СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ГАЗОВЗВЕСИ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА В БУНКЕРЕ-УПЛОТНИТЕЛЕ Российский патент 2013 года по МПК C09C1/60 B01J2/10 

Изобретение относится к способам обработки дисперсных материалов, в частности к получению технического углерода, и направлено на стабилизацию процесса производства гранулированного технического углерода в технологических линиях мокрого гранулирования и сушки гранул технического углерода.

Проблема контроля уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе связана с вопросами комплексной механизации и автоматизации процесса мокрого получения гранулированного технического углерода, используемого в химических производствах, в частности при производстве резинотехнических изделий.

При производстве гранулированного технического углерода традиционно используются способы мокрого получения технического углерода. В состав технологической линии мокрого гранулирования и сушки гранул технического углерода, как правило, входит следующее оборудование:

- циклоны газотранспортов улавливания, доулавливания и аспирации газовзвеси технического углерода с разгрузчиками;

- бункер-уплотнитель с роторным питателем;

- смеситель-гранулятор;

- блок подготовки грануляционного раствора воды с насосом-дозатором;

- сушильный барабан;

- система контроля и автоматизации процесса мокрого получения технического углерода.

При работе линии мокрого гранулирования и сушки гранул технического углерода газовзвесь технического углерода из циклонов газотранспортов улавливания, доулавливания и аспирации подается в верхнюю часть бункера-уплотнителя.

Бункер-уплотнитель включает корпус с верхней цилиндрической и нижней конической частями, во внутренней полости которого по вертикальной оси бункера-уплотнителя расположен вал-перегребатель с лопастями. Вал-перегребатель предназначен для уплотнения газовзвеси технического углерода и предотвращения забивания техническим углеродом патрубка выгрузки бункера-уплотнителя, через который уплотненная газовзвесь технического углерода из бункера-уплотнителя поступает в смеситель-гранулятор.

В верхней части бункера-уплотнителя газовзвесь технического углерода имеет плотность 40-60 кг/м³. Под воздействием вала-перегребателя в бункере-уплотнителе (вдоль его высоты) и гравитационного осаждения частиц углерода в газовзвеси происходит постепенное уплотнение указанной газовзвеси. При этом в зоне выгрузки уплотненной газовзвеси технического углерода из бункера ее плотность составляет 80-170 кг/м³. Из бункера-уплотнителя уплотненная газовзвесь технического углерода выгружается с помощью роторного питателя в смеситель-гранулятор.

Производительность роторного питателя, который расположен в зоне патрубка выгрузки бункера-уплотнителя, зависит от числа оборотов ротора питателя. Вместе с этим на производительность роторного питателя также влияют следующие дополнительные факторы:

- фактическая плотность газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе перед роторным питателем;

- температура газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе;

- уровень газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе;

- перепад давлений на роторном питателе;

- техническое состояние внутренней поверхности бункера-уплотнителя, влияющее на сход газовзвеси технического углерода в роторный питатель;

- техническое состояние ротора и корпуса питателя.

В смеситель-гранулятор через форсунки с помощью насоса-дозатора подается грануляционный раствор, содержащий очищенную и подготовленную воду с химическими связующими добавками. Таким образом, в смесителе-грануляторе перемешивается газовзвесь технического углерода с грануляционным раствором воды, в результате чего в смесителе-грануляторе образуются влажные гранулы технического углерода с насыпной плотностью 320-500 кг/м³ и влажностью 50%. Из смесителя-гранулятора влажные гранулы технического углерода поступают в сушильный барабан.

Влажность гранул технического углерода, подаваемых из смесителя-гранулятора в сушильный барабан, влияет на нагрузку привода смесителя-гранулятора, по контролю величины которой осуществляют управление процессом мокрого гранулирования технического углерода. На нагрузку привода смесителя-гранулятора влияет сопротивление смеси, находящейся в его полости, вращению ротора смесителя-гранулятора, которое зависит от реологических характеристик смеси технического углерода с водой, в том числе от вязкости. Поэтому привод смесителя-гранулятора, в этом случае, фактически выполняет роль вискозиметра, который определяет вязкость смеси технического углерода с грануляционным раствором воды. Величина нагрузки на привод смесителя-гранулятора определяется соотношением технического углерода к грануляционному раствору в полученной смеси, то есть влажностью гранул технического углерода.

