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Regelvorrichtung zum automatischen Anfahren, Betreiben und Anhalten einer Destillations- oder Konzentrationsanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung zum automatischen Anfahren, Betreiben und Anhalten einer mit Destilliereinrichtung, Kompressor, Heizeinrichtung und Sammelbehälter ausgerüsteten Destillations- oder Konzentrationsanlage.
Bekanntlich ist es bei Destillations- oder Konzentrationsanlagen notwendig, die im Kessel bzw. Verdampfer enthaltene Flüssigkeitsmenge zu Beginn jeder Anfahr- bzw. Inbetriebssetzungsphase auf Verdampfungstemperatur zu bringen, was bei jeder Produktionsperiode die Einschaltung eines Vorbereitungsstadiums erfordert, welches bisher-wegen der notwendigen, vielseitigen Bedienung-der Gegenwart einer Person bedurfte.
Bisher war die Anwesenheit einer Person nicht nur während der Vorbereitungsphase, sondern auch während der eigentlichen Inbetriebsetzung und beim Stillsetzen der Anlage unentbehrlich ; dies galt auch für die Wiederinbetriebsetzung nach Ausfällen der Strom-oder der Wärmeenergiezufuhr zum Destillations-oder Konzentrationszyklus, da jeder Ausfall, auch wenn er zeitlich sehr begrenzt ist, den unvermeidlichen Abfall des Destillations- oder Konzentrationszyldus zur Vorbereitungsphase bedingt.
Bisher wurde es wegen der vielen, bei der Inbetriebsetzung derartiger Anlagen vom Stillstand notwendigen Bedienungsvorgänge als nicht möglich erachtet, von der Ausschöpfung der konzentrierten Lösungsreserve, der Konzentrationslösung oder auch des für die Wiederinbetriebsetzung notwendigen Destillates der Konzentrations- oder Destillationsanlage abhängig zu sein.
Wegen der oben erwähnten Hauptschwierigkeiten und anderer, nicht zu unterschätzender sekundärer Probleme war die Fachwelt bisher von der Unmöglichkeit überzeugt, auch nur die notwendigsten Bedienungsvorgänge solcher Anlagen zu automatisieren. Mit einer automatischen Inbetriebsetzung ergäbe sich z. B. die Verfügbarkeit von destilliertem Wasser zu gelegener Zeit. Die Schwierigkeiten bei verschiedenen Industrien, bei vielen Laboratorien und in Spitälern könnten vermieden werden.
Die Erfindung trägt den Forderungen der einschlägigen Industrie Rechnung und ermöglicht die vollständige Automatisierung der Inbetriebsetzung und des normalen Betriebes der Destillationsanlage.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung, welche die Automatisierung aller für die Inbetriebsetzung notwendigen Vorgänge, der Steuerung während des Betriebes, der Einstellung des Betriebes, sowie der Wiederinbetriebsetzung der Anlage ermöglicht, setzt sich aus Programmschaltwerken und Relais zusammen, die von Temperatur-, Druck- oder Niveau-Änderungen an vorausbestimmten und funktionswesentlichen Punkten der Anlage gesteuert werden und Ventile, Fernschalter oder andere Regelorgane betätigen.
Ziel der Erfindung ist es :
1. die anfängliche Erwärmung des flüssigen Anteiles im Verdampfer zu ermöglichen, sobald der Behälter des Destillatlagers fast ausgeschöpft ist ;
2. die automatische Steuerung der Vorbereitungsphase zur Inbetriebsetzung und des Betriebes der bereits begonnenen Produktionsphase selbst zu gestatten ;
3. das stufenweise automatische Inbetriebsetzungskommando des Destillationszyklus zu sichern, sobald es die zum Anfahren notwendigen Fühlorgane gestatten ;
4. den kontrollierten automatischen und geregelten Betrieb der Produktionsphase zu ermöglichen ;
5. das Anhalten der Destillationsanlage zu sichern, sobald der Vorratsbehälter bis zum höchstzulässigen Niveau gefüllt ist ;
6. bei Ausfällen der elektrischen oder thermischen Anspeisung für den Destillationszyklus die Stillsetzung der Anlage für die bis zur regulären Inbetriebnahme bzw. bis zur Aufnahme des Vollastbetriebes nötige Zeit zu sichern ;
7. die vollständige und blockierte Stillsetzung im Falle der Überlastung von Antriebsmotoren der Ausschöpfung der zu destillierenden Flüssigkeit und im Falle von Defekten der Heizung zu gewährleisten.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist in erster Linie gekennzeichnet durch am Sammelbehälter angebrachte elektrische Niveauanzeiger und an funktionswesentlichen Punkten der Anlage, wie Destilliereinrichtung und Kompressor, angeordnete elektrische Temperatur-und Druckanzeiger sowie Fehleranzeiger, ein wenigstens durch einige dieser Anzeiger gesteuertes, z.
