Устройство для управления процессом регенерации ионообменных смол

 

Изобретение относится к устройствам для управления периодическими массообменными процессами в пищевой промышленности и позволяет снизить себестоимость и повысить качество перерабатываемой продукции за счет равномерности обработки смолы и исключения уноса ее рабочей фракции. Устройство содержит регенератор 1, снабженный дренажным и распределительным элементами 5,и 6,.атмосферным патрубком 7, клапанами 2 и 4 загрузки и выгрузки смолы 3, управляемыми клапанами 8 и 10 выпуска жидкостей. Клапан 8 соединен с дреi (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4154093/30-26 (22) 01. 12.86 (46) 07.02.89. Бюп. 9 5 (71) Всесоюзный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт автоматизации пищевой промышленности (72) А.Н.Валер (53) 66.012-52 (088.8) ( (56) Лукин В.Д. Адсорбционные про-. цессы в химической промышленности.—

Л.: Химия, 1973, с.20-27.

Технологический регламент процесса обесцвечивания сиропов сахарорафинадного производства пористым анионйтом АВ-17-2П. — Киев. ВНИИСП, 1981. (51) 4 С 13 D 3/14 С 05 D 27/00 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕГЕНЕРАЦИИ ИОНООБМЕННЫХ СМОЛ (57) Изобретение относится к устройствам для управления периодическими массообменными процессами в пищевой промышленности и позволяет снизить себестоимость и повысить качество перерабатываемой продукции за счет равномерности обработки смолы и исключения уноса ее рабочей фракции.

Устройство содержит регенератор 1, снабженный дренажным и распределительным элементами 5,и 6,.атмосферным патрубком 7, клапанами 2 и 4 загрузки и выгрузки смолы 3, управляемыми клапанами 8 и 10 выпуска жидкостей. Клапан 8 соединен с дре1456469 нажным элементом 5, а клапан 10— с баковой магистралью слива жидкостей. Слинная воронка 9 соединена с выходами клапанов 8 и 10. Дренажный и распределительный элементы 5 и 6 соединены через управляемые, клапаны

16 и 15 с коллектором 11, соединенным через управляемые клапаны 12, 13 и 14 с магистралями раствора, воздуха и конденсата соответственно.

Управляющие входы клапанов 12-16 соединены с выходами соответствующих элементов И либо элементов ИЛИ.

Входы элементов ИЛИ соединены с выходами соответствующих элементов И.

Устройство .включает датчики 17 и 18 верхнего и нижнего уровней жидкости в регенераторе 1, блок 19 управления, включающий пять соединенных с источником 23 питания и соответствующими задатчиками Э счетчики о

2, Э, e йс числа операций, соединенный с задатчиком )Э счетчик циклов и пять элементов И, первые входы, которых соединены с выходом

Изобретение относится к устройствам для управления массообменными процессами и может быть использовано в пищевой промьппленности для управления процессом регенерации ионооб5 менных смол в .аппаратах периодического действия.

Целью изобретения является снижение себестоимости и повьппение качест- 10 ва продукции за счет равномерности обработки смолы и исключения уноса ее рабочей фракции.

На фиг.1. и 2 представлена схема устройства. ll5

К регенератору 1 подсоединены клапан 2,расположенный на магистрали подачи в него смолы 3 в ниде пульпы,и клапан 4, расположенный на магистрали выгрузки из него смолы 3.

Регенератор 1 снабжен также дренажным элементом 5, распределительHbIM.ýëåìåHòoì 6 и патрубком 7 связи с атмосферой.

На выходе регенератора 1 располо- 25 жен управляемый клапан 8; связанный датчика 18, а вторые — с выходами счетчиков 1, Z,,3, С, соответственно, а выход счетчика Ж соединен с управляипцим входом источника 23

1питания, три элемента 20, 21 и 22 задержки, выходы первых двух из которых соединены с клапанами 8 и 10, а третьего - с клапаном 13 и питающим входом счетчика ) . Выход датчика 17 соединен с первыми входами двух элементов И, выходы которых соединены с входами элементов 20 и 2 1 а вторые входы — с выходом счетчика о . Выход пятого элемента И блока 19 соединен с первыми входами элементов

И управляемых клапанов 14-16, вторые входы этих элементов И соединены соответственно с выходами счетчиков 6, 3, о, L, Ь, 8, два входа элемента И управляемого клапана 12 соединены соответственно с выходами счетчиков 1, Э и два входа элементов И управляемого клапана 16 соединены соответственно с выходами счетчиков 2, Э . 2 ил. со сливной воронкой 9. На боковой поверхности регенератора установлена магиСтраль, соединенная через управляемый клапан 10 со сливной воронкой

9. К.коллектору 11.через управляемые клапаны 12 — 14 подсоединены магистрали подачи раствора, воздуха и кон- . денсата. Распределительный 6 и дренажный 5 элементы соединены с коллектором 11. через управляемые, клапаны 15 и 16. На регенераторе 1 размещены датчик 17 .верхнего и датчик 18 нижнего уровня.

