Устройство оптимальной остановки выпарной установки на чистку Советский патент 1990 года по МПК B01D1/30 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам автоматической остановки выпар- ных установок на чистку, в частности, в производстве минеральных удобрений и может быть использовано в отраслях химической и пищевой промышленности, в биохимическом и микробиологическом производствах.

Целью изобретения является снижение удельных затрат на выпаривание.

На чертеже изображена функциональная схема устройства оптимальной остановки выпарной установки на чистку.

На линии подачи пара на выпарной аппарат 1, на линии подачи охлаждающей воды на конденсатор 2 и на линии подачи пара на вакуум-насос 3 конденсатора установлены первичные преобразователи для измерения расходов, выходы которых подключены соответственно к устройству 4 определения общего расхода пара на выпарной аппарат за рабочий цикл, к устройству 5 определения общего расхода охлаждающей воды на конденсатор и к устройству 6 определения общего расхода пара на

СП

со ел ел

О5

ю

31

вакуум-касос конденсатора за рабочий цикл. Выходы первичных преобразователей для измерения расходов растворов подключены к входу блока 7 расчета текущей производительности выпарной установки.

Устройство содержит также устройство 8 определения стоимости пара на выпарной аппарат, устройства 9 определения стоимости охлаждающей воды, устройство 10 определения стоимости пара на вакуум-насос конденсатора, устройство 11 определения суммарных затрат энергонесущих компонентов, насос 12 подачи исходного раствора с приводом 13, насос 14 подачи охлажденной воды на конденсатор с приводом 15, привод 16 циркуляционного насоса, устройство 17 определения расхода электроэнергии на привод насоса, подающего исходный раствор, устройство 18 определения расхода электроэнергии на привод насоса, подающего охлаждающую воду на конденсатор,, устройство 19 определения расхода электроэнергии на привод циркуляционного насоса, устройство 20 определения расхода электроэнергии на выпарную установку, устройство 21 определения общего расхода электроэнергии на выпарную установку за рабочий цикл, устройство 22 определения стоимости затрат электроэнер гии на выпарную установку, устройство 23 определения суммарных затрат на единицу выпаренной жидкости, за- датчики удельных текущих затрат 24 и времени 25 на чистку и промывку установки, устройство 26 определения затрат на чистку и промывку установки, устройство 27 определения суммар ных затрат на выпаривание за один цикл, устройство 28 определения сред нецикловых затрат на выпаривание, отсечной клапан с приводом 29 на линии подачи пара на выпарной аппарат 1, устройство 30 определения дли тельности работы выпарной установки, устройство 31 определения цикла рабо ты установки, сглаживающий фильтр 32

блок 33 поиска экстремума, первый блок 34 логического умножения, первый блок 35 временной задержки, отсечной клапан с приводом 36 на линии подачи пара на вакуум-насос конденсатора, второй блок 37 логического умножения, второй блок 38 временной задержки, третий блок 39 логическо355624

го умножения, третий блок 40 временной задержки, четвертый блок 41 логического умножения, четвертый блок 42 временной задержки и регулятор 5 43 концентрации упаренного раствора на выходе выпарного аппарата.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с первичных преобразователей для измерения расходов пара на выпарной аппарат, охлаждающей воды на конденсатор и пара на вакуум-насос конденсатора поступают соответственно на входы устройств 4, 5 и 6, на выходах которых формируются сигналы, пропорциональные общим расходам пара на выпарной аппарат за рабочий цикл, охлаждающей воды на конденсатор, пара на вакуум-насос конденсато10

15

20

ра.

На выходе устройства 4

t

G мь.

CD

где G - общий расход пара на выпарной аппарат за рабочий цикл} G - расход пара на выпарной

аппарат; Ј. - продолжительность работы установки.

На выходе устройства

Lp

|,6 j G0bdt

о,в

40

35 где G . - общий расход охлаждающей

Ok Ь

воды на конденсатор; G06 - расход охлаждающей воды

на конденсатор. На выходе устройства 6

Ср

Ga& I Gn.6dt о

.Ј

(3)

где О1 - общий расход пара на вакуум-насос конденсатора 45за рабочий цикл;

G п в - расход пара на вакуум- насос конденсатора. Сигналы, формируемые согласно зависимостям (1), (2) и (3).поступают 50 соответственно на входы устройств

8, 9 и 10, на выходах которых формируются сигналы пропорциональные стоимости пара на выпарной аппарат, охлаждающей воды на конденсатор и пара 55 на вакуум-нагос конденсатора. На выходе устройства 8

- П„-СП,

(4)

где Зп - стоимость пара на выпарной

аппарат;

IIп - стоимость 1 кг пара на выпарной аппарат. На выходе устройства 9

%в П... G

Ј

ОБ 0.6

(5)

где 306- стоимость охлаждающей воды

на конденсатор; П0 6 - стоимость 1 кг охлаждающей

воды. На выходе устройства 10

1 П Г

Jn,6 ип.в ,

(6)

35з626

С выхода устройства 20 сигнал поступает на вхот устройства 21, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный общему расходу 5 электроэнергии на выпарную установку за рабочий цикл: /%.