B. mit, elektrische Kontakte betätigenden, Nockenscheiben versehenes, erstes Programmschaltwerk zur Regelung von Schaltkreisen, die gegebenenfalls über Relais, ein zweites Programmschaltwerk und Fernschalter in einer vorbestimmten Folge das An- und Abschalten der Heizeinrichtung, der Stromzufuhr zum Motor des Kompressors nach Abschluss der Erwärmungsphase, der Stromzufuhr zum Stellantrieb eines by-pass-Ventiles, das in den den Kompressor enthaltenden Dampfkreislauf eingeschaltet ist, und das Öffnen und Wiederschliessen des Auslassventiles der Destilliereinrichtung steuern, wobei das zweite Programmschaltwerk über die Fernschalter, die vom ersten Programmschaltwerk und vom Stellantrieb mittels Wähl-und Kopplungsvorgängen steuerbar sind, die Stromzufuhr zur Heizeinrichtung regelt, einen Regler,
der von wenigstens einem Druckanzeiger beaufschlagt ist und dessen Ausgang an das zweite Programmschaltwerk angeschaltet ist, ein drittes, blockierendes Programmschaltwerk, das von den Niveauanzeigern und von den Druckanzeigern beaufschlagt ist und einen in die elektrische Anspeisung der Anlage eingesetzten Leistungsschalter steuert.
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. In dieser zeigen Fig. 1 das Schaltschema der erfindungsgemässen Vorrichtung und Fig. 2 eine Ausführungsform eines Programmschaltwerkes, das einen der Hauptbestandteile der erfindungsgemässen Vorrichtung bildet.
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leitungen, mit dünnen durchgehenden Linien und die Rohrleitungen der Destillationsanlage mit strichpunktierte Linien dargestellt.
Die elektrische Anspeisung L führt über den Transformator T allen Steuerelementen, wie Relais und Programmschaltwerken Strom zu, während ein anderer über den Leistungsschalter 18 verlaufender Leitungszweig durch die Befehlssignale der Anlage die Speisung der Heizwiderstände 13 und 14 sowie des Motors 15 regelt, wie später noch erläutert werden wird.
Die Destilliereinrichtung besitzt an ihrer Oberseite eine Dampfentnahmeöffnung, von der aus eine Rohrleitung 19 dem Kompressor 16 Dampf zuleitet. Vom Kompressor wird der unter Druck stehende Dampf durch die Rohrleitung 20 dem in der Destilliereinrichtung 10 eingebauten Kondensator zugeführt. Der kondensierte Dampf wird dann über die Rohrleitung 21 zum Sammelbehälter 11 geleitet und von dort durch die Rohrleitung 22 je nach Bedarf entnommen.
Die Dampfleitungen 19 und 20 sind durch die Nebenleitung 23 miteinander verbunden, in welche ein Magnetventil als by-pass-Ventil eingesetzt ist, dessen Spule durch besondere Steuersignale betätigt wird.
Mit 26 und 27 sind zwei Magnetventile bezeichnet, die in den zur Reinigung des Kompressors 16 bzw. der Destilliereinrichtung 10 bestimmten Ableitungen angeordnet sind.
