Дозирование с поддержанием концентрации потока
Особое место среди задач пропорционального дозирования занимает дозирование смесей с поддержанием требуемого расхода одного из компонентов. Такая задача возникает в некоторых производствах, когда в силу различных отклонений технологического процесса получается продукт переменной концентрации, а для дальнейшей переработки оптимальной является определенная концентрация. В таких случаях продукт доводится до нужной концентрации различными способами. Одним из способов является дозирование продукта и разбавителя в определенных пропорциях, обеспечивающих получение требуемой концентрации.
Можно наметить несколько случаев дозирования смеси переменной концентрации:
- расход продукта является задающим и, в частности, постоянным,
- расход разбавителя является задающим и, в частности, постоянным,
- задающим является суммарный расход продукта и разбавителя.
Различие перечисленных задач приводит к различным решениям дозирующих устройств. Для дозирования с поддержанием заданного значения содержания компонента возможно применение дозаторов жидкости непрямого действия с датчиками состава жидкости. Имеется целый ряд датчиков на емкостном и кондуктометрическом принципах, позволяющих вести непрерывный контроль состава отдельных жидких сред.
Для многих продуктов дозирующие устройства этого типа могут быть построены на учете изменения плотности жидкости в зависимости от концентрации. Графики рис. 1, а также рис. 2 наглядно показывают зависимость плотности некоторых растворов от концентрации. Для ряда веществ эта зависимость носит линейный характер или близка к линейной. В других случаях эта зависимость может быть принята с достаточным приближением линейной в пределах возможных колебаний концентрации.
Рис. 1. Схема пропорционатора для поддержания концентрации.
Исходя из указанной предпосылки, нетрудно показать, что
Qp/Qп = Nф/Nз - 1,
где Qp , Qп - расходы продукта и разбавителя соответственно;
Nф , Nз - концентрация заданная и фактическая.
Отсюда, принимая различные способы регулирования расхода, можно определить соотношения регулируемых параметров на обоих потоках для различных случаев.
Основным уравнением, из которого могут быть получены соотношения параметров, является
hр/hп = (μp Sp/ μpSп)2 = ((γф - γз)/( γз - γо))2,
где γо , γз, γф - плотности разбавителя, заданная и фактическая соответственно.
Так, полагая постоянными величинами сечения проходных отверстий и обозначая
(μp Sp/ μpSп)2 = m,
получаем соотношение напоров продукта и разбавителя в зависимости от плотностей
hр/hп = m (γф - γз)/( γз - γо).
Регулирование напора является наиболее удобным при реализации дозирующих устройств прямого действия.
Рис. 2. Зависимости плотности и вязкости водных растворов глицерина от концентрации N.
Пропорциональные дозаторы могут быть выполнены по различным схемам в соответствии с поставленными задачами. В случае, если расход продукта является задающим, пропорциональный дозатор может быть выполнен по схеме рис. 3,а. Здесь между напорами продукта и разбавителя поддерживается определенное соотношение, изменяющееся в зависимости от концентрации продукта за счет глубины погружения поплавка. Жидкость в отсеке разбавителя держится на постоянном уровне с помощью поплавкового клапана. Изменение производительности достигается перестановкой вентиля на потоке продукта и одновременной перестановкой тяги поплавка. Посредством вентиля также производится первичная настройка дозатора на нужный закон пропорциональности. При поплавке типа 1 этот дозатор жидкости обеспечивает пропорциональное дозирование с Q1/Q2 =A = const. Величина отношения A задается посредством изменения проходного сечения потока (1) вентилем.
Рис. 3. Зависимости отношения расходов продукта Qп и разбавителя Qр от концентрации.
В случае постоянства расхода разбавителя устройство представляет дозатор по схеме рис. 30,б с соответствующим образом рассчитанным поплавком. При переменном расходе разбавителя может быть использована схема рис. 4.
Рис. 4. Пропорционатор прямого действия.
1 - сужающее устройство, 2 - импульсные трубки, 3 - игольчатый клапан,
4,5,6 - мембранный сервопривод профильного тела 10, 7 - рычаг, 8 - поплавок с тягой 8, 11 - газоотвод.
Для случая поддержания заданного значения суммарного расхода дозатор жидкости должен иметь отсеки для продукта и разбавителя с поддержанием уровня. В отсеке продукта размещается профильный поплавок, управляющий положением диска в цилиндрическом формирователе на потоке продукта и одновременно положением профильного регулирующего органа на потоке разбавителя. Возможны также и другие способы .использования рассмотренных схем, например, поддержание соотношения объемного и массового расхода двух потоков.
Расчет пропорциональных дозаторов состоит в выборе пределов сечений и напоров и определения профилей отдельных элементов. Выбор сечений и напоров производится на основании данных о требуемой производительности и пределах ее изменения по каждому потоку с учетом достижения требуемой точности. Определение фактического расхода потоков переменной концентрации производится по формуле (Qp/Qп = Nф/Nз - 1). В остальном порядок выбора сечений и напоров остается тем же, что и для дозаторов прямого действия.
Методики определения профилей поплавков и регулирующих органов в основном аналогичны методикам, применяемым к рабочим органам и датчикам дозаторов жидкости прямого действия. Отличие методики определения профиля поплавка состоит лишь в том, что при силовом расчете необходимо учитывать все силы, действующие в обоих отсеках дозатора. Силы переносятся по общеизвестным правилам к одной точке - поплавку. При расчете профиля регулирующих органов следует учитывать передаточное отношение от поплавка, размещенного в продукте, к регулирующему органу в разбавителе.
Регулируемые параметры и профили поплавков и регулирующих органов для важнейших случаев приведены в табл. 16.
Таблица 16.
Следует отметить, что указанные в таблице зависимости получены для стабильных в процессе работы характеристик жидкостей.
При работе с жидкостями в условиях переменной температуры и давления необходимо учесть изменение их характеристик и провести коррекцию профилей или ввести специальные компенсационные устройства. Для многих жидкостей может не оказаться нужных характеристик, и тогда, прежде чем переходить к расчету элементов дозатора, проводят исследования с целью определения физических свойств и характеристик жидкости.