Способ автоматического управления процессом получения хлоридов металлов Советский патент 1993 года по МПК C01G23/02 B01J8/02 

ел

с

Использование: автоматизация производственных процессов в цветной металлургии, в частности автоматическое управление производством хлоридов металлов путем хлорирования из руд и концентратов. Сущность изобретения: способ заключается в изменении подачи хладагента в систему конденсации в зависимости от температуры на выходе из оросительного скруббера с коррекцией по уровню пульпы в нем и по разности действительной и расчетной производительности хлоратора в сторону ее устранемия, 1 табл.,1 ил.

Изобретение относится к автоматизации производственных процессов в цветной металлургии, в частности к способам автоматического управления производством хлоридов металлов путем хлорирования из руд и концентратов, и может быть использовано в химической промышленности.

Целью изобретения является повышение степени очистки тетрахлорида титана при обеспечении максимальной производительности установки.

Цель достигается тем, что по способу автоматического управления процессом получения хлоридов металлов в хлораторе путем регулирования теплообмена в системе конденсации в зависимости от температуры на выходе из конденсационного аппарата регулирование теплообмена, осуществляемое изменением подачи хладагента в систему конденсации, проводят с

коррекцией по уровню пульпы в конденсационном аппарате и по разности действительной и расчетной производительности хлоратора.

Значение уровня пульпы в конденсационном аппарате, представляющем собой оросительный скруббер, задается в определенных пределах, обеспечивающих стабильную работу оросительного скруббера. Отклонение уровня пульпы от заданных значений характеризует снижение производительности хлорирующей установки (в случае, если уровень пульпы выше заданного значения) либо ухудшение качества тетрахлорида титана (в случае, если уровень пульпы ниже заданного значения).

Таким образом, коррекция подачи хладагента в систему конденсации по уровню пульпы в баке оросительного скруббера способствует повышению степени очистки

оо ю о

00

о

ю

со

тетрахлорида титана при обеспечении максимальной производительности установки.

Разность действительной и расчетной производительности хлоратора является критерием оптимального ведения технологического процесса, так как характеризует равновесие материального и теплового баланса при заданной степени очистки тетрахлорида титана, т.е. отражает соответствие температуры ПГС на выходе из оросительного скруббера точке росы тетрахлорида титана,

Расчетная суточная производительность хлоратора (Пр) определяется по формуле

np,M.N().

где Gciz количество хлора, поданного в хлоратор, т/ч;

Kci2 коэффициент, определяющий количество хлора, необходимого для получения 1 т тетрахлорида титана, равный 0,812;

N - коэффициент перевода часовой расчетной производительности в суточную, равный 24.

Количество хлора в хлорвоздушной смеси, поданной в хлоратор, определяется по формуле

Gci2 0,2109 -а-е

XVДР -Ра

|)ЭС12н.у. Cci2 +/ЭВОЗД.Н.У. (1 Ccia)Т. К

xCci2-/ocfeH.y. (т/ч), где «-коэффициентрасхода:

Ј -поправочный коэффициент на расширение измеряемой среды;

d - диаметр сужающего устройства, м;

АР- перепад давлений на сужающем устройстве, кгс/м ;

Ра - абсолютное давление измеряемой среды перед сужающим устройством, кгс/м ;

/эс12н.у. - плотность хлора при нормальных условиях, кг/м3;

Р&ОЗД.Н.У. плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3;

Со концентрация хлора, кг/м3;

Т - температура ПТС, К;

К - коэффициент сжимаемости.

Действительная суточная производительность хлоратора (Пд) определяется путем измерения прироста уровня тетрахлорида титана в баке-сборнике оросительного конденсатора за.единицу времени в пересчете на сутки по формуле

ГЬ

ДН At

р S- kfr/cyr),

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

АНк где -д-г - изменение уровня в баке-сборнике за единицу времени, м/ч;

р - плотность тетрахлорида титана, т/м3;

S - площадь бака-сборника, м ,

k - количество замеров в сутки.

Плотность тетрахлорида титана, соответствующего марке ТЧТР-1, рассчитывается по формуле

р 1,762-1.590 1031-0,98 , где t - температура тетрахлорида титана в баке-сборнике, °С.

Таким образом, при расчете действительной производительности учитывается качество полученного тетрахлорида титана, т.е. устанавливается его заданная степень очистки, согласно марке ТЧТР-1.