Mit 1, 2 und 3 sind auf unterschiedliche Temperaturwerte ansprechende Thermoelemente bezeichnet, die an funktionswesentlichen Punkten der Destillationsanlage angebracht sind, z. B. in zu destillierende oder in destillierte Flüssigkeit eintauchen, und deren Verhalten zur Regelung des Betriebes der Anlage verwendet wird. Selbstverständlich können auch mehr oder weniger als drei Thermoelemente eingesetzt werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel könnten die Thermoelemente 1, 2 und 3 bei der Heizvorrichtung der Destilliereinrichtung 10, beim Kompressor 16 und in einer der Leitungen 19 oder 20 angeordnet werden.
Mit 4, 5 und 6 sind Druckmesser bzw. Druckanzeiger bezeichnet, die ebenfalls an verschiedenen funktionswesentlichen Punkten der Destillationsanlage angebracht sind und zur Regelung des Betriebes der Anlage dienen. Selbstverständlich könnten auch hier mehr oder weniger als drei Druckmesser eingesetzt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform könnten diese Druckmesser im Dampfdom und bei der Heizvorrichtung der Destilliereinrichtung 10 sowie in der Zuleitung oder in der Ableitung desselben angebracht sein.
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Die Niveauanzeiger 28 und 29, die Elemente 4, 5 und 6 sowie weitere, der Einfachheit halber nicht dargestellte Elemente, die auf ungewöhnliche Betriebsbedingungen der Anlage ansprechen, steuern mittels der Programmschaltwerke 30 und 31 gewisse Schwankungen beim Einsatz der elektrischen Heizeinrichtung und bei der Regelung anderer Elemente der Anlage, sorgen für dieAbtrennungjener elektrischen Einrichtungen, die die Inbetriebsetzung der Anlage bewirken, und für die Steuerung jener elektrischen Geräte, welche bei der Stillegung der Anlage die Produktion von Destillat unterbrechen.
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Die Einrichtung 30 greift dann ein, wenn sie, wie bereits erwähnt, über bei einem bestimmten Wasserspiegel ansprechende Elemente 28 und 29, über druckempfindliche Elemente 4, 5 und 6 und durch auf Überstrom im Motor 15 ansprechende Elemente dazu veranlasst wird. Die Anlage kann nach ihrer Still-
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versehenes Programmschaltwerk zur Inbetriebsetzung des Kompressors und zum langsamen Betätigen des Magnetventiles 24 vorgesehen. Dieses Ventil muss während der Inbetriebsetzung des Kompressors 16 offen sein, soll sich aber dann langsam schliessen, wenn die Anlage ihren normalen Betrieb aufnimmt.
Das bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung verwendete Programmschaltwerk 31 ist in Fig. 2 im Detail dargestellt. Das Programmschaltwerk weist auf einer Welle 40 acht Nockenscheiben Ci bis Cg auf, die solche Formen besitzen und in solchen Stellungen angebracht sind, dass sie, wenn sich die
Welle 40 dreht, gleichzeitig oder in einer vorbestimmten Folge verschiedene zu steuernde Elemente an elektrische Stromkreise anschliessen.
Die Welle 40 ist über eine elektromagnetische Kupplung 41 mit einem kleinen Motor 42 verbunden, der die Welle 40 und die darauf befestigten Nocken antreibt. Die Kupplung 41 und die Steuerspule 43 sind so ausgebildet, dass das Programmschaltwerk bei Stromausfall automatisch in seine Anfangs- bzw. Ausgangslage zurückkehrt. Jede Nocke treibt ein bewegliches Kontaktelement an, das ihm zugeordnete, mit einem bestimmten zu steuernden Stromkreis verbundene Festkontaktpaare schliesst und öffnet.
Auf diese Weise steuert die Nockenscheibe Ci zwei Stromkreise : einen Stromkreis mit Kontakten 44 zur Steuerung des Programmschaltwerkes 35 und einen weiteren Stromkreis mit Kontakten 45 zur
Blockierung des Reglers 36 beim Beginn des Normalbetriebes der Anlage.
