Способ автоматического управления производством аммофоса Советский патент 1987 года по МПК C05B7/00 G05D27/00 

50, клапан 51), контур регулирования величины рН в аппарате очистки отходящих газов изменением подачи в него крепкой кислоты (Д 46, Р 47, К 48), контур регулирования расхода аммиака (Д 16, Р 17, К 18) в аппарат 15 с коррекцией по температуре (Д 14), рН (Д 21), контур регулирования расхода реагента в аппарат 15 с коррек1

Изобретение относится к области автоматизации управления химическими производствами,, а именно к автоматизации технологического процесса получения аммофоса, и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений.

Цель изобретения - повьппение качества выходного продукта и уменьшение топливно-энергетических и сырьевых затрат.

Способ заключается в управлении технологическим процессом в целом. Возникающие в технологическом процессе возмущения расхода основного рецикла (абсорбционной жидкости) подавляются изменением входных материальных и энергетических потоков (фосфорных кислот различной концентрации, аммиака, стабилизирующего реагента, воды и природного газа).

Способ основан на том, что два менее инерционных: контура регулирований рН и влажности пульпы подчинены наиболее инерционному контуру, который охватывает все стадии технологического процесса. Таким внешним контуром является контур регулирования содержания в продукте изменением подачи стабилизирующего реагента на стадию нейтрализации. Указанное подчинение заключается в том, что измеренный расход стабилизирующего реагента, который является управляющим воздействием при медленном регулировании в продукте, определяет в то же время коррекцию управляющих воздействий в быстрых контурах регулирования рН и влажности пульпы. Таким образом, управляющее воздействие более инерционного контура используется в цепи

цией по содержанию Р„0 в продукте (Д 36), контур регулирования расхода природного газа в узел 40 сушки - грануляции (Д 29, Р 30, К 31) с коррекцией по влажности аммофоса (Д-38, Р 37), контур регулирования расхода крепкой фосфорной кислоты в узел 40 СД 25, Р 26, К 27) с коррекцией по рН пульпы (Д 21), 2 ил., 1 табл.

управления по возмущению двух других менее инерционных контуров.

Контуры управления влажностью и рН учитывают еще одно достаточно

мощное возмущение на процесс нейтра- лизации: расход абсорбционной жидкости. Это возмущение является также медленно меняющимся по сравнению с динамикой процесса нейтрализации,

так как оно отражает работу всего цеха в условиях бессточного технологи- процесса, в том числе проведение профилактических мероприятий по промывке и чистке оборудования, изменение погодных условий и прочее.

Особенностью предлагаемого способа является такхке подчиненность работы системы регулирования грзнсоста- ва продукта, получаемого на стадии грануляции - сущки, режиму работы предшествующей ей стадии нейтрализации. Данная подчиненность выражается в измерении и последующем использовании в цепи управления гран- составом по возмущению расхода и параметров пульпы. Эта особенность связана с применением нового воздействия для управления грансоставом продукта; изменения расхода фосфорной кислоты на стадию грануляции,

Предлагаемый способ позволяет гиб- ко управлять реологическими свойства- ми пульпы, обеспечивая ее текучесть в условиях ограничений ка подачу фосфорных кислот. Такое управление заключается в автоматической перестройке технологических режимов обе- их стадий производства (нейтрализа- -ции и грануляции - сушки) на новые параметры пульпы (рН и влажность)

3

при безусловном сохранении требований к ее текучести.

Новые параметры пульпы и соответствующий им расход аммиака автоматически определяются с помощью диаграммы кристаллизации пульпы на плоскости параметров показателя рН и влажности пульпы.

Согласно предлагаемому способу расход стабилизирующего реагента на стадию нейтрализации поддерживается в определенном соотношении с суммарным расходом Р-О, поступающим с фосфорными кислотами на все стадии технологического процесса, что улучшает управление содержанием PjOg в продукте.

