在线动态检测的问题。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种反应器内固体颗粒状态的检测装置，所述检测装置包括：设置于反应器内探头、远心镜头、与远心镜头相配置的图像捕捉设备、激光器、标定
板、同步器和输出与控制系统；
[0010]所述图像捕捉设备、同步器和激光器依次连接；
[0011]所述输出与控制系统与所述远心镜头、图像捕捉设备、激光器和同步器相连接；
[0012]所述探头和远心镜头同轴设置。
[0013]本专利技术提供的检测装置，通过利用激光以及远心镜头，基于颗粒受到激光光束照射在反光板上的反射光的激发进而在图像捕捉设备成像，结合图像处理软件实现后处理。该方法能够在线观测高速运动的微观粒子，对于粒子的边界也能准确、完整地分辨，适用于大多数工况。
[0014]当颗粒轨迹被图像捕捉设备捕捉后，示踪粒子通过互相关算法，即在极短时间间隔内通过位移的变化来计算出示踪粒子的速度，由于示踪粒子良好的跟随性，所以示踪粒子的速度近似等于液相的速度。具体如可以通过添加40
‑
60微米的石英砂颗粒和5
‑
15微米的示踪粒子，在激光光束照射的状况下可实现局部流场粒子测速技术和粒子追踪技术的同时测量。对于固体大颗粒通过中值滤波来降低背景噪声，调节图片的对比度，识别出圆心坐标及半径，通过极短时间内位移的变化来计算出颗粒的速度。
[0015]本专利技术中，激光器的配置在于实现图像捕捉设备对颗粒的捕捉拍摄。设置位置满足激光可以通过探头使固体颗粒感光即可。
[0016]本专利技术中，所述远心镜头的倍率为2
‑
10倍，例如可以是2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍或10倍等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
[0017]本专利技术中，所述远心镜头的像素为100万、200万等百万像素远心镜头。
[0018]本专利技术中，所述输出与控制系统包括计算机和xyz三轴微调位移平台等。
[0019]作为本专利技术优选的技术方案，所述探头的直径为3
‑
5mm，例如可以是3mm、3.1mm、3.2mm、3.3mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.7mm、3.8mm、3.9mm、4mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm或5mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
[0020]优选地，所述探头配置有反光板。
[0021]作为本专利技术优选的技术方案，所述反光板表面设置有硅胶层；
[0022]优选地，所述反光板表面所设置硅胶层的厚度为0.5
‑
1.5mm，例如可以是0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.7mm、0.75mm、0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm、1mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm、1.2mm、1.25mm、1.3mm、1.35mm、1.4mm、1.45mm或1.5mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其它未列举的数值同样适用。
[0023]作为本专利技术优选的技术方案，所述激光器包括单腔高频短脉冲激光器；
[0024]优选地，所述激光器配置有激光准直扩束镜和激光片装整形镜。
[0025]作为本专利技术优选的技术方案，所述图像捕捉设备的拍摄模式包括单帧拍摄和连续拍摄。
[0026]第二方面，本专利技术提供了如第一方面所述检测装置的用途，所述用途包括采用所述检测装置检测反应器内固体颗粒的运动状态、堆积状态及微观参数；
[0027]具体包括如下步骤：
[0028](1)将标定板进行固定，分别调整图像捕捉设备的曝光时间和激光器的能量值至对应预设值，之后通过输出与控制系统调节标定板位于焦平面处，控制所述图像捕捉设备
进行拍照；
[0029](2)将图像捕捉设备的拍摄模式调整为单帧拍摄模式并调整图像捕捉设备的曝光时间和帧速使得颗粒的最大位移达到标准值，之后调整激光器的脉冲时间和脉冲周期使得激光器与图像捕捉设备同步，进行亮度调节使所得图像灰度值达到预设值，控制图像捕捉设备进行连续拍摄，对连续拍摄所得图像进行处理即可得到固体颗粒的运动状态、堆积状态及微观参数。
[0030]本专利技术中，对所得图像处理的过程可以如下：
[0031]图像处理方法如下：
[0032](1)首先通过标本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种反应器内固体颗粒状态的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：设置于反应器内探头、远心镜头、与远心镜头相配置的图像捕捉设备、激光器、标定板、同步器和输出与控制系统；所述图像捕捉设备、同步器和激光器依次连接；所述输出与控制系统与所述远心镜头、图像捕捉设备、激光器和同步器相连接；所述探头和远心镜头同轴设置。2.如权利要求1所述检测装置，其特征在于，所述探头的直径为3
‑
5mm；优选地，所述探头配置有反光板。3.如权利要求2所述检测装置，其特征在于，所述反光板表面设置有硅胶层；优选地，所述反光板表面所设置硅胶层的厚度为0.5
‑
1.5mm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述检测装置，其特征在于，所述激光器包括单腔高频短脉冲激光器；优选地，所述激光器配置有激光准直扩束镜和激光片装整形镜。5.如权利要求1
‑
4任一项所述检测装置，其特征在于，所述图像捕捉设备的拍摄模式包括单帧拍摄和连续拍摄。6.一种如权利要求1
‑
5任一项所述检测装置的用途，其特征在于，所述用途包括采用所述检测装置检测反应器内固体颗粒的运动状态、堆积状态及微观参数；具体包括如下步骤：(1)将标定板进行固定，分别调整图像捕捉设备的曝光时间和激光器的能量值至对应预设值，之后通过输出与控制系统调节标定板位于焦平面处，控制所述图像捕捉设备进行拍照；(2)将图像捕捉设备的拍摄模式调整为单帧拍摄模式并调整图像捕捉设备的曝光时间和帧速使得颗粒的最大位移达到标准值，之后调整激光器的脉冲时间和脉冲周期使得激光器与图像捕捉设备同步，进行亮度调节使所得图像灰度值达到预设值，控制图像捕捉设备进行连续拍摄，对连续拍摄所得图像进行处理即可得到固体颗粒的运动状态、堆积状态及微观参数。7.如权利要求6所述用途，其特征在于，步骤(1)所述图像捕捉设备的曝光时间预设值为30
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100μs；优选地，步骤(1)所述激光器的能量预设值为1
‑
3J。8.如权利要求6或7所述用途，其特征在于，步骤(2)所述颗粒的最大位移标准值为颗粒粒径的2
‑<...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯鑫，梁虎，惠园园，段晓霞，陈杰，李峥，张伟鹏，杨超，
申请(专利权)人：南京九章化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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