Датчик нижнего уровня соединен с блоком 19 управления, который состоит из счетчикон о - 8c числа каждой технологической операции заполнения регенератора.жидкостями (счетчики операций) и счетчика числа циклов всех операций (счетчик циклов):

Счетчики о — К соединены последовательно по счетному входу через элементы H. При этом счетчик 6 — счетчик числа циклов первой операции— отмыва от грязи и разрушенных гранул, 145

18р где Й

Я вЂ” диаметр частиц, м; — ускорение свободного падения, м/с

2, плотность частиц, кг/м ;

p„ — плотность дисперсионной среды, кг/м ; — динамическая вязкость, 45 нс/м .

Таким образом, скорость осаждения частиц и, следовательно, длительность осаждения их пропорциональны квадрату диаметра. частиц, что позволяет

50 разделить частицы с мало разнящимися диаметрами.

При большом объеме смолы 3 и при значительных ее загрязнениях отмыв необходима производить достаточное

55 число раз. При этом желательно осуществлять перемешивание ее воздухом.

С этой целью и используется счетчик

) . Счетчик ф подключен к общему выходу датчика 18. Он производит

40 — счетчик числа циклов подачи раствора в нисходящем потоке, B счетчик числа циклов подачи раствора в восходящем потоке, 6 — счетчик числа операций подачи в нисходящем потоке конденсата при отмыве смолы 3 от раствора, яс — счетчик числа циклов подачи конденсата в восходящем потоке, — счетчик числа циклов всех операций заполнения регенератора 1 жидкостями.

Датчик 17 верхнего уровня через элементы И соединен с элементами

20 и 21 задержки времени, управляющими клапанами 8 и 10.

Выход счетчика ) соединен с элементом 22 задержки времени, управляющим клапаном 13. Все счетчики соединены с соответствующими задатчиками

y3 . Питание счетчиков В - к производится от источника 23 питания.

Начальное значение выходных сиг»налов счетчика rK — О, счетчика )—

О, а на входе элементов И следующие: для клапана 12 Ь вЂ” О, о — 1; для клапана 14 ь — 1, 3 — 0; для клапана 15 о — О, Z — 1; для клапана 16

Ь вЂ” 1, z — О, д — 1, е — О.

Устройство работает следующим образом.

Вначале в регенератор 1 при открытии клапана 2 перекачивается смола 3 в виде пульпы. Масса пульпы и ее объем при перекачке могут быть различны. Однако при этом уровень пульпы в регенераторе 1 не должен превышать верхнего. Возможен в общем случае. вариант наличия промежуточного уровня. Имеется режим дистанционного управления каждым клапаном. Оператор подает команду на открытие клапанов 14 и 15, осуществляя набор конденсата в регенератор 1. После набора дозы до верхнего уровня устройство начинает работать в автоматическом режиме. Все счетчики находятся в начальном положении. При достижении верхнего уровня от датчика 17 поступает сигнал на элемент 2 1 управляющим клапаном 10. После выдержки времени клапан 10 открывается и начинается слив жидкости в сливную воронку 9.

Клапан 10 открыт до достижения нижнего уровня. При этом, датчик 18 . выдает сигнал на схему И первого счетчика 6, эадатчик которого предварительно установлен на требуемое

6469

4 число выполнения первой операции.

Так как клапан 10 закрывается после снятия питания с элемента 21, то на элемент И перед клапанами 14 и 16

5 поданы два сигнала, равные 1. Следовательно, на выходе этого элемента

- также появляется сигнал, в результате чего клапаны 14 и 16 открываются. В регенератор 1 в восходящем потоке начинает поступать конденсат, поднимая смолу 3 и грязь в верхнюю часть регенератора 1 до момента достижения жидкостью верхнего уровня.

