Способ автоматического управления вакуум-выпарной установкой периодического действия Советский патент 1991 года по МПК B01D1/30 G05D27/00 

1

(21)4702605/26 (22) 03.05.89 (46)15.06.91. Бюл. №22

(71)Грозненское научно-производственное объединение Промавтоматика

(72)Н.Г.Чефонов, М.К.Садуллаев и В.И.Са- мохвалов

(53)66.012-52 (088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР № 1230614, кл. В 01 D 1/30, 1984.

Инструкция по эксплуатации вакуум- выпарного аппарата. НПО Питательные среды, Махачкала, 1987.

(54)СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ВАКУУМ-ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

(57) Изобретение относится к способам автоматического регулированияпараметров вакуум-выпарных установок и позволяет повысить точность определения окончания процесса выпаривания. В способе дополнительно измеряют расход воды на барометрический конденсатор и температуру воды до и после конденсатора, рассчитывают количество воды, которое необходимо выпарить из раствора для достижения заданной концентрации сухих веществ, определяют количество охлаждающей воды, необходимое для получения конденсируемого пара, и при равенстве его рассчитанному прекращают процесс выпаривания. 1 ил.

Изобретение относится к способам автоматического регулирования параметров вакуум-выпарных установок и может быть использовано в химической, фармацевтической, пищевой промышленностях.

Цель изобретения - повышение точности определения окончания процесса выпаривания.

Предлагаемый способ связывает количество выпариваемой воды из концентрируемой смеси с количеством воды, необходимой для охлаждения этих паров в барометрическом конденсаторе.

Из уравнения теплового баланса барометрического конденсатора можно записать

где VE - количество охлаждающей воды, кг; Vni - количество конденсируемого пара, кг;

авовть ченопалируы, в в

ропиО)

кг; паin - энтальпия пара, ккал/кг;

tH, tK - начальная и конечная температура охлаждающей воды, град.

В этом уравнении количество конденсируемого пара Vn равно количеству выпариваемой воды из сырьевой смеси и находится по следующей зависимости

(,),(2)

где Vc - количество сырья, кг;

Кн, Кк начальная и конечная концентрация сухих веществ в упариваемом растворе, кг/кг.

Зная параметры уравнений (1) и (2), можно определить конец выпаривания

Vn2-Vnt.0(з)

Если эта разность равна нулю, то необходимо окончание процесса выпарки.

Если эта разность больше нуля, то необходимо продолжить процесс выпарки, так

О

ел ел ел ю

vj

как заданная концентрация упариваемого раствора еще не достигнута.

Особенностью реализуемого способа является его полная нечувствительность к изменяющимся характеристикам объекта контроля (коэффициенты теплопроводности, потери в окружающую среду, характеристики теплоносителя и т.п.). За счет этого, а также за счет того, что измерение парамет- ров входящих в уравнения (2) и (1), не пред- ставляет технической сложности (с достаточной степенью погрешности), способ обладает повышенной точностью определения конца выпарки (до заданной наперед концентрации упариваемого раствора).

На чертеже изображена схема реализации способа.

Схема включает буферную емкость 1 сырья, соединенную с вакуум-выпарным аппаратом 2 с выносным теплообменником 3. Вакуум-выпарной аппарат 2 соединен с барометрическим конденсатором 4, выход которого по воде связан с барометрическим ящиком 5, а по несконденсировавшимся парам - с компрессором (не показан). Буферная емкость 1 снабжена датчиком уровня 6, соединенным с вычислительным устройством 7. Выносной теплообменник 3 снабжен контуром регулирования давления пара 8, включающим датчик давления, регулятор и исполнительный механизм на линии подачи теплоносителя. Вакуум-выпарной аппарат 2 снабжен датчиком вакуума 9, соединенным с вычислительным устройством 7. Кроме того, вакуум-выпарной аппарат 2 соединен с контуром регулирования уровня 10 сырья (гидролизата), поступающего из буферной емкости 1 сырья в вакуум-выпарной аппарат 2. Контур регулирования уровня 10 состоит из датчика уровня, регулятора и исполнительного механизма подачи сырья. Барометрический конденсатор 4 соединен с трубопроводом 11 подачи холодной воды, на котором смонтированы датчик 12 расхода воды, соединенный с вычислительным устройством 7, и датчик температуры 13 холодной воды, соединенный также с вычислительным устройством 7. На трубопроводе, соединяющем барометрический конденсатор 4 с барометрическим ящиком 5, смонтирован датчик температуры 14, соединенный с вычислительным устройством 7. Трубопровод, соединяющий буферную емкость 1 сырья с выносным теплообменником 3 и вакуум-выпарным аппаратом 2, снабжен задвижкой 15 для сбрасывания упаренного (концентрированного) гидролизата. Вычислительное устройство 7 соединено с сигнализатором конца выпарки 16.

При практической реализации схемы в качестве датчика уровня б можно использовать уровнемер типа УБ-9 с выходным электрическим сигналом 0-5 мА. В качестве контура стабилизации 8 давление теплоносителя можно использовать датчик давления типа МС-П, вторичный прибор типа

0 ПВ10.1Э с регулятором типа ПР3.31М, исполнительный механизм типа 25с42нж. В качестве контура стабилизации 10 уровня можно использовать датчик уровня типа УБ-П, вторичный прибор типа ПВ.10.1Э с

5 регулятором ПРЗ.ЗШ и исполнительным механизмом типа 25с42нж. В качестве датчика 9 вакуума можно использовать датчик типа ВС-Э с выходным электрическим сигналом 0-5 мА. В качестве датчика расхода

0 12 можно использовать ) (сходомер типа ИР-51 с выходным электрическим сигналом 0-5 мА. В качестве датчиков температуры 13 и 14 можно использовать датчики типа ТХК или ТСМ. В качестве вычислительного уст5 ройства 7 можно использовать любую вычислительную машину, у которой есть элементы аналоговых сигналов 0-5 мА и выход на внешние устройства, например СМ1810, комплексы СМ1800 Электроника

0 и т.п. Устройство должно содержать элемент ввода аналоговых сигналов, оперативное запоминающее устройство, процессор, элементы вывода на периферийные устройства (печать, клавиатуру ввода, дисплей). В

5 качестве устройства сигнализации 16 конца выпарки можно использовать устройство печати типа А521-4/2, дисплей типа ВТА- 2000/30, или просто звонок, или лампу накаливания.

