УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА СПИРТА
ALCOHOL INTAKE DEVICE

Изобретение относится к устройству для приема летучих жидкостей, в частости для приема спирта, а также к способу приема летучих жидкостей, в частности приема спирта, согласно ограничительным частям пп.1 и 7 формулы изобретения.
Для разбавления спирта, например этанола, водой, с целью уменьшения содержания спирта, например, с 96% до величины менее 76%, вначале спирт принимают из автомобиля-цистерны. В известных устройствах спирт из автомобиля-цистерны подают в дегазирующую емкость, которая служит в качестве емкости для удаления воздуха и расположена ниже опорной поверхности грузового автомобиля. Несмотря на малую производительность приема, для известных установок требуется высота перетекания между грузовым автомобилем и впускным отверстием емкости для удаления воздуха примерно от 1,5 до 3 м. Высота подачи самотеком должна быть настолько большой, чтобы была возможна работа без кавитации.
В известных устройствах для приема спирта перед дегазирующей емкостью применяют регулирующий клапан, недостатки которого заключаются в больших потерях давления при работе в режиме «открыто-закрыто» и в режиме регулирования. Так как этанол имеет гораздо меньшее парциальное давление, чем вода или молоко, то в зависимости от оборудования установки требуется соответствующая высота перетекания от грузового автомобиля к насосу. По этой причине дегазирующую емкость и насосы зачастую устанавливают в подвале, или же на половину этажа ниже. При этом в конце процесса выгрузки установка зачастую работает в режиме пуска и остановки при малом расходе доливания, что может привести к возмущающим факторам при последующем процессе смешивания, а также увеличивает продолжительность приема.
Исходя из этого, в основе изобретения лежит задача предложить упрощенное устройство и более производительный способ приема спирта из автомобиля-цистерны.
Согласно изобретению эта задача решена при помощи устройства и способа по пп.1 и 7 формулы изобретения.
Согласно изобретению впускное и выпускное отверстия для спирта расположены в нижней области, предпочтительно в днище дегазирующей емкости. Под «нижней областью» здесь понимают либо нижнюю пятую часть боковых стенок дегазирующей емкости, либо же область днища. Вследствие того, что впускное отверстие для спирта предусмотрено в нижней области дегазирующей емкости, уменьшаются потери давления. Благодаря этому возможно полное гидростатическое опорожнение грузового автомобиля. Таким образом, устройство для приема спирта может быть расположено над землей. Понятие «над землей» означает здесь по существу на одном уровне с грузовым автомобилем. Вследствие того, что впускное отверстие для спирта расположено в нижней области, дегазирующая емкость может наполняться даже при надземной установке благодаря гидростатическому давлению спирта в автомобиле-цистерне. Таким образом, в устройстве согласно изобретению, в отличие от известного уровня техники, не требуются большие высоты перетекания между грузовым автомобилем и дегазирующей емкостью. Напротив, достаточно высоты перетекания от нескольких сантиметров примерно до 50 см. Высота перетекания определяется как расстояние между серединой выпускной трубы на автомобиле-цистерне и самой нижней точкой Т впускного отверстия для спирта в дегазирующей емкости. Благодаря тому, что устройство может быть расположено над землей, то есть, на открытом воздухе, получаются меньшие затраты на строительство, улучшенная вентиляция и упрощенное обращение с установкой, а также упрощается выполнение предписаний взрывобезопасности.