При этом происходит снятие с элемента И сигнала нижнего уровня. т.е ° снятие питания с управляющих входов клапанов 14 и 16. Клапаны 14 и 16 закрываются. Однако датчик 17 верхнего уровня также, как и на предыдущем цикле, опять через элемент И выдает сигнал на элемент 21. По истечению заданногс промежутка времени происходит осаждение крупных, рабочих фракций смолы 3, 25 а грязь и разрушенные гранулы смолы 3 остаются в промежутке между верхним и нижним уровнями жидкости в регенераторе 1.

Это объясняется значительной раз30 ницей в скорости осаждения частиц.

Действительно в соответствии с формулой Стокса скорость осаждения частиц

d (1.— Pc)

2 — м/с ос р

5 14 счет числа циклов заполнения и опорожнения регенератора 1. При совпадении числа проведенных циклов с заданием на выходе счетчика появляется сигнал,, включающий элемент 22," который подает, питание на клапан 13, осуществляющий подачу сжатого воздуха в регенератор. 1. По истечении заданного промежутка времени выходом элемента 22 осуществляется снятие питания со счетчика, который обнуляется. При этом снято питание с элемента 22, который переходит в исходное положение. Таким образом, через любое заданное число циклов в регенератор 1 для перемешивания смолы 3 на определенный, заданный промежуток времени подается сжатый воздух. Для исключения воэможности одновременного проведения нескольких операций, т.е. подачи управляющих сигналов на клапаны 12, 14 — 16, сигнал с выхода счетчика ) и сигнал с датчика 18 нижнего уровня поступает на элемент И, который, в свою очередь, снимает питание со всех элементов И, осуществляющих управление клапанами 14 — 16, т.е. исключается одновременный приток всех жидкостей в регенератор 1, Снимается этот сигнал после обнуления счетчика ), т.е. снимется запрет на включение клапанов на притоке жидкостей в регенератор 1.

После того, как произведено заданное число операций отмыва смолы

3, на выходе счетчика о появляется инверсный сигнал, вследствие чего питание с элементов И клапанов 14 и

16 снято, в результате чего они больше не включаются. В то же время при наличии нижнего уровня появляется питание на элементах И, управляющих клапанами 12 и 1S. Это означает, что в регенератор 1 в нисходящем потоке подается раствор. Соответственно после проведения определенного (заданного) числа операций снова срабатывает счетчик ) и начинается, перемешивание смолы 3 воздухом, после чего снова продолжается прерванная операция подачи раствора в регенератор 1. Раствор подается до момен1 та достижения жидкостью верхнего уровня, после чего подается питание через элемент И на элемент 21. Это происходит вследствие того, что на .элементе И элемента 20 исчезает сиг56469 6

Ч5

55 нал "В", а на элементе И элемента

21 он появляется, так как эти сигналы выбраны инвертными. После определенной выдержки времени открывается клапан 8 слива раствора. Такая.выдержка времени позволяет создать требуемое время контакта смолы 3 и раствора как в динамическом режиме (при пропускании раствора), так и в статическом, т.е. после, отсечки притока раствора, Такой прием позволяет максимально использовать свойства раствора и стабилизировать его расход. После проведения указанной операции на выходе счетчика г изменяется величина сигнала. Вследствие этого снимается управляющий сигнал с клапана 15. Зато появляется сигнал на входе счетчика 3 от элемента И на выходе счетчика 2 . Ранее ча вход счетчика 2 таким же образом был подан сигнал от элемента И с выхода счетчика о . При этом появляется питание на элементах И и ИЛИ, управляющих клапаном 16. Это означает, что раствор в регенератор 1 на определенное (заданное) число операций подается в восходящем потоке, что способствует перемешиванию раствора со смолой 3 и подъему части смолы 3. Аналогично через определенное число операций в регенератор 1 подается сжатый воздух, а открытие клапана 8 слива производится с выдержкой времени. После достижения нижнего уровня клапан 12 снова открывается, так как нет необходимости в пределах операций открывать и закрывать оба клапана. Достаточно это делать для клапана 12 подачи.

После проведения заданного числа операций подачи раствора в восходящем потоке на выходе счетчика 8, аналогично предыдущим счетчикам 5 и 2 изменяется величина сигнала, в результате чего на входе следующего счетчика е через элемент И появляется сигнал при наличии нижнего уровня в регенераторе 1, т.е. в начале новой операции. Счетчик е осуществляет выдачу команд на подачу конденсата в регенератор 1 в нисходящем потоке, т.е. для операции отмыва смолы от раствора. При проведении данной операции также, как и других, участвует счетчик 1,, т.е. перемешивание пульпы воздухом происходит аналогично для всех операций. По завершении заданно25

7 1456

ro числа этой операции подключается через элемент И последний счетчик >к который осуществляет выдачу команды на подачу в регенератор 1 конденсата в восходящем. потоке. Это осуществляет«5 ся за счет включения клапана 16 (его открытия) и закрытия клапана 15..

