Устройство автоматического регулирования процесса смешения преимущественно для разбавления жидкого стекла Советский патент 1993 года по МПК B01F3/08 G05D27/00 

Изобретение относится к области автоматизации процессов химической технологии и может быть использовано в химической промышленности при регулировании процесса разбавления жидкого стекла в производстве углекислотной белой сажи. Разбавление жидкого стекла водой проводят до достижения плотности 1,08 ± 0,005 г/см3 и температуры 50-80°С.

Целью изобретения является повышение качества разбавленного жидкого стекла за счет повышения точности регулирования.

На фиг,1 представлена принципиальная схема устройства автоматического регулирования процесса разбавления жидкого стекла; на фйг.2 - номограмма, связывающая температуру разбавленного жидкого стекла, температуру воды, подаваемой на разбавление жидкого стекла с плотностью разбавленного жидкого стекла.

Концентрированное жидкое стекло из автоклавов; подается в разбавитель 2, туда же поступает нагретая в теплообменнике 1 вода. Устройство содержит датчик 3 температуры жидкого стекла, соединенный через преобразователь 4 и регулятор 5 с исполнительным механизмом 6 подачи воды, датчик 7 температуры воды, преобразователь 8, регулятор 9, исполнительный механизм 10 подачм теплоносителя, масштабирующий блок 11, сумматор 12, блок задержки сигнала 13 и задатчик 14. Выход датчика 7 температуры воды через последовательно соединенные преобразователь 8, масштабирующий блок 11, сумматор 12 и блок 13 задержки сигнала соединен со вторым входом регулятора 5 подачи воды, выход преобразователя 8 .температуры воды через регулятор 9 соединен с исполнительным механизмом 10 подачи теплоносителя, второй вход сумматора 12 соединен с выходом за- датчика 14.

Регулирование процесса разбавления жидкого стекла с помощью данного устройства осуществляется по следующему алгоритму:

ta; рз f(t2:V2) при Vi; р const (1)

t3; рЗ f(t2) при V2 Узад Const, (2)

при этом т.3 прямо пропорционально t2

1з:рЗ f(/2) При t2 1зад Const. При ЭТОМ (3)

т.3 обратно пропорционально V2 Pl P3-P2(4) Р2 ЦР4 - 0.2) + (Р5 - 0,2) + 0,2 + С (5) Рз Ихз:рз) . (6) Ps f(t2) (7) РА const при заданном значении рз где Vi - текущее значение расхода концентрированного жидкого стекла:

0

5

0

5

0

5

0

5

V2 - текущее значение расхода воды на разбавление стекла:

pi - текущее значение плотности концентрированного жидкого стекла:

рз - текущее значение плотности разбавленного жидкого стекла;

ti - текущее значение температуры концентрированного жидкого стекла;

t2 - текущее значение температуры воды, подаваемой на разбавление концентрированного жидкого стекла;

т.3 - текущее значение температуры разбавленного жидкого стекла;

Узад; 1зад; РЗЭД - заданное значение соответствующего параметра;

Pi - сигнал, формируемый блоком 5, пропорциональный разности температур разбавленного жидкого стекла и воды, подаваемой на разбавление концентрированного жидкого стёкла;

Р2 - сигнал, формируемый блоками 7, 8. 11, 12,13, 14, пропорциональный значению температуры воды, подаваемой на разбавление стекла, сигналу FM и сигналу С;

Рз - сигнал, формируемый блоками 3, 4 пропорциональный значению температуры разбавленного жидкого стекла;

Р4 - сигнал задатчика 14;

PS-сигнал, формируемый блоками 7, 8 пропорциональный значению температуры воды, подаваемой на разбавление жидкого стекла; .

с - уровень смещения сигнала Р2 в ра- бочую область.

Номограмма, представленная на фиг,2, получена при разбавлении концентрированного жидкого стекла, имеющего температуру -115 ± 2°С и плотность 1,4 г/см3 ± ±0,01 г/см3, технической водой, температура которой была стабилизирована на следующих последовательно изменяемых заданных уровнях - 20°С, 30°С: 40°С; 50°С; 60°С; 70°С. Данные зависимости построены следующим образом: (рассмотрим на примере разбавления концентрированного жидкого стекла водой, подогретой до температуры 20°С).

Датчик 3 температуры разбавленного жидкого стекла покажет температуру 20°С в том случае, когда он будет измерять только температуру воды (стекла не будет), следовательно температуре 20°С соответствует

плотность воды - 1,0 г/см . Когда не будет воды, а будет, поступать только концентрированное жидкое стекло, датчик покажет максимальную температуру - 115°С, что соответствует плотности концентрированного стекла - 1,4 г/см .

