Способ автоматического управления процессом смешения растворов веществ

 

Изобретение относится к способам автоматического регулирования процессов смешивания в жидкой фазе и может быть использовано в промышленности минеральных удобрении для получения многокомпонентных удобрений с заданным соотношением компонентов Целью изобретения является повышение качества конечного продукта за счет повышения точности регулирования Способ предусмаiриваегизмеренир змемчющчуся в -evoi jp« .oeoe лах текущих плотнпте и температур исходных растворов и температуры -мешанного раствора и расчет по этим значени ям этаоонного знамения плотности смешанного раствора Подача исходных растворов регулируется в зависимости от величины рассогласования между текущим и эталонным значениями плотностей сме шанного раствора 1 ил СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИМ! ИстИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДЯРСТВВЮЫй КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОткРытиям пви гкнт сссР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4491952/26 (22) 10.10.88 (46) 07.06.91. Бюл, Ф 21 (72) Государственный научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза (72) А.В.Шафрановский, M,С.Старшинов, B.M.Олевский, М.Л.Ферд и В.Ф.Цветков (53) 66.012-52 (088.8) (56) Голубятников В.А., Шувалов В.B. Автоматизация производственных 1роцессов в химической промышленности.- М.: Химия, 1972, с.215-218.

Патент США М 2543522, кл. 137-91, 1973. (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 минеральных удобрений для получения многокомпонентных удобрений с заданным соотношением компонентов.

Цель изобретения — повышение качества конечного продукта путем повышения точности регулирования, На чертеже приведена принципиальная схема реализации предлагаемого способа.

Трубопроводы 1 и 2 предназначены для подачи соответственно раствора А и раствора вещества В в смеситель 3. Трубопровод 4 служит для отвода из смесителя 3 ив й.(o» 1653 > 13 A., тзцз В 01 F 3/08,6 05+ ф/00 (57) Изобретение относится к способам автоматического регулирования процессов смешивания в жидкой фазе и может быть использовано в промышленности минеральных удобрений для получения многокомпонентных удобрений с заданным соотношением компонентов. Целью изобретения является повышение качества конечного продукта за счет повышения точности регулирования. Способ предусматривает измерение изменяющихся в некотор, т ределах 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 байпас. ной линии 13, а следовательно, и соотношения расходов растворов веществ А и B на входе в смеситель 3. Предусмотрена и более

1653813 грубая 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 (ветру циональный 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 растворителем является вода. Концентрация и температура

Способ осуществляют следующим об- водного раствора карбамида изменяются разом. плавно, но случайным образом в интервалах

О

Концентрация и температуры и, следо- 10 68-72 мас. $ и 90-100 С соответственно. а вательно, 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, и б аэо олеблются в некоторых интерва- 115-135 С. Температура смешанного вод1 лах. Поэтому измеряют датчиком 5 темпера- ного раствора колеблется в интервале 05туру д идатчиком 6 плотность рд раствора 15 115 С. Необходимо Выдержать в вещества А, датчиком 7 температуру тв и смешанномраствореотношениемассыкардатчиком 8 плотность рв раствора вещест- бамида к массе аммиачной селитры, равное

В, тчиком 9 температуру t и 0.77, В этом случае эмпирические постоянлиноме 1 и и датчиком 10 плотность р смешанного рас- ные коэффициенты С в полиноме () (при твора веществ и . в тру опроводе

А В. бопроводе 4. Ин- 20 условии, что плотность измеряют в кг/мз, а

МП т В О а формацию об измеренных величинах температуру В С) равны подают в вычислительное устройство, в котором по показаниям датчиков 5-9 рас- Сз = 0,49; С4 = 0,242; Сб = -0,64. считывают эталонное значение плотности дб р фф

ПО бо коэффициентов С, С ...С5 в смешаного раствора р. Величина р, по су- 5 ФОР У ()