Как показывают экспериментальные исследования процесса грануляции - сушки, изменение рН пульпы, достигаемое за счет варьирования подачи фосфорной кислоты в факел распьша пульпы, изменяет скорость роста гранул.

Для количественной оценки влияния подачи фосфорной кислоты на стадию грануляции изучают зависимость скорости роста диаметра гранул от показателя рН пульпы. Для этого проводят гранулирование пульп, имеющих различные показатели .рН, и для каждого случая измеряют средние диаметры гранул ретура и продукта из БГС, а также вычисляют их разность с учетом задержки в аппарате БГС. Результаты исследования приведены в таблице.

Из таблицы видно, что при рН менее А,5 продукт измельчается, а при рН более 6,0 укрупняется на 1,5-2 м за один проход частицы через аппарат БГС. Оптимальная кислотность пульпы с точки зрения грануляции лежит в пределах рН 4,5-6,0. Это позволяет сделать вывод о возможности управления процессом грануляции с помощью изменения подачи фосфорной кислоты в БГС. При этом компенсируются случайные изменения рН пульпы, которые могут возникнуть в аммониза торе при регулировании реологичес- .ких свойств пульпы изменением подач аммиака в аммонизатор.

Таким образом, появилась возможность использования подачи аммиака в аммонизатор в качестве независимого управляющего воздействия для регулирования реологических свойств пульпы. Данное управляющее воздей849754

ствие дополнительно корректируется в зависимости от расходов абсорбционной жидкости (АЖ) и стабилизирующего реагента (СР). Коррекция рас- , хода аммиака в зависимости от расхода АЖ необходима, так как этот расход изменяется при регулировании плотности и рН АЖ в процессе управления работой системы очистки отходящих 10 газов.

Необходимость коррекции расхода аммиака в зависимости от расхода СР обусловлена тем, что расход СР изменяется в процессе регулирования со- f5 держания g в продукте.

Так как расходы АЖ и СР контролируются в технологическом процессе, они могут быть использованы для управления по возмущению в контуре 20 регулирования реологических свойств пульпы.

Действительно, возмущения расходов АЖ и СР приводят к изменению текучести пульпы главным образом за счет 25 изменения ее влажности. Если в ответ на увеличение (уменьшение) расходов АЖ и СР увеличить (уменьшить) подачу аммиака, при этом увеличивается (уменьшается) тепловьщеление в 30 результате реакции аммиака с кислотой. Изменение тепловыделения в САИ приводит к тому, что увеличивается (уменьшается) интенсивность испарения воды из пульпы.

j Кроме того, существенным возмущением на процесс нейтрализации является ограничение на расход одной нз фосфорных кислот при регулировании влажности пульпы.

0 Все перечисленные контролируемые возмущения влияют и на влажность, и на показатель рН пульпы, которые определяют ее реологические свойства.

Предлагаемый способ основан на 5 том, что при управлении процессом нейтрализации регулируются не каждый из двух указанных параметров пульпы, а непосредственно реологические свойства пульпы. В случае ограниченной 0 возможности регулирования влажности пульпы изменением соотношения расходов фосфорных кислот ее реологические свойства регулируются только изменением расхода аммиака. 5 На фиг. 1 приведена зависимость влажности пульпы (W) от величины ее водородного показателя (рН) (штриховой линией показана граница двух состояний пульпы при рабочей температуре 105-IIS C, где I -- подвижная пульпа; II пульпа, не допускающая транспортировки из скоростного аммо- низатора-испарителя (САИ) на стадиюг грануляции - сушки) ; на фиг. 2 - схема реализации предлагаемого спо™ соба.

