SU1411276A1

SU1411276A1 - Способ автоматического управлени производством экстракционной фосфорной кислоты

Info

Publication number: SU1411276A1
Application number: SU853989660A
Authority: SU
Inventors: Олег Дмитриевич Черниенко; Александр Абальевич Балабан; Александр Павлович Комм; Леонид Иванович Гусев; Владимир Васильевич Коряков; Николай Васильевич Кульков
Original assignee: Предприятие П/Я А-1846
Priority date: 1985-10-17
Filing date: 1985-10-17
Publication date: 1988-07-23

Abstract

Изобретение относитс к автоматизации процесса получени экстракционной фосфорной кислоты,и может быть ис пользовано в промьшшенности по производству минеральных удобрений . Целью изобретени вл етс повышение производительности процесса и снижение потерь сырь и энергии. В качестве ведущего потока в схеме управлени выбран расход апатита, а в качестве ведомых - расходы серной кислоты, оборотного раствора разбавлени , пульпы на фильтр и воды в конденсатор . Вычислительные устройства (ВУ) 55, 57, 58, 61 предназначены дл расчета ведомых потоков в зависимости от расхода апатита. Дл расхода пара в эжекторный насос ведущчу потоком выбран расход воды в конденсатор , а дл расхода воды.на промыв ку фосфогипса - расход пульпы на фильтр. ВУ 55 предназначено также дл расчета значени требуемой температуры пара в вакуум-испарителе, которое затем используете ВУ 56 дл расчета требуемого разрежени . ВУ 62 предназначено дл уменьшени вли ни возмущени расхода пульпы на расход оборотного раствора разбавлени и концентрацию -в нем фосфорной кислоты при изменении нагрузки по апатиту, а также при регулировании отношени жидкой и твердой фаз пульпы либо ее уровн в экстракторе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. О)

Description

S9 «

hd

о

Изобретение относитс к автоматизации процесса получени экстракционной фосфорной кислоты и может быть использовано в промьплленности по производству минеральных удобрений.

Целью изобретени вл етс повьше- ние производительности процесса и снижение потерь сырь и энергии.

На чертеже представлена структур- на схема системы автоматического управлени , реализующа данный способ управлени .

Схема содержит реакционное отде- .ление 1, сборник-распределитель 2, дозреватель 3 кристаллов, вакуум- испаритель 4, конденсатор 5, эжек- торный вакуум-насос 6, вакуум-фильтр 7, сборник 8 оборотного раствора разбавлени , сборник. 9 первого фильтра- та, трубопроводы 10-12 подачи серной .кислоты, апатита и раствора разбавлени в экстрактор, трубопроводы 13-21 соответственно подачи пара на эжек- торньй вакуум-насос, воды на промыв- ку фосфогипса, охлаждающей воды в конденсатор, пульпы в вакуум-испаритель , охлажденной пульпы в сборник- распределитель, пульпы с дозревател на фильтр, фосфогипса в отвал, про- дукционной кислоты в сборник раствора разбавлени и на склад, датчики 22 и 23 расхода апатита и серной кислоты , датчик 24 плотности пульпы, датчик 25 концентрации серной кисло- ты в жидкой фазе пульпы, датчик 26 расхода раствора разбавлени , датчик I 27 плотности жидкой фазы пульпы и концентрации в ней фосфорной кислоты датчики 28 и 29 температуры пульпы в зоне реакции экстрактора и в сборнике-распределителе , датчик 30 расхода воды в конденсатор, датчик 31 разрежени в вакуум- 1спарителе, датчик 32 уровн в дозревателе, датчик 33 расхода пара на вакуум-насос, датчик 34 расхода пульпы на фильтр, датчик 35 концентрации фосфорной кислоты в оборотном растворе разбавлени , датчик 36 расхода воды на фильт датчики 37 и 38 уровн в сборнике раствора разбавлени и,в сборнике первого фильтрата, локальные регул торы 39-44 стабилизации потоков и регул торы 45-46 уровней соответственно в сборниках 8 и 9, а также регул торы по отклонению соответственно концентрации серной кислоты в жидкой фазе пульпы, соотноше

5 0 5 0 с

0

5

ни жидкой и твердой фаз в пульпе, температуры пульпы в зоне реакции, разрежени в вакуум-испарителе, температуры пульпы в сборнике-распределителе , концентрации фосфорной кислоты в жидкой фазе пульпы, уровн пульпы в дозревателе экстрактора, концентрации фосфорной кислоты в оборотном растворе разбавлени и вычислительные устройства 55-62.

