CN108910828B - 一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统 - Google Patents
一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统,包括通过管路连接的一级反应器和二级反应器,二级反应器内底部经进气管II注入经预热器II预热的空气;二级反应器顶部设有排气管,排气管的输出端与水射器连通;所述一级反应器内底部设有中空的加热盘,通过进气管I贯穿一级反应器的底部后与加热盘连通,通过进气管I向加热盘注入经预热器I预热的空气;还包括控温单元,所述控温单元包括控制系统和温度传感器,温度传感器分别用于采集一级反应器和二级反应器内部温度、并将温度信息传送至控制系统,所述控制系统通过PID无差控制技术独立控制预热器I和预热器II的加热功率。本发明利于实现对反应器内均匀加热及温度的精准控制。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化氯发生器技术领域,具体涉及一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统。
背景技术
目前国内相当数量的饮用水、医院污水、游泳池水、污水处理厂的市政污水等的消毒大多采用二氧化氯发生器产生的二氧化氯消毒液来进行的。化学法二氧化氯发生器是指以氯酸钠和盐酸(硫酸)或亚氯酸盐和盐酸等为主要原料经化学反应生成二氧化氯为主、氯气为辅的发生装置。通常这些反应都需要在一定温度条件下才能达到较高的产品收率,但反应温度高时二氧化氯容易分解和副反应较多,影响二氧化氯的收率。应采用中、高温两段反应方式,在中温段产生一部分二氧化氯,在高温段再产生一部分二氧化氯、并确保原料转化彻底,因此加热技术及中、高两段温度控制技术对于二氧化氯的生产效率具有重要的影响作用。现有技术中对反应液的加热一般采用水浴加热的方式,即反应液在反应釜内部,反应釜外部包裹水套,水套内充满水,加热管对水套内的水进行加热;或者直接加热式,在反应器内部设置电加热管,但是均存在加热不均匀,温度控制不准确的不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:现有的水浴加热或直接加热等方式均存在加热不均匀,温度控制不准确的不足,本发明提供了解决上述问题的一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统。
本发明通过下述技术方案实现:
一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统,包括通过管路连接的一级反应器和二级反应器,其特征在于,所述二级反应器内底部经进气管II注入经预热器II预热的空气;二级反应器顶部设有排气管,排气管的输出端与水射器连通;所述一级反应器内底部设有中空的加热盘,通过进气管I贯穿一级反应器的底部后与加热盘连通,通过进气管I向加热盘注入经预热器I预热的空气;还包括控温单元,所述控温单元包括控制系统和温度传感器,温度传感器分别用于采集一级反应器和二级反应器内部温度、并将温度信息传送至控制系统,所述控制系统通过PID无差控制技术独立控制预热器I和预热器II的加热功率。
本发明工作原理为:首先,采用气体加热的方式,对于高温段的二级反应器,直接通入加热后的空气,气体直接与二级反应器内的溶液接触进行换热,换热效率高,且对二级反应器内的物料具有良好的搅动作用,利于提高换热效率及反应效率,在二级反应器内换热后的气体及反应生成的二氧化氯均通过排气管进入水射器内,由于二氧化氯极易溶于水,与水射器中的水形成消毒液用于对水的消毒;而空气难溶于水,因此直接通过水洗可有效分离两个气体组分;对于低温段的一级反应器,直接在反应器内底部设置加热盘,在加热盘内通入加热后的空气气体即可,操作方便;
将上述加热方式结合现有的PID无差控制技术实现对二氧化氯发生器的双温反应控制,改变传统二氧化氯发生器温度控制系统采用单温控制,并且比较粗糙的回差控制方式,传统方式如果温度控制较低则不利于二氧化氯发生器的反应导致转化率低下;如果温度控制较高则二氧化氯又极易出现分解造成消毒液中存在大量氯气,因而二氧化氯纯度不足和二氧化氯收率降低。二氧化氯发生器双温反应控制技术很好地解决了传统方式的不足。
优选地,所述PID无差控制技术通过电压调节方式控制预热器I和预热器II的加热功率。
二氧化氯发生器两级温度控制采用电压调节方式。通过控制加热的电压从而控制发热器的发热功率,达到既节能环保又能延长加热器使用寿命的作用。
