Анализ и разработка системы автоматического управления процессом электрохимической активации воды
|
Введение 3
1 Понятие электрохимически активированной воды и области ее
применения 6
1.1 Электролиз и электрохимическая активация воды 6
1.2 Области применения активированной воды 10
1.3 Анализ существующих установок для электрохимической
активации воды 13
2 Совершенствование системы автоматического управления
процессом электрохимической активации воды 17
2.1 Анализ лабораторного образца системы автоматического
управления процессом электрохимической активации воды 17
2.2 Разработка проекта установки для электрохимической активации
воды 22
2.3 Выбор технических средств автоматизации системы
автоматического управления процессом электрохимической активации воды 27
2.3.1 Материал корпуса 27
2.3.2 Электроды 28
2.3.3 Насос для подачи воды 29
2.3.4 Насосы для скачивания активированной воды 30
2.3.5 Насос для скачивания осадка 31
2.3.6 Датчик уровня 32
2.3.7 Ультразвуковой излучатель 33...
1 Понятие электрохимически активированной воды и области ее
применения 6
1.1 Электролиз и электрохимическая активация воды 6
1.2 Области применения активированной воды 10
1.3 Анализ существующих установок для электрохимической
активации воды 13
2 Совершенствование системы автоматического управления
процессом электрохимической активации воды 17
2.1 Анализ лабораторного образца системы автоматического
управления процессом электрохимической активации воды 17
2.2 Разработка проекта установки для электрохимической активации
воды 22
2.3 Выбор технических средств автоматизации системы
автоматического управления процессом электрохимической активации воды 27
2.3.1 Материал корпуса 27
2.3.2 Электроды 28
2.3.3 Насос для подачи воды 29
2.3.4 Насосы для скачивания активированной воды 30
2.3.5 Насос для скачивания осадка 31
2.3.6 Датчик уровня 32
2.3.7 Ультразвуковой излучатель 33...
Электрохимическая активация - это технология получения метастабильных веществ униполярным (анодным или катодным) электрохимическим воздействием для последующего использования этих веществ в различных технологических процессах в период сохранения ими повышенной физико-химической и каталитической активности [15].
В результате электрохимической активации вода переходит в метастабильное (активированное) состояние, проявляя при этом в течение нескольких десятков часов повышенную реакционную способность в различных физико-химических процессах.
Электрохимическая активация позволяет направленно изменять состав растворенных газов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства воды в пределах, намного больших, чем при эквивалентном химическом регулировании, позволяет синтезировать из воды и растворенных веществ химические реагенты (окислители или восстановители) в метастабильном состоянии. Это используется в процессах очистки и обеззараживания воды, а также для преобразования воды или разбавленных растворов электролитов в экологически чистые антимикробные, моющие, экстрагирующие и другие функционально полезные растворы, в том числе лечебные.
Вода, активированная у катода (католит), обладает повышенной активностью электронов и имеет ярко выраженные свойства восстановителя имеет рН более 8, является слабощелочным раствором и обладает качествами биостимулятора, также имеет антибактериальное действие дифференцированное, бактерицидный эффект проявляется относительно энтеробактерий, устойчивыми к нему являются энтерококки и стрептококки группы В, а в отношении грамотрицательных микроорганизмов - только бактериостатическое.
Соответственно, вода, активированная у анода (анолит), характеризуется пониженной активностью электронов и проявляет свойства окислителя имеет рН менее 6 является кислотным раствором, обладает бактерицидными свойствами, по параметрам острой токсичности при введении в желудок и нанесении на кожу относится к 4 классу малоопасных веществ по ГОСТ 12.1.007-76 и обладает в данном классе минимальной токсичностью.
Для электрохимической активации воды разработан ряд установок, которые используются во многих отраслях промышленности. Однако у них имеется ряд недостатков, существенно ограничивающих применение:
• закипание воды при длительном (более 15 мин.) электролизе;
• засорение проницаемой перегородки;
• покрытие катода трудно растворимыми солями, что приводит к уменьшению электропроводимости;
• значительный осадок карбонатов кальция и магния в виде хлопьев белого цвета;
• необходимость отстаивания воды с дальнейшей фильтрацией;
• частая замена фильтров.
