способ автоматического управления процессом приготовления растворов в реакторах полунепрерывного действия и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ автоматического управления процессом приготовления растворов в реакторе полунепрерывного действия, включающий измерение температуры и электропроводности раствора, сравнение измеренных значений температуры и электропроводности раствора с заданными значениями и регулирование подачи первого компонента, поступающего в реактор, отличающийся тем, что дополнительно контролируют степень заполнения реактора, измеряют плотность раствора, подачу второго компонента осуществляют до достижения степени заполнения реактора первого заданного значения, регулирование подачи первого компонента осуществляют по отклонению температуры от заданного значения с прекращением его подачи при достижении двумя параметрами из трех контролируемых: степени заполнения реактора, плотности и электропроводности - заданных значений, а выгрузку раствора из реактора производят с учетом временной задержки.

2. Устройство автоматического управления процессом приготовления растворов в реакторе полунепрерывного действия, включающее реактор смешения с теплообменниками в виде змеевика и рубашки, запорно-регулирующие клапаны на линиях подачи теплоносителя в рубашку реактора, хладоагента через змеевик, первого компонента в реактор, клапан разгрузки реактора, измеритель температуры раствора с аналоговым блоком задания, пропорционально - дифференциальный и позиционный регуляторы, регулятор переменной структуры, логический многофункциональный блок, причем выход с измерителя температуры параллельно соединен с пропорционально-дифференциальным, позиционным регуляторами и регулятором переменной структуры, выходы пропорционально-дифференциального регулятора и регулятора переменной структуры, первый и второй выходы позиционного регулятора соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами логического многофункционального блока, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит измерители степени заполнения реактора, плотности и электропроводности раствора, три блока задания, настроенные на разные дискретные значения степени заполнения реактора, блоки задания плотности и электропроводности раствора на одно дискретное значение каждый, четыре электропневматических аналоговых преобразователя и электропневматический дискретный преобразователь, запорно-регулирующий клапан на линии подачи второго компонента в реактор, логический элемент ТАЙМЕР, измеритель плотности раствора выполнен в виде двух пьезометрических трубок различной длины, двух регуляторов расхода воздуха и дифманометра, измерителем степени заполнения реактора является пьезометрическая трубка большой длины и напоромер, логический многофункциональный блок выполнен в виде двух логических элементов ПАМЯТЬ, двух логических элементов ИЛИ-НЕ и логического трехканального мажоритарного элемента "2 из 3", выход с короткой пьезометрической рубки соединен параллельно с первым регулятором расхода воздуха и минусовой камерой дифманометра, выход с длинной пьезометрической трубки соединен параллельно с вторым регулятором расхода воздуха, плюсовой камерой дифманометра и напоромером, первый вход логического многофункционального блока совмещен с первым входом первого логического элемента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с первым входом первого логического элемента ИЛИ-НЕ, первый выход которого через первый электропневматический аналоговый преобразователь соединен с приводом запорно-регулирующего клапана на линии подачи теплоносителя в рубашку реактора, второй выход первого логического элемента ИЛИ-НЕ через второй электропневматический аналоговый преобразователь соединен с приводом запорно-регулирующего клапана на линии подачи второго компонента в реактор, второй вход логического многофункционального блока совмещен с первым входом второго логического элемента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с первым входом второго логического элемента ИЛИ-НЕ, два параллельных выхода которого соединены соответственно через третий и четвертый электропневматические аналоговые преобразователи с приводами запорно-регулирующих клапанов на линиях подачи хладоагента через змеевик и первого компонента в реактор, третий и четвертый входы логического многофункционального блока совмещены соответственно с вторыми входами первого и второго логических элементов ИЛИ-НЕ, выход измерителя степени заполнения реактора параллельно соединен с первым, вторым и третьим блоками заданий, выход первого блока задания соединен с вторым входом первого логического элемента ПАМЯТЬ, выход второго блока задания соединен параллельно с третьим входом первого логического элемента ПАМЯТЬ и вторым входом второго логического элемента ПАМЯТЬ, выход третьего блока задания соединен с первым входом логического трехканального мажоритарного элемента "2 из 3", выходы блоков заданий плотности и электропроводности раствора соединены соответственно с вторым и третьим входами логического трехканального мажоритарного элемента "2 из 3", выход которого параллельно соединен с третьим входом первого логического элемента ИЛИ-НЕ, третьим входом второго логического элемента ПАМЯТЬ и входом логического элемента ТАЙМЕР, выход которого соединен через электропневматический дискретный преобразователь с приводом клапана разгрузки реактора.

