Способ автоматического управления вакуум-выпарной установкой периодического действия

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИЛХ

РЕСПУБЛИК

Al (l 9) (1() ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4702605/26 (22) 03.05.89 (46) 15.06.91. Бюл, (ч. 22 (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (72) Н.Г.Чефонов, М.К.Садуляаев и В.И.CaMOXBBËÎe . (53) 66.012 — 52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1230614, кл. В 01 0 1/30, 1984.

Инструкция по эксплуатации вакуумвыпарного аппарата. НПО "Питательные среды", Махачкала, 1987. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ВАКУУМ-ВЫПАРНОЙ УСТАНОВ.КОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к способам автоматического регулирования параметров вакуум-выпарных установок и может быть использовано в химической, фармацевтической, пищевой промышленностях.

Цель изобретения — повышение точности определения окончания процесса выпаривания.

Предлагаемый способ связывает количество выпариваемой воды из концентрируемой смеси с количеством воды, необходимой для охлаждения этих паров в барометрическом конденсаторе.

Из уравнения теплового баланса барометрического конденсатора можно записать

ЧВ =Ч(" тк (и (1) где Ч — количество охлаждающей воды, кг;

Vn f — количество конденсируемого пара, Kf; (s()s B 01 D f/30, G 05 D 27/00 (57) Изобретение относится к способам автоматического регулирования параметров вакуум-выпарных установок и позволяет повысить точность определения окончания процесса выпаривания. В способе дополнительно измеряют расход воды на барометрический конденсатор и температуру воды до и после конденсатора, рассчитывают количество воды, которое необходимо выпарить из раствора для достижения заданной концентрации сухих веществ, определяют количество охлаждающей воды, необходимое для получения конденсируемого пара, и при равенстве его рассчитанному прекращают процесс выпаривания, 1 ил.

1> — энтальпия пара, ккал/кг; (н, tg- начальная и конечная температура охлаждающей воды, град.

В этом уравнении количество конденсируемого пара Чл равно количеству выпариваемой воды из сырьевой смеси и находится по следующей зависимости

VA2 чс (1,)

KH

Кк (2) где Чс — количество сырья, кг;

Кн, Кк — начальная и конечная концентрация сухих веществ в упариваемом растворе, кг/кг.

Зная параметры уравнений (1) и (2), можно определить конец выпаривания 42 Чп1 = 0 (3)

Если эта разность равна нулю, то необходимо окончание процесса выпарки.

Если эта разность больше нуля, то необходимо продолжить процесс выпарки, так

1655527

20

25 как заданная концентрация упариваемого раствора еще не достигнута.

Особенностью реализуемого способа является его полная нечувствительность к изменяющимся характеристикам объекта контроля (коэффициенты теплопроводности, потери в окружающую среду, характеристики теплоносителя и т,п.). За счет этого, а также за счет того, что измерение парамет ров входящих в уравнения (2) и (1), не представляет технической сложности (с достаточной степенью погрешности), способ обладает повышенной точностью определения конца выпарки (до заданной наперед концентрации упариваемого раствора).

На чертеже изображена схема реализации способа.

Схема включает буферную емкость 1 сырья, соединенную с вакуум-выпарным аппаратом 2 с выносным теплообменником

3. Вакуум — выпарной аппарат 2 соединен с барометрическим конденсатором 4, выход которого по воде связан с барометрическим ящиком 5, а llo несконденсировавшимся парам — с компрессором (не показан), Буферная емкость 1 снабжена датчиком уровня 6, соединенным с вычислительным устройством 7. Выносной теплообменник 3 снабжен контуром регулирования давления пара 8, включающим датчик давления, регулятор и исполнительный механизм на линии подачи теплоносителя. Вакуум-выпарной аппарат 2 снабжен датчиком вакуума 9, соединенным, с вычислительным устройством 7. Кроме того, вакуум-выпарной аппарат 2 соединен с контуром регулирования уровня 10 сырья (гидролизата), поступающего из буферной емкости 1 сырья в вакуум-выпарной аппарат

