Устройство для приготовления жидкой смеси

 

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления процесса ми химической и нефтехимической промышленности , в частности к устройствам для приготовления жидкой смеси, и позволяет расширить функциональные возможности за счет автоматического варьирования производительности по смеси с заданной концентрацией контролируемого компонента при приготовлении агрессивных, кристаллизующихся , вязких и т.п. смесей и повышение точности определения концентрации приготавливаемой смеси за счет устранения колебаний исходной концентрации контролируемого компонента. Устройство для приготовления жидкой смеси дополнительно содержит расходомер на линии неконтролируемого по концентрации потока, вычислительный блок и регулятор массового расхода приготавливаемой жидкой смеси, при этом выход узла определения концентрации контролируемого компонента з приготавливаемой смеси связан с одним из входов вычислительного блока, второй вход которого связан с выходом расходомера неконтролируемого потока, а выход вычислительного блока связан с входом регулятора массового расхода приготавливаемой смеси , управляющего исполнительным механизмом на линии подачи неконтролируемого по концентрации потока в смеситель . 1 ил. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ.

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 997769 (21) 4638294/26 (22) 16.01.89 (46) 30.03.92. Бюл, М 12 (71) Волгоградское специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Нефтехимавтоматика" (72) А.И. Гандельман, M.Ì. Ухабин, А.И. Бабаев, Ф.С. Абдуллаев, AT, Кожанов и.В.А.

Гандельман (53) 66.012-52(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 997769, кл. В 01 F 5/20, 1981. 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

ЖИДКОЙ СМЕСИ (57) Изобретение относится к устройствам для автоматического управления процессами химической и нефтехимической промышленности, в частности к устройствам для приготовления жидкой смеси, и позволяет расширить функциональные возможности за счет автоматического варьирования производительности по смеси с заданной конИзобретение относится к устройствам для приготовления жидкой смеси с автоматическим контролем и регулированием концентрации одного из компонентов и является дополнительным к авт.св. М

997769.

Известно устройство, содержащее смеситель, узел регулирования потока контролируемого компонента, узел определения концентрации контролируемого компонента, выполненный в виде блока термодатчиков, смонтированных вместе со смесителем,5U,, 1722553 А2 (я)5 8 01 F 5/20, G 05 0 27/00 центрацией контролируемого компонента при приготовлении агрессивных, кристаллизующихся, вязких и т.п. смесей и повышение точности определения концентрации приготавливаемой смеси за счет устранения колебаний исходной концентрации контролируемого компонента. Устройство для приготовления жидкой смеси дополнительно содержит расходомер на линии неконтролируемого по концентрации потока, вычислительный блок и регулятор массс ваго расхода приготавливаемой жидкой смеси, при этом выход узла определения концентрации контролируемого компонента в приготавливаемой смеси связан с одним из входов вычислительного блока, второй вход которого связан с выходом расходомера не- 3 контролируемого потока, а выход вычислительного блока связан с входом регулятора массового расхода приготавливаемой смеси, управляющего исполнительным механизмом на линии подачи неконтролируемого по концентрации потока в смеситель. 1 ил.

1 непосредственно на технологическом тру- { .Д бопроводе, причем термодатчики выполнены в виде блока термопар и число спаев каждого из термодатчиков прямо пропорционально массовому расходу и теплоемкости соответствующего потока.

Корпус смесителя и наружные поверхности термодатчиков покрыты слоем теплоизоляционного материала, например пенополиуретана.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности варьиро1722553

55 вать автоматически производительность по смеси с заданной концентрацией контролируемого компонента при приготовлении агрессивных, кристаллизующихся. вязких и т.п. смесей, По максимуму производительности по смеси имеется ограничение- сечение сопла эжектора для ввода контролируемого компонента в технологический поток. Однако в пределах этого ограничения по производственной необходимости часто важно поддержание различной производительности по смеси с выдерживанием заданной концентрации одного из компонентов. Прямое регулирование массового расхода смеси в случае агрессивных, кристаллизующихся, вязких и т.п. смесей затруднительно при использовании известного устройства.