Процесс сушки технического углерода происходит в сушильном барабане, где полученные в смесителе-грануляторе гранулы поддаются сушке до необходимой влажности. Сушильный барабан работает при определенной температурной нагрузке и имеет две зоны обогрева - высокотемпературную и низкотемпературную. При этом осуществляется контроль температуры гранул технического углерода в пределах оптимального диапазона температур.

Система контроля и автоматизации способа мокрого получения технического углерода решает следующие основные задачи регулирования и контроля:

- регулирование влажности гранул, т.е. соотношения расхода газовзвеси технического углерода и грануляционного раствора, которые подаются в смеситель-гранулятор;

- регулирование теплового воздействия на обрабатываемое сырье в сушильном барабане, в зависимости от расхода и первоначальной влажности гранул технического углерода, подаваемых на вход сушильного барабана;

- контроль уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе.

Описанная система автоматизации способа мокрого получения технического углерода предназначена для оптимизации процесса получения гранулированного технического углерода в технологических линиях мокрого гранулирования и сушки гранул технического углерода, за счет стабилизации подачи газовзвеси технического углерода из бункера-уплотнителя в смеситель-гранулятор и дальнейшей подачи полученных гранул в сушильный барабан.

Поскольку основными элементами технологической линии мокрого гранулирования и сушки гранул технического углерода являются бункер-уплотнитель, смеситель-гранулятор и сушильный барабан, то для оптимизации процесса получения гранулированного технического углерода важно обеспечить постоянный весовой расход гранул технического углерода в сушильный барабан за счет обеспечения постоянного весового расхода газовзвеси технического углерод из бункера-уплотнителя в смеситель-гранулятор. При этом, с учетом переменного поступления технического углерода в бункер, нужен точный контроль уровня технического углерода в бункере, что тяжело осуществить. Эту проблему пытались решить различными методами в течение многих лет.

Известен способ определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе с помощью тензометрических датчиков, измеряющих массу углерода в бункере-уплотнителе (см. Орлов В.Ю., Комаров A.M., Ляпина Л.А. Производство и использование технического углерода для резин, Ярославль: Изд-во Александр Рутман, 2002, с.336-337).

Это косвенное измерение уровня газовзвеси технического углерода не обеспечивает необходимой надежности и точности измерений, вследствие отсутствия данных о плотности газовзвеси, а также в связи с необходимостью свободной подвески на тензодатчиках крупногабаритного бункера-уплотнителя без жесткого крепления на опорных конструкциях, что приводит к значительным нагрузкам на рабочие органы тензодатчиков и быстрому выходу их из строя. Следует также учесть, что масса газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе на порядок меньше массы самого бункера-уплотнителя.

Другой недостаток известного способа состоит в том, что необходима периодическая разгрузка тензодатчиков для сохранения их характеристик, что усложняет процесс эксплуатации бункера-уплотнителя, так как требует разгрузки последнего и его вывешивания.

Известен способ определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе, принятый в качестве прототипа, согласно которому уровень газовзвеси технического углерода определяют путем измерения перепада гидростатического давления в слое указанной газовзвеси между зоной загрузки бункера и зоной его выгрузки (см. вышеуказанный источник, с.337-338). При этом в бункере-уплотнителе осуществляется продув слоя газовзвеси технического углерода постоянным потоком воздуха при его малом расходе (до 5 м³/ч).

Недостатком известного способа является низкая точность определения уровня газовзвечи технического углерода в бункере-уплотнителе. Это связано в основном с тем, что измерений величин перепада гидростатического давления в слое указанной газовзвеси между зоной загрузки бункера и зоной его выгрузки, при отсутствии данных об изменении плотности слоя газовзвеси технического углерода по высоте бункера, недостаточно для определения фактического положения уровня газовзвеси в бункере-уплотнителе.

Наряду с этим продув слоя газовзвеси в бункере воздухом отрицательно влияет на точность измерений из-за подачи воздуха через импульсные трубки, что приводит к неточности при частичном или полном забивании проходного разреза импульсных трубок техническим углеродом.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе, характеризующегося достоверностью и высокой точностью, путем контроля изменения плотности газовзвеси технического углерода по высоте бункера-уплотнителя.

