SU842730A1 - System for regulating concentration of surface-active substance in a solution - Google Patents

Description

II

Изобретение относитс  к технике измерени  и регулировани  физико-химических свойств жидких сред и может быть использовано дл  автоматического регулировани  кон-центрации поверхностно-активного вещества (ПАВ) в технологических растворах при производстве ПАВ и их применении в нефте-химической, нефтеперерабатывающей , угольной и других отрасл х промышленности , где технологические процессы протекают с применением растворов ПАВ.The invention relates to a technique for measuring and controlling the physicochemical properties of liquid media and can be used to automatically control the concentration of surfactant in process solutions in the production of surfactants and their use in the petrochemical, oil refining, coal and other industries. x industries, where technological processes occur with the use of surfactant solutions.

Известно устройство дл  измерени  поверхностного нат жени  (ПН) жидкостей, работающее по методу максимального давлени  в газовом пузырьке, выход щем из отверсти  калиброванного капилл ра, содержащее пневматическую дроссельную и электрическую схемы измерени , пневмоэлектрический преобразователь, капилл р и барботажную трубку, задатчик времени существовани  поверхности раздела фаз, формирователи большого и малого пневматических подпоров и синхронизатор режима образовани  пузырьков 1.A device for measuring the surface tension (PN) of liquids, operating according to the method of maximum pressure in a gas bubble exiting a calibrated capillary orifice, containing a pneumatic throttle and electrical measuring circuit, a pneumoelectric transducer, a capillary tube and a bubbling tube, set the time of surface phase separation, formers of large and small pneumatic supports and synchronizer of bubble formation mode 1.

Однако с помощью этого устройства мож но только измер ть поверхностные свойства приготавливаемых растворов.However, with the help of this device, one can only measure the surface properties of the prepared solutions.

Наиболее близкой к предлагаемой по своей сущности  вл етс  система, содержаща  датчики расхода веществ, например поверхностно-активного вещества и растворител , подключенные к регул тору соотношени , выход которого соединен с управл ющим входом исполнительного механизма , установленного на одной из линий подачи вещества в смеситель 2.Closest to the proposed essence is a system containing flow sensors, such as a surfactant and solvent, connected to a ratio controller, the output of which is connected to the control input of an actuator mounted on one of the substance supply lines to the mixer 2 .

Недостатком известных систем  вл етс  невозможность автоматического регулирова-. ни  качества раствора по необходимому параметру качества выходного продукта.A disadvantage of the known systems is the impossibility of automatic regulation. nor the quality of the solution according to the required quality parameter of the output product.

Кроме того, на качество выходного продукта при приготовлении раствора ПАВ вли ют и физико-химический состав растворител , который Может измен тьс  во времени (например водопроводна  вода дл  In addition, the quality of the final product during the preparation of the surfactant solution is also affected by the physicochemical composition of the solvent, which may vary over time (for example, tap water for

S водорастворимых ПАВ).S water soluble surfactant).

Цель изобретени  - повышение точности путем регулировани  качества приготавливаемого раствора поверхностно-активного вещества независимо от измен ющихс  свойств исходных смешиваемых поверхностно-активного вещества и его растворител .The purpose of the invention is to improve the accuracy by controlling the quality of the surfactant solution being prepared, regardless of the changing properties of the initial surfactant and the solvent to be mixed.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в систему регулировани  концентрации поверхностно-активного вещества в растворе, содержащую датчики расхода поверхностноактивного вещества и растворител , подключенные к регул тору соотнощени , выход которого соединен с управл ющим входом исполнительного механизма, установленного на одной из линии подачи вещества и смеситель, устанс лены блок измерени  поверхностного нат жени  жидкости, барботажна  трубка и капилл р которого размещены в кювете, подключенной к выходу смесител , и подключенный к выходам блока измерени  поверхностного нат жени  жидкости дифференциальный усилитель давлени , выход которого подключен к корректирующему входу регул тора соотнощени .The goal is achieved by the fact that the system for controlling the concentration of a surfactant in a solution contains sensors for the consumption of a surfactant substance and a solvent connected to a ratio controller, the output of which is connected to the control input of an actuator mounted on one of the supply lines of the substance and the mixer The unit for measuring the surface tension of the liquid, the bubbling tube and the capillary of which are placed in a cuvette connected to the mixer outlet, is connected to A differential pressure booster connected to the outputs of the liquid surface tension measuring unit, the output of which is connected to the corrective input of the ratio controller.

