Способ автоматического управленияпРОцЕССОМ дВуХСТупЕНчАТОгО КОНцЕНТРи-РОВАНия PACTBOPOB МОчЕВиНы Советский патент 1981 года по МПК C07C126/00 G05D27/00 

Посгавленная цель достигается тем, что при регулировании величины вакуума в первой ступени вьишрки ввоцят коррекцию по расходу раствора на выпарку, при регулировании, температурного режима в первой ступени выпарки вводят коррекцию по скорости распространения ультразвука в растворе мочевины перед второй ступенью выпарки и давлению в этой ступени, а расход раствора на выпарку корректируют по скорости распространения ультразвука в растворе мочевины перед первой ступенью выпарки.

Для выполнения требования ГОСТ по качеству готового продукта концентрированный раствор (плав) перед гранулированием должен содержать не менее 99,7 вес.% основного вещества, т. е. мочевины и биурета, причем последнего не более О,,9 вес.% в зависимости от марки выпускаемого продукта. Значи- тельный прирост биурета происходит в аппаратах второй ступени выпарки, поскольку в них перерабатываются растворы с высокой концентрацией мочевины и высокой температурой.

Для максимального снижения температуры кипения раствора остаточйое давление на второй ступени поддерживают не выше 4 О-45 мм рт. ст. В противном случае достичь показателя по влажности, т. е. получить высокую концентрацию плава, можно только за счет ухудшения показателя по биурету.

Вакуум в аппаратах второй ступени опрецеляется несколькими факторами: нагрузкой по летучим компонентам - вод и аммиаку, температурой охлаждающей воды в барометрических конденсатах пароэжакционной установки, давлением пара на эжекторы и другими переменными параметрами. Нерегулируемые изменения приводят к нарушению режима второй ступени и, следовательно, качественных показателей товарной мочевины - повышению влажности в случае недоупарива ния раствора и повышению ее потерь на биурет, вызванных перегревом раствора до абсолютно более высоких значений температуры при низком вакууме. На практике стремятся к минимальным нарушениям показателя влажности, так как он определяет, в том числе, и слеживаемость продукта. Повышение же расхода пара отражается только на себестоимости мочевины, а ноконциционности по биурету можно избежать отнесением продукта к более низкой марке.

Таким образом, необходимо не только поддерживать известное соответствие между температурой на второй ступени и остаточным давлением, йо и управлять нагрузкой этой ступени по количеству водяных паров с тем, чтобы эжекционная установка при возникнЬвении указанных возмущений создавала необходимое разрежение (предпочтительно ЗО-35 мм рт. ст.

0 остаточных). Достичь желаемых показателей качества можно за счет изменения режима первой ступени выпарки, изменяя количество и концентрацию мочевины раствора, поступающего во вторую ступень.

5 Изменение количества раствора связано с общей производительностью узла по мочевине и его нельзя изменять произвольно, а концентрация мочевины раствора вполне доступна для управления измене-

0 нием теплового режима аппаратов первой ступени с помощью регулирования расхода греющего пара в подогреватель первой ступени.

Текущие значения концентрации упа-

5 риваемых растворов обычно измеряют датчиками плотности. Однако концентрированный градиент плотности водных растворов мочевины невелик (приблизительно 0,О02 г/см , вес.%). Кроме того, точ0 ные измерения затруднены из-за температуры (больше 125 С).

Обнаружено, что прямое измерение, а затем и регулирование скорости распространения ультразвука в растворах мочеви-

5 ны на первой ступени выпарки, которое может быть осуществлено, например, с помощью двухканального анализатора типа АСД-2, во многом решает проблему создания эффективной системы управления

0 узлом переработки растворов мочевины в товарные формы.

Измеряя скорость распространения ультразвука в поступающем на выпарку растворе, можно обеспечить постоянную

5 заданную производительность узла по готовой мочевине.

Периодически направленные изменения количества исходного раствора приводят к возмущениям по количеству выпариваемой на первой ступени воды, которые могут быть скомпенсированы изменением задания регулятору давления в аппаратах первой ступени, работающему в комплекте с клапаном на поааче пара в паровой эжектор этой ступени (или с клапаном, регулирующим подсос воздуха из атмосферы), изменяющим производительность эжекционной установки, поскольку впличина инжектируемого потока зависит от его абсолютного давления.

Одновременно, для обеспечения показателей качества готовой мочевины при регулировании концентрации раствора, посту- пающего во вторую ступень, в величину задания регулятору должна вноситься коррекция в зависимости от достигнутого вакуума на второй ступени с тем, чтобы избежать ее перегрузки по количеству выпариваемой во второй ступени воды.

На чертеже схематически представлен арьмер реализации предлагаемого способа уппавления.

