RU2481142C1 - Method of automatic control over fluid extraction in vibration column - Google Patents

Method of automatic control over fluid extraction in vibration column Download PDF

Info

Publication number
RU2481142C1
RU2481142C1 RU2011149102A RU2011149102A RU2481142C1 RU 2481142 C1 RU2481142 C1 RU 2481142C1 RU 2011149102 A RU2011149102 A RU 2011149102A RU 2011149102 A RU2011149102 A RU 2011149102A RU 2481142 C1 RU2481142 C1 RU 2481142C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
column
vibration
phase
nozzle
dispersed phase
Prior art date
Application number
RU2011149102A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Соловьев
Кирилл Андреевич Яковлев
Владимир Трофимович Калинников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук (ИХТРЭМС КНЦ РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2481142C1 publication Critical patent/RU2481142C1/en

Links

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates, primarily, to vibration extraction column to be used in hydrometallurgy, petroleum radiochemical and other industries. Proposed method comprises adjustment of dispersion-forming initial water and extraction agent solution flow rates, adjustment of phase interfaces, estimation of disperse phase delay in column by measuring pressure difference and adjustment of column load vibration intensity by varying vibration frequency. Note here that disperse phase drop mean diameter is measured and compared to preset value. Originated mismatch is used to very load vibration intensity by adjusting vibration rate and amplitude. Phase boundaries are adjusted by discharging solid phase from column bottom.
EFFECT: higher efficiency of extraction, stable and efficient column operation.
2 cl, 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом жидкостной экстракции в экстракционных колоннах, преимущественно вибрационных, и может быть использовано в гидрометаллургических, нефтехимических, радиохимических и других производствах.The invention relates to methods for automatically controlling the process of liquid extraction in extraction columns, mainly vibrating, and can be used in hydrometallurgical, petrochemical, radiochemical and other industries.

Известен способ автоматического управления процессом жидкостной экстракции в пульсационной колонне (см. а.с. 645670 СССР, МКИ2 B01D 11/04, G05D 27/00, 1979), включающий стабилизацию концентрации экстрагируемого вещества в аппарате путем изменения расхода экстрагента и стабилизацию величины задержки дисперсной фазы в колонне в результате воздействия на амплитуду пульсаций жидкости в колонне. При этом появляется возможность изменять соотношение потоков в диапазоне ±100% при изменении амплитуды пульсаций в 2,3 раза, что позволяет повысить эффективность процесса.A known method of automatically controlling the process of liquid extraction in a pulsation column (see AS 645670 USSR, MKI 2 B01D 11/04, G05D 27/00, 1979), including stabilizing the concentration of the extracted substance in the apparatus by changing the flow rate of the extractant and stabilizing the delay dispersed phase in the column as a result of the impact on the amplitude of the pulsations of the liquid in the column. At the same time, it becomes possible to change the flow ratio in the range of ± 100% when the amplitude of the pulsations changes by a factor of 2.3, which allows to increase the efficiency of the process.

Недостатком данного способа является то, что повышение эффективности процесса не может быть достигнуто, так как нарушение соотношения потоков - одного из основных режимных параметров процесса экстракции - будет неизбежно приводить к нарушению массопередачи, а значительное изменение амплитуды пульсаций может привести к захлебыванию колонны при нагрузках, близких к оптимальным. В способе не предусмотрены оценка и регулирование поверхности массообмена.The disadvantage of this method is that an increase in the efficiency of the process cannot be achieved, since violation of the flow ratio - one of the main operating parameters of the extraction process - will inevitably lead to a violation of mass transfer, and a significant change in the amplitude of the pulsations can lead to flooding of the column at loads close to to optimal. The method does not provide for the assessment and regulation of the mass transfer surface.

Известен также принятый в качестве прототипа способ автоматического управления процессом жидкостной экстракции в вибрационной колонне (см. Taylor P.A., Baird M.H.I, Kusuma I. / Computer control of holdup in a reciprocating plate extraction column. // Can. J. Chem. Eng. 1982. V.60, №4. P.556-565), включающий регулирование расходов исходного водного раствора и экстрагента, регулирование границы раздела фаз путем изменения расходов входящих в колонну взаимодействующих потоков, оценку задержки дисперсной фазы колонны путем измерения перепада давления в зоне действия насадки колонны и регулирование интенсивности вибрации насадки путем изменения частоты вибрации.Also known is the prototype method for automatically controlling the liquid extraction process in a vibrating column (see Taylor PA, Baird MHI, Kusuma I. / Computer control of holdup in a reciprocating plate extraction column. // Can. J. Chem. Eng. 1982 V.60, No. 4. P.556-565), including controlling the flow rate of the initial aqueous solution and extractant, adjusting the phase boundary by changing the flow rate of the interacting flows entering the column, estimating the delay of the dispersed phase of the column by measuring the pressure drop in the nozzle coverage area columns and regulation ivnosti nozzle vibration by changing the vibration frequency.

