Способ автоматического управления процессом смешения растворов веществ

ООЗ СОВЕТСКИХОЦИ М истин Е скихеспуБлик Я)5 В 01 Р 3/08, 6 кий, М,С.СтарФерд и В.Ф.Цве ов В.В, Авто- процессов в -М,: Химия,Шувалтвенныхленности254352 Р 137-9 ми- ого- ым пиальная пособа. чены для А и расрубопро. ГОСУДДРСТВЕЕ 1 ЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИТКНТ СССР Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Голубятников В.Аматизация производхимической промыш1972, с.215-218.Патент США гк1973. ыи научно-исследоваинститут азотной продуктов органического шинов,(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СМЕШИВАНИЯ РАСТВОРОМ ВЕЩЕСТВ Изобретение относится к способам автоматического регулирования процессов смешения веществ в жидкой фазе и может быть использовано в промышленности неральных удобрений для получения мн компонентных удобрений с заданн соотношением компонентов.Цель изобретения - повышение качества конечного продукта путем повышения точности регулирования,На чертеже приведена принци схема реализации предлагаемого сТрубопроводы 1 и 2 предназна подачи соответственно раствора твора вещества В в смеситель 3, Т вод 4 служит для отвода из смесителя 3 103 ап 1653 а 13 А",(57) Изобретение относится к способам автоматического регулирования процессов смешивания в жидкой фазе и может быть использовано в промышленности минеральных удобрений для получения много- компонентных удобрений с заданным соотношением компонентов. Целью изобретения является повышение качества конечного продукта за счет повышения точности регулирования, Способ предусматривает измерение изменяющихся в некотор, вреде. лах текущих плотностей и температур исходных растворов и температуры;:мешанного раствора и расчет по этим значениям эталонного значения плотности смешанного раствора. Подача исходных растворов регулируется в зависимостй от величины рассогласования между текущим и эталонным значениями плотностей смешанного раствора. 1 ил. смешанного раствора веществ А и В на дальнейшую переработку, На трубопроводе 1 установлены датчик 5 температуры и датчик 6 плотности раствора вещества А. На трубопроводе 2 смонтированы датчик 7 температуры и датчик 8 плотности, Трубопровод 4 снабжен датчиком 9 температуры и датчиком 10 плотности смешанного раствора веществ А и В. Вычислительное устройство 11. воспринимающее сигналы от датчиков 5-10, управляет исполнительным механизмом 12.,осуществляющим тонкую регулировку расхода раствора В в байпасной линии 13, а следовательно, и соотношения расходов растворов веществ А и В на входе в смеситель 3, Предусмотрена и болеегрубая предварительная регулировка соот- ми значениями (В интервале изменения)ношения расходов растворов; при фиксиро- температур и концентраций исходных расванном расходе раствора вещества А в творов веществ А и В,т бопроводе 1 устанавливается пропор- Например, смешиваются карбамид (ветруциональный ему расход раствора.вещества 5 щество А) и аммиачная селитра(вещес )( тво В)В в трубопроводе 2 на его отрезке. охвачен- в виде их Растворов, причем растворителемявляется вода. Концентрация и температураСпособ осуществляют следующим об- . водного раствора карбамида изменяютсяразом. плавно, но случайным образом в интервалахоКонцентрация и температуры и, следо 68-72 мас.; и 90-100 С соответственно. ааательно, плотности растворов А и В в тру- водного раствора аммиачной селитры - собопроводах 1 и 2 непрерывно и случайным ответственно в интервалах 79-87 мас,ф, иб аэо олеблются в некоторых интерва-135 С, Температура смешанного вод 1лах, Поэтому измеряют датчиком 5 темпера- ного раствора колеблется в интервале 05 туру 1 д идатчиком 6 плотность Рд раствора 15 115 С. Необходимо выдержать ввещества А, датчиком 7 температуру тв и смешанном Раствореотношение массы кардатчиком 8 плотность Рв раствора вещест- бамида к массе аммиачной селитры, равноеВ, тчиком 9 температуру 1 и 0,77, В этом случае эмпирические постоянлиноме 1 и идатчиком 10 плотность р смешанного рас- ные коэффициенты С в полиноме ( ) (притвора веществ и . в тру опроводеА В. бопроводе 4. Ин условии, что плотнось измеряют в кг/мз, амп т В С) аформацию об измеренных величинах температуру В С) равныподают а вычислительное устройство, вкотором по показаниям датчиков 5-9 рас- Сз = 0,49; С 4 = 0,242; Сб = -0,64.считывают эталонное значение плотности дб Р ффПО бо коэффициентов Со, С 1 С 5 всмешаного раствора Р. Величина Ро по су фор у ( )25 фо м ле (1) В каждом конкретном случаееменной, ополнитель- ОсУЩествлЯют экспеРиментальным пУтем.