Post on 18-Jan-2020
transcript
Corso IFTS, Faenza 2006
Generatori di vapore pulitoSpirax Sarco
Funzionamento del generatore esistema di controllo per la regolazione
Corso IFTS, Faenza 2006
Funzionamento del generatore
Scambiatore di recuperoScambiatore di
recupero
Pompa
Spurgo dell’acqua
Corso IFTS, Faenza 2006
Sistema di regolazione del generatore
VRTLI
VR
TT
VI SC VI
VI
PI
VI
Spurgo acqua di alimento
VI VI
VR F
VS
Misura di conducibilità per TDS
VM
Regolatore di livello
Acqua di alimento
Scarico acqua
Vapore secondario
Vapore primario
TT=trasduttore di temperatura
LI=indicatore di livello
PI=manometro
Corso IFTS, Faenza 2006
Qualità del vapore: normativa e regolamentazione
Legislazione carente sulla definizione della composizione del vapore pulito
“ Il vapore direttamente a contatto con i prodotti alimentari non deve contenere alcuna sostanza che presenti un rischio per la salute o possa contaminare il prodotto”
(Direttiva 93/43 CEE del Consiglio sull’igiene dei prodotti alimentari del 14 giugno 1993)
Interruzione del percorso di tracciabilità del ciclo di vita del
prodotto
Corso IFTS, Faenza 2006
Qualità del vapore: sistemi di controllo
Obiettivo: limitare gli inconvenienti della presenza di
inquinamentocorrosione
ControlloComposizione chimica
delle goccioline trascinatePortata di goccioline
trascinate
Controllo del TDS (Tasso Di
Salinità)
Trattamento dell’acqua di
alimento
Sistema di regolazione sulla
portata di goccioline trascinate
Corso IFTS, Faenza 2006
Composizione chimica delle goccioline trascinate: Trattamento dell’acqua di alimento
Acqua di alimento
ADDOLCITORE A SCAMBIO
IONICO
PURIFICATORE AD OSMOSI
INVERSADEGASATORE
Vapore
Spurgo
Generatore di vapore indiretto
Corso IFTS, Faenza 2006
Composizione chimica delle goccioline trascinate: Il controllo del TDS
Generatore indirettoorizzontale
Gv
Ga
Gs
TDSv≈0
TDSa
TDSGeneratore
indiretto orizzontale
Ga = portata in massa di acqua di alimento
Gv = portata in massa di vapore prodotto
Gs = portata in massa di acqua di spurgo
TDSa = concentrazione di sali disciolti nell’acqua di alimento
TDS = concentrazione di sali disciolti nell’acqua di spurgo
Gs/Ga = TDSa/TDSGa = Gv +Gs
Gv = 400 kg/hTDSa = 10 ppmTDS = 500 ppm
Ga = 408.163 kgGs =8.163 kg
Corso IFTS, Faenza 2006
Composizione chimica delle goccioline trascinate: Il controllo del TDS
Legenda
VEs = attuatore per il controllo della portata di spurgoTTDS = trasduttore per la misura della conducibilità elettricaTTs = trasduttore di temperaturaSA = scheda acquisizione datiPC = personal computer
= PLC in alternativa a SA+PC
Generatore indirettoorizzontale
TDS
Tvs
VEs
SA
PCPLC
Uscita vapore primario
Acqua di spurgo
Acqua di alimento
Vapore prodotto
TTDS
PLCSA
TTs
PC
Ingresso vapore primario
Corso IFTS, Faenza 2006
Portata di goccioline nel flusso di vapore:Il trascinamento Tr
Tr = Ma/Mm = 1-X = 1-Mv/Mm
X = titolo della miscelaMv = massa di vaporeMa = massa delle particelle di acqua trascinateMm = massa della miscela (acqua e vapore)
Tr = f (Vg, Pvs)
Vg = velocità del vapore in prossimità della superficie evaporante
Pvs = pressione di generazione del vapore
Generatore indiretto verticale
Spurgo
Vapore secondario generato
Vapore primario
Corso IFTS, Faenza 2006
Aumento del trascinamento
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Pvs (barg)
