Способ автоматического регулирования процесса упаривания экстрационной фосфорной кислоты Советский патент 1985 года по МПК C01B25/16 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано в химической промьшшенности, в частности в производстве экстракционной фосфорной кислоты на стадии упаривания.

Стадию упаривания экстракционной -фосфорной кислоты (ЭФК) проводят в отстойнике и нагревателе, которые взаимосвязаны по прямому и рециркуляционному потокам. В аппаратах протекает процесс концентрирования и очистки от твердьпс примесей (сульфат кальция, кремнефторид натрия и др.) исходной кислоты. Процесс подвержен воздейстВИЮ разнообразных возмущений, дестабилизирующих режимы упарки, кристаллизации и отстаивания, что отражается отрицательно на качестве, в частности концентрации и содержании остаточных примесей (щлама) в упаренной кислоте. Основные возмущения поступают с потоками исходной кислоты (колебания состава - концентрации, содержания и характера примесей) , а также возникают из-за нестационарности тепловых режимов оборудования (отложения на поверхности теплообменной аппаратуры, колебания параметров греющего пара) процессов упа.ривания, кристаллизации и осаждения.

Цель изобретения - повышение качества упаренной кислоты за счет стабилизации режимов работы подогревателя и отстойника.

Стабилизация режимов процесса упаривания и отстаивания (кристаллизации) ЭФК в условиях крупнотоннажного производства при возмущениях, например, по концентрации исходной упариваемой кислоты и значительной инерционности объекта регулирования, является сложной и практически не решенной проблемой. Предлагаемое новое регулирующее воздействие дополнительная подача ЭФК в подогреватель, новые регулирующие параметры - концентрации исходной и упаренной кислоты и новые приемы регулирования - коррекция температурного режима подогревателя по . плотности готовой кислоты, позволили придать системе регулирования новое свойство - инвариантность относительно -основного возмущения, повысить качество стабилизации режимов работы и, следовательно, качество готовой упаренной кислоты, как по

концентрации -PjOff так и по содержанию твердых примесей.

На чертеже приведена система автоматического регулирования для реализации данного изобретения.

Система включает отстойник 1, подогреватель 2, датчик 3 рахода, датчик 4 уровня, датчик 5 температуры, датчик 6 и 7 концентрации кислоты, датчик 8 плотности кислоты, регуляторы 9-14, регулирующие органы 15-19.

Способ осуществляют следующим образом.

Стабилизируют расход исходной кислоты, подаваемой на упаривание. Для этого датчиком 3 измеряют расход исходной кислоты и этот сигнал направляют нА вход регулятора 10, куда также подают сигнал задания. Эти сигналы сравнивают и по величине рассогласования формируют, например, по пи-закону сигнал, который подают на регулирующий орган 17, установленньй на линии подачи исходной кислоты, и, тем самым, стабилизируют подачу кислоты на упаривание. Стабилизируют уровень в подогревателе 2 изменением расхода откачиваемой со стадии упаренной кислоты. Уровень измеряют датчиком 4, сигнал с выхо до которого,а также сигнал задания подают на регулятор 11. В регуляторе эти сигналы сравнивают и по величине рассогласования формируют, например, по пи-закону, сигнал, который подают на регулирующий орган 18, установленный на линии отвода готовой упаренной кислоты, и стабилизируют, тем самым, уровень в подогревателе.

Для стабилизации концентрации ЭФК в отстойник 1 и интенсификации процесса упаривания подают часть исходной кислоты в подогреватель 2 и регулируют эту подачу и подачу цир- куляционной кислоты из подогревателя в отстойник в зависимости от концентрации исходной кислоты и корректируют эти подачи по концентрации готовой упаренной кислоты. С этой целью измеряют датчиком 6 концентрацию исходной кислоты и сигнал от датчика направляют на вход регулятора 14. На другой вход регулятора подают