Недостатком известного способа является то, что использование задержки дисперсной фазы в качестве основного регулирующего параметра не может обеспечить качественного регулирования процесса жидкостной экстракции в вибрационной колонне, так как задержка дисперсной фазы не является однозначной характеристикой массопереноса, скорость которого зависит от площади поверхности контакта фаз. При неизменной задержке дисперсной фазы площадь поверхности массообмена не является постоянной величиной и поэтому стабильность задержки не является гарантией качественного регулирования экстракционного процесса в вибрационной колонне.A disadvantage of the known method is that the use of the dispersed phase delay as the main regulatory parameter cannot provide high-quality control of the liquid extraction process in the vibrating column, since the dispersed phase delay is not an unambiguous characteristic of mass transfer, the speed of which depends on the phase contact surface area. With a constant delay of the dispersed phase, the surface area of mass transfer is not a constant value, and therefore the stability of the delay is not a guarantee of high-quality regulation of the extraction process in the vibrating column.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности жидкостной экстракции в вибрационной колонне за счет регулирования размера капель дисперсной фазы и соответственно поверхности массообмена, что позволяет повысить устойчивость работы колонны и ее производительность.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the efficiency of liquid extraction in a vibrating column by controlling the size of the droplets of the dispersed phase and, accordingly, the mass transfer surface, which improves the stability of the column and its performance.

Технический результат достигается тем, что в способе автоматического управления процессом жидкостной экстракции в вибрационной колонне, включающем регулирование расходов исходного водного раствора и экстрагента, образующих дисперсию в колонне, регулирование границы раздела фаз, оценку задержки дисперсной фазы в колонне путем измерения перепада давления и регулирование интенсивности вибрации насадки колонны путем изменения частоты вибрации, согласно изобретению, дополнительно измеряют средний диаметр капель дисперсной фазы, сопоставляют его с заданным значением и используют возникшее рассогласование для изменения интенсивности вибрации насадки путем регулирования частоты и амплитуды ее вибрации согласно зависимостиThe technical result is achieved in that in a method for automatically controlling the liquid extraction process in a vibrating column, including controlling the flow rate of the initial aqueous solution and extractant forming a dispersion in the column, adjusting the phase boundary, estimating the delay of the dispersed phase in the column by measuring the pressure drop and adjusting the vibration intensity nozzles of the column by changing the frequency of vibration, according to the invention, additionally measure the average diameter of the droplets of the dispersed phase, sopos Compress it with a given value and use the resulting mismatch to change the vibration intensity of the nozzle by adjusting the frequency and amplitude of its vibration according to the dependence

Figure 00000001
Figure 00000001

где dк - средний диаметр капель дисперсной фазы, м;where d to - the average diameter of the droplets of the dispersed phase, m;

b0, b1, b2, b3 - эмпирические коэффициенты; b0=(0,9-2,1)·10-3,b 0 , b 1 , b 2 , b 3 - empirical coefficients; b 0 = (0.9-2.1) · 10 -3 ,

b1=-(3,07-6,15)·10-3, b2=(0,011-0,02)·10-3, b3=(3-12)·10-3;b 1 = - (3.07-6.15) · 10 -3 , b 2 = (0.011-0.02) · 10 -3 , b 3 = (3-12) · 10 -3 ;

µд - вязкость дисперсной фазы, Па·с;µ d — viscosity of the dispersed phase, Pa · s;

σ - межфазное натяжение, Н/м;σ is the interfacial tension, N / m;

A - двойная амплитуда вибрации насадки, м;A is the double amplitude of the vibration of the nozzle, m;

f - частота вибрации насадки, Гц;f - nozzle vibration frequency, Hz;

Технический результат достигается также тем, что регулирование границы раздела фаз производят путем отвода сплошной фазы из нижней части колонны.The technical result is also achieved by the fact that the regulation of the phase boundary is carried out by removing the continuous phase from the bottom of the column.

Сущность изобретения заключается в следующем. В жидкостной экстракции размер капель дисперсной фазы - важнейший параметр, от которого зависит как производительность вибрационной колонны, так и ее устойчивая работа. Как правило, средний диаметр капли, оптимальный с точки зрения массопередачи, задается уже на стадии проектирования колонны как одна из величин, входящих в состав исходных данных. Его рассчитывают по эмпирическим уравнениям или находят экспериментально, что более предпочтительно, так как одновременно определяют и параметры вибраций насадки - амплитуду и частоту, при которых эта капля становится оптимальной. В большинство эмпирических уравнений, позволяющих рассчитывать средний диаметр капель, входит комплексный член (А·f)n, где A - двойная амплитуда, f - частота вибрации, n - показатель степени, определяемый экспериментально и зависящий от конструкционных особенностей аппарата и физико-химических свойств экстракционной системы (см. Городецкий И.Я., Васин А.А., Олевский В.М., Лупанов П.А. Вибрационные массообменные аппараты. - М: Химия, 1980, с.101-103). Однако влияние амплитуды и частоты вибраций насадки на диаметр капель в зависимости от свойств экстракционной системы неодинаково, поэтому предпочтительно, чтобы комплексный член имел вид (Anfm), где n не равно m, что и было учтено при разработке заявляемого способа управления процессом жидкостной экстракции в вибрационной колонне.The invention consists in the following. In liquid extraction, the size of the droplets of the dispersed phase is the most important parameter on which both the productivity of the vibrating column and its stable operation depend. As a rule, the average droplet diameter, optimal from the point of view of mass transfer, is already set at the stage of column design as one of the values included in the composition of the initial data. It is calculated according to empirical equations or found experimentally, which is more preferable, since the vibration parameters of the nozzle are simultaneously determined - the amplitude and frequency at which this drop becomes optimal. The majority of empirical equations that allow one to calculate the average droplet diameter include the complex term (А · f) n , where A is the double amplitude, f is the vibration frequency, n is the exponent determined experimentally and depends on the structural features of the apparatus and physicochemical properties extraction system (see Gorodetsky I.Ya., Vasin A.A., Olevsky V.M., Lupanov P.A. Vibration mass transfer devices. - M: Chemistry, 1980, pp. 101-103). However, the influence of the amplitude and frequency of vibration of the nozzle on the diameter of the droplets varies depending on the properties of the extraction system, therefore it is preferable that the complex member has the form (A n f m ), where n is not equal to m, which was taken into account when developing the inventive method for controlling a liquid process extraction in a vibrating column.