优选地,所述二级反应器内底部垂直设有定位管,定位管的输入端与进气管II连通、输出端与气体分布器的输入端连通。
通过在二级反应器内底部设置定位管,用于将气体分布器支撑远离二级反应器底部,防止二级反应器底部沉积盐等固体,影响气体分布器正常使用。
优选地,所述气体分布器包括筒状壳体,所述筒状壳体的轴向底端与定位管连接,筒状壳体的侧壁上沿周向等间距分布有若干分布管,分布管的轴线方向与筒状壳体的轴线方向垂直;每个分布管的侧壁上均设有若干喷嘴,且在沿筒状壳体环绕方向上喷嘴均位于分布管的同一侧壁上;所述定位管的轴向底端固定在反应器内底部、轴向顶端与筒状壳体旋转密封连接。
本发明采用筒状壳体、多个分布管及喷嘴构成气体分布器主体结构,使用时,预热后的气体经进气管II、定位管进入筒状壳体,再经筒状壳体分布及进入各个分布管内,分布管内的气体经各个喷嘴喷出进入二级反应器内;由于在沿筒状壳体环绕方向上喷嘴均位于分布管的同一侧壁上,且筒状壳体与定位管之间旋转密封连接,因此气体在通过喷嘴喷出后,对对应分布管产生反向推动作用力,会促使筒状壳体及分布管整体结构相对于定位管发生转动运动,利于气体的换热及反应效率的提高。
优选地,所述一级反应器进液分布器,所述进液分布器包括套筒,所述套筒的外壁开设有若干通道,所述通道的延伸方向与套筒的轴线方向平行;套筒套设在一级反应器内上部,套筒的外壁与一级反应器的内壁接触,通道的内壁与一级反应器的内壁构成完整原料液流通道路;一级反应器的顶部还罩设有圆筒形的中空壳罩,所述壳罩的轴向底端面环设有容纳一级反应器和套筒的环形槽口,壳罩的侧壁上设有进液管;壳罩的顶部还覆盖有盖板,所述盖板上设有排气管。
本发明通过在一级反应器内套设套筒,在套筒外壁上可通过刻蚀等方式开设多个细小的槽状通道,在套筒套入一级反应器后,由通道的内壁和一级反应器内壁之间构成完整的供原料液体流动通道,利于液体在一级反应器内混合均匀、受热均匀。
优选地,所述套筒的外壁设有橡胶缓冲垫,橡胶密封垫被过渡配合压紧固定在套筒器的外壁与一级反应器的内壁之间;所述一级反应器靠近顶部的外壁、套筒靠近顶部的内壁上均环设有限位板,所述壳罩的内壁和外壁上均环设有与所述限位板适配的定位环板,通过螺栓贯穿所述限位板和定位环板实现壳罩与一级反应器、及套筒的密封连接。橡胶垫可采用氟橡胶垫。
橡胶密封垫被过渡配合压紧固定在套筒的外壁与一级反应器的内壁之间,实现套筒和一级反应器的密封接触,且套筒和一级反应器通过法兰连接方式可拆卸连接,方便拆装操作。
优选地,所述一级反应器内壁上还凸设有若干沿周向分布的定位块,所述定位块垂直凸出一级反应器内壁的长度大于或等于套筒的侧壁厚度。
通过在一级反应器内壁上设置多个定位块,以限制套筒在一级反应器上轴向移动动作。
优选地,所述水射器上设有动力水管和二氧化氯消毒液出口管;所述空气进口管的输出端通过三通接头分别与进气管I和进气管II连通。
通过水射器实现空气与二氧化氯的分离。
本发明具有如下的优点和有益效果:
1、本发明工作原理为:首先,采用气体加热的方式,对于高温段的二级反应器,直接通入加热后的空气,气体直接与二级反应器内的溶液接触进行换热,换热效率高,且对二级反应器内的物料具有良好的搅动作用,利于提高换热效率及反应效率,在二级反应器内换热后的气体及反应生成的二氧化氯均通过排气管进入水射器内,由于二氧化氯极易溶于水,而空气难溶于水,因此直接通过水洗可有效分离两个气体组分;对于低温段的一级反应器,直接在反应器内底部设置加热盘,在加热盘内通入加热后的空气气体即可,操作方便;
2、本发明采用筒状壳体、多个分布管及喷嘴构成气体分布器主体结构,使用时,预热后的气体经进气管II、定位管进入筒状壳体,再经筒状壳体分布及进入各个分布管内,分布管内的气体经各个喷嘴喷出进入二级反应器内;由于在沿筒状壳体环绕方向上喷嘴均位于分布管的同一侧壁上,且筒状壳体与定位管之间旋转密封连接,因此气体在通过喷嘴喷出后,对对应分布管产生反向推动作用力,会促使筒状壳体及分布管整体结构相对于定位管发生转动运动,利于气体的换热及反应效率的提高;
3、本发明通过在一级反应器内套设套筒,在套筒外壁上可通过刻蚀等方式开设多个细小的槽状通道,在套筒套入一级反应器后,由通道的内壁和一级反应器内壁之间构成完整的供原料液体流动通道,利于液体在一级反应器内混合均匀、受热均匀;
4、本发明将上述加热方式结合现有的PID无差控制技术实现对二氧化氯发生器的双温反应控制,改变传统二氧化氯发生器温度控制系统采用单温控制,并且比较粗糙的回差控制方式,传统方式如果温度控制较低则不利于二氧化氯发生器的反应导致转化率低下;如果温度控制较高则二氧化氯又极易出现分解造成消毒液中存在大量氯气,因而二氧化氯纯度不足。二氧化氯发生器双温反应控制技术很好地解决了传统方式的不足。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明的整体结构示意图;