25 фо м ле (1) В каждом конкретном случае еменной. Ополнитель- осуществляют экспериментальным путем. easy sanserca nepeMe oA Дополнител ьтура раствора Вещества А изменяются в ин екущим датчик 10) и эталонным значенияа1ВН,, ТЕрвалаХ СООТВЕТСТВЕННО Хд.мин — ХА,Макс И пулирование исполнительным механизмом, . ство а Вещества

tA,мин — tA,ìàêà а РВСТВО а ВЕЩЕСТВа

ОТВЕТСТВЕННО В ИНтЕреаЛаХ В,мин — В,макс и — в макс. Температура смешанного

Р-р -0

ВО а ВЕ раСТВОра КОЛЕбЛЕтея В ИНтврааЛЕ Смин — тмакс. б комбинации из пяти значений тность аство а А ЛЯ ЛЮ Ой КОМ ИНВЦИИ И щес"а В ПРе ышае и о но"" Р Р З5 Хд, Х б

Вещества А, т.е. Рд рв д т.. (. Tor а в моменты интервалов при заданном массовом соотношении оо Вещества А и В в смешанном рас< О, исполнительный творе можно экспериментально определить соответствующее им значение эталонной

40 плотности смешанного раствора оо

Сначала экспериментально определяют пРопоРЦио льно абсолютномУ значению плот ости р ир растворов вещества А и

В концентрацией Хд и Хв при температурах соответственно tA u tB. ДалЕЕ смЕШиеаЕт между собой растворы веществ А и B в определенном массовом соотношении бд Ов

Для вычисления эталонного значения плотности ро смешанного раствора пр у ловии, что значения температур и концент- ют до температур, затем измеряют его

Раций исходных РаствоРов колеблютсЯ в 0 плотность при этой температуре.Тем самым достаточно узких интервалах, можно ис- определяется эталонное значение плотн пользовать линейный полином вида сти смешанного раствора ро. Таким образом, набору из пяти значений величин ро =Со+ С1рд+С2рв Сзтд+ С4 в+ С5т, PA„Pe, AÄ в, периментально найденное эталонное знав котором величина постоянных коэффици чение плотности смешанного раствора

° „„, Для того. чтобы найти значения постонных коэффициентов Со, С1. С5 в уравнении (1) необходимо проВести не менее 6 (а смешанном растворе, а также усредненны1653813 лучше больше) экспериментальных определений величины р, в соответствии с указанным выше правилом. Причем каждый pas следует выбирать новые значения величин

Хд, Хв, tA, ta, t 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 Ilo уравнению (1) значениями ро

Если концентрации и температуры исходных растворов вешеств А и В изменяются в слишком широких интервалах, линейный папином (1) является недостаточно точным для расчета р . 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

pA.pa растворов веществ А и В при различных концентрациях Хд и Ха и температурах (чаще всего такие данные подбираются по литературным источникам). но нет возможности провести дополнительные эксперименты с целью определения значений коэффициентов Со, C>.. Сь в уравнении (1) для вычисления рр, 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 3ВМ вычисляют коэффициенты а в формуле для расчета плотности рд раствора вещества А в зависимости от его концентрации Хд и темпЕратуры tA рд = а1+ аг tA + (аэ + a4 tA) Хд. (2)

Точно также находят коэффициенты Ь| в аналогичной формуле для расчета плотности рв раствора вещества В

pa = bt+ bz.ta+ (Ьз+ b4 ta) Хв. (3)

Пусть исходные растворы смешиваются в массовом соотношении k = 6д/Ga, где 6д, Ga — 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

q = YA/Ya.

При это вели 1ины k и 0 связаны соотноше вием

q = kXA/Хв или k qXB/XA (5)

Концентрации YA, Y веществ А и В в сме5 шанном растворе pa .- мы

GA

GA k+1

6в

Од XA

GA +G

-) — Хд

Хд qXaХд

q — „+1

Xa qXa+X

15 бв Хв Хв Ха

GA+Ga GA+ +1

Св

220 0= Xa = XH XA

XB, qXa+XA (7)

q — +1

Хд

Для расчета плотности р при температуре t смешанного раствора можно принять принцип аддитивности (5), выражаемый при принятых обозначениях следующим образом: р = (а1+ аг t + (аз + a4 t) (YA+

30 + ya)) Уд

+ (Ь1+ Ьг t + (Ьз+

YA+Ya

+ Ьа t) (yA + ya)) Ув

Уд+Ув (8) Уд р=(а1+-аг t) +(аз+ аа t) YA+

Уа

YA Ya

Ув

+ (Ь1+ Ьг т)

Ув

+ (Ьз+ Ьа t) Ув = (9)

VA Va — +—

Ув Уа

=(а1+azt) — +(аз+a4t) ) +

Сixa XA

4+1 qХв+Хд

+ (Ь1+ Ьг t) + (Ьз + Ьа t)