3. Устройство автоматического управления процессом приготовления растворов в реакторе полунепрерывного действия, включающее реактор смешения с теплообменниками в виде змеевика и рубашки, запорно-регулирующие клапаны на линиях подачи теплоносителя в рубашку реактора, хладоагента через змеевик, жидкого компонента в реактор, клапан разгрузки реактора, измеритель температуры раствора с аналоговом блоком задания, пропорционально-дифференциальный и позиционный регуляторы, регулятор переменной структуры, логический многофункциональный блок, причем выход с измерителя температуры параллельно соединен с пропорционально-дифференциальным, позиционным регуляторами и регулятором переменной структуры, выходы пропорционально-дифференциального регулятора и регулятора переменной структуры, первый и второй выходы позиционного регулятора соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами логического многофункционального блока, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит шнековый дозатор с бункером сыпучего компонента, измерители степени заполнения реактора, плотности и электропроводности раствора, три блока задания, настроенные на разные дискретные значения степени заполнения реактора, блоки задания плотности и электропроводности раствора на одно дискретное значение каждый, три электропневматических аналоговых преобразователя, электропневматический дискретный преобразователь, магнитный пускатель управления двигателем шнекового дозатора подачи сыпучего компонента в реактор, логический элемент ТАЙМЕР, измеритель плотности раствора выполнен в виде двух пьезометрических трубок различной длины, двух регуляторов расхода воздуха и дифманометра, измерителем степени заполнения реактора является пьезометрическая трубка большой длины и напоромер, логический многофункциональный блок выполнен в виде двух логических элементов ПАМЯТЬ, двух логических элементов ИЛИ-НЕ и логического трехканального мажоритарного элемента "2 из 3", выход с короткой пьезометрической трубки соединен параллельно с первым регулятором расхода воздуха и минусовой камерой дифманометра, выход с длиной пьезометрической трубки соединен параллельно с вторым регулятором расхода воздуха, плюсовой камерой дифманометра и напоромером, первый вход логического многофункционального блока совмещен с первым входом первого логического элемента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с первым входом первого логического элемента ИЛИ-НЕ, первый выход которого через первый электропневматический аналоговый преобразователь соединен с приводом запорно-регулирующего клапана на линии подачи теплоносителя в рубашку реактора, второй выход первого логического элемента ИЛИ-НЕ через магнитный пускатель соединен с двигателем шнекового дозатора подачи сыпучего компонента в реактор, второй вход логического многофункционального блока совмещен с первым входом второго логического элемента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с первым входом второго логического элемента ИЛИ-НЕ, два параллельных выхода которого соединены соответственно через второй и третий электропневматические аналоговые преобразователи с приводами запорно-регулирующих клапанов на линиях подачи хладоагента через змеевик и жидкого компонента в реактор, третий и четвертый входы логического многофункционального блока совмещены соответственное с вторыми входами первого и второго логических элементов ИЛИ-НЕ, выход измерителя степени заполнения реактора параллельно соединен с первым, вторым и третьим блоками задания, выход первого блока задания соединен с вторым входом первого логического элемента ПАМЯТЬ, выход второго блока задания соединен параллельно с третьим входом первого логического элемента ПАМЯТЬ и вторым входом второго логического элемента ПАМЯТЬ, выход третьего блока задания соединен с первым входом логического трехканального мажоритарного элемента "2 из 3", выходы блоков задания плотности и электропроводности раствора соединены соответственно с вторым и третьим входами логического трехканального мажоритарного элемента "2 из 3", выход которого параллельно соединен с третьим входом первого логического элемента ИЛИ-НЕ, третьим входом второго логического элемента ПАМЯТЬ и входом логического элемента ТАЙМЕР, выход которого соединен через электропневматический дискретный преобразователь с приводом клапана разгрузки реактора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области управления процессами химической технологии и касается, в частности, вопросов автоматизации процессов приготовления растворов исходных компонентов в реакторах полунепрерывного действия (РПНД) для последующего синтеза целевых продуктов, которое найдет широкое применение в лакокрасочной и химико-фармацевтической промышленностях при получении лаков, красок, лекарственных препаратов и витаминов.

