Способ регулирования процесса перемешивания в аппаратах с мешалкой

 

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В АППАРАТАХ С МШАЛКОЙ путегл изменения скорости вращения i мешалки в зависимости от отклонения технологического параметра от заданного, отличающийся тем, что, с целью повьпиения эффективности перемешивания и снижения энергозатрат за счет повышения точности регулирования, скорость вращения мешалки изменяют с учетом распределения концентрации дисперсной фазы по высоте реактора и изменения расходов сплошной и дисперсной фаз. 4

СОЮЗ СОВЕТСНЙХ

С«:НЦИО

РЕСПУБЛИК

{1Е {11), 1

;t

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

ГОСУДАРСТВЕННЬ1Й КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГЬЙ (21) 3416003/23-26 (22) 02.04.82 (46) 23.07.&3. Бюл. 9 27 (72) В.A.Ëèíåâ, В.P.A.Ðó÷èûñêèé и А.Г.Липкин (53) 66.012 52(088.8). (56) 1. Авторское свидетельство

СССР В 465215 кл, В 01 J 1/00, 1973.

2. Авторское свидетельство сссР

М бф9713, кл. В 01 F 7/00, 1977 (прототип) .

3{у) .В 01F 7/00 G 05 D 27 00

j (54) (57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В AIIOAPATAX С

NH1lAJIK0A путем изменения скорости вращения мешалки в зависимости от отклонения технологического параметра от заданного, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения эффективности перемешивания и снижения энергозатрат за счет повышения точности регулирования, скорость вращения мешалки изменяют с учетом распределения концентрации дисперсной фазы по высоте реактора и изменения расходов сплошной и дисперсной фаз.

Ю

CA

CO

СР

CO.

1030002

Изобретение относится к химической технологии, в частности к процессам управления перемешиванием, и может быть использовано в химической, лакокрасочной, нефтехимической и других отраслях промьылен- 5 ности °

Известен способ регулирования процесса перемешивания в аппаратах с мешалкой путем изменения вращения вала в зависимости от вязкости 10 перемешиваемой среды и ее объема (1).

Недостатком такого способа является низкая эффективность регулирования, так как мощность, затрачиваемая на перемешивание, определя- 15 ется не только вязкостью перемешиваемой среды, но и другими факторами, не учтенными в данном способе— плотностью перемешиваемой среды, раэ- ностьЫ напряжений межфазового контакта, диаметром аппарата и его отношением к диаметру мешалки, типом перемешивающего устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является. способ регулирования процесса перемешивания в аппаратах с мещалкой путем изменения скорости враЩения вала в завиеимости от глубины воронки пере-. мешиваемой жидкости (2 J.

Недостатком такого способа является то, что он применим только для гладкостенных аппаратов. Для аппаратов с. внутренними теплообменными устройствами, а также для аппаратов с отражательными перегородками, такой способ неприменим, так как в аппарате отсутствует воронка, а имен. но такие аппараты широко применяются в промыаленности. 40

Цель изобретения — повышение эффективности перемешивания в реакторах с отражательными перегородками и снижения энергозатрат эа счет повышения точности регулирования. 45

Эта цель достигается тем, что скорость вращения мешалки изменяют с учетом распределения концентрации дисперсной фазы по высоте реактора и изменения расходов сплошной и дис-,50 персной фаэ.

Существует оптимальная скорость вращения вала мешалки, при которой

1 достигается требуемое качество перемешивания при минимальной затрате мощности. Повышение скорости приводит к избыточным энергозатратам, снижение скорости — к ухудшению пере мешивания.

За критерий качества перемешивания в реакторе берется распределение 60 концентрации дисперсной фазы по высоте реактора, которое при отборе сверху подчиняется зависимости

Ре

«вь к «е« " 3% где х,„- концентрация днсперсной фазы вверху реактора (на выходе); х - средняя концентрация дис- персной фазы в реакторе;

Ре - число Пекле» и н е =

Т где Н - высота заполнения реактора, м» при отборе сверху в про-, цессе перемешивания не изменяется»

М„ - средняя скорость осаждения (всплывания) капель дисперсной фазы, м/с;

Д, — коэффициент турбулентного т переноса, м /с»

,2 -0,4.-0,8 0,8 -2,4. у Ф А с. „ д с

2, » 3

Д = 0 435 D n d П, где (— поверхностное натяжение на границе раздела фаз., П/м» . 9 — плотность сплошной фазы, кг/мЗ. р — плотность дисперсной фазы, „г/м 3. р — плотность перемешиваемой среды, кг/м 3»

Ч вЂ” объем перемешивания, м »

n — скорость вращения мешалки, с-1»

d< — диаметр мешалки, м»

D — диаметр аппарата, м» . ,и. — вязкость сплошной фазы, Па с; ,у.„- вязкость дисперсной фазы, Па ° c»»

П вЂ” параметр, зависящий от кон струкции мешалки.

