RS58534B1 - Postupak i uređaj za regulisano uvođenje gasa u fluidni medijum - Google Patents

Description

Opis

[0001] Pronalazak se odnosi na postupak za regulisano uvođenje gasa u fluidni medijum u kome se struja gasa preko dovodnog voda dovodi do najmanje jedne ulazne tačke u vod za medijum koji struju tok fluidnog medijuma. Pronalazak se osim toga odnosi na odgovarajući uređaj.

[0002] Postupci i uređaji za uvođenje ugljen dioksida ili drugih gasova u fluidni medijum su odavno poznati i koriste se na primer za regulaciju pH vrednosti vode za piće ili za neutralizaciju alkalnih otpadnih voda. U ovom slučaju, gas se uvodi u fluidni medijum u gasovitom ili pretežno tečnom stanju.

[0003] Na primer, da bi se ubacio gas ugljen dioksida, tečni ugljen dioksid se obično povlači iz boce ili rezervoara i dovodi do isparavanja električno ili uz korišćenje postojećih izvora toplote. Gasoviti CO2 se može vrlo precizno dozirati pomoću konvencionalne regulacije količine protoka. Nedostatak je, međutim, to što je instalacija isparivača povezana sa značajnim investicijama. Konkretno, kod kupaca kojima je potreban samo povremeni, na primer, samo jednom ili dva puta mesečno sprovedeni unos ugljen dioksida sa velikim masenim protokom u fluidni medijum, ovaj trošak ulaganja je teško predstaviti na ekonomičan način. DE102008032369 opisuje postupak karbonizacije tečnog medijuma uvođenjem gasa CO2 pod pritiskom u tečni medijum.

[0004] Druge metode koriste direktno doziranje tečnog ugljen dioksida. Na primer, iz DE 25 44 198 A1 je poznat uređaj za neutralizaciju alkalnih otpadnih voda u koji se tečni ugljen dioksid uvodi preko mlaznice za ubrizgavanje raspoređene u tečnosti koja treba da se neutralizuje, gde veoma brzo prelazi u parnu fazu. EP 2179 782 A1 predlaže sistem za uvođenje tečnog ugljen dioksida u fluidni medijum u kome je direktno na ulaznoj tački raspoređen nepovratni ventil, koji dozvoljava dovod ugljen dioksida u medijum tek od pritiska iznad trostruke tačke CO 2 i tako osigurava da ne dođe do stvaranja suvog leda u dovodnom vodu i ventilima. Čak i kada se uvodi tečni ugljen dioksid, količina ugljen dioksida koji se isporučuje može se regulisati preko konvencionalnog ventila za regulaciju količine. U tu svrhu, obično se pre ili posle doziranja u svrhu upravljanja koristi parametar kvaliteta, kao što je pH vrednost. EP1050709 opisuje postupak za kontrolisanu isporuku tečnog gasa kao tečne faze.

[0005] Problematični su takvi sistemi bez stepena isparavanja, u kojima se u ugljen dioksid tečnom stanju uvodi u fluidni medijum, a naročito kada treba da se doziraju tokovi relativno velikih količina ugljen dioksida, i kada se snabdevanje iz ekonomskih ili drugih razloga vrši pomoću boca napunjenih tečnim ugljen dioksidom ili svežnjeva boca. U ovom takozvanom snabdevanju putem svežnjeva, pritisak u svežnju boca ili boci značajno se smanjuje tokom brzog vađenja ugljen dioksida, tako da već u dovodnom vodu na ulaznoj tački dolazi do stvaranja mehurića gasovitog ugljen dioksida, koji komplikuju precizno određivanje količine ugljen dioksida i koji u nepromenjenom položaju ventila, smanjuju količinu ugljen dioksida isporučenu po jedinici vremena. Pored toga, često nema raspoloživih parametara kvaliteta za upravljanje, ako, na primer, treba da se izvrši količinski proporcionalno doziranje gasa koji treba da se ubaci.

