Способ автоматического управления процессом приготовления углеродистых масс в смесителях непрерывного действия

;г,д го на- рского енко,5/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРИГОТОВЛЕНИЯ УГЛЕРОДИСТЫХ МАСС В СМЕСИТЕЛЯХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ (57) Изобретение относится к автоматизации управления технологическими процессами и может быть использовано при приготовлении смесей исходных сыпучих компонентов со связующими, в частности при приготовлении углеродистых масс в производстве углеродных конструкционных материалов кеИзобретение относится к области автоматического управления технологическими процессами и может быть использовано при приготовлении смесей исходных сыпучих компонентов со связующим, в частности при приготовлении углЕродистых масс в производстве углеродных конструкционных материалов керамического типа.Цель изобретения - повышение структурно-механической прочности углеродистой массы и упрощение аппаратурной реализации способа.На фиг. 1 представлена зависимость напряжения сдвига от скорости деформации сдвига; на фиг. 2 - зависимость удельной энергии разрушения углеродистой массы,ЛО 1551406 А 1 1)5 В 01 г 1/00, б 05 Р 27 0 2рамического типа. Целью изобретения является повышение структурно-механической прочности углеродистой массы и упрощения аппаратурной реализации способа. Способ авто:;:ати-:еского управления процессом приготовления углеродистых масс в смесителях непрерывного дечствия состоит в изменении расхода связующего, разрушении углеродистой массь на выходе из смесителя с помощью лопастей, вращающихся со скоростью. превышающей в области контакта с пооком массы предельную скорость деформацию сдвига массы. При этом измеряют температуру углеродистой массы на выходе и мощность, потребляемую двигателем, врагцаюц;и: лопасти, определяют энергию разрушения массы по формуле А=Рз - Р 0, где ь - энергия разрушения массы на выходе из смесителя, Вт; Р: - мощность, потребляе.,:ая двигателем, Вт; Ро -- мощность холостого хода двигателя, В-, и изменяют расход связующего в зависимости от величинь з; ергии разрушения путем экстремального регулирования с коррекцией величины энергии разрушения в зависимости от измеренной температуры. 4 ил., 1 табл. от расхода связующего; на фиг. 3 - функциональная схема системы автоматического управления приготовлением углеродистых масс, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 4 -- конструктивное выполнение смесителя.При механическом воздействии на углеродистую массу вращающимися лопастями предельная скорость деформации сдвига отделяет зону вязкого течения без нарушения сплошности от зоны полного разрушения структуры массы в месте деформации (деформация - относительное смещение точек, в обьеме углеродистой массы 1. При скорости деформации в зоне 1 (фиг. 1) механическая энергия затрачивается на деформацию массы155140 б Показатели Значение показателя Энергия раз - рушения, Вт:Ат 37,1 409 387 370 ч 37 381 400 385 362 380 371 409 387 370 437 381 400 385 АтТемпература,С:Тг,145 138 143 15 141 144 138 141 130 141 144 130 136 138 142 141 136 138 П р и м е ч а н и е. Содержание связующего 177 от массы. т,е. на преодоление сопротивления вязкому течению массы. При этом разрыва сплошьости, т.е, разрушения структуры, не происходит, и энергия зависит от скорости деформации сдвига, т,е. от скорости перемегцения рабочих лопастей. При .скорости деформации в зоне 11 механическая энергия затрачивается на разрушение структуры в месте деформации. При этом происходит разрыв сплошности и энергия не зависит от скорости деформации, т.е. разрушение структуры (разрыв сплошности) происходит при достижении определенной скорости деформации. Именно при таких скоростях деформации механическая энергия характеризует энергию разрушения углеродистой массы, т.