Система регулирования концентрациипОВЕРХНОСТНО-АКТиВНОгО ВЕщЕСТВА B PACT-BOPE Советский патент 1981 года по МПК G05D11/02 

I

Изобретение относится к технике измерения и регулирования физико-химических свойств жидких сред и может быть использовано для автоматического регулирования кон-центрации поверхностно-активного вещества (ПАВ) в технологических растворах при производстве ПАВ и их применении в нефте-химической, нефтеперерабатывающей, угольной и других отраслях промышленности, где технологические процессы протекают с применением растворов ПАВ.

Известно устройство для измерения поверхностного натяжения (ПН) жидкостей, работающее по методу максимального давления в газовом пузырьке, выходящем из отверстия калиброванного капилляра, содержащее пневматическую дроссельную и электрическую схемы измерения, пневмоэлектрический преобразователь, капилляр и барботажную трубку, задатчик времени существования поверхности раздела фаз, формирователи большого и малого пневматических подпоров и синхронизатор режима образования пузырьков 1.

Однако с помощью этого устройства мож но только измерять поверхностные свойства приготавливаемых растворов.

Наиболее близкой к предлагаемой по своей сущности является система, содержащая датчики расхода веществ, например поверхностно-активного вещества и растворителя, подключенные к регулятору соотношения, выход которого соединен с управляющим входом исполнительного механизма, установленного на одной из линий подачи вещества в смеситель 2.

Недостатком известных систем является невозможность автоматического регулирова-. ния качества раствора по необходимому параметру качества выходного продукта.

Кроме того, на качество выходного продукта при приготовлении раствора ПАВ влияют и физико-химический состав растворителя, который Может изменяться во времени (например водопроводная вода для

S водорастворимых ПАВ).

Цель изобретения - повышение точности путем регулирования качества приготавливаемого раствора поверхностно-активного вещества независимо от изменяющихся свойств исходных смешиваемых поверхностно-активного вещества и его растворителя.

Поставленная цель достигается тем, что в систему регулирования концентрации поверхностно-активного вещества в растворе, содержащую датчики расхода поверхностноактивного вещества и растворителя, подключенные к регулятору соотнощения, выход которого соединен с управляющим входом исполнительного механизма, установленного на одной из линии подачи вещества и смеситель, устанс лены блок измерения поверхностного натяжения жидкости, барботажная трубка и капилляр которого размещены в кювете, подключенной к выходу смесителя, и подключенный к выходам блока измерения поверхностного натяжения жидкости дифференциальный усилитель давления, выход которого подключен к корректирующему входу регулятора соотнощения.

На чертеже приведена принципиальная схема системы автоматического регулирования концентрации поверхностно-активного вещества в растворе.

Система состоит из измерительного капилляра 1 и барботажной трубки 2, размещенных в исследуемый раствор, движущийся через проточную кювету 3 пневматической дроссельной измерительной схемы, включающей регулируемые пневмосопротивления 4 и 5, задагчик времени существования поверхности раздела фаз, выполненного на трехмембранном реле 6, регулируемом пневмосопротивлением 7 и постоянной пневмоемкостью 8; формирователей больщого и малого пневматических подпоров, собранных соответственно на постоянных пневмосопротивлениях 9 и 10 и на регулируемых пневмосопротивлениях 11 и 12; синхронизатора режима образования пузырьков, собанного на реле 13 вместе с управляемым коммутирующим устройством, собранным на реле 14; смесителя 15 дифференциального усилителя 16 давления и регулятора 17 соотнощения с коррекцией по третьему параметру.

Задатчик времени существования поверхности раздела фаз выполнен по известной схеме в виде генератора прямоугольных пневматических импульсов. Время существования поверхности раздела фаз настраивают с помощью регулируемого пневмосопротивления 7. Стабилизатор пневматического питания состоит из щарикового стабилизатора 18 и постоянного пневмосопротивления 19. Элементы 1, 2, 4 - 14, 18 и 19 составляют измерения поверхностного натяжения жидкости.

