УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01F13/00 

Изобретение относится к устройствам для дозирования в различные технологические жидкости, например в воду, малых количеств (менее 100 г/ч) различных веществ, растворимых в данной технологической жидкости.

Известно устройство для дозирования жидкости, содержащее камеру для дозируемой жидкости, гидравлическое сопротивление (капилляр), присоединенное к камере с дозируемой жидкостью, и электролизер, отделенный от камеры гибким баллоном. При работе электролизера на его электродах выделяются газы - водород и кислород, которые вытесняют из камеры дозируемую жидкость через гидравлическое сопротивление в технологический объект. Данное устройство просто по конструкции и надежно в эксплуатации, т.к. не содержит движущихся частей [Абилов А.Г., Лютфалиев К.А. Автоматические микродозаторы для жидкости. Библиотека по автоматике. М., "Энергия", 1975, вып. 545, с. 22].

Недостаток данного устройства состоит в том, что при работе электролизера выделяется взрывоопасная газовая смесь водорода и кислорода, что представляет определенную опасность при эксплуатации устройства.

Наиболее близким к изобретению является устройство для микродозирования жидкости, включающее камеру с дозируемой жидкостью, камеру (технологический объект), в которую поступает дозируемая жидкость, и гидравлическое сопротивление, соединяющее эти камеры. Для устойчивой работы устройства необходимо обеспечить герметичность камеры с дозируемой жидкостью и соединить эту камеру с технологическим объектом пневматической связью [то же, с. 20].

Недостатком данного устройства является необходимость герметизации камеры с дозируемой жидкостью. Кроме того, дозируемое вещество должно находиться в виде раствора, а сам этот раствор не должен содержать твердых частиц. Эти особенности усложняют обслуживание устройства и снижают надежность его работы.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и упрощение его обслуживания.

Поставленная цель достигается тем, что гидравлическое сопротивление выполнено в вертикальном направлении, причем расстояние между верхней и нижней точками гидравлического сопротивления должно быть не менее 10 мм.

Гидравлическое сопротивление выполнено по крайней мере из двух отдельных частей, расстояние между которыми по вертикали должно быть не менее 10 мм.

Сущность предлагаемого устройства состоит в том, что камеры соединены друг с другом удлиненным в вертикальном направлении гидравлическим сопротивлением. Оно представляет собой, например, пористую пластину, закрывающую паз или отверстие в стенке между камерами. Благодаря такому расположению гидравлического сопротивления перенос дозируемого вещества из камеры в камеру происходит главным образом за счет конвекции, которая в данном случае определяется проницаемостью гидравлического сопротивления и разностью плотностей жидкостей в камерах. Как показали экспериментальные исследования, геометрическая форма гидравлического сопротивления не оказывает существенного влияния на работу устройства. Это сопротивление может быть выполнено в виде одного прямоугольного паза, овального или круглого отверстия или в виде нескольких частей (двух и более), например щелей, пазов, отверстий различной формы. В предлагаемом устройстве гидравлическое сопротивление имеет значительно большую, чем в прототипе, площадь, поэтому оно более надежно в работе, т. к. сохраняет работоспособность даже при использовании загрязненных растворов. В предлагаемом устройстве не нужна герметизация камеры с дозируемым веществом, а само дозируемое вещество добавляют в предлагаемое устройство в твердом виде без предварительного перевода его в раствор, не прерывая работу устройства, что существенно снижает стоимость, упрощает конструкцию и обслуживание устройства.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство включает штуцер 1, камеру для хранения дозируемого вещества 2, в которой дозируемое вещество находится как в виде раствора 3, так и в нерастворенном виде 4, камеру с технологической жидкостью 5, штуцер 6, гидравлическое сопротивление 7, штуцер 8. Сплошными линиями показано направление движения технологической жидкости, например воды. Пунктирными линиями показано направление движения дозируемого вещества. Штуцер 1 предназначен для сброса избытка дозируемого вещества, например, при заполнении камеры 2 дозируемым веществом. На стенке, соединяющей камеры 2 и 5, выполнен сквозной паз, закрытый пористым материалом, который играет роль гидравлического сопротивления. Воду подают в нижний штуцер 8 камеры 5 и отводят через штуцер 6.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии (дозируемого вещества в камере 2 нет) вода через штуцер 8 поступает в камеру 5 и выходит из устройства через штуцер 6. Одновременно с этим вода проникает в камеру 2 через гидравлическое сопротивление 7 и заполняет ее до некоторого уровня, определяемого давлением воды в камере 5, поскольку камеры 2 и 5 представляют собой сообщающиеся сосуды.

Для осуществления процесса дозирования в камеру 2 добавляют дозируемое вещество 4, например, твердую соль NaCl в таком количестве, чтобы слой твердой соли 4 был выше гидравлического сопротивления 7.

При добавлении соли 4 в камеру 2 избыток раствора 3 сливается из этой камеры через штуцер 1. Часть твердой соли NaCl, находящейся в камере 2, растворяется, и в камере 2 образуется насыщенный раствор дозируемого вещества. В камере 5 находится жидкость с низкой концентрацией NaCl, а в камере 2 - жидкость с высокой концентрацией NaCl. Таким образом, гидравлическое сопротивление 7 разделяет жидкости с разной концентрацией дозируемого вещества, причем плотность раствора в камере 2 будет всегда выше, чем плотность раствора в камере 5.