е. ее структурно-механическую прочность.Предельная скорость деформации сдвига определенного вида массы, при которой происходит нарушение сплошности (разруцение структуры) определяется экспериментально.Энергия разрушения углеродистой массы определяется по количеству энергии, затраченной электродвигателем, вращающим лопасти, которые разрушают массу на выходе из смесителя,Рассматривают уравнение мощности эле- ктродвигателяя Рз:= Р о+А,где Р - мощность, потребляемая двигателем;Ро - мощность холостого хода двигателя;А - энергия, затрачиваемая двигателемна разрушение углеродистой массы.Откуда приходят к формуле для косвенного определения энергии разрушения углеродистой массы, выраженной в единицах мощности: А=Рэ - Р,причем мощность Р измеряется измерителеммошности (ваттметром) и Ро=Сопз 1. Дляопределения энергии разрушения углеродисОбработка данных по методу наименьших квадратов дает следуюшее значение коэффициента а=0,52. Температура массы на вытой массы необходимо измерять ваттметром мощность Р. и уменьшить ее на постоянную величину Ро.На выходе из смесителя углеродистаямасса представляет собой равномерно распределенные частицы наполнителя, покрытыеадсорбционны м слоем связуюшего определенной толшины и скрепленные в местах контакта межзеренными прослойками связ ю 10щего. Как показали исследования, энер, ияразрушения углеродистой массы может бытьпоказателем для оценки прочности сил сцепления частиц, составляющих углеродистуюмассу. Энергия разрушения углеродистоймассы определяется объемом связующего в1 Б области контакта зерен и числом контактови зависит от содержания и свойств связующего и наполнителя и температуры массы.Изменение температуры масс при постоянном ее составе приводит к изменениюэнергии разрушения и является следствиемзависимости поверхностного натяжения связуюШего и сил межмолекулярного сцепления поверхностИ наполнителя с молекуламисвязующего,При повышении температуры энергия раз 25 рушения уменьшается, а при понижении увеличивается. Экспериментально установленазависимость энергии разрушения углеродистой массы от температуры при постоянномсодержании связук)шего и получена регрессионная формула30 Ат =Ат, - а (Т - Т ),где АтАт, - энергия разрушения массысоответственно при температуреТ и Т;а - температурный коэффициентизменения энергии разрушения.Экспериментальные данные для углеродистых масс конструкционных материаловкерамического типа (наполнитель: кокс марки КНПС, связующее пек марки А) приведены в таблице. ходе из смесителя за счет экзотермических процессов контактного взаимодействия может изменяться в пределах 125 в 1 С.Я 1.Вычисляют и узуюшего, равныйного шага).Через время перяют температуру- вращающего лопаразрушения углерсмесителя, оотве танавливают расход свяЯ+ Ю(6 - величина проб реходного процесса изме- Т и мощность двигателя, сти, определяют энергию одистой массы на выходе тствуюшую температуре т, Я+6) =Р Вычисляют и устанавливают расход свяующего, равный Я - 6.Через время переходного процесса измеяют температуру Тг и мощность двигателя,ращающего лопасти, определяют энергиюазрушения углеродистой массы на выходемесителя, соответствующую температуре Тг:Ат,;) - 6) =Рэ - Ро,Определяют изменение температурын корректируют энергию разрушет,(Я +6) на величину, пропорциональзменению температуры:Ат,(Я+6) =Ат, (Я+6) - а (Тг - Т 1). Тг - Т ния А ную и При оптимальном содержании связующего в массе на поверхности и в местах контакта зерен наполнителя образуется непрерывный адсорбционный слой связующего, обладающий повышенной структурной прочностью и связыввающий зерна наполнителя. Энергия разрушения такой массы достигает максимального значения (фиг. 2). При недостатке связующего в массе на поверхности и в местах контакта зерен наполнителя имеются несмоченные частицы и участки. Энергия разрушения такой массы существенно уменьшается. При избытке связующего на поверхности и в местах контакта зерен наполнителя, кроме непрерывного адсорбционного 1 слоя связующего, образуется пластичный слой связующего свободной объемной фазы. Энергия разрушения такой массы также существенно уменьшается.