[0006] Stoga je pokušano da se pritisak u svežnju održi na konstantnoj vrednosti posredstvom spoljnog održavanja pritiska pomoću gasovitog pritisnog medijuma. Međutim, ovaj pristup je takođe povezan sa znatnim troškovima za opremu i osim toga kod svežnjeva nije bez problema iz bezbednosnih razloga.

[0007] Još jedan drugačiji postupak je predložen u EP 2368 845 A1: Tamo se, dielektrična funkcija struje ugljen dioksida koja se sprovodi kroz dovodni vod meri neprekidno da bi se iz dielektrične funkcije izvela proporcija tečne i gasovite faze. Međutim, ovaj aranžman zahteva dodatnu složenu mernu tehniku.

[0008] Prema tome, pronalazak se zasniva na zadatku da se, pri unosu gasa, naročito ugljen dioksida, u fluidni medijum obezbedi efikasna regulacija količine dovedenog gasa bez velikih troškova za opremu, što se posebno može koristiti i kod snabdevanja putem svežnjeva.

[0009] Ovaj zadatak se rešava postupkom koji ima karakteristike patentnog zahteva 1, kao i uređajem koji ima karakteristike iz patentnog zahteva 7. Poželjna izvođenja ovog pronalaska su specificirana u podzahtevima.

[0010] Prema ovom pronalasku, dakle, gubitak pritiska se kontinualno meri u vodu za medijum u području jedne ili više ulaznih tačaka gasa ili nizvodno od njih i koristi se kao regulacioni parametar za upravljanje regulacionim ventilom postavljenim u dovodnom vodu. Pronalazak se pritom zasniva na razmišljanju da se nakon uvođenja struje gasa u fluidni medijum nizvodno od ulazne tačke gasa nalazi smesa tečnog medijuma i gasa. Što je veći zapreminski udeo gasa u ovoj smeši, veći je gubitak pritiska meren u vodu za medijum u području ulazne tačke ili nizvodno od nje.

[0011] Uvedena struja gasa je gas koji je unet u fluidni medijum (u gasovitom obliku) ili u ukapljeni gas koji isparava pre ili za vreme uvođenja u fluidni medijum. Pronalazak je posebno pogodan za slučajeve u kojima se gas, na primer ugljen dioksid, uvodi u ukapljenom stanju, ali bar delimično isparava još u dovodnom vodu. Promena proporcije gasne faze u dovodnom vodu dovodi do promene u ukupnoj dovedenoj masenoj struji gasa, tj. količini gasa koji se dovodi u fluidni medijum po jedinici vremena, a time i do promenjenog zapreminskog udela gasa prisutnog u smeši sa fluidnim gasom u vodu za medijum što se opet manifestuje u promeni izmerenog gubitka pritiska. Ovaj efekat u skladu sa ovim pronalaskom koristi za regulisanje dovoda gasa, koji se podešava na regulacionom ventilu montiranom u dovodnom vodu, u vod za medijum.

[0012] Posebno poželjno izvođenje pronalaska predviđa da struja gasa koja se dovodi do voda za medijum jeste gas koji je prisutan barem delimično i/ili privremeno u ukapljenom obliku. Posebno udeli tečne i gasovite faze mogu da variraju tokom procesa punjenja, pri čemu udeo tečne faze može varirati između 0 i 100%. Tečna faza brzo isparava u kontaktu sa fluidnim medijumom. Što je u struji gasa u dovodnom vodu veći gasoviti udeo u odnosu na tečni udeo, manja je ukupna masena struja gasa koja se dovodi u fluidni medijum i utoliko je manji gubitak pritiska u vodu za medijum izmeren nizvodno od ulazne tačke. U ovom slučaju, na primer, regulacioni ventil u dovodnom vodu se dalje otvara da bi se masena struja gasa vratila na prethodno zadatu vrednost.

[0013] Preduslov za postupak prema ovom pronalasku je samo definisani zapreminski protok fluidnog medijuma, koji se međutim u mnogim slučajevima može obezbediti bez problema. Nakon kalibracije sistema, ukupna količina gasa koja se dovodi u fluidni medijum može da se vrlo precizno odredi bez tačnog poznavanja faznog sastava ukapljenog gasa u dovodnom vodu.

