一种工业搅拌器的自动化选型方法与流程米乐M6 M6米乐

　　米乐 M6米乐 M6本发明属于工业搅拌设备研究技术领域，具体涉及一种关于工业搅拌器自动选型的方法。

　　搅拌器的型式和混合特性在很大程度上决定了体系的混合效果，选择合适的搅拌器是搅拌设备设计过程非常关键的一步，搅拌器的型式对搅拌效果及搅拌设备制造和操作成本有很大的影响。1991年，tatterson等研究发现化工工业近半年产值与搅拌槽有关，由于搅拌器设计选用不合理导致的损失高达数百亿美元，长期以来搅拌器的设计参数繁多复杂且不一致，设计过程缺乏系统成熟的理论。选型过程过多依靠设计人员的经验和专业知识，选型效率不高，这个问题没有得到很好的解决。

　　目前最流行的处理方法是将搅拌设备选型过程结合人工智能进行自动化选型，美国的dupont公司、unioncarbide公司等都已开发了专家系统(expertsystems，简称es)，并取得了相当丰厚的回报。此外，1994年美国chemineer公司设计了一个专家系统软件agdesign用于涡轮式搅拌设备设计，该公司90％的伸入式搅拌器设备均已采用该软件进行设计；芬兰的kraslawski等在1995年设计了基于案例推理(case-basedreasoning，简称cbr)系统的混合设备辅助设计专家软件，其对使用者的知识和经验性要求较高，操作时需要很强的专业性；浙江大学冯连芳、王嘉骏等基于es研发了混合设备智能化设计系统(mixicad)，将整个系统分为搅拌器预选型、过程设计、机械设计、机械绘图和经济评估五个部分，使混合设备设计更趋于智能化和自动化。系统对于搅拌器选型部分只进行预选型，查找搅拌器参数，利用层次分析法(analytichierarchyprocess，简称ahp)进行手工计算，根据计算结果模仿专家推理和判断。选型过程相当繁琐，对专业知识和层次分析法知识理论仍有着很高的要求。西北大学高凯等利用ahp的原理设计了工业搅拌器选型软件，但是仅仅简化了选型过程中的层次分析法计算过程，需要依靠选型人员的查找搅拌器相关参数，并应用层次分析法去建立比较矩阵，未能实现自动化选型。

　　为了解决现有技术所存在的不足，本发明提供了一种对选型设计人员经验和专业知识的依赖程度小，可快速完成选型工作，具有较高精确性和普适性的工业搅拌器自动选型方法。

　　本发明所采用的技术方案是：该工业搅拌器的自动化选型方法，由以下步骤组成：

　　(1)确定被决策的至少2种搅拌器类型，选择各类搅拌器的搅拌性能指标，用计算流体动力学模拟同一工况下被决策搅拌器在同一搅拌罐内工作下的流场，模拟出各搅拌器类型所对应的搅拌性能指标；

　　(2)以最优搅拌器为目标层，以步骤(1)所确定的搅拌性能指标为准则层的影响因素，以被决策的搅拌器类型为方案层，建立了方案层对准则层的比较矩阵，并利用层次分析法确定出方案层对准则层的比较矩阵对应的模拟权重向量；

　　(3)根据使用需求将步骤(1)所模拟的各类搅拌器的搅拌性能指标按照主次进行排序；

　　(4)以最优搅拌器为目标层，以步骤(1)所确定的搅拌性能指标为准则层的影响因素，以被决策的搅拌器类型为方案层，基于步骤(3)的排序结果建立了搅拌器选型程序中准则层对目标层的比较矩阵，利用层次分析法确定出准则层对目标层的比较矩阵对应的排序权重向量；

