Устройство для регулирования процесса кристаллизации Советский патент 1984 года по МПК B01D9/02 G05D27/00 

Изобретение относится к устройствам для регулирования процессов крис таллизации, например процессов кристаллизации пербората натрия, и может найти применение на предприятиях химической промышленности. По основному авт. ев, 1033150 известно устройство для регулировани процесса кристаллизации, содержащее первый блок произведения, входы кото рого соединены с датчиками расхода и концентрации исходного раствора, а выход подключен к первому входу первого элемента сравнения, второй элемент сравнения, выход которого подключен к входу экстремального регуля тора, второй блок произведения, входы которого соединены с датчиками ра хода и концентрации раствора послекристаллизатора, а выход подключен к второму входу первого элемента сравнения, выход которого соединен с пер вым входом третьего блока произведения, второй вход которого подключен к блоку запоминания стоимости готово го продукта, а выход - к первому вхо ду второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом сумматора, входы четвертого блока произведения соединены с выходаьет: да чика потребления электроэнергии холодильной установкой и блока запоминания стоимости электроэнергии, а выход подключен к первому входу сумматора, входы пятого блока произведе ния соединены с выходами датчика рас хода хладагента и блока запоминания стоимости хладагента, а выход подключен к второму входу сумматора, датчик температуры в кристаллизаторе соединен с первьзм входом регулятора температуры и первым входом третьего измерителя рассогласования, второй вход которого соединен с датчиком v температуры хладагента, а выход подключен к регулирующему органу на линии подачи электроэнергии в холодиль ную установку, второй вход регулятор температуры соединен с выходом оптимизатора, а выход подключен к клапану на линии подачи хладагента tl. Однако данное устройство rfe регулирует расход исходного раствора, что. даже при экстремальном регулиро вании температуры в кристаллизаторе, приводит к увеличению потерь готовог продукта в сливе кристаллизатора, ко торые в большей степени зависят от расхода исходного раствора (определяющего время пребывания исходного раствора в кристаллизаторе),чем от температуры в кристаллизаторе. Цель изобретения - уменьшение потерь готового продукта в сливе кристаллизатора. Поставленная цель достигается тем что устройство дополнительно содержит регулятор расхода исходного раствора с клапаном на линии подачи исходного раствора, шестой блок произведения и блок запоминания стоимости исходного раствора, при этом входы шестого блока произведения соединены с выходами датчика расхода исходного.раствора и блока запоминания стоимости исходного раствора, а выход подключен к третьему входу сумматора, первый вход регулятора расхода соединен с датчиком расхода исходного раствора, а выход - с клапаном на линии подачи исходного раствора, выход второго элемента сравнения подключен к входу оптимизатора, второй выход которого соединен с входом регулятора расхода, На фиг, 1 изображена блок-схема устройства для регулирования процесса кристаллизации; на фиг, 2 - графики изменения стоимости готового продукта (С), затрат на охлаждение хладагента (Зд), затрат на расход хладагента (3), в зависимости от температуры в кристаллизаторе (Т.;) при постоянном расходе исходного раствора на фиг. 3 - графики изменения С, 3, Эх и затрат на расход исходного раствора Зп в зависимости от при постоянной температуре Т, Устройство содержит кристаллизатор 1, фильтр 2, холодильную установку 3, трубопровод 4 подачи исх.одного раствора, трубопровод 5 отвода суспензии, линию б отвода готового продукта, трубопровод 7 отвода фильтрата, трубопровод 8 отвода слива кристаллизатора, трубопровод 9 подвода хладагента на холодильную установку, трубопровод 10 подвода хладагента в кристаллизатор, трубопровод 11 отвода хладагента из кристаллизатора, линию 12 подвода электроэнергии к холодильной установке, датчик 13 расхода исходного раствора, датчик 14 расхода раствора после 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 хлбщагента, первый, зторой и третий элементы 21-23 срав1ения, первый, второй, третий, четеертый, пятый и шестой блоки 24-29 произведения, блоки 30-33 запоминания стоимости готового продукта, электроэнергии, хладагента и исход/1ОГО раствора, сумматор 34, регулятор 35 температуры, клапан 36 на линии подачи хладагента, регулирующий орган 37 на линии подачи электроэнергии, регулятор 38 расхода, клапан 39 на линии подачи исходного раствора, двухканальный оптимизатор 40, Входы первого блока 24 произведё- ния соединены с датчиками расхода 13

и концентрации 16 исходного раствора, а выход подключен к первому входу первого элемента 21 сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока 25 произведения, 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 30 запоминания стоимости готово го продук та, а выход подключен к первому входу второго элемента 22 сравнения, второй вход которого соединен с выходом сумматора 34, а выход - с входом двухканального оптимизатора 15 40, Входы четвертого блока 27 произведения соединены с датчиком 18 потребления электроэнергии и блоком 31 запоминания стоимости электроэнергии, а выход подключен к первому входу 20 сумматора 34, Входы пятого блока 28 произведения соединены с датчиком 15 расхода хладагента и блоком 32 запоминания стоимости хл адагента, а выход подключен к второму входу сумматора 25 34.

