Устройство для регулирования процесса кристаллизации Советский патент 1983 года по МПК B01D9/02 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам для регулирования процессов кристаллизации, например процессом кристаллизации пербората натрия, и может найти применение на предприятиях химической промышленности.

Известно устройство для автоматичес кого регулирования процесса кристаллизации из растворов, .содержащее контур регулирования расхода исходного раствора, контур регулирования подачи хладоносителя в кристаллизатор, датчик расхода хладоносителя в кристаллизатор, датчик расхода хладоносителя на выходе .из кристаллизатора, регулятор соотношения расхода хладоносителя на входе и выходе из кристаллизатора, контур регулирования плотности суспензии в кристаллизаторе, регулируемое переливное устройство, связанное с датчиком плотности 1.

Недостатком данного устройства являются большие потери целевого продукта в сливе кристаллизатора из-за отсутствия контроля концентрации исходного раствора. . Известно устройство для регулирования процесса кристаллизации из растворов, содержашее датчик расхода исходного раствора, соединенный с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого связан с выходом первого блока задания, регулятор, соединенный с выходом второго элемента сравнения и клапаном на линии подачи исходного раствора, датчик плотности суспензии, соединенный с первым входом первого элемента сравнения, второй вход которого связан с выходом второго блока задания, регулятор, соединенный с выходо1у1 первого элемента сравнения и с клапаном на линии отвода суспензии, датчик концентрации исходного раствора соединен с входом первого блока коррекции, выход которого подключен к входу второго блока задания, а выход первого элемента сравнения соединен с входом втого блока коррекции, выход которого подключен к входу первого блока задания 2.

Недостатком данного устройства является отсутствие оценки потерь готового продукта.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для регулирования процесса кристаллизации, содержащее первый блок произведения, входы которого соединены с датчиком расхода и концентрации исходного раствора, а выход подключен к первому входу первого элемента сравнения, второй вход которого соединен с датчиком расхода готового продукта, а выход - с первым входом экстремального регулятора, входы второго элемента сравнения соединены с датчиком температуры исходного раствора и датчиком температуры в кристаллизаторе, а выход подключен к второму входу экстремального регулятбра, выход которого соединен с клапаном на линии подачи хладагента 3.

Недостатком данного устройства является то, что подачу хладоносителя в кристаллизатор экстремально регулируют в зависимости от величины потерь целевого продукта и разности температур исходного раствора на входе и выходе в кристаллизатор, что приводит к большим энергозатратам на охлаждение.

Цель изобретения - уменьшение энергоj затрат на охлаждение кристаллизатора.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для .регулирования процесса кристаллизации, содержащее первый блок произведения, входы которого соединены с датчиком расхода и концентрации исходного раствора, а выход подключен к первому входу первого элемента сравнения, второй элемент сравнения, выход которого подключен к входу экстремального регулятора, датчик температуры в кристаллизаторе, клапан на линии подачи хладагента, дополнительно содержит датчики расхода и концентрации раствора после кристаллизатора, датчики температуры и расхода хладагента, датчик потребления электроэнергии холодильной установкой, второй, третий,

0 четвертый и пятый блоки произведения, третий элемент сравнения, сумматор, блоки запоминания стоимости готового продукта, электроэнергии и хладагента, регулятор температуры в кристаллизаторе, регулирующий орган на линии подачи электроэнергии

5 в. холодильную установку, причем входы второго блока произведения соединены с датчиками расхода и концентрации раствора после кристаллизатора, а выход подключен к второму входу первого элемента сравнеQ ния, выход которого соединен с первым входом третьего блока произведения, второй вход которого подключен к блоку запоминания стоимости готового продукта, а выход - к первому входу второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом сумматора, входы четвертого блока произведения соединены с выходами датчика потребления электроэнергии и блока запоминания стоимости электроэнергии, а выход подключен к первому входу сумматора, .входы пятого блока произведения соединены с выходами датчика расхода хладагента и блока запоминания стоимости хладагента, а выход подключен к второму входу сумматора, датчик температуры в кристаллизаторе соединен с первым входом регулятора температуры и первым входом третьего элемента сравнения, второй вход которого соединен с датчиком температуры хладагента, а выход подключен к регулирующему органу на линии подачи электроэнергии, второй вход регулятора температуры соединен с выходом экстремального регулятора, а выход подключен к клапану на линии подачи хладагента.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для регулирования процесса кристаллизации; на фиг. 2 - графики изменения стоимости готового продукта (С), затрат на охла,ждение хладагента (Зд), затрат на расход хладагента (Зх), в зависимости от температуры в кристаллизаторе (Т,) для определенного расхода и концентрации исходного раствора.