С целью проверки возможности регулирования процесса электрохимической активации воды, а также отыскания способов и средств устранения перечисленных недостатков в студенческом конструкторском бюро (СКБ) «Автоматчик» на кафедре автоматизации производственных процессов ФГБОУ ВО ВГЛТУ был разработан лабораторный образец установки, удовлетворяющий следующим требованиям:
• возможность регулирования тока электролиза и скорости скачивания для предотвращения закипания воды;
• возможность быстрой очистки проницаемой перегородки;
• возможность быстрой замены электродов;
• отсутствие ионов металлов в воде при электролизе;
• устранение трудно растворимых солей с поверхности катода;
• удаление осадка, возникающего при электролизе.
Разработанный образец установки для электрохимической активации воды отвечает основным предъявленным требованиям. Однако в процессе эксплуатации лабораторного образца установки были выявлены следующие недостатки:
• нестабильность выходного показателя pH воды, при изменении характеристик поступающей воды;
• необходимость удаления скопившейся пены в конце рабочего дня оператором вручную, а не в автоматическом режиме;
• использование жесткой логики и следовательно, эмпирический подбор времени электролиза и силы тока, при настройке работы установки.
Для устранения выявленных недостатков необходима разработка проекта новой установки для электрохимической активации воды. Конструкция установки для электрохимической активации воды и предъявляемые к ней требования будут различаться в зависимости от области ее применения. В данной выпускной квалификационной работе предполагается разработка установки для использования в АО «Питомнический комплекс Воронежской области».
В результате электрохимической активации вода переходит в метастабильное (активированное) состояние, проявляя при этом в течение нескольких десятков часов повышенную реакционную способность в различных физико-химических процессах.
Электрохимическая активация позволяет направленно изменять состав растворенных газов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства воды в пределах, намного больших, чем при эквивалентном химическом регулировании, позволяет синтезировать из воды и растворенных веществ химические реагенты (окислители или восстановители) в метастабильном состоянии. Это используется в процессах очистки и обеззараживания воды, а также для преобразования воды или разбавленных растворов электролитов в экологически чистые антимикробные, моющие, экстрагирующие и другие функционально полезные растворы, в том числе лечебные.
Вода, активированная у катода (католит), обладает повышенной активностью электронов и имеет ярко выраженные свойства восстановителя имеет рН более 8, является слабощелочным раствором и обладает качествами биостимулятора, также имеет антибактериальное действие дифференцированное, бактерицидный эффект проявляется относительно энтеробактерий, устойчивыми к нему являются энтерококки и стрептококки группы В, а в отношении грамотрицательных микроорганизмов - только бактериостатическое.
Соответственно, вода, активированная у анода (анолит), характеризуется пониженной активностью электронов и проявляет свойства окислителя имеет рН менее 6 является кислотным раствором, обладает бактерицидными свойствами, по параметрам острой токсичности при введении в желудок и нанесении на кожу относится к 4 классу малоопасных веществ по ГОСТ 12.1.007-76 и обладает в данном классе минимальной токсичностью.
Для электрохимической активации воды разработан ряд установок, которые используются во многих отраслях промышленности. Однако у них имеется ряд недостатков, существенно ограничивающих применение:
• закипание воды при длительном (более 15 мин.) электролизе;
• засорение проницаемой перегородки;
• покрытие катода трудно растворимыми солями, что приводит к уменьшению электропроводимости;
• значительный осадок карбонатов кальция и магния в виде хлопьев белого цвета;
• необходимость отстаивания воды с дальнейшей фильтрацией;
• частая замена фильтров.
С целью проверки возможности регулирования процесса электрохимической активации воды, а также отыскания способов и средств устранения перечисленных недостатков в студенческом конструкторском бюро (СКБ) «Автоматчик» на кафедре автоматизации производственных процессов ФГБОУ ВО ВГЛТУ был разработан лабораторный образец установки, удовлетворяющий следующим требованиям:
• возможность регулирования тока электролиза и скорости скачивания для предотвращения закипания воды;
• возможность быстрой очистки проницаемой перегородки;
• возможность быстрой замены электродов;
• отсутствие ионов металлов в воде при электролизе;
• устранение трудно растворимых солей с поверхности катода;
• удаление осадка, возникающего при электролизе.
Разработанный образец установки для электрохимической активации воды отвечает основным предъявленным требованиям. Однако в процессе эксплуатации лабораторного образца установки были выявлены следующие недостатки:
• нестабильность выходного показателя pH воды, при изменении характеристик поступающей воды;
• необходимость удаления скопившейся пены в конце рабочего дня оператором вручную, а не в автоматическом режиме;
• использование жесткой логики и следовательно, эмпирический подбор времени электролиза и силы тока, при настройке работы установки.