[0014] Postupak prema ovom pronalasku se namenski koristi u slučajevima kada se mnoštvo identičnih ili različitih struja gasova (tečnih i/ili gasovitih) dozira u vod za medijum. U ovom slučaju, postupak prema ovom pronalasku omogućava da se reguliše ukupna dozirana količina gasa (na primer, da se održi konstantnom), a da se ne mora izvoditi merenje pojedinačnih masenih struja gasa.

[0015] Postupak prema ovom pronalasku može se koristiti, na primer, u slučajevima kada se gas delimično troši u procesu, ali i delimično vraća i ponovo koristi. U ovim slučajevima, pomoću postupka prema ovom pronalasku, doziranje svežeg gasa iz rezervoara radi dopune količine gasa potrebnog za proces može da se reguliše veoma jednostavno.

[0016] Poželjno, merenje gubitka pritiska se vrši poznatim i dokazanim merenjem diferencijalnog pritiska. U tom slučaju, pritisak u vodu za medijum se kontinualno meri uzvodno i nizvodno od protočne prepreke raspoređene u vodu za medijum, u području ulazne tačke ili nizvodno od nje, i iz toga se izračunava vrednost za diferencijalni pritisak, koji se zatim koristi kao regulacioni parametar za upravljanje regulacionim ventilom u dovodnom vodu. Alternativno se merenja pritiska za određivanje diferencijalnog pritiska vrše uzvodno i nizvodno od ulazne tačke, a takođe i od protočne prepreke.

[0017] Postupak prema ovom pronalasku je naročito pogodan za dovod ugljen dioksida (u tečnom i/ili gasovitom stanju) u fluidnom medijumu, naročito za dovod ugljen dioksida u vodi za piće ili otpadnoj vodi, ali nije ograničen na to.

[0018] U uređaju prema ovom pronalasku za regulisano uvođenje gasa u fluidni medijum, gas se uvodi u gasoviti ili barem delimično i/ili privremeno ukapljeni oblik na ulaznoj tački u vod za medijum koji transportuje fluidni medijum, pri čemu je u vodu za medijum, u području ulazne tačke ili nizvodno od nje postavljena protočna prepreka. Uzvodno i nizvodno od protočne prepreke, poželjno uzvodno i nizvodno od ulazne tačke i protočne prepreke, je uvek raspoređen uređaj za detekciju pritiska postavljen u vodu za medijum, koji je u smislu prenosa podataka povezan sa regulacionim ventilom u dovodnom vodu.

[0019] Prema ovom pronalasku se kontinuirano određuje razlika između pritisaka izmerenih na uređajima za detekciju pritiska. Ovaj diferencijalni pritisak zavisi od sastava medijuma koji prolazi kroz tačku merenja, a posebno od struje gasa koja ulazi u fluidni medijum. Uređaji za detekciju pritiska su konstruisani, na primer, kao merni pretvarači pritiska (PT ili PIT), pomoću kojih se detektovani pritisak direktno konvertuje u elektronski signal, i oni su u smislu prenosa podataka povezani sa upravljačkom jedinicom. Ona poredi izmerenu vrednost diferencijalnog pritiska sa željenom vrednošću i šalje, zavisno od odstupanja, regulacionom ventilu, upravljačku naredbu za promenu zapreminskog protoka u dovodnom vodu za ukapljeni gas. Na ovaj način, ukupna količina struje gasa koja se dovodi do fluidnog medijuma može da se pouzdano reguliše čak i u slučaju promenljivih proporcija gasovite ili tečne faze u dovedenoj struji gasa.

[0020] Poželjno je kao protočna prepreka predviđena merna blenda ili statički mikser. U ovom drugom slučaju, statički mikser takođe obezbeđuje ravnomerno mešanje ukapljenog gasa u fluidni medijum.

