АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ИЗВЕСТКОВОГО МОЛОКА Российский патент 1995 года по МПК C13D1/14 

Изобретение относится к устройствам для автоматического регулирования процесса приготовления известкового молока в гасильных аппаратах и может найти применение в химической, строительной, пищевой и других отраслях промышленности.

Процесс гидратирования обожженной кусковой извести осуществляют, как правило, во вращающихся барабанных гасителях. На вход аппарата подают обожженную известь и жидкость в количествах, требуемых для реакции оксида кальция, содержащегося в извести, с водой.

Продуктом этой сильно экзотермической реакции является гидроксид кальция. Он плохо растворяется в воде, а с повышением температуры растворимость становится еще меньше.

В зависимости от количества реагентов, подаваемых в гидратор, на его выходе получают либо сухой порошок - продукт сухой гидратации (при подаче воды в количестве, близком к требуемому по стехиометрии), либо известковую суспензию - продукт мокрой гидратации (при подаче воды с двух-трехкратным превышением против необходимого по стехиометрии). Растворение гидроксида в воде сопровождается выделением тепла в количестве, соответствующем концентрации получаемого раствора.

Вязкость известковой суспензии уменьшается с повышением температуры. Это свойство используется в промышленности для получения концентрированных по гидроксиду кальция суспензий.

Применение для гидратации производственных жидкостей вместо чистой воды позволяет повысить концентрацию гидроксида кальция в известковой суспензии без увеличения ее вязкости. Это, в свою очередь, дает возможность транспортирования такой суспензии по трубопроводам в другие отделения производства.

Косвенным параметром, характеризующим качество целевого продукта, является плотность известковой суспензии. Однако использование его при создании систем регулирования процесса гидратации осложняется непостоянством содержания примесей в составе обожженной извести, что, в свою очередь, влияет на величину плотности и приводит к неоднозначным результатам при неизменной концентрации известковой суспензии по гидроксиду кальция.

Перечисленные выше параметры: расходы реагентов, температуры входящих и выходящих потоков, их вязкость и плотность так или иначе используются в известных устройствах и системах автоматического регулирования процесса гидратации.

Известна система, в которой в зависимости от величины крутящего момента, характеризующего вязкость, дозируется расход жидкости на гашение (см. патент США N 2904401). Существенное запаздывание по каналу управляющего воздействия, а также невысокая корреляция величины вязкости с содержанием в известковой суспензии гидроксида кальция приводят к неэффективности такой системы регулирования.

Известно устройство для регулирования процесса гашения извести в непрерывно работающих гасильных аппаратах, в котором предусматривается система изменения (патент ГДР N 97589) подачи воды на гашение в зависимости от влажности материала в начале и в конце аппарата (см. патент ГДР N 97589). Однако применение такого устройства ограничивается процессом сухой гидратации.

Большой инерционностью системы по каналу и количеством неразгасившейся извести (расход жидкости) обладает устройство для автоматического управления процессом приготовления известкового молока, включающее систему изменения расхода жидкости, поступающей в гасильный аппарат, в зависимости от температуры известкового молока с коррекцией по количеству тепла, вносимого в аппарат жидкостью и негашенной известью (1).

Известна система автоматического управления процессом приготовления известкового молока, реализующая способ управления процессом путем изменения расхода жидкости в гасильный аппарат в зависимости от температуры реакционной смеси на его выходе (см. авт. св. СССР N 1502618, кл. С 13 D).

Недостатком данной системы является низкая точность стабилизации заданного значения концентрации гидроксида кальция в известковом молоке из-за значительного запаздывания в системе регули- рования.