2. Контур регулирования уровня 10 состоит из датчика уровня, регулятора и исполнительного механизма подачи сырья, Барометрический конденсатор 4 соединен с трубопроводом 11 подачи холодной воды, на котором смонтированы датчик 12 расхода воды, соединенный с вычислительным устройством 7, и датчик температуры 13 холодной воды, соединенный также с вычислительным устройством 7. На трубопроводе, соединяющем барометрический конденсатор 4 с барометрическим ящиком 5, смонтирован датчик температуры 14, соединенный с вычислительным устройством 7. Трубопровод, соединяющий буферную емкость 1 сырья с выносным теплообменником 3 и вакуум-выпарным аппаратом 2, снабжен задвижкой 15 для сбрасывания упаренного (концентрированного) гидролизата. Вычислительное устрой30

55 ство 7 соединено с сигнализатором конца выпарки 16.

При практической реализации схемы в качестве датчика уровня 6 можно использовать уровнемер типа УБ — 9 с выходным электрическим сигналом 0-5 мА, В качестве контура стабилизации 8 давление теплоносителя можно использовать датчик давления типа МС вЂ” П, вторичный прибор типа

ПВ10,1Э с регулятором типа ПР3.31М, исполнительный механизм типа 25с42нж. В качестве контура стабилизации 10 уровня можно использовать датчик уровня типа

УБ — П, вторичный прибор типа ПВ.10.1Э с регулятором ПР3.31М и исполнительным механизмом типа 25с42нж. В качестве датчика 9 вакуума можно использовать датчик типа ВС-Э с выходным электрическим сигналом 0-5 мА. В качестве датчика расхода

12 можно, использовать (. зсходомер типа

ИР— 51 с выходным электрическим сигналом

0 — 5 мА. В качестве датчиков температуры 13 и 14 можно использовать датчики типа ТХК или ТСМ. В качестве вычислительного устройства 7 можно использовать любую вычислительную машину, у которой есть элементы аналоговых сигналов 0 — 5 мА и выход на внешние устройства, например

СМ1810, комплексы СМ1800 "Электроника" и т.п. Устройство должно содержать элемент ввода аналоговых сигналов, оперативное запоминающее устройство, процессор, элементы вывода на периферийные устройства (печать, клавиатуру ввода, дисплей). В качестве устройства сигнализации 16 конца выпарки можно использовать устройство печати типа А521-4/2, дисплей типа ВТА2000/30, или просто звонок, или лампу накаливания..

Схема реализует свои функции следующим образом.

В буферной емкости 1 сырья накапливают сырье — полупродукт с предыдущих стадий. По окончании налива датчик 6 уровня фиксирует первоначальный уровень в буферной емкости 1 и передает его значение в виде токового сигнала в вычислительное устройство 7. Учитывая это значение, вычислительное устройство 7 производит расчет количества воды, которое необходимо выпарить. При этом необходимо ввести в вычислительное устройство 7 данные о начальной и конечной концейтрации раствора. Начинают процесс выпарки набором вакуума в вакуум-выпарном аппарате 2, для чего включают вакуум-насос и подают холодную воду по трубопроводу 11 на барометрический конденсатор 4. При достижении вакуумом в вакуум-выпарном аппарате 2, например, значения 600 мм рт.ст. включают в работу

1655527

6 контур стабилизации 10уровня в вакуум-выпарном аппарате 2. Исполнительный механизм контура открывается и сырье — полупродукт засасывается в вакуум- выпарной аппарат 2 до заданного значения.

Включается контур стабилизации 8 давления теплоносителя (обычно водяного пара). При этом открывается исполнительный механизм контура 8, подавая пар в выносной теплообменник 3. Давление пара стабилизируется контуром 8 автоматически, например, на уровне 1,5 — 2,0 кГс/см (0,15—

0,20 МПа). По мере выпаривания воды из раствора исполнительный механизм контура 10 стабилизации уровня "добавляет"очередную порцию сырья в вакуум-выпарной аппарат 2. Выпарка продолжается и при окончании сырья в буферной емкости 1 сырья.