Дифференциальный усилитель 16 давления предназначен для усиления измеренной разности давления в газовых пузырьках, синхронно образующихся из измерительного капилляра и барботажной трубки, в исследуемый раствор в момент максимальных в них давлений, пропорциональной поверхностному натяжению исследуемого раствора и преобразования этой разности давлений в унифицированный пневматический сигнал 0,2-1,4 10 кПа. Он состоит, например, из корпуса 20, двух герметично разобщенных сильфонов 21, жестко соединенных с рычагом 22, управляющим заслонкой регулируемого пневмосопротивления 23 и постоянного пневмосопротивления 24.

В предлагаемой системе может быть использован также любой другой известный дифференциальный усилитель давления с унифицированным выходным пневматичесКИМ сигналом.

Регулятор 17 соотнощения двух потоков с коррекцией соотношения по третьему параметру применяемый в предлагаемой снстеме (например регулятор ПРЗ-24 системы «Старт), позволяет вырабатывать выходной аналоговый пневматический сигнал, поступающий на вход мембранного исполнительного устройства 25 (например типа ПКН) пропорциональный настроенному соотнощению потоков, причем величина настройки соотнощения в процессе работы регулятора может изменяться пропорционально изменению усиленной разности давлений, измеренной с помощью измерительного капилляра и барботажной трубки, пропорциональной поверхностному натяжению исследуемого раствора, поддерживая эту разность постоянной путем изменения соотнощения дозируемых и смеиливаемых ПАВ и его растворителя.

0 Корректирующий вход регулятора соединен непосредственно со входом дифференцтального усилителя давления, а два других входа регулятора соединены с линиями подачи ПАВ и его растворителя посредством известных разделителей 26 (в качестве которых могут применяться и датчики расхода). Проточная кювета 3 предназначена для непрерывного отбора и обеспечения плоскопараллельного течения исследуемого раствора ПАВ и его растворителя

0 в процессе измерения и регулирования. Конструктивно проточная кювета выполнена в виде желоба с входным щтуцером на уровне дна и выходным щтуцером, соединенным с плавнорасщиряющимся раструбом, расположенным на уровне переточ5 ной кромки, ограничивающей верхний уровень исследуемого раствора в кювете. Линии 27-2ff обеспечивают подвод растворителя и поверхностно-активного вещества, ную трубку 2 погружают в исследуемый раст.

о Работа системы автоматического регулирования концентрации поверхностноактивных веществ в растворе осуществляется следующим образом.

Измерительный капилляр 1 и барботаж5 вор ПАВ на одинаковую глубину. В схему подают пневматическое питанне давлением 1,4 10 кПа. С помощью пневмосопротивления 7 настраивают необходимое время

существования поверхности раздела фаз жидкость - газ. От формирователя 12 Малого пневматического подпора к капилляру подводится постоянный пневматический сигнал величиной больше давления, создаваемого столбом жидкости, равной глубине погружения капилляра, но меньше максимального давления в газовом пузырьке, образующемся из капилляра, в момент его отрыва. Под действием этого давления мениск жидкости опускается и удерживается в положении, близком к нижней кромке измерительного капилляра. Через заданное время от формирователя 10 большого пневматического подпора на измерительный капилляр поступает пневматический импульс давления, под действием которого растет внутреннее давление в газовом пузырьке до максимального, после чего происходит его отрЫв. Временем подачи давления малого и большого подпора управляет задатчик времени существования поверхности раздела фаз, собранный на пневмореле 6, причем в момент подачи импульса давления большого подпора формирователь малого подпора отключается, а давление в газовом пузырьке растет до максимального за счет давления большого подпора Аналогично подаются давления малого и большого пневматического подпора на барботажную трубку через п.невмосопротивления 11 и 9. Синхронностью образования газовых пузырьков из измерительного капилляра и барботажной трубки управляет синхронизатор режима образования пузырьков.

После достижения максимальных давлений в газовых пузырьках измерительного капилляра, барботажной трубки и отрыва пузырьков от них система приходит в исходное положение: закрываются выходы -формирователя малого подпора. Мениски жидкости в измерительном капилляре и барботажной трубке опускаются в нижнее положение и удерживаются в нем до поступления следующего управляющего импульса от задатчика.