ществу является пер, Допотура раствора Вещества А изменяются в инЕкущим датчик 10) и эталонным значенияуаН, тераалаХ СООТВЕТСТВЕННО Хд,мин - ХА,Макс И1 Д,мин - Тд,макс а РВСТВО а В 8 ЩЕСТВаОТВЕТСТВВННО В ИНтЕРВаЛаХ В,мин - В,макс и12 имеет ц 8 лью поддержание Равенств в и Температура смешанногОР Ро 0а ВЕ раСтнсра КОЛЕбЛЕтея В ИНтЕРВВЛЕ тмин - тмаксДопустим, что плотность Раствор Ве- б комбинации из пяти значенийДЛЯ ЛЮ Ой КОМ ИНВЦии ищестаа В превышает плотно Р Р З 5 Хд Хв д, 1 в, , выбранных из указанныхвещества А, т,е. Рд Рв. дт, . ( . Тог а в моментыинтервалов при заданном массовом соотновремени, когда Р Ро, шении цо Вещества А и В в смешанном Рас О, исполнительныйм 8 ханизм 12 обеспечивает увеличение посоответствуощее им значение эталоннойнии 13 а слеДовательно " на входе В 40 плотностисмешанногораствораСначала экспериментально определяютпропорцио ьно абсолютному 3"ачению плотности Рд и рв растворов вещества А иразности Р-/4, Наоборо Р Р Р В концентрацией Хд и Хв при температурахрасход раствора В в байпасной линии 1 З соответственно тд и тв. Далее смешиваетуменьшается, гричем уменьшение Расход 45 между собой растворы веществ А и В в оппропорционально величине 1 Р Ро ределенном массовом соотношении бд: Ов,для вычиеления эталонного значения и ч г,д/в: ц,Хв/Хд, Полученный смеплотности Ро смешанного раствора при ус шанн 1 й раствор подогревают или охлаждаловии, что значения температур и концент. ют до температуры т., затем измеряют егораций исходных растворов колеблются в 50 и ртностьприэтойтемпературе.Темсамымдостаточно узких интеРвалах, можн ис определяется эталонное значение плотнопользовать линейный полином видасти смешанного раствора Ро. Таким образом, набору из пяти значений величинР = С + С 1 рд + С 2 Рв+ Сз тд+ С 4 в+ С 5 ,, т ставится в соответствие эксРд,рв, д, в,периментально найденное эталонное знав котором величина постоянных коэффици чение плотности смешанного раствора рьентов Со, С 1 С 5 определяется природой -. Для того. чтобы найти значения постоществ А и В и растворителя, заданньм я коэффициентов Со, С 1 С 5 вуравнемассовым соотношением веществ А и В(1), необходимо провести не менее 6(асмешанном растворе, а также усредненны 1653813лучше больше) экспериментальных определений величины р, в соответствии с указанным выше правилом. Причем каждый раз следует выбирать новые значения величин Хд, Хв, 1 д, 1 в, 1 из заданных интервалов их изменения. После накопления необходимых экспериментальных данных по методу наименьших квадратов подбираются значения постоянных коэффициентов С в уравнении (1) при которых наилучшим образом достигается соответствие между экспериментальными и рассчитанными по уравнению (1) значениями р,Если концентрации и температуры исходных растворов вешеств А и 8 изменяются в слишком широких интервалах, линейный полином (1) является недостаточно точным для расчета ро. Поэтому может оказаться целесообразным введение в полином (1) ддополнительных членов, учитывающих нелинейный характер зависимости или перекрестное влияние плотностей и температур на величину р,В тех случаях, когда имеются экспериментальные данные по плотностям рд, рв растворов веществ А и В при различных концентрациях Хд и Хв и температурах (чаще всего такие данные подбираются по литературным источникам). но нет возможности провести дополнительные эксперименты с целью определения значений коэффициентов С, С 1,. Сь в уравнении (1) для вычисления р формулу для расчета эталонной плотности смешанного раствора веществ А и В можно получить следующим образом.На основе имеющихся экспериментальных данных по методу наименьших квадратов с помощью ЗВМ вычисляют коэффициенты а в формуле для расчета плотности рд раствора вещества А в зависимости от его концентрации Хд и температуры 1 дрд = а 1+ а 2 1 д + (аз + аа 1 д) Хд. (2)Точно также находят коэффициенты Ь в аналогичной формуле для расчета плотности рв раствора вещества Врв = Ь 1 + Ь 2 1 В + (Ьз + Ь 4 1 В) ХВ. (3) Пусть исходные растворы смешиваются в массовом соотношении 1 = бд/бв, где бд, бв - массы или массовые расходы исходных растворов веществ А и В. Образуется смешанный раствор, в котором концентрации веществ А и В равны соответственно Уд и Ув.Массовое соотношение веществ А и В в смешанном растворе равно ц = Уд/Ув.