一种新的自动稀释检测控制系统及其理论分析

　　在常压下,许多溶液浓度是温度及密度的函数,它不是一个直接测量值,需通过密度及温度的测量,并经计算才能得到[1].酿酒生产的稀释过程是直 接向浓溶液中注入稀释液,其特点是酒池数量多、形状不规则、大小不一致且稀释量大.要实现自动稀释必须准确测定浓溶液的浓度及质量,浓度参数可以间接测 量,而质量测量却比较困难,原因在于液位计价格较高,数十个酒池均安装投资很大,且需逐个酒池标定.

　　整个稀释过程的测量与控制分两个方面:1)测出母液的各参数,然后经过计算得到需加的稀释水量;2)得到稀释水量之后,由检测控制系统在母液中 加入稀释液,得到混合液的目标浓度.稀释过程需避免的问题是加稀释液时不能过量,否则混合液的浓度将偏低于目标值.酿酒生产中,自动稀释方案如下:稀释液 为水,水量由流量计检测[2],浓溶液(母液)初始质量浓度通过测温度及密度经计算后得出.其质量通过如下方法得到:先试探性地在酒池中加入少许定量水. 然后,测其密度和温度,经计算得到酒池平均浓度,根据该中间结果,计算出酒池原有酒量及总共需注入的稀释水量,然后再次注入水并对流量进行监视,直至注入 的水量与所需量一致,完成稀释.该方案存在的问题是:酒池体积大,第一次加入水后,酒精与水混合需较长时间,等待混合均匀之后再测酒池平均浓度,需时太 长,自动稀释也将失去意义.因此在酒池中加入少许定量水之后,未等其均匀混合,便推测出酒池平均浓度是解决问题的关键.下面就围绕这一问题进行讨论.

　　1　两种液体混合的机理分析

　　物质传递的机理[3]分以下几种形式:1)由分子的相对运动引起的物质传递——分子扩散.2)在湍流流场中,涡旋分裂运动所引起的物质传递—— 湍流扩散.3)主体对扩散——包括一切属于分子运动或涡旋运动所引起的扩散过程.均匀混合的最终阶段是分子扩散,2)、3)两种扩散可作为总体流动.水和 酒(酒精和水)为两种液相物质,由水注入酒中混合,从混合开始到均匀过程可认为是传热传质过程.在此将该混合过程分为分子扩散和总体流动两种形式.

　　1.1　分子扩散

　　式中,DL为液相扩散度(m2/s);NA为每单位面积的摩尔扩散速率(kmol/m2·s);CA为A物质的摩尔浓度(kmol/m3);y为扩散方向上的距离(m).水在y方向的扩散速率

    (1)

　　C_A1、C_A2为A物质在y₁、y₂两点的摩尔浓度.酒精与水混合时,DL= 1.00×10^-9m²/s.计算液相扩散度经验公式[3]

   （2）

式中,μ为粘度.单向(一维)分子扩散方程为