Разность действительной и расчетной производительности АП Пд-Пр, отличная от нуля, указывает на отклонение процесса хлорирования от оптимального,т.е. на воз- никшее несоответствие температуры ПГС на выходе из оросительного скруббера точке росы тетрахлорида титана, что влечет за собой снижение производительности (ДП 0} или ухудшение качества тетрахлорида титана (А П О).

Корректировка подачи хладагента в систему конденсации по уровню пульпы в баке оросительного скруббера и по разности действительной и расчетной производительности хлоратора в сторону ее устранения обеспечивает поддержание оптимального материального и теплового баланса хлорирующей установки, т.е. позволяет достичь заданной степени очистки тетрахлорида титана при обеспечении максимальной производительности установки.

На чертеже представлена схема установки, реализующей предложенный способ.

Установка содержит регулятор 1, управляющий клапаном 2 подачи хладагента в теплообменники 3, к входу которого подсоединены датчик 4 температуры на выходе из оросительного скруббера 5. датчик б уровня пульпы в баке оросительного скруббера 5, датчик 7 расхода хладагента и вычислительное устройство 8. На трубопроводе 9, подводящем анодный хлоргаз к хлоратору 10, соединенному с пылевой камерой 11, установлены датчики 12,13, 14 и 15 давления, перепада давления, температуры и концентрации хлора, соединенные с входом вычислительного устройства 8. Датчики 16 и 17 температуры и уровня тетрахлорида титана в баке-сборнике оросительного конденсатора 18 также подсоединены к входу вычисли тельного устройства 8.

Способ осуществляется следующим образом.

В хлоратор 10 загружают шихту и по трубопроводу 9 подают анодный хлоргаз. Образующаяся ПГС проходит пылевую камеру 11, где отделяются твердые хлориды, и поступает в оросительный скруббер 5 для совместной конденсации твердых и жидких хлоридов. Орошение ПГС в оросительном скруббере 5 производят циркулирующей пульпой, охлаждаемой в теплообменниках 3. Избыток, образующийся при конденсации хлоридов из ПГС, возвращают в верхнюю часть хлоратора 10 на разбрызгивание для снижения температуры ПГС на выходе из хлоратора. Окончательное доулавлива- ние тетрахлорида титана осуществляют в оросительном конденсаторе 18, орошаемом захоложенным жидким тетрахлоридом титана.

Регулятор 1, осуществляя воздействие на клапан 2, изменяет подачу воды в теплообменнике 3 в зависимости от температуры на выходе из оросительного скруббера 5. измеряемой датчиком 4. Управляющее воздействие регулятора 1 корректируется по уровню пульпы в баке оросительного скруббера 5, измеряемому датчиком 6. Значение уровня пульпы задается в определенных пределах, обеспечивающих стабильную работу оросительного скруббера 5. Расход воды измеряется датчиком 7. сигнал от которого поступает на вход регулятора 1. Управляющее воздействие регулятора 1 корректируется также по разности действительной и расчетной производительности хлоратора 10 в сторону ее устранения, рассчитанной вычислительным устройством 8, на вход которого поступают исходные данные по хлору от датчиков 12, 13. 14 и 15 давления, перепада давления, температуры и концентрации хлора, установленных на трубопроводе 9; по готовому продукту от датчиков 16 и 17 температуры и уровня тетрахлорида титана в баке-сборнике оросительного конденсатора 18.

Корректировка управляющего воздействия регулятора 1 на клапан 2 подачи воды в теплообменники 3 по уровню пульпы в баке оросительного скруббера 5 и по разности действительной и расчетной производительности хлоратора 10 в сторону ее устранения обеспечивает поддержание температуры на выходе из оросительного скруббера 5 на уровне, соответствующем точке росы тетрахлорида титана, что позволяет достичь заданной степени очистки тетрахлорида титана при обеспечении максимальной производительности хлорирующей установки.

