Взвешивание и дозирование являются важными задачами на этапах транспортировки, производства и упаковки во многих отраслях промышленности. Таковы, среди прочего пищевая, химическая и фармацевтическая промышленность. Скорость этих процессов влияет на эффективность производства, а точность зависит от соответствия количества продукта информации, приведенной на его упаковке, вкуса в случае продуктов питания, а также здоровья покупателя лекарства.
Фактически, многие приложения для автоматизированных систем дозирования могут быть использованы в каждой отрасли. Например, при производстве пластмасс они используются для измерения добавок, которые изменяют их свойства, в том числе красители.
В пищевой промышленности, в свою очередь, дозатор по расходу является частью миксеров, в которых они распределяют ингредиенты и упаковочные машины, как в косметической и фармацевтической промышленности. Кроме того, они используются в задачах, требующих большей точности, таких как украшение тортов.
В других отраслях промышленности также существуют приложения, в которых системы дозирования измеряют точно определенные количества материалов, которые, в дополнение к системам наблюдения и роботам, размещаются в специально отведенном месте. Примером является электронная промышленность, в том числе производство солнечных панелей, плат и батарей.
Что касается последних, то диспенсеры используются для: нанесения адгезивов, фиксирующих анод, сепаратор и катод, герметизации и заполнения аккумуляторов электролитом. В дополнение к промышленности, системы дозирования используются в промышленности водоснабжения и канализации на очистных сооружениях и в плавательных бассейнах, где они производят химикаты, которые очищают воду.
ДОЗИРОВОЧНЫЕ СИСТЕМЫ
В типичной системе дозирования можно выделить несколько компонентов. Это: резервуар с дозируемым веществом, насос с дозирующей головкой, система управления и вспомогательные компоненты, среди прочего трубопроводы, клапаны, датчики.
Первый обычно изготавливается из химически стойких пластиков, например, полиуретанов или нержавеющей стали. Выбирая резервуар, вы должны знать, будет ли он внутри или снаружи здания, поэтому его следует поместить в крышку из материала, устойчивого к солнечному свету и различным погодным условиям.
Важными эксплуатационными аспектами также являются: емкость, которую следует выбирать с точки зрения потребности в дозируемом веществе и простота доступа во внутреннее пространство резервуара для повторного заполнения, проверки и технического обслуживания. Контейнер также должен быть защищен от утечек и оснащен индикатором уровня, основанным на результатах измерений от датчика уровня.
Задача насоса — собрать вещество из резервуара и перекачать его в дозирующую головку. Обычно используется один из трех типов этих устройств. Это: мембранные, перистальтические или винтовые насосы.
Классификация дозирующих систем
Существует несколько режимов работы дозирующих систем. Одним из них является непрерывная работа, которая обычно заключается в измерении одних и тех же доз данного вещества в короткие промежутки времени. Также практикуется дозировать определенное количество за один раз. Затем дозатор работает непрерывно в течение определенного периода времени или измеряет определенное количество доз.
Когда два или более вещества смешиваются вместе, иногда требуется поддерживать постоянное соотношение их количества, например, если в системе очистки должно быть 100 мл химического агента на каждый кубический метр воды. В этом случае расход последнего должен изменяться в зависимости от расхода воды.
Если свойства обоих или любого из компонентов смеси или рабочие параметры системы являются переменными, конечный результат может отличаться от предполагаемого. Например, при заданном качестве воды доза кондиционирующего агента может быть слишком высокой или слишком низкой. Альтернатива состоит в том, чтобы зависеть от количества вещества, дозируемого дозатором, например хлора, от фактических свойств основного вещества, в данном случае качества воды.
Это необходимо, если оно исходит из разных источников. С другой стороны, пропорциональное дозирование может оказаться лучшим решением, если его эффект измерим с задержкой, вызванной, например, длиной системы передачи и / или размером резервуаров, в описанном примере, для питьевой воды.