На чертеже приведена принципиальна  схема системы автоматического регулировани  концентрации поверхностно-активного вещества в растворе.The drawing is a schematic diagram of a system for automatically controlling the concentration of a surfactant in a solution.

Система состоит из измерительного капилл ра 1 и барботажной трубки 2, размещенных в исследуемый раствор, движущийс  через проточную кювету 3 пневматической дроссельной измерительной схемы, включающей регулируемые пневмосопротивлени  4 и 5, задагчик времени существовани  поверхности раздела фаз, выполненного на трехмембранном реле 6, регулируемом пневмосопротивлением 7 и посто нной пневмоемкостью 8; формирователей больщого и малого пневматических подпоров, собранных соответственно на посто нных пневмосопротивлени х 9 и 10 и на регулируемых пневмосопротивлени х 11 и 12; синхронизатора режима образовани  пузырьков, собанного на реле 13 вместе с управл емым коммутирующим устройством, собранным на реле 14; смесител  15 дифференциального усилител  16 давлени  и регул тора 17 соотнощени  с коррекцией по третьему параметру.The system consists of a measuring capillary 1 and a bubbling tube 2 placed in the test solution moving through the flow cell 3 of a pneumatic throttle measuring circuit including adjustable pneumatic impedances 4 and 5, set for the time of existence of the interface, controlled by pneumatic impedance 7 and constant pneumatic capacity 8; formers of large and small pneumatic supports, assembled respectively at constant pneumatic resistances 9 and 10 and at adjustable pneumatic resistances 11 and 12; a bubble mode synchronizer assembled on the relay 13 together with a controllable switching device assembled on the relay 14; the mixer 15 of the differential pressure amplifier 16 and the ratio controller 17 with the correction according to the third parameter.

Задатчик времени существовани  поверхности раздела фаз выполнен по известной схеме в виде генератора пр моугольных пневматических импульсов. Врем  существовани  поверхности раздела фаз настраивают с помощью регулируемого пневмосопротивлени  7. Стабилизатор пневматического питани  состоит из щарикового стабилизатора 18 и посто нного пневмосопротивлени  19. Элементы 1, 2, 4 - 14, 18 и 19 составл ют измерени  поверхностного нат жени  жидкости.The unit for the time of existence of the interface is made according to the well-known scheme in the form of a generator of rectangular pneumatic pulses. The lifetime of the interface is adjusted using adjustable pneumatic resistance 7. The pneumatic power stabilizer consists of a ball stabilizer 18 and constant pneumatic resistance 19. Elements 1, 2, 4-14, 18 and 19 measure the surface tension of the liquid.

Дифференциальный усилитель 16 давлени  предназначен дл  усилени  измеренной разности давлени  в газовых пузырьках , синхронно образующихс  из измерительного капилл ра и барботажной трубки , в исследуемый раствор в момент максимальных в них давлений, пропорциональной поверхностному нат жению исследуемого раствора и преобразовани  этой разности давлений в унифицированный пневматический сигнал 0,2-1,4 10 кПа. Он состоит , например, из корпуса 20, двух герметично разобщенных сильфонов 21, жестко соединенных с рычагом 22, управл ющим заслонкой регулируемого пневмосопротивлени  23 и посто нного пневмосопротивлени  24.The differential pressure amplifier 16 is designed to amplify the measured pressure difference in gas bubbles synchronously formed from the measuring capillary and the bubbling tube into the test solution at the time of their maximum pressure proportional to the surface tension of the test solution and convert this pressure difference to a unified pneumatic signal 0 2-1.4 10 kPa. It consists, for example, of a housing 20, two hermetically sealed bellows 21, rigidly connected to a lever 22, an adjustable pneumatic resistance valve 23 and a constant pneumatic resistance valve 24.

В предлагаемой системе может быть использован также любой другой известный дифференциальный усилитель давлени  с унифицированным выходным пневматичесКИМ сигналом.In the proposed system, any other known differential pressure amplifier with a unified pneumatic output signal can also be used.