Известно большое количество способов и устройств для автоматизации процессов приготовления растворов заданных концентраций, каждый из которых находит применение в соответствии с фазовым состоянием используемых исходных компонентов, типов применяемой аппаратуры, разработанной технологией процесса, возможностью многопараметрического контроля и методов секвенциального управления, а также достигнутым уровнем научно-технического прогресса к искомому моменту времени.

Так, например, известен способ управления процессом нитрования, в котором используются электропроводность реакционной массы (РМ) и ультразвуковой измеритель концентрации суспензии, как показателей завершенности стадии дозирования (А.С. 689713, Б.И. 1979, N 37).

Недостатком его является низкая надежность системы управления процессом, обусловленная применением двухпараметрической системы контроля, блока логического умножения И и существенным влиянием на точность показаний ультразвукового измерителя присутствующих в растворах пузырьков воздуха и образующихся газов.

Известно также устройство контроля процесса перемешивания по измерению глубины вихревой воронки и пульсации уровней у вала мешалки и у стенки аппарата с помощью двух пьезометрических трубок одинаковой глубины погружения с последующей обработкой поступающей информации по мажоритарному логическому принципу "2 из 3" (А.С. 1675866, Б.И. 1991, N 33).

К недостаткам приведенного устройства относится: отсутствие измерения таких качественных параметров контроля концентраций, как плотности и электропроводности РМ.

Существует также измерительная система по определению состава двухкомпонентного раствора (Глыбин И.П. Автоматические плотномер и концентратомеры в пищевой промышленности. М. Пищевая промышленность, 1975, с. 183, 140, 141, рис. 83).

Она включает в себя измерители температуры, плотности и электропроводности раствора, счетно-решающее устройство и трехточечный автоматический потенциометр.

Недостатками приведенной системы считаются:

1. невозможность контроля состава раствора непосредственно в реакторе смешения при переменной степени его заполнения;

2. ограниченные функциональные возможности поплавкового плотнометра;

3. отсутствие контроля степени заполнения реактора (СЗР) при подаче каждого компонента.

Перечисленные недостатки вызывают снижение информационного обеспечения в приготовлении растворов заданных концентраций в РПНД.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа считается А.С. N 799809 на способ автоматического управления процессом нитрования, по которому измеряют температуру, электропроводность РМ, концентрацию исходного реагента, суммируют измеренные значения и сравнивают их с заданными значениями сумм, осуществляют регулирование расходов реагента и хладагента по знакам отклонения полученных сумм от заданных.

К его недостаткам относится:

1. наличие однопараметрического контроля оценки качества РМ снижают надежностные характеристики способа управления процессом приготовления раствора заданной концентрации;

2. невозможность определения момента прекращения подачи первого компонента;

3. присутствие алгебраических операций вызывает падение надежности способа управления.

В качестве ближайшего аналога на устройства принята система, реализующая способ секвенциального управления РПНД при проведении в нем многостадийного экзотермического процесса (А.С. N 735293, Б.И.1980, N 19).

Она содержит измерители температуры РМ, температурного перепада на входе и выходе хладагента из змеевика, пропорционально-дифференциальный (ПД), регулятор переменной структур (РПС) и позиционный (ПЗ) регуляторы, а также релейные блоки, реализующие различные логические функции. Кроме того, имеются запорно-регулирующие клапаны (ЗРК) на линиях подачи материальных потоков в реактор, а энергетических в его теплообменные устройства (змеевик и рубашку).

Недостатками данной системы являются:

1. повышенная ее инерционность вследствие применения только температурных информационных каналов для управления материальными и энергетическими потоками;

2. использование одноканального параметрического сигнала для управления на завершающих стадиях процесса.

Совместное действие указанных факторов приводит к снижению надежностных характеристик устройств управления процессом.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение как информационного обеспечения в приготовлении растворов заданных концентраций, так и надежности в управлении процессом их приготовления.

Поставленная задача решается таким образом, что в способе автоматического управления процессом приготовления растворов в РПНД, включающем измерение температуры и электропроводности раствора, сравнение измеренных значений температуры и электропроводности раствора с заданными значениями (ЗАЗ), регулирование подачи первого компонента, поступающего в реактор, дополнительно контролируют степень заполнения реактора (СЗР), измеряют плотность раствора, подачу второго компонента осуществляют по достижению СЗР первого ЗАЗ, регулирование подачи первого компонента осуществляют по отклонению температуры от ЗАЗ с прекращением его подачи при достижении двумя параметрами из трех контролируемых: СЗР, плотности и электропроводности ЗАЗ, а выгрузку раствора из реактора производят с учетом временной задержки.