图2为本发明的一级反应器透视结构示意图;
图3为本发明的一级反应器、套筒及壳罩连接结构示意图;
图4为本发明的壳罩仰视结构示意图;
图5为本发明的气体分布器俯视结构示意图;
图6为本发明的PID控制原理图。
附图中标记及对应的零部件名称:1-一级反应器,2-二级反应器,3-进气管I,4-预热器I,5-排气管,6-水射器,7-加热盘,8-进气管II,9-预热器II,10-定位管,11-气体分布器,12-筒状壳体,13-分布管,14-喷嘴,15-套筒,16-通道,17-壳罩,18-环形槽口,19-进液管,20-限位板,21-定位环板,22-动力水管,23-二氧化氯消毒液出口管,24-空气进口管,25-三通接头,26-控制系统。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统,包括通过管路连接的一级反应器1和二级反应器2,二级反应器2内底部经进气管II8注入经预热器II9预热的空气;二级反应器2顶部设有排气管5,排气管5的输出端与水射器6连通;一级反应器1内底部设有中空的加热盘7,通过进气管I3贯穿一级反应器1的底部后与加热盘7连通,通过进气管I3向加热盘7注入经预热器I4预热的空气;还包括控温单元,控温单元包括控制系统26和温度传感器,温度传感器分别用于采集一级反应器1和二级反应器2内部温度、并将温度信息传送至控制系统,控制系统通过PID无差控制技术独立控制预热器I4和预热器II9的加热功率。
实施例2
在实施例1的基础上进一步改进,PID无差控制技术通过电压调节方式控制预热器I4和预热器II9的加热功率。
二氧化氯发生器两级温度控制温度检测采用PT-100铂电阻作为温度检测传感器,通过电桥方式精确的测量PT-100铂电阻反馈回来的温度。温度数据采集回控制系统以后再经过滤波处理后显示在人机交互界面,同时通过过程控制算法控制加热器的电压。最后使温度稳定在设定的温度范围以内。PID闭环控制系统根据PT-100铂电阻反馈的温度信号和预设定的温度目标值计算出控制系统的偏差值(E),再根据PID闭环控制系统中的比例(P)、积分(I)及微分(D)参数经过运算,计算出加热器的控制电压并经调节器实现加热管加热功率的调节。
二氧化氯发生器两级温度控制采用单相电源供电,加热器的承载着较高的电压。为了保护设备及人身的安全,我们在保护设计上采用了多种设施。首先为保证人身安全,在电路中设置了一款高灵敏度的漏电保护装置,并装有一套二级防雷模块,同时在加热回路中采用快速熔断式保险管保护设备的安全运行。另外在设备处围,可设计液位过低、超温温度继电器等二次保护装置,保护加热系统正常运行的同时也保护了加热器的运行安全。
二氧化氯发生器两级温度控制通过PID无差调节控制系统能够将温度的控制精度控制在0.5%以下
实施例3
在实施例2的基础上进一步改进,二级反应器2内底部垂直设有定位管10,定位管10的输入端与进气管II8连通、输出端与气体分布器11的输入端连通。气体分布器11包括筒状壳体12,筒状壳体12的轴向底端与定位管10连接,筒状壳体12的侧壁上沿周向等间距分布有若干分布管13,分布管13的轴线方向与筒状壳体12的轴线方向垂直;每个分布管13的侧壁上均设有若干喷嘴14,且在沿筒状壳体12环绕方向上喷嘴14均位于分布管13的同一侧壁上;定位管10的轴向底端固定在反应器2内底部、轴向顶端与筒状壳体12旋转密封连接。
实施例4
在实施例3的基础上进一步改进,一级反应器1进液分布器,进液分布器包括套筒15,套筒15的外壁开设有若干通道16,通道16的延伸方向与套筒15的轴线方向平行;套筒15套设在一级反应器1内上部,套筒15的外壁与一级反应器1的内壁接触,通道16的内壁与一级反应器1的内壁构成完整原料液流通道路;一级反应器1的顶部还罩设有圆筒形的中空壳罩17,壳罩17的轴向底端面环设有容纳一级反应器1和套筒15的环形槽口18,壳罩17的侧壁上设有进液管19;壳罩17的顶部还覆盖有盖板,盖板上设有排气管5。套筒15的外壁设有橡胶缓冲垫,橡胶密封垫被过渡配合压紧固定在套筒15的外壁与一级反应器1的内壁之间;一级反应器1靠近顶部的外壁、套筒15靠近顶部的内壁上均环设有限位板20,壳罩17的内壁和外壁上均环设有与限位板适配的定位环板21,通过螺栓贯穿限位板20和定位环板21实现壳罩17与一级反应器1、及套筒15的密封连接。一级反应器1内壁上还凸设有若干沿周向分布的定位块,定位块垂直凸出一级反应器1内壁的长度大于或等于套筒15的侧壁厚度。