Для решения поставленной задачи в известном способе определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе, путем измерения перепада гидростатического давления в слое указанной газовзвеси между зоной загрузки бункера и зоной его выгрузки, согласно изобретению, бункер делят по высоте на зоны контроля, в каждой из которых измеряют перепад гидростатического давления указанной газовзвеси между верхней и нижней точками упомянутой i-той зоны контроля, по результатам измерений определяют перепад гидростатического давления в каждой зоне контроля, при этом плотность газовзвеси технического углерода в каждой i-той зоне контроля рассчитывают по следующей формуле:

$${\rho }_i=\frac{P_i{}^H-P_i{}^B}{h_i},\left(1\right)$$

где

ρ_i - средняя плотность газовзвеси в i-той зоне контроля, кг/м³;

Р_i ^H - давление в нижней точке i-той зоны контроля, кг/м²;

Р_i ^B - давление в верхней точке i-той зоны контроля, кг/м²;

h_i - высота i-той зоны контроля, м.

Затем строят график изменения плотности газовзвеси технического углерода по высоте бункера, на основании которого выявляют одну из упомянутых i-тых зон контроля, которой присваивают название к-той зоны, где происходит скачкообразное падение плотности, по которому судят о наличии в k-той зоне уровня газовзвеси технического углерода, а высоту уровня газовзвеси в пределах указанной зоны рассчитывают по формуле

$$\Delta h=\frac{P_k{}^H-P_k{}^B}{{\rho }_{k-1}},\left(2\right)$$

где

Δh - высота уровня газовзвеси технического углерода в пределах k-той зоны скачкообразного падения его плотности, м;

ρ_k-1 - средняя плотность газовзвеси в i-той зоне контроля, которой присваивают название зоны k-1, непосредственно примыкающей снизу к k-той зоне скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода, кг/м³;

P_k ^H - давление в нижней точке k-той зоны скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода, кг/м²;

Р_k ^B - давление в верхней точке k-той зоны скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода, кг/м²,

при этом определение уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе в каждый текущий момент времени рассчитывают по следующей зависимости:

$$H_{ур}={\displaystyle \sum _{i=1}^{k-1}{h}_i+\Delta h,\left(3\right)}$$

где

Н_ур - уровень газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе, м;

Σh_i - суммарная высота i-тых зон контроля (от i=1 до i=к-1), м;

Δh - высота уровня газовзвеси технического углерода в пределах k-той зоны скачкообразного падения его плотности, м;

k-1 - количество i-тых зон контроля от зоны выгрузки бункера до к-той зоны скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода.

Общее количество i-тых зон контроля, на которые разделяют бункер по высоте, устанавливают исходя из конструктивных особенностей бункера. В каждой из выделенных i-тых зон контроля измеряют перепад гидростатического давления газовзвеси технического углерода между верхней и нижней точками i-той зоны контроля, что позволяет определить перепад гидростатического давления в каждой i-той зоне контроля. Плотность газовзвеси технического углерода в каждой i-той зоне контроля рассчитывают по формуле (1).

На основании полученных данных о плотности газовзвеси технического углерода в каждой i-той зоне контроля строят график изменения плотности газовзвеси по высоте бункера. На полученном графике находят одну из упомянутых i-тых зон контроля, в которой происходит скачкообразное падение плотности газовзвеси технического углерода. Выявленной зоне присваивают дополнительное название - k-той зоны. Скачкообразное падение плотности в указанной к-той зоне свидетельствует о нахождении уровня газовзвеси технического углерода в этой зоне, а высоту уровня указанной газовзвеси в пределах указанной зоны рассчитывают по формуле (2). Для проведения указаного расчета требуется определить среднюю плотность газовзвеси технического углерода в зоне, непосредственно примыкающей снизу к к-той зоне, которой присваивают название зоны k-1. Плотность газовзвеси технического углерода в зоне к-1 также рассчитывают по формуле (1).