[0021] U naročito poželjnom izvođenju pronalaska, osigurač protiv vraćanja protoka u obliku regulatora pritiska ili ventila za održavanje pritiska je postavljen u dovodnom vodu, u području ulazne tačke, što omogućava da se dozirano dodavanje struje gasa dozvoli tek pri prethodno određenom minimalnom pritisku u dovodu ili pri minimalnom nadpritisku u dovodnom vodu u odnosu na pritisak u vodu za medijum. Naročito se može sprečiti na ovaj način da, u slučaju pada pritiska u dovodnom vodu, fluidni medijum iz voda za medijum prodre u dovodni vod. Primer takvog sredstva za sprečavanje povratnog toka, koje se koristi za merenje u kriogenom medijumu, a posebno za sprečavanje zaleđivanja dovodnog voda usled prolaznog fluidnog medijuma ili zamrzavajućeg gasa, u slučaju ugljen dioksida je to suvi led, je poznato, na primer, iz EP 1867 902 A2 koji je ovde uključen kao referenca.

[0022] Uređaj u skladu sa ovim pronalaskom je takođe pogodan i onda kada se kao izvor za ukapljeni gas koristi boca za gas, svežanj boca sastavljen od jedne ili više boca za gas, veći broj svežnjeva boca ili rezervoar za ukapljeni gas. U slučaju ugljen dioksida, posebno je pogodna boca CO2 sa penjućom cevi ili jedan ili više svežnjeva boca CO2 pogodnih za tečno vađenje ili CO2 rezervoar za tečnost.

[0023] Prikladno su uređaji za detekciju pritiska u vodu za medijum i regulacioni ventil sa elektronskom upravljačkom jedinicom povezani u pogledu prenosa podataka, pomoću kojih se može kontrolisati i regulisati priliv ukapljenog gasa u skladu sa unapred određenim programom ili u zavisnosti od prethodno određene zadate vrednosti. Regulaciona jedinica posebno reguliše količinski protok gasa koji se dovodi u vod za medijum u zavisnosti od diferencijalnog pritiska koji se utvrđuje pomoću uređaja za detekciju pritiska. Upravljačka jedinica takođe poželjno nadzire ili reguliše zapreminski protok fluidnog medijuma; uzgred, ona može biti deo sistema za nadzor na strani korisnika (na primer regulator ili sistem upravljanja procesom) i/ili se može koristiti za druge zadatke specifične za korisnika.

Upravljačka jedinica može, na primer, biti programirana tako da regulacioni ventil nakon dostizanja zadate ukupne količine dovedenog gasa i/ili pojave smetnje, na primer začepljenja dovodnog voda mehurićima gasa, daje signal da se potpuno blokira ili otvori dovod ukapljenog gasa ili zauzima bezbednosnu poziciju.

[0024] Postupak prema ovom pronalasku odn. uređaj u skladu sa ovim pronalaskom se uvek može koristiti kada god je poželjno količinski proporcionalno doziranje dovedenog gasa bez preciznog merenja količine gasa, a da je gubitak pritiska u fluidnom medijumu ekonomski prihvatljiv. Na primer, postupak prema ovom pronalasku ili uređaj prema ovom pronalasku je pogodan za tretman vode kao fluidnog medijuma, na primer za pripremu procesne vode sa visokim sadržajem CO2. Međutim, postupak prema ovom pronalasku ili uređaj prema ovom pronalasku ni na koji način nije ograničen na dovod ugljen dioksida ili na dovod gasa u vodi ili razvodnjenom fluidnom medijumu, već se u osnovi može koristiti za doziranje bilo kojeg željenog gasa u bilo koji gasoviti ili tečni medijum. Predmetnim pronalaskom se pouzdano izbegavaju naročito problemi u registrovanju količine dovedenog gasa, koji su prouzrokovani stvaranjem mehurića gasa pri dovodu ukapljenog gasa.

[0025] Pozivanjem na crtež treba da se detaljnije objasni jedan primer izvođenja ovog pronalaska. Jedini crtež (sl. 1) prikazuje dijagram toka uređaja prema ovom pronalasku.

