способ регулирования технологического процесса смешения не менее двух жидкостных сред

Формула изобретения

1. Способ регулирования технологического процесса смешения двух жидкостных сред в смесителе, оборудованном системой управления и контроля исходных технологических параметров этих сред и их смеси, включающий подачу подмешиваемой среды в систему использования смеси путем подмешивания через смесительный насос, отличающийся тем, что изменяют соотношение расходов исходной и подмешиваемой среды в требуемых пределах гидравлическим путем, регулируют частотой вращения двигателя смесительного насоса и превышают напор подмешиваемой среды над напором исходной среды в смесителе, поддерживают при этом требуемые технологические параметры смеси после смесителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подают подмешиваемую среду в бак, обеспечивают требуемую циркуляцию через него, а при необходимости поддерживают через инжектор уровень подмешиваемой среды в баке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к процессам смешения не менее двух жидкостных сред для получения вспомогательной смеси или технологически законченного продукта в различных отраслях промышленности.

Известен способ регулирования процесса смешения двух жидкостных сред, при котором осуществляют подачу подмешиваемой среды путем впрыска дозированной добавки подмешиваемой среды насосом-дозатором в технологический трубопровод, являющийся смесителем.

Изменение соотношения расходов исходной и подмешиваемой среды осуществляют изменением величины впрыска, т.е. путем превышения постоянной напорно-расходной характеристики насоса (преимущественно поршневого типа) над напорно-расходной характеристикой технологического трубопровода. При изменении напорно-расходной характеристики технологического трубопровода, например вследствие коррозии или отложений компонентов перекачиваемой среды, осуществление данного способа смешения требует изменения напорно-расходной характеристики поршневого насоса, т.е. его инструментальной настройки системы подачи подмешиваемой среды или применения для регулирования процесса смешения группы насосов-дозаторов с различной напорно-расходной характеристикой. Кроме того, недостаток данного способа - это сложность осуществления впрыска поршневым насосом дозирования жидкостей низкой вязкости, а также невозможность обеспечения без дополнительного насоса циркуляционного контура подмешиваемой среды.

Известен способ и устройство регулирования узлом смешения с использованием насосного оборудования (патент №2239751), которые включают в себя регулирующие балансировочные клапаны, поддерживающие постоянство суммарного расхода. Однако осуществление дросселирования потока приводит к перерасходу электроэнергии и разрушению уплотняющих поверхностей регулирующих (балансировочных) клапанов. Кроме того, процесс дросселирования является не только катализатором эрозийного разрушения материала, но и активизирует химические реакции, которые возможны при подмешивании химически активных компонентов (см. С.Вэйлас «Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов» М.: Химия, 1964, стр.19-50).

Предложенный способ регулирования режима работы смесителя не имеет вышеизложенных недостатков и основан на известных принципах применения гидравлических систем для регулирования (см. Ю.Иринг «Проектирование гидравлических и пневматических систем» Л.: Машиностроение, 1983, стр.335-353).

Реализация предложенного способа обеспечивает повышение эффективности регулирования процессом смешения благодаря поддержанию расчетного качества многокомпонентной смеси исключительно гидравлическим путем без использования дросселирующих устройств и дополнительных органов регулирования.

Кроме этого, предложенный способ обеспечивает поддержание качества смешанного продукта в технологическом трубопроводе после смесителя на уровне требований технологического регламента в большом диапазоне регулирования подачи смеси к месту использования.

Применение в данной схеме электронного оборудования не является препятствием для внедрения данного изобретения, так как при ее отказе система возвращается в исходное состояние без изменения гидравлических характеристик как подающего трубопровода исходной среды, так и циркуляционного контура подмешиваемой среды.

Подбор насоса, осуществленный по техническим условиям работы узла смешения, позволяет использовать его также в ручном режиме эксплуатации.

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое решение, состоит в повышении экономичности работы узла смешения, не снижая надежности технологического процесса путем регулирования расхода подмешиваемой среды с поддержанием его качества и количества в контуре рециркуляции и дозирования.

Поставленная задача решается тем, что способ регулирования работы смесителя включает подачу смешанной среды к месту использования после осуществления насосом подмешивания среды из циркуляционного трубопровода с его равновременной дозировкой через инжектор.

Изменение соотношения расходов исходной и подмешиваемой среды осуществляют изменением частоты вращения насоса, т.е. чисто гидравлическим путем, исключая потери мощности на дроссельных устройствах. При этом расход подмешиваемой среды через всасывающий патрубок инжектора равен расходу этой же среды в смеситель, чем обеспечивают поддержание уровня в баке-мернике без дополнительных регулирующих устройств.

Новым в предложенном способе является то, что изменение соотношения расходов исходной и подмешиваемой среды осуществляют насосом с изменяющейся по заданию логического устройства частотой вращения и поддерживают расчетный параметр (концентрацию) смеси при любых изменениях расхода исходного компонента. Кроме того, управление частотой вращения насоса позволяет осуществлять постоянную циркуляцию подмешиваемой среды в режиме отсутствия дозирования. Для этой цели в схеме регулирования установлены два обратных клапана.

