Способ автоматического управления процессом разложения минерального сырья кислотой в производстве удобрений Советский патент 1986 года по МПК C05B1/04 G05D27/00 

(Д) 8 расход кислоты, Д 9 температуры, Д 12 плотности, регулятор (Р) 22, исполнительньш механизм 14 дозатора 6 кислоты) и контур регулирования подачи минерального сырья в смеситель 4 в зависимости от расхода кислоты, разности температур пульпы в смесителе и реакторе и скорости изменения температуры в смесителе (Д 8 расхода кислоты, Д И, 13 температуры, Д 10 расхода фосфоритной муки, Р 24 и дифференциатор 27, определяющий скорость изменения температуры пульпы в смесителе) , 7 ил.

Изобретение относится к способу автоматического управления процессом разложения минерального сырья кислотой, может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений и позволяет повысить качество продукта и снизить расход кислоты. Способ реализуется САР, включающей контур регулирования подачи кислоты в смеситель.4 в зависимости от ее температуры и плотности пульпы на входе реактора 1 (датчик

Изобретение относится к автоматизации химико-технологических процессов переработки минерального сырья, в частности природных фосфатов с фос форной кислотой на двойной суперфосфат, и может быть использовано в про мьшленности по производству минераль нь1х удобрений. Цель изобретения - повышение качества продукта и снижение расхода кислоты. На фИг. 1 представлена принципиал ная схема устройства для осуществления предлагаемого способа управления применительно к процессу разложения фосфоритной муки фосфорной кислотой; на фиг. 2 - активная зона разложения минерального сырья; на фиг. 3 - график функционашьной зависимости между регулирующими и регулируемыми параметрами; на фиг. 4 - график изменени содержания свободной кислоты в пульпе во времени; на фиг. 5 - график изменения температуры пульпы во времени; на фиг. 6 - график изменения содержания свободной кислоты при изменении физико-химического состава сырья; на фиг. 7 - график изменения содержания свободной кислоты и температуры пульпы при уменьшении температуры пульпы в начале активной зоны. . Схема {фиг.1) содержит реактор суперкамеру 1, снабженный ножом 2 и выгрузочным транспортером 3, смеситель 4, дозатор 5 фосфоритной муки, дозатор 6 фосфорной кислоты, бак 7 кислоты, измерительные датчики 8-13, исполнительные механизмы 14 и 15, электродвигатели 16-20, насос 21, ре гуляторы 22-24, загрузочное окно 25, перегородку 26 и дифференциатор 27. Разложение минерального сырья происходит в реакторе-суперкамере I, куда из смесителя 4 подается пульпа, полученная в результате смешения минерального сырья (фосфорной муки) с фосфорной кислотой. Фосфорная кислота насосом 21 подается в напорный бак 7, откуда самотеком направляется в дозатор 6. Заданное количество кислоты направляют в смеситель 4, а излишек ее сливается: из дозатора обратно в напорный бак 7. В смеситель 4 с помощью дозатора 5 подается фосфоритная мука, где происходит ее механическое смешение с фосфорной кислотой. Пульпа непрерывно поступает из смесителя 4 в реактор 1. В реакторе 1 пульпа охватывается в пирог и по мере вращения реактора двигателем 16 перемещается по окружности, К концу оборота пирог подходит к ножу 2, который посредством двигателя 17 вращается ему навстречу,, вырезается изреактора 1 и попадает на транспортер 3, откуда в качестве полупродукта отправляется на склад готовой продукции. Способ автоматического управления процессом разложения минерального сырья осуществляется следующим образом. Задают оптимальное значение расхода фосфорной кислоты, поступающей из напорного бака 7 в смеситель 4 через дозатор 6, Избыток кислоты сливается из дозатора, и насосом 21 воз-, вращается в напорный бак 7. Оптимальное значение расхода фосфорной кислоты поддерживается регулятором 22 обратно пропорционально сигналам от датчика 8 ее массового

3

расхода, датчика 9 температуры кислоты и пропорционально сигналу датчика 12 плотности пульпы на выходе из смесителя 4 посредством исполнительного механизма 14 дозатора 6. В зависимости от расхода фосфорной кислоты, который измеряется датчиком 8, скорости изменения температуры пульпы в смесителе, измеряющейся датчиком 11 и дифференциатором 27, и разности температур в активной зоне разложения, измеряющейся датчиками II и 13 температуры в заданном соотношении регуляторами 23 и 24, посредством исполнительного механизма 15 и дозатора 5 поддерживают расход фосфоритной муки, обеспечивающий необходимую степень ее разложения, косвенно характеризующуюся теплом, выделяющимся в активной зоне разложения минерального сырья.

