RU172710U1 - Автоматизированный многофункциональный учебно-экспериментальный химико-технологический стенд - Google Patents

Abstract

Автоматизированный многофункциональный учебно-экспериментальный химико-технологический стенд (АМУЭХТС) относится к оборудованию общего назначения для химических лабораторий, а также к учебным моделям для научных и технических работ. Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей моделирования химико-технологических процессов. Автоматизированный многофункциональный учебно-экспериментальный химико-технологический стенд имеет малые объемы модулей, возможность размещения в стандартных боксах, вытяжных шкафах, защитных камерах, позволяет оперативно проводить изменение конфигурации технологической установки в целом путем перестановки модулей, а также в пределах каждого из модулей путем перестановки, добавления или удаления оборудования, позволяет проводить эксперименты с использованием радиоактивных материалов. Кроме того, студенты различных специальностей сами будут иметь возможность участвовать на всех стадиях работы АМУЭХТС, вести исследовательскую работу для реальных потребностей промышленности и одновременно приобретать навыки практической работы. Автоматизированный многофункциональный учебно-экспериментальный химико-технологический стенд состоит из одного или нескольких модулей, работа и управление модулей может осуществляться как совместно, так и автономно. Каждый модуль включает устройства управления в виде управляющего программно-технического комплекса и набора химико-технологического оборудования 1. Химико-технологическое оборудование 1 размещено в рамках ограждающей конструкции, например, в вытяжных шкафах, боксах, защитных камерах на гибких подвесах 2 с изменяемой длиной. Гибкие подвесы 2 крепятся на системе горизонтальных штанг 3, установленных внутри, например, вытяжного шкафа. На каждой из горизонтальных штанг 3 предусмотрены места 4 для крепления гибких подвесов 2, например отверстия для крюков 5. Модуль также содержит интеллектуальные электроприводы для управления запорной и регулирующей арматурой. Управляющий программно-технический комплекс может содержать шкаф управления, включающий программируемый логический контроллер, пускатели, автоматические выключатели, регуляторы, источники вторичного питания, преобразователи интерфейсов, рабочую станцию оператора, программное обеспечение.

Description

Автоматизированный многофункциональный учебно-экспериментальный химико-технологический стенд (АМУЭХТС) относится к оборудованию общего назначения для химических лабораторий, а также к учебным моделям для научных и технических работ.

Известна «Лабораторная установка для исследования процессов жидкостной экстракции», описанная в патенте на полезную модель №150525, опубликованном 20.02.2015. Лабораторная установка для исследования процессов жидкостной экстракции содержит корпус, выполненный в виде рамной конструкции, включающий лабораторный стол с боковыми стенками, смесительно-отстойный экстрактор с блоком управления перемешивающим устройством, насос для подачи экстрагента из накопительной емкости в экстрактор, расходомер и регулятор температуры, на лабораторном столе размещена съемная рамная конструкция, содержащая полки для установки дополнительных смесительно-отстойных экстракторов, в нижней части лабораторного стола размещены дополнительные расходные емкости, соединенные с дополнительными насосами для подачи растворов и снабженные расходомерами для контроля их расходов для подачи в экстракторы соответствующей ступени каскада, установка оснащена пультом управления ее работой, содержащим средства визуализации работы установки.

Возможности данной лабораторной установки ограничены исследованиями процессов жидкостной экстракции, в большей степени непрерывной жидкостной экстракции тантала и ниобия, отсутствует возможность ее использования для исследования и моделирования других химико-технологических процессов.

Известна «Лаборатория удаленного доступа «Проектирование и эксплуатация химико-технологических систем», описанная на сайте www.gaps.tstu.ru/win-1251/lab/apparat/lll/main.html и выбранная в качестве прототипа. Лаборатория удаленного доступа содержит химико-технологическую лабораторию, включающую промышленный вариант химико-технологической системы, стенд удаленного доступа для снятия температурных полей аппарата, локальный пульт управления установкой, стенд для проведения лабораторной работы по устройству составных частей механического перемешивающего устройства, виртуальную лабораторию, комплекс компьютерных программ.

Недостатком известной лаборатории удаленного доступа является применение промышленного варианта химико-технологической системы с определенным набором промышленных аппаратов, установленных в определенной последовательности в помещении больших размеров. Таким образом, любое изменение технологической схемы по получению другого продукта потребует больших материальных затрат, причем без участия студентов и, следовательно, без получения ими дополнительных практических навыков работы. В известной лаборатории удаленного доступа невозможно проводить эксперименты по разработке технологических схем получения, очистке разнообразных материалов, утилизации отходов и прочее, включая применение радиоактивных материалов. Основное внимание уделяется математическим моделям и алгоритмам расчетов при моделировании эксплуатации широко использующихся химико-технологических систем, а на практике предлагается связь с химико-технологической лабораторией, включающей промышленный вариант химико-технологической системы. Студентам предлагается возможность самостоятельно пройти весь процесс производства по выпуску продукции заданного объема в течение планируемого периода, но только лишь удаленно задавая исходные данные.