При поступлении в смеситель концентрированного жидкого стекла подавали столько двадцатиградусной воды, чтобы тем перэтура разбавленного жидкого стекла была равной 40°С. При этом его плотность была равна 1,085 г/см3.

По данным точкам построена зависимость связывающая плотность и температуру (разбавленного жидкого стекла при разбавлении концентрированного стекла технической водой, температура которой стабилизирована на уровне - 20°С. . Аналогично были построены зависимости связывающие плотность и температуру разбавленного жидкого стекла при разбавлении концентрированного стекла технической водой, температура которой стабилизирована на уровне 30°С; 40°С: 50°С; 60°С; 70°С; т.е. полученные зависимости охватывают весь диапазон изменения температуры и плотности разбавленного жидкого стекла, и температуры воды, которая подается на разбавление.

Номограмма действительна для концентрированного жидкого стекла, имеющего фютность 1,4 ± 0,01 г/см3 и температуру - 115 ± 2°С. При изменении этих условий номограмма уточняется.

Устройство работает следующим рбра- зом|.

,В разбавитель 2 подают приготовленное автоклаве концентрированное жидкое стекло, имеющее стабильные параметры - температура 115 ± 2°С и плотность 1,4 г/см3 ±0,01 г/см3. Стабильность этих параметров обеспечивается системой автомати- зац ии автоклавного отделения, которая поддерживает на постоянном уровне коли- чес|во загружаемой в автоклав силикат - глыЬы, воды, времени разварки, температур и давления острого пара. Туда же (в разбавитель) подают нагретую в теплооб- мен|нйке 1 до заданного значения температуры техническую воду. Стабилизацию темИературы воды на заданном уровне осуществляют в теплообменнике 1 контуром регулирования температуры воды, состоящим из датчика 7 температуры воды, преобразователя 8, регулятора 9 и исполни- механизма 10 подачи теплоносителя.

Заданием регулятору 9 устанавливают необходимую температуру воды. Задатчи- ком 14 с помощью сумматора 12 и блока 13 задержки сигнала формируют сигнал регулятору 5, устанавливая тем самым такой расход подогретой воды на разбавление концентрированного жидкого стекла, при котором плотность разбавленного жидкого

стекля (i OTOHPI о продукт л. определ«емдя по его температуре) будет рломя ллдлннои.

При незапланированном увеличении расхода концентрированного жидкого стек- лз (в соответствии с уравнением ТОПЛОРОГО баланса) увеличится плотность и пропорционально ей температура разбавленного жидкого стекла, что приведет к увеличению сигнала Рз. При разбалансе сигналов РЗ и Р2

0 регулятор 5 отработает увеличение сигнала РЗ и изменит сигнал Pi таким образом, что это приведет к увеличению расхода воды и соответственно к уменьшению плотности и температуры разбавленного жидкого сте,кла

5 и, как следствие к уменьшению сигнала РЗ. Процесс изменения расхода воды и уменьшения сигнала Рз будет длиться до тех пор, пока сигнал РЗ не станет равным сигналу PZ (задание регулятору 5), что свидетель0 ствует о том,-что плотность разбавленного жидкого стекла, выраженная через его температуру вновь стала равна заданной.

Аналогично устройство отрабатывает возмущение по каналу расхода концентри5 рованного жидкого стекла в сторону его уменьшения. Уменьшится сигнал РЗ, изменится сигнал Pi, уменьшая расход воды до тех пор, пока РЗ не станет равным РЗ (заданию), что свидетельствует о достижении

0 плотности разбавленного жидкого стекла заданного значения.

По технологическим требованиям варьирование температуры готового продукта должно осуществляться в пределах 50-80°С

5 при постоянном сохранении его заданной плотности, что диктует необходимость соответственного изменения температуры воды, поступающей на разбавление концентрированного жидкого стекла, при

0 сохранении постоянного его расхода (чтобы не изменилась плотность продукта). Это осуществляется путем изменения задания регулятору 9.