Анализ научно-технической и патентной информации показывает отсутствие совпадения отличительных признаков заявленного способа и устройства с признаками известных технических решений.

Предлагаемые технические решения имеют существенные признаки, которые в совокупности влияют на достигаемый результат, а именно экономичность, доступность приобретения насосов и частотных преобразователей, быстрая окупаемость (в пределах одного года эксплуатации) способа регулирования, который позволяет осуществлять законченный цикл технологического процесса при любых требуемых параметрах смеси по фактическим параметрам сети исходного компонента.

Предлагаемое решение представлено на принципиальной схеме (см. чертеж).

Схема устройства для осуществления предложенного способа регулирования процесса смешения двух жидкостных сред содержит: трубопровод исходной среды 1, смеситель, переходящий в технологический трубопровод смеси 2, трубопровод подмешиваемой среды 3, циркуляционный трубопровод 4, рассчитанный на потери напора, обеспечивающие располагаемый напор перед инжектором 10, достаточный для всасывания жидкости из емкости 11 в количестве, равном поступающему в смеситель. На подмешивающий патрубок инжектора устанавливается обратный клапан 7 для обеспечения режима циркуляции подмешиваемой среды в отсутствии дозирования. На трубопроводе 1 устанавливают датчик 5 (далее Д) давления Д2, на технологическом трубопроводе смеси - давления Д3 и концентрации Д4, в циркуляционном контуре - давления Д1 и концентрации Д5, на баке-мернике 9 - уровня Д6.

Циркуляционный насос подмешиваемой среды 6 (он же смесительный насос) оборудуют регулируемым приводом, на подаче насоса за врезкой циркуляционного трубопровода устанавливают обратный клапан 7. Для демонтажа насоса и обратного клапана устанавливают два шаровых крана 8.

Узел смешения оборудуют пультом управления с системой визуализации, логическим устройством и преобразователем частоты.

Способ регулирования работы узла смешения осуществляют следующим образом.

В исходном состоянии смесительным насосом с напором меньшим, чем напор в трубопроводе исходной среды, осуществляют циркуляцию подмешиваемой среды через бак-мерник и поддерживают параметры, исключающие дозирование подмешиваемой среды через инжектор. При пуске в работу узла смешения с пульта управления через логическое устройство, получающее и обрабатывающее сигналы с датчиков, дают команду на увеличение частоты вращения смесительного насоса и превышают напор в циркуляционном трубопроводе над напором в исходном трубопроводе, чем обеспечивают дозирование через инжектор подмешиваемой среды и ее подачу в расчетном количестве в смеситель. Гидравлическое сопротивление циркуляционного трубопровода (с расчетным соплом инжектора) рассчитывают таким образом, что как при минимальной, так и при максимальной частоте вращения смесительного насоса обеспечивают циркуляцию подмешиваемой среды через бак-мерник и поддерживают требуемый уровень в нем.

Циркуляционный трубопровод в данном способе регулирования выполняет функцию регулятора давления и обеспечивает гидравлический режим работы циркуляционного контура подмешиваемой среды. Тем самым обеспечивают поддержание требуемых параметров подмешиваемой среды в любых режимах работы узла смешения и поддерживают на более высоком уровне маневренность и надежность технологического процесса.

В режиме авторегулирования, основным элементом которого является логическое устройство, обеспечивают поступление сигналов с датчиков давления и концентрации. По заданию логического устройства изменением частоты вращения смесительного насоса поддерживают подачу подмешиваемой среды и обеспечивают требуемое значение параметров смеси для технологического процесса.

Системой авторегулирования обеспечивают технологические защиты при отклонении любого из поступающих сигналов путем перехода в режим «ожидания», т.е. отсутствия подачи подмешиваемой среды, но при этом в циркуляционном трубопроводе создают определенный «гидравлический запас» для минимальной циркуляции подмешиваемой среды через бак-мерник.

Использованием насоса по данной схеме обеспечивают широкий диапазон регулирования, так как состояние подмешиваемой среды сохраняют практически неизменным при изменении ее расхода в смеситель от расчетного значения до нуля.

Система автоматического регулирования технологического процесса смешения двух жидкостных сред позволяет:

а) более эффективно использовать наиболее затратную подмешиваемую среду и за счет этого получать реальное сокращение потребления ресурсов и электроэнергии в технологическом процессе;

б) поддерживать необходимый гидравлический режим работы систем узла смешения, обеспечивающий требуемые технологические параметры всех участвующих компонентов;

в) своевременно и плавно регулировать коэффициент подмеса на устройстве смешения двух сред, учитывая характеристику сетей и неравномерность технологического цикла (как по времени, так и по расходу смешанной среды);

г) обеспечить нормативное значение параметров смеси, как используемой полностью, так и возвращаемой через обратный трубопровод в систему циркуляции смеси в технологическом цикле.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа следующей совокупности условий:

1) средство, воплощающее заявленный способ, предназначено для использования в различных отраслях промышленности;

2) для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

3) система смешения не менее двух жидкостных сред, воплощающая заявленное изобретение, при его осуществлении способна обеспечить достижение искомого технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».