Устройство автоматического регулирования процесса смешения преимущественно для разбавления жидкого стекла

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСГ 1 УБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Ха обьед (72) Ю. шев, В твенное ьковское нение "К ,Голгнд М.Балаб ов бятнико М.Уте.М.Бея пролокоп т (56) Го у АвтоматизациСУП в химичеимия., 1988, с. водсгвенных процессов и Ай помышленности. М.: Х 6-1 б 7.Голубятников В,АШувалтиз 1 ция производственных м. помышленности, М.: Х 9-141, рис, 4.6. ско10ма ов В.В, Авто- процессов в мия, 1985, с; х Ра К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Ы 1792730 А 1(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СМЕШЕНИЯ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ РАЗБАВЛЕНИЯ ЖИДКОГО СТЕКЛА(57) Использование: изобретение может быть использовано в химической промышленности при регулировании процесса разбавления жидкого стекла в производстве углекислотной белой сажи и позволяет получить жидкое стекло заданной плотности. Сущность; устройство содержит датчик 3 температуры разбавленного жидкого стекла, преобразователь 4, регулятор 5, исполнительный механизм 6 подачи воды, датчик 1 температуры воды, преобразователь 8, регулятор 9, исполнительный механизм 10подачи теплоносителя, масштабирующий блок 11, сумматор 12, блок 13 задержки сигнала и задатчик 14, 2 ил,4550 Изобретение относится к области автоматизации процессов химической технологии и может быть использовано вхимической промышленности при регулировании процесса разбавления жидкого стекла в производстве углекислотной белойсажи. Разбавление жидкого стекла водой проводят доростижения плотности1,08 + 0,005 г/см и температуры 50-80 ОС.Целью изобретения является повыше- "0ние качества разбавленного жидкого стеклаза счет повышения точности регулирования,На фиг,1 представлена принципиальная схема устройства автоматического регулирования процесса разбавления жидкого 15стекла; на фиг.2 - номограмма, связывающая температуру разбавленного жидкотостекла. температуру воды, подаваемой. наразбавление жидкого стекла с плотностьюразбавленного жидкого стекла, . 20Концентрированное жидкое стекло изавтоклавов подается в разбавитель 2, тудаже поступает нагретая в теплообменнике 1вода. Устройство содержит датчик 3 температуры жидкого стекла, соединенный через 25преобразователь 4 и регулятор 5 с исполни-,тельным механизмом 6 подачи воды, датчик7 температуры воды. преобразователь 8, регулятор 9, исполнительный механизм 10подачи теплоносителя, мэсштабирующий 30блок 11, сумматор 12, блок задержки сигнала 13 и задатчик 14, Выход датчика 7 температуры воды через последовательносоединенные преобразователь 8, масштабирующий блок 11, сумматор 12 и блок 13 35задержки сигнала соединен со вторым входом регулятора 5 подачи воды, выход преобразователя 8 температуры воды черезрегулятор 9 соединен с исполнительнь 1 м механизмом 10 подачи теплоносителя, второй 40вход сумматора 12 соединен с выходом задатчика 14,Регулирование процесса разбавления жидкого стекла с помощью данного устройства осуществляется по следующему алгоритму:тз: рз=ФгМг) при Ч 1; р 1: т 1 =сопя (1) тз рз = Е(тг) и ри Чг = Чзад = соп м, 2) при этом 13 прямо пропорционально тгтз; рз = Е(Чг) при 1 г = ба = сопэ 1, при этом (3) тз обратно пропорционально Чг Р 1 = Рз - Рг (4) Рг = ЕР 4 - 0,2) + (Р 5 - 0,2)1+ 0,2 + С (5) Рз= Есз; рз) (6) Р 5 = Е (тг) Я Р 4 = сопя при заданном значении рз где Ч 1 - текущее значение расхода концентрирсванного жидкого стекла: Чг - текущее значение расхода волы на разбавление стекла;р 1 - текущее значение плотности концентрированного жидкого стекла;рз - текущее значение плотности разбавленного жидкого стекла;11 - текущее значение температуры концентрированного жидкого стекла;1 г - текущее значение температуры воды, подаваемой на разбавление концентрировэнного жидкого стекла;тз - текущее значение температуры разбавленного жидкого стекла;4 ъэд, тзад, рзад - заданное значение соответствующего параметра; Р 1 - сигнал формируемый блоком 5, пропорциональный разности температур разбавленного жидкого стекла и воды, подаваемой на разбавление концентрированного жидкого стекла;Рг - сигнал, формируемый блоками 7, 8, 11, 12, 13, 14, пропорциональный значению температуры воды, подаваемой на рээбавление стекла, сигналу Р 4 и сигналу С; Рз - сигнал, формируемый блоками 3, 4 пропорциональный значению температуры разбавленного жидкого стекла; Ра - сигйал задатчика 14; Р 5 - сигнал, формируемый блоками 7, 8 пропорциональный значению температуры воды, подаваемой нэ разбавление жидкого стеклас - уровень смещения сигнала Рг в рабочую область. Номограмма, представленная на фиг,2,получена при разбавлении концентрированного жидкого стекла, имеющего температуру 115 +. 