Устройство для приготовления жидкой смеси Советский патент 1992 года по МПК B01F5/20 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам для приготовления жидкой смеси с автоматическим контролем и регулированием концентрации одного из компонентов и является дополнительным к авт.св. Мг 997769.

Известно устройство, содержащее смеситель, узел регулирования потока контролируемого компонента, узел определения концентрации контролируемого компонента, выполненный в виде блока термодатчиков, смонтированных вместе со смесителем

непосредственно на технологическом трубопроводе, причем термодатчики выполнены в виде блока термопар и число спаев каждого из термодатчиков прямо пропорционально массовому расходу и теплоемкости соответствующего потока.

Корпус смесителя и наружные поверхности термодатчиков покрыты слоем теплоизоляционного материала, например пенополиуретана.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности варьиро к го ел ел

СА

ю

вать автоматически производительность по смеси с заданной концентрацией контролируемого компонента при приготовлении агрессивных, кристаллизующихся, вязких и т.п. смесей.

По максимуму производительности по смеси имеется ограничение - сечение сопла эжектора для ввода контролируемого компонента в технологический поток. Однако в пределах этого ограничения по произведет- венной необходимости часто важно поддержание различной производительности по смеси с выдерживанием заданной концентрации одного из компонентов. Прямое регулирование массового расхода смеси в случае агрессивных, кристаллизующихся, вязких и т.п. смесей затруднительно при использовании известного устройства.

Кроме того, колебания исходной концентрации контролируемого компонента влияют на точность определения концентрации приготавливаемой смеси и на стабилизацию массового расхода приготавливаемой смеси.

Целью изобретения является раешире- ние функциональных возможностей за счет автоматического1 варьирования производительности по смеси с заданной концентрацией контролируемого компонента при приготовлении агрессивных, кристалли- зующихся, вязких и т.п. смесей, а также стабилизация массового расхода приготавливаемой смеси при колебании исходной концентрации контролируемого компонента..

Поставленная цель.достигается тем, что в устройство дополнительновведены расходомер на линии подачи неконтролируемого по концентрации потока в смеситель, вычислительный блок и регулятор массового расхода приготавливаемой жидкой смеси.

При этом выход узла определения концентрации контролируемого компонента в приготавливаемой смеси связан с одним из входов вычислительного блока, второй вход которого связан с выходом расходомера неконтролируемого потока, а выход вычислительного блока связан через регулятор массового расхода приготавливаемой смеси с исполнительным механизмом на линии подачи неконтролируемого по концентрации потока в смеситель.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство для приготовления жидкой смеси содержит корпус 1, который монтируется непосредственно в линии технологического трубопровода, смеситель в виде лопастей 2, последовательно установленных по ходу потока, трубу 3 с управляемым

клапаном 4 для подачи контролируемого компонента, эжектор 5 для ввода контролируемого компонента в технологический поток, блок термопар б, установленный на потоке исходной смеси, блок термопар 7, установленный на потоке контролируемого компонента, блок термопар 8, установленный на потоке готовой смеси, преобразователи 9 и 10 и вторичный регулирующий прибор 11.

Поверхности корпуса 1 и блоков термопар 6-8 теплоизолированы слоем теплоизоляционного материала 12.

Расход неконтролируемого по концентрации потока измеряется стандартным расходомером 13. Сигналы, пропорциональные концентрации контролируемого компонента в приготавливаемой смеси, и сигналы, пропорциональные расходу неконтролируемого потока, реализуются вычислительным блоком 14, связанным с регулятором (вторичный регулирующих прибор) массового расхода приготавливаемой жидкой смеси, который связан с клапаном 16 на линии подачи неконтролируемого по концентрации потока в смеситель.

Устройство работает следующим образом.

По технологическому трубопроводу в корпус 1 под давлением поступает неконтролируемый по концентрации поток, например вода. В зоне эжектора 5 поток воды захватывает контролируемый компонент, например серную кислоту, поступающую по трубе 3 с управляемым клапаном 4. В зоне лопастей 2 потоки приобретают турболент- ное движение и перемешиваются В результате теплового эффекта смешения происходит изменение температуры потока приготавливаемой смеси, которое фиксируется термодатчиками 6-8. Термо-ЭДС, возникшая на термодатчиках, преобразуется преобразователями 9 и 10 в пневматический сигнал, поступающий на вторичный прибор 11с регулирующим блоком.

Воздействием регулирующего блока вторичного прибора 11 на клапан 4 стабилизируется заданное значение концентрации контролируемого компонента.

Зависимость величины прироста температуры от изменения концентрации контролируемого компонента устанавливается для каждой смеси экспериментально путем сравнения с лабораторными анализами.

