CN113663547A - 一种精确在线稀释系统及其稀释方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精确在线稀释系统及其稀释方法，浓母液罐下部通过管路一与管道混合器进口端连接，所述管道混合器的出口端分别连接管路三和管路四，管路三的另一端与浓母液罐的顶部连接，管路四的另一端与反应釜连接，所述溶剂罐的下部通过管路二与管道混合器进口端连接，所述管路一上安装有泵二和数个阀门，所述管路三和管路四上均安装有阀门，所述管路三和管路四的连接处与管道混合器出口端安装有仪表集三。整个自动化稀释的过程只需用户提供目标温度、目标浓度和目标流量，既不需要检测母液的浓度，也不需要检测稀释后溶液的浓度，但能保证稀释后的浓度值和流量在客户目标范围内，整个过程全部由系统自动完成，不需要人工参与控制。

Description

一种精确在线稀释系统及其稀释方法

技术领域

本发明涉及化工生产技术领域，具体为一种精确在线稀释系统及其稀释方法。

背景技术

在化工生产领域，常会遇到这种情况：原材料溶液在进反应釜之前，需要控制一定的浓度范围，以使反应釜中进行的化学反应受原材料溶液浓度的影响，在各批次中是一致的，从而提高产品性能的稳定性。

目前，在化工制造领域中，如附图1所示，传统的溶液稀释方式是：先检测母液的浓度，浓度可以是质量比浓度、体积比浓度或质量体积比浓度等用户所需的所有形式的浓度，再依据浓度的高低按不同的比例混合到缓冲罐中，然后再离线取样分析，检测稀释后的浓度是否合格。这种稀释方式基本是工人手动稀释配液，在分析室采用化学分析或仪表离线分析的方法完成。这种方式会人为的产生各种误差，造成每个批次配出的稀释溶液浓度不能都一致，最终造成生产过程中的风险。

在自动化稀释母液方面的探索，基本上都解决了不再需要技术人员参与计算、配合生产现场进行工业化生产的问题，但仍存在一些缺陷：

初级版的寻求在线稀释方法的如专利申请号为201910389783.X，发明名称为“智能数字在线稀释系统”的专利，其方法是集成不同浓度的母液与配比，供用户选择，组合成不同的配方，稀释成不同的目标浓度，提供给不同的工段使用，但其仍然需要检测母液的浓度，稀释母液后仍然进入缓存罐，不能节省空间与设备投入；

而授权公告号为CN212881919U，实用新型名称为“一种药剂自动在线稀释装置”的专利中，在线稀释的方法是采用浓度控制器实时监控浓度。然而，目前市场上并没有所谓的针对所有药剂的浓度控制器，即使有也是经仪表厂商定制的针对特定药剂药物的转换显示办法，此实用新型叙述笼统，臆测核心控制设备，既未说明浓度监控的关键技术原理，也未给出检测浓度的算法，实施难度极大，需定制仪表，还需要仪表厂商的配合；

授权公告号为CN102830670B，发明名称为“煮糖物料在线稀释及其稀释方法”则更进一步，其在线稀释的办法是，在控制器的输入端写入煮糖过程中存储物料的原始锤度、密度与稀释锤度之间的稀释倍数和单位加水重量的关系稀释数据表，再根据输入值查表，得到输出值。但是，这种方法的缺陷在于锤度、密度这些参数在实际生产中都是连续变化的值，而建立的表格只是孤立的数据，在实际情况下，并不能每次都能查询到与输入值完全匹配的值，而只能将输入数据近似到附近存在的查询值，再以此查询值得到近似的输出值；

另外，这些监控到的锤度、密度等参数本身也是受温度影响的，而此发明有只考虑了热水的温度，没有考虑到母液的锤度、密度也会受温度影响，这样的处理办法是不合理、不精确的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精确在线稀释系统及其稀释方法，以解决上述背景技术在母液稀释过程中，需要反复取样检测浓度，需要技术人员在车间现场计算加料量或补料量，同时检测不精确的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精确在线稀释系统，包括浓母液罐、溶剂罐和反应釜，所述浓母液罐下部通过管路一与管道混合器进口端连接，所述管道混合器的出口端分别连接管路三和管路四，所述管路三的另一端与浓母液罐的顶部连接，所述管路四的另一端与反应釜连接，所述溶剂罐的下部通过管路二与管道混合器进口端连接，且溶剂罐上安装有仪表集一；

所述管路一上安装有泵一、仪表集二和数个阀门，所述管路二上安装有泵二和数个阀门，所述管路三和管路四上均安装有阀门，所述管路三和管路四的连接处与管道混合器出口端安装有仪表集三。

一种精确在线稀释系统的稀释方法，具体步骤如下：

第一步：打开管路一和管路三上的泵一与相应的阀门，关闭管路二和管路四上的泵二与阀门，通过仪表集二、仪表集三获得到浓母液的特性参数值与温度值，通过仪表集一获取溶剂的温度值，系统自动根据反应釜要求的进料温度、浓度、流速、累计流量等方面的需求，计算出母液与溶剂的流速与累积流量；

