Устройство для автоматического управления процессом выпаривания Советский патент 1987 года по МПК B01D1/30 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления одно- и многокорпусными вакуум-выпарными установками и может быть использовано в химической и микробиологической промышленности.

Целью изобретения является снижение энергозатрат на проведение процесса.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Устройство состоит из теплообменника 1, в котором за счет тепла вторичного пара подогревается исходный раствор, первого 2 и второго 3 корпусов вакуум-выпарной установки, где исходной раствор упаривается до нужной концентрации, поверхностного конденсатора 4, в котором конденсируется вторичный пар из второго корпуса выпарной установки, пароэжекторного вакуум-насоса 5, отсасывающего газовоздушную смесь из системы, измерителя 6, вторичного прибора. 7, регулятора 8 и исполнительного устройства 9 системы регулирования вакуума в корпусе 3 изменением подачи пара на паро- эжекторный вакуум-насос, измерителя 10, вторичного прибора 11, регулятора 12 и исполнительного устройства 13 системы регулирования расхода исходного раствора, измерителя 14 и вторичного прибора 15 расхода упаренной суспензии, регулятора 16 соотношения расходов и исполнительного устройства 17 системы регулирования соотношения расходов исходного раствора и упаренной суспензии, измерителя 18 и вторичного прибора 19 расхода греющего пара, регулятора 20 соотношения расходов исходного раствора и греюц его пара с коррекцией по количеству выпаренной воды, исполнительного устройства 21, измерителя 22 и вторичного прибора 23 уровня конденсата вторичного пара в сборнике 24, измерителя 25 и вторичного прибора 26 расхода конденсата вторичного пара из сборника 24, дифференцирующего блока 27, вырабатывающего сигнал, соответствующий скорости изменения уровня конденсата вторичного lapa в сборнике, масштабирующего блока 28, в котором сигнал скорости изменения уровня умножается на постоянный коэффициент, зависящий от площади поверхности зеркала сборника, в результате чего на выходе блока отрабатывается сигнал, соответствующий изменению объема конденсата в сборнике за единицу времени, суммирующего блока 29, выдающего сигнал, соответствующий общему расходу конденсата вторичного пара (выпаренной воды), образующегося на выпарной установке.

Выход измерителя 10 расхода исходного раствора через станции управления вторичных приборов 11, 15 и 19 подключен к входу «Переменная соответствующих регуляторов 12, 16 и 20. К другому входу «Переменная регуляторов 16 и 20 соответственно через станции управления вторичных приборов 15 и 19 подключены выходы измерителей расхода упаренной суспензии 14 и греющего пара 18. Вход «Задание регулятора

12 соединен с выходом задатчика станции управления вторичного прибора 11, а корректирующий вход регулятора 20 соединен с выходом суммирующего блока 29. Выходы регуляторов 12, 16 и 20 подключены

соответственно к исполнительным устройствам 13, 17 и 21. Выход измерителя 22 уровня конденсата вторичного пара соединен с входами вторичного прибора 23 и дифференцирующего блока 27, выход которого подключен к входу масштабирующего блока

28. Выход измерителя 25 расхода соединен с входом вторичного прибора 26 и с одним из входов суммирующего блока 29, второй вход суммирующего блока 29 соединен с выходом масштабирующего блока 28.

П

Данное устройство может быть реализовано либо полностью приборно, либо с применением ЭВМ.

Устройство работает следующим образом. Выходной сигнал измерителя 6 вакуума,

5 пропорциональный измеренному значению вакуума в корпусе 3, поступает для регистрации на вторичный прибор 7 и на вход «Переменная регулятора 8. На вход «Задание регулятора В подается сигнал от задатчика, находящегося во вторичном при0 боре 7, соответствующий заданному значению вакуума в установке. В зависимости от значений входных сигналов регулятор 8 отрабатывает командный сигнал на исполнительное устройство 9, изменяющее подачу пара на пароэжекторный вакуум-насос 5 до

5 тех пор, пока вакуум в выпарном аппарате не установится на заданном значении. Сигнал, соответствующий измеренному значению расхода исходного раствора, с выхода измерителя 10 расхода поступает для ре,., гистрации на вторичный прибор 11, на вход «Переменная регулятора 12 и через стан- и.ии управления вторичных приборов 15 и 19 на вход «Переменная 2 регуляторов соотношения 16 и 20. На вход «Задание регулятора 12 подается сигнал от задатчика,

5 нахбдящегося во вторичном приборе 11, соответствующий заданному значению расхода исходного раствора. В зависимости от значений входных сигналов регулятора 12 отрабатывает командный сигнал на исполнительное устройство 13, изменяющее расход

0 исходного раствора, пока он не станет равным заданному значению. Выходной сигнал измерителя 14 расхода, пропорциональный измеренному значению расхода упаренной суспензии, поступает для регистрации на вторичный прибор 15 и на вход «Пере менная 1 регулятора 16 соотношения. В зависимости от отклонения соотнощения входных сигналов от заданного, устанавливаемого вручную, регулятор 16 соотношения