Ввиду того, что средний диаметр капель является функцией нескольких переменных, нелинейно связанных между собой, не представляется возможным описать их взаимосвязь в виде детерминированной математической модели, которая необходима для осуществления управления процессом экстракции. Однако эту проблему можно решить с помощью уравнения линейной регрессии, которая была получена методом планирования экстремального эксперимента. С этой целью были проведены опыты с использованием полного факторного эксперимента (ПФЭ) по плану типа 2к, где к - число факторов, в качестве которых были выбраны: вязкость дисперсной фазы, межфазное натяжение и комплекс Af2. После обработки экспериментальных данных было получено линейное уравнение регрессии вида (1).Due to the fact that the average droplet diameter is a function of several variables that are nonlinearly interconnected, it is not possible to describe their relationship in the form of a deterministic mathematical model, which is necessary to control the extraction process. However, this problem can be solved using the linear regression equation, which was obtained by the method of planning an extreme experiment. To this end, experiments were carried out using a complete factorial experiment (PFE) according to a 2 k type plan, where k is the number of factors that were selected as the viscosity of the dispersed phase, interfacial tension, and the Af 2 complex. After processing the experimental data, a linear regression equation of the form (1) was obtained.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.The essential features of the claimed invention, which determine the scope of legal protection and are sufficient to obtain the above technical result, perform functions and relate to the result as follows.

Дополнительное измерение среднего диаметра капель дисперсной фазы в реальном режиме времени позволяет контролировать поверхность массообмена при поддержании требуемой величины задержки дисперсной фазы в колонне.An additional measurement of the average diameter of the droplets of the dispersed phase in real time allows you to control the mass transfer surface while maintaining the required delay value of the dispersed phase in the column.

Регулирование частоты и амплитуды вибрации насадки согласно зависимости: dк=b0+b1µд+b2σ+b3Af2 обеспечивает возможность определения конкретного значения частоты f и амплитуды A с учетом отклонения измеренной величины среднего диаметра капель dк дисперсной фазы от заданного при соответствующих для данной экстракционной системы вязкости µд и межфазном натяжении σ. Конкретные значения µд и σ зависят от физико-химических свойств экстракционной системы и определяются экспериментально перед запуском колонны. Для обеспечения устойчивой и производительной работы колонны регулирующее воздействие на частоту и амплитуду должно быть пропорционально величине рассогласования среднего диаметра капли.Regulation of the frequency and amplitude of vibration of the nozzle according to the dependence: d to = b 0 + b 1 µ d + b 2 σ + b 3 Af 2 provides the ability to determine the specific value of the frequency f and amplitude A taking into account the deviation of the measured value of the average diameter of the droplets d to the dispersed phase from the specified at the appropriate viscosity for the extraction system μ d and interfacial tension σ. The specific values of µ d and σ depend on the physicochemical properties of the extraction system and are determined experimentally before starting the column. To ensure stable and productive operation of the column, the regulatory effect on the frequency and amplitude should be proportional to the size of the mismatch of the average droplet diameter.

Значение эмпирических коэффициентов b0, b1, b2, b3 изменяется в следующих пределах: b0=(0,9-2,1)·10-3, b1=-(3,07-6,15)·10-3, b2=(0,011-0,02)·10-3, b3=(3-12)·10-3. Для систем, в которых в качестве исходного используют растворы минеральных кислот и их солей, а в качестве экстрагента - алифатические спирты фракций C7-C8, величины коэффициентов приближаются к нижнему пределу значений. Для систем с аналогичным исходным раствором и нейтральными экстрагентами, например трибутилфосфатом, величины коэффициентов будут стремиться к верхнему пределу. Для тех же исходных растворов, но с использованием анионообменных экстрагентов, например третичных аминов, величины коэффициентов будут находиться в основном в области средних значений.The value of empirical coefficients b 0 , b 1 , b 2 , b 3 varies in the following limits: b 0 = (0.9-2.1) · 10 -3 , b 1 = - (3.07-6.15) · 10 -3 , b 2 = (0.011-0.02) · 10 -3 , b 3 = (3-12) · 10 -3 . For systems in which solutions of mineral acids and their salts are used as the source, and aliphatic alcohols of the C 7 -C 8 fractions are used as the extractant, the coefficient values approach the lower limit of the values. For systems with a similar initial solution and neutral extractants, for example tributyl phosphate, the coefficient values will tend to the upper limit. For the same initial solutions, but using anion-exchange extractants, for example, tertiary amines, the coefficient values will be mainly in the range of average values.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышении устойчивости работы колонны и ее производительности за счет регулирования размера капель дисперсной фазы и соответственно поверхности массообмена. Это позволяет повысить эффективность жидкостной экстракции в вибрационной колонне.The combination of the above features is necessary and sufficient to achieve the technical result of the invention, which consists in increasing the stability of the column and its performance by adjusting the size of the droplets of the dispersed phase and, accordingly, the mass transfer surface. This improves the efficiency of liquid extraction in a vibrating column.