2 С и плотность 1,4 г/см + .0,01 г/см, технической водой, температура которой была стабилизирована на следующих последовательно изменяемых заданных уровнях - 20 С, 30 С; 40 С; 50 ОС;60 С;70 С;Данныеэависимостипостроены следующим образом; (рассмотрим на примере разбавления концентрированного жидкого стекла водой, подогретой до температуры 20 С). Датчик 3 температуры разбавленного жидкого стекла покажет температуру 20 С в том случае, когда он будет измерять только температуру воды (стекла не будет). следовательно температуре 20 С соответствует плотность воды - 1,0 г/см . Когда не будет3воды, а будет. поступать только концентрированное жидкое стекло, датчик покажет максимальную температуру - 115 С, что соответствует плотности концентрированного стекла - 1,4 г/см,3Припоступлении в смеситель концентри 1 ованного жидкого стекла подавалистоько двадцатиградусной воды, чтобытемпература разбавленного жидкого стеклабыа равной 40 С. При этом его плотность 5была равна 1,085 г/см,зПо данным точкам построена зависимость связывающая плотность и температуру 1 разбавленного жидкого стекла приразбавлении концентрированного стекла 10техической водой, температура которойстабилизирована на уровне - 20 С,Аналогично были построены зависимости, связывающие плотность и температуруразба влен ного жидкого стекла и ри разбалении концентрированного стеклатехнической водой, температура которойстабилизирована на уровне 30 С, 40 С;о50 С; 60 С; 70 С; т,е. полученные зависимости охватывают весь диапазон изменения. 20температуры и плотности разбавленногожидкого стекла, и температуры воды, котораяподается на разбавление.Номограмма действительна для концентрированного жидкого стекла, имеющего глотность 1,4 .+ 0,01 г/см и температуру- 115 + 2 С. При изменении этих условийнодограмма уточняется.Устройство работает следующим образоМ, 30В разбавитель 2 подают приготовленное в автоклаве концентрированное жидкоестекло, имеющее стабильные параметры -температура 115 + 2 С и плотность 1,4г/см + 0,01 г/см . Стабильность этих параметров обеспечивается системой автоматизации автоклавного отделения, котораяподцерживает на постоянном уровне количество загружаемой в автоклав силикат -глыбы, воды, времени разварки, температурф и давления острого пара. Туда же (вразбав тель) подают нагретую в теплообменнике 1 до заданного значения температурь техническую воду. Стабилизациютемпературы воды на заданном уровне осуществляют в теплообменнике 1 контуромрегулирования температуры воды, состоящим из датчика 7 температуры воды,преобразователя 8, регулятора 9 и исполнительного механизма 10 подачи теплоносителя,Заданием регулятору 9 устанавливаютнеобходимую температуру воды, Задатчиком 14 с помощью сумматора 12 и блока 13задержки сигнала формируют сигнал регулятору 5, устанавливая тем самым такойрасход подогретой воды на разбавлениеконцентрированного жидкого стекла. прикотором плотность разбавленного жидкого ет ла( отИеюо иродута. опреде:цеая пп его температуре) булет равна заданной.При незапланированном увеличени расхода концентрированного жидкого стекла (в соответствии с уравнением теплового баланса) увеличится плотность и пропорционально ей температура разбавленного жидкого стекла, что приведет к увеличению сигнала Рз. При разбалансе сигналов Рзи Р 2 регулятор 5 отработает увеличение сигнала Рз и изменит сигнал Р таким образом, что это приведет к увеличению расхода воды и соответственно к уменьшению плотности и температуры разбавленного жидкого стекла и, как следствие к уменьшению сигнала Рз,Процесс изменения расхода воды и уменьшения сигнала Рз будет длиться до тех пор, пока сигнал Рз не станет равным сигналу Р 2 (задание регулятору 5), что свидетельствует о том, что плотность разбавленного жидкого стекла, выраженная через его температуру вновь стала равна заданной.Аналогично устройство отрабатывает возмущение по каналу расхода концентрированного жидкого стекла в сторону его уменьшения. Уменьшится сигнал Рз, изменится сигнал Р, уменьшая расход воды до тех пор, пока Рз не станет равным Р 2 (заданию), что свидетельствует о достижении плотности разбавленного жидкого стекла заданного значения.По технологическим требованиям варьирование температуры готового продукта должно осуществляться в пределах 50 - 80 С при постоянном сохранении его заданной плотности, что диктует необходимость соот- . ветственного изменения температуры воды, поступающей на разбавление концентрированного жидкого стекла, при сохранении постоянного его расхода (чтобы не изменилась плотность продукта). Это осуществляется путем изменения задания регулятору 9.