В общем виде зависимость концентрации на выходе можно представить в виде х »Ых f „(xñp, ï, Ф) где х = f2 (у) — функция средней плотности перемешиваемой жидкости в реакторе, зависит от соотношения подач смешиваемых дисперсной и сплошной фаз.

-Ф = f>(6,p,р, Н, D, d,II) функция:, зависящая от конструкции аппарата и, мешалки, характеристик перемешиваемых жидкостей. Для данного технологического процесса (перемешивание определенных жидкостей в реакторе .определенной конструкции) Ф =; const.

8 ходе ведения процесса может изменяться плотность перемешиваемой среды вследствие соотношения подач перемешиваемых жидкостей, что приводит к необходимости изменения эа»рачиваемой на перемешивание мощности.

1030002

Система управления учитывает эти изменения, анализирует их и выдает соответствующее воздействие на двига.тели для увеличения или уменьшения скрости вращения.

На чертеже представлена схема реализации способа для реактора перемешивания в системе жидкость-жидкость

Реактор состоит из корпуса 1 цилиндрической форьы, в. котором соосно на валу 2 размещена мешалка 3 ° Реактор снабжен вертикальными отражательными перегородками 4 высотой Н.

Сплошная фаза перемешивания (парараметры у„, )поступает по линии 5 через расходомер б во входной патрубок 7. Дисперсная фаза перемешивания (параметры Р,, )поступает по линии

8 через расходомер 9 на щелевой распределитель 10.

Перемешанный раствор выводят из реактора переливом через выходной патрубок 11; В реакторе установлены цатчики 12 и 13 концентрации, сигналы которых поступают в логический блок 14 и устройство 15 управления, связанное с помощью исполнительного механизма 16 с электродвигателем 17 мешалки.

Способ регулирования осуществляется следующим образом. 30

Устройство управления 15 получает от датчика 12 концентрацию хны„ верх" ней части реактора, а из средней части реактора - концентрацию х от датчика 13. В зависимости от соотно- 35 шения х „ и хс устройство управления вйдает на исполнительный механизм 16 управления двигателем 17 соответствующее воздействием если

Ре Р РЕ е — 1 скорость двигателя уменьшается.

Кроме того, стабилизацию режима перемешивания и устранения перерегу-, лирования (пульсаций )осуществляет контур управления по скорости изменения регулируемого параметра (датчик б расхода сплошной фазы, датчик

10 9 расхода дисперсной. фазы, логический блок 14, устройство 15 управления, исполнительный механизм 16,"двигатель 17 ).

Таким образом, общая зависимость скорости вращения мешалки меет вид

d и (x p в д Р ф Ре ю хвых) в

Составитель В, Васин

Редактор A. Шандор Техред И.Иетелева Корректор В. Гирняк

Заказ 5032/9 Тираж 688 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 х 1х

Ре

Вы к ср е скорость двие -1 гателя увеличивается, если х,„>.

rpeI критерий Ре задает требуемое качество перемешивания. Расходы дисперсной фазы с датчика 9 и сплошной фазы с датчика б подаются на логический блок 14, что с учетом существующей концентрации х р в реакторе и объема перемешиваемой жидкости формируется сигнал dx /dt, поступающий в блок 15: управления для корректировки управления двигателем.

Применение способа позволяет значительно (на 30-50В) снизить энергопотребление реактора, так как позволяет минимизировать мощность, IIo требляемую двигателем Iio критерию качества перемешивания, т.е. является оптимальным с точки зрения энергозатрат. Кроме того, способ позволяет получить конечный продукт постоянного состава за счет стабильного режима перемешивания.

Экономический эффект от внедрения способа регулирования на трех реакторах стадии гипохлоритной очистки в производстве капролактама составит

25 тыс, руб. в год.