Процессы, связанные с непрерывным производством или обработкой продуктов, в большинстве случаев требуют одинаково постоянного добавления химикатов, таких как кислоты, щелочи, красители, ароматические вещества, флокулянты и т. д. Строго говоря, термин «постоянный» относится к непрерывному, равномерному добавлению вышеупомянутых химикаты (лучше всего подойдет постоянный водопроводный кран). Однако, как будет объяснено позже, по определенным причинам подходящими оказались единицы дозирования, которые показывают значительные колебания скорости дозирования в течение периода времени в одну секунду, но которые дозируют точно такое же количество в статистическом среднем за более длительные периоды из-за равномерность этих колебаний. Для тех процессов, время производства которых составляет от нескольких минут до часов, колебания в пределах секунды не являются проблемой. Это просто вопрос фактического периода дозирования, можно ли рассматривать процесс дозирования как непрерывный или прерывистый. Если общий период дозирования составляет всего несколько секунд, колебания в пределах секунды недопустимы. Но если колебания относительно короткие по сравнению с общим периодом дозирования, так что результат соответствует непрерывному процессу дозирования, это называется «квазинепрерывным» дозированием. Таким образом, квазинепрерывное дозирование также может рассматриваться как непрерывное дозирование, если гарантируется, что в любой данный момент проверки скорость дозирования в прошлом соответствует фактическим требованиям.

Пакетное дозирование

Пакетное дозирование — это процесс измерения ограниченного количества, которое необходимо дозировать. Для этого дозатор работает либо в течение заданного периода времени, либо в течение определенного количества ходов дозирования. Другой вариант — наполнить резервуар до необходимого уровня, а затем добавить его содержимое в процесс. Если химическое вещество необходимо дозировать в систему под давлением, использование резервуаров в большинстве случаев не подходит. Вместо этого необходимо выбрать точно работающую дозирующую установку, которая может вводить химикат практически независимо от противодавления.

Дозирование пропорционально управляющему сигналу

Пропорциональное дозирование означает, что химическое вещество дозируется в другую среду, так что заданная процентная скорость остается постоянной все время. Если, например, На каждый кубический метр питьевой воды следует добавить 100 мл химического вещества, при этом должна быть разработана пропорционально работающая система дозирования, позволяющая постоянно адаптировать ее расход в соответствии с расходом воды. Очень просто, этот тип дозирования можно представить следующим образом: «0» расход воды соответствует закрытому положению клапана химиката, а макс. расход воды соответствует 100% открытому клапану. Все промежуточные значения расхода воды вызовут открытие клапана на соответствующий процент. Для измерения расхода воды, например, можно использовать индукционные расходомеры с непрерывным выходным сигналом или, например, контактные водомеры, которые устанавливают контакт на литр.

Тип или управляемость дозирующего устройства определяет, какой управляющий сигнал используется. Вышеупомянутый клапан может отлично управляться непрерывным сигналом индуктивного расходомера. Было бы так же эффективно использовать тот же сигнал для установки скорости дозирующего насоса от 0 до 100%. Здесь просто необходимо убедиться, что при скорости 100% дозируемый расход соответствует 100% расходу воды. Если расход воды измеряется измерительными приборами, которые входят в контакт после заданного количества литров (контактные водомеры), последние могут использоваться для активации дозирующего устройства на определенный период времени. Период работы должен быть завершен до получения следующего управляющего импульса. Этот тип пропорционального дозирования также позволяет производить точное дозирование в среднем за более длительные периоды времени.

Однако во время дозирования добавляемое количество больше, чем требуется в отношении расхода воды, поскольку после завершения рабочего периода дозирование не происходит в течение определенного интервала. Тщательное перемешивание обеспечивает правильную очистку воды в трубопроводной системе. Однако окончательное решение инженера-технолога о том, допустимо ли такое дозирование. Только он знает, прореагировала ли обработанная вода (или другая среда) удовлетворительным образом с химическим веществом во время и в месте применения. Для очистки питьевой воды была разработана специальная концепция дозирующего насоса: дозирующие насосы приводятся в действие соленоидом электрического хода, который преобразует контакт водомера напрямую, без редуктора, в один точный ход дозирования для добавления химиката. Непосредственная и воспроизводимая управляемость одиночного хода является предпосылкой для однородной и надежной обработки воды.