Этот же недостаток присущ системе автоматического управления процессом приготовления известкового молока путем изменения расхода жидкости, поступающей в гасильный аппарат, в зависимости от температуры парогазовой смеси на его выходе (2), поскольку имеет место слабая корреляция данного параметра и концентрации гидроксида кальция в известковом молоке. К тому же из-за малой инерционности сигнала температуры парогазовой смеси случайные изменения его величины приводят к нежелательным возмущениям, вносимым в систему регулирования, что, в свою очередь, ухудшает качество стабилизации содержания гидроксида кальция в продукте.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система регулирования процесса приготовления известкового молока, реализующая способ управления процессом (3). Система включает датчик температуры парогазовой смеси, регулятор, исполнительный механизм и регулирующий орган, установленный на линии подачи жидкости в гасильный аппарат. В данной системе сигнал температуры парогазовой смеси дополнительно корректируется по разрежению в вытяжной трубе на выходе из аппарата и далее поступает на управление расходом жидкости в гаситель. Однако отмеченные недостатки устраняются лишь частично данной системой, оставляя точность стабилизации концентрации гидроксида кальция в известковой суспензии на невысоком уровне.

Цель изобретения - повышение точности стабилизации заданного значения концентрации гидроксида кальция в известковом молоке.

Поставленная цель достигается в адаптивной системе управления процессом приготовления известкового молока, включающей датчик температуры парогазовой смеси, регулятор, исполнительный механизм и регулирующий орган, установленный на линии подачи жидкости в гасильный аппарат, датчик температуры известкового молока на выходе из гасильного аппарата. Регулятор содержит фильтр, первый, второй, третий и четвертый сумматоры, первое, второе и третье устройства умножения, причем выход датчика температуры парогазовой смеси через фильтр связан с первым входом первого сумматора, второй вход которого связан с выходом устройства, формирующего заданное среднее значение температуры парогазовой смеси, а выход датчика температуры известкового молока связан с первым входом второго сумматора, второй вход которого связан с выходом устройства, формирующего заданное среднее значение температуры известкового молока. Выходы первого и второго сумматоров через первое и второе устройства умножения на постоянный коэффициент связаны соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора, два других входа которого связаны с выходами устройств, формирующих среднее и максимальное значения концентрации гидроксида кальция в известковом молоке. Выход третьего сумматора через третье устройство умножения на постоянный коэффициент связан с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого связан с выходом устройства коррекции, а выход связан с исполнительным механизмом.

Отличительными признаками системы являются дополнительное введение датчика температуры известкового молока на выходе из гасителя, а также то, что регулятор содержит фильтр, первый, второй, третий, четвертый сумматоры, первое, второе и третье устройства умножения на постоянный коэффициент, устройство, формирующее заданное среднее значение температуры парогазовой смеси, устройство, формирующее заданное среднее значение температуры известкового молока, устройство, формирующее среднее значение концентрации гидроксида кальция в известковом молоке, устройство, формирующее максимальное значение концентрации гидроксида кальция в известковом молоке. Причем выход датчика температуры парогазовой смеси через фильтр связан с первым входом первого сумматора, второй вход которого связан с выходом устройства, формирующего заданное среднее значение температуры парогазовой смеси, а выход датчика температуры известкового молока связан с первым входом второго сумматора, второй вход которого связан с выходом устройства, формирующего заданное среднее значение температуры известкового молока. Выходы первого и второго сумматоров через первое и второе устройства умножения на постоянный коэффициент связаны с первым и вторым входом третьего сумматора, два других входа которого связаны с выходами устройств, формирующих среднее и максимальное значения концентрации гидро- ксида кальция в известковом молоке. Выход третьего сумматора через третье устройство умножения на постоянный коэффициент связан с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого связан с выходом устройства коррекции, а выходом связан с исполнительным механизмом.

Эти отличия позволяют повысить точность стабилизации заданного значения концентрации гидроксида кальция в известковом молоке за счет использования температурных сигналов, измеряемых датчиками температуры наиболее адекватно характеризующих стабилизируемую концентрацию, высокой динамичности сигнала температуры, парогазовой смеси, высокой степени корреляции сигнала температуры известкового молока с концентрацией в нем гидроксида кальция, применения фильтра для уменьшения погрешностей, вносимых в систему при случайных изменениях малоинерционного сигнала температуры парогазовой смеси, повышения чувствительности путем использования в системе сигналов сумматоров, сформированных в виде разности между их текущими и среднезаданными значениями, введения дополнительного устройства коррекции в соответствии с ситуационными изменениями технологического процесса.

На чертеже представлена схема реализации адаптивной системы управления процессом приготовления известкового молока во вращающемся гасильном аппарате.

