Способ определения оптимального времени переключения концентратов на промывку Советский патент 1990 года по МПК B01D1/30 G05D27/00 

ляторами 3 и 4 расхода. 1ля контроля работы концентратора установлены Приборы для измерения расхода исходного раствора 5 и его температуры 6, температуры греющего пара 7,8 и вторичного пара 9,10, концентраторов 1 и 2, температуры кипения раствора 11,12.

Для переключения линий раствора и промывной жидкости установлена запорная арматура с приводами 13-20, управляемая микропроцессорным контрол- jjtepoM, состоящим из следующих основных алгоблоков: определения текущего Значения производительности концентра- Тора при выпаренной воде W 21, интегрирования полученных величин 22, Определения среднего значения производительности за время работы 23, блока 24 сравнения с нуль-органом, блока 25 определения текущего значения величины термического сопротивления греющей камеры, блока 26 сравнения с нуль-органом, логической ячей- ки И 27 и блока 28 управления запорной арматурой.

Схема, представленная на фиг.2,реализует в блоке 21 определение текущего значения производительности an- арата по выпаренной воде и его минимального значения, определяемого из условия работы аппарата с оптимальной Среднегодовой производительностью. fc качестве элементов могут быть использованы отдельные приборы (блоки). Блок 28 включает в себя логические элементы И, таймеры (реле времени) для временной задержки и пусковую аппаратуру для управления исполнитель- Ными механизмами запорной арматуры. Логические элементы И являются известными и так же как элементы, входящие В блок 21, могут быть реализованы указанными техническими средствами.

Способ осуществляют следующим образом.

После ручного включения концентратора, например 1, в работу сигнал открытого состояния запорной арматуры 16 поступает в блок 28 переключения и подготавливает его для управления арматурой 13-20 и изменения задания регулятору расхода греющего пара 3 при поступлении сигнала на пе

реключение в режим промывки и задание регулятору 4 на режим работы. При работе концентратора 1 на входы алго- блока 21 пойтупают сигналы1 с выходов

Q Q r

5

0

5

датчиков 3,7,11,9,6, пропорциональные расходу греющего пара Dfl, его температуры Tfl, температуры кипения раствора t , температуры вторичного пара Т, и исходного раствора tp0. Как постоянные величины вводят значения теплоемкости исходного и упаренного растворов (Сре,и С р,) .

На входы алгобдока 25 подают сигналы D0, Т0, tp, и постоянную величину поверхности теплопередачи F. При этом первоначальный пуск установки осуществляется в следующем порядке:

наполнение одного из аппаратов,например 1 , щелоком, первоначально необходимо проверить, чтобы вся запорная арматура была закрыта и затем открыть подачу щелока через задвижку 16;

подача греющего пара в аппарат и открытие линий слива конденсата, установки заданного расхода пара;

после достижения заданной концентрации щелока в аппарате открывают задвижку 19 на линии слива ,

включают схему переключения аппаратов, предварительно установив максимальные значения задаваемых постоянных величин;

определяют необходимые значения постоянных заданий и устанавливают их, сигналы состояния запорной арматуры 16 для аппарата 1 и 14 для аппарата 2 являются определяющими рабочее состояние аппарата, т.е. наличие поступления щелока на упаривание (фиг.З) или его промывку, поэтому эти сигналы использованы для блокировки ложных срабатываний системы управления,

В основу определения текущих значений производительности по выпаренной воде и термического сопротивления положены г уравнения теплового и материального балансов.

Взаимосвязь между технологическими параметрами описывается уравнением теплового баланса концентратора

Dorb+ Gicpetpo- WiЈn Gicpitpf ° 1 где U ,W1- расходы греющего и вторичного пара;

G,,G,- расходы исходного и упаренного растворов; г - скрытая теплота парообразования ,

тег.тоемкость исходного и i упаренного растворов;

tpe, t - температура исходного и температура кипения упаренного раствора.