Vg
(m/s
)
Tr = 10%
Vg = cost
Pvs = cost
Trascinamento crescente
Tr = 10%
Trascinamento: Curve sperimentali velocità-pressione
A Pvs = cost, se Vg ↑ → Tr ↑Aumenta l’energia cinetica conferibile alle goccioline
A Vg = cost, se Pvs↑ → Tr ↑ • Aumenta la tensione
superficiale• A parità di Qv, ρ↑ e quindi Gv↑
Tr=2%
Tr=0.2%
Tr=1%
Tr=0.5%
Tr=5%
Tr=10%
Corso IFTS, Faenza 2006
Trascinamento: Curve sperimentali velocità-pressione
Aumento di portata Gv richiesta dall’utenza
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Pvs (barg)
Vg
(m/s)
Tr = 10%
Trascinamento crescente
Tr = 10%
0
1
A
Incremento di velocità dovuto all’aumento del volume specifico (portata di vapore di flash nulla)
Aumento di velocità dovuto al solo vapore di flash (volume specifico = cost)
Percorso 0 A:
Percorso A 1:
Tr=2%
Tr=0.2%
Tr=1%
Tr=0.5%
Tr=5%
Tr=10%
Corso IFTS, Faenza 2006
Trascinamento: Curve sperimentali velocità-pressione
Portata di vapore di flash
1
0
1' 1''h=cost
T
S
P0
P1
T=cost P =costP =cost
Diagramma: Temperatura - Entropia
Gflash=V*(∆X/∆t)*ρl0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Pvs (barg)
Vg
(m/s)
Tr = 10%
Trascinamento crescente
Tr = 10%
0
1
A
V = volume di liquido
∆X/ ∆t = variazione di titolo nell’unità di tempoρl = densità del liquido
Se (-∆P/∆t) ↑, V↑ → Gflash ↑ → Vg ↑↑
Tr=2%
Tr=0.2%
Tr=1%
Tr=0.5%
Tr=5%
Tr=10%
Corso IFTS, Faenza 2006
Generazione del vapore di flash
1
0
1' 1''h=cost
T
S
P0
P1
T=cost P =costP =cost
Diagramma: Temperatura - Entropia
Gflash=V*(∆X/∆t)*ρl
V = volume di liquido∆X/ ∆t = variazione di titolo nell’unità di tempoρl = densità del liquido
Se (-∆P/∆t) ↑, V↑ → Gflash ↑ → Vg ↑↑
Corso IFTS, Faenza 2006
Massa di liquido trascinata (MTr)
dt)X(T1
)X(T)X(Gdt)X(T1
)X(TGdt)X(T1
)X(TGGdtGVr
rt
0
fr
rt
0
vr
rt
0
fv
t
0
aTr
tcos)t(V,tcos)t(,tcos)t(G lv Assumendo:
aT
ar
G)X(GG)X(T
)X(GG)X(G fvT , Gf = portata massica di vapore di flash in transitorioGv = portata massica di vapore a regimeGa = portata massica di liquido trascinato
MTr=
dt)X(T1
)X(TdtdXVdt
)X(T1)X(TG)t,X(V
r
rt
0
l
t
0r
rvTr
MTr=(X,t)=Gv x
Corso IFTS, Faenza 2006
tcosKdtdX
La massa di liquido trascinato è funzione del solo trascinamento
dt)X(T1
)X(TKVG)t,X(Vr
rt
0
lvTr
tcos f(X)
0.0012500.0012700.0012900.0013100.0013300.001350
0.0013700.0013900.0014100.0014300.001450
-0.35-0.3-0.25-0.2-0.15-0.1-0.050
Decremento di Pvs (bar)
Var
iazi
one
del t
itolo
X
Il decremento di pressione avviene secondo un gradiente Pvs/t costante
MTr
Massa di liquido trascinata (MTr)
Corso IFTS, Faenza 2006
ttK1lnK1dt1dt
tK11dt
tK1tK1dt
tK11dt
tK1tK
TT
t
0
t
0T
t
0T
Tt
0TT
Tt
0
ttK1ln
K1KVG)t,X(V T
TlvTr
dttK1
tKKVG)t,X(VT
Tt
0
lvTr
tcosK
dt)X(dT
T Assumendo: MTr
MTr
Massa di liquido trascinata (MTr)
Corso IFTS, Faenza 2006
Trascinamento: Separabilità delle goccioline
Ad>dld≤dl
dl = diametro limite di trascinamento
Valutazione delle dimensioni delle goccioline trascinate Sistema di separazione adatto
Corso IFTS, Faenza 2006
Trascinamento: Separabilità delle goccioline
Software di simulazione: TpSim
Trasporto di particelle liquide in sospensione
• velocità effettiva delle goccioline
• velocità effettiva del vapore
• perdita di carico della corrente di bifase
Simulazione effettuata per: - d = 50 μm- d = 150 μm- d = 312 μm
Condizioni di funzionamento in transitorio
