專利名稱：利用光反射測量流動散料的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用光反射測量在管道中流動的散料特性的裝置和方法，并涉及這種裝置的應用。
當管道具有一個透光窗，通過使用光，如紫外線、可見光或紅外線，對在管道中流動的散料進行測量是可能的，例如粉末粒度、顏色、化學成分、化學和物理特性等。
例如，NIR是紅外線的子區(qū)域并為了測量在氣動或重力傳送管道中的聚烯烴粉末的近紅外線(NIR)光譜，在管道壁中嵌入一個藍寶石窗口，并且在窗口外側設有一個分析儀，該分析儀發(fā)射并測量由管道內的散料反射的紅外射線。然而，對于定性分析和定量分析，NIR光譜的質量都很差。
DE4014739C2公開了一種利用光透射測量在管道中流動的液體中的固體顆粒的光吸收。該裝置有一個彎曲的管道部分。測量元件安裝在該彎曲部分的一個區(qū)域內，在該區(qū)域產生比其它區(qū)域更高的流速以防止固體沉淀在發(fā)射器間，該發(fā)射器通過液體發(fā)射光到測量元件的相對探測儀。
本發(fā)明的目的在于提供在管道中流動的散料的高質量反射光譜。
這一目的是通過使用一個管道而實現(xiàn)的，該管道具有一個彎管、至少一個在彎管外側的平板或平面上的窗口以及窗口外側的一個光反射分析儀，從而通過窗口發(fā)射的光被散料反射并由分析儀探測器測量，平板在彎管的入口端和出口端之間布置為使得使從入口端進入的散料由平板偏轉反射到彎管的出口端。
該彎管優(yōu)選地是用來90°連接兩個管道的彎管，特別是依照US-A-5288111的彎管，該彎管是一個90°彎管，適合于在傳送管中使用并且具有一個內部彎管端和一個外部彎管端，該彎管包括一個用于連接管道的第一管件(Pipe section)或管座；一個第一管道部分(Pipeportion)，確定了一個軸線并連接于所述的管件，所述的第一管件包括一個擴口式管道殼，該管道殼在內部彎管端延伸而為所述的第一管件提供一個截面擴展部，該截面擴展部沿遠離所述的第一管件的方向擴展；一個管道彎頭，包括一個在內部彎管端連接于所述的擴口式管道殼的扇形管道殼；一個第二管道部分，包括一個圓柱形殼，該圓柱形殼在所述的內部彎管端連接于所述的扇形管道殼，和一個錐形管道殼，該錐形管道殼在外部彎管端連接于所述的圓柱形殼而為所述的第二管道部分提供一個沿遠離所述的扇形管道殼的方向的截面收縮；所述的管道彎頭進一步包括一個擋板，該擋板安置在所述的第一管道部分和所述的第二管道部分之間并在外部彎管端連接到該處，并且相對于所述的第一管件的所述軸線成55°到65°之間的角而定向；以及一個第二管件，該第二管件連接于所述的第二管道部分，用于連接另一個管道。
當然，其它的彎管形式也是可能的。
依照US-A-5288111的彎管是特別優(yōu)選的，因為透光窗可以容易地被嵌入擋板內以形成用于光反射測量的窗口，而且因為產物在擋板上的撞擊首先保證當建立起用于光反射的移動產物層時，在充分具有代表性的產品樣本上所做的測量，其次保證窗口的自清潔作用。
雖然90°的彎管是優(yōu)選的，但彎管可以具有其它角度。一般地，根據本發(fā)明，在彎管外側的上面安裝有反射分析儀的透光窗相對于第一管件的軸線以大于30°到小于80°之間的角度安置。
另外，為在板上把進入的散料偏轉反射到彎管的出口端，板必須在入口端處傾斜于管件的軸線，其傾斜角度優(yōu)選為比第一和第二管件的軸線之間的角度至少小20°。
然而，當使用90°彎管時，窗口板優(yōu)選地以相對第一管件的軸線成55°到65°之間的角度安置。
優(yōu)選地，彎管的橫截面從第一管件到90°彎管上的板增加。對于截面擴展，尤其在90°彎管中，位于第一管件和窗口板之間的第一管道部分包括一個擴口式管道殼，該擴口式管道殼在內部彎管端延伸，沿離開第一管件的方向擴展。