С учетом того, что

D0r0 KF(T0-tpi), G, С,- W, , (2)

где К - коэффициент теплопередачи; F - поверхность теплопередачи

греющей камеры;

Тс- температура греющего пара. Уравнение (1) принимает вид

KT To-tp,-) + .t,,- W.i,- -tei-W Cpj:,,- 0,

(3)

При условии стабилизации температуры кипения изменение коэффициента теплопередачи вызывает изменение температуры пара в греющей камере аппарата и полезной разности температур

Д t-i то pi

Из уравнений (1) и (2)

G Cpitpi- CwtpO + W ( C,,t,0 fr 25 p-Kt

1

(4)

где R - термическое сопротивление греющей камеры.

Текущее значение термического сопротивления можно определить из выражения

R .

D

(5)

о -о

Текущее значение количества выпаренной воды определяют из уравнения теплового баланса (1)

У 5uЈj2 n 5jl2EjЈ ti,-ЈjM. (

-; « г г Х1 с

(

При переключении аппарата из режима работы в режим промывания время, затраченное на вытеснение раствора промывной жидкостью, а также вре мя, затраченное на вытеснение жидкости раствором, при переключении аппарата в режим работы после промывки, составляет время пчистых потерь, при котором установка практически не про- изводит готовой продукции.

Время Сд выхода концентратора на режим, при котором производительность по выпаренной воде принимают равной начальной для данного цикла работы Ve, вводят в алгоблок расчета в виде постоянной временной задержки. Среднегодовую производительность определяют из условия получения максимальной го)

5

10

м

20

fr 25 Kt

4)

а30

6)

35

40

с, ри о- 50

а ть е нетодовой прибыли при снижении текущей производительности от начального до технологически допустимого минималь-i ного значения и вводят ее в блок 24 как постоянную величину. Ввиду того, что величина начальной производительности W в процессе работы может изменяться в зависимости от эффективности очистки греющей поверхности от отложений, средняя производительность за цикл работы между промывками, равная среднегодовой, достигается при разном времени работы.

Длч определения момента подачи сигнала на переключение концентратора на промывку необходимо определить среднюю производительность по выпаренной воде за контрольное время работы, например, равное Ј и сравнить ее с заданной среднегодовой производительностью. Поэтому выходной сигнал алгоблока 21 подают в блок 22 интегрирования, выходной сигнал которого поступает в блок 23 деления на время работы концентратора, на выходе которого получают сигнал, пропорциональный средней производительности по выпаренной воде W..

Этот сигнал сравнивается в блоке 24 с величиной сигнала, пропорционального WK WMHH, определяемого из условия сохранения среднегодовой производительности W-,H при их равенстве на выходе получают сигнал на переключение концентратора на промывку. В качестве дополнительного разрешающего сигнала используют сигнал увеличения термического сопротивления греющей камеры до заданного максимального значения.

Значение термического сопротивления определяют в блоке 25 из зависимости (5) и сравнивают его значение с максимально допустимым значением в блоке 26, выходной сигнал которого подают на вход логического блока И 27. Введение этого сигнала исключает преждевременное переключение концентратора на промывку при случайных нарушениях режима работы и кратковременных изменениях параметров, по которым определяют текущую производительность по выпаренной воде в блоке 21.

При поступлении в блок 28 пере- ключения сигнала: с блока 27 и сигнала открытого состояния запорной арматуры 16 он подает команду на закрытие

715

арматуры 16 и открытие авматуры i „ Затем с выдержкой времени подает сигнал на открытие арматуры 20, закрыти арматуры 19 и изменение задания регулятору 3 расхода греющего пара, соответствующее режиму промывки концентратора кипящей промывочной жид- Костью.