Технологическая схема и система управления содержат задатчик 1, регулирующее устройство 2, клапаны 3 и 4 подачи слабой и крепкой фосфорной кислоты, плотномеры 5 и 6 едабой и крепкой фосфорной кислоты, расходомеры 7 и 8 слабой и крепкой фосфорной кислоты, управляющее вычислительное устройство 9, вычислительное устройство 10, датчик П и регулятор 2 расхода СР, клапан 13 подачи СР, датчик 14 температуры в САИ 15, датчик 16 и регулятор 17 расхода аммиака, клапан 18 подачи аммиака в САИ, сумматор 9, регулятор 20 и датчик 21 рН пульпы на выходе САИ, датчики 22 и 23 влажности и расхода пульпы, вычислительное устройство 24, датчик 25, регулятор 26 и клапаны 27 расхода концентрированной (крепкой) фосфорной кислоты сумматор 28, расходомер 29 природного газа, стабилизирующий регулятор 30 и клапан 31 подачи природного газа, экстремальнь Й регулятор 32, сумматор 33, регулятор 34, вычислительное устройство 35, датчик 36 содер--- Ясания в продукте, регулятор 37, датчик 38 влажности аммофоса, весоизмерители 39 узел 40- ст, тпки - грануляции, регулятор 4 влажности, сумматор 42, задатчик 43, расходомер 44 АЖ, выходящей из системы 45 очистки отходящих газов, датчик 46 и регулятор 47 рН в АЖ, клапан 48 подачи крепкой кислоты в систему, . датчик 49 и регулятор 50 плотности АЖ« клапан 51 подачи воды в систему и датчик 52 расхода крепкой кислоты на производство.

Способ осуществляют следующим образом.

Нагрузка производства по расходу , который подается на нейтрализацию в составе фосфорных кисдот, устанавливается задатчиком 1 ., а средняя влажность этих кислот - задатчиком 43, подключенным к первому входу сумматора 42. На второй вход сумматора 42 подается сигнал от регулятора 41 влажности (по каналу

849756

О1 клонення измеренной датчиком 22 злажности пульпы от заданной) , В сумматоре 42 этот сигнал корректирует задание задатчика 43. 5 Регулирующее устройство 2 определяет объемные расходы F, и F слабой и крепкой фосфорных кислот, используя измеренные датчиками 5 и 6 плотности D и D зтих кислот.

fO

требуемый задатчиком

мГ

расход

массовый составе кислот

15

20

25

текущую среднюю влажность W пульпы от сумматора 42.

Регулирующее устройство работает следующим образом.

Вычисляет массовую долю в слабой кислоте К, %:.

К, 138(1-1028/0,),

где D, - значение плотности слабой кислоты (от датчика 5), кг/м ,

Вычис ляет массов; по долю Р, 0 в крепкой кислоте К ,, % t

К. где В„

г 138 ,(1--1028/Вр)

.ж1

значение плотности крепкой кислоты (от датчика 6), кг/м .

Определяет объемные расходы слабой и крепкой кислот., м /ч: 00 , К 38 /

ТР

V р

,

00 W

а

м7

00

М- J- l°JiL

Tf V 1 nn-T,T

к,-к,

00-W.

35 гда М.

W.

40

45

55 с

требуемый массовый расход Р Oj в составе кислот от задатчика , кг/ч; текущая средняя влажность п льпы от сумматора 42, %. Передает значения F и F на клапаны 3 и 4 через стабилизирующие регуляторы (не показаны).

Расход аммиака 3 измеряемый датчиков 16, регулируется клапаном 18 по сигналу регулятора 17, иа который поступает задание с выхода сумматора 19. На первый вход сумматора 9 поступает сигнал от регулятора 20 показателя рН пульпы, который определяет коррекцию расхода аммиака (по каналу отклонения измеренного датчиком 21 значения рН от заданно™ ро) , На второй вход сум гатора 19 и в качестве задания регулятору 20 поступают сигналы от управляющего вычислительного устройства 9.