вырабатывает командный сигнал на исполнительное устройство 17, изменяющее расход упаренной суспензии до тех пор, пока не установится заданное соотношение между расходами исходного раствора и упаренной суспензии. Сигнал, пропорциональный измеренному значению расхода греющего пара, с выхода измерителя 18 расхода поступает для регистрации на вторичный прибор 19 и на вход «Переменная 1 регулятора 20 соотно- Щения. Выходной сигнал измерителя 22 уровня, соответствующий измеренному значению уровня конденсата вторичного пара в сборнике 24, поступает для контроля на вторичный прибор 23 и на вход дифференцирующего блока 27. На выходе дифференцирующего блока 27 вырабатывается сигнал, пропорциональный скорости изменения уровня конденсата в сборнике 24; с повышением уровня этот сигнал увеличивается, а при понижении уровня - уменьшается. С выхода дифференцирующего блока сигнал подается на вход масштабирующего блока 28, в котором происходит умножение сигнал на постоянный коэффициент, соответствующий площади поверхности зеркала сборника 24. Выходной сигнал масштабирующего блока 28, пропорциональный изменению объема конденсата в сборнике за единицу времени, поступает на один из положительных входов суммирующего блока 29. С выхода измерителя 25 расхода сигнал, пропорциональный измеренному значению расхо- да конденсата вторичного пара из сборника 24, подается для регистрации на вторичный прибор 26 и на другой положительный вход суммирующего блока 29. Выходной сигнал суммирующего блока 29 пропорционален общему притоку конденсата вторич- ного пара в сборник 24, т.е. общему количеству выпаренной воды в выпарной установке. Этот сигнал поступает на корректирующий вход регулятора 20 соотнощения. Корректирующий сигнал определяет значение, на котором должно поддерживаться соотношение расходов исходного раствора и греющего пара. Если соотношение сигналов, поступающих на входы «Переменная 1 и «Переменная 2 регулятора 20, не соответствует корректирующему сигналу, то регулятор 20 отрабатывает командный сигнал, который подается на исполнительное устройство 21, изменяющее подачу греющего пара до тех пор, пока соотношение расходов исходного раствора и греющего пара не придет в соответствие с количеством выпаренной воды в выпарной установке.

Ниже приведен алгоритм работы устройства.

Все регуляторы устройства относятся к пропорционально-интегральным.

Для стабилизирующих регуляторов вакуума в аппарате 8 и расхода исходного раствора 12 эта зависимость имеет вид:

0

0

5

о 5

(Yn-Y3)(Yn-Y3)dt+Xp, (1)

где X - выходной сигнал регулятора;

хо - значение выходного сигнала при рассогласовании (Yn-Ya), равном нулю;

Yn - сигнал переменной, соответствующий истинному значению регулируемой величины;

з - сигнал задания, соответствующий заданному значению регулируемой величины;

КР - коэффициент передачи регулятора; Тп-время интегрирования;

t - время;

5 КР и Тп параметры настройки регулятора. Сигналы Yn, соответствующие истинным значениям вакуума и расхода исходного раствора, с выхода измерителей 6 и 10 поступают для регистрации на вторичные приборы 7 и 11 и далее вместе с сигналами задания Ya, устанавливаемыми с помощью задатчиков вторичных приборов, направляются на вход регуляторов 8 и 12. Регуляторы 8 и 12 по зависимости (I) формируют выходные сигналы X, которые в качестве командных сигналов подаются на исполнительные устройства 9 и 13.

Регуляторы соотношения расходов 16 и 20 вырабатывают выходные сигналы по следующей зависимости:

(KrYn,-K2-Yn2) + (KrYn,-K2Yn2)x

о 5

xdt+Xo,(2)

где Yni, Yn2 - сигналы переменных, соответствующие истинным значениям расходов, между которыми поддерживается определенное заданное соотношение; Ki, Кг - коэффициенты пропорциональности, от которых зависит заданное соотношение расходов. Заданное соотношение расходов Yn|/Yn2 0 равняется соотношению K2/Ki.

На вход регулятора 16 соотношения расходов исходного раствора и упаренной суспензии поступают сигналы Yn; и Yn2 (через вторичный прибор 15 с выхода соответ- ствуюших измерителей 10 и 14), пропорциональные истинным значениям расходов исходного раствора и упаренной суспензии. Регулятор 16 по зависимости (2) вырабатывает выходной сигнал X, который как командный подается на исполнительное устройство 17, изменяющее расход упаренной суспензии (Yn2) до тех пор, пока соотношение расходов Yrti/Yn.. не станет равным заданному . В регуляторе 16 коэффициенты Kj и Кг настраиваются вручную.

