Способ автоматического регулирования процесса упаривания экстракционной фосфорной кислоты Советский патент 1987 года по МПК B01D1/30 C01B25/16 G05D27/00 

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

Целью изобретения является уменьшение количества промывок оборудования от шлама.

На чертеже приведена система автоматического регулирования для реализации данного способа.

Система включает датчик 1 расхода исходной кислоты, датчик 2 уровня, датчик 3 температуры кислоты в .подогревателе, датчик 4 расхода цирку- ляционной кислоты, датчики 5,6 и 7 концентрации кислоты, датчики 8 и 9 плотности и температуры готовой кислоты, регулирующие органы 10- 13, регуляторы 14-19, вычислительные устройства 20 и 21,

Стадию упаривания экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) проводят в отстойнике и подогревателе, которые взаимосвязаны по прямому и циркуляционному потокам, В аппаратах протекает процесс концентрирования и очистки от твердых примесей (сульфат , кальция, кремнефторид натрия и др,) исходной кислоты. Процесс подвержен воздействию возмущений, дестабилизирующих режимы упарки, кристаллизации и отстаивания, что отрицательно отражается на качестве, в частности, концентрации и содержании остаточных примесей (шлама) в упаренной кислоте, Основные возмущения поступают с потоками исходной и циркуляционной кислот (колебания концентраций и содержания примесей), а также Jвoзникaют из-за нестационарности тепловых режимов оборудования (отложения на поверхности теплообменной аппаратуры, колебания параметров греющего пара) процессов упаривания, кристаллизации и осаждения.

Сложность объекта: объясняется, во-первых, взаимосвязью и взаимовлиянием двух технологических аппаратов, имеющих значительную инерционность (в современном крупнотоннажном производстве ЭФК объем отстойника составляет 1200 м , а подогревателя - 116 м-), вр-вторых, многомерностью процесса, в-третьих, наличием разнообразных физических процессов (отстаивание, смешение, выпаривание.

кристаллизация, растворение), одновременно протекающих в аппаратах.

Регулирование осуществляют следующим образом.

Стабилизируют расход исходной кислоты, подаваемой на упаривание. Для этого датчиком 1 измеряют расход .исходной, кислоты и сигнал G направ- .ляют на вход регулятора 14, куда также подают задание G y Сигналы

, GM и

15

20

25

30

35

40

Gj сравнивают и по величине

рассогласования формируют, например, по пи-закону сигнал Y , который подают на регулирующий орган 10, установленный на линии подачи исходной кислоты и тем самым стабилизируют подачу кислоты на упаривание,

Для стабилизации концентрации готовой кислоты подачу циркуляционной кислоты в отстойник осуществляют в зависимости от концентраций ци ркуля- ционной и исходной кислот, расхода исходной кислоты и корректируют эту подачу по концентрации готовой кислоты, С этой целью измеряют датчиком 4 расход циркуляционной кислоты и сигнал G направляют на вход регулятора 15, На второй вход регулятора в качестве задания направляют сигнал

4,7.

от вычислительного устройства

20, На третий вход регулятора подают корректирующий сигнал Y,. ц, В регуляторе 15 сигналы G,, G ,и Y сравнивают и формируют, например, по пи-закону сигнал Y д, который направляют на регулирующий орган 13, установленный на линии циркуляционной кислоты, и регулируют тем самым подачу циркуляционной кислоты из подогревателя в отстойник. Контур регулирования 4-15-13 вводят для отработки заданного G „ и корректирующего Y- .. сигналов с высокой точностью.

Подачу циркуляционной кислоты осуществляют в количестве, необходимом для достижения заданной концентрации С, готовой кислоты. С этой целью сигнал G от датчика 1 расхода исходной кислоты, сигналы от датчиков 5 и 6 концентраций исходной С и циркуляционной С ц кислот и сигнал С заданной концентрации готовой кислоты направляют на вычислительное устройство 20, формируют в нем сигнал расхода циркуляционной кисоты и подают его в качестве задания на регулятор 15. Значение сигнала

GU,J рассчитывают в вычислительном устройстве 20 по формуле

г -г И Г - С

51-ц - H,J

(1)

K,J

где G и С - расход и концентрация

исходной кислоты; С - концентрация циркуляционной кислоты; - заданное значение кон- центрации готовой кислоты.