Вьщислителыаое устройство 9 определяет требуег аш водородный показаО1 клонення измеренной датчиком 22 злажности пульпы от заданной) , В сумматоре 42 этот сигнал корректирует задание задатчика 43. Регулирующее устройство 2 определяет объемные расходы F, и F слабой и крепкой фосфорных кислот, используя измеренные датчиками 5 и 6 плотности D и D зтих кислот.

требуемый задатчиком

мГ

расход

массовый составе кислот

5

0

5

текущую среднюю влажность W пульпы от сумматора 42.

Регулирующее устройство работает следующим образом.

Вычисляет массовую долю в слабой кислоте К, %:.

К, 138(1-1028/0,),

где D, - значение плотности слабой кислоты (от датчика 5), кг/м ,

Вычис ляет массов; по долю Р, 0 в крепкой кислоте К ,, % t

К. где В„

г 138 ,(1--1028/Вр)

1

значение плотности крепкой кислоты (от датчика 6), кг/м .

Определяет объемные расходы слабой и крепкой кислот., м /ч: 00 , К 38 /

ТР

V р

,

00 W

а

00

М- J- l°JiL

Tf V 1 nn-T,T

к,-к,

00-W.

5 гда М.

W.

0

5

5 с

требуемый массовый расход Р Oj в составе кислот от задатчика , кг/ч; текущая средняя влажность п льпы от сумматора 42, %. Передает значения F и F на клапаны 3 и 4 через стабилизирующие регуляторы (не показаны).

Расход аммиака 3 измеряемый датчиков 16, регулируется клапаном 18 по сигналу регулятора 17, иа который поступает задание с выхода сумматора 19. На первый вход сумматора 9 поступает сигнал от регулятора 20 показателя рН пульпы, который определяет коррекцию расхода аммиака (по каналу отклонения измеренного датчиком 21 значения рН от заданно™ ро) , На второй вход сум гатора 19 и в качестве задания регулятору 20 поступают сигналы от управляющего вычислительного устройства 9.

Вьщислителыаое устройство 9 определяет требуег аш водородный показа7

тель рН пульпы, обеспечивающий при измеренных расходах и плотност фосфорных кислот, расходах М и СР необходимые реологические свойства пульпы, а также требуемый для этог расход аммиака F в САИ.

Устройство 9 работает следующим образом.

Bьn иcляют массовую долю Р О в слабой кислоте К,, %:

К 138 (l-1028/D), где D - значение плотности слабой кислоты (от датчика 5) -, кг/м Вычисляет массовую долю Р 0 з

(I-IOIO/D),

крепкой кислоте Kg

Kj 138 (1-1028/D) ,

где D,j - значение плотности крепкой кислоты (от датчика б)з

Вычисляет массовую долю

35

где D - заданное регулятору 50 тре- 25 буемое значение плотности

т, кг/м

Определяет суммарньш массовый расход кг/ч:

Mp(F D,K,+F,DJ,)/iOO, 0 где F , F , F - объемные расходы слабой и крепкой

фОСфСрНЬ Х КИСЛОТ и

АЖ от расходомеров 7, В и 44,

D,, D Dg, К, Kg, Кр - определергы вьше Находят суммарньш массовый расход М ;кидких реагентов в САН, -кг/ч;

, D,4-F2D,+FgDg+F D,, где Fj, - объемный расход СР от дат- Q

чика 11, м /ч; D плотность СР (например,

для серной кислоты с концентрацией 02,5% 0 1826 кг/м).45

Вычисляет безводный массовый расход М gg жидких реагентов в САИ: М,.(},,) ,/100, где К - массовая доля нейтрализуемого компонента в СР {для Q серной кислоты К(.82,5%)} - относительная к 7,0 доля

примесей в фосфорных кислотахСогласно известному«

Z, 0,2 - 0,35

в зависимости от исходного сырья (апатита). Принимаем, например, ,26.

O

5

0

5

758

Находит вспомогательные параметры айв: а (МГ,Р)/М J в F D K /CIOO.