МЕМБРАННЫЕ НАСОСЫ
В первом случае диафрагма приводит в движение возвратно-поступательный элемент. С каждым его сдвигом объем рабочей камеры насоса изменяется, и указанное количество дозируемого вещества попеременно всасывается через входное отверстие из резервуара в камеру и подается через выходное отверстие из камеры в трубопровод дозатора.
Следовательно, поток не непрерывный, а скорее импульсивный. Этот тип насоса обычно оснащен датчиком давления, сигнализирующим о разрыве диафрагмы. Чтобы повысить его устойчивость к повреждениям, он выполнен в виде многослойного покрытия.
Мембрана может приводиться в движение различными способами. Например, доступны электромагнитные мембранные насосы. Их преимущества включают в себя: простота установки и управления. Они также обычно дешевле по сравнению с другими. Хотя они обеспечивают высокое давление нагнетания, они обычно имеют низкую производительность. Кроме того, в сочетании с более дорогими альтернативами они имеют более короткий срок службы.
В мембранно-поршневых (гидравлических мембранных) насосах мембрана перемещается под воздействием гидравлической жидкости, вытесняемой поршнем. Они отличаются: высокой точностью, длительным сроком службы и способностью дозировать трудно прессуемые вещества, например, суспензии.
С другой стороны, они обычно более дороги и имеют ограниченную высоту всасывания. Они также требуют более частого обслуживания и большего внимания из-за присутствия гидравлической жидкости.
Мембранные насосы с приводом от двигателя представляют собой промежуточное решение с точки зрения цены, срока службы и сложности обслуживания. Однако по сравнению с гидравлическими насосами они работают хуже с точки зрения точности и производительности. Эти машины работают лучше всего в простых дозирующих системах с ограниченными требованиями для контроля скорости доставки.
ПЕРИСТАЛЬНЫЕ И ВИНТОВЫЕ НАСОСЫ
В перистальтических насосах дозированное вещество движется через эластичный шланг под давлением, которое оказывают на него вращающиеся ролики. Отсутствие возвратно-поступательного движения означает, что поток является непрерывным. Из-за отсутствия внутренних клапанов насосы этого типа подходят для перекачивания жидкостей, содержащих твердые вещества и химические соединения, которые выделяют газы.
Кроме того, они имеют большую высоту всасывания, что позволяет устанавливать насос над резервуаром и на значительном расстоянии от него. Ввиду того, что дозируемая жидкость контактирует только со шлангом насоса, легче обеспечить совместимость между ней и материалом, из которого она изготовлена.
Эти типы машин обычно также имеют встроенную защиту, которая обнаруживает повреждение кабеля, которое может привести к утечке. К недостаткам перистальтических насосов относятся: ограниченное давление нагнетания и необходимость периодической замены шланга, который со временем изнашивается.
Винтовые (червячные) насосы отличаются безимпульсным дозированием по сравнению с другими. Кроме того, они подходят для перекачивания сточных вод, высоковязких продуктов и содержащих твердые частицы, такие как, например, соусы, мороженое с твердыми добавками, пасты с абразивными свойствами и те, чья структура может быть повреждена во время перекачки, например, мороженое, йогурт. С другой стороны, они имеют ограниченные возможности регулировки емкости и значительные затраты на приобретение и обслуживание.
ГОЛОВКИ, МНОГОГЛАДНЫЕ НАСОСЫ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ
Дозирующая головка является ключевым компонентом системы дозирования. Она должна обеспечить точное дозирование. Кроме того, материалы, из которых он изготовлен, должны иметь устойчивость к контакту с дозируемыми веществами, адекватную уровню их химического и механического воздействия. Головка также должна быть устойчивой к температуре и рабочему давлению в данной установке.
Если через него необходимо измерить токсичные, коррозийные, летучие или любые другие вещества, которые не могут выйти, головка должна быть защищена от утечки. Если они не являются жидкими при комнатной температуре, например, жиры, их необходимо нагреть, нагревая головку и трубопроводы, по которым они перемещаются. Для этого используются нагревательные слои, а если требуется снижение температуры — охлаждающие слои.