J- lf j G,rt dt(9)

10

Сигнал, формируемый согласно зависимости (9) поступает на вход устройства 22, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный затратам электроэнергии на выпарную

установку:

Изобретение относится к устройствам остановки выпарных установок на чистку, в частности, в производстве минеральных удобрений и может быть использовано в отраслях химической и пищевой промышленности и микробиологическом производстве. Целью изобретения является снижение удельных затрат на выпаривание. Устройство содержит выпарной аппарат 1, конденсатор 2, вакуум-насос 3, блок 7 расчета текущей производительности выпарной установки, насос 12 подачи исходного раствора, насос 14 подачи охлажденной воды на конденсатор, привод 15 циркуляционного насоса, привод 29 на линии подачи пара в выпарной аппарат, устройство 31 определения цикла работы установки, блок 33 поиска экстремума, отсечной клапан с приводом 36 на линии подачи пара на вакуум-насос и регулятор 43 концентрации упаренного раствора на выходе выпарного аппарата. В устройстве производится подсчет материальных затрат по потокам энергоносителей и производится их стоимостная оптимизация за цикл работы выпарного аппарата, по которой производится его остановка на чистку. 1 ил.

где 3„,в.- стоимость пара на вакуум- насос конденсатора; П п в- стоимость 1 кг пара на

вакуум-насос конденсатора Сигналы с выходов устройств 8, 9 и 10 поступают на вход устройства 11, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный суммарным затратам энергонесупргх компонентов на выпарную установку:

(7)

гдеЗЭ|К- суммарные затраты энергонесущих компонентов на выпарную установку.

На выходе устройств определения расхода электроэнергии на приводы насосов, подключенных к соответствующим приводам, формируются сигналы:

на выходе устройства 17СЧ„ u р сигнал, пропорциональный расходу электроэнергии на привод насоса исходного раствора;

на выходе устройства 18Сэ/. о.а. сигнал пропорциональный расходу элекроэнергии на привод насоса охлаждающей воды на конденсатор;

на выходе устройства 19Сэ/1.ц.14 сигнал, пропорциональный расходу электроэнергии на привод циркуляционного насоса.

С выхода устройств 17, 18 и 19 сигналы поступают на входы устройства 20, на выходе которого формируется сигнал согласно зависимости .

эл сэп. и.р +СЭл.о.б +

+G

эо. ц.и

(8)

где G},, - расход электроэнергии на выпарную установку.

3, G9

эи

л

(10)

где Пэ„ - стоимость 1 кВт/ч электроэнергии.

Сигналы от первичных преобразователей для измерения расхода исходного и упаренного растворов поступают на вход блока 7 расчета текущей производительности, предназначенного для определения общего количества выпаренной жидкости за рабочий период:

гL л

W j (Gu.p )cU, (11)

о

где W - общее количество выпаренной жидкости за рабочий период; G цр - расход исходного раствора; G м.р. - расход упаренного раствора. Сигналы, формир емые согласно зависимостям (7), (10) и (11), с выхода устройств 11, 12 и 7 соответственно поступают на входы устройства 23, на выходе которого формируется сигнал согласно зависимости:

У

(12)

. WЈ s

Где 3 - суммарные затраты на единицу выпаренной жидкости. Задатчики удельных текущих затрат 24 и времени 25 на чистку и промывку установки формируют соответственно сигналы 5, , которые поступают на вход устройства 26, определяющего затраты на чистку и промывку установки:

55

Г t

(13)

.где 3,, - удельные затраты на чистку и промывку установки;

Ь,, - удельные текущие затраты

на чистку и промывку установки;сг - продолжительность периода

чистки и промывки. Окончательной операцией при пуске выпарной установки является подача пара в греющую камеру выпарного аппарата, поэтому сигнал с привода 29 бтсечного клапана, свидетельствующий об открытии клапана, запускает устройство 30 определения длительности работы выпарной установки, на выходе которого формируется сигнал Јр , пропорциональный длительности работы установки. При перекрытии отсечного клапана на линии подачи пара на выпарной аппарат сигнал с привода 29 не поступает на вход устройства 30. Сигналы с выходов устройств 25 и 30 поступают на вход устройства 31, где определяют длительность цикла работы установки:

±г

(14)

где Т ц - длительность цикла работы

установки.