При таком формировании задания достигается инвариантность регулируемой величины - концентрации готовой кислоты - к возмущениям С, G, С. Однако алгоритм формирования заданного значения расхода циркуляционной кислоты GU,, выполняемый вычислительным устройством, не учиты- вает влияние неконтролируемых факторов, таких как изменение температурного режима, рост слоя отложений на внутренней поверхности оборудования и др. Влияние этих факторов на про- цесс концентрирования в отстойнике компенсируют коррекцией подачи циркуляционной кислоты при отклонении концентрации готовой кислоты от заданного значения. С этой целью при откло- -нении концентрации С, готовой кислоты от задания С корректируют расход циркуляционной кислоты регулятором 16. Для этого измеряют датчиком 7 концентрацию готовой кислоты и сигнал G,. с выхода датчика направляют на вход регулятора 16, на второй вход которого подают задание G . Gигнaлы G и в регуляторе сравнивают и формируют, например, по пи-закону сигнал У , и направляют ег на регулятор 15. При этом сигнал Y согласуют с сигналом G таким обраi

зом, чтобы при изменении задания G оба сигнала вызывали изменение ре гу- лирующего-воздействия Y одного знака. Например, увеличение G вызовет увеличение сигнала Gu. (з соответствии с (1) и, следовательно, подачи G( циркуляционной кислоты; с другой стороны, увеличение G, должно вызывать изменение корректирующего сигнала , приводящего также к увеличению G .

Изменение подачи циркуляционной кислоты в отстойнике в зависимости от ее концентрации, а также от расхода и концентрации исходной кислоты обеспечивает инвариантность основной

. 5

Ю }520 25300540 о

45 50 55регулируемой величины - концентрации готовой кислоты - к возмущающим воздействиям по концентрациям исходной и циркуляционной кислот и расходу исходной кислоты, что существенно повышает качество регулирования. Коррекция этой подачи по отклонению концентрации готовой кислоты от задания (по сигналу , ) улучшает качество стабилизации концентрации готовой кислоты при воздействии на процесс неконтролируемых возмущений. Кроме того, при изменении заданного значения концентрации готовой кислоты увеличивается эффективность регулирующего воздействия за счет согласного взаимодействия реакций блоков 20 и 16.

Повышение качества стабилизации концентрации в отстойнике благоприятно сказывается и на процессе осаждения твердых примесей.

Известно, что наилучшие условия для осаждения твердых веществ возникают при определенной концентрации ЭФК в отстойнике. Это значение составляет 42% PgOg.. Поэтому стабилизация концентрации в отстойнике в условиях воздействия возмущений обеспечивает повьш1ение качества упаренной ЭФК и по содержанию твердых примесей .

Gтaбилизaция концентрации в отстойнике достигается за счет повьше- ния управляемости и информативности, что, в свою очередь, обеспечивается введением новых регулируемых переменных, а также новых приемов регулирования .

Основными возмущениями, как пока- зьшает опыт эксплуатации, являются колебания концентрации и расхода исходной кислоты, подаваемой со стадии фильтрации на упарку, и колебания концентрации циркуляционной кислоты, вызываемые изменением режима упарки в подогревателе. Диапазон этих колебаний составляет 23-32% P,,0g для исходной кислоты и 45-51 % - для циркуляционной кислоты. Использование новых регулируемых параметров - расхода и концентрации циркуляционной кислоты позволяет получить информацию об изменении возмущений непосредственно в момент их возникновения .

Новый прием регулирования, заключающийся в своевременном изменении задания С подачу циркуляционной кислоты, позволяет исключить динамику аппаратов при управлении ими, что повышает управляемость процесса билизации концентрации.

