СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫПАРИВАНИЯ В ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКЕ
METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF EVAPORATION PROCESS IN EVAPORATION INSTALLATION

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом выпаривания и может быть использовано в химической, строительной, бумажной, пищевой, радиохимической отраслях промышленности, а также в цветной металлургии при упаривании алюминатных щелоков.
Известен способ автоматического регулирования процесса выпаривания в выпарном аппарате (авт. свид. СССР №281408, кл. B01D 1/14, G05D 11/06, 1983) путем регулирования соотношения пар - жидкость с коррекцией по плотности целевого продукта и стабилизации уровня в аппарате осуществляют одновременное воздействие на отбор продукта из аппарата и подачу пара в последний.
Недостатком известного способа является неустойчивость работы системы регулирования соотношения пар-жидкость. Причиной является измерение расхода греющего пара.
При изменении давления пара в систему регулирования поступает сигнал об изменении расхода пара, не соответствующий истинному расходу, но побуждающий систему регулирования к действию. Такая система регулирования является неустойчивой.
Проблема измерения расхода тепла (пара) состоит в принципиальной зависимости показаний большинства известных расходомеров пара от плотности пара, то есть от давления пара и его температуры. И, как правило, эти параметры пара в реальных эксплуатационных условиях изменяются в существенном диапазоне.
Для устойчивой работы систем регулирования необходимо, чтобы сигнал о значении расхода пара, не откорректированный по плотности, от расходомера пара не поступал в регулятор соотношения «расход тепла (пара) - расход сырья».
По известному способу кроме изменений параметров пара, которые происходят вне выпарной установки, например, подключение дополнительного потребителя пара, параметры пара изменяет и система управления. Это происходит из-за того, что регулирующий клапан размещен перед расходомером пара, и поэтому в процессе изменения подачи пара изменяется и плотность пара, что приводит к отклонениям от градуировочных значений. Даже при постоянном расходе пара, но при изменившейся плотности пара в связи с изменением давления или температуры показания расходомера пара изменяются (Емельянов А.И. и др. «Практические расчеты в автоматике. Изд. «Машиностроение», Москва 1967 г., стр.179, табл.36). Таким образом, даже при фактически постоянном соотношении пар-жидкость расходомер пара даст ложный сигнал о необходимости изменения подачи пара. Последующая за этим подача пара приведет к более значительному отклонению плотности упаренного раствора от заданного значения и, соответственно, к увеличению времени и колебательности переходного процесса - то есть к ухудшению качества регулирования.
Более близким по существу к предложенному способу автоматического управления является способ автоматического регулирования процесса (авт. свид. СССР №297366, кл. B01D 1/00, 1983).
Этот способ автоматического регулирования заключается в стабилизации уровня в корпусе установки, а также регулирования соотношения «количество сырья - количество тепла» изменением подачи пара с коррекцией по концентрации раствора, выходящего из корпуса установки, значение сигнала которой формируется с учетом концентрации исходного раствора.
Однако поставленная цель регулирования соотношения «количество сырья - количество тепла» не достигается, так как для измерения количества тепла необходимо дополнительно измерять и температуру, и давление греющего пара.
Кроме того, этому способу присущи те же недостатки, которые отмечены выше при анализе способа по авт. свид. №281408 (неустойчивость системы регулирования соотношения «пар-жидкость»).
Указанные недостатки исключены в заявляемом способе. Заявляемый способ обеспечивает повышение точности измерения и устойчивости работы системы управления процессом выпаривания в выпарной установке.
Способ по настоящей заявке включает стабилизацию уровня упаренного раствора в выпарном аппарате, регулирование соотношения «расход исходного раствора - расход тепла» изменением подачи пара с коррекцией по концентрации раствора, выходящего из выпарного аппарата.
Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что уровень упаренного раствора в выпарном аппарате стабилизируют изменением расхода исходного раствора, а для регулирования соотношения «расход исходного раствора - расход тепла» измеряют давление и температуру греющего пара на входе в выпарной аппарат и расход конденсата греющего пара на выходе из теплообменника, установленного после выпарного аппарата, при этом расход тепла, использованного в процессе выпаривания, определяют по расходу конденсата греющего пара в зависимости от давления и температуры греющего пара.
Следует отметить равнозначность выражений «количество сырья - количество тепла» в прототипе выражению «расход исходного раствора - расход тепла» в заявляемом способе.
Заявляемый как изобретение способ соответствует всем критериям патентоспособности.
Изобретение по настоящей заявке является новым, так как оно неизвестно из уровня техники. При проведении патентного поиска и анализе представленных выше аналогов заявителем не выявлено технических решений, тождественных заявляемому.
Заявляемое изобретение является промышленно применимым, так как оно может быть использовано в химической, строительной, пищевой, радиохимической отраслях промышленности, а также в цветной металлургии при упаривании алюминатных щелоков. Способ в целом, а также отдельные действия и операции выполнимы, воспроизводимы и не противоречат достижению желаемого технического результата. С их помощью возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения.
Настоящее изобретение имеет изобретательский уровень, так как для специалиста оно не следует из уровня техники явным образом, в частности, потому что не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками. Кроме того, благодаря совокупности существенных известных и отличительных признаков, а также достаточности их взаимодействия достигается технический результат, недостижимый в известных технических решениях аналогичного назначения.