В качестве ведущего потока в схеме управлени данным производством выбран расход апатита, в качестве ведомых - расходы серной кислоты, оборотного раствора разбавлени , пульпы на фильтр, воды в-конденсатор,

, Вычислительные устройства 55, 57, 58, 61 предназначены дл расчета ведомых потоков в зависимости от расхода апатита по математическим формулам , которые приблизительно обеспечивают соблюдение материального и теплового балансов производства. Дл расхода пара в эжекторный насос ведущим потоком выбран расход воды в конденсатор, а дл расхода воды на промывку фосфогипса - расход пульпы на фильтр. Последние две св зи обеспечиваютс соответственно вычислительными устройствами 59 и 62,

Вычислительное устройство 55 пред- назначено также дл расчета значени требуемой температуры пара в вакуум- испарителе Tj(.j,, которое затем используетс устройством 56 дл расчета требуемого разрежени .

Устройство 62 предназначено дл уменьшени вли ни возмущени расхода пульпы на расход оборотного раствора разбавлени и концентрацию в нем фосфорной кислоты при изменении нагрузки по апатиту, а также при регулировании отношени жидкой и твердой фаз пульпы либо ее уровн в экстракторе.

Способ осуществл ют следующим образом .

Работа устройства 62 основана на поддержании материального баланса потоков жидкости на вакуум-фильтре, выраженного через расход воды на промывку фосфогипса

stж

Вп L р р - L п + L пр L$r где Lp.p - расход оборотного раствора

разбавлени ;

Lf, - расход жидкой фазы в пульпе , подаваемой на фильтр;

LPP - расход продукционной кислоты на складу

Lj,p - расход жидкости, уносимой

в отвал с фосфогипсом. При этом используетс выражение

L

П

. + 1

-(а,

n-pj)

де LP j - соответственно расход

пульпы на фильтр и отношение в ней жидкой и твердой фаз;

, а - экспериментально определ емые , например, методом наименьших квадратов дл каждого конкретного процесса коэффициенты аппроксимации зависимости k а , + . отношени жидкой и твердой фаз в

фосфогипсе 1 L Фг

k

Ll

Фг

1 -

Фг

и расхода твердой фазы пульпы с фосфогипсом L

Ln

по статистике из1 +

меренных на объекте значний влажности фосфогипса ифг, а также переменных Ln и jfi

Данное вьфажение основано на экпериментально установленном факте: отношение k увеличиваетс пропорцинально расходу твердой фазы пульпы на фильтр Ьф.

Устройство 63 предназначено дл расчета отношени жидкой и твердой фаз пульпы по измер емым в экстракторе плотности пульпы РР, и плоности ее жидкой фазы р . Дл раста используетс формула

.(1-4) г

где

Fn-f

р - плотность твердой фазы

Рт

пульпы (обычно

3000 кг/мз). Устройство 64 предназначено дл вычислени соотношени измеренных расходов раствора разбавлени и ап„ L Р.р

тита С(5

Измеренное датчиком 22 значение расхода апатита поступает на вычистельные устройства 55, 57, 58, 61 которые работают следующим образом

Устройство 55 вычисл ет корень Чсп нсп уравнени

Ч г.С,- (ь- -У

1

+ - qSq О,

/,,

где требуема температура пар в вакуум-испарителе, при которой охлаждение пульпы обеспечивает стабильность температуры пульпы ири заданной нагрузке с - требуема по регламенту

температура пульпы в сбор- 6-м ике /;

LP - производительность насоса, подающего пульпу в вакуум- испаритель.

С п - теплоемкость пульпы,

25.00 -32, кг

-2,41

кДж

кг град

25

зо

га .