Устройство содержит кристаллизатор 1, фильтр 2, холодильную установку 3, трубопровод подачи исходного раствора 4, трубопровод 5 отвода суспензии, линию 6 отвода готового продукта, трубопровод 7 отвода фильтрата, трубопровод 8 отвода слива кристаллизатора, трубопровод 9 подвода на холодильную установку, трубопровод 10 подвода хладагента в кристаллизатор, трубопровод II отвода хладагента из кристаллизатора, линию подвода. 12 электроэнергии к холодильной установке, датчик 13 расхода исходного раствора. Датчик 14 расхода раствора росле кристаллизатора, датчик 15 расхода хладагента, датчик 16 концентрации исходного раствора, датчик 17 концентрации раствора после кристаллизатора, датчик 18 потребления электроэнергии, датчик 19 температуры в кристаллизаторе, датчик 20 температуры хладагента, первый, второй и третий элементы 21,22 и 23 сравнения, первый второй, третий, четвертый и пятый блоки 24,25,26,27 и 28 произведения, блоки 29-31 запоминания стоимости готового продукта, электроэнергии и хладагента, сумматор 32, экстремальный регулятор 33, регулятор 34 температуры, клапан 35 на линии подачи хладагента, регулирующий орган 36 на линии подачи электроэнергии.

Входы первого блока 24 произведения соединены с датчиками расхода 13 и концентрации 16 исходного раствора, а выход подключен к первому входу первого элемента 2 сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока произведения 25, входы которого подключены к датчикам расхода 14 и концентрации 17 раствора после кристаллизатора. Входы третьего блока 26 произведения соединены с выходами первого элемента 21 сравнения и блока 29 запоминания стоимости готового продукта, а выход подключен к первому входу второго элемента 22 сравнения, второй вход которого соединен с выходом сумматора 32, а выход - с входом экстремального регулятора 33. Входы четвертого блока произведения 27 соединены с датчиком потребления электроэнергии 18 и блоком 30 запоминания стоимости электроэнергии, а выход

подключен к первому входу сумматора 32. Входы пятого блока произведения 28 соединены с датчиком 15 расхода хладагента U блоком 31 запоминания стоимости хлад5 агента, а выход подключен к второму входу сумматора 32.

Датчик температуры в кристаллизаторе 19 соединен с первым входом регулятора 34 температуры и перовым входом третьего

Q измерителя рассогласования 23, второй вход которого подключен к датчику 20 температуры хладагента, а выход - к регулирующему органу на линии подачи электроэнергии 36.

Второй вход регулятора 34 соединен с

5 выходом экстремального регулятора 33, а выход подключен к клапану на линии подачи хладагента 35.

Устройство работает следующим образом.

Q Исходный раствор поступает в кристаллизатор 1 по трубопроводу 4. Отвод суспензии готового продукта осуществляют из нижней части кристаллизатора I по трубопроводу 5 на фильтр 2, где происходит раз деление готового продукта, отводимого по

5 линии 6 и фильтрата, отводимого по трубопроводу 7, фильтрат фильтра 2 соединяется со сливом кристаллизатора 1, отводимого по трубопроводу 8. В рубашку кристаллизатора 1 по трубопроводу 10 подают хладагент, который отводят по трубопроводу П.

Хладагент, поступающий в кристаллизатор, предварительно охлаждают в холодильной установке 3. Электроэнергию в холодильную установку 3 подают по линии 12.

Критерий управления устройства следуюJ щий:

П(Тк) (Зэ + Зх)

C( Сьх QBUX - CBMX ) Ui Зэ . W .Ц-г Зх QX Цз .

где П - прибыль (без учета условно постоянных затрат) ; С - стоимость готового продукта; Зз - затраты на охлаждение; ЗJ - затраты на расход хладагента; расход и концентрация исходного раствора; CdjiKjCiHT расход и концентрация раствора

после кристаллизатора; 0 расход электроэнергии;

Qj( - расход хладагента; ц,,Ц2Д5-стоимость единицы готового продукта, электроэнергии и хладагента;

Тц -температура в кристаллизаторе. 5 Расчет стоимости готового продукта С происходит на третьем блоке 26 произведения, где умножают сигнал с выходами первого элемента 21 сравнения на сигнал Ц

с блока 29 запоминания стоимости готового продукта. На выходе первого элемента 21 имеем сигнал количества готового продукта как разность между количеством целевого компонента в исходном растворе(получают на первом блоке произведения 24 как произведение расхода Q, измеренного датчиком 13, на концентрацию С, измеренную датчиком 16) и количеством потерь целевого компонента с раствором после крис-чллизатора (получают на втором блоке произведения 25 как произведение расхода измеренного датчиком 14, на концентрацию СВУ)(, измеренную датчиком 17). Расчет затрат на.- охлаждение 3 происходит на четвертом блоке 27 произведения, где умножают расход электроэнергии W, измеренный датчиком 18, на стоимость электроэнергии Ц, полученную с блока 30.

Расчет затрат на расход хладагента Зх происходит на пятом блоке 28 произведения, где умножают расход Q, измеренный датчиком 15, на стоимость хладагента LI,j, полученную с блока 31.

На выходе второго элемента сравнения 22 имеем текущее значение прибыли П, как разность между стоимостью готового продукта С, полученную с блока 26, и суммарными затратна ми на охлаждение 3 и расход .хладагента Зх, полученными с сумматора 32. Текущее значение прибыли П поступает на вход экстремального регулятора 33.

Выходным сигналом экстремального регулятора 33 является задание температуры в кристаллизаторе Т регулятору 34.

