Способ управления процессом эмульгирования Советский патент 1993 года по МПК B01F3/10 F23D11/44 G05D27/00 

Изобретение относится к способам приготовления эмульсий вещеста, гидрофоби- зирующих волокнистые материалы, и может применяться в целлюлозно-бумажной, химической и других отраслях народного хозяйства.

Цель изобретения-снижение энергетических затрат при эмульгировании.

Поставленная цель достигается тем. что дополнительно измеряют величину поверхностного натяжения высоковязкого компонента и регулирование расхода греющей среды и скорости перемещения рабочего органа осуществляется в зависимости от измеренных величин кинематической вязкости высоковязкого компонента на выходе из подогревателя, температуры э эмульгаторе и поверхностного натяжения высоковязкого компонента на выходе из подогревателя.

Использование сигнала по величине поверхностного натяжения, определяющего требуемые энергетические затраты для осуществления процесса эмульгирования, позволяет обеспечить требуемое качество обрабатываемого материала при минимизации энергетических затрат.

На чертеже представлен пример технической реализации предлагаемого способа.

Обьект изобретения включает эмульгатор, подогреватель, технологические линии еыковязкого и/ низковязкого компонента, а также арматуру автоматизации.

Техническая структура, реализующая данный способ содержит: эмульгатор 1, подогреватель высоковязкого компонента 2, датчик кинематической вязкости ротационного типа 3, датчик поверхностного натяжения высоковязкогд компонента гравитационного типа 4, датчик температуры термоэлектрический 5, исполнительное устройство на линии подачи пара в подогреватель электродвигательного типа 6. аналоговый регулятор расхода пара 7. исполнительное устройство тиристорного

(Л

С

00

со ю о ь.

00

типа меняющее скорость перемещения рабочего оргзна эмульгатора 8, аналоговый регулятор скорости 9, блок вычисления корректирующего задания нэ базе микроЭВМ 10.

Способ осуществляют следующим образом.

Компоненты эмульсии по техническим линиям высоковязкого и низковязкого компонента поступают в эмульгатор 1. Высоковязкий компонент проходит через подогреватель 2, в котором происходит снижение его вязкости. Расход греющей среды в подогреватель 2,изменяется по сигналу от датчика 3 кинематической вязкости с помощью регулятора 7 и исполнительного устройства 6. Температура смеси в эмульгаторе контролируется с Помощью датчика 5. Значение температуры а большой степени определяет уровень вязкости смеси. Обработка этих сигналов в блоке вычисления io позволяет корректироёэть задание регулятору расхода пара 7. Сигналы с датчиков 3 и 4 определяющие величинь) кинематической вязкости и поверхностного натяжения поступают на вычислительный блок -10 обрабатывается и формируют сигнал задания регулятору скорости перемещения рабочего органа эмульгатора. Формируемые задания регуляторам обеспечивает управление процессом эмульгирования таким образом, что достигается оптимальное значение числа РейноЛьдса, при котором достигается минимизация энергетических затрат на эмульгирование. Нами получена критериальная функция следующего вида:

KiA + K2A2 ,.„,„3

+ -К4Р

Блок 10, решая задачу статической оптимизации, используя множители Лаграмжа, определяет МИН (Е) в поле изменения регулируемых параметров, формируя тем самым оптимальные значений заданий регуляторам 7 и 9. Величины определяются опытным путем; величины А, Р, Т - соответственно - кинематическая йязкость, поверхностное натяжение и температура.

Необходимость введения дополнительного сигнала по величине поверхностного- натяжения, обеспечивающего снижение Энергетических затрат, вызвано тем, что получение эмульсии есть результат двух конкурирующих процессов, а именно: диспергирование всего объема жидкости с об- разова.нием отдельных капель и коалесценции этих капель с образованием обьемэ жидкости.

Динамика поведения низкоконцентри.рованных систем в основном определяется

процессом диспергирования (дробления).

Дробление представляет собой результат

действия на каплю:

а)разности динамических напоров, деформирующих каплю и зависящих от гидро.динамической обстановки в эмульгаторе, т.е. критерием Рейнольдса:

pe L

где Re - критерий Рейнольдса, I - геометрический параметр, ft)-скорость движения жидкости, 5v- кинематический коэффициент вязкости.

б)поверхностного натяжения, которое препятствует деформации и проявляются в возникновении капиллярного давления:

0р - 4а

где РК капиллярное давление,

а- коэффициент поверхностного натя- женИя, 5 dK - диаметр капли.

В свою очередь, для жидкостей, зависимость величины вязкости и поверхностного натяжения от температуры имеет вид

0 d+ Т

dT где /л - величина вязкости,

а-величина поверхностного натяжения, 5 у - температура,

Ь. ё, d - эмпирические коэффициенты.

Повышение эффективности используемого способа заключается в снижении энергетических затрат для проведения процесса эмульгирования. 8 табл. 1 приведены экспериментальные данные по оценке затрат пара на подогрев высоковязкого компонента заявляемого способа и способа прототипа. При различном объеме обрабатываемого 5 материала и постоянном потреблении электроэнергии заявляемый способ дает снижение энергозатрат в среднем на 5-10%.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволит повысить эффективность эмульгирования, т.е. получить эмульсию требуемой дисперсности за минимальное время и при минимальных энергетических затратах.

Формула изобретения

Способ управления процессом эмульгирования, включающий регулирование расхода греющей среды и скорости перемещения рабочего органа эмульгатора в зависимости от измеренных величин кине0

0

5

магической вязкости высоковязкого компонента на выходе из подогревателя и температуры в эмульгаторе, отличающийся тем, что, с целью снижения энергетических затрат при эмульгировании, дополнительно измеряют величину поверхностного натяжения высоковязкого компонента на выходе из подогревателя и по его величине кор ректируют расход греющей среды и скорость перемещения рабочего органа эмульгатора.

Изобретение относится к способам приготовления эмульсий веществ, гидрофоби- зирующих волокнистые материалы, и может применяться в целлюлозно-бумажной, химической и других отраслях народного хозяйства. Новым в предлагаемом способе является дополнительное измерение величины поверхностного натяжения высоковязкого компонента и регулирование расхода греющей средм и скорости перемещения рабочего органа а зависимости от измеренных величин кинематической вязкости и поверхностного натяжения высоковязкого компонента, температуры s эмульгаторе. 1 ил.

ВыеоковяэкиР компонент

9:

НиэковяэхиР компонент

ю

г-Ц Л- fr.E, ,-.

Эш Шш