Вместо создания установки с несколькими отдельными дозирующими насосами, которая увеличивает затраты на инвестиции, обслуживание и сложность, иногда стоит рассмотреть возможность использования многоголовочных насосов. Примером такой ситуации является распределение многих ингредиентов в соответствии с конкретным рецептом.
Благодаря совместному приводу легче поддерживать определенное соотношение дозируемых веществ, даже в случае колебаний расхода, которые будут одинаковыми для всех головок или отказа двигателя, что остановит поток всех веществ одновременно.
Ряд дополнительных компонентов также являются частью дозирующих систем, от которых зависит их надежная и безопасная эксплуатация и простота обслуживания. Примерами этого являются: клапаны, которые защищают насосы и другие элементы установки от избыточного давления, расходомеры, которые контролируют количество дозируемых веществ, глушители со сжатым газом, которые ограничивают пульсации давления на выходе насоса, трубопроводы, через которые проходит дозируемое вещество, фильтры, на которых они останавливаются примеси, которые при накоплении могут блокировать насосы, клапаны и промывочные системы, которые удаляют остатки измеряемых веществ, что обеспечивает безопасное обслуживание установки.
Объемное и весовое дозирование
Дозаторы можно разделить на объемные и весовые. Первым измеряют количество вещества в зависимости от его объема. Для многих производственных процессов это значение менее важно, чем масса, но, с другой стороны, оно может быть определено и дозировано более точно. Кроме того, он характеризует вместимость резервуаров и емкость передаточных установок. Однако плотность вещества в конечном итоге определяет, можно ли использовать объемный дозатор.
Это мера его количества в данном объеме. В случае жидкостей можно предположить, что изменение значения этой величины при изменении температуры и / или давления незначительно, в то время как в газах плотность сильно зависит от значения этих двух величин. В результате единица объема газа будет вдвое тяжелее, когда доступное пространство будет уменьшено вдвое. Что касается сыпучих материалов, их плотность зависит от того, насколько плотно упакованы их частицы. В результате сильно уплотненный порошок будет иметь более высокую плотность, чем рассыпной. Кроме того, на это влияет их гигроскопичность, от которой зависит степень влажности.
Следовательно, объемные дозаторы обычно используются для измерения жидкостей. Поскольку о гравиметрии не может быть и речи, система объемного дозирования газа должна учитывать влияние изменений температуры и давления или позволять их регулировать. В свою очередь, сыпучие материалы обычно измеряются весовыми дозаторами, в которых каждая порция взвешивается отдельно.
Есть в основном два типа весовых дозаторов. В первом случае потеря веса резервуара с дозируемым веществом контролируется (потеря в весовых системах), в то время как во втором отслеживается увеличение веса наполненного контейнера (увеличение веса).
КОНЦЕНТРАЦИЯ И ВЯЗКОСТЬ И СМЕСИ
При выборе компонентов для системы дозирования необходимо учитывать свойства дозируемого вещества. Одним из наиболее важных является его физическое состояние — твердое, жидкое или газообразное. Каждый из них имеет свою специфику и свойства, которые требуют особого внимания.
Например, жидкости и газы являются более или менее жидкими. Степень текучести характеризуется вязкостью — чем она выше, тем менее жидким является вещество. В дозирующих системах вязкость газов менее важна, чем эта особенность жидкостей, где от нее зависит фактическая достижимая производительность дозирующего насоса.
Следует помнить, что, хотя вязкость некоторых жидкостей не зависит от скорости потока, для многих такая связь существует. Некоторые из них
характеризуются высокой вязкостью, когда они не движутся, в противном случае их текучесть увеличивается. В случае жидкостей, для которых это соотношение является обратным, смешивание может быть затруднено помимо перекачивания.