При этом впускное отверстие для спирта на дегазирующей емкости и/или подводящий трубопровод, который соединен с впускным отверстием для спирта, предпочтительно расположены ниже выпускного отверстия для спирта на автомобиле-цистерне. Вследствие этого благодаря статическому давлению спирта в автомобиле-цистерне спирт может самостоятельно подаваться в дегазирующую емкость. Если же выпускное отверстие для спирта на автомобиле-цистерне находится ниже впускного отверстия для спирта на дегазирующей емкости или на одном уровне, однако выше, чем подводящий трубопровод для спирта к подающему насосу после дегазирующей емкости, то может случиться, что уровень спирта в автомобиле-цистерне в конце процесса выгрузки располагается на высоте впускного отверстия для спирта или ниже него, так что емкость в этом случае уже не может наполняться. В этом случае является рациональным, если подводящий трубопровод содержит байпасный трубопровод, который предпочтительно выполнен с возможностью соединения с отводящим трубопроводом от дегазирующей емкости, так что остатки спирта могут отводиться или же откачиваться через байпасный трубопровод.
Выгодным образом дегазирующая емкость имеет оборудование для измерения уровня заполнения, в частности, оборудование для измерения разности давлении и/или датчик уровня заполнения. Благодаря определению уровня заполнения можно оптимизировать процесс в зависимости от уровня заполнения. Могут быть обеспечены непрерывные оптимальные условия процесса. Измерение уровня заполнения делает возможным непрерывную адаптацию объемного потока, который подают в последующий пункт смешивания. Если для измерения уровня заполнения применяют оборудование для измерения разности давлений, то возникает преимущество, состоящее в том, что при помощи этого оборудования также может быть определено давление в дегазирующей емкости. Измерение разности давлений дает возможность особенно точного определения уровня заполнения по всей высоте емкости.
Особенно выгодно, если устройство содержит включенный после дегазирующей емкости насос, а также управляющее устройство, которое регулирует производительность подающего насоса в зависимости от уровня заполнения. Преимущество этого состоит в том, что производительность насоса может быть адаптирована, в частности, в начале и в конце процесса выгрузки. Тем самым возможна дегазация с непрерывным регулированием от высокой производительности до низкой производительности при остаточном опорожнении, без процесса пуска и остановки при малых расходах доливания. Таким образом, обеспечена хорошая дегазация на этапах пуска и окончания работы, гак что получается очень хорошая и постоянная точность смешивания на последующем этапе разбавления.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения дегазирующая емкость является герметично замкнутой, предпочтительно газонепроницаемой, и содержит приточно-вытяжной клапан, который может открываться при пониженном давлении. Тем самым может быть предотвращена кавитация в подающем насосе вследствие пониженного давления.
Кроме того, клапан открывается, если в дегазирующей емкости находится слишком много воздуха, или же уровень в незаполненной части понижается вследствие поступления воздуха. Замкнутость цистерны приводит к тому, что может испаряться и выделяться в окружающую среду значительно меньшее количество спирта, что означает уменьшение потерь продукции.
При помощи измерения уровня заполнения, в частности путем измерения разности давлений в замкнутой дегазирующей емкости, даже при большой производительности разгрузки можно отказаться от регулирующего клапана притока. В частности, при наличии регулирующего клапана потери давления настолько высоки, что при одноэтажной установке дегазирующей емкости и насосов следует учитывать возможность кавитации вследствие высоких потерь давления в регулирующем клапане притока.
Изобретение обеспечивает возможность расположения перед дегазирующей емкостью вместо регулирующего клапана вентиля с седлом, который вызывает существенно меньшие потери давления, чем регулирующий клапан.
В способе согласно изобретению предусмотрено, что спирт из автомобиля-цистерны подают над землей в нижнюю область дегазирующей емкости, и снова выводят его также из нижней области. Таким образом, согласно этому способу спирт может втекать от выпускного отверстия для спирта на автомобиле-цистерне до впускного отверстия для спирта в нижней области дегазирующей емкости благодаря статической разности высоты между уровнем спирта в автомобиле-цистерне и впускным отверстием для спирта.
В предпочтительном варианте выполнения способа согласно изобретению производительность подающего насоса, включенного после дегазирующей емкости, регулируют в зависимости от уровня заполнения дегазирующей емкости.