Этот метод полностью обеспечивает пропорциональное дозирование, поскольку каждый литр питьевой воды обрабатывается одинаково благодаря высокой частоте импульсов (6000 ходов в час). Благодаря современной электронике с высокой функциональностью, современные насосы с соленоидным приводом представляют собой дозирующие устройства, которые можно использовать повсеместно не только в системах очистки питьевой воды, но и в других обрабатывающих отраслях промышленности. При пропорциональном дозировании результат будет постоянным только в том случае, если все характеристики обрабатываемой среды, дозируемый химикат и данные процесса, такие как давление, температура, вязкость и т. д., Которые были учтены при проектировании системы, также остаются постоянными. Таким образом, свойства обрабатываемой воды, например, не должны изменяться, поскольку в противном случае определенное количество дозирования будет либо слишком высоким, либо слишком низким.

Если вероятны значительные изменения в свойствах воды, пропорциональное дозирование неадекватно, и дозировка должна осуществляться в соответствии с результатами измерений анализа воды. Использование пропорционального дозирования также выгодно, если технологическая система характеризуется сильными силами инерции и мертвым временем из-за больших расстояний потока через бассейны или трубопроводы, так что между добавлением дозируемого химического вещества и результатом реакции есть длительные периоды времени. Таким образом, автоматические регуляторы для прямой корректировки результата реакции (например, значения pH) приводят к небольшим колебаниям, вызванным передозировкой или недостаточной дозировкой. Пропорциональное дозирование следует за управляющим сигналом более или менее мгновенно в зависимости от расхода воды и не требует времени для анализа или какой-либо другой обратной связи от процесса. Вышеупомянутые объяснения относятся к дозированию жидкостей, а также к дозированию газа или твердых веществ.

Дозирующие насосы как корректирующие элементы в системах автоматического управления

Для получения воды определенного качества (или определенных свойств других технологических сред) может потребоваться добавление различных количеств компонентов к одному и тому же количеству воды. Поэтому пропорциональное дозирование не подходит для такого применения. Поэтому воду с очень разными свойствами необходимо обрабатывать с помощью системы дозирования, которая анализирует фактическое качество воды и соответственно определяет количество дозируемого химического вещества. Следующий пример объясняет разницу между пропорциональным дозированием и дозированием с обратной связью.

Пропорциональное дозирование

Вода с неизменными свойствами берется из одного источника. Таким образом, система дозирования для добавления дезинфицирующего средства регулируется пропорционально, гарантируя, что соответствующее количество дозируется при максимальном расходе воды. Из-за линейной пропорциональности дозировки в каждый объем воды подается соответствующее количество химического вещества. Благодаря постоянному качеству поступающей сырой воды, правильная обработка любого объема воды гарантируется в любое время.

Контролируемое дозирование

Во втором примере вода поступает из разных источников и, кроме того, смешивается с разными поверхностными водами. В этом случае сигнал потока не может указывать на необходимое количество добавляемого химиката, потому что могут потребоваться очень разные количества химиката на кубический метр из-за большого разброса качества воды. Для решения проблемы необходим метод контроля, который измеряет фактическое качество воды и соответствующим образом регулирует скорость дозирования с помощью контроллера. Таким образом, процесс дозирования точно определяется качеством воды, преобладающим в любой момент времени. Контроллер регулирует частоту хода или длину хода и, следовательно, количество, дозируемое за один ход.

Объемное дозирование

В химической и производственной технологии большое значение имеет масса обрабатываемых или производимых материалов. Объемы важны, поскольку они касаются определения размеров трубопроводных систем, резервуаров и реакторов и, конечно же, выбора дозирующих устройств. Было бы логично, если бы дозаторы подавали материалы по необходимой массе. Что касается жидкостей, то плотность и, следовательно, масса, характерная для определенного пространства, в большинстве случаев постоянны, достаточно определить объемную скорость дозирования. Если можно обеспечить достаточно точную воспроизводимость, этот метод предпочтительнее из-за его простоты. В то время как у жидкостей масса достаточно постоянна в данном объеме, у газов она сильно зависит от давления и температуры. Поэтому хлораторы должны учитывать следующие три параметра: давление, плотность и температуру. Поддерживая постоянное давление, обычно при комнатной температуре, определенная таким образом плотность также обеспечивает постоянный массовый расход при постоянном объемном расходе (по этой причине калибровочное давление и температура в основном выгравированы на расходомерах с поплавковым элементом). В случае насыпного материала плотность отдельных частиц постоянна, но эффективная плотность всей массы зависит от того, насыпают ли он неплотно или плотно. Кроме того, необходимо учитывать гигроскопические эффекты, которые могут значительно изменить удельный вес сыпучего материала из-за высокой концентрации воды. Инженер-технолог должен решить, является ли масса обрабатываемого сыпучего материала достаточно постоянной или более подходящим является гравиметрическое дозирование из-за большой дисперсии.