В оптимальном варианте реализации предложенного способа посредством устройства автоматического управления процессом приготовления раствора из двух исходных жидких компонентов, включающего реактор смешения с теплообменниками в виде змеевика и рубашки, ЗРК на линиях подачи теплоносителя в рубашку реактора, хладагента через змеевик, первого компонента в реактор, клапан разгрузки реактора (КРР), измеритель температуры раствора с аналоговым блоком задания (БЗ), ПД- и ПЗ-регуляторы, РПС, логический многофункциональный блок (ЛМБ), причем выход с измерителя температуры параллельно соединен с ПД-, ПЗ-регуляторами и РПС, выходы ПД-регулятора и РПС, первый и второй выходы ПЗ-регулятора соединены, соответственно, с первым, вторым, третьим и четвертым входами ЛМБ, дополнительно содержит измерители СЗР, плотности и электропроводности раствора, три БЗ, настроенные на разные дискретные значения СЗР, БЗ плотности и электропроводности раствора на одно дискретное значение каждый, четыре электропневматических аналоговых преобразователя (ЭАП) и электропневматический дискретный преобразователь (ЭДП), ЗРК на линии подачи второго компонента в реактор, логический элемент (ЛЭ) "ТАЙМЕР", измеритель плотности раствора выполнен в виде двух пьезометрических трубок различной длины, двух регуляторов расхода воздуха (РРВ) и дифманометра, измерителем СЗР является пьезометрическая трубка большой длины и напоромер ЛМБ выполнен в виде двух ЛЭ "ПАМЯТЬ", двух ЛЭ ИЛИ-НЕ и логического трехканального мажоритарного элемента (ЛТМЭ) "2 и 3", выход с короткой пьезометрической трубки соединен параллельно с первым РРВ и минусовой камерой дифманометра, выход с длинной пьезометрической трубки соединен параллельно со вторым РРВ, плюсовой камерой дифманометра и напоромером, первый вход ЛМБ совмещен с первым входом первого ЛЭ "ПАМЯТЬ", выход которого соединен с первым входом первого ЛЭ ИЛИ-НЕ, первый выход которого через первый ЭАП соединен с приводом ЗРК на линии подачи теплоносителя в рубашку реактора, второй выход первого ЛЭ ИЛИ-НЕ через второй ЭАП соединен с приводом ЭРК на линии подачи второго компонента в реактор, второй вход ЛМБ совмещен с первым входом второго ЛЭ "ПАМЯТЬ", выход которого соединен с первым входом второго ЛЭ ИЛИ-НЕ, два параллельных выхода которого соединены, соответственно, через третий и четвертый ЭАП с приводами ЗРК на линиях подачи хладагента через змеевик и первого компонента в реактор, третий и четвертый входы ЛМБ совмещены, соответственно, со вторыми входами первого и второго ЛЭ ИЛИ-НЕ, выход измерителя СЗР параллельно соединен с первым, вторым и третьим БЗ, выход первого БЗ соединен с вторым входом первого ЛЭ "ПАМЯТЬ", выход второго БЗ соединен параллельно с третьим входом первого ЛЭ "ПАМЯТЬ" и вторым входом второго ЛЭ "ПАМЯТЬ", выход третьего БЗ соединен с первым входом ЛТМЭ "2 из 3", выходы БЗ плотности и электропроводности раствора соединены, соответственно, с вторым и третьим входами ЛТМЭ "2 из 3", выход которого параллельно соединен с третьим входом первого ЛЭ ИЛИ-НЕ, третьим входом второго ЛЭ "ПАМЯТЬ" и входом ЛЭ "ТАЙМЕР", выход которого соединен через ЭДП с приводом КРР.