Регул тор 17 соотнощени  двух потоков с коррекцией соотношени  по третьему параметру примен емый в предлагаемой снстеме (например регул тор ПРЗ-24 системы «Старт), позвол ет вырабатывать выходной аналоговый пневматический сигнал , поступающий на вход мембранного исполнительного устройства 25 (например типа ПКН) пропорциональный настроенному соотнощению потоков, причем величина настройки соотнощени  в процессе работы регул тора может измен тьс  пропорционально изменению усиленной разности давлений, измеренной с помощью измерительного капилл ра и барботажной трубки , пропорциональной поверхностному нат жению исследуемого раствора, поддержива  эту разность посто нной путем изменени  соотнощени  дозируемых и смеиливаемых ПАВ и его растворител .The regulator 17 of the ratio of the two streams with the correlation of the ratio of the third parameter used in the proposed system (for example, the PRZ-24 controller of the Start system) allows producing an analog output pneumatic signal to the input of the diaphragm actuator 25 (for example, type PKN) proportional adjusted flow ratio, and the value of the ratio setting during the operation of the regulator may vary in proportion to the change in the amplified differential pressure measured with a meter The leg of the capillary tube and bubble proportional to surface tension of the test solution, maintaining this difference constant by varying sootnoscheni weighed and smeilivaemyh surfactant and solvent.

0 Корректирующий вход регул тора соединен непосредственно со входом дифференцтального усилител  давлени , а два других входа регул тора соединены с лини ми подачи ПАВ и его растворител  посредством известных разделителей 26 (в качестве которых могут примен тьс  и датчики расхода). Проточна  кювета 3 предназначена дл  непрерывного отбора и обеспечени  плоскопараллельного течени  исследуемого раствора ПАВ и его растворител 0 The correction input of the regulator is connected directly to the input of the differential pressure amplifier, and the other two inputs of the regulator are connected to the supply lines of the surfactant and its solvent by means of known separators 26 (which can also be used as flow sensors). The flow cell 3 is designed to continuously select and provide a plane-parallel flow of the surfactant solution and its solvent under study.

0 в процессе измерени  и регулировани . Конструктивно проточна  кювета выполнена в виде желоба с входным щтуцером на уровне дна и выходным щтуцером, соединенным с плавнорасщир ющимс  раструбом , расположенным на уровне переточ5 ной кромки, ограничивающей верхний уровень исследуемого раствора в кювете. Линии 27-2ff обеспечивают подвод растворител  и поверхностно-активного вещества, ную трубку 2 погружают в исследуемый раст.0 in the process of measurement and regulation. Constructively, the flow cell is made in the form of a gutter with an inlet shtuzer at the bottom level and an outlet shuntur connected to a smoothly expanding socket located at the level of the drip edge, limiting the upper level of the test solution in the cuvette. Lines 27-2ff provide a supply of solvent and surfactant, tube 2 is immersed in the studied plant.

о Работа системы автоматического регулировани  концентрации поверхностноактивных веществ в растворе осуществл етс  следующим образом.The operation of the system for automatically controlling the concentration of surface active substances in a solution is carried out as follows.

Измерительный капилл р 1 и барботаж5 вор ПАВ на одинаковую глубину. В схему подают пневматическое питанне давлением 1,4 10 кПа. С помощью пневмосопротивлени  7 настраивают необходимое врем Measuring capillary p 1 and bubbling 5 thief surfactant at the same depth. In the scheme serves pneumatic nutrition pressure of 1.4 to 10 kPa. Using pneumatic resistance 7, adjust the required time.

существовани  поверхности раздела фаз жидкость - газ. От формировател  12 Малого пневматического подпора к капилл ру подводитс  посто нный пневматический сигнал величиной больше давлени , создаваемого столбом жидкости, равной глубине погружени  капилл ра, но меньше максимального давлени  в газовом пузырьке , образующемс  из капилл ра, в момент его отрыва. Под действием этого давлени  мениск жидкости опускаетс  и удерживаетс  в положении, близком к нижней кромке измерительного капилл ра. Через заданное врем  от формировател  10 большого пневматического подпора на измерительный капилл р поступает пневматический импульс давлени , под действием которого растет внутреннее давление в газовом пузырьке до максимального, после чего происходит его отрЫв. Временем подачи давлени  малого и большого подпора управл ет задатчик времени существовани  поверхности раздела фаз, собранный на пневмореле 6, причем в момент подачи импульса давлени  большого подпора формирователь малого подпора отключаетс , а давление в газовом пузырьке растет до максимального за счет давлени  большого подпора Аналогично подаютс  давлени  малого и большого пневматического подпора на барботажную трубку через п.невмосопротивлени  11 и 9. Синхронностью образовани  газовых пузырьков из измерительного капилл ра и барботажной трубки управл ет синхронизатор режима образовани  пузырьков.the existence of a liquid-gas interface. A shunt pneumatic signal is supplied from shaper 12 Small air pressure to the capillary. Under the action of this pressure, the meniscus of the liquid is lowered and held in a position close to the lower edge of the measuring capillary. After a predetermined time, a pneumatic pressure impulse comes from the large pneumatic head generator 10 to the measuring capillary, under the action of which the internal pressure in the gas bubble rises to its maximum, after which it is extracted. The time for supplying pressure of small and large backwaters is controlled by the setter of time for existence of the interface, collected at pneumorel 6; small and large pneumatic backpressure to the bubbling tube through the resistors 11 and 9. The synchronous formation of gas bubbles from the measuring capillary and a bubble tube is controlled by a bubble mode synchronizer.