1
При конкретной реализации способа согласно п.11 формулы изобретения вначале трубопровод для спирта автомобиля-цистерны присоединяют к устройству для приема, в частности, к приемной панели, после чего открывают вентиль в трубопроводе между выпускным отверстием для спирта на автомобиле-цистерне и дегазирующей емкостью, до тех пор, пока дегазирующая емкость не будет заполнена до установленного уровня N. При достижении этого уровня насос медленно разгоняют, то есть, производительность насоса медленно повышают.Таким образом, спирт может относительно медленно втекать в дегазирующую емкость. Тем самым при начале заполнения в дегазирующую емкость может быть введен максимально возможный объем, чтобы обеспечить дли тельное время нахождения и достаточную дегазацию. Это означает, что на первом этапе спиртом может быть заполнено, например, по меньшей мере две трети дегазирующей емкости. Благодаря тому, что при достижении заранее установленного уровня n) насос медленно разгоняют, отсутствует режим пуска и остановки, который требуется по состоянию техники, так что объемный поток может непрерывно адаптироваться.
3
3
3
После повышения производительности подающего насоса или во время него, с целью увеличения производительности приема можно открыть дополнительный вентиль, расположенный параллельно первому вентилю. Благодаря этому может быть достигнута очень высокая производительность приема, например, от 40 до 70 м/ч 96% этанола. Это означает, что автомобиль-цистерна с загрузкой 40 м может быть опорожнен за 45 минут.Если спирт после приема сразу же разбавляют водой в непрерывном смесителе, например, до содержания этанола 69%, то можно достигнуть производительности вплоть до 90 м/ч 69% этанола.
В конце процесса приема уровень спирта в дегазирующей емкости понижается, а также понижается давление в незаполненной части. Если в дегазирующей емкости зафиксировано пониженное давление, то, например, при помощи управляющего устройства может открываться вентиляционный клапан. Благодаря этому может также предотвращаться кавитация в подающем насосе.
2
2
1
1
В конце процесса приема производительность насоса может быть уменьшена, если уровень заполнения в дегазирующей емкости опустился ниже определенного уровня N. Уровень N может соответствовать уровню N, однако он, как правило, может быть более низким уровнем, чем N. Благодаря этому может быть предотвращен захват воздуха и/или паров при низком уровне заполнения, что в свою очередь улучшает точность смешивания.
Если уровень в автомобиле-цистерне в конце заполнения уменьшается настолько, что уровень заполнения в дегазирующей емкости становится ниже определенного значения, или же дегазирующая емкость уже совсем не может заполняться, так как уровень спирта в автомобиле-цистерне находится на высоте впускного отверстия для спирта или ниже него, то спирт может направляться из подводящего трубопровода к дегазирующей емкости мимо дегазирующей емкости в байпасный трубопровод, расположенный ниже, чем дегазирующая емкость, предпочтительно в отводящий трубопровод дегазирующей емкости. Преимущество этого состоит в том, что автомобиль-цистерна может быть полностью опорожнен даже тогда, когда выпускное отверстие для спирта автомобиля-цистерны по конструктивным условиям расположено относительно низко.
Таким образом, изобретение в общей сложности обеспечивает возможность большого объемного потока приема при малой высоте перетекания, так что возможна одноэтажная установка устройства, включая дегазирующую емкость и насос. Равным образом возможна хорошая дегазация, даже в начале и в конце процесса приема, что приводит к хорошей точности смешивания. Таким образом, благодаря изобретению уже не требуется процесс пуска и остановки.
Изобретение поясняется подробнее ниже со ссылками на следующие чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - схематическое изображение устройства для приема спирта с последующим смесительным устройством,
фиг.2 - схематическое изображение дегазирующей емкости, а также выпускного отверстия для спирта на автомобиле-цистерне,
фиг.3 - важнейшие этапы способа согласно изобретению от S1 до S8.