彎管的第一和第二管件可被安置在同一高度或不同的高度。例如，在彎管入口端的第一管件軸線以及在出口端的第二管件軸線可位于相同的水平面內，或者在90°彎管的情況下，第一管件的軸線可被水平安置而第二管件的軸線可被垂直安置。
依據本發(fā)明，從彎管的入口端進入的散料被窗口板偏轉反射到彎管的出口端，從而在窗口前形成一個連續(xù)移動層，該移動層非常平滑從而可以獲得有效的反射光譜。另外，散料在窗口板的撞擊有自清潔作用。
根據本發(fā)明用于測量的光可以是被通過窗口的散料反射的任何光或射線。就是說，紫外線、可見光或紅外線可用于通過彎管的擋板上的窗口進行各種測量，例如粉末粒度、顏色、化學成分、化學和物理特性等。
本發(fā)明尤其適合于用紅外線光譜測量在管道中流動的散料，即，特別是對于粒狀物、粉末或小球狀物料。在這種情況下，至少一個窗口由可透紅外線材料構成，并且分析儀發(fā)射紅外射線并測量被管道中的散料反射的紅外射線。
安置在窗口或擋板外側的紅外線分析儀可以是用于反射固體紅外線光譜的任何分析儀，特別是商用近紅外線反射紅外線分析儀。例如，可用AOTF(聲光可調濾波器)分光計作為反射紅外線分析儀。
利用本發(fā)明的裝置測量的散料可以是任何散料，特別是粉末、粒狀或小球狀形式的散料。散料可具有用于氣動傳送系統(tǒng)的任何粒度。作為用于氣動傳送系統(tǒng)的傳送氣體，可以使用例如空氣、氮氣、氧氣、丙烷、丙烯以及這些氣體的混合物。
粉末和粒狀物的近紅外線光譜顯示出特別高的改進。
管道中散料固體與氣體的體積比優(yōu)選地為1∶10到50∶1，特別地為1∶1到8∶1。
本發(fā)明的裝置可用于測量在管道中流動的無機的或有機的散料的物理或化學特性，該測量是由紫外線、可見光或紅外線通過光反射而進行的，這些光特別是從10-8到10-1厘米，優(yōu)選為從10-5到10-2厘米。各種光反射都可使用，包括熒光和拉曼光譜。尤其可用紅外線分析，特別是紅外線區(qū)域的近紅外線子區(qū)域。例如，可控制散料的性質。特別在生產散料的過程中，可依據本發(fā)明分析散料。這種過程是，例如，以散料的形式獲得聚合物的聚合過程。本發(fā)明特別優(yōu)選的應用是如乙烯或丙烯的聚合物或共聚物的聚烯烴的分析。
嵌入有彎管的管道可具有任何適合于氣動傳送應用的內徑。
當管道中散料的傳送被停止然后又重新啟動時，散料可能被分別阻塞在某個窗口或多個窗口前。這樣，可以利用諸如具有5到30巴高壓的氮氣的氣流汽沖來使窗口前的散料運動起來。一旦汽沖一段時間，散料開始流動并在沒有進一步汽沖的情況下保持流動。
然而，當在彎管入口的第一管件的內徑被圓錐形縮減的擋板所限制時，可以省略汽沖，該擋板加速散料的流動以使散料在客口前運動起來。那意味著，通過減小至少第一管件的內徑，起初阻塞窗口的問題可被克服。
就是說，物料的流動取決于正確的流動模式、質量流量和速度。可用氣流汽沖來解決在窗口上沒有足夠物料存在的問題，或利用額外約束來改變流動模式或流速。
然而，在窗口前的移動產物層的合適的流動和形成可通過改變入口管的直徑為伽馬彎頭和/或通過用傳送氣體汽沖伽馬彎頭而更改。
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明裝置的一個優(yōu)選實施例，圖中

圖1為根據本發(fā)明的裝置的透視圖；圖2為圖1裝置的縱剖面示意圖；圖3為窗口的平面圖；以及圖4為近紅外線光譜。
根據圖1和2，一個用于以90°連接管道(圖中未示出)的彎管包括一個圓柱形管座或管件1，該管件1具有用于連接管道的法蘭2。在它的法蘭遠端，管件1連接于一個第一管道部分3。如圖2所示，第一管道部分3有一個圓柱形殼4，該圓柱形殼4在外側彎管端延伸并在內側彎管端連接于一個擴口式上殼5。這樣，第一管道部分3有一個沿箭頭6所指示的流動方向連續(xù)擴展的截面面積。緊接管道部分3之后是一個管道彎頭7，該管道彎頭7在內側彎管弧上包括一個扇形管道殼8以及在外側彎管弧上包括一個相對于管道殼8的擋板9。擋板9由多個合適的片連接到扇形管道殼8以形成一個封閉的截面區(qū)域。管道彎頭7后緊跟著一個第二管道部分11，該第二管道部分11包括一個在內側彎頭端延伸的圓柱形殼12，該圓柱形殼12連接于一個在外側彎頭端延伸的縮口式殼13從而管道部分11的截面面積是連續(xù)減小的。管道部分11終止于和隨后的管座或管件14的標稱直徑相應的一個直徑，該管座或管件14具有一個用于連接另一個管道(圖中未示出)的法蘭15。