实施例5
在实施例4的基础上进一步改进,所述水射器6上设有动力水管22和二氧化氯消毒液出口管23;所述空气进口管24的输出端通过三通接头25分别与进气管I3和进气管II8连通。
以上的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统,包括通过管路连接的一级反应器(1)和二级反应器(2),其特征在于,所述二级反应器(2)内底部经进气管II(8)注入经预热器II(9)预热的空气;二级反应器(2)顶部设有排气管(5),排气管(5)的输出端与水射器(6)连通;所述一级反应器(1)内底部设有中空的加热盘(7),通过进气管I(3)贯穿一级反应器(1)的底部后与加热盘(7)连通,通过进气管I(3)向加热盘(7)注入经预热器I(4)预热的空气;还包括控温单元,所述控温单元包括控制系统(26)和温度传感器,温度传感器分别用于采集一级反应器(1)和二级反应器(2)内部温度、并将温度信息传送至控制系统,所述控制系统通过PID无差控制技术独立控制预热器I(4)和预热器II(9)的加热功率;
所述一级反应器(1)进液分布器,所述进液分布器包括套筒(15),所述套筒(15)的外壁开设有若干通道(16),所述通道(16)的延伸方向与套筒(15)的轴线方向平行;套筒(15)套设在一级反应器(1)内上部,套筒(15)的外壁与一级反应器(1)的内壁接触,通道(16)的内壁与一级反应器(1)的内壁构成完整原料液流通道路;一级反应器(1)的顶部还罩设有圆筒形的中空壳罩(17),所述壳罩(17)的轴向底端面环设有容纳一级反应器(1)和套筒(15)的环形槽口(18),壳罩(17)的侧壁上设有进液管(19);壳罩(17)的顶部还覆盖有盖板,所述盖板上设有排气管(5)。
2.根据权利要求1所述的一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统,其特征在于,所述PID无差控制技术通过电压调节方式控制预热器I(4)和预热器II(9)的加热功率。
3.根据权利要求1所述的一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统,其特征在于,所述二级反应器(2)内底部垂直设有定位管(10),定位管(10)的输入端与进气管II(8)连通、输出端与气体分布器(11)的输入端连通。
4.根据权利要求3所述的一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统,其特征在于,所述气体分布器(11)包括筒状壳体(12),所述筒状壳体(12)的轴向底端与定位管(10)连接,筒状壳体(12)的侧壁上沿周向等间距分布有若干分布管(13),分布管(13)的轴线方向与筒状壳体(12)的轴线方向垂直;每个分布管(13)的侧壁上均设有若干喷嘴(14),且在沿筒状壳体(12)环绕方向上喷嘴(14)均位于分布管(13)的同一侧壁上;所述定位管(10)的轴向底端固定在反应器(2)内底部、轴向顶端与筒状壳体(12)旋转密封连接。
5.根据权利要求1所述的一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统,其特征在于,所述套筒(15)的外壁设有橡胶缓冲垫,橡胶密封垫被过渡配合压紧固定在套筒(15)的外壁与一级反应器(1)的内壁之间;所述一级反应器(1)靠近顶部的外壁、套筒(15)靠近顶部的内壁上均环设有限位板(20),所述壳罩(17)的内壁和外壁上均环设有与所述限位板适配的定位环板(21),通过螺栓贯穿所述限位板(20)和定位环板(21)实现壳罩(17)与一级反应器(1)、及套筒(15)的密封连接。
6.根据权利要求1所述的一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统,其特征在于,所述一级反应器(1)内壁上还凸设有若干沿周向分布的定位块,所述定位块垂直凸出一级反应器(1)内壁的长度大于或等于套筒(15)的侧壁厚度。
7.根据权利要求1所述的一种对二氧化氯发生器进行双温控制的系统,其特征在于,所述水射器(6)上设有动力水管(22)和二氧化氯消毒液出口管(23);所述空气进口管(24)的输出端通过三通接头(25)分别与进气管I(3)和进气管II(8)连通。
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