В продолжении всего процесса выпарки вычислительное устройство 7 периодически, с заданным циклом опроса, например

20 каналов в секунду, опрашивает датчики измерения вакуума 9, расхода холодной воды 12, температуры 13 и 14. И после каждого цикла опроса производится расчет по формуле (3). Если разность выражений по формуле (2) и формуле (1) равна нулю, то вычислительное устройство 7 формирует сигнал необходимости окончания выпарки на устройство сигнализации 16. Если разность не равна 0 (больше О), то такой сигнал не формируется и выпарка продолжается.

Таким образом и происходит реализация способа.

Пример. Выпаривается гидролизат кильки в производстве бактериальных препаратов. Начальная концентрация раствора (содержание сухих веществ) 6,8 кг на 100 кг раствора, Конечная концентрация раствора должна быть 54 кг на 100 кг. Уровень в буферной емкости сырья — гидролизата 90% (по датчику 6). При полном накоплении (100%) объем емкости 2000 л; Таким образом, первоначальный объем составляет

90 2000 1800л.

Найдем количество выпариваемой воды

Vr = 1800 (1 — ) =1573л.

0,068

Вакуум в вакуум-выпарном аппарате стабилизирован на уровне 600 мм рт.ст. (определяется датчиком 9).

Определим абсолютное давление в барометрическом конденсаторе

760 — 600

735,5 = 0,22ата.

По таблицам водяного пара (нормативно- правочная информация при расчетах) определяем энтальпию пара

4 = 624 ккал/кг.

Температура воды на 1 входе в барометрический конденсатор 20 С, на выходе

58,7 С (определяется датчиками 13 и 14).

5 По формуле (3), учитывая выражение (1), имеем тг

j Fiai

7)

1573 — 624 — 58,7

58,7 — 20

10 равно нулю

12500

1573 — 624 58 7- 717 > 0

58,7 — 20

В соответствии с изложенным способом процесс выпарки продолжим. Через 45 мин имеем

18750 -289 > 0

624 — 58,7

58,7 — 20

Процесс продолжим. Через 55,145 мин

35 15 — 22977

624 — 58,7

58,7 — 20

Вычислительное устройство формирует

40 сигнал необходимости прекращения процесса выпаривания на устройство печати, П роцесс и рекра ща ют.

В этих расчетах приняты постоянными измеряемые значения от датчиков 9, 12, 13

45 и 14. На практике эти значения меняются в зависимости от условий проведения процесса. Но на реализации способа это не отражается. Экономический эффект составляет 430,0 тыс.руб.

Формула изобретения

Способ автоматического управления вакуум-выпарной установкой периодического действия с барометрическим конденсатором, включающий измерение уровня сырья в буферной емкости и вакуума в выпарном аппарате, стабилизацию температуры в выпарном аппарате изменением подачи пара в теплообменник, стабилизацию уровня в выпарном аппарате изменением подачи сырья и выпаривание раствора до наперед

Допустим, измерение произвоуится при-,расходе холодной воды Fi = 25 м /ч по

15 датчику 12 в течение получаса. Таким образом, общее количество затраченной воды за эти полчаса составляет 12,5 м /ч, или 12500 з л, Произведем расчет по способу на одном иэ циклов

1655527

/Д Яф Ге

Cc7dp

Составитель Е. Червонная

Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк

Редактор И. Горная

Заказ 2010 Тираж 436 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 заданного содержания сухих веществ, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения окончания процесса выпаривания, дополнительно измеряют расход воды на барометрический конденсат, и температуру воды до и после конденсатора, рассчитывают количество воды, которое необходимо выпарить иэ раствора для достижения заданной концентрации сухих веществ, определяют количество охлаждающей воды, необходимое для пол5 учения конденсируемого пара, и при равенстве его рассчитанному значению прекращают процесс выпаривания.