如圖2所示，錐形殼5的錐角和/或第一管道部分3的長度選擇為，沿箭頭6傳送的散料顆粒17總是分離于第一管道部分3區(qū)域內的管壁表面。而且，傳送速度通過這個截面延伸被減小。
緊密固定在板9的切口上的是一個圓盤18，該圓盤18具有緊密固定的可透近紅外線材料的圓盤或平板24a、24b和24c(圖3)，這些圓盤或平板用作由近紅外線分光計或分析儀19(圖1中一部分從該處斷開)反射紅外線光譜的窗口。
板9相對第一管件1的軸線21成55°和65°之間的角度α安置在彎管的入口端。因為第一管件的軸線21和第二管件14的軸線22之間的角度是90°，所以角α小大約25°到35°。
如圖3所示，圓盤18由螺栓23緊密固定于板9。另外，窗口24a安置在圓盤18的中心，而另外的圓盤24b和24c則沿不同的方向和不同的距離從中心徑向偏置。
設置有一個或多個圓盤24a、24b和24c，因為最佳的顆粒流動是不可預測的。然而，提供達到圓盤或蓋18的幾乎整個區(qū)域的窗口也是可能的。散料的非?？赡艿拿芗牧鲃佑晌挥?2點位置的窗口24a獲得。
第一管道部分3的出口端的直徑D是第一管道部分3的入口端直徑d的1.2到1.5倍。板9的入口端的前緣和第一管道部分3的出口端之間的距離a至少相當于直徑D。板9以最小距離a隔開于扇形管道殼，該距離a不能顯著超過直徑D。板9具有相當于直徑d的1.5倍到2倍的長度1。第二管道部分11以和第一管道部分3相同的方式設計，即具有相同的結構和相同的尺寸。
如圖2所示，一個直徑遞減的漏斗25可被嵌入第一管道部分3中用于加速流動速度。另外，如圖2所示，一個進氣管26可設置在第一管道部分3中，指向擋板9，以便使流動模式的長期或短期的改變成為可能。
實際上，典型的操作狀況例如如下采集狀況在大約0.2到大約1巴下，大約50到大約90攝氏度，特別地，在大約0.45巴標準規(guī)格下大約70攝氏度產物通過量大約5到80噸/小時，特別地大約25.5噸/小時固體與氣體比例大約1.0到3.0，特別地大約1.6彎管入口處的產物速度10到大約60米/秒，特別地大約30米/秒縮小的擋板出口處的產物速度20到60米/秒，特別地大約40米/秒這些狀況特別應用于具有254毫米到356毫米(10到20英寸)直徑的具有30％錐形遞的擋板的第一和第二管件的彎管以下例子作為本發(fā)明的進一步說明。
示例用如圖1至3所示的具有一個AOTF分光計作為分析儀19的裝置采集近紅外線光譜。可用藍寶石窗口作為窗口24a、24b、24c。
第一和第二管件1和14的內徑分別為356毫米(12英寸)。
當散料流動通過管道，使用聚丙烯粉末制作圖4的近紅外線光譜A。流速為30米/秒。固體與氣體的體積比為4.0。
對照例重復上面的例子，不過，使用了一個不同的裝置，即，一個直徑為356毫米(12英寸)的管道，該管道具有一個半徑為4.50米的圓形90°彎頭和一個位于該彎頭外緣中間的窗口。獲得的近紅外線光譜B如圖4所示。
如可清楚地看到的，與光譜B相比光譜A表現(xiàn)出信噪比有很大的改進。
權利要求