Таким образом, определяя и поддерживая на максимуме энергию разрушения углеродистой массы путем экстремального регулирования изменением количества связующего, можно обеспечить оптимальное соотношение связующего и наполнителя и тем самым повысить структурно-механическую прочность углеродистой массы.Предлагаемый способ заключается в следующем.На выходе из смесителя массу разрушают с помощью лопастей, установленных на валу двигателя. Число оборотов двигателя выбирается из условия превышения скорости деформации сдвига массы в области контакта с лопастями предельной скорости деформации сдвига, при которой происходит разрушение структуры.Измеряют текущий расход связующегоВычисляют производную удельной энергии разрушения массы по расходу связую- щего дА Изменяют расход связующего в,зависимости от величины и знака производной 1=9 +а -дЯ0 45 Ао А та о 6 - Ат3 д Я . (До+6) - (Яо Изменяют расход связующ мости от величины и знакаЯ= Я 0+а 1,36=193,6 кг/ где а - коэффициент пропоти, я=10.Указанные операции повт дически с дискретностью, опр периментально и обусловлен ными свойствами объекта. его в з произв исннои. осрционал оряют периоделяемой эксой инерционгде а - коэффициент пропорциональности,определяемый экспериментально.Указанные операции повторяются периодически с дискретностью, определяемой инерционными свойствами объекта.Пример. Углеродистую массу на выходе изсмесителя разрушают вращающимися лопастями, установленными на валу двигателяс числом оборотов п=850 об/мин, что соответствует скорости деформации сдвига в области контакта,в=2565,0-1/С и значительно превышает предельную скорость деформации сдвига,Измеряют число оборотов шестеренчатого насоса п=48 об/мин и определяют текущий расход связующего Я 0=3,74 48:: 180 кг/ч.Вычисляют и устанавливают расход связующего, равный Я 0+6=185 кг/ч, величинапробного шага 6=5 кг/ч.Через время переходного процесса т==8,2 мин измеряют температуру Т 1=138 С иопределяют энергию разрушенияАт(Я.+6) =Рэ - Р 0=33,15 Вт.Вычисляют и устанавливают расходсвязующего, равный Я 0 - 6=175 кг/ч.Через время переходного процесса измеряют температуру Тг=142 С и определяютудельную энергию разрушенияАт,(Я. - 6) =17,5 Вт,Определяют изменение температурыТг - Т=4 С и корректируют удельную энергию разрушения Ат,(Я 0+6) на величину, пропорциональную изменению температуры;Атг (Я 0+6) =Ат, (Я 0+6) - а (Тг - Т) ==31,07 Вт (а=0,52)Вычисляют производную удельной энергиразрушения массы по расходу связующегоНа следующей стадии приближенияполучено Яя+ 6=214,74 кг/ц, Т 1 =146 С,Ат Яд+6) =46,22 Вт, Яд - )204,64 кг/ц,Тд=141 "С, Ат (Яд - 6) =48,67 Вт, Ат,(Яд+=209,89 кг/ч.Таким образом, значение производной удельной энергии разрушения углердисток массыпо расходу связующего уменьш клось- - - =1,36 до - =0,015, что свидетельдА, ЭД1 г)=дЯствует о попадании энергии разрушения В оптимальную область, при это расход связующего установился Яи). )О кг/ц на оптимальном уровне (фиг. 2). В области оптимума работы системы прсдолжается В аналогичном режиме для отслеживания дрейфа экстремума, вызванного изменением физико-химических свойств наиолнктеля с в язую щего.