Предположим, что температуру разбавленного жидкого стекла необходимо поддерживать на уровне 50 С, и плотность - 1,08 г/см, В этом случае задание регулятору 9 определяют по номограмме и устанавливают на поддержание темпЕратуры воды на уровне 35 С. Температурный режим воды на разбавление определяют следующим образом: на номограмме на оси абсцисс (плотность разбавленного жидкого стекла) из точки, соответствующей плотности 1,08 г/см, проводят линию параллельно оси ординат (температура разбавленного жидкого стекла). Из точки на оси ординат, соответствующей 50 С, проводят линию параллельно оси абсцисс. Из точки Я пересечения этих линий проводят линию параллельно семей1792730 стоу кривых на оси ординат. Точка Б пересечения и даст значение температуры воды,подаваемой на разбавление концентрированного жидкого стекла,Затем эадатчиком 14 формируют задание регулятору 5 качества на установлениетакого расхода подогретой воды, при котором температура готового продукта будетравна 50 С, что соответствует плотностипродукта - 1,08 г/см . Получают готовый 10продукт с температурой 50 С и плотностью1,08 г/см .Допустим, необходимо изменить температуру готового продукта до 80 С при неизменной его плотности - 1,08 г/см,з15Аналогично определяют по номограмме, что в этом случае температура подогретой воды должна быть равна 71 С.Изменяют задание регулятору 9 на поддержание температуры воды на уровне 71 С, 20В ыходной сигнал регулятора 9 увеличит рас-ход теплоносителя, увеличится температураводы до заданного значения, что приведет кувелицению сигнала Рб и, соответственно,сигнала Р 2. Увеличение температурь 1 воды 25приведет, в свою очередь, к увеличениютемпературы разбавленного жидкого стекла и соответственно к увеличению сигналаРэ. Для того, чтобы расход подогретой водыоставался постоянным, и соответственно 30оставалась постоянной плотность жидкогостекла, необходимо, чтобы сигналы Р 2 - задание и Рз - переменная изменялись синхронно во времени. Измерение сигнала Р 2 Формула изобретения Устройство автоматического регулирования процесса смешения преимуществен но для разбавления жидкого стекла,содержащее датцик концентрации разбавленного жидкого стекла, соединенный через преобразователь и регулятор с исполнительным механизмом подаци воды, .о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества разбавленного жидкого стекла за счет повышения точности регулирования, оно дополнительно содержит датчик температуры воды, преобразователь, регулятор и исполнительный мехаобусловлено изменением температуры во ды, а изменение сигналы Рэ - изменением температуры жидкого стекла, Сигнал Рэ изменяется с некоторой задержкой, обусловленной увеличением инерционности датчика 3, вызванной инкрустацией чехла термометра. Синхронность их изменения во времени обеспечивается включением в устройство блока 13 задержки сигнала Р 2 (Время задержки сигнала Р 2 блоком 13 настраивается таким образом, цтобы компенсировать инерционносгь датчика 3). Получают разбавленное жидкое стекло с температурой 80 С и плотностью 1,08 г/смэ,Масштабирующий блок 11 предназначен для совмещения наклонов характеристик разнотипных датчиков температуры 3, 7, т,к. в данном устройстве применены одинаковые датчики, коэффициент блока 11 равен 1,0,Таким образом, технико-зкономические преимущества заявляемого устройства состоят в повышении качества разбавленного жидкого стекла за счет повышения точности регулирования, т,к, при внесении возмущений как по расходу исходного продукта, так и по изменению температурного режима процесса, разбавленное жидкое стекло получают с плотностью 1,08 + 0,005 г/см и температурой 50-80 С, что соответствует требованиям технологии,ниэм подачи теплоносителя, масштабирующий блок, сумматор, блок задержки сигнала и задатчик, в качестве датчика концентрации разбавленного жидкого стекла используется датчик температуры, выход датчика температуры воды через последовательно сбединенные преобразователи, масштабирующий блок, сумматор и блок задержки сигнала соединен с вторым входом регулятора подачи воды, выход преобразователя температуры воды через регулятор соединен с исполнительным механизмом подачи теплоносителя, второй вход сумматора соединен с выходом задатчика.1792,30 б 8 РбГ Р Х 7 У д/О р Рг /а У Ю И 0 ФУ гбоставитель Ю.Голендерехред М.Моргентал Корректор Л.Лукач едактор изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 аказ 470 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изо 113035, Москва, Ж, РаПодписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССшская наб., 4/5