1.一種利用光反射測量在管道中流動的散料的裝置，該管道具有至少一個由透光材料構成的窗口(24a、24b、24c)，一個分析儀(19)，該分析儀安置在該至少一個窗口外側，用于發(fā)射光并測量由管道中的散料反射的光，其特征在于，該管道具有一個彎管，該彎管在它的入口端有一個第一管件(1)并在它的出口端有一個第二管件(14)，該至少一個窗(24a、24b、24c)設置在彎管外側的板(9)上，該板(9)與第一管件(1)的軸線(21)成一定角度(α)安置。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，管道中流動的散料用近紅外線光譜測量，該至少一個窗口由可透近紅外線材料構成，并且分析儀(19)發(fā)射近紅外射線并測量由管道中的散料反射的近紅外射線。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，管道中流動的散料用可見光光譜測量，該至少一個窗口由可透可見光材料構成，并且分析儀(19)發(fā)射可見光并測量由管道中的散料反射的可見光。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，板(9)與第一管件(1)的軸線(21)成30°到80°之間的角度(α)安置。
5.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，板(9)與第一管件(1)的軸線(21)所成的角(α)比第一和第二管件(1，14)之間的角至少小20°。
6.根據前述權利要求的任一項所述的裝置，其特征在于，彎管的截面(d，D)從管件(1)到板(9)增大。
7.根據前述權利要求的任一項所述的裝置，其特征在于，一個直徑遞減的漏斗(25)嵌在第一管道部分(3)中，用來加速流速。
8.根據前述權利要求的任一項所述的裝置，其特征在于，進氣管(26)設置在第一管道部分(3)中，指向擋板(9)，以能夠改變流動模式。
9.根據前述權利要求的任一項所述的裝置，其特征在于，管道是氣動傳送管道。
10.根據前述權利要求的任一項所述的裝置，其特征在于，彎管的第一和第二管件(1，14)以相同或不同的高度安置。
11.一種利用光反射測量在管道中流動的散料的方法，該管道具有至少一個由透光材料構成的窗口(24a、24b、24c)，一個分析儀(19)，該分析儀安置在該至少一個窗口(24a、24b、24c)的外側，用于發(fā)射光并測量由散料在管道內反射的光，其特征在于，該至少一個窗口(24a、24b、24c)形成在管道中彎管外側的板(9)上，該板(9)將從彎管的入口端進入的散料偏轉反射到彎管的出口端。
12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，在管道中流動的散料由近紅外線光譜測量，可透近紅外線材料用于該至少一個窗口，并且分析儀(19)發(fā)射近紅外射線并測量由管道中的散料反射的紅外射線。
13.根據權利要求11或12所述的方法，其特征在于，粉末、粒狀物和/或小球狀物用作散料。
14.根據權利要求11至13中任一項所述的方法，其特征在于，在管道中散料固體與氣體的體積比為1∶10到30∶1。
15.利用權利要求1至10中任一項所述的裝置測量管道中作為散料流動的聚合物的特性的應用。
16.利用權利要求1至10中任一項所述的裝置進行聚合過程的應用，其中通過該過程聚合物作為散料被去除。
17.根據權利要求15或16所述的應用，其特征在于，聚合物是聚烯烴。
全文摘要
一種利用光反射測量在管道中流動的散料的裝置和方法，該管道具有至少一個由透光材料構成的窗口(24a、24b、24c)，一個分析儀(19)，該分析儀安置在該至少一個窗口外側，用于發(fā)射光和測量由管道中的散料反射的光，其特征在于，該管道具有一個彎管，該彎管在它的入口端有一個第一管件(14)，并在它的出口端有一個第二管件，至少一個窗口設置在彎管外側的板(9)上，該板與第一管件的軸線成一定角度安置。
文檔編號G01N21/25GK1479865SQ00820107
公開日2004年3月3日 申請日期2000年12月28日 優(yōu)先權日2000年12月28日
發(fā)明者保羅·布恩, 呂克·文·斯蒂爾泰格姆, 若斯·克魯嫩鮑福斯, 保羅 布恩, 克魯嫩鮑福斯, 文 斯蒂爾泰格姆 申請人:北方技術股份有限公司