Задачей заявляемой полезной модели является разработка универсальной химико-технологической системы, позволяющей проводить моделирование и исследования различных производственных процессов.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей моделирования химико-технологических процессов. Автоматизированный многофункциональный учебно-экспериментальный химико-технологический стенд имеет малые объемы модулей, возможность размещения в стандартных боксах, вытяжных шкафах, защитных камерах, позволяет оперативно проводить изменение конфигурации технологической установки в целом путем перестановки модулей, а также в пределах каждого из модулей путем перестановки, добавления или удаления оборудования, позволяет проводить эксперименты с использованием радиоактивных материалов. Кроме того, студенты различных специальностей сами будут иметь возможность участвовать на всех стадиях работы АМУЭХТС, вести исследовательскую работу для реальных потребностей промышленности и одновременно приобретать навыки практической работы.

Технический результат достигается за счет того, что автоматизированный многофункциональный учебно-экспериментальный химико-технологический стенд, содержащий химико-технологическое оборудование и устройства управления, отличается тем, что состоит из, по крайней мере, одного модуля, включающего управляющий программно-технический комплекс, систему горизонтальных штанг, крепящихся внутри ограждающей конструкции и имеющих периодические отверстия для крепления оборудования во внутреннем ее пространстве в необходимом положении для исполнения заданной технологической схемы посредством гибких подвесов, и интеллектуальные электроприводы для управления запорной и регулирующей арматурой, а также по пункту 2 управляющий программно-технический комплекс содержит шкаф управления, включающий программируемый логический контроллер, пускатели, автоматические выключатели, регуляторы, источники вторичного питания, преобразователи интерфейсов, рабочую станцию оператора, программное обеспечение, по пункту 3 в качестве ограждающей конструкции используется вытяжной шкаф, или бокс, или защитная камера.

Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет расширить функциональные возможности моделирования химико-технологических процессов, облегчить и ускорить смену оборудования, позволяет разместить химико-технологическую систему в малых объемах, в том числе в стандартном оборудовании.

Заявляемое техническое решение обладает новизной, отличаясь от прототипа перечисленными выше признаками, и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Автоматизированный многофункциональный учебно-экспериментальный химико-технологический стенд может найти широкое применение в средних и высших учебных заведениях химико-технологического профиля в качестве учебно-экспериментальной лаборатории по изучению технологических систем для различных специальностей (технологи, механики, химики-аналитики, программисты, инженеры КИПиА, электрики), в научно-исследовательских институтах, центральных заводских лабораториях и на промышленных предприятиях химико-технологического профиля. При отработке технологических растворов, содержащих радионуклиды, применение модуля АМУЭХТС наиболее оправданно, так как резко снижает время воздействия облучения персонала при монтаже, обслуживании технологических установок в защитных камерах, шкафах и боксах.

Полезная модель поясняется чертежами, на которых представлено:

Фиг. 1. - Общая схема системы подвесов;

Фиг. 2. - Схема по примеру реализации технологической схемы подготовки технологических растворов;

Фиг. 3. - Схема по примеру реализации технологической схемы извлечения металла из технологических растворов на ионообменной колонне.

Автоматизированный многофункциональный учебно-экспериментальный химико-технологический стенд состоит из одного или нескольких модулей, работа и управление модулей может осуществляться как совместно, так и автономно. Каждый модуль включает устройства управления в виде управляющего программно-технического комплекса и набора химико-технологического оборудования. Химико-технологическое оборудование 1 (см. Фиг. 1) размещено в рамках ограждающей конструкции, например, в вытяжных шкафах, боксах, защитных камерах на гибких подвесах 2 с изменяемой длиной. Гибкие подвесы 2 крепятся на системе горизонтальных штанг 3, установленных внутри, например, вытяжного шкафа. На каждой из горизонтальных штанг 3 предусмотрены места 4 для крепления гибких подвесов 2, например, отверстия для крюков 5. Модуль также содержит интеллектуальные электроприводы для управления запорной и регулирующей арматурой. Управляющий программно-технический комплекс может содержать шкаф управления, включающий программируемый логический контроллер, пускатели, автоматические выключатели, регуляторы, источники вторичного питания, преобразователи интерфейсов, рабочую станцию оператора, программное обеспечение.

Пример 1. На модуле АМУЭХТС реализуется принципиальная технологическая схема подготовки технологических растворов, представленная на Фиг. 2.