Наличие построенного графика позволяет определить количество зон контроля бункера, в которых находится газовзвесь технического углерода, а также определить высоту уровня указанной газовзвеси в пределах k-той зоны, которая входит составной величиной для определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе.

Для расчета уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе в каждый текущий момент времени используют формулу (3).

Таким образом, обеспечивается возможность достоверного и точного определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе, путем контроля изменения ее плотности по высоте бункера. При этом следует учесть, что в верхней части бункера давление близкое к атмосферному.

Постоянная подача небольшого количества воздуха через импульсные трубки, как это осуществляется в способе-прототипе, не осуществляется. Защита от попадания газовзвеси технического углерода в измерительные датчики осуществляется другими известными способами, например, использованием мембранных распределителей сред.

Реализация описаного способа позволяет обеспечить высокую точность и надежность определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе.

Наряду с этим возможность точного определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе позволяет повысить степень его заполнения, что обеспечивает стабильность работы технологического оборудования, сопряженного с указанным бункером-уплотнителем, и стабилизацию процесса производства гранулированного технического углерода в целом.

На Фиг.1 приведена принципиальная схема реализации предложенного способа; на Фиг.2 изображен график А изменения плотности газовзвеси технического углерода по высоте бункера-уплотнителя в процессе реализации заявленного способа; на Фиг.3 - график В изменения плотности газовзвеси технического углерода по высоте бункера-уплотнителя.

Установка для реализации предложенного способа включает циклон 1 газотранспорта улавливания, доулавливания и аспирации газовзвеси технического углерода с разгрузчиками 2, с помощью которых газовзвесь технического углерода, имеющая плотность 40-60 кг/м³, подается в вертикально установленный бункер-уплотнитель 3. Бункер 3 имеет верхнюю цилиндрическую и нижнюю коническую части и снабжен патрубком загрузки 4 и патрубком выгрузки 5 газовзвеси технического углерода. В бункере 3 установлен вертикальный вал-перегребатель 6, снабженный лопастями 7. Газовзвесь технического углерода, находящаяся в бункере 3, представляет собой аэрозольную взвесь углерода в воздухе, имеющую переменную плотность по высоте бункера 3. Под воздействием вращающегося вала-перегребателя 6, а также в результате большего удельного веса частиц углерода по сравнению с воздухом, плотность указанной газовзвеси увеличивается в направлении зоны выгрузки пропорционально высоте ее слоя в бункере 3. В результате, в его нижней части (в зоне выгрузки) плотность газовзвеси технического углерода достигает 80-170 кг/м³.

По высоте бункера 3 установлены датчики 8₁-8₈ для измерения перепада гидростатического давления газовзвеси технического углерода в бункере 3, размещение которых определяет положение зон контроля гидростатического давления газовзвеси технического углерода, обозначенных на Фиг.1 римскими цифрами I-VII. Датчики 8₁-8₈ предназначены для измерения перепада давления в зонах контроля с I по VII, а именно, между давлением Р_i ^H в нижней точке каждой i-той зоны контроля и давлением Р_i ^H в верхней точке каждой i-той зоны контроля.

За патрубком выгрузки 5 газовзвеси технического углерода из бункера 3 установлен роторный питатель 9. Производительность роторного питателя 9 зависит от числа оборотов его ротора, которое может регулироваться посредством частотно-регулируемого привода 10.

Из роторного питателя 9 газовзвесь технического углерода, имеющая плотность 80-170 кг/м³, поступает в смеситель-гранулятор 11, в который через форсунки (на чертежах не показаны) подается грануляционный раствор воды. Грануляционный раствор воды приготавливается путем смешивания связывающей добавки с химически очищенной водой. Смеситель-гранулятор 11 состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого смонтирован ротор 12 с установленным на нем шнеком, размещенным в зоне загрузки углерода, и пальцами, установленными в зоне перемешивания углерода с грануляционным раствором воды. Скорость вращения ротора 12 постоянна и устанавливается в диапазоне 340-520 об/мин.

После осуществления процесса грануляции в смесителе-грануляторе 11 полученные гранулы с насыпной плотностью 320-500 кг/м³ и влажностью около 50% поступают в сушильный барабан 13, где подвергаются сушке до влажности не более 0,9%. Сушильный барабан 13 обеспечивает прямоточный режим сушки и разделен на две зоны обогрева - высокотемпературную и низкотемпературную.