Регулирование температуры в кристаллизаторе Tj, осуществляет регулятор 34, на который поступает сигнал с датчика 19.

В зависимости от отклонения текущего значения температуры Tjj, поступающего с датчика 19, от заданного значения, поступающего от экстремального регулятора 33, регулятор 34, воздействуя на клапан 35, изменяет расход хладагента в кристаллизатор, приводя температуру Т к заданному значению.

Сигнал разности.температуры в кристаллизаторе; измеренной датчиком 19 и температуры хладагента, измеренной датчиком 20, с третьего элемента сравнения 23 поступает на регулирующий орган 36 на линии подачи электроэнергии, который при уменьщении (увеличении) разности температуры в кристаллизаторе и температуры хладагента уменьшает (увеличивает) время периодической подачи электроэнергии на холодильную установку 3 и (или) уменьшает (увеличивает) число работающих агрегатов холодильной установки 3.

Прибыль от производства готового продукта П зависит от температуры в кристаллизаторе TK (фиг. 2). С уменьшением Т происходит уменьшение потерь целевого компонента с раствором после кристаллизатора, следовательно, увеличивается количество готового продукта и увеличивается его стоимость С. Однако, чем меньше становится Т, тем прирост величины С становится менее значительным. С уменьшением TK происходит увеличение затрат на охлаждение Зэ и, чем меньше становится Т, тем прирост Зд увеличивается. С уменьшением Т„ увеличиваются также затраты на расход хладагента Зх. Увеличение затрат Зх от Тц носит линейный характер. Величина прибыли П, полученная как разность стоимости готового продукта С и суммарных затрат на охлаждение 3 и расход хладагента Зх, имеет экстремальный характер в точке Т. Оптимальное значение температуры в кристаллизаторе Tj, при которой прибыль П имеет максимальное значение, с течением времени изменяется и зависит от расхода и концентрации исходного раствора, величины инкрустаций на кристаллизаторе 1 и т.д.

Поиск оптимального значения темперагурыТ осуществляет экстремальный регулятор 33, на вход которого поступает сигнал текущего значения прибыли П, а выход связан с регулятором 34 температуры.

Поиск экстремума осуществляют путем изменения регулятором 33 задания регулятору 34 температуры, который отрабатывая полученное задание, изменяет температуру в кристаллизаторе Т.

Величина выходного сигнала регулятора 33, возрастая или убывая с постоянной скоростью, приводит к изменению величины П. Как только величина П достигает максимального значения, запоминающее устройство регулятора 33 фиксирует это значение и при дальнейшем изменении Т оно остается неизменным. Когда разница запомненного и текущего значения П достигнет заранее установленной величины, регулятор 33 осуществляет реверс задания температуры в кристаллизаторе; сбросит запомненное значение максимума и начнет отыскивать его новое значение. Величину скорости поиска регулятора 33 возле положения экстремума можно изменить с помощью изменения настройки регулятора в зависимости от динамических свойств системы управления. В качестве регулятора 33 может быть использован любой известный самонастраиваюший регулятор.

Применение данного устройства позволяет наиболее рационально использовать энергозатраты на охлаждение кристаллизатора, тем самым уменьшить их на 3-4°/о, что для процесса кристаллизации пербората натрия дает экономию в размере 15-20 тыс. руб. в год.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ, содержащее первый блок произведения, входы которого соединены с датчиком расхода и концентрации исходного раствора, а выход подключен к первому входу первого элемента сравнения, второй элемент сравнения, выход которого подключен к входу экстремального регулятора, датчик температуры в кристаллизаторе, клапан на линии подачи хладагента, отличающееся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат на охлаждение кристаллизатора, оно дополнительно содержит датчики .расхода и концентрации раствора после кристаллизатора, датчики температуры и расхода хладагента, датчик потребления электроэнергии холодильной установкой, второй, третий, четвертый и пятый блоки произведения, третий элемент сравнения, сумматор, блоки запоминания стоимости готового продукта, электроэнергии и хладагента, регулятор температуры в кристаллизаторе, регулирующий орган на линии подачи электроэнергии в холодильную установку, при этом входы второго блока произведения соединены с датчиком расхода и концентрации раствора после кристаллизатора, а выход подключен к второму входу первого элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом третьего блока произведения, второй вход которого подключен к блоку запоминания стоимости готового продукта, а выход - к первому входу второго элемента сравнения второй вход которого соединен с выходом сумматора, входы четвертого блока произведения соединены с выходами датчика элек троэнергии и блока запоминания стоимости электроэнергии, а выход подключен к пер(Л вому входу сумматора, входы пятого блока произведения соединены с выходами датчис ка расхода хладагента и блока запоминания стоимости хладагента, а выход подключен к второму входу сумматора, датчик температуры в кристаллизаторе соединен с первым ёходом регулятора температуры и первым входом третьего элемента сравнения, второй вход которого соединен с датчиком СлЭ температуры хладагента, а выход подклюоэ ел чен к регулирующему органу на линии подачи электроэнергии, второй вход регулятора температуры соединен с выходом экстремального регулятора, а выход подключен к клапану на линии подачи хладагента.