Die Nockenscheibe C2 steuert nach der "Aufheizphase" die Kontakte 46 eines Stromkreises für die "Vorbereitungsphase" zum Schliessen des Fernschalters 32, der das Anlassen des mit dem Kompressor 16 gekuppelten Motors 15 bewirkt.
Die Nockenscheiben Cg, C4 und C5 steuern über Kontakte 47, 48 und 49 einige Stromkreise, welche aufeinanderfolgende Impulse zum Antrieb 25 schicken, um ein allmähliches Schliessen des in der Nebenleitung 23 angeordneten Ventiles 24 zu bewirken.
Die Nockenscheibe C6 steuert einen Kontakt 50 enthaltenden Stromkreis und dient zum Blockieren der Schliessbewegung des Ventiles 24 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt.
Die Nockenscheibe C7 steuert einen Kontakt 51 enthaltenden Stromkreis, der während der "Auf- heizphase"das Offnen des Auslassventiles 26 des Kompressors 16 und zu einem vorbestimmten Zeitpunkt das Schliessen dieses Ventiles herbeiführt.
Die Nockenscheibe Cg steuert zwei Stromkreise, u. zw. einen Kontakte 53 enthaltenden Stromkreis, der mittels des Antliebes 25 das anfängliche Schliessen des Ventiles 24 bewirkt und das darauffolgende Öffnen dieses Ventiles vorbereitet, sowie einen Kontakte 52 enthaltenden Stromkreis, der zum richtigen Zeitpunkt die Schliessbewegung des Ventiles 24 blockiert.
Die mit den Nockenscheiben versehene Welle 40 dreht sich beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in etwa 1 oder 2 h um einen Winkel von 360 . Der Motor 42, der die Welle 40 antreibt, wird durch die an bestimmen Stellen der Anlage angebrachten auf Temperatur- bzw. Druckänderungen ansprechenden Elemente 1, 2, 3 und 4, 5, 6 gesteuert.
Das soeben beschriebene Programmschaltwerk 31 könnte z. B. auch durch eine Reihe von auf Druckschwankungen im Heizkessel oder an andern Stellen des Dampfkreislaufes ansprechenden Druckschaltern u. dgl. ersetzt werden.
In die Stromzuführung des den Kompressor 16 antreibenden Motors 15 ist ein auf Steuer- und Freigabesignale ansprechender Fernschalter 32 eingesetzt. In die zu den Heizwiderständen 13 und 14 zur Erwärmung des zu destillierenden Wassers führenden elektrischen Anspeisung ist ein Schalter 33 eingesetzt, der hauptsächlich durch die verschiedenen Thermoelemente der Anlage ferngesteuert wird. Ferner wird der zum Heizwiderstand 13 führende Leitungszweig von einem Schalter 34 gesteuert, der die Stromzufuhr sowohl automatisch unterbrechen als auch wieder einschalten kann, sobald Temperatur oder Druck an bestimmten Stellen der Anlage vorausbestimmte Werte erreicht oder überschritten haben.
Die Steuerimpulse werden den Schaltern 33 und 34 durch das Programmschaltwerk 35 zugeführt, welches seinerseits durch jene Werte ferngesteuert wird, die sich an den verschiedenen Messstellen ergeben.
Hiebei steuern die erwähnten Impulse den automatischen Übergang der Anlage von der Vorbereitungphase zur eigentlichen Inbetriebsetzungsphase.
Genauer gesagt, das Programmschaltwerk 35 steuert die Stromzufuhr zu den Heizelementen des Verdampfers, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel von den Widerständen 13 und 14 gebildet sind. Diese Steuerung wird über das Programmschaltwerk 35 und die Fernschalter 33 und 34 durch einen Wählvorgang und durch einen Kopplungsvorgang bewirkt. Dabei wird der Wählvorgang vom Programmschaltwerk 31 durch die Nockenscheibe Ci und die Kontakte 44 ausgeführt. Der Kopplungsvorgang hingegen wird durch den Stellantrieb 25 gesteuert.