Pvs = 2.5 bar(∆P/∆t)max= -0.3 bar/secGT = Gv + Gf = 400+1354 = 1754 kg/hTr=10%GT = portata di vapore totaleGv = portata di vapore a regimeGf = portata di vapore di flash in transitorio
Corso IFTS, Faenza 2006
Trascinamento: Separabilità delle goccioline
Simulazione TpSim
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80
Distanza in verticale dalla superficie evaporante (m)
Vel
ocità
del
la p
artic
ella
di a
cqua
tras
cina
ta (m
/s)
0
1
2
3
4
5
6
7
Perd
ita d
i car
ico
del f
luss
o di
vap
ore
(mba
r)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Distanza in verticale dalla superficie evaporante (m)
Vel
ocità
del
la p
artic
ella
di a
cqua
tras
cina
ta (m
/s)
0
1
2
3
4
5
6
7
Perd
ita d
i car
ico
del f
luss
o di
vap
ore
(mba
r)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Distanza in verticale dalla superficie evaporante (m)
Vel
ocità
del
la p
artic
ella
di a
cqua
tras
cina
ta (m
/s)
0
1
2
3
4
5
6
7
Perd
ita d
i car
ico
del f
luss
o di
vap
ore
(mba
r)
d= 50 μm d= 150 μm d= 312 μm
Velocità delle goccioline
Velocità del flusso di vapore
Perdita di carico del flusso di vapore
Banda di variabilità della velocità della gocciolina
Corso IFTS, Faenza 2006
Sistema di regolazione antitrascinamento
Catena di misura
Trasduttore
PCScheda di
acquisizione dati
Attuatore
Fenomeno fisico PLC in alternativa
Condizionamento del segnale
Corso IFTS, Faenza 2006
Spurgo
Vapore generato
Vapore primario
PLC
SA
PC
Vv
PvsVE
VM
Legenda
VM =valvola regolata dall’utenteVE = attuatorePvs = trasduttore di pressioneVv = trasduttore di velocitàSA = scheda di acquisizione datiPC = personal computer
= PLC in alternativa di SA+PC
Sistema di regolazione antitrascinamento
Corso IFTS, Faenza 2006
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Pvs (barg)
Vg
(m/s)
Tr = 10%
Stato fisico 1 (produzione di
vapore di flash)
Stato fisico 0 (condizione di regime)
Tr ≡ 10%
0
1
Vg (m
/s) Trascinamento
limite
Aumento di portata richiesta all’utenza
Sistema di regolazione antitrascinamento
L’obiettivo è evitare che, in condizioni di
transitorio, venga superata la curva limite
di trascinamento imposta
Tr=2%
Tr=0.2%
Tr=1%
Tr=0.5%
Tr=5%
Tr=10%
Corso IFTS, Faenza 2006
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Pvs (barg)
Vg
(m/s)
Tr = 10%
Stato fisico 1 (produzione di vapore di flash)
Stato fisico 0 (condizione di regime)
Tr ≡ 10%
0
1Soglia limite
Vg (m
/s)
Inizio regolazione (chiusura valvola)
Soglia limite di intervento = f (Pvs, Vg)
Sistema di regolazione antitrascinamento
Tr=2%
Tr=0.2%
Tr=1%Tr=0.5%
Tr=5%
Tr=10%
Corso IFTS, Faenza 2006
Distanza della curva di set-point dalla curva limite
Funzione della velocità di reazione
del sistema
Sistema di regolazione antitrascinamento
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Vg
(m/s)
Tr = 10%
Stato fisico 1 (produzione di vapore di
flash)
Tr ≡ 10%
1
Soglia limite
Vg (m
/s)
Inizio regolazione (chiusura valvola)
Pvs (barg)
Vg (m
/s)
Tr=2%
Tr=1%
Tr=0.5%
Tr=5%
Tr=10%
Corso IFTS, Faenza 2006
Osservazioni conclusive
Necessità di stabilire una regolamentazione per la definizione della composizione del vapore pulito ad uso alimentare e medico.
Progettazione di un sistema di regolazione avanzato con il quale si garantisca la produzione di vapore pulito in ogni condizione di funzionamento (transitorio, regime).