Основные методы дозирования жидкостей

Какие методы дозирования поддерживают дозировочные насосы? В этой статье мы разбираем основные методы дозирования жидкостей и реагентов: постоянное, порционное, пропорциональное, дозирование с обратной связью, весовое.

 

 

(continuous and quasi-continuous dosing)

 

Производственные процессы, которые имеют дело с непрерывным изготовлением или обработкой чего-либо в основном требуют постоянного добавления различных химических веществ таких как кислоты, щелочи, красители, ароматические вещества, флокулянты.

 

Редкие и очень дорогие модели дозировочных насосов могут подавать жидкость действительно непрерывно. Большинство стандартных дозировочных насосов могут подавать вещества не непрерывно, а порциями. В пределах одной секунды подача жидкости показывает значительные колебания. Однако эти колебания однородны и равномерны и поэтому в течение более длительного периода времени средняя подача жидкости дозировочным насосом стремится к константе. Для тех процессов, где время производства (обработки) объекта длится от нескольких минут до нескольких часов, изменение подачи реагента дозировочным насосом в пределах секунды не имеет никакого значения. 

 

Все дело в том, как соотносится частота колебаний подачи жидкости насосом и общий период дозирования. Если колебания подачи внутри одной секунды существенны, а весь процесс дозирования длится всего лишь несколько секунд, то можно очень сильно ошибиться в подаче реагента за период дозирования. Однако если период дозирования велик, то колебания подачи жидкости внутри секунды теряют значение. Такое дозирование можно назвать "квазипостоянным". "Квазипостоянное" дозирование может рассматриваться как постоянное, если фактическая подача реагента для любого периода дозирования соответствует заданной потребности в пределах допустимой погрешности. 

 

 

 

 

(batch dosing)

 

При порционном дозировании задача заключается в том, чтобы отмерить заданный объем реагента и добавить его в исходное вещество. Для этих целей дозирующий насос обычно работает в течение заданного периода времени (например, по таймеру) или выполняет заранее заданное количество рабочих тактов.  Другая возможность состоит в том, чтобы заполнить бак исходным веществом до требуемого уровня, а затем добавить определенное количество реагента. Если реагент должен быть подан в систему под давлением, то открытый бак не подходит для этой задачи. Вместо этого следует выбрать дозирующее устройство, способное подать реагент в систему независимо от противодавления.

 

 

(dosing in proportion to a guide signal)

 

Пропорциональное дозирование может применяться в двух типах систем:

 

3.1. Если поток основного вещества может изменяться в течение времени, то и подача реагента тоже должна пропорционально изменяться. Это делается при помощи управляющего сигнала. Химическое вещество подается в другую среду таким образом, чтобы соотношение объемов обоих веществ все время было постоянным.

 

Если, например, 100 мл реагента должны быть добавлены в каждый кубический метр питьевой воды, то система дозирования должна непрерывно адаптировать подачу реагента в зависимости от скорости подачи воды.

Если вода не подается, то и реагент не подается. Наоборот, если поток воды максимальный, то и подача реагента максимальная. Если скорость подачи воды составляет 40% от максимума, то и подача реагента будет 40% от максимума.

 

Для измерения подачи воды могут использоваться импульсные расходомеры двух типов:

- индуктивные (электромагнитные) расходомеры с постоянным выходным сигналом или

- механические счетчики воды, которые могут подавать сигнал на каждый израсходованный литр воды. 

 

Тип и функционал дозировочного насоса определяет какой вид контролирующего сигнала будет использоваться.

Постоянный сигнал индуктивных расходомеров предпочтителен и обеспечивает точную связь с дозировочным насосом на любом промежутке времени.

Механические расходомеры, которые выдают сигнал после расхода определенного объема воды менее точны на коротких отрезках времени, но на длительных отрезках также обеспечивают необходимую точность.

Пропорциональное дозирование обеспечивает необходимую точность только если состояние среды (давление, вязкость, температура) остается неизменным.