В СМЕСИтЕЛЬ 1 ИЗ буНКЕра 2 ЧЕРЕЗ дсэятг 1 3 (цестеренчатый насос) поступает связую щее, а из бункера 4 дозируется с иостоян ным расходом иаполнитель. Лозатор 3 с динен с тахогенератором,) измсряккцгкчисло Оборотов насоса, пс котором) Вык; ляют текугций расход связун)ц,с 1.0 В )локс=3,74 и). На Выхэде смесите,я 1 установлен рабочий орган, представляю:цкк сссс лопасти 7, установленные на Валу элект;)- двигателя 8, с измерителем 9 моккос) и. Тер мопара 10 предназначена для измсреикя тс:1- пературы углеродистой массы на вы;сдс из смесителя. Блок 11 предиязняцен дли формирования задающего ск гнала дсзатс )" сВязующего. Блок 12 служит для зяиомкняння температуры массы на выходе из см- сителя. В блоке 13 осуцествляют Определение и запоминание энергии разоуценг 51 углеродистой массы. Блок 14 греггиазнац и для корректировки энергии рязру;пения на величину, пропорциональную изменению температуры, в памяти блока 4 хранится коэффициент пропорциональности а. В блоке 15 производится вычисление ве. ичи н ироснс го воздействия для определения производной энергии разрушения углерсдистой массы в блоке 16. В блоке 17 определяют;юный расход связующего. Кроме того, Обсзнаце. нз выходное отверстие 8 смесгтел-.Алгоритм управления мокег быть реял 1: - зован программным путем с исгОльзоваиие;. микроЭВМ, выполняющей оиерацк.1 блокон 6,12 - 17. Управление посл е,; с з:.тел ьиостьк) выполнения операций в режиме рРяльнОГ времени осуществляется диспетчером; (программой из стандартног математкРС- кого обеспечения СМ),Система работает следующим образом.Поток углеродистой массы непрерывновыходит через отверстие 18 в смесителе 1,разрушается лопастями 7, закрепленными на5 валу электродвигателя 8. и падает в приемный Оункер.В некоторый момент времениИзмеряют,озятра 3 тахсгеиератором 5.г Олскс 6 ВыцРсляют пс числу 015000 .,тсв 1 вес 1 еренцятсго ьясося теку 1 ций расходсаязуюигего Я, ио формуле Э,=3,74 и;.Блок 15 запоминает знацение текущегорасхода связующего Я к Вычисляет и запоГиинает расход связующего Я,+б, значениеБ котороО В блокеустанавлиВается какзя;гя 1:ие д;1 я сзятсря 3. Величина пробно;,) иЯ Я и храк-ся В гЯмягк блока 5.1 Ррез время тереходного процесса т,ермоиярой 10 кзм ряют температуру массыив Выходе из смесителя к значение температ;ры Т аиоми Яется В олокг 12.РЯме)итель 9 змеряет кокность Р. ВлР ктро;гьигателя 8, Вра аю.цего лопасти 7, котгыс рязруиВют, яссу, блок 13 определи;г и зяиоцкняе- энсги ию разрушенияг:-.,И 1 СИКС 1 ИИ ОСТИ: 1),. ССтСГО ХОда РоО.ОК ) 0 В,ГЦ 1 С, Ет 1 ЗЯ:О:;1 К.ЯЕТ РЯСХСДВ 5)ЗУ.О 1 ЦЕГС Я - ), З;1 аЦСНКЯ КС-ОГОГО ПРРЕдгк)г 5 В блок 1 и устаиавлквастся какзадяниР иа дсзягоре 3.Срез Вре;,.к 1 и.реходлого процесса тгспмспа рой 10 кзм; ряк)т темисратуру массыия Выходе кз смесителя к з ячения темпе 011 т,рв . з зяисмкнч)тся В г)л 01 е 12.41 змеркт".,1 ь 9 кзмРГяет мощнсстг. Рэ,"Г 1 ектрсдви Гател 1 8 апаша е) ШРГО лопасти 7,которые разрушаю массу. блок 13 определяет и запоминает энергию разрушения4 с углеродистой ъ 1 ассы, соответстВующую тРмие)ят 1)РЯ )В Олок 14 из блока 1; Вводятся значения теИиерату:.)ы Т и Тг, я кз блока 13вслкцгнг энергии г азрушения Ат. (Я О),4:) кот)1)ая ксрректкр; ется В блскР 14 на ЗР,:иину, иропсрцксняльную изменению температуры ( 1,Т), к определяется энергия1)51 зпъ 1 гения А) (Яд+О), состветстВую 1 цдя:емиерятуре . ио фсрмулг:50Аг(г) -1-с) = - А. (г,)ц-+о) - -а(Г; - Т ).гелкциня ксэсрфициентя прогОрционяльиосгк я хранится в памяти блока 1-":.В блок 16 из блока 14 Вводится скоррек,крсяингя пелкчкня энергии разпушенияг." 1 д - -) ), кз Олска 13 - зе.ицина энепГииразрушения Ат,(г) с), из блока 15 - раск;:11 Связующего ) + г) и Я б., соответстую;цке энергиям разрушения Ат (Я О)А, ()- -б).Составитель А. ПрусковцовРедактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор О. КравцоваЗаказ 292 Тираж 509 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4,5Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 10