Установка с использованием предложенного способа оборудована системой автоматизации, что обеспечивает:

- точный контроль уровня газовзвеси технического углерода в бункере 3;

регулирование влажности гранул технического углерода при фиксированном расходе грануляционного раствора воды в смесителе-грануляторе 11;

- регулирование (периодическую коррекцию) загрузки сушильного барабана 13 с учетом уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе 3.

Указанная система автоматизации предназначена для оптимизации процесса получения гранулированного технического углерода за счет стабилизации подачи газовзвеси технического углерода из бункера-уплотнителя 3 в смеситель-гранулятор 11 и гранул в сушильный барабан 13.

Заявляемый способ определения уровня газовзвеси осуществляется следующим образом.

Газовзвесь технического углерода, имеющая плотность 40-60 кг/м³,из циклонов 1 поступает в разгрузчики 2, из которых через патрубки загрузки 4 направляется в бункер-уплотнитель 3. Из зоны загрузки бункера 3, давление в которой близкое к атмосферному, указанная газовзвесь под воздействием вращающегося вала-перегребателя 6 с лопастями 7, а также в результате оседания частиц технического углерода, перемещается в зону выгрузки бункера 3 к патрубку выгрузки 5. При этом плотность газовзвеси технического углерода в бункере 3 является различной по высоте бункера 3 и увеличивается в направлении патрубка выгрузки 5 пропорционально высоте слоя указанной газовзвеси в бункере 3. В результате, в зоне выгрузки бункера 3 плотность газовзвеси технического углерода составляет 80-170 кг/м³.

Текущие значения плотности газовзвеси технического углерода в бункере 3 рассчитывают путем определения средней плотности газовзвеси технического углерода в каждой i-той зоне контроля, т.е. в одной из указанных I-VII зон контроля бункера 3.

Для проведения указанного расчета контролируют перепад гидростатического давления газовзвеси технического углерода с помощью установленных в бункере 3 датчиков 8₁-8₈. По результатам измерений определяют перепад гидростатического давления в каждой i-той зоне контроля бункера 3. Плотность газовзвеси технического углерода в каждой i-той зоне контроля бункера 3 рассчитывают по формуле:

$${\rho }_i=\frac{P_i{}^H-P_i{}^B}{h_i},\left(1\right)$$

где

ρ_i - средняя плотность газовзвеси технического углерода в i-той зоне контроля бункера 3, кг/м³;

Р_i ^H - давление в нижней точке i-той зоны контроля бункера 3, кг/м²;

Р_i ^B - давление в верхней точке i-той зоны контроля бункера 3, кг/м²;

h_i - высота i-той зоны контроля бункера 3, м.

По полученным средним значениям плотности газовзвеси технического углерода в каждой i-той зоне контроля строят график изменения плотности газовзвеси технического углерода по высоте бункера 3. С помощью полученного графика выявляют одну из упомянутых i-тых зон контроля, в которой происходит скачкообразное падение плотности газовзвеси технического углерода, которой присваивают название k-той зоны бункера 3. По скачкообразному падению плотности в k-той зоне бункера 3 судят о наличии в указанной зоне уровня газовзвеси технического углерода, а высоту уровня газовзвеси технического углерода в пределах указанной k-той зоны рассчитывают по формуле

$$\Delta h=\frac{P_k{}^H-P_k{}^B}{{\rho }_{k-1}},\left(2\right)$$

где

Δh - высота уровня газовзвеси технического углерода в пределах указанной к-той зоны скачкообразного падения его плотности, м;

ρ_k-1 - средняя плотность газовзвеси технического углерода в i-той зоне контроля бункера 3, которой присваивают название зоны k-1, непосредственно примыкающей снизу к k-той зоне скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода, кг/м³;

P_i ^H - давление в нижней точке k-той зоны скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода, кг/м²;

Р_k ^B - давление в верхней точке k-той зоны скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода, кг/м².