На вход устройства 27 поступают сигналы, формируемые согласно зависимостям (12) и (13) с выходов устройств 23 и 26. На выходе устройства 27 формируется сигнал согласно зависимости:

(15)

где Зц- суммарные затраты на выпаривание за один цикл. Сигналы с выходов устройств 27 и 31, формируемые согласно зависимостям (15) и (14), поступают на вход устройства 29, которое формирует сигнал

я -1 я

J ,

хц

(16)

где 3 - среднецикловые затраты на

выпаривание.

Сигнал с выхода устройства 28 через фильтр 32, предназначенный для сглаживания высокочастотной составляющей сигнала, поступает на вход блока 33 . В блоке 33 производится дифференцирование сигнала, формируемого согласно зависимости (16) и выдача сигнала для поэтапного останова выпарной установки, если эта производная равна нулю.

Для обеспечения безаварийной остановки выпарной установки она должна производиться поэтапно: сначала производят перекрытие отсечного клапана на линии подачи пара на выпарной аппарат, потом отключают насос подачи охлаждающей воды на конденсатор, производят перекрытие отсечного

Q клапана на линии подачи пара на вакуум-насос конденсатора, затем отключают насос подачи исходного раствора и в последнюю очередь отключают привод насоса, обеспечивающего цир5 куляцию раствора в аппарате.

Вход привода 29 отсечного клапана на линии подачи пара на выпарной аппарат 1 соединен с выходом блока 33. При поступлении нулевого сигнала

Q с блока 33 привод 29 перекрывает отсечной клапан. При перекрытии отсечного клапана на линии подачи пара на выпарной аппарат сигнал с привода 29 через первый блок 35 временной

5 задержки устройства отключения привода насоса подачи охлаждающей воды на конденсатор поступает на первый вход первого блока 34 логического умножения этого же устройства. На второй

0 инверсный вход блока 34 поступает нулевой сигнал с выхода блока 33 поиска экстремума. При наличии двух единичных сигналов на входе первого блока 34 логического умножения, на его выходе формируется единичный сиг5

0

5

0

5

нал, идущий на отключение привода 15 насоса охлаждающей воды на конденсатор .

Выход привода 15 скоммутирован так, что при отключении насоса охлаждающей воды на конденсатор формируется сигнал, подаваемый на вход второго блока 38 временной задержки устройства перекрытия отсечного клапана на линии подачи пара на вакуум-насос конденсатора.Сигнал с выхода блока 38 поступает на первый вход второго блока 37 логического умножения этого же устройства. На второй инверсный вход блока 37 поступает нулевой сигнал с выхода блока 33 поиска экстремума. При наличии двух единичных сигналов на входе второго блока 37 логического умножения на его выходе формируется единичный сигнал, подаваемый на привод 36 для перекрытия отсечного клапана ча линии подачи пара на вакуум-насос конденсатора0

Выход привода 36 скоммутирован так, что при перекрытии отсечного клапана на линии подачи пара на вакуум-насос конденсатора формируется сигнал, подаваемый на вход третьего блока 40 временной задержки устройства отключения привода насоса подачи исходного раствора. Сигнал с выхода блока 40 поступает на первый вход третьего блока 39 логического умножения этого же устройства. На второй инверсный вход блока 39 поступает нулевой сигнал с выхода блока 33 поиска экстремума. При этом на выходе блока 39 формируется сигнал, идущий на отключение привода 13 насоса исходного раствора.

Выход привода 13 скоммутирован так, что при отключении насоса исходного раствора формируется сигнал, подаваемый на вход четвертого блока 42 временной задержки устройства отключения привода циркуляционного насоса. Сигнал с выхода блока 42 поступает на первый вход четвертого блока 41 логического умножения этого же устройства. На второй инверсный вход блока 41 поступает нулевой сигнал с выхода блока 33 поиска экстремума. При этом на выходе блока 41 формируется сигнал, идущий на отключение привода 16 циркуляционного насоса. Таким образом осуществляется полный поэтапный автоматический останов выпарной установки при поступлении нулевого сигнала с блока поиска экстремума. В том случае, когда затраты еще не достигли минимума и на выходе блока 33 поиска экстремума не сформирован нулевой сигнал, привод 29 отсечного клапана на линии подачи пара на выпарной аппарат открыт, на инверсные входы блоков логического умножения 34, 37, 39 и 41 поступают единичные сигналы, а на вторые входы этих блоков поступают нулевые сигналы, поэтому сигналов на их выходе не будет и установка будет продолжать работу.

