Растворный узел
SOLUTION UNIT

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно, к установкам для приготовления растворов минеральных солей, растворов средств защиты растений, жидких комплексных удобрений, карбамидно-аммиачных смесей различных концентраций и составов, готовых для дальнейшей транспортировки и использования.
Наиболее близким устройством к заявляемому изобретению является растворный узел карбамидно-аммиачной смеси, содержащий устройство управления и накопительную емкость воды, связанную через насос подачи воды с реакторной емкостью с вакуумно-детонационным насосом, соединенной со станцией фильтрации, включающую, по меньшей мере, одну колбу-фильтр и связанной с, по меньшей мере, одной накопительной емкостью готового продукта, при этом реакторная емкость соединена с загрузочным бункером, насосом выдачи и дизельным теплообменником (см. патент РФ №2686149, МПК B01F 1/00, опубл. 24.04.2019).
Недостатками указанного растворного узла являются: продолжительность цикла приготовления растворов в больших объемах из-за необходимости заполнения накопительной емкости готовым раствором за несколько циклов, что уменьшает производительность растворного узла и увеличивает время приготовления растворов, невозможность одновременного изготовления раствора и его отгрузки, сложность приготовления растворов в точных пропорциях, невозможность приготовления растворов ЖКУ по сложным рецептам из-за отсутствия линий для работы с химикатами, расфасованными в емкости типа «еврокуб», сложность конструкции из-за наличия загрузочного бункера со шнеком подачи компонентов в реакторную емкость, использования насоса с роторно-пульсационным аппаратом и гидромешалки для перемешивания раствора в смесительном баке, большая энергоемкость.
Техническая задача - создание растворного узла для приготовления растворов минеральных солей, растворов средств защиты растений (СЗР), жидких комплексных удобрений (ЖКУ) различных составов, карбамидно-аммиачных смесей (КАС) различных концентраций, позволяющего с достаточной производительностью обеспечить экологически чистый процесс приготовления раствора, безопасность работы обслуживающего персонала, снижение энергозатрат и потерь исходного сырья.
Техническая задача решена тем, что растворный узел, выполненный в виде функционально выстроенного ряда технологических емкостей и устройств, соединенных трубопроводами, содержащего шкаф управления с сенсорной панелью, магистраль подачи воды, счетчик расхода воды, датчик уровня жидкости, краны, емкости, связанные через насосы с фильтром устройства отгрузки типа «журавль» и дизельным теплообменником, согласно изобретению, магистраль подачи воды через запорный крап, фильтр, счетчик-расходомер воды и один насос соединена с премиксером, через другой насос - с, по меньшей мере, двумя вертикальными емкостями для готового раствора, выполненными с коническим дном, и горизонтальной емкостью для раствора карбамидно-аммиачных смесей, премиксер представляет собой цилиндрическую емкость с коническим дном и встроенными датчиками нижнего и верхнего уровня, связанными со шкафом управления, оборудован приемным устройством для канистр с химикатами, краном промывки канистр, пневматическим клапаном подачи воды в премиксер, насосом откачки раствора, который через пневматический клапан соединен с первой вертикальной емкостью для готового раствора, а через другой пневматический клапан - со второй вертикальной емкостью для готового раствора, каждая из вертикальных емкостей для готового раствора оборудована соответствующим насосом, который через соответствующий трехходовой пневматический кран связан с встроенными в магистраль отгрузки соответствующими фильтром, счетчиком-расходомером, запорным краном отгрузки и устройством отгрузки типа «журавль», и соответствующими пневматическим краном подачи воды и пневматическим краном промывки, при этом горизонтальная емкость для приготовления раствора карбамидно-аммиачных смесей оборудована насосом и связана через соответствующий трехходовой пневматический кран с встроенными в магистраль отгрузки соответствующими фильтром, счетчиком-расходомером, пневматическим краном отгрузки, запорным краном и устройством отгрузки типа «журавль», и с соответствующими пневматическим краном подачи воды и пневматическим краном промывки, через соответствующие пневматический кран загрузки карбамидно-аммиачных смесей соединена с первой или второй вертикальной емкостью, через пневматический клапан - с дизельным теплообменником, при этом, по меньшей мере, одна емкость типа «еврокуб» через запорный кран, пневматический клапан, счетчик повышенной точности и насос соединена с премиксером и соответствующим пневматическим клапаном промывки, причем все пневматические клапаны и пневматические краны подключены к пневматическому компрессору, связанному со шкафом управления.
Техническим результатом является улучшение качества готовых растворов за счет точно выверенных соотношений воды и химикатов, высокая производительность растворного узла, поскольку время приготовления раствора приравнивается к времени заполнения емкости водой, возможность одновременного приготовления раствора в одной емкости и его отгрузки из другой, существенное снижение энергозатрат за счет исключения сложного оборудования, улучшение условий труда за счет снижения уровня шума и вибраций при приготовлении раствора.