корректирующий сигнал. В регуляторе 14 по этим сигналам формируют выходные сигналы, направляют их соответственно на регулирующие органы 3 15 и 16 и изменяют, тем самым, пода чу исходной упариваемой кислоты в подогреватель, а, следовательно, пр стабилизированном ее расходе и в отстойник, а также подачу циркуля-ционной кислоты из подогревателя в отстойник. Корректируют подачи исходной кислоты в подогреватель и циркуляционной кислоты в отстойник при отклонении концентрации готовой кислоты от задания изменением корректи рующего сигнала регулятору 14. Для этого измеряют датчиком 7 концентра цию готовой кислоты и сигнал с выхо да датчика направляют на вход регул тора 9, на второй вход которого подают задание. Эти сигналы в регуляторе сравнивают, формируют, например, по пи-закону сигнал и направляют его на регулятор 14. Применение в данном способе, в отличие от прототипа, подачи исходной кислоты и в подогреватель и регулирование этой подачи, а также подачи циркуляционной кислоты из подогревателя в отстойник в зависимости от концентрации исходной кислоты обеспечивают инвариантность основной регулируемой величины (кон центрация готовой кислоты) к основн му возмущающему воздействию (концентрация исходной кислоты), что повышает качество регулирования. Коррекция перераспределения расходов кислот между аппаратами улучшает качество стабилизации концентр ции готовой кислоты при воздействии неучтенных возмущений. Повьшение качества стабилизации концентрации в отстойнике благоприя но сказывается на процесс осаждения твердых примесей. Наилучшие условия для осаждения твердых веществ возникают при определенной концентрации ЭФК в отстойнике. Это значение составляет 42% PjOy. Поэтому стабилизации концентр ции в отстойнике в условиях воздейс вия возмущений обеспечивает повышение качества упаренной ЭФК, в частности, по содержанию твердых примесей. Стабилизация концентрации в отстойнике достигается за счет повышения управляемости и информативнос ти, что,в свою очередь, обеспечивается введением новых регулируемых 224 и регулирующих переменных, а также приемов регулирования. Основным возмущением являются колебания концентрации исходной кислоты, подаваемой на стадии фильтрации на упарку. Диапазон этих колебаний составляет 23-32% Р,О . Использование нового регулируемого параметра - концентрации исходной кислоты, позволяет получать информацию об изменении концентрации непосредственно в момент приложения возмущения к объекту. Одновременно использование нового регулирующего воздействия - перераспределение исходной кислоты между отстойником и подогревателем, позволяет в зависимости от интенсивности возмущения воздействовать одновременно на обе стадии процесса, что обуславливает повьш1ение управляемости процесса. Улучшению информативности и управляемости способствует включение в контур регулирования концентрации упаренной кислоты. Введение этой регулируемой переменной позволяет селектировать неучтенные возмущения на процесс относительно только концентрации кислоты в отстойнике, а не плотности, как в прототипе, являющейся интегральной характеристикой процесса упарки. Использование такой избирательной регулируемой переменной и регулирование по ней расхода рециркулирующей кислоты, а также корректирование перераспределения исходной кислоты позволяет эффективно подавлять воздействия неизмеряемых возмущений. Использование двух регулирующих воздействий (вместо одного в прототипе) положительно отражается на управляемости процесса, в частности повьш1ается быстродействие системы стабилизации концентрации упаренной кислоты, что улучшает качество процесса упаривания. Процесс осаждения (кристаллизации) твердых веществ в отстойнике зависит не только от концентрационного, но и от температурного режима. Б частности изменение температуры влияет на растворимость твердых примесей в кислоте. Это обстоятельство использовано для стабилизации плотности упаренной кислоты регулированием температурного режима в подогревателе. Для этого температуру

измеряют датчиком 5 и сигнал с его выхода, а также задание направляют в регулятор 12. В регуляторе по величине сравнения этих сигналов формируют, например по ПИ-закону, сигнал, направляют его на регулирующий орган 19 подачи пара, и, тем самым, стабилизируют температуру в подогревателе на заданном уровне Задание корректируют по плотности упаренной кислоты, которую измеряют датчиком 8. Сигнал с выхода датчика 8 направляют на регулятор 13, куда также подают задание. В регуляторе эти сигналы сравнивают и по величине рассогласования формируют например по ПИ-закону, сигнал, который и служит заданием по температуре в подогревателе.

Применение в данном способе коррекции температуры в подогревателе по плотности упаренной кислоты обеспечивает повьппение качества упаренной кислоты. Действительно, качество упаренной кислоты зависит не только от ее концентрации, но и от содержания в ней примесей. В свою очередь, плотность упаренной кислоты, при прочих равных условиях, определяется количеством твердых прмесей в ней. А так как температуры в отстойнике и подогревателе однозначно взаимосвязаны, то регулирование в подогревателе вьЧзывает изменение растворимости твердых в кислоте, а следовательно, и плотности продукта.

Данньй способ aBTOMaT iecKoro

регулирования процесса упаривания экстракционной фосфорной кислоты по сравнению с прототипом обеспечивает за счет использования новых регулируемых переменных - концентрация упариваемой и упаренной кислот, регулирующей переменной - подача части упариваемой кислоты в подогреватель, а также приемов регулирования - перераспределения упариваемой кислоты в зависимости от ее концентрации и концентрации готовой упаренной кислоты, и корректировка температурного режима процесса по плотности упаренной кислоты повышение качества упаренной кислоты, в частности стабилизацию концентрации и содержания твердых примесей за счет улучшения информативности, управляемости процесса и достижения

инвариантности к основным возмущениям на процесс.

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА УПАРИВАНИЯ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ путем стабилизации расхода исходной кислоты на упаривание, регулирования 1 сходная кислот температуры в подогревателе изменением подачи пара в змеевик подогревателя, уровня в подогревателе изменением отвода упаренной кислоты из отстойника, подачи циркуляционной кислоты в отстойник и измерения плотности упаренной кислоты, отличающийся тем, что, с целью повышения качества упаренной кислоты за счет стабилизации режимов работы подогревателя и отстойника, дополнительно подают в подогреватель исходную кислоту и регулируют ее подачу и подачу циркуляционной кислоты в зависимости от концентраций исходной и упаренной кислот, а тем(Л пературу в подогревателе корректируют по плотности кислоты. - -17-„,3