Кроме того, колебания исходной концентрации контролируемого компонента влияют на точность определения концентрации приготавливаемой смеси и на стабилизацию массового расхода приготавливаемой смеси.

Целью изобретения является расширение <",ункциональных возможностей за счет автоматического варьирования производительности по смеси с заданной концентрацией контролируемого компонента при приготовлении агрессивных, кристаллизующихся, вязких и т.п. смесей, а также стабилизация массового расхода приготавливаемой смеси при колебании исходной концентрации контролируемого компонента.

Поставленная цель. достигается тем, что в устройство дополнительноаведены расходомер на линии подачи неконтролируемого по концентрации потока в смеситепь, вычислительный блок и регулятор массового расхода приготавливаемой жидкой смеси.

При этом выход узла определения кон центрации контролируемого компонента в приготавливаемой смеси связан с одним из входов вычислительного блока, второй вход которого связан с выходом расходомера неконтролируемого потока, а выход вычислительного блока связан через регулятор массового расхода приготавливаемой смеси с исполнительным механизмом на линии подачи неконтролируемого по концентрации потока в смеситепь.

- На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство для приготовления жидкой смеси содержит корпус 1, который монтируется непосредственно в линии технологического трубопровода, смеситель в виде лопастей 2, последовательно установленных по ходу потока, трубу 3 с управляемым клапаном 4 для подачи контролируемого компонента, эжектор 5 для ввода контролируемого компонента в технологический поток, блок термопар 6. установленный на потоке исходной смеси, блок термопар 7, установленный на потоке контролируемого компонента, блок термопар 8, установленный на потоке готовой смеси, преобразователи 9 и 10 и вторичный регулирующий прибор 11.

Поверхности корпуса 1 и блоков термопар 6 — 8 теплоизолированы слоем теплоизоляционного материала 12.

Расход неконтролируемого по концентрации потока измеряется стандартным расходомером 13. Сигналы, пропорциональные концентрации контролируемого компонента в приготавливаемой смеси, и сигналы, пропорциональные расходу неконтролируемого потока, реализуются вычислительным блоком 14, связанным с регулятором 15 (вторичный регулирующих прибор) массового расхода приготавпиваемой жидкой смеси, который связан с клапаном 16 на линии подачи неконтролируемого по концентрации потока в смеситель.

Устройство работает следующим образом.

По технологическому трубопроводу в корпус 1 под давлением поступает неконтролируемый по концентрации поток, например вода. В зоне зжектора 5 поток воды захватывает контролируемый компонент, например серную кислоту, поступающую по трубе 3 с управляемым клапаном 4, В зоне лопастей 2 потоки приобретают турболентное движение и перемещиваются. В результате теплового эффекта смешения происходит изменение температуры потока приготавливаемой смеси, которое фиксируется термодатчиками 6 — 8. Термо-ЭДС, возникшая на термодатчиках, преобразуется преобразователями 9 и 10 в пневматический сигнал, поступающий на вторичный прибор 11 с регулирующим блоком.

Воздействием регулирующего блока вторичного прибора 11 на клапан 4 стабилизируется заданное значение концентрации контролируемого компонента.

Зависимость величины прироста температуры от изменения концентрации контролируемого компонента устанавливается для каждой смеси экспериментально путем сравнения с лабораторными анализами, Разбавленные раствором агрессивных компонентов (например, серной кислоты) более опасны в коррозионном проявлении, поэтому непосредственное измерение массового расхода приготавпиваемой смеси затруднительно.

1722553

В предлагаемом устройства стандартным расходомером 13 измеряется расход неконтролируемого по концентрации потока (неагрессивного, некорроэионно-способного), Сигналы, пропорциональные 5 концентрации контролируемого компонента серной кислоты в смеси, и сигналы, пропорциональные расходу неконтролируемого по концентрации потока воды, поступают в вычислительный блок 14, 10 реализующий их в зависимости

m1

m1+ m2=

-1 — С где m1+ m2 — массовый расход приготавливаемой смеси, кг/ч; 15

m1 — массовый расход неконтролируемого потока, кг/ч;

m2 — массовый расход контролируемого компонента, кг/ч;

С вЂ” концентрация контролируемого 20 компонента в приготавливаемой жидкой смеси, доли единицы.