　　(5)根据步骤(2)的模拟权重向量和步骤(4)的排序权重向量确定出各个方案层搅拌器的综合权重值；

　　(6)对步骤(5)所确定的各个方案层搅拌器的综合权重值按照由大到小的顺序进行排序，综合权重值最大者为所筛选出的最优搅拌器。

　　进一步说明，上述步骤(1)中用cfd软件模拟的同一工况为：搅拌介质为甘油，粘度为945mpa·s，密度为1259.9kg/m3，重力加速度为9.8m/s2，参考压力为0.1mpa，温度25℃。

　　假设方案层对准则层的比较矩阵为pm＝(aij)n×n(i，j＝1，2，3，…，n)，比较矩阵pm的模拟权重向量为v(c)＝(ω1，ω2，…，ωn)t，

　　其中：aij为方案层对准则层的比较矩阵pm中第i列元素，akj为方案层对准则层的比较矩阵pm中第k列元素，ωi表示vm(c)中权重向量的元素。

　　进一步说明，上述搅拌性能指标包括循环流量准数、功率准数、剪切性能、无因次混合时间、排出流量准数、雷诺数所对应的搅拌器影响因素循环效果、搅拌效率、剪切性能、混合效率、排出效果以及湍流程度。

　　进一步说明，上述搅拌器类型选自《中华人民共和国化工行业标准》hg/t3796.1-2005。

　　进一步说明，上述搅拌器类型包括桨式搅拌器、开启涡轮式搅拌器、圆盘涡轮式搅拌器、圆盘锯齿式搅拌器、三叶后弯式搅拌器、推进式搅拌器、板式螺旋桨搅拌器、螺杆式搅拌器、螺带式搅拌器以及锚框式搅拌器的所有桨叶类型。

　　本发明的工业搅拌器自动选型的方法是对现有层次分析法标度理论加以修正，建立了一种专用于工业搅拌器选型的标度方法，应用cfd模拟同一工况下各类搅拌器在搅拌罐内工作下的流场，并进行流动相似分析，基于搅拌器实际流场模拟结果，定量获得搅拌器的搅拌性能指标，以此基于专用标度方法建立了方案层对准则层的比较矩阵；将各类搅拌器的搅拌性能的影响因素按照搅拌需求进行加权处理，自动建立准则层对目标层的比较矩阵；根据自动建立方案层对准则层的比较矩阵和准则层对目标层的比较矩阵得到综合权重，对综合权重值进行排序选出最优搅拌器，最终实现搅拌器自动选型。对比相关搅拌器选型方法，本方案实现了筛选方法简单，减小了选型难度，降低了对选型设计人员经验和专业知识的依赖，帮助设计人员快速完成选型工作，增强了应用层次分析法进行工业搅拌器选型的精确性及普适性。

　　(1)确定被决策的搅拌器类型，选择各类搅拌器的搅拌性能指标，用cfd模拟同一工况下被决策搅拌器在同一搅拌罐内工作下的流场，模拟出各搅拌器类型所对应的搅拌性能指标；

　　以本实例所选择的6种常用国标搅拌器为例进行说明，搅拌器类型分别为：直叶桨式搅拌器为pj、斜叶桨式搅拌器为xj、四直叶开启涡轮式搅拌器为sk、四斜叶开启涡轮式搅拌器为mk、六直叶圆盘涡轮式搅拌器为py、六斜叶圆盘涡轮式搅拌器为zy。

　　随后应用流体动力学分析软件(cfd)模拟同一工况(具体为：搅拌介质为甘油，粘度为945mpa·s，密度为1259.9kg/m3，重力加速度为9.8m/s2，参考压力为0.1mpa，温度25℃。)下6种常用国标搅拌器分别在圆柱型平底搅拌罐(槽径为600mm的圆柱型平底搅拌槽，搅拌器安装高度c为200mm)或球形底搅拌罐内工作下的流场，统计分析搅拌效果相关的性能指标排出质量流量qd，扭矩m，混合时间θm、搅拌功率p。

　　查询搅拌器相关文献(王凯，虞军.搅拌设备[m].北京:化学工业出版社,2003)按照文献公式计算性能参数获得了搅拌器性能指标即循环流量准数nqc、功率准数np、无因次混合时间nθm、剪切性能c3无量纲结果如表2所示。