Гравиметрическое дозирование

Как упоминалось ранее, почти во всех технологических процессах решающее значение имеет масса, а не объем. С другой стороны, легче измерить и дозировать объем более точно, чем массу. Поэтому единицы объемного дозирования используются для сред, которые показывают постоянное соотношение между объемом и массой. Это касается с достаточной точностью дозирования жидкостей. В зависимости от процесса для сыпучих материалов с различной плотностью может потребоваться определение дозированной массы, а не объема. В этом случае взвешивается среда, дозированная за единицу времени. Затем скорость дозирования корректируется весовым оборудованием, так что всегда дозируется желаемое количество в единицу времени. Конечно, для повышения точности этот принцип можно использовать и для дозирования жидкостей. Для газов гравиметрическое дозирование практически не применяется. Из-за повышенных требований к точности три параметра — давление, объем и температура — измеряются и учитываются математически.

Общие принципы работы насосов-дозаторов жидкости

Что касается экономической эффективности при сравнении технических затрат и результата, то для дозирования жидкостей преобладают объемные дозирующие устройства по методу прямого вытеснения. Для процесса важна дозированная масса, но при предполагаемой постоянной плотности она пропорциональна объему. Поэтому оборудование для дозирования жидкости должно быть приспособлено для измерения постоянных единиц объема. Конкретное количество можно рассматривать как один большой объем или как множество малых равных объемов. Один большой том, например, быть наполнением и опорожнением бака через постоянные промежутки времени. Однако этот метод не подходит для многих процессов, особенно потому, что с помощью этой системы невозможно дозировать химикат при более высоких давлениях. Поэтому были разработаны дозирующие устройства, которые делят большой объем на множество маленьких равных объемов и которые благодаря подаче энергии способны дозировать химикат даже при самом высоком давлении. Объем «квантуется» путем введения химического вещества один или два раза в секунду в процесс. Таким образом, дозирование является «квазинепрерывным». Если для процесса требуется 60 литров серной кислоты в час, спонтанное добавление 60 литров через час уже можно назвать дозированием. Вопрос в том, позволяет ли процесс эту процедуру. Непрерывные процессы в основном требуют равномерного добавления и, следовательно, дозирующих устройств, которые в этом случае подают 60 литров в час, так что дозируется равная единица объема, например,. каждую секунду. Примечание: если очень малые объемы в секунду все еще мешают, можно создать равномерный поток с помощью специальных фитингов (например, демпферов пульсаций). Для квантования подходят разные механические методы.

Один из них — использование шестеренчатых насосов. Каждое пространство между зубьями вмещает определенное количество жидкости, которая также дозируется против высокого давления. Скорость дозирования в основном снижается из-за утечки в зазоре между зубчатым колесом и корпусом. Потери уменьшаются с увеличением вязкости. По этой причине шестеренчатые насосы больше подходят для более вязких сред. Для дозирования суспензий (абразивные частицы, износ!) шестеренчатые насосы использовать нельзя. При постоянной скорости зубчатых колес дозирование постоянно по времени.

Совершенно другой метод — перистальтический насос, который дозирует дозируемое химическое вещество путем разделения определенного количества в трубке между двумя прижимными роликами и последующего перемещения его с помощью вращающихся роликов со стороны всасывания на сторону нагнетания. Естественно, эти насосы подходят только для низких давлений (около 5 бар), так как при высоких давлениях (пониженный расход) трубка может значительно расшириться, или при использовании более твердых труб ее будет трудно сжимать. Преимущество этого типа насоса в том, что он не требует никаких клапанов и может использоваться для шипучих сред без дополнительного оборудования.

Эксцентриковые спиральные насосы и винтовые насосы также вытесняют определенные объемы дозирования в единицу времени, но они более чувствительны к абразивным средам (суспензиям) и демонстрируют повышенную утечку в зазоре при более высоких давлениях. Они очень подходят для более вязких и жирных сред. Дозирование жидкости также может быть реализовано с помощью расходомеров для непрерывного измерения среды под давлением или вытесняемой с помощью вспомогательного насоса, а также с помощью контроллеров и регулирующих клапанов для установки требуемого расхода (скорости дозирования). При расходе в несколько м³ / ч такой метод может быть более разумным, чем дозирующие насосы.