Процесс осаждения (кристаллизации) в отстойнике зависит от концентрахщ- ониого, температурного режимов и вре- . мени пребывания кислоты в нем. В частности, изменение температуры влияет на растворимость твердых примесей в

в качестве переменной на вход регулятора 19. Значение сигнала ррассчитывают в устройстве 21 по формуле

- -РК- К. KJ,

(2)

где К , К - коэффициенты, определяемые экспериментально или

из номограмм. На другой вход регулятора 19 подакислоте, а изменение времени пребыва-fO ют задание fj по плотности готовой

ния кислоты в отстойнике, обусловли- кислоты. Сигналы р и в рег ляторе

сравнивают и по величине рассогласования формируют, например, по ПИ-за- кону сигнал Ур,к который и служит

в готовой кислоте. Эти обсхоятель- 15 корректирующим сигналом для регуляства учтены для стабилизации плот- тора 18. .

ности упаренной кислоты регулировани- Регулирующие воздействия по откачем температурного режима и уровня в

подогревателе.

ваемое откачкой готовой кислоты, влияет на процесс осаждения твердых и, как следствие, на содержание их

ке готовой кислоты и подаче пара согласуют таким образом, что при увелиРегулирование температуры осущест- 20 чении плофности кислоты вьше заданновляют изменением подачи пара в нагревательные элементы подогревателя. Для этого температуру .измеряют датчиком 3 и сигнал Т„ с его выхода

го значения корректирующий сигнал Ypn вызывает, с одной стороны, ум шение откачки готовой кислоты и, довательно, повышение уровня в по

направляют на вход регулятора 17.- На 25 гревателе, а с другой стороны, - второй и третий входы регулятора подают задающий Т и корректирующий Yp. сигналы. В регуляторе при сравнении сигналов Т„ , и Yry формируют, например, по ПИ-закону сигнал Yj, направляют его на регулирующий орган 11, установленный на линии.подачи пара и тем самым регулируют температуру в подогревателе.

уменьшение подачи пара в подогрев тель, вызывающее понижение темпер ры процесса и, как следствие, уме шение растворимости твердых в кис 30 те. Уменьшение плотности готовой лоты вызовет увеличение ее откачк увеличение подачи пара в подогреват

Коррекция температуры и уровня подогревателе по одному и тому же

Регулирование уровня в подогрева- 35 - плотности готовой кислоты

теле осуществляют изменением откачки готовой кислоты. Уровень измеряют датчиком 2. Сигнал Н, с выхода датчика 2, а также задающий Н и корректирующий Yp сигналы подают на регулятор 18. В результате сигналы HI,, и Yp сравнивают и по величине рассогласования формируют, например, по пи-закону сигнал Y, который

подают на регулирующий орган 12, ус-

тановленный на линии откачки готовой упаренной кислоты, и регулируют, тем )1м, уровень в подогревателе.

Заданные значения температуры Tj и уровня Нл,з корректируют по плот- ности готовой кислоты р, которую рассчитывают в вычислительном устройстве 21 с учетом температуры и концентрации готовой кислоты. Сигналы

температуры Т, концентрации С и из-55 пракг ики точностью линейным меряемой в этих условиях плотности вьфажением с выходов датчиков 9,7 и 8 направляют на вычислительное устройство 21, о формируют в нем сигнал Р и подают его i « к л

(3)

в качестве переменной на вход регулятора 19. Значение сигнала ррассчитывают в устройстве 21 по формуле

- -РК- К. KJ,

(2)

где К , К - коэффициенты, определяемые экспериментально или

Регулирующие воздействия по откачке готовой кислоты и подаче пара согласуют таким образом, что при увелиго значения корректирующий сигнал Ypn вызывает, с одной стороны, уменьшение откачки готовой кислоты и, следовательно, повышение уровня в подогревателе, а с другой стороны, -

уменьшение подачи пара в подогреватель, вызывающее понижение температуры процесса и, как следствие, уменьшение растворимости твердых в кисдо- те. Уменьшение плотности готовой кислоты вызовет увеличение ее откачки и увеличение подачи пара в подогреватель.