Кроме того, при дополнительной реализации данного способа управления посредством устройства автоматического управления процессом приготовления растворов в РПНД из двух исходных жидкого и сыпучего компонентов, включающего реактор смешения с теплообменниками в виде змеевика и рубашки, ЗРК на линиях подачи теплоносителя в рубашку реактора, хладагента через змеевик, жидкого компонента в реактор, КРР, измеритель температуры раствора с аналоговым БЗ, ПД- и ПЗ-регуляторы, РПС, ЛМБ, причем выход с измерителя температуры параллельно соединен с ПД- и ПЗ-регуляторами и РПС, первый и второй выходы ПЗ-регулятора соединены, соответственно, с первым, вторым, третьим и четвертым входами ЛМБ, дополнительно содержит шнековый дозатор с бункером сыпучего компонента, измерители СЗР, плотности и электропроводности раствора, три БЗ, настроенные на разные дискретные значения СЗР, БЗ плотности и электропроводности раствора на одно дискретное значение каждый, три ЗАП, ЭДП, магнитный пускатель (МП) управления двигателем шнекового дозатора подачи сыпучего компонента в реактор, ЛЭ "ТАЙМЕР", измеритель плотности раствора выполнен в виде двух пьезометрических трубок различной длины, двух РРВ и дифманометра, измерителем СЗР является пьезометрическая трубка большой длины и напоромер, ЛМБ выполнен в виде двух ЛЭ "ПАМЯТЬ", двух ЛЭ ИЛИ-НЕ и ЛТМЭ "2 из 3", выход с короткой пьезометрической трубки соединен параллельно с первым РРВ и минусовой камерой дифманометра, выход длинной пьезометрической трубки соединен параллельно с вторым РРВ, плюсовой камерой дифманометра и напоромером, первый вход ЛМБ совмещен с первым входом первого ЛЭ "ПАМЯТЬ", выход которого соединен с первым входом первого ЛЭ ИЛИ-НЕ, первый выход которого через первый ЭАП соединен с приводом ЗРК на линии подачи теплоносителя в рубашку реактора, второй выход первого ЛЭ ИЛИ-НЕ через МП соединен с двигателем шнекового дозатора подачи сыпучего компонента в реактор, второй вход ЛМБ совмещен с первым входом второго ЛЭ "ПАМЯТЬ", выход которого соединен с первым входом второго ЛЭ ИЛИ-НЕ, два параллельных выхода которого соединены, соответственно, через второй и третий ЭАП с приводами ЗРК на линиях подачи хладагента через змеевик и жидкого компонента в реактор, третий и четвертый входы ЛМБ совмещены, соответственно, с вторыми входами первого и второго ЛЭ ИЛИ-НЕ, выход измерителя СЗР параллельно соединен с первым, вторым и третьим БЗ, выход первого БЗ соединен с вторым входом первого ЛЭ "ПАМЯТЬ", выход второго БЗ соединен параллельно с третьим входом первого ЛЭ "ПАМЯТЬ" и вторым входом второго ЛЭ "ПАМЯТЬ", выход третьего БЗ соединен с первым входом ЛТМЭ "2 или 3", выходы БЗ плотности и электропроводности раствора соединены, соответственно, с вторым и третьим входами ЛТМЭ "2 из 3", выход которого параллельно соединен с третьим входом первого ЛЭ ИЛИ-НЕ, третьим входом второго ЛЭ "ПАМЯТЬ" и входом ЛЭ "ТАЙМЕР", выход которого соединен через ЭДП с приводом КРР.

В порядке обоснования соответствия отличительных признаков критерию "изобретательский уровень" приводим следующие доказательства.

1. При любом управлении технологическим процессом главной проблемой остается как достоверность, так и своевременность получаемой информации. Данные же аналитического анализа по приготовленному раствору оператор получает, как правило, с опозданием, когда скорректировать режим процесса уже невозможно или необходимость ожидания их получения ведет к неоправданному затягиванию длительности процесса.

Следует отметить явные преимущества применения приборов аналитического контроля и количественных измерений для управления процессами приготовления растворов, так как они, хотя и являются менее точным методом в сравнении с лабораторным анализом, но, обладая практической безынерционностью по информативности, могут успешно соперничать с абсолютно точным методом, но с запаздыванием более 1 ч. Методы же лабораторного анализа с длительностью в 5-6 ч уже практически не несут никакой ценной информации для управления процессом.