В частном случае осуществления изобретения предпочтительны следующие конкретные операции.In the particular case of the invention, the following specific operations are preferred.

Регулирование границы раздела фаз путем отвода сплошной фазы из нижней части колонны позволяет предотвратить вероятность уноса дисперсной фазы с потоком сплошной или утечки сплошной фазы с потоком дисперсной, что повышает устойчивость работы колонны.The regulation of the phase boundary by removing the continuous phase from the bottom of the column prevents the possibility of entrainment of the dispersed phase with the continuous stream or leakage of the continuous phase with the dispersed stream, which increases the stability of the column.

Вышеуказанный частный признак изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения повышения эффективности жидкостной экстракции в вибрационной колонне.The above particular characteristic of the invention allows the method to be carried out in an optimal mode from the point of view of increasing the efficiency of liquid extraction in a vibrating column.

На чертеже изображена принципиальная схема реализации предлагаемого способа автоматического управления жидкостной экстракцией.The drawing shows a schematic diagram of the implementation of the proposed method for automatic control of liquid extraction.

Схема включает вертикально установленную вибрационную колонну 1 с перемешивающим устройством в виде насадки 2, гидроцилиндр 3 для создания вибрации насадки 2, маслостанцию 4, электрогидравлический преобразователь 5, датчики 6 и 7 расхода соответственно исходного раствора и экстрагента, регулирующие клапаны 8 и 9 на линиях подачи исходного раствора и экстрагента, регуляторы 10 и 11 расхода исходного раствора и экстрагента, вычислительный модуль 12 соотношения расходов фаз, датчик 13 уровня раздела фаз в колонне, регулятор 14 уровня раздела фаз, клапан 15 отвода рафината, датчик 16 измерения диаметра капель, блок 17 управления гидроцилиндром 3, датчик 18 частоты и амплитуды вибраций насадки, датчик 19 перепада давления, вычислительные модули 20, 21 для преобразования аналоговых сигналов частоты и амплитуды в дискретные сигналы, модуль 22 для определения количества капель и их диаметра и модуль 23 для преобразования аналогового сигнала перепада давления в дискретный сигнал.The scheme includes a vertically mounted vibrating column 1 with a mixing device in the form of a nozzle 2, a hydraulic cylinder 3 for creating a vibration of the nozzle 2, an oil station 4, an electro-hydraulic converter 5, flow sensors 6 and 7, respectively, of the initial solution and extractant, control valves 8 and 9 on the supply lines of the original solution and extractant, regulators 10 and 11 of the flow rate of the initial solution and extractant, the computational module 12 phase flow ratio, the sensor 13 level of the phase separation in the column, the regulator 14 level of the phase separation, cl a raffinate outlet pan 15, a droplet diameter measuring sensor 16, a hydraulic cylinder 3 control unit 17, a nozzle vibration frequency and amplitude sensor 18, a differential pressure sensor 19, computing modules 20, 21 for converting analog frequency and amplitude signals to discrete signals, a module 22 for determining the number of droplets and their diameter, and a module 23 for converting the analog differential pressure signal into a discrete signal.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. С помощью датчиков расхода 6 и 7 измеряют объемные скорости исходного раствора и экстрагента. Сигналы с датчиков направляют на вход вычислительного модуля 12, в составе которого имеются инверторы и сумматор (не показаны). В вычислительном модуле 12 вычисляют текущее значение отношения фаз и сравнивают с заданной величиной, соответствующей технологическому регламенту. При наличии рассогласования на выходе модуля 12 появляется выходной сигнал, который подают на вход регулятора 10 или 11. Выходные сигналы с регуляторов 10 и 11 воздействуют на регулирующие клапаны 8 и 9, в результате чего стабилизируются объемные скорости исходного раствора и экстрагента и соотношение их расходов.The proposed method is as follows. Using flow sensors 6 and 7, the volumetric velocities of the initial solution and extractant are measured. The signals from the sensors are sent to the input of the computing module 12, which includes inverters and an adder (not shown). In the computing module 12, the current value of the phase ratio is calculated and compared with a predetermined value corresponding to the technological regulations. If there is a mismatch at the output of module 12, an output signal appears, which is fed to the input of controller 10 or 11. The output signals from controllers 10 and 11 act on control valves 8 and 9, as a result of which the volumetric velocities of the initial solution and extractant and the ratio of their flow rates are stabilized.