Блоки временных задержек введены для обеспечения 20-30-секундной задержки между отключениями приводов.

Регулятор 43 концентрации упаренного расхода поддерживает в рабочей части цикла заданную концентрацию путем изменения расхода пара, подаваемого на выпарной аппарат. При об0

5

0

5

разовании накипи на стенках аппарата регулятор 43 продолжает поддерживать заданное качество упаренного продукта до тех пор, пока затраты не достигнут минимума, после этого происходит описанный поэтапный останов установки.

Для аппаратов периодического действия существует оптимальное соотношение между временем безостановочной работы и временем остановки на чистку. В вып.арных установках это объясняется тем, что вследствие наr кипиобразования при работе для поддержания заданной концентрации значительно повышаются расходы энергонесущих компонентов и электроэнергии, что ведет к возрастанию затрат

., на выпаривание. Продолжение работы на растущих затратах становится неэффективным: выгоднее произвести останов установки и ее чистку. Однако, если затраты еще не достигли миниму5 ма и не начали возрастать, чрезмерно частый останов неэффективен.

За счет поддержания на оптимальном уровне соотношения между временем безостановочной работы и временем

о остановки на чистку выпарной установки предлагаемое устройство обеспечивает снижение затрат на выпаривание. Кроме того, снижение затрат обеспечивается учетом расходов всех компонентов, обеспечивающих работоспособность установки, а также поэтапным автоматическим остановом при достижении минимума среднецик- ловых затрат на выпаривание.

Предлагаемое устройство обеспечивает снижение удельных затрат на выпаривание на 19-20% и повышение производительности труда за счет автоматического поэтапного останова выпарной установки.

Формула изобретения

Устройство оптимальной остановки выпарной установки на чистку, содержащее первичные преобразователи для измерения расходов исходного и упаренного растворов и пара, подаваемого на выпарной аппарат, выходы которых соединены с входами блока расчета текущей производительности выпарной установки, приводы насосов .подачи исходного и упаренного растворов, отличающееся тем,

11 1

что, с целью снижения удельных «затрат на выпаривание, оно дополнительно содержит конденсатор, устройство определения общего расхода пара на выпарной аппарат за рабочий цикл, вакуум-насос конденсатора, первичный преобразователь для измерения расхода охлаждающей воды в конденсатор, первичный преобразователь для измерения расхода пара на вакуум-насос конденсатора, привод насоса подачи охлаждающей воды, первичный преобразователь для измерения расхода охлаждающей воды на конденсатор, первичный преобразователь для измерения расхода пара на вакуум насос, привод циркуляционного насо-- са, блоки определения общего расхода пара, охлаждающей воды, расхода пара на вакуум-насос, блоки определе ния стоимостей пара, охлаждающей воды, пара на вакуум-насос, устройство определения расхода электроэнергии на приводы насосов подачи исходного раствора, охлаждающей воды на конденсатор и циркуляционный насос, устройство определения расхода электроэнергии на выпарную установку, устройство определения общего расхода электроэнергии на выпарную установку за рабочий цикл, устройство определения стоимости затрат электроэнергии на выпарную установку, устройство определения суммарных зат рат на единицу выпаренной жидкости, задатчнки удельных текущих затрат и времени на чистку и промывку установки, устройство определения затрат па чистку и промывку установки, устройство определения суммарных затрат на выпаривание за один цикл, устройство для определения среднецикловых затрат на вппаривание, первый и второй отсечные клапаны с приводами на линии подачи пара, устройство определения длительности работы выпарной установки, устройство определения цикла работы установки, сглаживающий фильтр, первый - четвертый блоки логического умножения, первый - четвертый блоки временной задержки, отсечной клапан с приводом на линии подачи пара, первичный преобразователь для измерения концентрации упаренного раствора на выходе выпарного аппарата, при этом вход устройства определения общего расхода пара на выпаоноп аппарат ьа раоочил цикл сое10

15

355 S212

дины с выходом первичного преобразователя для измерения расхода пара на выпарной аппарат, вход устройства определения стоимости пара на выпарной 5 аппарат соединен с выходом устройства определения общего расхода пара на выпарной аппарат за рабочий цикл, вход устройства определения общего расхода пара на вакуум-насос конденсатора за рабочий цикл соединен с первичным преобразователем для измерения расхода пара на вакуум-насос конденсатора, вход устройства определения стоимости пара на вакуум-насос конденсатора соединен с выходом устройства определения общего расхода пара на вакуум-наг ос конденсатора за рабочий цикл, вход устройства определения общего расхода охлаждающей воды на конденсатор соединен с выходом первичного преобразователя для измерения расхода охлаждающей воды на конденсатор, вход устройства опреде,с ления стоимости охлаждающей воды