Наиболее качественная информация может быть получена при измерении параметров, непрерывно отражающих ход протекания процесса приготовления раствора. Желательно при этом использовать такие параметры контроля, измерение которых реализуется относительно простыми средствами автоматизации. В большинстве случаев этим условиям отвечают электропроводность, плотность раствора и СЗР, поскольку между концентрацией компонента и указанными параметрами контроля существует однозначная зависимость (таблица). Это позволяет определять степень завершенности процесса приготовления раствора по абсолютным значениям электропроводности, плотности и СЗР. К тому же пьезометрический уровнемер, обладая многофункциональными возможностями, обеспечивает контроль СЗР с учетом изменения и плотности раствора.

3. При наличии в системе управления процессом автоматических измерителей качественных и количественных показателей раствора даже при ручном управлении удается получить существенный экономический эффект, так как при этом обеспечивается возможность вмешательства оператора не периодически по полученных данных лабораторного анализа, а постоянно, при обнаружении недопустимых отклонений в показаниях приборов. Это предопределяет сохранность качественных показателей раствора, в наибольшей степени приближенных к заданным, а следовательно, и обеспечит получение раствора требуемой концентрации, что исключает дальнейший синтез некондиционного целевого продукта.

4. Применение трехпараметрической системы контроля в приготовлении растворов позволяет отказаться от необходимости установки дополнительных расходных емкостей для предварительного отмеривания необходимых объемов исходных компонентов или применения счетчиков количества только одного из поступающих в РПНД компонента. Это дает возможность устранить стадию предварительной закачки исходных компонентов в расходные емкости, а подачу компонентов в РПНД для приготовления растворов осуществлять непосредственно из емкости-хранилища. Кроме того, контроль СЗР РПНД, являясь более универсальным параметром, используется не только при загрузке первого и второго компонента в РПНД в процессе приготовления раствора, но и при разгрузке РПНД по завершении стадии приготовления раствора требуемой концентрации, контролируя полноту его опорожнения.

5. Использование трехпараметрической системы контроля для приготовления растворов позволяет реализовать высоконадежной ЛТМЭ "2 из 3" обработки поступающей информации, устраняющий как опасные отказы, так и ложные срабатывания при выработке управляющих воздействий.

6. Применение интегрированных систем для автоматизированного управления при приготовлении растворов заданной концентрации, осуществляющих сбор и обработку поступающей информации, ее видеографическое отображение, регистрацию информационных сводок, а также контроль, регулирование, управление и сигнализацию, устраняет необходимость установки щитов со вторичными приборами и ведения громоздких записей в операционных журналах, что существенным образом повышает информационное обеспечение и надежность в управлении процессом при приготовлении растворов.

7. Установка ЭАП и ЭДП непосредственно у приводов ЗРК и КРР реализует управляющие каналы практически безынерционными, что способствует повышению надежности в приготовлении растворов требуемой концентрации.

Сущность предложенного технического решения поясняется функциональными схемами автоматического управления процессами приготовления растворов в РПНД из жидких компонентов (фиг.1), из жидкого и сыпучего компонентов (фиг.2), структурными схемами избирательного управления температурным режимом (фиг.3) и секвенциального управления материальными потоками компонентов (фиг.4).

1. РПНД, предназначенный для приготовления раствора заданной концентрации из исходных жидких компонентов.

РПНД 1 снабжен (фиг.1) в качестве теплообменных устройств рубашкой 2 и змеевиком 3, мешалкой 4, редуктором 5 с двигателем мешалки 6, вытяжной системой 7 для отвода газообразных продуктов, КРР 8, а также патрубками: 9 и 10 материальных потоков последовательной подачи второго до отметки 11 и первого до отметки 12 компонентов в РПНД, 13 и 14 энергетических потоков подачи теплоносителя через рубашку 2 и хладагента через змеевик 3.

1. В РПНД контролируют:

Температуру раствора с помощью датчика 15 и МПУ 16, снабженного нормирующими преобразователями, монитором и принтером; электропроводность раствора посредством кондуктометра 17 и МПУ 16; плотность раствора с помощью измерительной (более длинной) трубки 18 и дополнительной (короткой) трубки 19, каждая из которых снабжена, соответственно, своими РРВ 20 и 21, дифманометра 22 и МПУ 16; СЗР посредством длинной трубки 18, напоромера 23 и МПУ 16.