Регулирование положения границы раздела фаз (ГРФ) в колонне необходимо для предотвращения уноса дисперсной фазы с потоком сплошной или утечки сплошной фазы с потоком дисперсной. Измерение положения ГРФ производят с помощью датчика 13 и стабилизируют ее положение регулятором 14, воздействуя на регулирующий клапан 15, расположенный на линии отвода рафината.The regulation of the position of the phase boundary (GRF) in the column is necessary to prevent entrainment of the dispersed phase with the continuous flow or leakage of the continuous phase with the dispersed flow. Measurement of the position of the GRF is carried out using the sensor 13 and stabilize its position by the regulator 14, acting on the control valve 15, located on the drainage line of the raffinate.

Оптимальный гидродинамический режим, от которого зависит устойчивая работа аппарата и его производительность, необходимо поддерживать в стабильном состоянии. В предлагаемом способе эта задача решается с помощью датчика 16, измеряющего диаметр капель, блока 17 управления гидроцилиндром 3 и датчика 18, фиксирующего частоту и амплитуду вибраций насадки 2. С помощью датчика 16 в реальном масштабе времени информация о диаметре капель дисперсной фазы передается в модуль 22, вычисляющий средний диаметр капель и площадь межфазной поверхности. Одновременно с помощью датчика 19 и модуля 23 измеряют перепад давления в колонне. Информацию с модуля 23 передают в модуль 22, где по величине перепада давления в работающей колонне производят оценку задержки дисперсной фазы.The optimal hydrodynamic regime, on which the stable operation of the apparatus and its performance depends, must be maintained in a stable state. In the proposed method, this problem is solved using the sensor 16, which measures the diameter of the droplets, the hydraulic cylinder 3 control unit 17, and the sensor 18, which detects the frequency and amplitude of the vibrations of the nozzle 2. Using the sensor 16, information on the diameter of the dispersed phase droplets is transmitted to module 22 calculating the average droplet diameter and interfacial area. At the same time, the differential pressure in the column is measured using a sensor 19 and a module 23. Information from module 23 is transmitted to module 22, where the delay of the dispersed phase is estimated by the value of the pressure drop in the working column.

Если измеренный с помощью датчика 16 средний диаметр капель превышает допустимое отклонение от заданного для данной экстракционной системы, а задержка находится в норме, то в модуле 22 с учетом возникшего рассогласования вычисляется на основе зависимости (1), на какую величину следует изменить частоту вибрации, чтобы средний диаметр капель стал соответствовать заданному. Далее в модуле 20, функционально связанном с модулем 22, формируется командный сигнал, который по каналу управления частотой вибрации насадки, включающем модуль 22, электрогидравлический преобразователь 5, гидроцилиндр 3, воздействует на последний, увеличивая частоту вибраций насадки. В результате пропорционально увеличению частоты повысится количество подводимой энергии, затрачиваемой на процесс дробления капель, благодаря чему средний диаметр капель уменьшится до заданного размера. Далее для сохранения установленного гидродинамического режима осуществляют коррекцию амплитуды в сторону ее уменьшения через датчик 18, модуль 20, маслостанцию 4, электрогидравлический преобразователь 5 и гидроцилиндр 3.If the average droplet diameter measured using the sensor 16 exceeds the permissible deviation from the set for this extraction system, and the delay is normal, then in module 22, taking into account the inconsistency that has arisen, it is calculated on the basis of dependence (1) by what value the vibration frequency should be changed so that the average diameter of the droplets began to correspond to the set. Further, in the module 20, functionally connected with the module 22, a command signal is generated, which acts on the latter via the control channel of the nozzle vibration frequency, including module 22, the electro-hydraulic converter 5, hydraulic cylinder 3, increasing the nozzle vibration frequency. As a result, in proportion to the increase in frequency, the amount of input energy spent on the process of droplet crushing will increase, due to which the average diameter of the droplets will decrease to a predetermined size. Then, to maintain the established hydrodynamic regime, the amplitude is corrected in the direction of decreasing it through the sensor 18, module 20, oil station 4, electro-hydraulic converter 5 and hydraulic cylinder 3.

Укрупнение капель при неизменных задержке и других регулируемых параметрах объясняется увеличением статической составляющей задержки, которая зависит, в частности, от адгезионных свойств дисперсной фазы, то есть от степени ее прилипания к материалу насадки. Благодаря тому, что в заявленном способе регулирования используется гидравлический вибропривод, возвратно-поступательное движение насадки осуществляется пилообразно, то есть с резким изменением направления движения в нижней и верхней точках положения насадки. Оторвать пленку дисперсной фазы от насадки тем легче, чем чаще насадка совершает пилообразные колебания. С учетом того, что в предложенной зависимости (1) частота вибрации присутствует в виде f2, воздействие именно на частоту вибрации является предпочтительным. То есть воздействовать на процесс дробления капель через изменение частоты с точки зрения энергетических затрат является более эффективным, чем через изменение амплитуды А, присутствующей в зависимости (1) в первой степени.The enlargement of the droplets with a constant delay and other adjustable parameters is explained by an increase in the static component of the delay, which depends, in particular, on the adhesive properties of the dispersed phase, that is, on the degree of its adhesion to the packing material. Due to the fact that the claimed control method uses a hydraulic vibrator, the reciprocating movement of the nozzle is sawtooth, that is, with a sharp change in the direction of movement at the lower and upper points of the position of the nozzle. The easier it is to tear off the dispersed phase film from the nozzle, the more often the nozzle makes sawtooth oscillations. Considering the fact that in the proposed dependence (1), the vibration frequency is present in the form f 2 , the effect on the vibration frequency is preferable. That is, to influence the process of droplet crushing through a change in frequency from the point of view of energy costs is more effective than through a change in amplitude A, which is present in dependence (1) in the first degree.