Датчик 19 температуры в кристал- лизаторе соединен с первым входом регулятора 35 температуры и первым входом третьего элемента 23 сравнения, . второй вход которого подключен к датчику 20 температуры хладагента, а выход - к регулирующему органу на линии 37 подачи электроэнергии.

Выход регулятора 35 температуры соединен с клапаном 36 на линии пода-35 чи хладагента.

Входы шестого блока 29 произведения соединены с выходами датчика 13 расхода и блока 33 запоминания стоимости исходного раствора, а выход 40 подключен к третьему входу сумматора 34. Выход датчика 13 расхода соединен 1гакже с первым входом регулятора 38 J. расхода, выход которого подключен к клапану 39 на линии подачи исходного 45 раствора.. Выходы двухканального оптимизатора 40 соединены с вторыми входами регуляторов 35 и 38,

Устройство работает следующим образом.50

Исходный раствор поступает в кристаллизатор 1 по трубопроводу 4, Отвод суспензии готового продукта осуществляют из нижней части кристаллиза-тора 1 по трубопроводу 5 на фильтр 2, где происходит разделение готового продукта, отводимого по линии 6, и фильтрата, отводимого по трубопроводу 7. Фильтрат фильтра 2.соединяется со сливом кристаллизатора 1, от-60 водимого по трубопроводу 8, В рубашку кристаллизатора 1 по трубопроводу . 10 подают хладагент, который отводится по трубопроводу 11, Хладагент, поступающий в кристаллизатор, предва-65

рительно охлеикдают в холодильной установке 3, Электроэнергию в холодильную установку 3 подают по линии 12,

Критерий управления устройства следующий:

п(Тк, QB,)

max

П - С - (Зэ + 3.x + Звх)

С (QBX Cj, - QBb,,Cgb,JUi

3 г WUj

,Цз

0вк Ц4, где П - прибыль, (без учета условно

постоянных затрат);

; С - стоимость готового продукта; 3j- затраты на охлаждение; Зд- затраты на расход хладагента затраты на расход исходного

раствора;

Q , расход и концентрация исходного раствора; Q iC. - расход и концентрация раствора после кристаллизатора; W - расход электроэнергии; расход хлащагента;

Ц-,Ц. - стоимость единицы готового

продукта, электроэнергии, хладагента и исходного раствора;

Тц - температура в кристаллизатор Расчет стоимости готового продукт С происходит на третьем блоке 26 произведения, где умножают сигнал с выхода первого элемента 21 сравнения на сигнал Ц с блока 30 запоминания стоимости готового продукта. На выходе первого элемента 21 имеем сигна количества готового продукта как разность между количеством целевого компонента в исходном растворе (получают на первом блоке 21 произведения как произведение расхода Qg г измереного датчиком 13, на концентрацию Cg ,измеренную датчиком 16) и количеством потерь целевого компонента с раствором после кристсшлизатора (получают на втором блоке 25 произведения как произведение расхода измеренного датчиком 14, на концентрацию Cg(,ix / 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 Uj, полученную с блока 31.

Расчет затрат на расход хладагента Зх происходит на пятом блоке 28 произведения, где умножают расход, Q,измеренный датчиком 15, на стоимость хладагента Ц, полученнув с блока 32,

Расчет затрат на расход исходного раствора 3g происходит на шестом блоке -29 произведения, где умножают расход Qg, измеренный датчиком jl3, на стоимость исходного раствора Ц, полученную с блока 33,

На выходе второго элемента 22 сравнения имеем текущее значение прибыли П как разность между стоимостью готового продукта С, полученную с блока 26, и суммарными затратами на охлаждение 3, расход хладагента 3 и расход исходного раствора Зрх г полученными с сумматора 34, Текушее значение прибыли П поступает на вход двухканального оптимизатора 40.

Выходными сигналами двухканально- 0 го оптимизатора 40 являются задания температуры в кристаллизаторе Т регулятору 35 и расхода регулятору 38, Регулирование температуры в кристаллизаторе Тц осуществляет регулятор 5 35, на который поступает сигнал с датчика 19.

В зависимости от отклонения текущего значения температуры Т, поступающего с датчика 19, от заданного зна- 20 чения, поступающего от оптимизатора 40, регулятор 35, воздействуя на клапан 36, изменяет расход хладагента в кристаллизатор, приводя температуру Т| к заданному значению.25

Сигнал разности температуры в кристаллизаторе, измеренной датчиком 19,, и температуры хладагента, измеренной датчиком 20, с третьего элемента 23 сравнения поступает на регулирующий ,,, орган 37 на линии подачи электроэнергии, который при уменьшении (увеличении) разности температуры в кристаллизаторе и температуры хладагента уменьшает (увеличивает) время пери- , одической подачи электроэнергии на холодильную установку 3 и (или) уменьшает (увеличивает) число работающих агрегатов холодильной установки 3.

Регулирование расхода Qg осуществляет регулятор 38. В зависимости 40 от отклонения текущего значения расхода Qg , поступающего с датчика 13 от заданного значения, поступающего от оптимизатора 40, регулятор 38, воздействуя на клапан 39,изменяет расход 45 Ьх приврдя его к заданному.