соединен с выходом устройства определения общего расхода охлаждающей воды на конденсатор, входы устройства определения суммарных затрат энергс- несущих компонентов соединены с выходами устройств определения стоимости пара на выпарной аппарат и на вакуум-насос конденсатора, охлаждающей водь на конденсатор, устройства определения расходов электроэнергии

35 на привод циркуляционного насоса и на приводы насосов, подающих исходный раствор и охлаждающую воду на конденсатор, входы которых соединены с приводом циркуляционного насо40

20

30

Л5

са и с приводами насосов на линии подачи исходного раствора и охлаждающей воды на конденсатор, входы устройства определения расхода электроэнергии на выпарную установку соединены с выходами устройств определения расходов электроэнергии на привод циркуляционного насоса и на приводы насосов, подающих исходный раствор и охлаждающую воду на конделса50 тор, вход устройства определения общего расхода электроэнергии на выпарную установку за рабочий цикт соединен с выходом устройства определения расхода электроэнергии на выпарную

55 установку, вход устройства определения затрат электроэнергии на зылар- t Vfo установку соединен с выходом устройства определения гчнцого расхода электроэнергии на выпарную установку за рабочий цикл, входы устройства определения суммарных затрат на единицу выпаренной жидкости соединены с выходами блока расчета текущей производительности выпарной установки, с выходом устройства определения суммарных затрат энергонесущих компонентов и с выходом устройства определения стоимости электроэнергии на выпарную установку, входы устройства определения затратна чистку и промывку установки соединены с задатчиками удельных текущих затрат и времени на чистку и промывку установки, входы устройства определения суммарных затрат на выпаривание за один цикл соединены с устройством определения суммарных затрат на единицу выпаренной жидкости и устройством определения затрат на чистку и промывку установки, вход устройства определения длительности работы выпарной установки соединен с приводом отсечного клапана на линии подачи пара на выпарной аппарат, входы устройства определения цикла работы установки соединены с устройством определе-ния длительности работы выпарной установки и с задатчиком времени на чистку и промывку установки, входы устройства определения среднецикловых затрат на выпаривание соединены с устройством определения цикла работы установки и с выходом устройства определения суммарных затрат на выпаривание за один цикл, вход сглаживающего фильтра соединен с выходом устройства определения среднецикловых затрат на выпаривание,вход блока поиска экстремума соединен с выходом сглаживающего фильтра, а выход соединен с приводом отсечного клапана на линии подачи пара на выпарной аппарат, вход первого блока временной задержки сое динен с приводом первого отсечного

10

15

20

25

30

35

40

45

клапана на линии подачи пара на выпарной аппарат, а выход соединен с входом первого блока логического умножения, с вторым входом которого соединен вькод блока поиска экстремума, а вькод первого блока логического умножения соединен с приводом насоса подачи охлаждающей воды на конденсатор, вход второго блока временной задержки соединен с приводом насоса подачи охлаждающей воды на конденсатор, а выход соединен с входом второго блока логического умножения, с вторым входом которого соединен выход блока поиска экстремума, а выход второго блока логического умножения соединен с приводом отсечного клапана на линии подачи пара на вакуум-насос конденсатора, вход третьего блока временной задержки соединен с приводом отсечного клапана на линии подачи пара на вакуум- нааос конденсатора, а вькод соединен с входом третьего блока логического умножения, с вторым входом которого соединен вькод блока поиска экстремума, а вькод третьего блока логического умножения соединен с приводом насоса подачи исходного раствора, вход четвертого блока временной задержки соединен с приводом насоса подачи исходного раствора, а вькод соединен с входом четвертого блока логического умножения, с вторым входом которого соединен выход блока поиска экстремума, а выход четвертого блока логического умножения соединен с приводом циркуляционного насоса, вход регулятора концентрации соединен с первичным преобразователем для измерения концентрации упаренного раствора, а выход соединен с приводом второго отсечного клапана на линии подачи пара на выпарной аппарат.

Составитель А.Прусковцов Редактор А.Лежнина Техред М.ХоданичКорректор Э.Лончакова

Заказ 68

Тираж 554

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

- .. - - - -,„, - - . - .-.- - - - -. - -..-..Производственно-издательский комбикат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

14}0маждающаа вода

Подписное