Таким .образом проведена последняя операция. После проведения этой операции на выходе счетчика нс появляется сигнал, прерывающий питание всех счетчиков от источника 23 питания. В результате этого все счетчики обнуляются. Устройство позволяет осу- 15 ществить все операции в описанной или обратной, т.е. вначале в восходящем, а затем в нисходящем потоках, последовательности подачи растворов и конденсата с любым заданным числом операций и их циклов .

Устройство позволяет в значительной степени упростить контроль расхода жидкостей путем подсчета числа одной операции и умножения этого числа на объем одной дозы между нижним и верхним уровнями. Расход же жидкости регулируется путем задания длительности задержки по времени с учетом длительности слива жидкости. ч0

После завершения регенерации смолы 3 пульпа выкачивается из регенератора 1 воздухом при открытии клапана 4. После завершения этой операции снова подготавливается возможность регенерации новой партии смолы 3.

Устройство может быть реализовано двумя путями: путем сочетания отдельных общепромышленных узлов со сборкой их для решения конкретной технологической задачи в соответствии с фиг.1 и 2; путем использования одного устройства, включающего в себя все требуемые элементы и их взаимосвязи

В первом варианте в качестве счетчиков импульсов с задатчиками, а. также реле времени могут быть использованы реле времени типа ВЛ-59, а

50 схемы И и ИЛИ реализуются на базе релейных схем.

Во втором †может быть использован микроконтроллер типа MIGI. Для ИКП связь всех требуемых блоков выдерж55 ки времени, последовательность сра6атывания формируется в соответствии с данным описанием.

469 8

В качестве управляемых клапанов могут быть использованы стандартные пневматические или электромеханические клапаны.

Формула изобретения

Устройство для управления процессом регенерации ионообменных смол, содержащее регенератор, снабженный клапанами загрузки и выгрузки смолы, распределительным и дренажным элементами, атмосферным патрубком, сливной воронкой, двумя управляемыми клапанами выпуска жидкостей, которые соединяет дренажный элемент и магистраль слива с воронкой, коллектор, соединенный через управляемые клапаны с распределительным и дренажным элементами и магистралями подачи в него раствора, воздуха и конденсата, источник питания и задатчики числа операций, о т л ж ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения себестоимости и повышения качества продукции за счет равномерности обработки смолы и исключения уноса ее рабочей фракции, оно дополнительно содержит

Ьри элемента задержки, выходы кото рых соединены соответственно с управляющими входами клапанов выпуска жидкостей и подачи воздуха, три элемента ИЛИ, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами клапана подачи в коллектор конденсата и клапанов, соединяющих коллектор с распределительным и дренажным элементами, элементы И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым элементами задержки, с управляющим клапаном подачи в коллектор раствора, с двумя входами первых двух элементов ИПИ,и тремя входами третьего элемента ИЛИ, датчики верхнего и нижнего уровней жидкости в реакторе и блок управления, состоящего иэ пяти элементов И, первые входы которых соединены с выходом датчика нижнего уровня, пяти счетчиков числа операций, соединенных с источником питания, а по счетному входу— последовательно через четыре элемента

И, и счетчика числа циклов, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента И и входом третьего элемента задержки, выход которого соединен с питающим входом этого счетчика, при этом счетчики соединены с соответствующими задатчиками, Составитель А. Каретников

Техред Л. Олийнык Корректор Л.Патай

Редактор Г.Гербер

Заказ 7520/23 Тираж 313 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 е

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 14 счетные входы первого счетчика операций и счетчика циклов соединены с выходом датчика нижнего уровня, выход пятого счетчика операций соединен с управляющим входом источника питания, выход датчика верхнего уровня соединен с первыми входами взаимосвязанных с первыми двумя элементами задержки двух элементов И, вторые входы которых соединены с выходом первого счетчика-операций, выход пя- . того элемента И соединен с первыми входами каждых двух взаимосвязанных

56469 10 с элементами ИЛИ элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого и третьего, первого и второго и. первого и четверБ того счетчиков операций, третий, элемент И, связанный с третьим элементом ИЛИ, соединен первым входом с выходом второго, а вторым — с выходом третьего счетчиков операций, выходы первого и третьего счетчиков операций соединены с первым и вторым входами взаимосвязанного с .клапаном подачи раствора элемента И.