3
На фиг.1 показано схематическое изображение устройства для приема спирта из автомобиля-цистерны 3. Автомобиль-цистерна 3 содержит цистерну 3а, которая, например, обладает вместимостью от 20 до 40 м. В нижней области цистерна 3а имеет выпускное отверстие 4 для спирта, которое, например, через шланг 5 и присоединительный патрубок 6 соединено с панелью 7 устройства для приема спирта, показанной лишь схематически в виде трубопровода. Панель 7 содержит соответствующие трубы, через которые спирт может подаваться в дегазирующую емкость 2. Подводящий трубопровод для спирта разделен на два трубопровода, которые содержат два расположенных параллельно друг другу вентиля 8а, b. Затем оба трубопровода снова входят в общий трубопровод 8. Вентили 8а, b являются не регулирующими вентилями, расход через которые может регулироваться, а вентилями с седлом, которые обладают малыми потерями давления. Вентили 8а, b могут открываться и закрываться независимо друг от друга при помощи управляющего устройства (не показано). Подводящий трубопровод 8 для спирта входит затем через подводящий трубопровод 24 во впускное отверстие 9 для спирта дегазирующей емкости 2, которое расположено в нижней области дегазирующей емкости 2, как это видно, в частности, также на фиг.2. Подводящий трубопровод 24 содержит колено трубы. Под «нижней областью» дегазирующей емкости 2 следует понимать примерно нижнюю пятую часть стенок емкости, или же днище дегазирующей емкости. В показанном варианте выполнения впускное отверстие 9 для спирта расположено в днище емкости 2.
Дегазирующая емкость 2 служит для дегазации и отделения воздуха. Она предпочтительно изготовлена из нержавеющей стали (например, хромоникелевой с тали) и выполнена герметично замкнутой (предпочтительно в диапазоне давлений от -1 бар до 0,49 бар). В своем самом нижнем месте она содержит выпускное отверстие 10 для спирта. Предпочтительно днище сужается вниз, по существу конически, или же выполнено выпуклым. К выпускному отверстию 10 для спирта примыкает отводящий трубопровод 25, который начинается на колене трубы с углом 60-90º.
Дегазирующая емкость имеет объем примерно от 50 до 1500 л.
Устройство содержит приточно-вытяжной клапан 11, который открывается управляющем устройством при пониженном или повышенном давлении.
1
Кроме того, устройство включает в себя оборудование 20а, b для измерения разности давлений. Для этого предпочтительно в днище дегазирующей емкости 2 предусмотрен первый датчик 20b давления, который может измерять статическое давление в дегазирующей емкости 2. В верхней области дегазирующей емкости 2, предпочтительно на верхней стороне, расположен второй датчик 20а давления, который измеряет давление в незаполненной части дегазирующей емкости. Это означает, что датчик 20b давления измеряет статическое давление спирта в дегазирующей емкости, а также давление в незаполненной части, а датчик 20а давления измеряет давление в незаполненной части. Посредством определения разности обоих давлений при известной плотности спирта можно определить объем спирта и, таким образом, уровень заполнения. Дополнительно также предусмотрен граничный выключатель 19 уровня заполнения для определенного уровня N. Если спирт достигает до граничного выключателя 19 уровня заполнения, то последний выдает соответствующий сигнал на управляющее устройство (не показано). Граничный выключатель 19 уровня заполнения расположен примерно в верхней трети дегазирующей емкости 2.