第二步：控制元件收到第一步的控制需求后，自动打开管路三的阀门，虽然管路没有流量计，但可以通过仪表集二和仪表集三联合控制，与管路一的泵一之间做PID调节控制，使浓母液与溶剂在管道混合器是进行混合，检测混合稀释后溶液的物理特性参数转换的浓度值，若不符合目标值，混合后的溶液返回浓母液罐，并实时调整母液与纯水的进料速度，直到稀释后溶液浓度在用户目标控制范围内；

第三步：物理特性参数转换的浓度值在合格范围内之后，系统自动关闭管路三上的阀门，打开管路四的阀门，混合后的合格溶液进入反应釜中，并监控进入反应釜的稀释后溶液的累积流量与温度值，完成整个自动精确在线稀释过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该精确在线稀释系统，

1、整个自动化稀释的过程只需用户提供目标温度、目标浓度和目标流量，既不需要检测母液的浓度，也不需要检测稀释后溶液的浓度，但能保证稀释后的浓度值和流量在客户目标范围内，整个过程全部由系统自动完成，不需要人工参数控制；

2、取消了稀释缓存罐及其周边的泵、阀门、仪表等设备设施，母液与溶剂直接在管道混合器中混合，不但节省设备等固定资产的投入，还能节省厂房空间，在管道中混合后进入反应釜，保证计量精度的同时，还可以保证实际工况下的浓度精度；

3、由于省去了检测与加料补料环节，本方案的自动化稀释系统运行成本极低，远低于传统的溶液稀释方法；

4、由于在线的稀释过程控制方法，完全处于真实工况，反馈的是真实工况下的溶液浓度，而不是离线的非工况下的浓度，更有利于提高产品稳定性和一致性。

附图说明

图1为现有技术溶液稀释系统结构示意图；

图2为本发明结构示意图。

图中：浓母液罐1、溶剂罐2、反应釜3、管路一4、管路二5、管路三6、管路四7、仪表集一8、仪表集二9、仪表集三10、管道混合器11、泵一12、泵二13。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2，本发明提供一种技术方案：一种精确在线稀释系统，包括浓母液罐1、溶剂罐2、反应釜3、管路一4、管路二5、管路三6、管路四7、仪表集一8、仪表集二9、仪表集三10、管道混合器11、泵一12、泵二13，浓母液罐1下部通过管路一4与管道混合器11进口端连接，管道混合器11的出口端分别连接管路三6和管路四7，管路三6的另一端与浓母液罐1的顶部连接，管路四7的另一端与反应釜3连接，溶剂罐2的下部通过管路二5与管道混合器11进口端连接，且溶剂罐2上安装有仪表集一8；

管路一4上安装有泵一12、仪表集二9和数个阀门，管路二5上安装有泵二13和数个阀门，管路三6和管路四7上均安装有阀门，管路三6和管路四7的连接处与管道混合器11出口端安装有仪表集三10。

实施例1：

向反应釜中泵入温度50℃、Fe²⁺浓度为100g/l的FeSO₄溶液40KG，进料速度为80KG/h，母液为未知溶液的FeSO₄溶液，溶剂为纯水。

第一步：

设定目标温度50℃、目标Fe²⁺浓度为100g/l，目标FeSO4溶液质量为40KG，设定稀释后的FeSO₄溶液进入反应釜的管道流速为80KG/h；

仪表集一8中监控纯水的温度，仪表集二9和仪表集三10均需要监控温度、密度、流速及累计质量流量，纯水的流速通过变频电机PID控制；

打开管路一4和管路三6的泵一12与阀，检测到的母液的FeSO₄温度为40.1℃，密度为1.2412g/cm³，纯水温度均为室温30.2℃，依据实验建立的FeSO4溶液密度与Fe²⁺浓度的一一对应关系c＝f(ρ,t)，40.1℃下密度为1.2412g/cm³的母液经转换后，相当于50℃下Fe²⁺浓度为114.20g/l、密度为1.2379g/cm³的FeSO₄溶液；30.2℃下纯水的密度为0.995584g/cm³，相当于50℃下纯水的密度为0.98803g/cm³；而目标稀释液经迭代求得密度为1.2118g/cm³。根据稀释前后溶质FeSO₄质量不变原理，求得母液的质量流量为71.56KG/h，纯水的质量流量为8.44KG/h。

第二步：系统自动打开管路三6的泵与阀门，检测到FeSO₄母液的流速度为71.50KG/h，稀释后的流速为80.1KG/h，纯水的质量流量为8.6KG/h，稀释后溶液的温度为38.6℃，密度为1.2154g/cm³，经升温后相当于50℃下Fe²⁺浓度为99.88g/l的FeSO₄溶液，Fe²⁺浓度绝对偏差为0.12g/l，在客户控制目标范围内；