[0026] Sl.1 prikazuje uređaj 1 za doziranje gasovitog ili ukapljenog gasa, u primeru izvođenja je to tečni ugljen dioksid, u fluidni medijum. Fluidni medijum koji se tretira, a kod kojeg se naročito radi o vodi, na primer procesnoj vodi, teče kroz vod za medijum 2. Dovodni vod 3, koji se uliva u vod za medijum 2 na ulaznoj tački 4, služi za dovod tečnog ugljen dioksida. Na ulaznoj tački 4 ili nizvodno od nje je postavljena protočna prepreka, u primeru izvođenja je to statički mikser 5. Dotok ugljen dioksida kroz dovodni vod 3 se može podešavati pomoću regulacionog ventila 6 koji se može aktivirati. U vodu za medijum 2 su uvek uzvodno i nizvodno od ulazne tačke 4 i statičkog miksera raspoređeni manometri 7, 8, kod kojih se, na primer, radi o PT ili PIT uređajima. Uređaji za merenje pritiska 7, 8 i regulacioni ventil 6 povezani su sa upravljačkom jedinicom 9 u smislu prenosa podataka.

[0027] Kada se koristi uređaj 1, ugljen dioksid iz izvora, koji ovde nije prikazan, na primer, iz svežnja boca CO2, se uvodi preko dovodnog voda 3 i pomoću statičkog miksera 5 umeša u fluidni medijum u vodu za medijum 2. Usled toplote okolnog fluidnog medijuma, tečni ugljen dioksid isparava skoro trenutno, a nizvodno od ulazne tačke 4 nastaje smeša fluidnog medijuma i gasovitog ugljen dioksida. U vodu za medijum 2, pritisak se kontinualno meri iznad i ispod ulazne tačke 4 i statičkog miksera 5 i iz toga se u upravljačkoj jedinici 9 određuje diferencijalni pritisak. Visina diferencijalnog pritiska pri tom zavisi naročito od udela gasovitog ugljen dioksida u tečnom sredstvu nizvodno od ulazne tačke 4. Opcioni osigurač od povratnog toka 10 u dovodnom vodu 3 u području ulazne tačke 4 sprečava dotok fluidnog medijuma u dovodni vod 3 u slučaju pada pritiska u dovodnom vodu 3.

[0028] Pri dovodu tečnog ugljen dioksida već u dovodnom vodu 3 može doći do delimičnog isparavanja ugljen dioksida. Naročito pri upotrebi punih svežnjeva boca CO2 kao izvora ugljen dioksida uz visoku brzinu ispuštanja dolazi do povećane pojave mehurića gasa.

Mehurići gasa utiču na struju ugljen dioksida koja prolazi kroz dovodni vod 3 na takav način da se ukupna količina ugljen dioksida koja se dovodi u vod za medijum 2 u jedinici vremena smanjuje kako se udeo gasa u dovodu 3 povećava. Istovremeno se menja diferencijalni pritisak između uređaja za merenje pritiska 7 i 8. Upravljačka jedinica 9 registruje ovu promenu i šalje regulacionom ventilu 6 upravljački signal za podešavanje struje ugljen dioksida u dovodnom vodu 3.

[0029] Da bi se omogućilo tačno doziranje ugljen dioksida, uređaj 1 mora da se kalibriše pre upotrebe. U tu svrhu se poznate gasovite struje ugljen dioksida dovode kroz dovodni vod 3 u fluidni medijum (sa isto tako poznatom vrednošću protoka medijuma koji prolazi kroz vod za medijum 2) i snimaju se razlike pritiska koje nastaju između uređaja za merenje pritiska 7 i 8 da bi se dobila kalibraciona kriva. Nakon toga, količina ugljen dioksida koja se dovodi u vod za medijum 2 može da se precizno odredi bez potrebe za direktnim merenjem količine ugljen dioksida koji struji kroz dovod 3. Alternativno, može se koristiti i kalibraciona kriva izračunata za odgovarajuću protočnu prepreku.

[0030] Inače, mora se voditi računa da se dovodni vod 3 ispred regulacionog ventila 6 ne može blokirati masovnim skupljanjem mehurića gasa. Zbog toga treba, gde god je to moguće, izbegavati uska grla i delove cevi koji vode naniže ili su nagnuti. Pored toga, umesto ili pored statičkog miksera 5 se može predvideti još jedna protočna prepreka, na kojoj se meri razlika pritisaka, na primer merna blenda. Protočna prepreka se takođe može postaviti nizvodno od ulazne tačke 4. Pored toga, umesto napajanja gasom iz boce ili svežnja boca, može se koristiti i napajanje iz rezervoara.