Величина Δh определяет высоту уровня газовзвеси технического углерода в пределах k-той зоны скачкообразного падения его плотности, а уровень указанной газовзвеси в бункере 3 в каждый текущий момент времени рассчитывают по следующей зависимости:

$$H_{ур}={\displaystyle \sum _{i=1}^{k-1}{h}_i+\Delta h,\left(3\right)}$$

где

Н_ур - уровень газовзвеси технического углерода в бункере 3, м;

Σh_i - суммарная высота i-тых зон контроля бункера 3 (от i=1 до i=к-1), м;

Δh - высота уровня газовзвеси технического углерода в пределах k-той зоны скачкообразного падения его плотности, м;

k-1 - количество i-тых зон контроля от зоны выгрузки бункера 3 до k-той зоны скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода.

Рассчитав величину Н_ур определяют уровень газовзвеси технического углерода в бункере 3. Таким образом, посредством выполнения вышеуказанных действий решается задача определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе.

Для стабильной работы установки, реализующей заявленный способ определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере 3, требуется достижение четкого взаимодействия работы элементов системы автоматизации, обеспечивающей контроль и регулирование всех стадий процесса получения технического углерода, начиная от подачи указанной газовзвеси в бункер 3 и до управления загрузкой сушильного барабана 13 в зависимости от текущего значения уровня газовзвеси в бункере 3.

Выдачу газовзвеси из бункера 3 осуществляют через патрубок выгрузки 5 в роторный питатель 9, число оборотов ротора которого регулируют с помощью частотно-регулируемого привода 10.

Из роторного питателя 9 газовзвесь технического углерода подают в смеситель-гранулятор 11, в который с постоянным расходом подается грануляционный раствор воды, в результате чего происходит процесс гранулирования технического углерода в смесителе-грануляторе 11. Число оборотов ротора регулируется с помощью частотно-регулируемого привода 10 для поддержания заданной (около 50%) влажности гранул технического углерода.

Полученные гранулы, имеющие влажность около 50%, поступают в сушильный барабан 13, где поддаются сушке до необходимой окончательной влажности не более 0,9%, которая является номинальной для промышленного производства гранулированного технического углерода.

Способ определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе реализуется следующим образом.

Пример 1.

Для осуществления заявленного способа в вертикальном бункере 3 по его высоте выделяли несколько i-тых зон контроля гидростатического давления газовзвесь технического углерода, обозначенных на Фиг.1 римскими цифрами от I до VII. Количество зон контроля и высоту каждой из них установили исходя из конструктивных особенностей бункера 3. В каждой из выделенных i-тых зон контроля измеряли перепад гидростатического давления газовзвесь технического углерода между верхней и нижней точками i-той зоны контроля, что позволило определить перепад гидростатического давления в каждой зоне контроля от I до VII. При этом плотность указанной газовзвеси в каждой i-той зоне контроля рассчитывали по формуле (1).

На основании полученных данных о плотности газовзвеси технического углерода в каждой i-той зоне контроля был построен график изменений плотности газовзвеси по высоте бункера 3 (см. Фиг.2а). Было установлено, что в верхней части бункера 3 давление близкое к атмосферному. На полученном графике (линия А) видно, что в одной из i-тых зон контроля, а именно в VI зоне, было зафиксировано скачкообразное падение плотности газовзвеси технического углерода. Выявленной VI зоне, в которой зафиксировано скачкообразное падение плотности газовзвеси, присвоили наименование k-той зоны. Скачкообразное падение плотности в указанной k-той зоне свидетельствовало о нахождении уровня газовзвеси технического углерода в данный момент времени в этой зоне. Для проведения расчета высоты уровня газовзвеси в пределах указанной k-той зоны определяли среднюю плотность газовзвеси технического углерода в зоне, непосредственно примыкающей снизу к k-той зоне, которой присвоили наименование - зоны k-1. Плотность газовзвеси технического углерода в зоне k-1 также рассчитывали по формуле (1).

Затем рассчитывали высоту уровня газовзвеси технического углерода в пределах указанной VI зоны, переименованной в к-тую зону, по формуле (2).