2
Дегазирующая емкость может также содержать нижний датчик уровня заполнения, например, в форме второго граничного выключателя уровня заполнения. При помощи этого датчика можно определить, не опустился ли спирт в дегазирующей емкости 2 ниже второго определенного уровня N. Соответствующий сигнал выдается на управляющее устройство. Отводящий трубопровод 25 соединен, например, через вентиль 13, по меньшей мере с одним подающим насосом 12, также расположенным над землей. Насос 12 регулируется управляющим устройством в зависимости от уровня заполнения. В качестве насоса может применяться, например, центробежный насос. Насос 12 закачивает спирт в расположенное далее смесительное устройство 16, к которому также при помощи насоса 17 подводят воду с целью разбавления спирта. При этом спирт, после того как он был подан в дегазирующую емкость 2 и подвергнут дальнейшей транспортировке подающим насосом 12, может сразу же подвергаться разбавлению водой при помощи непрерывного смесителя 16, например, до содержания спирта 69%. При этом для количественного измерения предусмотрены, например, массовые расходомеры 14 и 15. Это означает, что в массовом расходомере 14 измеряют расход спирта, а в массовом расходомере 15 измеряют расход воды. Устройство содержит также соответствующие регулирующие клапаны, которые регулируют расход в соответствии с желаемой пропорцией смешивания.
Как, в частности, видно из фиг.2, устройство для приема спирта расположено над землей на основании 40. На правой стороне фиг.2 схематически показан задний участок автомобиля-цистерны 3 со своим выпускным отверстием 4. Устройство для приема спирта согласно изобретению не нуждается в большой высоте перетекания в размере нескольких метров, что имеет место по состоянию техники. Здесь выпускное отверстие 4 автомобиля-цистерны расположено выше впускного отверстия 9 для спирта, а также выше самого нижнего места подводящего трубопровода 24. Высота h между самым нижним местом Т впускного отверстия 9 для спирта и серединой выпускного отверстия 4 может предпочтительно находиться в диапазоне от 200 до 500 мм. Если выпускное отверстие 4 расположено ниже или на такой же высоте, как впускное отверстие 9 для спирта, то может случиться, что в конце процесса приема уровень спирта в автомобиле-цистерне снижается до области впускного отверстия 9 для спирта или ниже него, так что статического давления становится уже недостаточно, чтобы заполнять дегазирующую емкость 2.
Чтобы несмотря на это обеспечить остаточное опорожнение и даже при малых расходах доливания обеспечить точное смешивание спирта, предусмотрен байпаспый трубопровод 21, который соединен с отводящим трубопроводом 25 буферной емкости 2. В этом трубопроводе расположен вентиль 22, который может открываться при помощи управляющего устройства (не показано), если уровень заполнения в емкости становится ниже определенного уровня, что, например, может быть определено при помощи измерения разности давлений и/или при помощи дополнительного датчика уровня заполнения.
Способ согласно изобретению подробнее поясняется ниже со ссылками на фиг.3.
3
3
3
Описанное устройство 1 для приема спирта предназначено для того, чтобы принимать из автомобиля-цистерны летучую жидкость, например, этанол с концентрацией свыше 90%, например, 96% по объему. При этом объемный расход 96% этанола может достигать примерно от 40 до 70 м/ч, в частности, 60 м/ч. Таким образом, разгрузка автомобиля-цистерны с емкостью 40 м может осуществляться в течение 45 минут.
1
1
3
3
В способе согласно изобретению вначале осуществляют присоединение разгрузочного шланга 5 грузового автомобиля при закрытых вентилях 8а, b к панели 7 (этап S1). После заземления грузового автомобиля оператор открывает заслонку на цистерне грузового автомобиля, вследствие чего спирт поступает к обоим вентилям 8а, b. Для удаления воздуха из трубопровода и шланга открывают кран для отбора проб (не показан) и одновременно отбирают пробу продукции. Затем открывают первый вентиль 8а, после чего дегазирующая емкость 2 заполняется до установленного уровня N (этап S2). Граничным выключателем уровня заполнения на управляющее устройство выдается соответствующий сигнал. Альтернативно или дополнительно уровень может также определяться при помощи измерения разности давлений. Если этот уровень N достигнут, то подающий насос 12 управляется таким образом, что его производительность медленно повышается (этап S3), и во время этого или после этого открывают второй вентиль 8b, чтобы таким образом достигнуть полной производительности приема, например, в размере 60 м/ч (этап S4). При этом производительность подающего насоса 12 составляет, например, 60-70 м/ч. Таким образом, при начале заполнения в дегазирующую емкость 2 вводят максимально возможный объем, чтобы достигнуть тем самым образом длительного времени нахождения и дегазации.