Spisak referentnih oznaka

[0031]

1. Uređaj

2. Vod za medijum

3. Dovodni vod

4. Ulazna tačka

5. Statički mikser

6. Regulacioni ventil

7. Uređaj za merenje pritiska

8. Uređaj za merenje pritiska

9. Upravljačka jedinica

10. Osigurač protiv povratnog toka

Claims (11)

Patentni zahtevi

1. Postupak za regulisano uvođenje gasa u fluidni medijum, u kojem se struja gasa koja se dovodi preko dovodnog voda (3) na najmanje jednoj ulaznoj tački (4) uvodi u vod za medijum (2) koji nosi struju fluidnog medija,

naznačen time,

što se u vodu za medijum (2) u području ulazne tačke (4) ili nizvodno od ulazne tačke (4) ili od ulaznih tačaka kontinualno meri gubitak pritiska i koristi kao regulacioni parametar za upravljanje jednim u dovodnom vodu (3) postavljenom regulacionom ventilu (6).

2. Postupak prema zahtevu 1, naznačen time, što se vodu za medijum (2) dovedena struja gasa barem delimično i/ili privremeno sastoji se od ukapljenog gasa, koji isparava pri ulasku u fluidni medijum u vodu za medijum (2).

3. Postupak prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što se jedna struja gasa ili više struja gasa uvodi u vod za medijum (2) na nekoliko ulaznih tačaka (4) i, u zavisnosti od merenja gubitka pritiska nizvodno od ulaznih tačaka (4), reguliše ukupnu količinu uvedenog gasa.

4. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što se radi merenja gubitka pritiska uvek uzvodno i nizvodno od protočne prepreke (5) postavljene u vodu za medijum (2) kontinualno meri pritisak vodu za medijum (2) i iz toga izračunava vrednost za diferencijalni pritisak koja se koristi kao regulacioni parametar za upravljanje regulacionim ventilom (6).

5. Postupak prema patentnom zahtevu 4, naznačen time, što se pritisak u vodu za medijum meri uzvodno i nizvodno od ulazne tačke (4).

6. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što se struja gasa sastoji od ugljen dioksida.

7. Uređaj za regulisano uvođenje gasa u fluidni medijum, koji obuhvata dovodni vod (3) za struju gasa povezan sa izvorom gasa i opremljen regulacionim ventilom (6) kojim se može upravljati, koji se u najmanje jednoj ulaznoj tački (4) uliva u vod za medijum (2) kroz koji teče fluidni medijum,

naznačen time,

što je u vodu za medijum (2) postavljena protočna prepreka (5) i uzvodno i nizvodno od protočne prepreke (5), ili od ulazne tačke (4) i protočne prepreke (5), postavljen uređaj za merenje pritiska (7, 8) za detekciju pritiska u vodu za medijum (2), koji razmenjuje podatke sa regulacionim ventilom (6) u dovodnom vodu (3), tako da se gubitak pritiska može kontinualno meriti i koristiti kao regulacioni parametar za upravljanje regulacionim ventilom postavljenim u dovodnom vodu.

8. Uređaj prema zahtevu 7, naznačen time, što je kao protočna prepreka (5) predviđen statički mikser ili merna blenda.

9. Uređaj prema jednom od patentnih zahteva 7 ili 8, naznačen time, što je u dovodnom vodu (3), u području ulazne tačke (4), postavljen osigurač protiv povratnog toka (10).

10. Uređaj prema jednom od zahteva 7 do 9, naznačen time, što se kao izvor ukapljenog gasa koristi boca gasa, svežanj boca, veći broj svežnjeva boca ili rezervoar.

11. Uređaj prema jednom od patentnih zahteva 7 do 10, naznačen time, što su uređaji za metenje pritiska (7, 8) i regulacioni ventil (6) povezani sa upravljačkom jedinicom (9) u smislu prenosa podataka, pomoću koje se dotok ukapljenog gasa kroz dovodni vod (3) može regulisati prema zadatom programu.