第三步：在监控到稀释后溶液的质量比浓度在目标范围内后，系统自动关闭管路三6上的阀门，打开管路四7的阀门，稀释后的合格溶液进入反应釜中，在整个系统自动停止时，显示进入反应釜的累计质量流量为40.08KG，整个在线稀释和进料过程结束。

实施例2：

向反应釜中泵入温度30℃、Fe²⁺浓度为90g/l的FeSO₄溶液50KG，进料速度为60KG/h，母液为未知溶液的FeSO₄溶液，溶剂为纯水。

第一步：

设定目标温度30℃、目标Fe²⁺浓度为90g/l，目标FeSO₄溶液质量为50KG，设定稀释后的FeSO₄溶液进入反应釜的管道流速为60KG/h；

仪表集一8中监控纯水的温度，仪表集二9和仪表集三10均需要监控温度、密度、流速及累计质量流量，纯水的流速通过变频电机PID控制；

打开管路一4和管路三6的泵一12与阀，检测到的母液的FeSO₄温度为42.3℃，密度为1.2376g/cm³，纯水温度均为室温32.8℃，依据实验建立的FeSO₄溶液密度与Fe²⁺浓度的一一对应关系c＝f(ρ,t)，42.3℃下密度为1.2376g/cm³的母液经转换后，相当于30℃下Fe²⁺浓度为113.12g/l、密度为1.2410g/cm³的FeSO₄溶液；32.8℃下纯水的密度为0.994766g/cm³，相当于30℃下纯水的密度为0.995645g/cm³；而目标稀释液经迭代求得密度为1.1981g/cm³。根据稀释前后溶质FeSO₄质量不变原理，求得母液的质量流量为49.44KG/h，纯水的质量流量为10.56KG/h。

第二步：系统自动打开管路三6的泵与阀门，检测到FeSO₄母液的流速度为49.5KG/h，稀释后的流速为59.8KG/h，纯水的质量流量为10.3KG/h，稀释后溶液的温度为40.2℃，密度为1.1960g/cm³，经升温后相当于50℃下Fe²⁺浓度为99.16g/l的FeSO₄溶液，Fe²⁺浓度绝对偏差为0.16g/l，在客户控制目标范围内；

第三步：在监控到稀释后溶液的质量比浓度在目标范围内后，系统自动关闭管路三6上的阀门，打开管路四7的阀门，稀释后的合格溶液进入反应釜中，在整个系统自动停止时，显示进入反应釜的累计质量流量为49.83KG，整个在线稀释和进料过程结束。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种精确在线稀释系统，其特征在于：包括浓母液罐(1)、溶剂罐(2)和反应釜(3)，所述浓母液罐(1)下部通过管路一(4)与管道混合器(11)进口端连接，所述管道混合器(11)的出口端分别连接管路三(6)和管路四(7)，所述管路三(6)的另一端与浓母液罐(1)的顶部连接，所述管路四(7)的另一端与反应釜(3)连接，所述溶剂罐(2)的下部通过管路二(5)与管道混合器(11)进口端连接，且溶剂罐(2)上安装有仪表集一(8)。

2.根据权利要求1所述的一种精确在线稀释系统，其特征在于：所述管路一(4)上安装有泵一(12)、仪表集二(9)和数个阀门，所述管路二(5)上安装有泵二(13)和数个阀门，所述管路三(6)和管路四(7)上均安装有阀门，所述管路三(6)和管路四(7)的连接处与管道混合器(11)出口端安装有仪表集三(10)。

3.一种基于权利要求1所述的一种精确在线稀释系统的稀释方法，其特征在于具体步骤如下：

第一步：打开管路一(4)和管路三(6)上的泵一(12)与相应的阀门，关闭管路二(5)和管路四(7)上的泵二(13)与阀门，通过仪表集二(9)、仪表集三(10)获得到浓母液的特性参数值与温度值，通过仪表集一(8)获取溶剂的温度值，系统自动根据反应釜(3)要求的进料温度、浓度、流速、累计流量等方面的需求，计算出母液与溶剂的流速与累积流量；

第二步：控制元件收到第一步的控制需求后，自动打开管路三(6)的阀门，虽然管路(1)没有流量计，通过仪表集二(9)和仪表集三(10)联合控制，与管路一(4)的泵一(12)之间做PID调节控制，使浓母液与溶剂在管道混合器(11)是进行混合，检测混合稀释后溶液的物理特性参数转换的浓度值，若不符合目标值，混合后的溶液返回浓母液罐(1)，并实时调整母液与纯水的进料速度，直到稀释后溶液浓度在用户目标控制范围内；

第三步：物理特性参数转换的浓度值在合格范围内之后，系统自动关闭管路三(6)上的阀门，打开管路四(7)的阀门，混合后的合格溶液进入反应釜(3)中，并监控进入反应釜的稀释后溶液的累积流量与温度值，完成整个自动精确在线稀释过程。

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