Одновременно с подачей сигнала на закрытие арматуры 16 подачи исходного раствора в концентратор 1 блок 2 переключений подает сигнал на открытие арматуры 14 подачи исходного раствора в концентратор 2 и закрытие арматуры 13 подачи промывочной жидкости. После выдержки времени на вытеснение жидкости исходным раствором поступает сигнал на закрытие арматуры 17S открытие арматуры 18 и изменение задания регулятора 4 на соответствующий режим работы. При последующем поступлении сигнала переключения в блок 28 перевод концентратора 2 в режим промывки и перевод концентратора 1 в режим работы производится автоматически, с последующим повторением циклов работы и промывки

Снижение производительности описывается линейным уравнением

W

Ь2

(Т)

8

увеличения термического сопротивления поверхности нагрева при образовании отпожений минимальны и равны потерям за суммарное время переключений,т.е.

У F F (8) - г 1 гэ k0

число переключений в году; площадь ,численно равная потерям производительности за

где N - F

Р

(9)

F -

площадь равная суммарным потерям производительности при переключениях,

(10)

Г -

WoV.

При подстановке выражений (9) и (10) в (8) „ получают

-Јlb W ,

2 о ь п °

откуда среднегодовое оптимальное время работы

(11)

Pom I b

Следовательно, минимально допустимое значение производительности перед переключением концентратора на промывку должно быть

Изобретение относится к способам автоматического определения оптимального времени работы концентраторов - выпарных аппаратов на промывку, в частности в целлюлозно-бумажной промышленности при концентрировании сульфатного щелока, и может быть использовано в микробиологической, химической и пищевой промышленностях. Целью изобретения является снижение удельных энергозатрат. Способ определения оптимального времени переключения концентраторов на промывку путем измерения расхода исходного и упаренного раствора, расхода и давления греющего пара, измеряют также температуру греющего пара на входе в концентратор и температуру кипения раствора. По измеренным параметрам определяют величины термического сопротивления греющей камеры и среднюю производительность концентратора по выпаренной воде за один цикл его работы. При достижении первой величиной максимального заданного значения, а второй - значения среднегодовой производительности, производят переключение концентраторов и изменение заданий их регуляторам расхода греющего пара, соответствующих режиму промывки и работы. 3 ил.

W - начальное значение производительности по выпаренной воде;

Ъ - коэффициент, характеризующий снижение производительности для данного продукта (является величиной постоянной

при -постоянной подаче исходного раствора),

Интенсивность процесса управления определяется состоянием поверхности нагрева и для получения максимальной производительности необходимо вести процесс при сохранении максимально возможной производительности. Это мож ко достичь за счет увеличения числа промывок. Однако последнее вызывает увеличение производственных потерь в связи с увеличением времени, затраченного на переключения, и снижает среднюю производительность за год, В связи с этим, оптимальное время работы концентраторов между промывка йи может быть определено из условия, при котором суммарные потери от снижения производительности вследствие

W с W« опт °

- и

«ар .(12)

D

Максимально допустимое значение термического сопротивления при этом определяют из уравнений (4) и (5).

Учитывая, что при упаривании от начальной до заданной концентрации степень концентрирования остается постоянной, количество исходного раствора в конце цикла работы можно выразить через количество выпаренной воды

WK Ga (i

),

где

Ъ-i - b-i

const B,

50

тогда

r - WK ° Г в

Из уравнения (4)

5

R

макс

W

.

f (GPiV V)+ wH(i i-

(13)

Греющий пар Ъ

Упаренный раствор

§75 Заданные f | Ц белмины Пт

ъъ-ъъ J ТТГ j

hTotpTftefateta

fimopuwbtu пао

Исходный раствор

Грязная

праныЗная

жидкость

Заданные s

| Л |§р1 -L-SSiM

kWW 44 5 МШ1

22a,

2to

max

Л

25a

X

Cp,tp

ILP14.

СР,РГС

-j &j(Cp,tp,-Cpgtpa}

- / грМ 1{-сл

X

,

X-N.O

,0,5J5

Го

Wv

2WЈn

We

ZWgTn T

1) o

П°7o%if,- ft

открыта

. / /

а закрыта i

21

2WЈn

ZWgTn T

Ii4

/.КЛ ,3

22

П

a

Гч-игк 0

27

tta Swd блока 28