Регулирование расхода фосфоритной муки производят шнековым дозатором 5 пропорционально сигналам по расходу кислоты от датчика 8, обратно про порционапьно расходу фосфоритной муки от датчика 10, обратно пропорционально разности температур в активной зоне разложения минерального . сырья от датчиков 11 и 13 и обратно пропорционально скорости изменения температуры пульпы в смесителе от датчика 11 и дифференциатора 27 через корректирующий регулятор 23, регулятор 24 посредством исполнительного механизма 15.

При изменении степени разложения исходного сырья, например ее снижении ( ухудшился химсостав исходного минерального сырья), разность температуры пульпы в активной зоне разложения и скорость изменения температуры пульпы в смесителе 4 понижаются Пропорционально этому изменению сигналы поступают от датчиков 11 и 13 разности температур пульпы в активной зЬне разложения минерального

сырья на регулятор 24 и от датчика I через дифференциатор 27 скорости изменения температуры пульпы в смесителе на этот же регулятор 24, кото рый устанавливает новое повышенное оптимальное значение расхода фосфорной муки. При увеличении температуры в смесителе и в активной зоне изменеТ1ие расхода фосфоритной муки идет в обратном порядке.

8574

Разложение фосфоритной муки, осуществляемое в смесителе и реакторе,

является сложным процессом химического растворения фосфорного сырья,

протекающим согласно уравнению реакции:

Ca5F(PO )з+7HjPO +0,25Si02- -4,5H,0 5Ca(H,POj-H O+0,25.SiF .

Для получения продукта кормовой .классификации необходимо отогнать фтор. Поэтому существенное значение имеет реакция разложения. Определяющими параметрами при получении кормового монокальцийфосфата являются: коэффициент разложения исходного фосфорного сырья (он определяет предельную глубину обесфторивания, ибо остаток фтора идет в готовый продукт); Содержание свободной фосфорной кислоты - определяет кинетику обесфторивания и качество готового продукта.

При всей важности этих параметров осуществить их непрерывное измерение не представляется возможным. Вместе с тем, как показали экспериментальные исследования, интенсивность разложения характеризуется температурой пульпы в активной зоне (фиг.З), которая начинается в смесителе 4 в месте смешения исходных компонентов и заканчивается в зоне реактора 1, ограниченной сектором с углом 10-30 от места ввода пульпы в реакторе (фиг.2)

Кинетика, р&зложения фосфоритной муки протекает по известному соотношению

1- Х:

С С Г

;

где Сд и С - соответственно начальное и текущее для времени содержание свободной кислоты в пульпе; К - константа скорости реакции .

Поскольку процесс разложения непрерывен для данного фиксированного соотношения исходных продуктов, график изменения содержания свободной кислоты имеет вид, показанный на фиг. 4. Так как процесс изотермический и интенсивность реакции характеризуется эквивалентным вьщелением тепла, изменение температуры пульпы по длине зоны разложения имеет вид, показанный на фиг. 5.