Из вычислительного блока 14 выходной сигнал поступает на регулятор 15 массового расхода, управляющий исполнительным ме- 25 ханизмом (клапаном) 16 на линии подачи неконтролируемого потока в смеситель, Таким образом, изменяя задание по производительности приготавливаемой смеси регулятору 15 массового расхода, 30 воздействуя на расход воды, изменяют расход приготавливаемой смеси, При этом получается более разбавленный раствор приготавливаемой.смеси, тогда срабатывает устройство по схеме 35 прототипа, и клапан 4 изменяет расход кон.тролируемого компонента, что приводит к восстановлению величины заданной концентрации контролируемого компонента в приготавливаемой смеси, 40

Пример. Непрерывное приготовление раствора серной кислоты в производстве бутадиен-стирольного каучука на

Сумгаитском заводе СК.

Заданная производительность гпз = 45

=16000 кг/ч; заданная концентрация С1 =

=0,015; концентрация исходной серной кислоты Сг = 0,90-0,96 мас. ; количество тепла, выделяемое при разбавлении 1 кг-моль

100%-ной H2S04 до l,5 мас.% раствора 50

H2S04, — 0 = 18089 ккал/кг-моль (1); количество тепла, выделяемое при раэбавлении 1 кг-моль 100%-ной Н2ЯО4 до 96 мас.% (1),—

Q2 = 2256 ккал/кг-моль; то же, до 90 мас. .(1) — Оз = 4986 ккал/кг-моль, 55

Рассчитаем абсолютную и относительную погрешности в определении концентрации приготавливаемого 1,5 мас.% раствора при изменении концентрации исходной 96 -й серной кислоты до 90%.

1, Перепад температуры, образующийся при разбавлении 96 -ной НгЯО4до 1,5%

04

Л ti =, где mg — масса 1,5%-ного п15 Срз раствора Н2ЯО4 при разбавлении 1 кг-моль

Q4=Q1 — Q2 = 18089 — 2256-15833 ккал/кгмоль, 2, При разбавлении 1 кг-моль 96%-ной

H2S04 до 1,5%-ного раствора Н2$04 гп5= 00 = 6533 кг. Срэ-0,985, 98 где п15 — масса 1,5 -ного раствора H2S04 при раэбавлении 1 кг/моль Н2ЯО4, Срэ — теплоемкость 1,5%-ного раствора

Н2Я04

15833

6533 0,985

3. При разбавлении 1 кг-моль 90%-ной

НгЯ04 до 1,5 -ного раствора НгЯ04 и поддержания перепада температур за счет разбавления Лт = 2.46 С

Q4 = 01 — Оз = 18089 — 4986 = 13103 ккал/кг-моль НгЯ04

Q4 M п15 Срз где M — количество кг-моль 100%-ной НгЯ04

2,46 -6533 0,985 1 208

„03

НгЯО4 или количество 100 j„-ной серной кислоты (в кг)

m4 = 1,208 . 98 = 118,38 кг.

4, Концентрация приготовляемого раствора

Сг = 6533 100 = 1,81 мас.%.

118,38

5, Абсолютная погрешность в приготовлении 1,5 мас. раствора серной кислоты

46. = 1,81 — 1,5 = 0,31 мас,%.

6. Относительная погрешность в приготовлении 1,5 мас.%. раствора серной кислоты дот = — 100 100 = 20% . аб. 0,31

1,5 1,5

Измерение и регулирование массового расхода приготавливаемого 1,5%ного раствора серной кислоты из исходной 96 -ной серной кислоты.

1. Необходимое количество 100%-ной

H2SO4 для приготовления раствора

m6 = еэС1 = 16000 0,015 = 240 кг/ч.