Система содержит технологический аппарат 1, датчик 2 температуры парогазовой смеси, регулятор 3, фильтр 4, сумматор 5, устройство 6, формирующее заданное среднее значение температуры парогазовой смеси, датчик 7 температуры известкового молока, сумматор 8, устройство 9, формирующее заданное среднее значение температуры известкового молока, устройства 10 и 11 умножения на постоянный коэффициент, сумматор 12, устройства 13 и 14, формирующие среднее и максимальное значения концентрации гидроксида кальция в известковом молоке, устройство 15 умножения на постоянный коэффициент, сумматор 16, устройство 17 коррекции, исполнительный механизм 18. Датчик 2 температуры парогазовой смеси соединен своим выходом с фильтром 4, выход которого соединен с первым входом сумматора 5, а второй вход соединен с выходом устройства 6, формирующего заданное среднее значение температуры парогазовой смеси. Датчик 7 температуры известкового молока соединен своим выходом с первым входом сумматора 8, а второй вход соединен с выходом устройства 9, формирующего заданное среднее значение температуры известкового молока. Сумматоры 5 и 8 соединены своими выходами с устройствами 10 и 11 умножения на постоянный коэффициент соответственно. Сумматор 12 соединен с выходом устройств 10 и 11 умножения на постоянный коэффициент, а также с выходами устройств 13 и 14, формирующих среднее и максимальное значения концентрации гидроксида кальция в известковом молоке. Сумматор 12 соединен своим выходом с устройством 15 умножения на постоянный коэффициент. Входы сумматора 16 соединены с выходами устройства 15 умножения на постоянный коэффициент и устройства 17 коррекции, а выход соединен с входом исполнительного механизма 18.

Алгоритм функционирования системы можно представить в виде:
Y = Y_p + Y_k;
Y_p= KC_макс-+K₁(t_пгс-)+K₂(t_им-), где Y - величина управляющего воздействия, %;
Y_p - расчетное значение управляющего воздействия, %;
Y_к - корректирующий сигнал, %;
С_макс, - максимальное и среднее значения концентрации гидроксида кальция в известковом молоке, н.д. ("нормальное давление" соответствует 1/20 г-эвк. вещества в 1 л раствора);
t_пгс, - текущее и заданное среднее значение температуры парогазовой смеси, ^оС;
t_им, - текущее и заданное среднее значение температуры известкового молока, ^оС;
К₁, К₂, К₃ - постоянные коэффициенты.

Работает система следующим образом.

В гасильный аппарат 1 подают одновременно известь и жидкость, которые, вступая в реакцию, образуют на выходе аппарата известковое молоко. При этом выделяется значительное количество тепла с образованием парогазовой смеси, направляемой в атмосферу.

Температуру парогазовой смеси измеряют датчиком 2, сигнал которого поступает на регулятор 3, включающий фильтр 4, уменьшающий (сглаживающий) колебания данного параметра. Выходной сигнал фильтра поступает на первый сумматор 5, где из него вычитается сигнал, эквивалентный среднему заданному значению температуры парогазовой смеси, сформированный устройством 6. Температура известкового молока измеряется датчиком 7, сигнал которого поступает на второй сумматор 8, где из него вычитается сигнал, эквивалентный среднему заданному значению температуры известкового молока, сформированный устройством 9. Выходные сигналы первого и второго устройств умножаются в устройствах 10 и 11 на постоянные коэффициенты. При этом коэффициент умножения устройства 10 значительно (в несколько раз) меньше коэффициента умножения устройства 11, что позволяет производить расчет текущего значения концентрации гидроксида кальция в известковом молоке на выходе из гасителя с более высокой точностью, поскольку степень корреляции последней с температурой известкового молока выше нежели с температурой парогазовой смеси.

Выходные сигналы устройств умножения поступают на входы третьего сумматора 12. Кроме того, на два других входа сумматора поступают сигналы, эквивалентные среднему и максимальному значениям концентрации гидроксида кальция в известковом молоке, сформированные в устройствах 13 и 14. Устройство суммирования формирует сигнал, пропорциональный разности максимального и текущего значений концентрации гидроксида кальция. Этот сигнал умножается на постоянный коэффициент третьим устройством 15 умножения и поступает на вход четвертого сумматора 16, где суммируется с корректирующим сигналом, сформированным устройством 17. Корректирующий сигнал формируется технологическим персоналом с учетом конкретной технологической ситуации и адаптирует систему на поддержание стабильным оптимального значения содержания гидроксида кальция в известковом молоке.