Сформированная разность давлений поступает на вход дифференциального усилителя 16 давлений, усиливается и поступает на корректирующий вход регулятора 17 соотношения. Усилитель настраивают таким образом, что заданному минимальному значению разности давлений, соответствующей номинальной концентрации конкретного ПАВ и поступающей на входы усилителя, соответствует усиленный им сигнал, равный 0,2 10 кПа, а по мере уменьшения концентрации ПАВ в растворе ниже оптимальной поверхностное натяжение возрастает, что приводит к возрастанию разности давлений, поступающей на входы усилите-, ля, и выходной сигнал пропорционально увеличивается до значения 1,4-10 кПа. При зозрастании концентрации ПАВ в растворе или поверхностной активности ПАВ выше оптимальной поверхностное натяжение уменьшается, что приводит к уменьшению разности давления на входе дифференциального усилителя и усиленного пневматического сигнала на его выходе.

Усиленный корректирующий сигнал, пропорциональный поверхностному натяжению раствора ПАВ, поступающий на вход регулятора 17, корректирует его настроенное

значение соотношения таким образом, что при увеличении корректирующего сигнала выходной сигнал регулятора увеличивается и наоборот.

Выходной управляющий сигнал регулятора соотношения поступает в верхнюю управляющую камеру мембранного исполнительного устройства 25, находящегося на линии подачи растворителя, применяемого ПАВ. Мембранное исполнительное устройство приводит в движение щток, соединенный с плунжером проходного регулирующего клапана. Регулирующий клапан, перемещаясь пропорционально управляемому сигналу регулятора, регулирует расход растворителя ПАВ в линии его подачи 27 в смеситель 15. По линии 28 под

5 избыточным давлением подается в смеситель смешиваемое поверхностно-активное вещество или его раствор концентрации выше необходимой. С выхода смесителя часть приготовленного раствора ПАВ непрерывно поступает по линии 29 на вход проточной

0 кюветы для измерения.

Необходимая концентрация смещиваемых ПАВ и его растворителя в приготавливаемом растворе обеспечивается регулиро5 ваниём расхода растворителя при постоянном расходе ПАВ. Причем концентрация ПАВ в растворе автоматически поддерживается на таком уровне, чтобы поверхностное натяжение приготавливаемого раствора было минимальным. При отклонении поверхностных свойств исходных смешиваемых ПАВ и его растворителя от первоначальных регулируемая концентрация их в растворе будет изменяться таким образом, чтобы обеспечить минимальную заданную величину поверхностного натяжения приготавливаемого раствора ПАВ.

Использование новых элементов с целью автоматического регулирования качества приготавливаемого раствора ПАВ независимо от изменяющихся свойств исходных

0 смещиваемых ПАВ и его растворителя позволяет при строго фиксированном времени существования поверхности раздела фаз автоматически регулировать концентрацию смешиваемых компонентов с коррекцией .по необходимому поверхностному натяжению непосредственно в производственных условиях производства и применения ПАВ, что приводит к улучшению качества выходного приготавливаемого продукта. Формула изобретения Система регулирования концентрации поверхностно-активного вещества в растворе, содержащая датчики расхода поверхностно-активного вещества и растворителя, подключенные к регулятору соотношения, выход которого соединен с управляющим входом исполнительного механизма, установленного на одной из линии подачи вещества в смеситель, отличающаяся тем, что. с целью повышения точности регулирования в ней установлены блок измерения поверхностного на яжения жидкости, барботажная трубка и капилляр которого размещены в кювете, подключенной к выходу смесителя, и подключенный к выходам блока измерения поверхностного натяжения жидкостей дифференциальный усилитель давления, выход которого подключен к корректирующему входу регулятора соотнощения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 603879, кл. G 01 N 13/02, 1979. 2. Авторское свидетельство СССР № 254142, кл. G 05 D 11/02, 1970 (прототип).

.Л