Предположим, что температуру разбав5 ленного жидкого стекла необходимо поддерживать на уровне 50°С, и плотность - 1,08 г/см3. В этом случае задание регулятору 9 определяют по номограмме и устанавливают на поддержание температуры воды

0 на уровне 35°С. Температурный режим воды на разбавление определяют следующим образом: на номограмме на оси абсцисс (плотность разбавленного жидкого стекла) из точки, соответствующей плотности 1,08

5 г/см., проводят линию параллельно оси ординат (температура разбавленного жидкого стекла). Из точки на оси ординат, соответствующей 50°С, проводят линию параллельно оси абсцисс. Из точки А пересечения этих линий проводят линию параллельно сомейстоу кривых на оси ординат. Точка Б пересечения и даст значение температуры воды, подаваемой на разбавление концентрированного жидкого стекла.

Затем задатчиком 14 формируют задание регулятору 5 качества на установление такого расхода подогретой воды, при котором температура готового продукта будет равна 50°С, что соответствует плотности продукта - 1,08 г/см3. Получают готовый продукт с температурой 50°С и плотностью 1,08 г/см3.

Допустим, необходимо изменить температуру готового продукта до 80°С при неизменной его плотности - 1,08 г/см ,

Аналогично определяют по -номограмме, что в этом случае температура подогре той воды должна быть равна 71°С. Изменяют задание регулятору 9 на поддержание температуры воды на уровне 71°С. Выходной сигнал регулятора 9 увеличит расход теплоносителя, увеличится температура воды до заданного значения, что приведет к увеличению сигнала РБ и, соответственно, сигнала Ра Увеличение температуры воды приведет, в свою очередь, к увеличению температуры разбавленного жидкого стекла и соответственно к увеличению сигнала РЗ. Для того, чтобы расход подогретой воды оставался постоянным, и соответственно оставалась постоянной плотность жидкого стекла, необходимо, чтобы сигналы 2 - задание и РЗ - переменная изменялись синхронно во времени. Измерение сигнала PZ

обусловлено изменением температуры во ды, а изменение сигналы РЗ - изменением температуры жидкого стекла. Сигнал РЗ изменяется с некоторой задержкой, обусловленной увеличением инерционности датчика 3, вызванной инкрустацией чехла термометра. Синхронность их изменения во времени обеспечивается включением в устройство блока 13 задержки сигнала Рг. (Время задержки сигнала Р2 блоком 13 настраивается таким образом, чтобы компенсировать инерционность датчика 3). Получают разбавленное жидкое стекло с температурой 80°С и плотностью 1,08 г/см3.

Масштабирующий блок 11 предназначен для совмещения наклонов характеристик разнотипных датчиков температуры 3, 7, т.к. в данном устройстве применены одинаковые датчики, коэффициент блока 11 равен 1,0.

Таким образом, технико-экономические преимущества заявляемого устройства состоят в повышении качества разбавленного

жидкого стекла за счет повышения точности регулирования, т.к. при внесении возмущений как по расходу исходного продукта, так и по изменению температурного режима процесса, разбавленное жидкое стекло получают с плотностью 1,08 ± 0,005 г/см3 и температурой 50-80°С, что соответствует требованиям технологии.

Использование: изобретение может быть использовано в химической промышленности при регулировании процесса разбавления жидкого стекла в производстве углекислотной белой сажи и позволяет получить жидкое стекло заданной плотности. Сущность: устройство содержит датчик 3 температуры разбавленного жидкого стекла, преобразователь 4, регулятор 5, исполнительный механизм 6 подачи воды, датчик 7температуры воды, преобразователь 8. регулятор 9, исполнительный механизм 10 подачи теплоносителя, масштабирующий блок 11, сумматор 12, блок 13 задержки сиг- нала и задатчик114, 2 мл.

Формула изобретения Устройство, автоматического регулирования процесса смешения преимущественно для разбавления жидкого стекла, содержащее датчик концентрации разбавленного жидкого стекла, соединенный через преобразователь и регулятор с исполнительным механизмом подачи воды, отличающееся тем, что, с целью повышения качества разбавленного жидкого стекла за счет повышения точности регулирования, оно дополнительно содержит датчик температуры воды, преобразователь, регулятор и исполнительный механизм подачи теплоносителя, масштабирующий блок, сумматор, блок задержки сигнала и задатчик, в качестве датчика концентрации разбавленного жидкого стекла используется датчик температуры, выход датчика температуры воды через последовательно соединенные преобразователи, масштабирующий блок, сумматор и блок задержки сигнала соединен с вторым входом регулятора подачи воды, выход преобразователя температуры воды через регулятор соединен с исполнительным механизмом подачи теплоносителя, второй вход сумматора соединен с выходом задатчика.

Pj t Ј Tie. Я

1,0 1,91 № 1,1) t,W 1,9 4fff W W 1,09 1,1 W l,ti