Для устранения выявленных недостатков необходима разработка проекта новой установки для электрохимической активации воды. Конструкция установки для электрохимической активации воды и предъявляемые к ней требования будут различаться в зависимости от области ее применения. В данной выпускной квалификационной работе предполагается разработка установки для использования в АО «Питомнический комплекс Воронежской области».
При выполнении выпускной квалификационной работы были использованы результаты преддипломной практики в АО «Питомнический комплекс Воронежской области». В ходе анализа технологического процесса и используемого оборудования в питомническом комплексе намечены задачи по разработке проекта усовершенствованной установки для электрохимической активации воды.
Основная задача ВКР - анализ и совершенствование установки для электрохимической активации воды в автоматическом режиме для теплиц питомнического комплекса. Для ее решения разработана усовершенствованная конструкция как самой установки, так и блока автоматического управления.
Усовершенствованная конструкция установки предполагает
использование материалов защищенных от протекания высокого тока электролиза. Конструкция установки оборудована датчиками температуры, показателя pH и уровня жидкости, что позволяет контролировать данные параметры жидкости. Включение в состав установки преобразователя тока позволяет гибко регулировать протекающие токи электролиза. Использование химически защищенных насосов позволяет проводить безопасное (не нарушающее свойства жидкости) скачивание активированной воды.
Блок управления разработан на базе программируемого логического контроллера (ПЛК)110-Х.60 с исполнительной средой MasterSCADA 4D. Данное решение позволяет осуществлять управление процессом электрохимической активации воды в автоматическом режиме. Для этого разработаны алгоритмы проверки работоспособности установки и управления установкой. Алгоритм проверки работоспособности реализует опрос основных устройств установки и отправку сигнала об их исправности или неисправности на пульт оператора. Алгоритм управления установкой позволяет производить активированную воду с минимальным разбросом pH показателя жидкости, предотвращать закипание жидкости путем понижения тока электролиза и производить автоматическую очистку установки.
В ходе разработки установки для электрохимической активации воды был произведен анализ и выбор технических средств и средств автоматизации, выполнен расчет режима функционирования установки, а также расчет экономической эффективности внедрения установки для электрохимической активации воды в теплицах АО «Питомнический комплекс Воронежской области».
Основываясь на полученных результатах, можно сделать вывод, что предлагаемое решение поставленной задачи технически целесообразно и экономически эффективно.
Основная задача ВКР - анализ и совершенствование установки для электрохимической активации воды в автоматическом режиме для теплиц питомнического комплекса. Для ее решения разработана усовершенствованная конструкция как самой установки, так и блока автоматического управления.
Усовершенствованная конструкция установки предполагает
использование материалов защищенных от протекания высокого тока электролиза. Конструкция установки оборудована датчиками температуры, показателя pH и уровня жидкости, что позволяет контролировать данные параметры жидкости. Включение в состав установки преобразователя тока позволяет гибко регулировать протекающие токи электролиза. Использование химически защищенных насосов позволяет проводить безопасное (не нарушающее свойства жидкости) скачивание активированной воды.
Блок управления разработан на базе программируемого логического контроллера (ПЛК)110-Х.60 с исполнительной средой MasterSCADA 4D. Данное решение позволяет осуществлять управление процессом электрохимической активации воды в автоматическом режиме. Для этого разработаны алгоритмы проверки работоспособности установки и управления установкой. Алгоритм проверки работоспособности реализует опрос основных устройств установки и отправку сигнала об их исправности или неисправности на пульт оператора. Алгоритм управления установкой позволяет производить активированную воду с минимальным разбросом pH показателя жидкости, предотвращать закипание жидкости путем понижения тока электролиза и производить автоматическую очистку установки.
В ходе разработки установки для электрохимической активации воды был произведен анализ и выбор технических средств и средств автоматизации, выполнен расчет режима функционирования установки, а также расчет экономической эффективности внедрения установки для электрохимической активации воды в теплицах АО «Питомнический комплекс Воронежской области».
Основываясь на полученных результатах, можно сделать вывод, что предлагаемое решение поставленной задачи технически целесообразно и экономически эффективно.