Сущность устройства поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема растворного узла; на фиг. 2 - вид сверху растворного узла.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Растворный узел (фиг. 1) содержит шкаф 1 управления, магистраль 2 подачи воды, запорный кран 3, фильтр 4, счетчик-расходомер воды 5, насос 6 производительностью 9,6 м/ч, премиксер 7 емкостью 0,15 м, насос 8 производительностью 55 м/ч, вертикальную емкость 9 объемом 11 м, вертикальную емкость 10 объемом 11 м, горизонтальную емкость 11 объемом 11 м, приемное устройство 12 для канистр с химикатами, кран 13 промывки канистр, пневматический клапан 14 подачи воды в премиксер 7, насос 15 откачки раствора из премиксера 7 производительностью 9,6 м/ч, пневматический клапан 16 вертикальной емкости 9, пневматический клапан 17 вертикальной емкости 10, насос 18 перемешивания раствора в вертикальной емкости 9 производительностью 72 м/ч, трехходовой пневматический кран 19 вертикальной емкости 9, фильтр 20 отгрузки СЗР, счетчик-расходомер 21 отгрузки СЗР, запорный кран 22 отгрузки СЗР, устройство 23 отгрузки СЗР типа «журавль», пневматический кран 24 подачи воды в вертикальную емкость 9, пневматический кран 25 промывки вертикальной емкости 9, насос 26 перемешивания раствора в вертикальной емкости 10 производительностью 72 м/ч, трехходовой пневматический кран 27 вертикальной емкости 10, пневматический кран 28 подачи воды в вертикальную емкость 10, пневматический кран 29 промывки вертикальной емкости 10, насос 30 перемешивания раствора в горизонтальной емкости 11 производительностью 72 м/ч, трехходовой пневматический кран 31 горизонтальной емкости 11, фильтр 32 отгрузки КАС, счетчик 33 отгрузки КАС, пневматический кран 34 отгрузки КАС, запорный кран 35 отгрузки КАС, устройство 36 отгрузки КАС типа «журавль», пневматический край 37 подачи воды в горизонтальную емкость 11, пневматический кран 38 промывки горизонтальной емкости 11, пневматический кран 39 загрузки КАС в емкость 11, пневматический кран 40 загрузки КАС в емкость 10, емкость 41 с химикатами («еврокуб»), запорный кран 42 откачки химикатов, пневматический кланам 43 откачки химикатов, счетчик 44 повышенной точности, насос 45 производительностью 5,4 м/ч, пневматический клапан 46 промывки линии подачи химикатов, пневматический компрессор 47, связанный со шкафом 1 управления, дизельный теплообменник 48, система трубопроводов 49, пневматический клапан 50 подачи воды в дизельный теплообменник.
Растворный узел представляет собой функционально выстроенный ряд технологических емкостей и устройств, соединенных трубопроводами 49. Магистраль 2 подачи воды через запорный кран 3, фильтр 4, счетчик-расходомер 5 через насос 6 соединена с премиксером 7, насос 8 - с двумя, как минимум, вертикальными емкостями 9 и 10 с коническим дном для готового раствора и горизонтальной емкостью 11 для раствора КАС. Премиксер 7 представляет собой цилиндрическую емкость с коническим дном и встроенными датчиками нижнего и верхнего уровня (на рисунке не показаны), связанными со шкафом 1 управления (па рисунке не показано), оборудованную приемным устройством 12 для канистр с химикатами, краном 13 для их промывки, пневматическим клапаном 14 подачи воды, насосом 15 откачки раствора, который через пневматический клапан 16 соединен с вертикальной емкостью 9 для готового раствора, а через пневматический клапан 17 соединен с вертикальной емкостью 10 для готового раствора. Вертикальная емкость 9 для готового раствора оборудована насосом 18, связанным через трехходовой пневматический кран 19 со встроенными в магистраль отгрузки фильтром 20, счетчиком-расходомером 21, запорным краном 22 отгрузки и устройством 23 отгрузки типа «журавль». Емкость 9 оборудована пневматическим краном 24 подачи воды и пневматическим краном 25 промывки. Вертикальная емкость 10 для готового раствора оборудована насосом 26, связанным через трехходовой пневматический кран 27 со встроенными в магистраль отгрузки фильтром 20, счетчиком-расходомером 21, запорным краном 22 отгрузки и устройством 23 отгрузки типа «журавль». Емкость 10 оборудована пневматическим краном 28 подачи воды и пневматическим краном 29. Горизонтальная емкость 11 для приготовления раствора КАС оборудована насосом 30, связанным через трехходовой пневматический кран 31 со встроенными в магистраль отгрузки фильтром 32, счетчиком-расходомером 33, пневматическим краном 34, запорным краном 35 и устройством отгрузки 36 типа «журавль». Емкость 11 оборудована пневматическим краном 37 подачи воды и пневматическим краном 38 промывки. Кроме того, горизонтальная емкость 11 через пневматический кран 39 имеет возможность соединения с вертикальной емкостью 10. При необходимости к горизонтальной емкости 11, при помощи пневматического клапана 50, может быть подключен дизельный теплообменник 48 для подогрева приготовляемого раствора. Кроме того, растворный узел включает в себя линию для подключения одной и более емкостей 41 типа «еврокуб» с различными химикатами, которая через запорный кран 42, пневматический клапан 43, счетчик 44 повышенной точности и насос 45 соединена с премиксером 7, а для промывки линии установлен пневматический клапан 46. Для обеспечения автоматического управления пневматическими клапанами 14, 16, 17, 43, 46, 50 и пневматическими кранами 13, 19, 24, 25, 27, 28, 29, 31, 34, 37, 38, 39, 40 установлен пневматический компрессор 47.