Разбавленные раствором агрессивных компонентов (например, серной кислоты) более опасны в коррозионном проявлении, поэтому непосредственное измерение массового расхода приготавливаемой смеси затруднительно.

В предлагаемом устройства стандартным расходомером 13 измеряется расход неконтролируемого по концентрации потока (неагрессивного, некоррозионно-способ- ного).. Сигналы, пропорциональные концентрации контролируемого компонента серной кислоты в смеси, и сигналы, пропорциональные расходу неконтролируемого по концентрации потока воды, посту- пают в вычислительный блок 14, реализующий их в зависимости

пги гги + m2 TTTF

где mi + rrv2 - массовый расход приготавливаемой смеси, кг/ч;

mi - массовый расход неконтролируемого потока, кг/ч;

т2 - массовый расход контролируемого компонента, кг/ч;

С - концентрация контролируемого компонента в приготавливаемой жидкой смеси, доли единицы.

Из вычислительного блока 14 выходной сигнал поступает на регулятор 15 массового расхода, управляющий исполнительным ме- ханизмом (клапаном) 16 на линии подачи неконтролируемого потока в смеситель,

Таким образом, изменяя задание по производительности приготавливаемой смеси регулятору 15 массового расхода, воздействуя на расход воды, изменяют расход приготавливаемой смеси,

При этом получается более разбавленный раствор приготавливаемой смеси, тогда срабатывает устройство по схеме прототипа, и клапан 4 изменяет расход контролируемого компонента, что приводит к восстановлению величины заданной концентрации контролируемого компонента в приготавливаемой смеси.

Пример. Непрерывное приготовление раствора серной кислоты в производстве бутадиен-стирольного каучука на Сумгаите ком заводе С К.

Заданная производительность тз 16000 кг/ч; заданная концентрация Ci 0,015; концентрация исходной серной кислоты С2 О.,90-0,96 мас.%; количество тепла, выделяемое при разбавлении 1 кг-моль 100%-ной H2S04 до 1,5 мас.% раствора H2S04, - Q 18089 ккал/кг-моль (1); количество тепла, выделяемое при разбавлении 1 кг-моль 100%-ной H2S04 до 96 мас.% (1), - Q2 2256 ккал/кг-моль; то же, до 90 мас.% .(1)-Оз 4986 ккал/кг-моль.Рассчитаем абсолютную и относительную погрешности в определении концентрации приготавливаемого 1,5 мас.%

раствора при изменении концентрации исходной 96%-й серной кислоты до 90%.

1,Перепад температуры, образующийся при разбавлении 96%-нойН25См до 1,5%

А П , где гп5 - масса 1.5%-ного ms Срз

раствора ЬЬЗСм при разбавлении 1 кг-моль Q4 Qi-Q2 18089-2256 15833 ккал/кг- моль,

2.При разбавлении 1 кг-моль 96%-ной H2S04 до 1,5%-ного раствора H2SCM

QQ

уо 6533кг. Срз 0,985,

ГП5 :

0,015

где ms - масса 1,5%-ного раствора Н23См при разбавлении 1 кг/моль H2S04J

Срз - теплоемкость 1,5%-ного раствора H2S04

л t- - 15833 п ясОг Atl 6533- 0.985 2 46С- 3. При разбавлении 1 кг-моль 90%-ной H2S04 до 1,5%-ного раствора H2S04 и поддержания перепада температур за счет разбавления At 2,46°C

Q4 Qi - Оз - 18089 - 4986 - 13103 ккал/кг-моль НаЗСм

СИМ где М - количество кг-моль 100%-ной H2S04

М

2,46 €533 0,985

1,208 кг-моль

13103

H2S04

или количество 100%-ной серной кислоты (в кг)

гп4 1,208 -98 118,38 кг.

4. Концентрация приготовляемого раствора

118,38

С2

6533

100 1,81 мас.%.

5,Абсолютная погрешность в приготовлении 1,5 мас.% раствора серной кислоты

4б. 1.81 - 1.5 0.31 мас.%.

6.Относительная погрешность в приготовлении 1,5 мае. %. раствора серной кислоты

5от

0аб.

-100 20% .

1,5 1,5 Измерение и регулирование массового расхода приготавливаемого 1,5%ного раствора серной кислоты из исходной 96%-ной серной кислоты,

1.Необходимое количество 100%-ной H2S04 для приготовления раствора

те тзС1 16000 -0.015 240 кг/ч.