2. В РПНД регулируют температуру по сигналу с датчика 15 и команде с МПУ 16:

В режиме ее подъема и стабилизации на стадии пуска при и после загрузки второго компонента воздействием через ЭАП 24 на привод ЗРК подачи теплоносителя в рубашку 2 РНПД 1, в режиме ее стабилизации на стадии дозировки первого компонента до отметки 12 с воздействием через ЭАП 26 на привод ЗРК 27 подачи первого компонента; в режиме стабилизации на стадиях выдержки и разгрузки с воздействием в зависимости от знака ее отклонения либо через ЭАП 24 на привод ЗРК 25 подачи теплоносителя в рубашку 2, либо через ЭАП 28 на привод ЗРК 29 подачи хладагента через змеевик 3.

3. На РПНД управляют по команде с МПУ 16:

Подачей второго компонента воздействием через ЭДП 30 на привод ЗРК 31 по достижении отметки 11; подачей первого компонента воздействием через ЭАП 26 на привод ЗРК 27 по достижении двух ЗАЗ параметров из трех контролируемых; разгрузкой реактора воздействием по окончании стадии выдержки, определяемой необходимой ее длительностью для выравнивания концентрационных полей в приготовленном растворе, через ЭДП 32 на привод КРР 8.

2. Установка для приготовления раствора из жидкого и сыпучего компонентов.

Оно состоит (фиг.2) из собственно РПНД 1 и шнекового дозатора 2 сыпучего компонента. РПНД 1 снабжен теплообменными устройствами: рубашкой 3 и змеевиком 4, мешалкой 5, редуктором 6 с двигателем мешалки 7, вытяжной системой 8, КРР 9, патрубками подачи: материального потока 10 жидкого компонента в реактор до отметки 11, энергетических потоков: 12 теплоносителя через рубашку, 13 хладагента через змеевик.

Для подачи сыпучего компонента предназначен шнековый дозатор 2, включающий в себя бункер 14 с сыпучим компонентом 15, редуктор 16 с двигателем 17. Уровень раствора в РПНД после отдозировки сыпучего повышается до отметки 18.

1. В РПНД контролируют:

Температуру раствора с помощью датчика 19 и МПУ 20; электропроводность раствора посредством датчика 21 и МПУ 20; плотность раствора с помощью двух пьезометрических трубок: измерительной (длинной) 22 и дополнительно (короткой) 23, каждая из которых оснащена своими РРВ 24 и 25, дифманометра 26 и МПУ 20; СЗР посредством длинной трубки 22, напоромера 27 и МПУ 20.

2. В РПНД регулируют температуру раствора по сигналу с датчика температуры 19 и команде с МПУ 20; в режиме ее подъема и стабилизации на стадии загрузки жидкого компонента воздействием через ЭАП 28 на привод ЗРК 29 на линии подачи теплоносителя в рубашку 3; в режиме ее стабилизации на стадии дозировки сыпучего компонента воздействием через МП 30 на двигатель 17 шнекового дозатора 2; в режиме ее стабилизации на стадиях выдержки и разгрузки РПНД воздействием в зависимости от знака ее отклонения либо через ЭАП 28 на привод ЗРК 29 подачи теплоносителя через рубашку 3, либо через ЭАП 31 на привод ЗРК 32 подачи хладагента через змеевик 4.

3. На РПНД управляют по команде с МПУ 20 подачей жидкого компонента воздействием через ЭДП 33 на привод ЗРК 34 до отметки 11; подачей сыпучего компонента воздействием через МП 30 на двигатель 17 шнекового дозатора 2 до момента достижения двух заданных значений параметров из трех контролируемых. При этом уровень раствора повышает до отметки 18. Разгрузкой РПНД воздействием через ЭДП 35 на привод КРР 9 по окончании стадии выдержки.

Через X₁ X₄ обозначены информационные каналы, поступающие на вход МПУ 16 (фиг.1) или на вход МПУ 20 (фиг.2).

Через У₁ У₅ обозначены командные сигналы, вырабатываемые, соответственно, МПУ 16 и МПУ 20.

Структурная схема избирательного управления температурным режимом (фиг. 3) состоит из БЗ 36 по температуре, ПД-регулятора 37, ПЗ-регулятора 38, РПС 39, двух ЛЭ "ПАМЯТЬ_1,2" 40 и 41, двух ЛЭ ИЛИ-НЕ_1,2 42 и 43.