Коррекция температуры и уровня в подогревателе по одному и тому же паобеспечивает повьппение качества упаренной кислоты, так как оно зависит не только от ее концентрации, но и от содержания в ней твердых примесей. 40 При этом верхний предел этого содержания регламентируется. Поэтому важным для упаривания является определение параметра, однозначно связанного только с содержанием твердых в

Упареннои кислоте.

Рассмотрегная выше схема обеспечивает стабилизацию качества готовой кислоты по содержанию твердых примесей в ней. Это объясняется следующим.

Измеряемая плотность к упаренной кислоты зависит от концентрации С, температуры Т, содержания в ней твердых CTB у может быть аппроксимирована в рабочем режиме с достаточйным

(3)

С учетом (3) рассчитываемая в 21 по формуле (2) величина Р зависит только от содержания твердых, т.е.

Р ,, , (4)

где коэффициент Кз определяется либо по номограммам, либо экспериментальным путем при постоянных концентрации и температуре готовой кислоты

Предлагаемый способ автоматического регулирования процесса упаривания экстракционной фосфорной кислоты за счет использования новых регулируемых переменных - концентрации и расхода циркуляционной кислоты и температуры готовой кислоты, а также новых приемов регулирования - подачи циркуляционной кислоты в зависимости от ее концентрации, расхода исходной кислоты и концентрации готовой кислоты, а также корректировки температуры и уровня в подогревателе по расчетной величине плотности, однозначно связанной с содержанием в упаренной кислоте твердых примесей, обеспечивает повышение качества упаренной кислоты, в частности стабилизацию концентрации Р 0 и содержания твердых примесей. Это приводит к уменьшению на 12% количества промывок оборудования от шлама.

Формула изобретен

Способ автоматического регулирования процесса упаривания экстракРедактор А.Долинич Заказ 7841/7

Составитель В.Шувалов

Техред Л.Олейник . Корректор И.Муска

Тираж 678Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

0

5

0

0

ционной фосфорной кислоты путем стабилизации расхода исходной кислоты на упаривание, регулирования температуры в подогревателе изменением расхода пара с коррекцией по плотности готовой кислоты, уровня в подогревателе изменением расхода готовой кислоты, изменения расхода циркуляционной к ислоты в отстойник в зависимости от концентраций исходной и готовой кислот, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества промывок оборудования от шлама, дополнительно осуществляют изменение расхода в зависимости от заданного значения концентрации готовой кислоты, концентрации циркуляционной кислоты и расхода ис-. ходной кислоты по формуле

л.

где G и

С„ С .

г - г

- KJ J

5

С..

расход и концентрация исходной кислоты; концентрация циркуляционной кислоты; заданное значение концентрации готовой кислоты,

определяют плотность готовой кислоты по значениям плотности, температуры и концентрации кислоты, выводимой из отстойника, и в зависимости от рассогласования вычисленного значения 5 от заданного корректируют уровень и температуру в подогревателе.

Изобретение относится к способу автоматического регулирования происиаЗная кислота цесса упаривания экстракционной фосфорной кислоты, может быть использовано в химической промышленности и позволяет уменьшить количество промывок оборудования от шлама. Способ реализуется САР, включающей контур регулирования расхода исходной кислоты на упаривание L датчик (Д) 1, регулятор (Р) 14 и регулирующий орган (РО) 103, контур регулирования температуры в подогревателе изменением расхода пара (Д 3, Р 17, РО 11) с коррекцией по плотности готовой кислоты (Д 8, связанный через вычислительное устройство 21 иР 19сР 17), контур регулирования уровня в подогревателе изменением расхода готовой , кислоты (Д 2, Р 18, РО 12), контур регулирования расхода циркуляционной кислоты в зависимости от концент рации исходной и готовой кислот (Д 5 и 6, Р 16, Д 4 расхода цирку- ЛЯ1ЩОННОЙ кислоты, Р 15, РО 13). 1 Ш1. (Л ю с ;о ел to оо