В конце процесса опорожнения уровень в емкости для удаления воздуха или же в дегазирующей емкости понижается. При этом система измерения давления регистрирует пониженное давление и открывает вентиляционный клапан 11 с целью вентиляции, чтобы не происходило кавитации в подающем насосе 12 (этап S5). Давление может определяться при помощи оборудования 20а, b для измерения разности давлений.
3
2
Если уровень заполнения в дегазирующей емкости понижается далее вследствие понижения уровня в автомобиле-цистерне, то, это регистрируют, например, при помощи измерения разности давлений и/или граничного выключателя уровня заполнения (не показан). Параметры передаются в управляющее устройство, которое при этом в свою очередь уменьшает производительность подающего насоса 12, чтобы предотвратить захват воздуха и/или паров при низком уровне заполнения. Такое уменьшение производительности насоса осуществляют, например, тогда, когда уровень N2 в дегазирующей емкости опустился примерно до высоты, составляющей 10-40%, а предпочтительно 30% высоты дегазирующей емкости. Если уровень падает ниже предельного уровня N2, то производительность подачи непрерывно уменьшают, например, до 10 м/ч (этап S6). Как было описано, этот уровень N может определяться также при помощи дополнительного граничного выключателя уровня заполнения. Однако применение измерения разности давлений дает возможность более точного проведения процесса.
Если в конце выгрузки уровень жидкости в автомобиле-цистерне еще находится на высоте, которая выше впускного отверстия 9 для спирта, то автомобиль-цистерна может быть полностью опорожнен через дегазирующую емкость 2 (этап S8). Если же в конце приема спирта уровень жидкости в автомобиле-цистерне 3 понижается до высоты впускного отверстия 9 для спирта или ниже него, то при помощи вентиля 22 открывают байпас 21, так что спирт может подаваться под дегазирующей емкостью 2, предпочтительно непосредственно в отводящий трубопровод 25 (этап S7). Это обеспечивает возможность полного опорожнения автомобиля-цистерны 3. Момент времени, с которого должно быть активировано включение байпаса, также может быть определен при помощи измерения уровня заполнения (датчика уровня заполнения и/или измерения разности давлений).
Если во время выгрузки вследствие слишком большого количества захваченного воздуха в дегазирующей емкости образуется повышенное давление, то клапан 11 открывают, чтобы его снизить. Открывание может осуществляться посредством измерения давления, при этом управляющее устройство открывает клапан 11, начиная с определенного повышенного давления. Может быть также предусмотрен предохранительный клапан, который автоматически открывается при определенном повышенном давлении.
3
Как показано на фиг.1, спирт при приеме подают в дегазирующую емкость и посредством подающего насоса 12 сразу же разбавляют его водой при помощи непрерывного смесителя 16, например, до содержания 69% по объему, что в общей сложности приводит к производительности приема в размере примерно 90 м/ч 69% спирта.
В частности, при фазе запуска (этап S3) процесс смешивания регулируют при помощи регулирующих клапанов посредством измерения расходов воды и этанола. Затем регулирование точности производят посредством измерения содержания спирта (например, измерения плотности или концентрации спирта). Контроль осуществляют при помощи измерения расхода.
Устройство и способ описаны здесь в связи со спиртом (в частности, этанолом). Равным образом устройство и способ пригодны также для приема других летучих жидкостей, например, бензина, органических растворителей и т.д. Это означает, что в смысле описания спирт следует понимать более широко, и изобретение применимо к жидкостям, пары которых могут создавать взрывоопасную атмосферу. В частности, под летучими жидкостями в настоящей заявке понимают такие, которые являются горючими, и давление паров которых выше, чем у воды (23,4 гПа при 20ºС). Установка согласно изобретению может соответствовать требованиям взрывобезопасности.