После достижени  максимальных давлений в газовых пузырьках измерительного капилл ра, барботажной трубки и отрыва пузырьков от них система приходит в исходное положение: закрываютс  выходы -формировател  малого подпора. Мениски жидкости в измерительном капилл ре и барботажной трубке опускаютс  в нижнее положение и удерживаютс  в нем до поступлени  следующего управл ющего импульса от задатчика.After reaching the maximum pressure in the gas bubbles of the measuring capillary, the bubbling tube, and the separation of the bubbles from them, the system returns to its original position: the outlets of the small backwater former are closed. The menisci of the liquid in the measuring capillary and the bubbling tube are lowered to the lower position and held there until the next control pulse from the setter.

Сформированна  разность давлений поступает на вход дифференциального усилител  16 давлений, усиливаетс  и поступает на корректирующий вход регул тора 17 соотношени . Усилитель настраивают таким образом, что заданному минимальному значению разности давлений, соответствующей номинальной концентрации конкретного ПАВ и поступающей на входы усилител , соответствует усиленный им сигнал, равный 0,2 10 кПа, а по мере уменьшени  концентрации ПАВ в растворе ниже оптимальной поверхностное нат жение возрастает , что приводит к возрастанию разности давлений, поступающей на входы усилите-, л , и выходной сигнал пропорционально увеличиваетс  до значени  1,4-10 кПа. При зозрастании концентрации ПАВ в растворе или поверхностной активности ПАВ выше оптимальной поверхностное нат жение уменьшаетс , что приводит к уменьшению разности давлени  на входе дифференциального усилител  и усиленного пневматического сигнала на его выходе.The generated pressure difference is fed to the input of the differential pressure amplifier 16, amplified and fed to the corrective input of the ratio controller 17. The amplifier is adjusted in such a way that the specified minimum value of the pressure difference corresponding to the nominal concentration of a specific surfactant and entering the amplifier inputs corresponds to an amplified signal equal to 0.2–10 kPa, and as the surfactant concentration in the solution decreases below the optimum, the surface tension increases, which leads to an increase in the pressure difference supplied to the inputs of amplification, l, and the output signal increases proportionally to a value of 1.4-10 kPa. When the surfactant concentration in the solution increases or the surfactant surface activity exceeds the optimum, the surface tension decreases, resulting in a decrease in the pressure difference at the input of the differential amplifier and an amplified pneumatic signal at its output.

Усиленный корректирующий сигнал, пропорциональный поверхностному нат жению раствора ПАВ, поступающий на вход регул тора 17, корректирует его настроенноеThe amplified correction signal, proportional to the surface tension of the surfactant solution supplied to the input of the regulator 17, corrects its adjusted

значение соотношени  таким образом, что при увеличении корректирующего сигнала выходной сигнал регул тора увеличиваетс  и наоборот.the value of the ratio is such that as the correction signal is increased, the output of the controller increases and vice versa.