рРМетодом итераций определяет корень алгебраического уравнения в интервале

0,69 0,274 (S-) 1 38+0,24S-f в (l+j3)

I,34-OJ64S+a-t-B( ) где / 2,25 МДж/кг - удельная теплота испарения воды, серной кис- лотыр 0,347, q 2,74 МДж/кг.

Вичисляет требуемое значение рН показателя рН пульпы

3,28+3, 18(.

Определяют требуемьш объемный расход F. аммиака:

Fa 1/Осх pF D KjlOO+S,,17), где D 0,77 кг/м - плотность аммиСА.

ака. Определяет найденное значение

--р

рН в качестве задания на стабилизирующий регулятор 20, а значение

Т7ПР „

на вход с мматора 9 .

5

0

Q

5

Q

Показатель рН в АЖ измеряется датчиком 46 и стабилизируется регулятором 47 с помощью клапана 48 подачи крепкой фосфорной кислоты в систему 45 очистки отходящих газов. Плотность АЖ измеряется датчиком 49 и стабилизируется регулятором 50 с помощью клапана 51 подачи воды в систему 45.

Влажность аммофоса после грану- лятора-сушилки измеряется в узле 40 сушки - грануляции датчиком 38 и регулируется регулятором 37, с выхода которого поступает задание на стабилизирующий регулятор 30, который с помощью клапана 31 и расходомера 29 устанавливает и поддерживает требуемый расход природного газа.

Расход концентрированной фосфорной кислоты на узел 40 сушки - грануляции измеряется датчиком 25 и поддерживается регулятором 26 с помощью клапана 27. Задание регулятору 26 поступает от сумматора 28. На первый вход сумматора 28 поступает сигнал по отклонению от экстремального регулятора 32, использующего данные вычислительного устройства 35.

Вычислительное устройство 35 определяет удельный вьртод у товарной фракции продукта по массовым расходам мелкой (Ь,), товарной

(b) и крупной (bj) фракций продук-, та от весоизмерителей 39.

Устройство 35 работает следующим образом.

Вычисляет удельный выход у , кг/ч: У Ь /(в +в +в ),

тяр Т 1 м«Р тяр к«р и передаёт: значение на вход экстремального регулятора 32. На второй вход сумматора 28 поступает сигнал с выхода вычислительного устройства 24.

Вычислительное устройство 24 определяет расход F крепкой фосфорной

кислоты в узел 40 по расходу F и качественным характеристикам пульпы

Устройство 24 работает следующим образом.

Вычисляет плотность D пульпы по ее

влажности W, кг/м

где

DC

W п

1752-8,41V7. влажность пульпы от датчика 22, %;

К„

Вычисляет массовую долю , пульпе, %:

K, 112(1-1030/DJ,

где

п определены выше,

Находит массовую долю

крепкой кислоте:

К,

138(l-1028/D,),

где D - значение плотности кислоты от датчика VM

кг/

Определяет расход F крепкой кислоты в узел 40; м /ч:

р«п-р«с

где

F п

расход пульпы от датчика 23, MV4; рН„ - показатель рН пульпы от датчика 21;

. у v- tjoi- rt.n. t. ВЫП1€ у

0„,К„,К„ -вычисляют

Ч

рН 4,8 - характерное значение по(J

казателя рН пульпы в области эффективной грануляции. Передает найденное значение F на вход сумматора 28.

Расход СР измеряется датчиком 11 и поддерживается регулятором 12 с помощью клапана 13. Задание регулятору 12 поступает от сумматора 33. На первый вход сумматора 33 подается сигнал от регулятора 34 по каналу отклонения содержания в продукте, измеренного датчиком 36, от заданного. На второй вход сумматора 33 подается сигнал (по каналу возмущения) от вычислительного устройства 10.

Вычислительное устройство 10 вы- числяэт расход стабилизирующего реагента , который необходим для поддержания требуемой массовой доли Р О

5 аммофосе. Устройство 10 образом.