2.Расход 96%-ной H2S04 для непрерывного приготовления 1,5%-ного раствора Н25См

ГП7:

t H-250

3. Расход воды на разбавление 96%-ной H2S04

mi1 - (1-С)тз - (1-0,96) - (1-0,015) - -{16000-0,04 250) - 0,985 16000 -10 - -15750 кг/ч.

mi

1

15750 15750 С 1 - 0,015 0,985

4.тз1

-15990 кг/ч.

5.Относительная погрешность метода определения массового расхода приготовляемого раствора

Л.. ййура.,063%

6.При изменении исходной концентрации серной кислоты с 96 до 90% необходимое количество 90%-ной H2S04 для приготовления раствора

глеМ 240 108 0,900,90

ГО8:

322,1 кг.

тз

15678/1-0,0181 15697

7. Расходы воды на разбавление 90%- ной H2.S04

mi (1-C2) тз -(1-0,9)тв (1-0,0181)- -(16000-0,1 322,1) 15710-32 - 15678 кг/ч.

6 Массовый расход приготовляемого раствора

J.-J2L

1-С2

кг/ч.

9.Для поддержания концентрации приготовляемого раствора 1,5 мас.% при изменении исходной концентрации серной кислоты с 96 до 90 мас.%.

Расход воды на рабавление составит: mi -. m3(1-Ci) - 15967 (1-0,015) 15967 -0,985 15727 кг/ч.

10.Относительная погрешность метода определения массового расхода приготовляемого раствора

-.

0,2%

Общая относительная погрешность комплекса технических средств при регулировании массового расхода приготовляемого раствора по предлагаемому техническому решению

0

5

0

5

д оЖ+: 1,52 + 12 + 2,52

0,04 + 2.25 + 1 + 6,25 954 3,09 « «3%.

Таким образом, регулирование массового расхода приготовляемого 1,5 мас.% раствора серной кислоты изменением расхода воды, подаваемой на приготовление, позволяет компенсировать колебание исходной концентрации серной кислоты с 96 до 90% и поддерживать концентрацию приготовляемого раствора с точностью, сравнимой с точностью лабораторного анализа.

Расширение функциональных возможностей устройства происходит за счет автоматического варьирования производительности по готовой смеси с заданной концентрацией контролируемого компонента, что особенно важно в производстве при приготовлении агрессивных, кристаллизующихся, вязких и т.п. смесей.

Кроме того, применение предлагаемого устройства позволяет стабилизировать массовый расход приготовляемой жидкой смеси при колебании исходной концентрации контролируемого компонента.

Формула изобретения Устройство для приготовления жидкой смеси по авт. св. Ns 997769, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет автоматического варьирования производительности по смеси с заданной концентрацией контролируемого компонента при приготовлении агрессивных кристаллизующихся, вязких и т.п. смесей, а также стабилизации массового расхода приготавливаемой жидкости смеси при колебании исходной концентрации контролируемого компонента, устройство дополнительно содержит расходомер и исполнительный механизм на линии подачи неконтролируе- мого по концентрации потока в смеситель, вычислительный блок и регулятор массового расхода приготавливаемой жидкой смеси,, при этом выход узла определения концентрации контролируемого компонен

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления процесса ми химической и нефтехимической промышленности, в частности к устройствам для приготовления жидкой смеси, и позволяет расширить функциональные возможности за счет автоматического варьирования производительности по смеси с заданной концентрацией контролируемого компонента при приготовлении агрессивных, кристаллизующихся, вязких и т.п. смесей и повышение точности определения концентрации приготавливаемой смеси за счет устранения колебаний исходной концентрации контролируемого компонента. Устройство для приготовления жидкой смеси дополнительно содержит расходомер на линии неконтролируемого по концентрации потока, вычислительный блок и регулятор массового расхода приготавливаемой жидкой смеси, при этом выход узла определения концентрации контролируемого компонента з приготавливаемой смеси связан с одним из входов вычислительного блока, второй вход которого связан с выходом расходомера неконтролируемого потока, а выход вычислительного блока связан с входом регулятора массового расхода приготавливаемой смеси, управляющего исполнительным механизмом на линии подачи неконтролируемого по концентрации потока в смеситель. 1 ил. со с

a4 V 552-t-(56z+ 572-l- 58T,

где 5з-0,2% (погрешность метода);

5б ш 1,5% (погрешность стандартного расходомера);

5 Ч % (погрешность делительного блока);

дв «| 2,5% (погрешность регулятора).

та в приготавливаемой смеси связан с одним из входов вычислительного блока, второй вход которого связан с выходом расходомера неконтролируемого по концентрации потока, а выход вычислительного блока связан через регулятор массового расхода смеси с исполнительным механизмом на линии подачи неконтролируемого потока в смеситель.