Сформированный указанным образом управляющий сигнал регулятора подается на исполнительный механизм 18.

В установившемся режиме работы текущее и среднее заданное значения температуры парогазовой смеси и известкового молока соответствуют друг другу, т.е.:
t_пгc* = ; t_им* = ; на выходе сумматоров 5 и 8 нулевые сигналы. Выходной сигнал Y_p = const и имеет величину соответствующую условиям стационарности процесса (Y_p*). Величина сигнала, управляющего положением исполнительного механизма Y, скорректированная исходя из технологической ситуации в отделении гашения (сигнал Y_к) будет равна:
Y = Y_p* + Y_к.

В переходных режимах, возникающих в ходе работы при колебаниях содержания оксида кальция в обожженной извести и т.п., выходные сигналы датчиков 2 и 7 температуры парогазовой смеси и известкового молока изменяют свою величину. При этом изменятся выходные сигналы сумматоров 5, 8, 12 и вместе с тем величина расчетного управляющего сигнала Y_p, а следовательно, и сигнала Y, поступающего на исполнительный механизм 18. Изменение положения исполнительного механизма приводит расход жидкости в аппарат в соответствие с новым содержанием оксида кальция в извести. Текущие значения температуры парогазовой смеси и известкового молока принимают установившиеся значения. Система вновь приходит в стационарный режим работы.

Реализация заявляемой системы позволяет существенно повысить точность стабилизации заданного значения концентрации гидроксида кальция в известковом молоке.

Например, система, реализованная по прототипу, обеспечивает поддержание указанного параметра в пределах: С_зад. ± 10 н.д., а система по изобретению: С_зад. ± 5 н.д. Таким образом, точность стабилизации С_зад. по изобретению повышается в 2 раза.

Использование: в устройствах для автоматического регулирования процесса приготовления известкового молока в гасильных аппаратах и может найти применение в химической, строительной, пищевой и др.отраслях промышленности. Сущность: система содержит датчики температуры парогазовой смеси и известкового молока, регулятор, включающий фильтр, первый, второй, третий и четвертый сумматоры, первое, второе и третье устройства умножения на постянный коээфициент, устройства, формирующие заданные средние значения температуры парогазовой смеси и известкового молока, устройство, формирующие среднее и максимальное значения концентрации гидроксида кальция в известковом молоке, исполнительный механизм и регулирующий орган. Связь между элементами системы позволяет повысить точность стабилизации заданного значения концентрации гидроксида кальтция в известковом молоке. 1 ил.

АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ИЗВЕСТКОВОГО МОЛОКА, включающая датчик температуры парогазовой смеси, регулятор, исполнительный механизм и регулирующий орган, установленный на линии подачи жидкости в гасильный аппарат, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности стабилизации заданного значения концентрации гидроксида кальция в известковом молоке, она снабжена датчиком температуры известкового молока, установленным на выходе гасильного аппарата, блоками формирования среднего и максимального значений концентрации гидроксида кальция в известковом молоке, блоками формирования заданного среднего значения температуры парогазовой смеси и температуры известкового молока и блоком коррекции, а регулятор содержит фильтр, четыре сумматора и три блока умножения, причем выход датчика температуры парогазовой смеси через фильтр связан с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока формирования заданного среднего значения температуры парогазовой смеси, а выход датчика температуры известкового молока подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого связан с выходом блока формирования заданного среднего значения теммпературы известкового молока, при этом выходы первого и второго сумматоров через первый и второй блоки умножения соответственно связаны с первым и вторым входами третьего сумматора, два других входа которого связаны с выходами блоков формирования среднего и максимального значений концентрации гидроксида кальция в известковом молоке и выход третьего сумматора через третий блок умножения подключен к первому входу четвертого сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока коррекции, а выход этого сумматора связан с исполнительным механизмом.