работает следующим

5

0

5

Вычисляет массовые доли Р Og в слабой (К) и крепкой (К ,) фосфорных 0 кислотах по их плотностям D , и D,j аналогично рассчитанным для устройства 2.

Вычисляет суммарный массовый расход Р,ОдМр , поступающий на производство, кг/ч:

Mp(,+F2j.D. Кр/ЮО, где Fj - суммарный объемный расход крепкой кислоты в производство по датчику 52; D)DjjK ,К - определены вьппе.

30

35

40

45

50

Вычисляет 100

расход F(, , 100

м

Уч:

DC-KC

(I+p)

И (

К

-I,62-Z),

где кг/м ,5%

А

Z

0,347

ПР

к,

о-ЯР

0,26; 52% аф ПЛОТНОСТЬ И

содержание нейтрализуемогокомпонента в СР (серной кислоте) ;

для серной кислоты;

техрегламентное значение массовой доли в аммофосе.

Передает значение F на вход сумматора 33.

Предлагаемый способ позволяет снизить влажность пульпы на 2-3%, стабилизировать содержание в продукте на уровне 52,5±1% и снизить удельный выход крупной фракции продукта на 25-30%. Это дает возможность получить экономию топливно-энергетических и сырьевых ресурсов, снизить расходы природного газа и электроэнергии, а также уменьшить потери Р О за счет устранения его перехода в неусвояемую форму.

Ф

ормулаизобретения Способ автоматического управления производством аммофоса путем регулирования соотношения расходов фосфорной кислоты и аммиака в аммони - затор изменением подачи аммиака с

1112

коррерщией по концентрации фогфог;-- ной кислоты, температуры в аммониза- торе и рН нейтрализованной пульпы, содержания в продукте изменением расхода стабилизирующего реагента в аммонизатор, плотности и рН абсорбционной жидкости изменением подачи соответственно воды и фосфорной кислоты в систему очистки отходящих газов, влажности пульпы изменением подачи фосфорных кислот различной концентрации в аммонизатор, влажности продукта изменением подачи природного газа в узел сушки - грануляции, регулирования подачи фосфор-- ной кислоты в узел сушки - гранул - ции и контроля удельного выхода то- Варной фракции продукта, о т л и чающийся тем, что,, с целью повышения качества продукта и уменьшения топливно-энергетических и сырьевых потоков, дополнительно коррек

(%)

4975j 2

тируют подачу аммиака в зависимости от расходов абсор-5ционной жидкости и стабилизир тощего реагента, расход стабилизирующего реагента корректи5 руют в зависимости от концентрации фосфорной кислоты и ее общего расхода на производство, осуществляют экстремальное регулирование удельного выхода товарной фракции продук10 та изменением подачи фосфорной кислоты в узел сушки - грануляции.с коррекцией по расходу, влажности и рН нейтрализованной пульпы и концентрации фосфорной кислоты.

fS

6,0

20

рН пульпы

Разность диаметров ре- тура и продукта, мм

4,0 4,5 5,05,5

-0,5 0,0 0,5 1,0

1,5

C-J с%

%л- %

1;: fy

25- Ш.

Изобретение относится к способу автоматического управления произ- водетвои аммофоса, может быть использовано в химической промышленности и позволяет повысить качество выходного продукта и уменьшить топливно- энергетические и сырьевые затраты. Способ реализуется устройством, включающим контур регулирования плотности в аппарате 15 очистки отходящих газов изменением подачи в него воды (датчик 49 плотности (Д), регулятор кяо Пар $ animiciiiffy (Л Фме.;

ж 3.QЧМS.i рНп.

(aSc,e3uff.j

Составитель Г, Огаджанов Редактор А. Шишкина Техред А,Кравчух Корректор А, Зимокосов

Заказ 7555/26 Тираж 408Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открьп ий 1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4