Растворный узел работает следующим образом.
Перед началом работы открывают на магистрали 2 подачи воды запорный кран 3, запорный кран 23 отгрузки, запорный кран 35 и запорный кран 42 откачки химикатов, которые остаются открытыми на всю рабочую смену, задают на панели шкафа управления 1 обозначение, например, емкости 9, необходимое количество раствора, например, 10000 л, затем включают кнопку пуск шкафа управления. Процесс приготовления раствора происходит в автоматическом режиме, а оператору нужно только загрузить необходимое количество химикатов в премиксер 7, например, 5 канистр по 10 л и открыть кран 13 для промывки каждой канистры после ее опорожнения. После включения открывается пневматический кран 24 подачи воды и включается насос 8, вода через фильтр 4, счетчик 5 расхода воды поступает в емкость 9. Одновременно открывается пневматический клапан 14 подачи воды в премиксер 7 и включаются насосы 6 и 15. Насос 6 подает воду в премиксер 7, где она смешивается с химикатами, а насос 15 перекачивает раствор через открытый пневматический клапан 16 в вертикальную емкость 9. Уровень раствора в премиксере 7 поддерживается автоматически за счет имеющихся датчиков нижнего и верхнего уровня, По окончании работы основного цикла приготовления раствора автоматически выключается насос 6 подачи воды в премиксер 7 и закрывается пневматический клапан 14, насос 15 будет работать, пока премиксер 7 не опустеет, затем насос 15 выключится и пневматический клапан 16 закроется. Когда количество раствора в емкости 9 достигнет 300 л (устанавливается при настройке), включается насос 18, который через трехходовой кран 19 выполняет гидроперемешивание на весь период подачи воды. По умолчанию все трехходовые пневматические краны 19, 27 и 31 находятся в положении перекачивания по кругу, раствор двигается из выхода емкости па ее вход. По факту набора воды в заданном количестве (10000 л) процесс приготовления заканчивается, выключаются насосы 18 перемешивания и подачи 8 воды, закрывается пневматический край 24.
Для выгрузки готового раствора перед включением на панели шкафа управления 1 указывают обозначение емкости 9 и задают необходимое количество отгружаемого раствора. При этом пневматический трехходовой кран 19 переключается из положения перекачивания но кругу в положение отгрузки, включается насос 18 и раствор через фильтр 20 отгрузки, счетчик-расходомер 21 и открытый запорный кран 22 поступает на устройство 23 отгрузки типа «журавль». После того, как счетчик-расходомер 21 отсчитал заданное количество раствора, насос 18 отключается, а пневматический трехходовой кран 19 переключается из положения отгрузки в положение перекачивания по кругу. Аналогичным образом происходит приготовление раствора в вертикальной емкости 10, но при этом открывается пневматический кран 28 для подачи воды, а для перекачки химикатов открывается пневматический клапан 17 перемешивание раствора в емкости 10 производится насосом 26 через трехходовой пневматический кран 27. В это же время из вертикальной емкости 9 может производиться отгрузка готового раствора. По окончании процесса приготовления раствора в вертикальной емкости 10 трехходовой пневматический кран 27 переключается на отгрузку, которая производится по той же линии. Таким образом, процессы приготовления раствора и его отгрузка могут производиться беспрерывно.