Испытания заявляемого способа автоматического управления процессом получения хлоридов металлов проводили на промышленной установке хлорирования титансодержащего сырья. При испытаниях в хлоратор подавали 4060 кг/ч хлора, однако изменяли количество анодного хлоргаза, так как в нем менялась концентрация хлора, что соответствует реальным условиям процёсса хлорирования. В опытах 1, 4 (см. таблицу) концентрация хлора составляла 90%,. количество хлоргаза - 1420 м3/ч, в опытах 2,5 концентрация хлора составляла 80%, количество хлоргаза - 1660 м3/ч, в опытах 3, 6

концентрация хлора в хлоргазе составляла 70%, количество хлоргаза - 1830 мЗ/ч. При этом изменяли условия регулирования теплообмена в системе конденсации: в опытах 1-3 регулирование проводили по эаявляемому способу, т.е. изменяли подачу воды в теплообменники в зависимости от температуры на выходе из оросительного скруббера с коррекцией по уровню пульпы в баке оросительного скруббера и по разности действительной и расчетной производительности хлоратора; в опытах 4-6 - по прототипу, т.е. перераспределяли потоки жидкого и перегретого тетрахлорида титана в зависимости от температуры на выходе из конденсационного аппарата для поддержания заданной температуры ПГС на входе в него.

В процессе испытаний измеряли температуру ПГС на выходе из оросительного

скруббера с помощью термопары ХК, действительную и расчетную производительность хлоратора и их разность определяли с помощью вычислительного устройства, на вход которого поступали исходные данные

по хлору от датчиков давления (Сапфир- 22Д4). перепада давления (Сапфир- 22ДД), температуры (ТСМ гр.23) и концентрации хлора (газоанализатор на хлор Llmas-G), по готовому продукту от

датчиков уровня (Сапфир-22ДД) и температуры (термопара ХК) тетрахлорида титана в баке-сборнике.

Количество примесей и твердых взвесей в тетрахлориде титана определяли по изве

стной методике.

Точку росы тетрахлорида титана на выходе из оросительного скруббера определяли по количеству отходящих газов с помощью датчика Сапфир-22ДД и по расчетной часовой производительности хлоратора, рассчитанной вычислительным устройством, по следующим формулам:

tg р-А-В Г1,

где А - коэффициент, равный 7,64433; В - коэффициент, равный 1947,6;

Т - температура, К. Откуда точка росы т1947.6 ТРОСЫ- 7,64433-Igp

VTicu 760

где р- г:--тт;------- VTICI4 отходящих газов.

GTICM VI гдеУт СМ -jyj--

где Vi - объем 1 моля газа;

М-молекулярная масса TiCta;

GTICU расчетная часовая производительность, кг/ч;

Тросы - точка росы, К.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из таблицы видно, что при изменении количества анодного хлоргаза, подаваемого в хлоратор, за счет изменения состава ПГС на выходе из оросительного скруббера меняется точка росы тетрахлорида титана.

Корректировка подачи воды в систему конденсации по уровню пульпы в баке оросительного скруббера и по разности действительной и расчетной производительности хлоратора в сторону ее устранения (А ) обеспечивает соответствие температуры ПГС на выходе из оросительного скруббера точке росы тетрахлорида титана, что позволяет достичь заданную степень очистки тетрахлорида титана при обеспечении максимальной производительности хлоратора (опыты 1-3).

Регулирование теплообмена в системе конденсации в соответствии с техническим решением по прототипу не обеспечивает соответствие температуры ПГС на выходе

из конденсационного аппарата точке росы тетрахлорида титана, что приводит к снижению производительности хлорирующей установки (опыты 4, 5) или к ухудшению

-степени очистки тетрахлорида титана (опыт 6).

Предлагаемый способ автоматического управления процессом получения хлоридов металлов имеет технико-экономические

преимущества по сравнению с существующими способами, так как позволяет повысить степень очистки тетрахлорида титана при обеспечении максимальной производительности хлорирующей установки за счет

нового действия - корректировки подачи хладагента в систему конденсации по уровню пульпы в баке оросительного скруббера и по разности действительной и расчетной производительности хлоратора.

Форму л аизобретени я

Способ автоматического управления процессом получения хлоридов металлов в

хлораторе путем регулирования теплообмена в системе конденсации в зависимости от температуры На выходе из кон денсацион кого аппарата,отличающийся тем,что, с целью повышения степени очистки тетрахлорида титана при обеспечении максимальной производительности установки, регулирование теплообмена, осуществляемое изменением подачи хладагента в систему конденсации, проводят с коррекцией по

уровню пульпы в конденсационном аппарате и по разности действительной и расчетной производительностей хлоратора.

&

§л1

§

«ч

Составитель А.Отрошко Редактор Т.Никольская Техред М.МоргенталКорректор А.Козориз

Заказ 2039Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

я