Благодаря этому NaCl из камеры 2 будет переходить через гидравлическое сопротивление 7 в камеру 5 как за счет диффузии (из-за различия концентраций растворов), так и за счет конвекции (из-за различной плотности растворов).

Как показали экспериментальные исследования, из камеры 2 в камеру 5 происходит перенос только дозируемого вещества 4 и только через нижнюю часть гидравлического сопротивления 7. Через верхнюю часть этого сопротивления в камеру 2 поступает равное по объему количество воды из камеры 5. Эта вода растворяет новые порции дозируемого вещества 4. Уровень раствора 3, а также его концентрация в камере 2, в процессе работы не изменяются, происходит лишь уменьшение количества нерастворившегося NaCl. По мере перехода NaCl из камеры 2 в камеру 5 уровень твердой соли 4 в камере 2 понижается, но скорость поступления дозируемого вещества 4 в камеру 5 не изменяется, поскольку концентрация раствора 3, а следовательно, и его уровень в камере 2 остаются неизменными. Поэтому предлагаемое устройство отличается высокой надежностью и стабильностью в работе.

После того, как уровень твердой соли 4 будет ниже, чем верхний край гидравлического сопротивления 7, концентрация раствора 3 над твердым NaCl будет постепенно уменьшаться за счет разбавления раствора 3 водой, поступающей из камеры 5. Скорость подачи NaCl в камеру 5 будет также снижаться. После того, как уровень твердого NaCl достигнет нижнего края гидравлического сопротивления 7, поступление дозируемого вещества в камеру 5 практически прекращается.

Как показали экспериментальные исследования, скорость дозирования в данном устройстве обратно пропорциональна величине гидравлического сопротивления 7, прямо пропорциональна его площади и расстоянию по вертикали между верхним и нижним краями этого сопротивления. В связи с этим выбор конкретных параметров устройства целесообразно определять опытным путем.

Если расстояние между верхней и нижней точками гидравлического сопротивления 7 будет меньше 10 мм, то скорость и точность дозирования снижаются настолько, что данное устройств использовать практически невозможно. Причина этого явления не установлена. Возможно, при малой высоте гидравлического сопротивления 7 перенос дозируемого вещества из камеры 2 в камеру 5 происходит уже главным образом за счет диффузии, а не конвекции.

Увеличение расстояния между верхней и нижней точками гидравлического сопротивления 7 повышает скорость дозирования. Точность дозирования при этом практически не изменяется. Высота гидравлического сопротивления 7 определяется главным образом конструктивными особенностями и удобством эксплуатации устройства. В большинстве случаев эта высота находится в пределах от 30 до 200 мм, но может быть и выше.

Пример
Технологическая жидкость - питательная вода энергоблоков тепловой электростанции, имеющая электропроводность от 3 до 5 мкСм/см. Дозируемое вещество NaCl. Камера 2 имеет объем 0,6 дм³ и высоту 200 мм. В стенке камеры 2 со стороны камеры 5 выполнен вертикальный паз высотой 20 мм и шириной 4 мм. Нижний край паза находится на расстоянии 10 мм от дна камеры 2. Этот паз закрыт шестью слоями стеклоткани.

Паз и стеклоткань играют роль гидравлического сопротивления 7. Питательная вода протекает через камеру 5 со скоростью 100 мл/мин и свободно сливается из устройства через верхний штуцер 6.

В камеру 2 засыпают около 400 г твердой соли NaCl. Штуцер 1 размещен на расстоянии 30 мм от верхнего края камеры 2. При таких параметрах устройства в установившемся режиме уровень раствора 3 в камере 2 расположен на расстоянии 55 мм от верхнего края камеры 2. Скорость поступления NaCl в камеру 5 такова, что электропроводность питательной воды, прошедшей камеру 5, повышается до 260-270 мкСм/см. Колебания электропроводности воды на выходе устройства, а следовательно, и стабильность дозирования не превышают ±2,5%. Время непрерывной работы без добавления новой порции NaCl составляет 15 суток.

Добавление NaCl проводят без остановки работы устройства путем внесения твердой соли NaCl в камеру 2.

Данное устройство отличается высокой надежностью и стабильностью в работе, т. к. не содержит движущихся частей, отличается дешевизной, простотой и удобством в эксплуатации.

Данное устройство наиболее целесообразно применять в тех объектах, где не требуется менять скорость дозирования в процессе работы, например в электрохимических анализаторах с открытой электродной системой.

Изобретение предназначено для дозирования в технологическую жидкость (преимущественно микродозирования) различных веществ, растворимых в данной технологической жидкости. В устройстве гидравлическое сопротивление, соединяющее камеры с дозируемым веществом и технологической жидкостью, выполнено в вертикальном направлении. Расстояние между верхней и нижней точками гидравлического сопротивления должно быть не менее 10 мм. Это сопротивление может быть выполнено по крайней мере из двух отдельных частей, расстояние между которыми по вертикали должно быть не менее 10 мм. Технический результат - повышение надежности работы устройства и упрощение его обслуживания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для дозирования в технологические жидкости растворимых в них веществ, включающее камеру для хранения дозируемого вещества, камеру с технологической жидкостью и гидравлическое сопротивление, соединяющее эти камеры, отличающееся тем, что гидравлическое сопротивление выполнено из пористого материала в вертикальном направлении, причем расстояние между верхней и нижней точками гидравлического сопротивления должно быть не менее 10 мм. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидравлическое сопротивление выполнено, по крайней мере, из двух отдельных частей, расстояние между которыми по вертикали должно быть не менее 10 мм.