При проектировании дозирующих систем для смесей необходимо знать специфику растворов, суспензий и эмульсий. В отличие от растворов, в
суспензиях частицы не растворяются, а свободно плавают или имеют тенденцию оседать. С одной стороны, чем выше скорость потока суспензии, тем больше вероятность того, что твердые частицы могут повредить стенки насосов и других компонентов дозирующей системы в результате истирания.
С другой стороны, тогда меньше частиц падают, накапливаясь и образуя блокировки. Эмульсии, в свою очередь, образуются путем механического смешивания обычно несмешивающихся жидкостей. Следовательно, без добавления эмульгаторов их можно разделить на ингредиенты, если они не смешиваются в течение длительного времени.
ПОТЕРИ МАТЕРИАЛОВ. ИЗМЕНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ
Твердые вещества в системах дозирования — это в основном сыпучие материалы. К ним относятся порошкообразные, гранулированные и обычно с диаметром частиц, не превышающим несколько миллиметров.
Собранные в больших количествах, они ведут себя упрощенно, как жидкости, напоминая их, чем быстрее они движутся. Однако в этом случае следует учитывать усиление их разрушительного воздействия на внутренние стенки дозирующей системы. В отличие от жидкостей, сыпучие материалы также имеют тенденцию слипаться, блокируя поток.
В таких ситуациях используются специальные решения, которые позволяют восстановить плавность их движения, например, путем удара, перемешивания или продувки воздухом или нейтральным газом, например азотом. Они также могут быть гигроскопичными. Водопоглощение может привести к их слипанию, что также блокирует поток, а влага дополнительно способствует коррозии компонентов системы дозирования .
Следует помнить, что в зависимости от условий, температуры и давления состояние агрегации изменяется. Как известно, например, вода при атмосферном давлении и температуре ниже 0 ° C замерзает, в диапазоне от 0 до + 100 ° C является жидкой, а при температуре выше + 100 ° C она испаряется. К сожалению, эти диапазоны не всегда так ясны — дело осложняется, среди прочего в случае смесей их компоненты могут испаряться и затвердевать при разных температурах.
Знание условий, при которых происходят эти явления, важно при выборе дозирующего насоса. Например, температура всасывания и давление кипения определяют высоту всасывания, и зная, испарится ли жидкость в случае утечки, можно лучше предсказать ее последствия и на этой основе принять решение о необходимой степени герметичности насоса.
РЕАКТИВНОСТЬ И ВЗРЫВ
Другой важной особенностью дозируемого вещества является химическая агрессивность, характеризующая способность разъедать поверхности, с которыми оно вступает в контакт. Это необходимо учитывать при выборе насосов, трубопроводов и арматуры измерительной системы.
Мера реактивности, среди прочего индикатор pH Если он около 7, вещество нейтральное, если он меньше 7, это указывает на кислотную реакцию, а более крупную — на щелочную. Примерами различных жидкостей являются: соляная кислота — 0, лимонный сок — 2,4, пиво — 4,5, молоко — 6,5, мыло — 9-10, аммиачная вода — 11,5, каустическая сода — 14.
Особое внимание по двум причинам также требует жидкостей, которые выделяют газы. Во-первых, необходимо позаботиться о безопасности людей, находящихся поблизости, в случае утечки в дозирующей системе, если выделившийся газ вреден для людей. Кроме того, если насосы, трубопроводы и другие компоненты предназначены только для транспортировки жидкостей, газы могут блокировать их работу.
Взрыв, в свою очередь, является ключом к безопасности измерительной системы. Когда известно, что данный газ, жидкий пар, пыль образуют взрывчатую смесь с воздухом или дозированное вещество находится в форме, в которой чрезмерное повышение температуры или сильное воздействие могут привести к пожару или взрыву, необходимо использовать машины, приспособленные для работы с такими материалами, то есть соответствует требованиям стандарта ATEX для данной категории опасности. С точки зрения этих свойств следует выбирать оборудование системы дозирования, а метод измерения в первую очередь определяется применением.