В предлагаемом способе рекомендуется поддерживать разность температуры пульпы на фиксированном участке 5 пути прохождения потока (в активной зоне). В начале активной зоны (точка 1 ) содержание свободной кислоты описывается следующим соотношением в конце активной зоны - uk Разность температуры на длине активной зоны пропорциональна разно ти содержания свободной кислоты в пульпе, т.е. f й0 о(.С„(1 где ot- коэффициент пропорциональности, зависящий от длины активной зоны, гранулометрического состава сырья, температуры смеси сырья в начале активной зоны и пр., определяемый экспериментально. На фиг. 6 показано изменение содержания свободной кислоты (а) и температуры пульпы (б) при измененнии физико-химического состава исходного сырья. При постоянстве длины активной з ны, на которой измеряется разность температуры пульпы из гранулометрического состава сырья,- козффициент пропорциональности однозначно зависит от температуры исходного сырья. Изменение температуры смеси в начал активной зоны изменяет разность тем пературы пульпы по длине активв:ой зоны (фиг.7), а вместе с тем и длину активной зоны разложения исходно го сырья. Исходя из этого, регулято расхода фосфоритной муки должен учи тьшать информацию о текущем значении температуры в начале активной з ны. Однако сигнал по разности температуры по длине активной зоны более значим и представителен, поскол ку учитывает основные возмущения возмущения по физико-химическому со таву исходного сырья. Пример. Исходный,режим производства кормового монокальцийфосфата характеризуется следующими параметрами; общий средний расход тер мической фосфорной кислоты 50 т/ч; концентрация кислоты 80% Р Од; расход фосфоритной муки 40 т/ч; температура термической фосфорной кислоты на входе в смеситель 50-60 С; температура пульпы в смесителе 5055 с; температура пьшьпы в реакторе вО-ЭОС; коэффициент разложения в 576 реакторе 80%; содержание свободной фосфорной кислоты в полупродуктах на выходе из реактора 2%. Рассмотрим реакцию системы регулирования на возмущение по физикохимическому составу фосфоритной муки (содержание Р О,, гранулометрический состав), например, п сторону ухудшения на 5%. При этом разность температуры пульпы на участке активной зоны уменьшится на 4°С, на вход регулятора 24 от измерителей 11 и 13 температуры поступит сигнал об этом изменении, выход регулятора 24 через исполнительный механизм 15 увеличивает расход фосфоритной муки примерно на 2 т/ч, что приводит к восстановлению прежней разности температуры пульпы в активной зоне. При изменении физико-химического состава в сторону улучшения реакция системы регулирования осуществляется в обратном порядке. При уменьшении температуры смеси потоков в начапе активной зоны на 5 С разность температуры в активной зоне уменьшится также на , на вход регулятора 24 поступают сигналы от измерителей П и 13 температуры и корректирующего регулятора 23, выход с регулятора 24 через исполнительный механизм 15 увеличивает расход фосфоритной муки примерно на 1,5 т/ч, что приводит к восстановлению преж-г ней разности температур пульпы в активной зоне разложения, причем восстановление прежней разности температуры происходит значительно быстрее (на величину транспортного запаздывания мип),, поскольку на регулятор 24 кроме основного сигналаразности температуры пульпы в активной зоне, поступает корректирующий сигнал по скорости изменения температуры пульпы в нач;1ле активной зоны, формируемый датчиком 1, дифференциатором 27 и корректирующим регулятором 23, При изменении температуры пульпы в начале активной зоны в сторону увеличения реакция регулирования осуществляется в обратном порядке. В отсутствие коррекции расхода фосфоритного сырья по разности температуры в активной зоне его разложения и скорости изменения температуры пульпы в смесителе коэффициент разложения минерального сырья колеблется 71 в пределах 70-80% и содержание свободной форсфорной кислоты 12-14/0. Если температура пульпы в смесителе становится вьяие , то реакция разложения происходит в большей степени в смесителе, а в пульпа не схватывается, образуется полужидкий продукт - брак, если ниже - резко снижается коэффициент разложения минерального сырья до 6570%. Растут потери кислоты и фосфоритного сырья. При работе системы регулирования с коррекцией по разности температуры пульпы на участке активной зоны его разложения и скорости изменения температуры пульпы в смесителе вьщерживается оптимальный режим: коэффициент разложения возрастает до 80-85% а содержание свободной фосфорной ки лоты снижается до 11-12%. При соблюдении данного технологического. режима, достигаемого с помощью автоматической системы управления, сни

А;%

W

10 60

fO 50 60 ЦС

иг.2.

40 50 t.C

W 50 60 ее фиг. J 78 ается расход фосфорной кислоты на о°рмула изоб-ретения Способ автоматического управления процессом разложения минерального сырья кислотой в производстве удобрений путем регулирования подачи кислоты в смеситель в зависимости от ее температуры и плотности пульпы на входе реактора и подачи минерального сырья в смеситель, отличаю Di и и с я тем, что, с целью повышения качества продукта и снижения расхода кислоты, дополнительно измеряют температуры пульпы в смесителе и реакторе, определяют разность этих температур и скорость изменения температуры пульпы в смесителе и регулируют подачу минерального сырья прямо пропорционально подаче кислоты и обратно пропорционально разности температур пульпы в смесителе и реакторе и скорости изменения температуры пульпы в смесителе.

Ю

п я

50

vf я и fe r/w

ю а A/rf

да г;/

fff