Если в процессе регулирования задержка дисперсной фазы превысит допустимую, а средний диаметр капель соответствует заданному, то предпочтительно воздействовать на амплитуду вибраций, поскольку именно она в основном влияет на величину задержки при прочих стабильных параметрах. В этом случае сигнал с датчика 19 перепада давления подается на вход модуля 23, в котором определяются знак и величина отклонения задержки. Затем выходной сигнал из модуля 23 поступает на вход модуля 21, в котором оценивается, на какую величину необходимо уменьшить или увеличить амплитуду. В модуле 21 формируется команда, которая проходит по каналу управления амплитудой, включающем маслостанцию 4, электрогидравлический преобразователь 5 и гидроцилиндр 3. После выполнения этой команды ход поршня цилиндра уменьшается или увеличивается, что приводит к уменьшению или увеличению амплитуды вибрации насадки и, как следствие, к снижению или увеличению задержки. Для сохранения заданного гидродинамического режима затем может быть осуществлена коррекция частоты вибрации насадки аналогично описанному выше.If during the control process the delay of the dispersed phase exceeds the permissible one, and the average droplet diameter corresponds to the specified one, it is preferable to influence the vibration amplitude, since it mainly affects the amount of delay with other stable parameters. In this case, the signal from the differential pressure sensor 19 is supplied to the input of the module 23, in which the sign and magnitude of the delay deviation are determined. Then the output signal from the module 23 is fed to the input of the module 21, in which it is estimated by what value it is necessary to reduce or increase the amplitude. In module 21, a command is generated that passes through the amplitude control channel, including the oil station 4, electro-hydraulic converter 5, and hydraulic cylinder 3. After this command is executed, the piston stroke decreases or increases, which leads to a decrease or increase in the amplitude of the vibration of the nozzle and, as a result, decrease or increase the delay. To maintain the desired hydrodynamic regime, then, the correction of the vibration frequency of the nozzle can be carried out similarly to that described above.

Если средний диаметр капель становится меньше допустимого, что способствует увеличению поверхности массообмена, управление процессом экстракции ведется в направлении контроля и регулирования величины задержки и положения ГРФ для исключения захлебывания колонны.If the average diameter of the droplets becomes smaller than the permissible one, which contributes to an increase in the mass transfer surface, the extraction process is controlled in the direction of monitoring and regulating the magnitude of the delay and the position of the GRF to prevent flooding of the column.

Сущность предлагаемого способа может быть пояснена следующим примером конкретного выполненя.The essence of the proposed method can be explained by the following example of a specific implementation.

Пример. Осуществляют автоматическое управление процессом жидкостной экстракции в вибрационной колонне. Используется система, содержащая солянокислый раствор циркония и РЗЭ и экстрагент в виде третичных аминов с керосином. Для этой системы вязкость дисперсной фазы µд=0,0019 Па·с, межфазное натяжение σ=0,037 Н/м, эмпирические коэффициенты b0, b1, b2, b3 соответственно равны: b0=1,2·10-3, b1=4,27·10-3, b2=0,015·10-3, b3=7·10-3. В установившемся режиме работы колонны величина измеренного среднего диаметра капель dк оказалась равной 2±0,1 мм, что соответствует оптимальному диаметру и является заданной величиной, которая поддерживается постоянной за счет подводимой энергии, зависящей от интенсивности вибрации насадки. Для создания капель такого размера в данной экстракционной системе необходима интенсивность Af2=0,125 м/с2 при A=0,02 м, и f=2,5 Гц. Спустя 23 минуты система измерения капель зафиксировала текущее значение среднего диаметра капель, которое составило