Регулятор 20 соотношения расходов поддерживает соотношение расходов исходного раствора (Yn,) и греющего пара (Yn2) не на постоянном значении K2/Ki (как регулятор 16), а на значении, пропорциональном тре5

0

5

тьей корректирующей величине Упз, так как коэффициент К2 Кз Упз. В качестве корректирующей величины используется количество выпаренной воды, сигнал которой с выхода суммирующего блока 29 поступает на корректирующий вход регулятора 20 соотношение. Регулятор 20 формирует по зависимости (2) выходной сигнал X, который подается на исполнительное устройство 21, изменяющее подачу греющего пара (Уп2) до тех пор, пока соотнощение расходов исходного раствора и греющего пара Уп1/Уп2 не придет в соответствие с количеством выпаренной воды в выпарной установке и не станет равным Кз Упз/Кь Коэффициенты Ki и К- настраиваются вручную.

Как указывалось выще, сигнал пз, соответствующий общему количеству выпаренной воды в выпарной установке, отрабатывается на выходе суммирующего блока 29, в котором осуществляется операция суммирования

Yn3 Zi+Z2,

где Zi - сигнал, соответствующий расходу конденсата вторичного пара из сборника 24;

Z2 - сигнал, соответствующий изменению объема конденсата в сборнике за единицу времени. Сигнал Zi поступает на вход суммирующего блока 29 с выхода измерителя 25 расхода конденсата вторичного пара, а сигнал Z2 - с выхода масштабирующего блока 28.

В масштабирующем блоке 28 выполняется операция

(3)

где Za - входной сигнал масштабирующего блока, соответствующий скорости изменения уровня конденсата в сборнике 24;

b - постоянный коэффициент, соответствующий площади поверхности зеркала сборника 24. На вход масштабирующего блока 28 подается сигнал с выхода дифференцирующего блока 27, в котором реализуется операция дифференцирования.

7 dZ4, А

Z3 -,(4)

где Z4 - сигнал, соответствующий уровню конденсата в сборнике 24.

Сигнал Z4 подается на вход дифферен- цирующего блока 27 с выхода измерителя 22 уровня.

В конечном итоге данное устройство осуществляет определение общего количества выпаренной воды путем измерения общего расхода конденсата вторичного пара без установки сужающих устройств на каждой линии стока конденсата, что упрощает устройство и исключает источники нарушения герметичности системы, находящей- ся под вакуумом. Это повышает надежность работы устройства и эффективность управления процессом; на этом снижаются энергозатраты на проведение процесса и повышается точность поддержания концентрации упаренной суспензии.

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления процессом выпаривания, содержащее регулятор подачи исходного раствора, регулятор вакуума в выпарном аппарате, регулятор соотнощения расходов исходного раствора и упаренной суспензии, регулятор соотношения расходов исходного раствора и греющего пара, измеритель расхода конденсата вторичного пара из сборника, отличающееся тем, что, с целью снижения энергозатрат на проведение процесса за счет повышения надежности устройства, оно дополнительно содержит измеритель уровня в сборнике конденсата вторичного пара, дифференцирующий, масштабирующий

и суммирующий блоки, при этом измеритель уровня в сборнике конденсата вторичного пара соединен с входом дифференцирующего блока, выход которого через масштабирующий блок подключен к одному из входов

суммирующего блока, к второму входу которого подключен измеритель расхода конденсата вторичного пара из сборника, а выход суммирующего блока соединен с корректирующим входом регулятора соотношения расходов исходного раствора и греющего

пара.

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления одно- и многокорпусными вакуум-выпарными установками, может быть использовано в химической и микробиологической промышленности и позволяет снизить энергозатраты на проведение процесса. Устройство содержит контур стабилизации расхода исходного раствора: датчик (Д) 10, регулятор (Р) 12 Ucx. и исполнительный механизм (ИМ) 13, контур регулирования вакуума в корпусе 3 изменением подачи пара на пароэжекторный вакуум-насос 5. Д 6 вакуума, Р 8, ИМ 9. Устройство также содержит контур регулирования соотношения расходов исходного раствора и упаренной суспензии воздействием на выход последней: Д 10 и Д 14, вторичный прибор 15, Р 16 соотношения расходов, ИМ 17. Устройство включает в себя контур регулирования соотношения расходов исходного раствора и греющего пара с коррекцией по обшему расходу конденсата вторичного пара, образуюш,егося на выпарной установке, воздействием на подачу греющего пара: Д 10, Д 18. Суммирующий блок 29 выдает сигнал общего расхода конденсата вторичного пара, который суммируется из сигнала Д 25 расхода конденсата из сборника 24 и сигнала от масщтабирую- щего блока 28. Сигнал скорости изменения уровня в сборнике 24 умножается на постоянный коэффициент, зависящий от площади поверхности зеркала сборника, Р 20 соотношения, ИМ 21 подачи греющего пара. 1 ил. J о сл со ю 4 СО