Устройство для определения концентрации упариваемого раствора

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ УПАРИВАЕМОГО РАСТВОРА в выпарных аппаратах по температурной депрессии, состоящее из выпарного аппарата, в растворной части сепаратора которого установлен термометр сопротивления, измеряющий температуру кипения раствора, а на трубопроводе вторичного пара установлен основной термометр сопротивления для измерения температуры вторичного пара, причем оба термометра включены в мостовую схему, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений, последовательно с основным термометром установлен дополнительный, параллельно которому подключен резистор, сопротивление которого выбирается из условия

где R₀ сопротивление термометра при 0^oС;
n коэффициент, характеризующий зависимость температуры пара от давления.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях народного хозяйства для измерения концентрации упариваемых в выпарных аппаратах растворов по температурной депрессии (разности температур кипящего раствора и насыщенного пара при определенном давлении). Физико-химическая температурная депрессия функционально связана с концентрацией кипящего раствора. Поэтому, измеряя с большей точностью температурную депрессию, мы можем с большей точностью определить концентрацию кипящего раствора, а это имеет большое значение для производств, использующих выпарные аппараты для концентрирования кипящих в них растворов.
Известно устройство для непрерывного измерения концентрации по разности температур кипения исследуемой и эталонной жидкостей. Однако в указанном устройстве отсутствует коррекция значения температурной депрессии по давлению в выпарном аппарате, что приводит к низкой точности измерения.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения концентрации упариваемого в выпарном аппарате раствора по температурной депрессии, содержащее выпарной аппарат с двумя термометрами сопротивления, один из которых установлен на трубопроводе паров растворителя и измеряет температуру вторичного пара, а второй термометр установлен на трубопроводе, соединяющем кипятильник (греющую камеру) с сепаратором. Температуры кипящего раствора в трубе, идущей от греющей камеры, и в растворной части сепаратора практически равны. При помощи двух термометров сопротивления, один из которых установлен в паровой фазе, другой в жидкости, включенных в мостовую схему, измеряется температурная депрессия. По величине температурной депрессии определяется концентрация упариваемого раствора.
Однако температурная депрессия зависит не только от концентрации кипящего раствора, но и от давления в выпарном аппарате. Пpи повышении давления в выпарном аппарате температурная депрессия увеличивается, при понижении уменьшается, т.е. известное устройство для определения концентрации не учитывает этого обстоятельства. В то же время известно, что давление в выпарных аппаратах непостоянно. Это затрудняет использование устройства для определения концентрации кипящих растворов и приводит к большим погрешностям, т.е. к низкой точности измерений.
Целью изобретения является увеличение точности измерений за счет уменьшения погрешности измерения температурной депрессии, возникающей вследствие изменения давления в выпарном аппарате.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения концентрации упариваемого раствора по температурной депрессии, состоящем из выпарного аппарата, в растворной части сепаратора которого установлен термометр сопротивления, измеряющий температуру кипения раствора, а на трубопроводе вторичного пара установлен основной термометр сопротивления для измерения температуры вторичного пара, причем оба термометра включены в мостовую схему, последовательно с основным термометром установлен дополнительный термометр, параллельно которому подключается резистор, сопротивление которого выбирают из условия
R , где R_o сопротивление термометра при 0^оС;
n коэффициент, характеризующий зависимость температуры пара от давления.
На приведенном чертеже изображено устройство для определения концентрации упариваемого раствора.
Устройство для определения концентрации упариваемого раствора по температурной депрессии содержит выпарной аппарат 1, состоящий из сепаратора 2 и греющей камеры 3, термометры сопротивления 4 и 5, включенные в мостовую схему 6. Вторичный пар выпарного аппарата удаляется по трубопроводу 7.
Устройство содержит цепочку из параллельно включенных дополнительного термометра сопротивления 8 и резистора 9. Цепочка подключена последовательно с основным термометром 5. Термометр 4 установлен в растворной части сепаратора 2, термометры 5 и 8 на трубопроводе 7 вторичного пара.
Устройство работает следующим образом. Упариваемый раствор в выпарном аппарате 1, поступая в греющую камеру 3, вскипает. Кипящий раствор далее поступает в сепаратор 2. Температура кипения раствора в растворной части сепаратора 2 измеряется термометром 4. Вторичный пар из сепаратора удаляется по трубопроводу 7. Температуру вторичного пара измеряют основной термометр 5 и дополнительный термометр 8, зашунтированный резистором 9. При этом устраняется отрицательное влияние изменения давления пара в выпарном аппарате на величину температурной депрессии.
Суть работы устройства для определения концентрации упариваемого раствора состоит в следующем. Для того чтобы исключить или уменьшить погрешность определения концентрации упариваемого раствора по методу температурной депрессии, следует обеспечить равенство зависимости сопротивлений термометров, расположенных в паровой и жидкой фазах, от давления. В свою очередь, величина зависимости сопротивления термометра от давления равна произведению зависимостей температуры измеряемой среды от давления и сопротивления термометра от температуры. Так как зависимость температуры измеряемой среды от давления не может быть изменена, то должна быть изменена зависимость сопротивления термометра от температуры. Для того чтобы обеспечить равенство зависимостей сопротивлений термометров от давления достаточно увеличить крутизну зависимости сопротивления термометра в паровой фазе от температуры. Это достигается последовательным соединением с основным термометром, расположенным в паровой фазе, цепочки из параллельно соединенных резистора R и дополнительного термометра. Сопротивление резистора R вычисляется по формуле
R где R_o сопротивление дополнительного термометра при 0^оС;
n коэффициент, характеризующий зависимость температуры пара от давления.
В частном случае сопротивление резистора R может равняться нулю.
Для того чтобы исключить или уменьшить погрешность определения концентрации упариваемого раствора по методу температурной депрессии следует обеспечить равенство
где dR₁ изменение сопротивления термометра 4;
dR₂ изменение сопротивления термометра 5;
dp изменение давления в выпарном аппарате.
В свою очередь, данную зависимость можно представить в виде
где dt изменение температуры.
Отношение есть зависимость температуры измеряемой среды от давления. Эта физическая закономерность изменена быть не может. Изменять мы можем лишь зависимости и . Так как обычно > , следует увеличить . Для термометра сопротивления известно, что
R_oL где L температурный коэффициент сопротивления.
Увеличения мы достигаем, увеличивая R_o путем подсоединения последовательно с основным термометром сопротивления цепочки из параллельно соединенного дополнительного термометра сопротивления и резистора R, вычисляемого по приведенной выше формуле.
Предлагаемое устройство по сравнению с известными устройствами позволит повысить точность измерения температурной депрессии, т.е. точность измерения концентрации упариваемого раствора на 5%
Устройство предполагается применить для контроля технологического процесса, что обеспечит уменьшение количества отходов, мест захоронения их и тем самым охрану природы в целях улучшения естественной среды, окружающей человека.