Wie aus dem in Fig. 1 dargestellten Schaubild ersichtlich, dienen die durch das Programmschaltwerk 35 gesteuerten Fernschalter 33 und 34 zum Anschliessen und Abtrennen der Heizelemente 13 und 14, um so dem Verdampfer der Destilliereinrichtung 10 während der Vorbereitungsphase, der Inbetriebsetzungsphase und des normalen Betriebes entsprechende Wärmemengen zuzuführen.
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Die Anlage kann aber auch aus andern Gründen automatisch angehalten werden, wie z. B. durch einen Mangel an zu destillierender Flüssigkeit, durch vollständigen oder teilweisen Ausfall der Beheizung und durch eine unzulässige Überlastung von Antriebsmotoren. Vorrichtungen zur Anzeige solcher Defekte sind an sich bekannt und daher hier weder beschrieben noch abgebildet.
Solche Vorrichtungen würden auf das Programmschaltwerk 30 wirken, das wie beim Erreichen des Höchststandes im Behälter 11 Anhaltebefehle aussenden würde.
Es sind auch, wie in Anlagen solcher Art allgemein üblich, Druckknopfschalter od. dgl. vorgesehen, um einzelne Aggregate, wie die Heizwiderstände und den Kompressor, z. B. zur Erprobung, unabhängig voneinander einschalten zu können.
Die Destillationsanlage wird nach Anschalten wegen eines Defektes nicht mehr automatisch in Betrieb gesetzt, sondern nur dann wieder den Betrieb aufnehmen, wenn der Defekt behoben und der Einschaltknopf 38 betätigt wurde.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass es bei der erfindungsgemässen Ausstattung einer Destillationsanlage mit einer elektrischen Regeleinrichtung möglich ist, einen vollständig automatischen Betrieb zu erreichen, u. zw. sobald man den Befehl zur Inbetriebsetzung erteilt hat-im vorliegenden Fall durch die Schliessung des Hauptschalters 12 bei leerem Behälter 11. Dabei finden folgende Vorgänge automatisch statt : Die Vorbereitung verschiedener Einrichtungen zur Einleitung der Inbetriebsetzung, die Inbetriebsetzungsphase sowie der Übergang zum Normalberieb und das Anhalten der Anlage, sobald die Destillatproduktion bei vollem Behälter 11 höher als die Nachfrage ist und die nachfolgende Wiederinbetriebsetzung und der Normal- bzw. Vollastbetrieb, sobald der Behälter 11 erschöpft ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Regelvorrichtung zum automatischen Anfahren, Betreiben und Anhalten einer mit Destilliereinrichtung, Kompressor, Heizeinrichtung und Sammelbehälter ausgerüsteten Destillations- oder Konzentrationsanlage, gekennzeichnet durch am Sammelbehälter (11) angebrachte elektrische Niveauanzeiger (28, 29) und an funktionswesentlichen Punkten der Anlage, wie Destilliereinrichtung und Kompressor, angeordnete elektrische Temperatur- (1, 23) und Druckanzeiger (4, 5, 6 und 37) sowie Fehleranzeiger, ein wenigstens durch einige dieser Anzeiger gesteuertes, z.
B. mit, elektrische Kontakte (44-53) betätigenden, Nockenscheiben (Cl > C2-CS) versehenes, erstes Programmschaltwerk (31) zur Regelung von Schaltkreisen, die gegebenenfalls über Relais, ein zweites Programmschaltwerk (35) und Fernschalter (33 und 34) in einer vorbestimmten Folge das An- und Abschalten der Heizeinrichtung (13, 14), der Stromzufuhr zum Motor (15) des Kompressors (16) nach Abschluss der Erwärmungsphase, der Stromzufuhr zum Stellantrieb (25) eines by-pass-Ventiles (24), das in den den Kompressor (16) enthaltenden Dampfkreislauf (19, 20) eingeschaltet ist, und das Öffnen und Wiederschliessen des Auslassventiles (27)
der Destilliereinrichtung (10) steuern, wobei das zweite Programmschaltwerk (35) über die Fernschalter (33 und 34), die vom ersten Programmschaltwerk (31) und vom Stellantrieb (25) mittels Wahl- un Kopp-
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