Непрерывное и квазинепрерывное дозирование

Процессы, связанные с непрерывным производством или обработкой продуктов, в основном 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 химикатов (постоянно текущий водопроводный кран был бы лучшим сравнением). Однако, как будет объяснено позже, по определенным причинам оказались подходящими дозирующие устройства, 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 однородности этих колебаний.

Для тех процессов, которые имеют время производства от нескольких минут до часов, колебания в течение секунды не являются проблемой. Это просто вопрос фактического периода дозирования, можно ли все еще считать процесс дозирования непрерывным или прерывистым. Если общий период дозирования составляет всего несколько секунд, колебания в течение 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 можно считать непрерывным, если гарантируется, что в любой момент проверки скорость дозирования в прошлом соответствует фактическим требованиям.

Дозирование партиями

Дозирование партиями — это процесс измерения ограниченного количества, подлежащего дозированию. Для этой цели дозатор работает либо в течение заданного периода времени, либо в течение определенного количества ходов дозирования.

Другая возможность — заполнить резервуар до требуемого уровня, а затем добавить содержимое в процесс. Если химикат необходимо дозировать в систему под давлением, использование резервуаров в большинстве случаев не подходит. Вместо этого необходимо выбрать точно работающий дозатор, который способен вводить химикат практически независимо от противодавления.

Дозирование пропорционально управляющему сигналу

Пропорциональное дозирование означает, что химикат дозируется в другую среду таким образом, чтобы заданная процентная ставка оставалась постоянной все время. Если, например, 100 мл химиката необходимо добавить в каждый кубический метр питьевой воды, необходимо спроектировать пропорционально работающую систему дозирования для непрерывной адаптации ее расхода к расходу воды.

Очень просто, этот тип дозирования можно представить следующим образом: «0» расход воды соответствует закрытому положению химического клапана, а максимальный расход воды соответствует 100% открытому клапану. Все промежуточные значения расхода воды заставят клапан открыться на соответствующий процент. Для измерения расхода воды можно использовать, например, индуктивные расходомеры с непрерывным выходным сигналом или контактные водомеры, которые замыкаются на литр.

Тип или управляемость дозирующего устройства определяет, какой управляющий сигнал используется. Вышеупомянутый клапан может прекрасно управляться непрерывным сигналом индуктивного расходомера. Было бы столь же эффективно использовать тот же сигнал для установки скорости дозирующего насоса от 0 до 100%.

Здесь необходимо просто убедиться, что при скорости 100% дозируемая скорость соответствует 100% расходу воды. Если расход воды измеряется измерительными приборами, которые замыкаются на контакт после заданного количества литров (контактные водомеры), последние могут быть использованы для активации дозирующего устройства на определенный период времени. Период работы должен быть завершен до получения следующего управляющего импульса.

Этот тип пропорционального дозирования также позволяет точно дозировать на статистическом среднем за более длительные периоды. Однако во время дозирования добавляемое количество больше, чем требуется по отношению к расходу воды, поскольку после завершения периода работы дозирование не происходит в течение определенного интервала. Тщательное перемешивание в системе трубопроводов гарантирует правильную обработку воды.

Однако окончательное решение о допустимости такого типа дозирования принимает инженер-технолог. Только он знает, вступила ли обработанная вода (или другая среда) в реакцию с химикатом в момент и в месте применения.

Для обработки питьевой воды была разработана специальная концепция дозирующего насоса: дозирующие насосы приводятся в действие электрическим соленоидом хода, который преобразует контакт счетчика воды напрямую, без редуктора, в один точный ход дозирования для добавления химиката. Немедленная и воспроизводимая управляемость одиночного хода является предпосылкой для однородной и надежной обработки воды.

Пропорциональное дозирование полностью обеспечивается этим методом, 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 являются дозирующими устройствами, которые можно использовать универсально не только в области обработки питьевой воды, но и в общих перерабатывающих отраслях промышленности.

При пропорциональном дозировании результат постоянен только в том случае, если все характеристики обрабатываемой среды, дозируемого химиката и данные процесса, такие как давление, температура, вязкость и т. д., которые были учтены при проектировании системы, также остаются постоянными. Таким образом, например, свойства обрабатываемой воды не должны меняться, так как в противном случае определенное количество дозирования будет либо слишком высоким, либо слишком низким.