0 Схема реализует свои функции следующим образом.

В буферной емкости 1 сырья накапливают сырье-полупродукт с предыдущих стадий. По окончании налива датчик 6 уровня

5 фиксирует первоначальный уровень в буферной емкости 1 и передает его значение в виде токового сигнала в вычислительное устройство 7. Учитывая это значение, вычислительное устройство 7 производит расчет

0 количества воды, которое необходимо выпарить. При этом необходимо ввести в вычислительное устройство 7 данные о начальной и конечной концентрации раствора. Начинают процесс выпарки набором вакуума в

5 вакуум-выпарном аппарате 2, для чего включают вакуум-насос и подают холодную воду по трубопроводу 11 на барометрический конденсатор 4. При достижении вакуумом в вакуум-выпарном аппарате 2, например, значения 600 мм рт.ст. включают в работу

контур стабилизации 10 уровня в вакуум-выпарном аппарате 2. Исполнительный механизм контура открывается и сырье-полупродукт засасывается в вакуум- выпарной аппарат 2 до заданного значения.

Включается контур стабилизации 8 давления теплоносителя (обычно водяного пара). При этом открывается исполнительный механизм контура 8, подавая пар в выносной теплообменник 3. Давление пара стабилизируется контуром 8 автоматически, например, на уровне 1,5-2,0 кГс/см2 (0,15- 0,20 МПа). По мере выпаривания воды из раствора исполнительный механизм контура 10 стабилизации уровня добавляет оче- редную порцию сырья в вакуум-выпарной аппарат 2. Выпарка продолжается и при окончании сырья в буферной емкости 1 сырья.

В продолжении всего процесса выпарки вычислительное устройство 7 периодически, с заданным циклом опроса, например 20 каналов в секунду, опрашивает датчики измерения вакуума 9, расхода холодной воды 12, температуры 13 и 14. И после каждого цикла опроса производится расчет по формуле (3). Если разность выражений по формуле (2) и формуле (1) равна нулю, то вычислительное устройство 7 формирует сигнал необходимости окончания выпарки на устройство сигнализации 16. Если разность не равна 0 (больше 0), то такой сигнал не формируется и выпарка продолжается. Таким образом и происходит реализация способа.

Пример. Выпаривается гидролизат кильки в производстве бактериальных препаратов. Начальная концентрация раствора (содержание сухих веществ) 6,8 кг на 100 кг раствора. Конечная концентрация раствора должна быть 54 кг на 100 кг. Уровень в буферной емкости сырья-гидролизата 90% (по датчику 6). При полном накоплении (100%) объем емкости 2000 л. Таким образом, первоначальный объем составляет

1800j|. .

Найдем количество выпариваемой воды Vn2 1800(1-) 1573л.

Вакуум в вакуум-выпарном аппарате стабилизирован на уровне 600 мм рт.ст. (определяется датчиком 9).

Определим абсолютное давление в барометрическом конденсаторе

-«-З&Г-аи.

По таблицам водяного пара (нормативно-справочная информация при расчетах) определяем энтальпию пара

In 624 ккал/кг.

Температура воды на 1 входе в барометрический конденсатор 20°С, на выходе 58,7°С (определяется датчиками 13 и 14). По формуле (3), учитывая выражение (1),

имеем

Г2

/ Fldr 1573- 624-58,7

58,7 - 20

равно нулю

Допустим, измерение производится при-.расходе холодной воды FI 25 м /ч по датчику 12 в течение получаса. Таким образом, общее количество затраченной воды за эти полчаса составляет 12,5 м3/ч, или 12500 л. Произведем расчет по способу на одном из циклов

157312500624 - 58.7 58,7 - 20

25В соответствии с изложенным способом

процесс выпарки продолжим. Через 45 мин имеем

157318750624 - 58.7 58,7-20

289 О

Процесс продолжим. Через 55,145 мин

157322977624 - 58.7 58,7 - 20

О

Вычислительное устройство формирует

сигнал необходимости прекращения процесса выпаривания на устройство печати. Процесс прекращают.

В этих расчетах приняты постоянными измеряемые значения от датчиков 9, 12, 13

и 14. На практике эти значения меняются в зависимости от условий проведения процесса. Но на реализации способа это не отражается. Экономический эффект составляет 430,0 тыс.руб.

Формула изобретения

Способ автоматического управления вакуум-выпарной установкой периодического действия с барометрическим конденсатором, включающий измерение уровня сырья

в буферной емкости и вакуума в выпарном аппарате, стабилизацию температуры в выпарном аппарате изменением подачи пара в теплообменник, стабилизацию уровня в выпарном аппарате изменением подачи сырья и выпаривание раствора до наперед

заданного содержания сухих веществ, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности определения окончания процесса выпаривания, дополнительно измеряют расход воды на барометрический конденсат, и температуру воды до и после конденсатора, рассчитывают количество воды, которое необходимо выпарить из раствора для достижения заданной концентрации сухих веществ, определяют количество охлаждающей воды, необходимое для получения конденсируемого пара, и при равенстве его рассчитанному значению прекращают процесс выпаривания.

/3

/2

/С ёсХУМнасосу