　　(2)以最优搅拌器为目标层a，以步骤(1)所确定的搅拌性能指标为准则层b的影响因素，以被决策的搅拌器类型为方案层c，如图2所示，本发明的层次分析法递进关系图由以下步骤实现：

　　(b)以最优M6 米乐目标为目标层，根据要达到的目标确定所需要考虑的比较准则以此建立准则层。

　　利用层次分析法通过成对方式的元素比较及按其特性构造，基于专用标度50/8～58/8建立方案层对准则层的比较矩阵如表3-6所示。

　　利用层次分析法确定出方案层对准则层的比较矩阵对应的模拟权重向量vm(c)；

　　假设方案层对准则层的比较矩阵为pm＝(aij)n×n(i，j＝1，2，3，…，n)，比较矩阵pm的模拟权重向量为vm(c)＝(ω1，ω2，…，ωn)t，

　　其中：其中：aij为方案层对准则层的比较矩阵pm中第i列元素，akj为方案层对准则层的比较矩阵pm中第k列元素，ωi表示vm(c)中权重向量的元素。

　　(3)根据使用需求将步骤(1)所模拟的各类搅拌器的搅拌性能的影响因素按照主次进行排序处理，例如得到顺序依次为：剪切性能、功率准数、循环流量准数、无因次混合时间。

　　(4)以最优搅拌器为目标层a，以步骤(1)所确定的搅拌性能指标为准则层b的影响因素，以被决策的搅拌器类型为方案层M6 米乐c，如图2，基于步骤(3)的排序结果，利用层次分析法通过成对方式的元素权重结果比较再根据表6的排序结果对应标度值建立准则层对目标层的比较矩阵如表7所示。

　　利用层次分析法确定出准则层对目标层的比较矩阵对应的排序权重向量w(b)，即计算公式可参照步骤(2)。

　　(5)根据步骤(2)的模拟权重向量和步骤(4)的排序权重向量确定出各个方案层搅拌器的综合权重值；

　　层次分析法在求解过程中依次沿着递阶层次关系从最高层到最底层逐层计算，求出方案层上各因素相对于目标层的优先权重，也就是综合权重值，假设已经算出准则层b上n个因素相对于目标层a的排序权重向量w(b)为：

　　w(c)即为综合权重值，w(c)值从大到小的排序结果就是层次分析法总排序结果。

　　(6)对步骤(5)所确定的各个方案层搅拌器的综合权重值w(c)按照由大到小的顺序进行排序，综合权重值w(c)最大者为所筛选出的最优搅拌器，结合选择的被决策搅拌器和搅拌性能指标的排序结果可自动得到被决策搅拌器中的最优搅拌器结果。

　　上述的搅拌性能指标可选自《中华人民共和国化工行业标准》hg/t3796.1-2005所记载的搅拌器类型，如桨式搅拌器、开启涡轮式搅拌器、圆盘涡轮式搅拌器、圆盘锯齿式搅拌器、三叶后弯式搅拌器、推进式搅拌器、板式螺旋桨搅拌器、螺杆式搅拌器、螺带式搅拌器、锚框式搅拌器中所有桨叶类型等，依据使用者需求进行选择。

　　对于搅拌器的性能指标也不仅限于上述的四种，还可以是无因次混合时间、排出流量准数、雷诺数所对应的搅拌器影响因素循环效果、搅拌效率、剪切性能、混合效率、排出效果以及湍流程度等，根据使用者实际需求进行分析。

　　本发明根据选择参与决策的搅拌器，自动给出搅拌器的方案层对准则层比较矩阵，根据得到的方案层对准则层比较矩阵，准则层对目标层比较矩阵，进行层次分析得到最优的搅拌器选型方案，完成自动化选型，并直接获得选型结果，无需选型人员的查找搅拌器相关参数，也无需依靠专业人员的经验和专业知识。