При этом величины М и ц связаны соотношевиемц = кХд/Хв или кЦХВ/Хд. (5)Концентрации Уд, У веществ А и В в сме шанном растворе рз.мы бдОд +, 1+1 Ов бд Хд бд +6,-1 - Хд Хд чХВХд ЦХд +1 Хв+, о Хв+Х 15 бв Хв Хв ХввОд+бв бд+ 1+1ОВ20Хв, ц Хв+Хд(7)о - +1ХдДля расчета плотности р при температуре 1 смешанного раствора можно принятьпринцип аддитивности (5), выражаемыйпри принятых обозначениях следующим образом: р=(а 1+ а 21+ (аз+ аа 1)(Уд+ 30 + Ув)1 УдВ результате преобразований выражения (8) можно получить формулу для расчета р в виде функции переменных рд, рв, 1 д, 1 В,исходя из известного массового соотношения о веществА и В всмешанном раство Ре:,а 1 цо+ Ь + а 2 цоц 1 + 1 ц, + Хв ХдЬа) 1)цо Хв+Хд аз Цо + Ьз) + (а 4 Ц е массы вещестмешанном раску ра= Ь+ айви ра -атура и тества В. В формуле (9) фигурируют переменные Хд и Хв, которые могут быть выражены в виде функции плотностей и температур исходных растворов простым преобразованием зависимостей (2) и (3) Хв (1 1)З 4 ВДля вычисления эталонной плотности Ро мешанного раствора, т.е, плотности смешанного раствора, полученною объединением только исходных растворов, взятых в "правильном" массовом соотношении (с учетом колебаний концентраций и температур исходных растворов), при котором обеспечивается заданное массовое соотношение цо веществ А и В в смешанном растворе, используется формула (9) после подстановки в нее ц = цо Ра 1 цо+Ь 1 а 2 цоЬ 2цо + 1 цо + 1 )+ ( (аз цо+ Ьз) + (аа цо + Ьа) т). Формула (12) е отличие от (1) более универсальна, так как она дает удовлетворительные результаты в более широком диапазоне изменения концентраций и:,е. - ператур исходных растворов и не тре.,ует экспериментального определения пло 1 ности смешанного раствора в зависимости от его температуры и состава.Например, рассмотрим предыду;ций случай; смешиваются карбамид (вещестео А) и аммиачная селитра (вещество В) в виде их водных растворов. причем необходимо получить в смешанном растворе массовое соотношениь веществ А и В, равное цо = = 0,77, Для выч асления ро применяют формулу(12) со следующими размерностями:, Ро (кгlм"); 1 д, фв, 1(оС); Хд, Хв (мас,). При этом для к".:фициентов а;, Ь приняты следующие значения: а 1 = 9,79319 10; Ь 1= 9,21939 10;а 2 = - 2,82692 10; Ь 2 = - 5,99584 10 .аз = 3,31451; Ьз = 6,06715;а 4 = - 4,7493510, Ьа = - 5,61792 10 Коэффициенты аь Ь е уравнениях (2) и (3) были получены путем обработки на ЗВМ экспериментальных данных по плотности водных растворов карбамида и водных растворов аммиачной селитры при различных концентрациях Хд, Хв и температурах д, тв. 10 15 20 25 О 45 50 55 В атом случае формула (12) дает удовлетворительные результаты при колебаниях переменных величин е интервалах: Хд = 60-85 мас.,А, тд = 70-95 С, Хв = 70- 90 мас, о, 1 в = 70-140 С.= 70-95 оС.Применение предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет уменьшить относительную погрешность при поддержании заданного массового соотношения веществ в смешанном растворе с ч 7,5 О до + 3,8, т,е. точность регулирования повышается почти в деа раза. В результате улучшаются потребительские свойства удобрения,Формула изобретения Способ автоматического управления процессом смешения растворов веществ, состоящий в измерении плотности смешанного раствора, определении ее заданного значения и регулировании соотношения расходов исходных растворов веществ по отклонению измеренной плотности от ее заданного значения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качес 1 ва конечного продукта путем повышения точности регулирсеания, дополнительно измеряют текущие плотности исходнцх растворов и текущие температуры исходных и смешанного растворов, а заданное значение плотности ро смешанного раствора определяют по измеренным величинам е соответствии со следующим выражением; где цо - заданное отношениеа А к массе вещества В е створе;- те щая температура смешанногораствора;а 1,а 2,аз,аа, Ь 1,Ь 2,ЬЗ,Ь 4 - эконстанты;Хд - текущая концентрация растворавещества А, опоеделяемая из формулырд = а 1+ а 2 тд + (аз + аа тд) Хд,где 1 д и рд - соответственно текущая температура и текущая плотность раствора вещества А;Хв - текущая концентрация растворавещества В. определяемая иэ формулы 2 1 в + (Ьз + Ьа тв) Хв.соответственно текущая темущая плотность раствора ве.1653813Составитель А.Прусковцоведактор А,Козориз Техред М,Моргентал Корректор Э.Лончакова Заказ 1910 Тираж 410 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 роизводств