По окончании работы растворного узла производится промывка емкостей. На панели шкафа 1 управления указывают обозначение емкости 9, задают необходимое количество воды для промывки и включают установку, при этом одновременно промывается и премиксер 7. После включения открываются пневматические краны 14 и 25, включаются насос 8 подачи воды в емкость 9, насос 6 подачи воды в премиксер 7 и насос 15 откачки из премиксера 7. Когда количество воды достигнет 300 л, включается дополнительный насос 18, который через трехходовой пневматический кран 19 выполняет циркуляцию воды на весь период промывки. После прохождения заданного количества воды через счетчик 5, процесс промывки заканчивается. Насосы 8, 6 и 15 выключаются, пневматические краны 14 и 25 закрываются. Аналогично происходит промывка емкости 10, только открываются пневматические краны 14 и 29 и включается дополнительный насос 26, который через трехходовой кран 27 выполняет циркуляцию воды. Благодаря данной технологии и автоматизации, на данной установке работает один оператор, а раствор будет готов по окончании закачки воды, т.к. одновременно осуществляется растворение и перемешивание химикатов.
При приготовлении раствора карбамидно-аммиачной смеси (КЛС) в горизонтальную емкость 11 первоначально загружают гранулированные компоненты в нужных пропорциях. Затем оператор на панели шкафа 1 управления указывает обозначение емкости 11, задает необходимое количество воды, например, 3000 л, время перемешивания, например, 30 мин, и нажимает кнопку включения. Далее процесс приготовления раствора происходит в автоматическом режиме. После включения открывается пневматический кран 37 подачи воды в емкость 11, включается насос 8, который через фильтр 4 и счетчик 5 закачивает указанное количество воды. Насос 8 отключается и пневматический кран 37 закрывается. Включается насос 30, который через трехходовой пневматический кран 31 производит перемешивание раствора в течение указанного времени, после чего насос 30 выключается и закрывается трехходовой пневматический кран 31. Раствор готов к отгрузке или перекачиванию в емкости 9 или 10 для приготовления растворов ЖКУ. Для отгрузки готового раствора оператор на панели шкафа управления 1 указывает обозначение емкости 11, задает количество отгружаемого раствора и нажимает кнопку включения. Трехходовой пневматический кран 31 переключается на отгрузку, открывается пневматический кран 34 отгрузки, включается насос 30 и раствор через фильтр 32, счетчик 33, открытый запорный кран 35 поступает на устройство 36 отгрузки типа «журавль». После того, как через счетчик 33 пройдет заданное количество раствора, автоматически выключается насос 30, закрывается пневматический кран 34 отгрузки и трехходовой пневматический кран 31 переключается в положение перекачивания по кругу. При перекачивании готового раствора из емкости 11 в емкость 9 открывается пневматический кран 39, а в емкость 10 - пневматический кран 40 и далее аналогично процессу отгрузки. После опорожнения горизонтальной емкости 11 при необходимости производится ее промывка.
На панели шкафа управления 1 оператор указывает обозначение емкости 11, задает необходимое количество воды для промывки, например, 1000 л, и нажимает кнопку включения. При этом открывается пневматический кран 38 промывки, включается насос 8 подачи воды, которая через фильтр 4 и счетчик 5 поступает в емкость 11. Когда количество воды достигнет 300 л, включается насос 30, который через трехходовой пневматический кран 31 выполняет циркуляцию воды на весь период промывки. После прохождения заданного количества воды через счетчик 5 процесс промывки заканчивается. Насосы 8 и 30 выключаются, пневматический кран 37 закрывается. При приготовлении в горизонтальной емкости 11 растворов КАС высоких концентраций (с содержанием общего азота свыше 15%), одновременно с включением насоса 30 и переключением пневматического крана 31 на перекачивание раствора по кругу, включается пневматический клапан 50 и дизельный теплообменник 48 для подогрева раствора до заданной температуры.
Данный растворный узел позволяет изготавливать в вертикальных емкостях 9 или 10 растворы ЖКУ по заранее составленным рецептам с использованием одной или нескольких емкостей 41 объемом 1 м («еврокуб») с различными химикатами. Необходимые данные в рецептах устанавливает агроном предприятия и заносит с помощью панели 1 шкафа управления на электронную память под определенным названием, например, «пшеница», «кукуруза» и т.д. Оператор на панели шкафа 1 управления указывает обозначение емкости, задает требуемый рецепт и нажимает кнопку включения. Далее весь процесс происходит в автоматическом режиме. Открывается пневматический кран 24, пневматический клапан 14, пневматический клапан 43, включаются насосы 8 подачи воды в емкость 9 и насосы 6 и 15 премиксера 7. Одновременно с подачей воды включается насос 45, который через запорный кран 42, пневматический клапан 43, счетчик 44 повышенной точности подает заданное количество химикатов из емкости 41 в премиксер 7. После окончания дозированной подачи химикатов из емкости 41 в премиксер 7 закрывается пневматический клапан 43 и открывается пневматический клапан 46 для промывки линии заданным при настройке количеством воды. Далее, по очереди, согласно заданному рецепту, начинает работать следующая емкость 41 «еврокуб» с другим химикатом, и так далее по всем заданным линиям. Аналогично происходит приготовление раствора ЖКУ в емкости 10, но при этом вместо пневматического крана 39 включается пневматический кран 40.