2. Расход 96%-ной НгЯО4 для непрерывного приготовления 1,5%-ного раствора

НгЯО4 глт — = = 250 кг/ч, m6 240

Сг 0,96

1722553

3. Расход воды на разбавление 96 -ной

HzSO4

mi (1-С)вз — (1-0,96)вт - (1-0,015) —.

-{16000-0,04. 250) 0,985 16000 -10

-15750 кг/ч. 5

Ni 15750 15750

1 - С 1 — 0,015 0,985

-15990 кг/ч.

5. Относительная погрешность метода определения массового расхода приготов- 10 ляемого раствора д п з вз . 100 16000 15990 . 100 вз 16000

0;06370

6. При изменении исходной концентрации серной кислоты с 96 до 90 необходимое количество 90 -ной HzSO< для приготовления раствора вв- . — . -322,1 кг. 20 вв М 240 108

1 1

7. Расходы воды на разбавление 90%ной HZ/04

mi - (1-С2) вз -(1-0,9)вв = (1-0,0181)—

-(16000-0,1 322,1) - 15710-32 = 15678 кг/ч.

6. Массовый расход приготовляемого раствора

Н та = - 15676/1 — 0,0161 = 15697

1 — Са . кг/ч. 30

9. Для поддержания концентрации при. готовляемого раствора 1,5 мас.% при изменении исходной концентрации серной кислоты с 96 до 90 мас. .

Расход воды на рабавление составит;

mi = вз"(1-С1) = 15967 (1-0,015) =

-15967 0,985 15727 кг/ч.

10. Отйосительная погрешность метода определения массового расхода приготовляемого раствора 40 д 16000 15967 . 100 0

Общая относительная погрешность комплекса технических средств при ре- 45 гулировании массового расхода приготовляемого раствора по предлагаемому техническому решению д4 = А +д6 +д7 +да 50 где д6-0,2)ь (погрешность метода); д6 - 1,5 (погрешность стандартного расходомера); дг1 (погрешность делительного бло- 55 ка); дв 2,5 {погрешность регулятора). дд = 0,2 +- 1,5 + 12 + 2,5

0,04 + 2.25 + 1 + 6,25 = 9,54 = 3,09 =

=3%

Таким образом, регулирование массового расхода приготовляемого 1,5 мас. раствора серной кислоты изменением расхода воды, подаваемой на приготовление; позволяет компенсировать колебание исходной концентрации серной кислоты с 96 до 90 и поддерживать концентрацию приготовляемого раствора с точностью, сравнимой с точностью лабораторного анализа.

Расширение функциональных возможностей устройства происходит за счет автоматического варьирования производительности по готовой смеси с заданной концентрацией контролируемого компонента, что.особенно важно в производстве при приготовлении агрессивных. кристаллизующихся, вязких и т.п. смесей.

Кроме того, применение предлагаемого устройства позволяет стабилизировать массовый расход приготовляемой жидкой смеси при колебании исходной концентрации контролируемого компонента.

Формула изобретения

Устройство для приготовления жидкой смеси по авт. св. М 997769, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей эа счет автоматического варьирования производительности по смеси с заданной концентрацией контролируемого компонента при приготовлении агрессивных кристаллизующихся, вязких и т.п. смесей, а также стабилизации массового расхода приготавливаемой жидкости смеси при колебании исходной концентрации контролируемого компонента, устройство дополнительно содержит расходомер и исполнительный механизм на линии подачи неконтролируемого по концентрации потока в смеситель, вычислительный блок и регулятор массового расхода приготавливаемой жидкой смеси,. при этом выход узла определения концентрации контролируемого компонента в приготавливаемой смеси связан с одним иэ входов вычислительного блока, второй вход которого связан с выходом расходомера неконтролируемого по концентрации потока, а выход вычислительного блока связан через регулятор массового расхода смеси с исполнительным механизмом на линии подачи неконтролируамого потока в смеситель, 1722553

Составитель Е,Фрейман

Редактор ТЛазоренко Техред M.Mîðãåíòàï Корректор А,Осауленко

Заказ 1014 Тираж 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