Раствор мочеввны из общего сборника 1 по трубопроводу 2 поступает в подогревател 3 и сепаратор 4,где при остаточном давпенв 25О-ЗОО мм рт.ст. и температуре 125128 С упаривается до содержания мочевины 93-95%. Расход раствора измеряется датчиком 5,.скорость распространения ультразвука в исходном растворе - датчиком 6. Вычислительный блок 7 умножает сигнал датчика 5 на сигнал датчика 6 и формирует выходной сигнал, пропорцио- нальный производительности узла выпарки по мочевине. Этот сигнал служит заданием регулятору 8, который с помощью клапана 9 на возврате раствора стабилизирует его на заданном уровне. Сигнал от датчика 5 используется также для коррекции задания регулятору 1О давления, управляющему через клапан 11 расходом пара на вакуум- эжекционную установку 12.

Величина скорости распространения ультразвука в растворе после первой ступени, измеряемая датчиком 13, является переменной для регулятора 14, воздействующего на расход пара в подогреватель3 через регулирующий клапан 15.

Упаренный на первой ступени раствор по трубопроводу 16 подается в подогреватель 17 и сепаратор 18 второй ступени, где достигает концентрации 99,7%, а затем по трубопроводу 19 направляется на переработку в товарную форму (гранулят).

Температура раствора после подогревателя 17 измеряется датчиком 20, давление после сепаратора 18 - датчиком 21. Сигнал от датчика давления поступает в вычислительный, блок 22, с выхода которого снимается сигнал задания регуля тору 23 температуры стабилизирующему с помощью клапана 24 вычислительное значение температуры после подогревателя 17.

Сигнал от датчика 21 используется также для коррекции задания регулятору 14 величины скорости распространения ультразвука в растворе после первой ступени выпарки.

Схема работает следующим образом.

При изменении, например уменьшении, концентрации карбамида в промежуточном сборнике 1 уменьшается выходйой сигнал датчика 6, а затем - сигнал блока 7, пропорциональный текущему значению производительности узла выпарки по мочевине, и регулятор 8 прикрывает клапан 9 возврата. В результате увеличивается расход раствора, и снова, достигается заданное значение производительности узла по готовой мочевине. Соответственно увеличению нагрузки регулятор Ю снижает остаточное давление в аппаратах первой ступени и, таким образом, возмущение их режима в значительной степени компенсируется повышением количества выпариваемой воды за счет снижения температуры кипения раствора от изменения давления , т. е. изменения в составе и количестве раствора после первой ступени от первоначального изменения расхода раствора окажутся существенно ослабленными.

Датчик 13 воспринимает возникшее уменьшение величины скорости распространения ультразвука в растворе, регулятор 14 сравнивает его с заданием, которое формируется от датчика 21 давления и вырабатывает управляющий сигнал клапану 15 подачи греющего пара в подогреватель 3. Если во время прохождения возмущений от уменьшения концентрации исходного раствора остаточное давление в аппаратах второй ступени не меняется, то регулятор 14 с помощью клапана 15 увеличивает расход греющего пара в подогреватель 3.

Регулятор 23 сравнивает текущее значение температуры от датчика 20 с вычислительным блоком 22, в результате чего клапан 24 увеличивает расход пара в подогреватель 17. Одновременно по корректирующей связи дополнительно увеличивают задание регулятору 14 и еще больше формируют режим выпаривания на первой ступени.

Вследствие перечисленных воздействий второй ступени, вакуум в аппаратах повысится, и вычислительный блок 22 снова вернет температуру раствора после подогревателя второй ступени на более низкие значения,, обеспечивая тем самым

не только экономию пара, но и уменьшение показателя по биурету,

Осжжным преимуществом предлагаемо го способа управления является возможность осуществления прямого управления технологическим процессом узла концентрирования по измеряемым параметрам, что обеспечивает более высокое быстродействие и точность чем управление по косвенным расчетным показателям. Прн этом достигается стабильный, а зн1чит и более экономический режим. работы узла (энергозатраты уменьшаются, в среднем ш 0,1 р/т мочевины) и практически исключаются нарушения норм по содержаншо биурета и влаги в готовом продукте.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом двухступенчатого концетрнро- вания растворов мочевины путем регулирования величины вакуума в первой ступени выпарки изменением , расхода пара в эжекционную установку, регулирования температурного режима в первой ступени выпарки изменением расхода пара в по

догреэатель первой ступени, регулирова ия температурного рюжима во второй ступени выпарки изменением расхоаа пара в подогреватель второй ступени с коррекцией по давлению во второй ступени выпарки и регулирования подачи раствора на выпарку, отличающийся там, что, с целью повышения качества получаемой мочевины и снижения энергозатрат на выпарку, при регулировании величины вакуума в первой ступени выпарки вводят коррекцию по расходу раствора на выпарку, при регулировании температурного режима в первой ступени выпарки вводят коррекцию по скорости распространения ультразвука в растворе мочевины перед второй ступенью выпарки и давлению в этой ступени, а расход раствора на выпарку корректируют по скорости распространения ультразвука в растворе мочевины перед первой ступенью выпарки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Кучерявый В. Н. и др. Синтез и применение карбамида. Л,, Химия, 197О, с. 142.,

2.Мончарж и др. Химическая промышленность, 1971, № 12, с. 142.