Наличие графика, изображенного на Фиг.2а, позволило определить степень заполнения бункера 3 газовзвесью технического углерода по местонахождению VI (к-той) зоны скачкообразного падения плотности указанной газовзвеси, а также выявить расположение высоты уровня газовзвеси в пределах указанной к-той зоны, которая входит составной частью в формулу (3), с помощью которой определяют уровень газовзвеси технического углерода (H_yp) в бункере-уплотнителе 3.

Для расчета уровня газовзвеси технического углерода в бункере 3 в каждый текущий момент времени использовали формулу (3).

Таким образом, при заданных геометрических параметрах бункера 3 и выбранных размерах i-тых зон контроля, а также путем измерения гидростатического давления в выбранных точках i-тых зон контроля и вычисления величины Δh получили необходимые составляющие для определения величины H_ур.

В приведенном Примере 1 реализации заявленного способа величина Н_ур составила 5,4 м, а плотность газовзвеси технического углерода в зоне выгрузки бункера равнялась 100 кг/м³.

Полученное значение уровня газовзвеси технического углерода в бункере 3 позволило определить степень его наполнения и обеспечило возможность регулировать работу технологического оборудования, сопряженного с бункером-уплотнителем, что позволило оптимизировать процесс производства гранулированного технического углерода в целом.

Пример 2.

Для осуществления заявленного способа в вертикальном бункере 3 по его высоте выделяли несколько i-тых зон контроля гидростатического давления газовзвеси технического углерода, обозначенных на Фиг.1 римскими цифрами, от I до VII. Количество зон контроля и высоту каждой из них установили исходя из конструктивных особенностей бункера 3. В каждой из выделенных i-тых зон контроля измеряли перепад гидростатического давления газовзвеси технического углерода между верхней и нижней точками i-той зоны контроля, что позволило определить перепад гидростатического давления в каждой зоне контроля от I до VII. При этом плотность указанной газовзвеси в каждой i-той зоне контроля рассчитывали по формуле (1).

На основании полученных данных о плотности газовзвеси технического углерода в каждой i-той зоне контроля был построен график изменения плотности газовзвеси по высоте бункера 3 (см. Фиг.2б). На полученном графике (линия В) видно, что в одной из i-тых зон контроля, а именно в IV зоне, было зафиксировано скачкообразное падение плотности газовзвеси технического углерода. Выявленной IV зоне, в которой зафиксировано скачкообразное падение плотности газовзвеси, присвоили наименование k-той зоны. Скачкообразное падение плотности в указанной k-той зоне свидетельствовало о нахождении уровня газовзвеси технического углерода в пределах указанной зоны в данный момент времени. Для проведения расчета высоты уровня газовзвеси технического углерода в пределах k-той зоны определяли среднюю плотность газовзвеси технического углерода в зоне, непосредственно примыкающей снизу к k-той зоне (III зона), которой присвоили наименование зоны k-1. Плотность газовзвеси технического углерода в зоне к-1 также рассчитывали по формуле (1).

Затем рассчитывали высоту уровня газовзвеси технического углерода в пределах указанной IV зоны, переименованной в к-тую зону, по формуле (2).

Наличие графика, изображенного на Фиг.2б, позволило определить степень заполнения бункера 3 газовзвесью технического углерода по местонахождению IV (k-той) зоны скачкообразного падения плотности газовзвеси, а также выявить расположение высоты уровня H_ур указанной газовзвеси в пределах указанной к-той зоны, которая входит составной частью в формулу (3), с помощью которой определяют уровень газовзвеси технического углерода (Н_ур) в бункере-уплотнителе 3.

Для расчета уровня Н_ур газовзвеси технического углерода в бункере 3 в каждый текущий момент времени использовали формулу (3).

Таким образом, при заданных геометрических параметрах бункера 3 и выбранных размерах i-тых зон контроля бункера 3, а также путем измерения гидростатического давления в выбранных точках i-тых зон контроля и вычисления величины Δh получили необходимые составляющие для определения величины Н_ур.

В приведенном Примере 2 реализации заявленного способа величина Н_ур составила 3,5 м, при этом плотность газовзвеси технического углерода в зоне выгрузки бункера составляла 100 кг/м².

Полученное значение уровня газовзвеси технического углерода в бункере 3 позволило определить степень его наполненности и обеспечило возможность регулировать работу технологического оборудования, сопряженного с бункером-уплотнителем, что позволило оптимизировать процесс производства гранулированного технического углерода в целом.