Если вероятны значительные изменения свойств воды, пропорциональное дозирование неадекватно, и дозировка должна быть реализована в соответствии с результатами измерений анализа воды. Использование пропорционального дозирования также выгодно, если технологическая система характеризуется большими силами инерции и мертвым временем из-за больших расстояний потока через бассейны или трубопроводы, так что между добавлением дозируемого химиката и результатом реакции проходят большие периоды времени.

Автоматические контроллеры для прямой коррекции результата реакции (например, значения pH) таким образом приводят к небольшим колебаниям, вызванным передозировкой и недозировкой. 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. Дозирующие насосы как корректирующие элементы в системах автоматического управления

Для получения определенного качества воды (или определенных свойств других технологических сред) может потребоваться добавлять различные количества компонентов к одному и тому же количеству воды. Поэтому пропорциональное дозирование не подходит для такого применения. Поэтому вода с чрезвычайно разными свойствами должна обрабатываться системой дозирования, которая анализирует фактическое качество воды и определяет количество химиката, которое должно быть дозировано соответствующим образом. Следующий пример поясняет разницу между пропорциональным дозированием и дозированием с обратной связью:

Пропорциональное дозирование

Вода с постоянными свойствами берется из одного источника. Поэтому система дозирования для добавления дезинфицирующего средства управляется пропорционально, обеспечивая дозирование соответствующего количества при максимальном расходе воды. Благодаря линейной пропорциональности дозирования каждый объем воды снабжается соответствующим количеством химиката. Благодаря постоянству качества входящей сырой воды правильная обработка гарантируется в любое время для любого объема воды.

Контролируемое дозирование

Во втором примере вода поступает из разных источников и, кроме того, смешивается с различными поверхностными водами. В этом случае сигнал расхода не может указать необходимое количество добавляемого химиката, поскольку может потребоваться очень разное количество химиката на кубический метр из-за большой дисперсии качества воды.

Для решения проблемы необходим метод управления, который измеряет фактическое качество воды и соответственно регулирует скорость дозирования с помощью контроллера. Таким образом, процесс дозирования определяется именно качеством воды, преобладающим в любой момент времени.

Объемное дозирование

В химической и технологической промышленности в основном имеет значение масса обрабатываемых или производимых материалов. Объемы важны, поскольку они касаются размеров трубопроводных систем, резервуаров и реакторов и, конечно, выбора дозирующих устройств. Было бы логично, если бы дозирующие устройства подавали материалы в соответствии с требуемой массой. Что касается жидкостей, то плотность и, следовательно, масса, приходящаяся на определенное пространство, в большинстве случаев постоянны, достаточно определить скорость дозирования объемно.

Если можно обеспечить достаточно точную воспроизводимость, этот метод предпочтителен из-за его простоты. В то время как у жидкостей масса достаточно постоянна при заданном объеме, у газов она чрезвычайно зависит от давления и температуры. Поэтому хлораторы должны учитывать следующие три параметра: давление, плотность и температуру. Поддерживая постоянное давление, как правило, 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 сыпучего материала плотность отдельных частиц постоянна, но эффективная плотность общей массы зависит от того, свободно ли он насыпан или плотно утрамбован. Кроме того, необходимо учитывать гигроскопические эффекты, которые могут значительно изменить удельный вес сыпучего материала из-за высокой концентрации воды. Инженер-технолог должен решить, достаточно ли постоянна масса обрабатываемого сыпучего материала или более подходящим является гравиметрическое дозирование из-за большой дисперсии.

Гравиметрическое дозирование

Как упоминалось ранее, решающее значение практически во всех технологических применениях имеет масса, а не объем. С другой стороны, легче измерить и дозировать объем точнее, чем массу. Поэтому объемные дозирующие устройства используются для сред, которые показывают постоянную связь между объемом и массой. Это с достаточной точностью применимо к дозированию жидкостей.

В зависимости от процесса, для сыпучего материала с его переменной плотностью может потребоваться определение дозируемой массы, а не объема. В этом случае дозируемая за единицу времени среда взвешивается. Скорость дозирования затем корректируется весовым оборудованием так, чтобы всегда дозировалось желаемое количество за единицу времени.

Конечно, для повышения точности этот принцип можно использовать и для дозировки жидкостей. Гравиметрическое дозирование практически не применяется для газов. Из-за повышенных требований к точности три параметра давление, объем и температура измеряются и рассматриваются математически.