Выходной управл ющий сигнал регул тора соотношени  поступает в верхнюю управл ющую камеру мембранного исполнительного устройства 25, наход щегос  на линии подачи растворител , примен емого ПАВ. Мембранное исполнительное устройство приводит в движение щток, соединенный с плунжером проходного регулирующего клапана. Регулирующий клапан, перемеща сь пропорционально управл емому сигналу регул тора, регулирует расход растворител  ПАВ в линии его подачи 27 в смеситель 15. По линии 28 подThe output control signal of the ratio controller enters the upper control chamber of the membrane actuator 25 located on the solvent supply line used by the surfactant. A diaphragm actuator drives the brush connected to the control valve plug. The control valve, moving in proportion to the controlled signal of the controller, regulates the flow of the surfactant solvent in its supply line 27 to the mixer 15. Through line 28 under

5 избыточным давлением подаетс  в смеситель смешиваемое поверхностно-активное вещество или его раствор концентрации выше необходимой. С выхода смесител  часть приготовленного раствора ПАВ непрерывно поступает по линии 29 на вход проточной5, the surfactant to be mixed is fed into the mixer with excess pressure, or its concentration is higher than necessary. From the exit of the mixer, part of the prepared surfactant solution is continuously fed through line 29 to the entrance of the flow

0 кюветы дл  измерени .0 measuring cuvettes.

Необходима  концентраци  смещиваемых ПАВ и его растворител  в приготавливаемом растворе обеспечиваетс  регулиро5 ваниём расхода растворител  при посто нном расходе ПАВ. Причем концентраци  ПАВ в растворе автоматически поддерживаетс  на таком уровне, чтобы поверхностное нат жение приготавливаемого раствора было минимальным. При отклонении поверхностных свойств исходных смешиваемых ПАВ и его растворител  от первоначальных регулируема  концентраци  их в растворе будет измен тьс  таким образом, чтобы обеспечить минимальную заданную величину поверхностного нат жени  приготавливаемого раствора ПАВ.The concentration of the surfactants to be shifted and its solvent in the prepared solution is provided by controlling the solvent consumption at a constant surfactant consumption. Moreover, the surfactant concentration in the solution is automatically maintained at such a level that the surface tension of the prepared solution is minimal. If the surface properties of the initial mixed surfactants and its solvent deviate from the initial adjustable concentration in the solution, they will be changed in such a way as to ensure the minimum specified surface tension of the prepared surfactant solution.

Использование новых элементов с целью автоматического регулировани  качества приготавливаемого раствора ПАВ независимо от измен ющихс  свойств исходныхThe use of new elements to automatically control the quality of the prepared surfactant solution, regardless of the changing properties of the original

Claims (2)

0 смещиваемых ПАВ и его растворител  позвол ет при строго фиксированном времени существовани  поверхности раздела фаз автоматически регулировать концентрацию смешиваемых компонентов с коррекцией .по необходимому поверхностному нат жению непосредственно в производственных услови х производства и применени  ПАВ, что приводит к улучшению качества выходного приготавливаемого продукта. Формула изобретени  Система регулировани  концентрации поверхностно-активного вещества в растворе , содержаща  датчики расхода поверхностно-активного вещества и растворител , подключенные к регул тору соотношени , выход которого соединен с управл ющим входом исполнительного механизма, установленного на одной из линии подачи вещества в смеситель, отличающа с  тем, что. с целью повышени  точности регулировани  в ней установлены блок измерени  поверхностного на  жени  жидкости, барботажна  трубка и капилл р которого размещены в кювете, подключенной к выходу смесител , и подключенный к выходам блока измерени  поверхностного нат жени  жидкостей дифференциальный усилитель давлени , выход которого подключен к корректирующему входу регул тора соотнощени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 603879, кл. G 01 N 13/02, 1979. The displaced surfactant and its solvent allows, for a strictly fixed period of time for the interface, to automatically adjust the concentration of the mixed components with a correction according to the required surface tension directly under the production conditions of the production and use of surfactant, which leads to an improvement in the quality of the prepared product. Claims An inventive solution concentration control system comprising a surfactant and solvent flow rate sensor connected to a ratio controller, the output of which is connected to a control input of an actuator mounted on one of the substance supply lines to the mixer, characterized by by that. In order to improve the accuracy of regulation, it is equipped with a unit for measuring the surface of the fluid, a bubbling tube and a capillary of which are placed in a cuvette connected to the mixer output and connected to the outputs of the unit for measuring the surface tension of liquids and a differential pressure amplifier whose output is connected to a correction input ratio controller. Sources of information taken into account in the examination 1. USSR author's certificate No. 603879, cl. G 01 N 13/02, 1979. 2. Авторское свидетельство СССР № 254142, кл. G 05 D 11/02, 1970 (прототип).2. USSR author's certificate No. 254142, cl. G 05 D 11/02, 1970 (prototype). .Л.L