Figure 00000002
, что превышает заданную величину dк. При этом задержка дисперсной фазы и другие регулируемые параметры оставались неизменными. Далее процесс регулирования осуществляют согласно нижеследующему алгоритму. По разности
Figure 00000003
определяется величина рассогласования, которая в модуле 22 преобразуется в пропорциональное изменение частоты вибрации насадки и формируется управляющий сигнал для восстановления заданного диаметра капли с последующей коррекцией амплитуды. При этом зависимость (1) имеет вид:Example. Automatic control of the liquid extraction process in the vibrating column. A system containing a hydrochloric acid solution of zirconium and REE and an extractant in the form of tertiary amines with kerosene is used. For this system, the viscosity of the dispersed phase µ d = 0.0019 Pa · s, interfacial tension σ = 0.037 N / m, the empirical coefficients b 0 , b 1 , b 2 , b 3 are respectively equal: b 0 = 1.2 · 10 - 3 , b 1 = 4.27 · 10 -3 , b 2 = 0.015 · 10 -3 , b 3 = 7 · 10 -3 . In the steady-state mode of operation of the column, the measured average droplet diameter d k turned out to be 2 ± 0.1 mm, which corresponds to the optimum diameter and is a given value, which is maintained constant due to the supplied energy, depending on the intensity of the nozzle vibration. To create droplets of this size in this extraction system, the intensity Af 2 = 0.125 m / s 2 at A = 0.02 m, and f = 2.5 Hz are required. After 23 minutes, the drop measurement system recorded the current value of the average diameter of the drops, which amounted to
Figure 00000002
that exceeds a given value d to . In this case, the delay of the dispersed phase and other adjustable parameters remained unchanged. Next, the regulation process is carried out according to the following algorithm. By difference
Figure 00000003
the mismatch value is determined, which in module 22 is converted into a proportional change in the nozzle vibration frequency and a control signal is generated to restore the given droplet diameter with subsequent amplitude correction. In this case, the dependence (1) has the form:

Figure 00000004
Figure 00000004

В уравнение (2) вводится значение текущего диаметра

Figure 00000005
и вычисляется интенсивность вибрации Af2:The value of the current diameter is entered into equation (2)
Figure 00000005
and the vibration intensity Af 2 is calculated:

Figure 00000006
.
Figure 00000006
.

Затем из равенства Af2=0,156 м/с2 вычисляется частота f при исходном значении амплитуды A=0,02 м:Then, from the equality Af 2 = 0.156 m / s 2 , the frequency f is calculated with the initial amplitude value A = 0.02 m:

f=(0,156/0,02)0,5=2,793 Гц.f = (0.156 / 0.02) 0.5 = 2.793 Hz.

Далее по цепочке: модуль 22 - электрогидравлический преобразователь 5 - гидроцилиндр 3 поршень гидроцилиндра начинает совершать колебания с частотой на 0,293 Гц большей, чем первоначально установленная. Одновременно с целью сохранения неизменной задержки дисперсной фазы производится корректировка амплитуды, величина которой вычисляется в модуле 20 по следующему алгоритму. По заданной интенсивности и найденной частоте вибрации из комплекса Af2 вычисляется амплитуда:Further along the chain: module 22 - electro-hydraulic converter 5 - hydraulic cylinder 3, the piston of the hydraulic cylinder begins to oscillate with a frequency of 0.293 Hz greater than the originally installed. At the same time, in order to maintain a constant delay of the dispersed phase, the amplitude is adjusted, the value of which is calculated in module 20 according to the following algorithm. The amplitude is calculated from the given intensity and the found vibration frequency from the Af 2 complex:

A=0,125/f2=0,125/2,7932=0,016 м.A = 0.125 / f 2 = 0.125 / 2.793 2 = 0.016 m.

После этого по каналу управления амплитудой, включающему датчик 18, модуль 20, маслостанцию 4, электрогидравлический преобразователь 5, гидроцилиндр 3, передается регулирующее воздействие, и амплитуда колебаний насадки уменьшается на 3 мм. Через 3-5 минут средний диаметр капель восстанавливается до заданного, что соответствует расчетным данным согласно зависимости (1):After that, through the amplitude control channel, including the sensor 18, module 20, oil station 4, electro-hydraulic converter 5, hydraulic cylinder 3, the control action is transmitted, and the amplitude of the nozzle oscillations decreases by 3 mm. After 3-5 minutes, the average diameter of the droplets is restored to the set, which corresponds to the calculated data according to the dependence (1):

dк=1,2·10-3-4,27·10-3·0,0019+0,015·10-3·0,037+7·10-30,016·2,7932=2,066·10-3 м.d to = 1.2 · 10 -3 -4.27 · 10 -3 · 0.0019 + 0.015 · 10 -3 · 0.037 + 7 · 10 -3 0.016 · 2.793 2 = 2.066 · 10 -3 m.

В результате регулирования средний диметр капель восстановлен до оптимального для данной экстракционной системы и, следовательно, сохранена необходимая величина контакта фаз, гарантирующая высокую эффективность процесса и производительность колонны.As a result of regulation, the average diameter of the droplets was restored to the optimum for a given extraction system and, therefore, the necessary phase contact was maintained, which guarantees high process efficiency and column performance.

Таким образом, предлагаемый способ управления процессом жидкостной экстракции за счет регулирования размера капель дисперсной фазы с учетом ее задержки и регулирования других параметров позволяет стабилизировать гидродинамический режим экстракции и обеспечить необходимую поверхность массообмена, что способствует повышению эффективности работы вибрационной колонны.Thus, the proposed method for controlling the liquid extraction process by controlling the size of the droplets of the dispersed phase, taking into account its delay and adjusting other parameters, makes it possible to stabilize the hydrodynamic extraction mode and provide the necessary mass transfer surface, which helps to increase the efficiency of the vibrating column.