Изобретение может быть использовано при производстве гранулированного технического углерода. Бункер-уплотнитель 3 делят по высоте на зоны контроля I-VII, в каждой из которых с помощью датчиков 8₁-8₈ измеряют перепад гидростатического давления газовзвеси технического углерода между верхней и нижней точками зоны. По результатам измерений определяют перепад гидростатического давления в каждой зоне, рассчитывают плотность газовзвеси технического углерода в каждой зоне и строят график изменения плотности газовзвеси технического углерода по высоте бункера, на основании которого выявляют одну из зон, где происходит скачкообразное падение плотности, присваивают ей название k-той зоны. Затем рассчитывают высоту уровня газовзвеси в пределах указанной зоны. После этого определяют уровень газовзвеси в бункере-уплотнителе 3 в каждый текущий момент времени по формуле $$H_{ур}={\displaystyle \sum _{i=1}^{k-1}{h}_i+\Delta h}$$ , где Н_ур - уровень газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе, м; Σh_i - суммарная высота i-тых зон контроля (от i=1 до i=к-1), м; Δh - высота уровня газовзвеси технического углерода в пределах к-той зоны скачкообразного падения его плотности, м; к-1 - количество i-тых зон контроля от зоны выгрузки бункера до к-той зоны скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода. Изобретение позволяет определить уровень газовзвеси в бункере-уплотнителе 3 с высокой достоверностью и точностью. 3 ил., 2 пр.

Способ определения уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе, путем измерения перепада гидростатического давления в слое указанной газовзвеси между зоной загрузки бункера и зоной его выгрузки, отличающийся тем, что бункер делят по высоте на зоны контроля, в каждой из которых измеряют перепад гидростатического давления указанной газовзвеси между верхней и нижней точками упомянутой i-той зоны контроля, по результатам измерений определяют перепад гидростатического давления в каждой зоне контроля, при этом плотность газовзвеси технического углерода в каждой зоне контроля рассчитывают по следующей формуле:
$${\rho }_i=\frac{P_i^H-P_i^B}{h_i}$$ ,
где
ρ_i - средняя плотность газовзвеси в i-той зоне контроля, кг/м³;
$$P_i^H$$ - давление в нижней точке i-той зоны контроля, кг/м²;
$$P_i^B$$ - давление в верхней точке i-той зоны контроля, кг/м²;
h_i - высота i-той зоны контроля, м,
затем строят график изменения плотности газовзвеси технического углерода по высоте бункера, на основании которого выявляют одну из упомянутых i-тых зон контроля, которой присваивают название k-той зоны, где происходит скачкообразное падение плотности, по которому судят о наличии в k-той зоне уровня газовзвеси технического углерода, а высоту уровня газовзвеси в пределах указанной зоны рассчитывают по формуле
$$\Delta h=\frac{P_k^H-P_k^B}{{\rho }_{k-1}}$$ ,
где
Δh - высота уровня газовзвеси технического углерода в пределах к-той зоны скачкообразного падения его плотности, м;
ρ_к-1 - средняя плотность газовзвеси в i-той зоне контроля, которой присваивают название зоны k-1, непосредственно примыкающей снизу к k-той зоне скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода, кг/м³;
$$P_k^H$$ - давление в нижней точке k-той зоны скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода, кг/м²;
$$P_k^B$$ - давление в верхней точке k-той зоны скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода, кг/м²,
при этом определение уровня газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе в каждый текущий момент времени рассчитывают по следующей зависимости:
$$H_{ур}={\displaystyle \sum _{i=1}^{k-1}{h}_i+\Delta h}$$ ,
где
Н_ур - уровень газовзвеси технического углерода в бункере-уплотнителе, м;
Σh_i - суммарная высота i-тых зон контроля (от i=1 до i=к-1), м;
Δh - высота уровня газовзвеси технического углерода в пределах к-той зоны скачкообразного падения его плотности, м;
k-1 - количество i-тых зон контроля от зоны выгрузки бункера до к-той зоны скачкообразного падения плотности газовзвеси технического углерода.