Заявленный способ может быть реализован с помощью выпарной установки, изображенной на прилагаемом чертеже.
Эта установка состоит из выпарного аппарата 1, теплообменника 2, трубопровода 3 исходного раствора, трубопровода 4 упаренного раствора, трубопровода 5 греющего пара, трубопровода 6 вторичного пара, трубопровода 7 конденсата греющего пара и трубопровода 8 неконденсирующихся газов. На трубопроводе 5 греющего пара размещены первичный преобразователь температуры 9 греющего пара, первичный преобразователь давления 10 и регулирующий клапан 11 подачи греющего пара. На трубопроводе 3 исходного раствора размещены расходомер 12 исходного раствора и регулирующий клапан 13 подачи исходного раствора. На трубопроводе 4 упаренного раствора размещен первичный преобразователь концентрации 14. На трубопроводе 7 конденсата греющего пара размещен расходомер 15 конденсата греющего пара. В выпарном аппарате 1 размещен уровнемер 16, который соединен с регулятором уровня 17. Расходомер конденсата греющего пара 15, первичный преобразователь температуры 9 греющего пара и первичный преобразователь давления 10 соединены с вычислительным устройством 18, которое соединено с регулятором 19 соотношения «расход исходного раствора - расход тепла». Первичный преобразователь концентрации 14 связан с корректирующим регулятором 20, который связан с регулятором 19 соотношения «расход исходного раствора - расход тепла».
Способ осуществляется следующим образом.
В выпарной аппарат 1 через теплообменник 2, нагреваемый теплом конденсата греющего пара, поступает исходный раствор по трубопроводу 3. При заполнении исходным раствором выпарного аппарата 1 до заданного уровня подают греющий пар по трубопроводу 5. Заданный уровень упаренного раствора в выпарном аппарате 1 поддерживают регулятором уровня 17, связанным с регулирующим клапаном 13. Вторичный (выпариваемый) пар удаляется из выпарного аппарата 1 по трубопроводу 6 и происходит концентрирование раствора. Значение концентрации упаренного раствора измеряют первичным преобразователем концентрации 14. Это значение появляется на корректирующем регуляторе 20 и сигнал поступает на один из входов регулятора 19 соотношения «расход исходного раствора - расход тепла». На остальные входы регулятора 19 поступают сигналы от расходомера исходного раствора 12 и вычислительного устройства 18. Вычислительное устройство 18 вычисляет расход тепла по сигналам расходомера 15 конденсата греющего пара, первичного преобразователя температуры 9 и первичного преобразователя давления 10 путем перемножения значения расхода конденсата греющего пара и значения удельной теплоты парообразования, которое вычисляется по аппроксимирующим выражениям. Аппроксимирующие выражения составляют по литературным данным («Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара, М.П. Вукалович др. - М.: Издательство стандартов. - 1969 г.) в зависимости от требующейся точности расчета и от технических возможностей располагаемой вычислительной техники. Соотношение «расход исходного раствора - расход тепла» поддерживают на заданном значении регулятором 19 с помощью регулирующего клапана 11 подачи греющего пара.
При изменении расхода греющего пара изменится и расход конденсата греющего пара. Вычислительное устройство 18 определит новое значение расхода тепла с учетом текущих значений температуры и давления греющего пара. Сигнал о значении расхода тепла с выхода вычислительного устройства 18 поступит на второй вход регулятора соотношения 19, который изменит регулирующим клапаном 11 подачу необходимого количества пара для восстановления заданного соотношение «расход исходного раствора - расход тепла». В таком случае, вмешательство корректирующего регулятора 20 не потребуется.
При изменении уровня упаренного раствора регулятор уровня 17 изменит расход исходного раствора, значение которого от расходомера 12 исходного раствора поступит на вход регулятора соотношения 19. Регулятор 19 в соответствии с заданным соотношением изменит подачу греющего пара в выпарной аппарат 1.
В случае отклонения концентрации упаренного раствора от заданного значения корректирующий регулятор 20 изменит задание регулятору 19 соотношения. При увеличении концентрации упаренного раствора корректирующий регулятор 20 задаст новое - увеличенное соотношение «расход исходного раствора - расход тепла», и регулятор 19 соотношения уменьшит регулирующим клапаном 11 подачу пара в выпарной аппарат 1. В случае уменьшения концентрации упаренного раствора корректирующий регулятор 20 задаст новое - уменьшенное соотношение «расход исходного раствора - расход тепла», и регулятор 19 соотношения увеличит регулирующим клапаном 11 подачу пара в выпарной аппарат 1.
Заданные значения исходного раствора, расхода пара определяются при конструкторской разработке выпарной установки и зависят от физико-химических свойств упариваемого раствора и требующейся производительности установки.
При использовании заявляемого способа в производстве возникают следующие технические преимущества:
- устойчивость работы системы автоматического управления процессом выпаривания;
- повышение точности вычисления соотношения «расход тепла - расход сырья»;
- повышение продолжительности межпромывочного периода выпарной установки за счет замедления образования накипи на греющей поверхности и, как следствие, повышение производительности установки.