1 Хв Xä

q+1 q Хв +XA

55 а q + bt + аг q + Ьг +

q+1 q+1

+ C(азq+ Ьз)+(a4q+ Ьа) t) Хв Хд

qXa+XA

В результате преобразований выражения (8) можно получить формулу для расчета р в виде функции переменных pA, pa, tA, ta, исходя из известного массового соотношения q веществ А и В в смешанном раство40 Ре:

В формуле (9) фигурируют переменные

XA и Х8, которые могут быть выражены в виде функции плотностей и температур исходных растворов простым преобразованием зависимостей (2) и (3) 5

XA= зз+аатд (10) Для вычисления эталонной плотности ро мешанного раствора, т.е. плотности смешанного раствора, полученного объединением только исходных растворов, взятых в 15

"правильном" массовом соотношении (с учетом колебаний концентраций и температур исходных растворов), при котором обеспечивается заданное массовое соотношение qo веществ А и В в смешанном растворе, используется формула (9) после подстановки в нее q = qo

Р

31 Цо + b1 + а2 qo bzb +

qq- ) + f (аэ Цо + ЬЗ) + (а4 Цо + b4) Ц. (12) Формула (12) в отличие от (1) более универсальна, так как она дает удовлетворительные результаты вбол,ее широком диапазоне изменения концентраций и:.:;:::..:— ператур исходных растворов и не тре(;уетэкспериментального определения пло1 ности смешанного раствора в зависимости ат

его температуры и состава.

Например, рассмотрим предыду;ций случай; смешиваются карбамид (вещество

А) и аммиачная селитра (вещество В) в виде их водных растворов. причем необходимо 40 получить в смешанном растворе массовое соотношениь веществ А и В, равное qo =

= 0,77. ДЛЯ ВЫЧ4СЛЕНИЯ Ро ÏPMMÅÍßÞT фОРмулу(12) со следующими размерностями:, /Ъ (кгlм ); tA, в, t (С); Хд, Хп (мас. Q. При этом для к":фициентов а;, bi приняты следующие значения: а1 = 9,79319 10; Ь1 = 9,21939 10; а2=--2,82692 . 10; Ьг =-5,99584 10 1. аз = 3,31451; Ьз = 6,06715; а4 =. — 4,74935 10, Ь4 = — 5,61792 10

Коэффициенты аь bl s 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 tA. тв.

В атом случае формула (12) дает удовлетворительные результаты при колебаниях переменных величин в интервалах:

Хд = 60-85 мас. 4, tA = 70-95 С, Xe = 7090 мас.,, 1н = 70-140 С. t = 70-95 С.

Применение предлагаемого способа по сравнению с известным позволяет уменьшить относительную погрешность при поддержании заданного массового соотношения веществ в смешанном растворе с ч-7,5;4 до 3,8 g,, т,е. точность регулирования повышается почти в два 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, отличающийся тем, что, с целью повышения качества конечного продукта путем повышения точности регулирсвания, дополнительно измеряют текущие плотности исходных растворов и текущие температуры исходных и смешанного растворов, а заданное значение плотности ро смешанного раствора определяют по измеренным величинам в соответствии со следующим выражением: (а1 qo + Ь1 + аг Цо + bz

q1 + 1 qo + 1

+ ((аз Цо + Ьз) + (а4 Цо + Ь4) t) XB Хд

Цо Хв +XA где qo — заданное отношение массы вещества А к массе вещества В в смешанном растворе;

t — текущая температура смешанного раствора; а1,аг аз,аа,b1,Ь2,ЬЗ,Ь4 — эм пи рические константы;

Хд — текущая концентрация раствора вещества А, определяемая из формулы рд = а1+ аг тд + (аз + а4 tA) Хд, где 1д и PA — Соотавтстевнно тЕкущая тЕмпература и текущая плотность раствора вещества А;

Хв — текущая концентрация раствора ещества B. определяемая иэ формулы

Ра = Ь1+ Ьг te + (Ьз + Ь4 ta) Хв. где 1в t4 рп — соответственно текущая температура и текущая плотность раствора вещества В.. 1653813

Составитель А.Прусковцов

Редактор А.Козориз Техред М. Моргентал Корректор Э.Лончакова

Заказ 1910 Тираж 410 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101