 

3.2. Также пропорциональное дозирование правильно применять в системах с высокой инерцией. Если между впрыском реагента и реакцией проходит достаточно длительное время (например, из-за большой длины трубок подачи реагента), то системы, основанные на обратной связи (например, с датчиками pH и автоматическими контроллерами) будут ошибаться в подаче реагента. Как результат подача реагента будет все время или слегка избыточной или слегка недостаточной.

 

Пропорциональное дозирование следует за управляющим сигнал почти мгновенно в зависимости от потока воды и не требует времени для анализа или любой другой обратной связи от процесса.

 

 

 

 

(controlled dosing with feedback)

 

Чтобы получить воду или другую жидкость с заданными характеристиками может понадобиться добавить разное количество реагента для одного и того же объема воды. В таком случае пропорциональное дозирование не подходит для получения правильного результата.

Если свойства воды на входе в систему постоянно меняются, то система дозирования должна непрерывно анализировать качество воды, чтобы определить количество реагента для добавления.

 

Приведем примеры двух задач, которые хорошо объяснят когда лучше применять пропорциональное дозирование, а когда дозирование с обратной связью. 

 

Вода в систему водоподготовки подается из одной единственной скважины. Состав и свойства поступающей воды неизменны. В этом случае вполне подойдет более простое пропорциональное дозирование. Независимо от изменения потока воды на каждый литр воды будет добавлено одинаковое количество дезинфицирующего реагента. Из-за постоянного состава воды на входе будет обеспечена ее правильная обработка.

 

Если вода в систему подготовки поступает из нескольких скважин или дополнительно смешивается с поверхностными водами, то ее химический состав может изменяться. В этом случае пропорциональное дозирование не подойдет, потому что на один и тот же объем воды требуется подать разное количество дезинфицирующего реагента. Решить такую задачу способна система с обратной связью. Датчики измеряют фактическое качество воды и подают сигнал на контроллер, который определяет необходимое в текущий момент времени количество реагента.

 

 

 

 

(gravimetric dosing)

 

Для многих технологических процессов важно добавлять реагент в расчете не на единицу объема, а на единицу массы. Однако беда в том, что измерить объем (расход) вещества гораздо проще, чем массу. Для сред, где соотношение массы и объема постоянно, используют именно объемное дозирование (например, пропорциональный метод дозирования), ведь его проще реализовать.

Такое постоянное соотношение массы и объема характерно для жидкостей. 

 

При обработке сыпучих материалов их плотность может меняться. Соответственно меняется и масса в расчете на единицу объема. Объемное дозирование в таком случае не подойдет. В этом случае необходимо взвешивать каждую отдельную партию вещества и добавлять в нее определенное количество реагента.

 

Весовое дозирование практически не применяют при обработке газов, ведь их масса зависит не только от объема, но также от давления и температуры. Автоматически измерять все эти 3 параметра весьма сложно.

 

 

 

Большинство производителей дозировочных насосов ориентируются на постоянное дозирование, пропорциональное дозирование и дозирование с обратной связью. В зависимости от особенностей процесса удобнее применять один из этих трех методов.

- Самым простым в реализации выглядит метод постоянного дозирования. Он хорош, если свойства обрабатываемой жидкости и ее поток постоянны.

- Если свойства жидкости остаются неизменными, но поток меняется, то следует использовать пропорциональное дозирование.

- Если может меняться как поток жидкости, так и ее свойства, то на помощь приходят системы дозирования с обратной связью.

 

Порционное и весовое дозирование сложнее автоматизировать.

- Порционное дозирование используют в случаях, когда исходное вещество не подается непрерывно, а обрабатывается равными "порциями". При появлении новой порции исходного вещества дозировочный насос должен выдать заранее определенную дозу реагента при помощи таймера или счетчика тактов.

- Весовое дозирование используется для потока сред с переменной плотностью.