Claims (2)

1. Способ автоматического управления процессом жидкостной экстракции в вибрационной колонне, включающий регулирование расходов исходного водного раствора и экстрагента, образующих дисперсию в колонне, регулирование границы раздела фаз, оценку задержки дисперсной фазы в колонне путем измерения перепада давления и регулирование интенсивности вибрации насадки колонны путем изменения частоты вибрации, отличающийся тем, что дополнительно измеряют средний диаметр капель дисперсной фазы, сопоставляют его с заданным значением и используют возникшее рассогласование для изменения интенсивности вибрации насадки путем регулирования частоты и амплитуды ее вибрации согласно зависимости
dк=b0+b1µд+b2σ+b3Af2,
где dк - средний диаметр капель дисперсной фазы, м;
b0, b1, b2, b3 - эмпирические коэффициенты; b0=(0,9-2,1)·10-3,
b1=-(3,07-6,15)·10-3, b2=(0,011-0,02)·10-3, b3=(3-12)·10-3;
µд - вязкость дисперсной фазы, Па·с;
σ - межфазное натяжение, Н/м;
А - двойная амплитуда вибрации насадки, м;
f - частота вибрации насадки, Гц.1. A method for automatically controlling the liquid extraction process in a vibrating column, including controlling the flow rate of the initial aqueous solution and extractant forming a dispersion in the column, adjusting the phase boundary, estimating the delay of the dispersed phase in the column by measuring the differential pressure and adjusting the intensity of vibration of the column nozzle by changing the frequency vibrations, characterized in that they additionally measure the average diameter of the droplets of the dispersed phase, compare it with a given value and use mismatch arose for changing the nozzle vibration intensity by controlling the frequency of vibration and its amplitude according to the relationship
d to = b 0 + b 1 µ d + b 2 σ + b 3 Af 2 ,
where d to - the average diameter of the droplets of the dispersed phase, m;
b 0 , b 1 , b 2 , b 3 - empirical coefficients; b 0 = (0.9-2.1) · 10 -3 ,
b 1 = - (3.07-6.15) · 10 -3 , b 2 = (0.011-0.02) · 10 -3 , b 3 = (3-12) · 10 -3 ;
µ d — viscosity of the dispersed phase, Pa · s;
σ is the interfacial tension, N / m;
A - double amplitude of vibration of the nozzle, m;
f - nozzle vibration frequency, Hz. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование границы раздела фаз производят путем отвода сплошной фазы из нижней части колонны. 2. The method according to claim 1, characterized in that the regulation of the phase boundary is carried out by removing the continuous phase from the bottom of the column.
RU2011149102A 2011-12-01 Method of automatic control over fluid extraction in vibration column RU2481142C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2481142C1 true RU2481142C1 (en) 2013-05-10

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751019C1 (en) * 2020-11-16 2021-07-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for controlling the process of saturation of extractant in extraction pulsation column of nuclear-safe design

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2751019C1 (en) * 2020-11-16 2021-07-07 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for controlling the process of saturation of extractant in extraction pulsation column of nuclear-safe design

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tan et al. A study on model predictive control in paste thickeners with rake torque constraint
CN101329585B (en) Control method and apparatus for coordinating flow quantity and liquid level
CN104571152A (en) Liquid drop micro fluid control closed-loop regulation device based on microvalve
CN104696706A (en) Micro fluid flow adjusting device based on air pressure drive
SE508434C2 (en) Method and system of dosing
US20090304523A1 (en) Regulator device and method for operating a regulator device
Lade et al. Comparison of normal phase operation and phase reversal studies in a pulsed sieve plate extraction column
CN101561662B (en) A process controller provided with improved surge capacity control and a relevant method
ATE380590T1 (en) METHOD FOR THE CONTROLLED DOSING OF LIQUIDS UNDER DISPLACEMENT OF A GAS CUSHION
Renze et al. Simulation of coalescence, breakup, and mass transfer in polydisperse multiphase flows
RU2481142C1 (en) Method of automatic control over fluid extraction in vibration column
ZA200609648B (en) Method for the monitoring and control of a process
EP0507794A1 (en) Method and device for the consideration of varying volume and flow in the control of a continuous flow process.
Couet et al. Two-phase bubbly-droplet flow through a contraction: experiments and a unified model
Soni et al. Study of Different Controller’s Performance for a Real Time Non-Linear System
US20160122660A1 (en) System and method for optimizing diluent recovery by a diluent recovery unit
US20190163218A1 (en) Determining shear rate and/or shear stress from sonar based velocity profiles and differential pressure
EP2817426B1 (en) Pressure stabilisation method
Gavva et al. Synthesis of a Precision Dosing System for Liquid Products Based on Electro-Pneumatic Complexes
Aslam et al. An implementation and comparative analysis of PID controller and their auto tuning method for three tank liquid level control
Tarleton A new approach to variable pressure cake filtration
Muravyova et al. Modeling power consumption by pump station control systems based on fuzzy controllers with discrete terms
CN103286250B (en) The control system and its control method of hydraulic forging press pump group flow
Abedi et al. Interfacial instabilities in sediment suspension flows
CN2537999Y (en) Liquid flow controller for emulsifying process of explosive production