Структурная схема секвенциального управления материальными потоками (фиг.4) включает в себя три БЗ_2,3,4 44, 45 и 46, настроенные на разные значения СЗР (₀₉ нулевая, ₁₉ половинная: отметки по уровню 11 на фиг.1 и 2; ₂₉ предельная: отметки по уровню 12 на фиг.1 и 18 на фиг.2), БЗ₅ 47 электропроводности раствора (₉), БЗ₆ 48 по плотности раствора (₉), ЛТМЭ 49, реализующий логическую функцию "2 из 3" при выработке выходного сигнала И₉, и "ТАЙМЕР" 50 при выработке управляющего сигнала Y₅ для разгрузки РПНД.

Устройство управления процессом приготовления растворов заданной концентрации функционирует следующим образом:

При получении сигнала об отсутствии раствора в РПНД по команде с БЗ₂ 44, поступающей в блокирующую цепь первого ЛЭ "ПАМЯТЬ" 40, с ПД-регулятора температуры 37 через первый ЛЭ ИЛИ-НЕ 42 направляется управляющий сигнал (У₁) через ЭАП 24 (28) на привод ЗРК 25 (29) подачи теплоносителя в рубашку РПНД и вырабатывается команда (У₂) через ЭДП 26 (33) на привод ЗРК 27 (34) подачи второго компонента в РПНД.

С достижением установленной СЗР РПНД по второму компоненту БЗ₃ 45 поступает сигнал ₁ на первый ЛЭ "ПАМЯТЬ₁", выполняя деблокирующую функцию, и на второй ЛЭ "ПАМЯТЬ₂", выполняя блокирующую функцию. При этом ЗРК 25 (29) и 27 (34) закрываются, отсекая подачу второго компонент в РПНД и теплоносителя в рубашку, а с РПС 39, по стабилизации температурного режима подачей первого компонента, поступает сигнал последовательно через вторые ЛЭ "ПАМЯТЬ₂" и ИЛИ-НЕ₂ по каналу У₃ и через ЭДП 29 (31) на привод ЗРК 28 (32) максимальной подачи хладагента через змеевик РПНД, и по каналу У₄ с воздействием через ЭАП 30 на привод ЗРК 31 управляемой подачи первого жидкого компонента или через МП 30 на двигатель 17 шнекового дозатора управляемой подачи сыпучего компонента.

Когда три контролируемых компонента достигнут заданных значений по СЗР (₂), плотности (₉) и электропроводности (₉) с БЗ₄ 46, БЗ₅ 47 и БЗ₆ 48 поступают дискретные сигналы на ЛТМЭ "2 из 3" 49 для выработки управляющего сигнала И₃, поступающего параллельно на второй ЛЭ "ПАМЯТЬ₂" 41 для снятия блокировки, на первый ЛЭ ИЛИ-НЕ₁ 42, на второй ЛЭ ИЛИ-НЕ₂ 43 и на "ТАЙМЕР" 50 с отключением предыдущих управляющих контуров по материальным и энергетическим потоком и с подключением в контур управления температурным режимом ПЗ-регулятора 38 с поочередным воздействием на энергетические потоки через ЭАП 24 (28) на привод ЗРК 25 (29) подачи теплоносителя через рубашку, а через ЭАП 29 (31) на привод ЗРК 28 (32) подачи хладагента через змеевик.

По истечении определенного времени, необходимого для выравнивания концентрационных полей в приготовленном растворе, с "ТАЙМЕРА" 50 поступает сигнал У₅ с воздействием через ЭДП 32 (35) на привод КРР 8 (9) для слива содержимого РПНД в емкость-хранилище. По опорожнении РПНД по сигналу _o система управления подготовлена к следующему циклу приготовления раствора.

Таким образом, повышению эффективности управления процессом приготовления растворов требуемой концентрации способствуют:

1. применение малоинерционных, простых и универсальных измерительных систем по контролю СЗР, плотности и электропроводности раствора.

2. дублирование по контролю состава раствора тремя измерительными системами.

3. построение ЛТМЭ "2 из 3" в обработке дискретных сигналов.

4. реализация устройств управления на базе микропроцессорной техники, предназначенной для решения задач автоматизации объектов малого масштаба.

Совместное действие указанных факторов приводит к повышению в 2-3 раза информационного обеспечения при приготовлении растворов требуемой концентрации и на 10-15% увеличивает надежность в управлении процессом приготовления самих растворов.