Химико-технологическое оборудование 1 определенной геометрии и объема в зависимости от заданной производительности крепятся в модуле АМУЭХТС с помощью оригинальной системы подвесов 2 на разном уровне, обусловленном требованиями технологической схемы. Соединения между химико-технологическим оборудованием производится посредством гибких армированных шлангов 6, передача раствора производится с помощью насосов 7-10. Все вторичные приборы устанавливаются в шкафу управления, к которому подсоединен компьютер. Управление вентилями 11-23, насосами 7-10, нагревом раствора производится по показаниям датчиков 24-38 автоматически согласно программе, заложенной в компьютер, под руководством оператора установки. При необходимости оператор может переходить на ручной режим управления технологическим процессом.

Технологический процесс подготовки технологических растворов осуществляют следующим образом.

Исходный раствор из сборника закачивается в требуемом количестве в емкость 39, в которой производится перемешивание раствора, отбор проб на анализ и передача раствора на узел осаждения - емкость 40.

В емкости 40 исходный раствор в зависимости от его состава и требований технологического процесса доводят до кондиции по показаниям датчиков 26-28, 37, 38 по температуре, кислотности (рН), вводят необходимые реагенты (осадители). В течение определенного времени в емкости 40 происходит осаждение основного количества нерастворимого, или малорастворимого соединения. Обработанный исходный раствор, содержащий взвеси осаждаемого соединения, в виде суспензии передается на узел фильтрации 41 на фильтр и далее в виде фильтрата в емкость 42, в которой для интенсификации процесса создается заданное разряжение посредством вакуумного насоса 10 через вакуумную ловушку 43.

Осадок с узлов осаждения 40 и фильтрации 41 удаляется из химико-технологического оборудования, анализируется и отправляется на утилизацию, которая выбирается с учетом состава и свойств осадка.

Фильтрат из емкости 42 анализируется, после чего направляется в сборник для дальнейшей переработки.

Пример 2. На модуле АМУЭХТС реализуется принципиальная технологическая схема извлечения металла из технологических растворов на ионообменной колонне, представленная на Фиг. 3.

В модуле АМУЭХТС крепится химико-технологическое оборудование для проведения работ по технологической схеме извлечения металла из технологических растворов сорбционным способом. Сорбент (катионит или анионит) подбирают исходя из заданных условий и типа извлекаемого из растворов металла.

Соединения между химико-технологическим оборудованием, передача раствора, управление вентилями, насосами, нагревом раствора осуществляется аналогичным образом, как в примере 1. Процессом управляет оператор с помощью компьютера согласно программе, составленной для ведения данного технологического процесса. При необходимости оператор также может переходить на ручной режим управления технологическим процессом.

Технологический процесс извлечения металла из технологических растворов на ионообменной колонне осуществляют следующим образом.

Исходный раствор принимают в требуемом количестве в емкость 44, в которой производится перемешивание раствора, отбор проб на анализ. После чего раствор насосом 7 передается в емкость 45.

В емкости 45 в исходный раствор вводятся различные реагенты, производится корректировка по кислотности и другим необходимым параметрам. По результатам анализа принимают решение о подаче подготовленного исходного раствора на операцию сорбции на ионообменную колонну 46 насосом-дозатором 8.

Предварительно находящийся в ионообменной колонне 46 сорбент (катионит или анионит) переводят в необходимую ионную форму, подавая из аппарата 47 посредством насоса 9 требуемые реагенты. Емкость 47 служит как для подачи из нее в ионообменную колонну 46 различных промывных растворов для регенерации и промывки сорбента, так и для подачи десорбирующего раствора.

При проведении процесса сорбции фильтрат и маточный раствор собирают в емкость 48, откуда они направляются на утилизацию. После насыщения сорбента металлом, проводят промывку сорбента от маточного раствора, затем следует процесс десорбции. Десорбат собирают в емкости 49, которая является сборником готового продукта - концентрата извлеченного из исходного раствора металла.

Различные промывные растворы от регенерации сорбента собирают в емкости 50, после чего их отправляют на утилизацию.

Следует отметить, что при размещении в модуле АМУЭХТС аппаратов для двух технологических схем, например, по подготовке исходного раствора и упаривания фильтрата, количество аппаратов сокращается, так как отдельные аппараты (емкости) могут исполнять подобные функции для обеих технологических схем.

Claims (3)

1. Учебно-экспериментальный стенд, предназначенный для размещения химико-технологического оборудования, состоящий из, по крайней мере, одного модуля, включающего химико-технологическое оборудование, систему горизонтальных штанг, крепящихся внутри ограждающей конструкции и имеющих места для крепления химико-технологического оборудования посредством гибких подвесов во внутреннем ее пространстве в заданном положении для исполнения технологической схемы, с возможностью подключения стенда к управляющему программно-техническому комплексу.

2. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что управляющий программно-технический комплекс содержит шкаф управления, включающий программируемый логический контроллер, пускатели, автоматические выключатели, регуляторы, источники вторичного питания, преобразователи интерфейсов, рабочую станцию оператора.

3. Стенд по п. 1, отличающийся тем, что в качестве ограждающей конструкции используется вытяжной шкаф, или бокс, или защитная камера.

Images