Прибыль от производства готового продукта П зависит от температуры в кристаллизаторе Т ирасхода исходно-цп го раствора Qщ (фиг. 2, 3). С уменьшением .(фиг. 2) происходит умейьшение потерь Целевого компонента с раствором после кристаллизатора, следовательно, увеличивается количество готового продукта и увеличивается его стоимость С, Однако, чем меньше становится Т(, тем прирост ве41ИЧИНЫ С становится менее значительным, с уменьшением T происходит увёличение затрат на охлаждение 3 и,чем 0 меньше становится Т,, тем, npHpodr 3j увеличивается, с уменьшением Т. увеличиваются также затраты на расход хладагента 3. Увеличение затраТ 3j от Т. носит линейный характер. 65

Величина прибыли П, полученная как разность стоимости готового продукта С и суммарных затрат, имеет экстремальный характер в точке Тц..

С увеличением Qg,, (Фиг. 3) происходит увеличение количества готового продукта и потерь целевого компонента с раствором после кристаллизатора, однако прирост количества готового продукта больше прироста количества потерь, поэтому происходит возрастание графика стоимости С. При дальнейшем увеличении Qg (время пребывания исходного раствора, которое зависит от QB;, , становится недостаточным для образования готового продукта) прирост количества готового продукта становится меньше прироста количества потерь и график стоимости С начинает убывать. Поэтому график стоимости С от расхода Q носит экстремальный характер. С увеличением Qg увеличиваются затраты на расход исходного раствора 3 ц ; расход хладагента охлаждение 3, , Увеличение 3 с уйеличением Q связано с тем, что регулятор 35 для поддержания заданной температуры Т при увеличении расхода Q „ будет подавать в рубашку кристаллизатора больший расход хладагента Q . При атом для обепечения заданной разницы Между температурой в кристаллизаторе и хладагента с увеличением расхода Qx регулирующий орган 37 увеличивает подачу электроэнергии W в холодильную установку, что приводит к увеличению 3j, Величина прибыли П, полученная как разность стоимости готового продукта с и суммарных затрат имеет экстремум в точке QBX

Таким образом зависимость П от Т и QSX носит экстремальный характер. Причем оптимальное значение П при Т и ( с течением времени изменяется и зависит от концентрации исходного раствора величины инкрустаций на кристаллизаторе 1 и т.и

Поиск оптимальных значений .Т ц и QBX осуществляет оптимизатор 40, на вход которого поступает сигнал текущего значения прибыли П, а выходы связаны с регуляторами температуры 35 и расхода 38

Поиск экстремума П (Т, Qg ) осуществляют, например, путем поочередного поиска экстремумов П (Тц) при Q-Q const и П (QB) при Т const т.е. определяют значение Тц, N при Q gj, const,для которого П П, N. Затем оп 5Геделда т значение Qjy , (N + 1) при Т,; « Т, Ы,для которого П n,(,x(N + 1). Далее определяют значение, (N 2) при Q gx 6 (N + 1), для которого П ,, (N+3) и т.д...,

в этом случае оптимизатор 40 выда ет постоянное задание регулятору 38 const и изменяет задание регулятору 35, определяя и запоминая зна чение Т, Н,при котором величина сиг нала П с выхода элемента 22 имеет максимальное значение , N. После нахождения Tj, N оптимизатор 40 выдает постоянное задание регулятору 35 Т Т, N и изменяет задание регулятору 38, определяя и запоминая значение Q (N + 1), при котором ве личина П - , (N + 2) . После нахождения QJX (N + 1) оптимизатор 40 выд ет постоянное задание регулятору 38 Q g, - Qpj , (N ,+ 1) и изменяет задание регулятору 35, определяя/ запоминая значение Т, (N + 2).,при котором величина П + 2) и т.д. Таким образом, оптимизатор 40 пос тоянно будет определять оптимальные

фиг.1 значения температуры Тц и расхода Звц г при которых прибыль П от производства готового продукта будет иметь максимальное значение. Это позволит находить оптимальн&й режим крйсталлизсщии (скорость кристаллизации и время прес вания исходного раствора в кристаллизаторе), что обеспечит уменьшение потерь готового продукта в сливе кристаллизатора. Применение предаагаемого устройства за счет экстремального регулирования расхода исходного раствора позвоит обеспечить оптимальное время пре-. бывания исходного раствора в кристаллизаторе, что уменьшит потери готового продукта в сливе кристаллизатора на 6-12%.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПО авт. св. 1033150, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь готового продукта в сливе кристаллизатора за счет повышения точности регулирования, оно дополнительно содержит регулятор расхода исходного раствора с клапаном на линии его подачи, шестой блок произведения и блок запоминания стоимости исходного раствора, при этом входы шестого блока произведения соединены с выходами датчика расхода исходного раствора и блока запоминания стоимости исходного раствора, а выход подключен к третьему входу сумматора, первый вход регулятора расхода соединен с датчиком расхода исходного раствора, а выход - с клапаном на линии подачи исходного раствора,выход второго зле- мента сравнения подключен к входу оп- с тимизатора, второй выход которого Я соединен с входом регулятора расхода (Л