коэффициенты аппроксимации табличной функции удельной энергии парообразовани от температуры насыщенного вод ного пара ( 1

7.сп);

180 град, tn 2,1 - коэффициенты экспериментально полученной зависимости температуры пульпы, поступающей из вакуум-испарител в сборник 2, от температуры образующегос в нем пара

Ч

(г л т + );

, кДж

774 - часть энергии

ч кг

реакции, которую должна удалить из экстракто1за система охлаждени пульпы, чтобы температура пульпы в экстракторе оставалась неизменной при изменении расхода апатита (в расчете на 1 кг прореагировавшего в экстракторе апатита),

кроме того, вычисл ет расход воды в конденсатор, который должен обеспечить охлаждение образующегос в вакуу ум-испарителе пара от температуры кипени пульпы до температуры tyj., по формуле

55

- KifcFJ

60 2С Ktnt .

qs«

где К,, F - соответственно коэффициент теплопередачи и

площадь поверхности теплообмена конденсатора} Qj - энерги , выносима из конденсатора в эжектор несконденсировавшимис газами (посто нна дл

эжектора величина); t (5 - температура используемой дл охлаждени конденсатора воды (посто нна величина),

а также выдает рассчитанное значение L. в качестве задани регул тору 41 дл реализации его на объекте.

Устройство 56 вычисл ет требуемое в вакуум-испарителе давление пара по формуле, которую получают аппроксимацией табличной функции состо ни на- сыще нного пара:

РИСП 0,113 + 0,00579(„,- 48,5) + 0,ОООТ23(г„сп - 48,5)2 где , требуемое значение температуры пара, вычисленное устройством 55,

а также вычисл ет и передает на задание регул тору 50 требуемые значени разрежени в вакуум-испарителе:

ЛР

Р

йтм

- Р

wen

где POJTM атмосферное давление.

Устройство 57 рассчитывает расход серной кислоты по формуле L5 1,235 и подает его в ка естве задани регул тору 39.

Устройство 58 рассчитывает расход раствора разбавлени по формуле

Lp,p 1,6S«( f - 0,21) , где Yi - требуема по технологическому регламенту величина соотношени жидкой и твердой фаз пульпы,

а также выдает рассчитанное значение Lp4 стабилизирующему регул тору 40 в качестве задани .

Устройство 59 вычисл ет расход несконденсировавшихс в конденсаторе газов по формуле

G/i k.,Lji3,

где k - коэффициент, подбираемый

экспериментально дл технологического оборудовани , вычисл ет требуемый расход пара- на эжекторньм вакуум-насос по зависимости , котора описывает его паспортные данные:

пар

f( Л Р, G-2) 6,2-32 ( ЛР +

+ 0,85) + 0,5(G7 - 15),

5

где Р - требуемое разрежение в ва- куум-испарите;2е, вычисленное устройством 56,

а также выдает регул тору 42 в качестве задани вычисле 1ное значение

ntxr

Устройства 60 и 61 обеспечивают

компенсацию возмущени расхода оборотного раствора соответственно на концентрацию фосфорной кислоты в жидкой фазе пульпы и на ее уровень в экстракторе при управлении соотношени жидкой и твердой фаз пульпы устройством 58 или регул тором 48.

Устройство 60 вычисл ет по текуще му значению соотношени С требуемую концентрацию фосфорной кислоты в оборотном растворе разбавлени :.

Кпо,- К

ОА335()

p.p. ,|

- и

где К.(, ф - концентраци фосфорной кислоты в жидкой фазе пульпы, полученное значение концентрации Крр выдает регул тору 54 в качестве задани .

Устройство 61 вычисл ет по теку- ш;ему значению соотношени С;, и расходу апатита SQ, требуемьй расход пульпы на фильтр по формуле Lr, (1,935 + С )Sg, котора получена с учетом, что Со - Ьр /Sg, и, кроме того, полученное значение L t передает в качестве задани регул тору 43.

Устройство 62 вычисл ет значение производной

0

л §Л

дГ, }ГГ

9 §i т

()

а также требуемый расход воды на

промывку фосфогипса по формуле - о 8П

LBH- snt (п Ln ),

45

50

55

где Lgf, , L - соответственно расход воды на промывку и расход пульпы на вакуум-фильтр в момент включени регул тора,

и,кроме того, выдает регул тору 44 в

качестве задани вычисленное значение

расхода воды Lgn.

Таким образом, с помощью устроЙ9тв 55-62 осуществл ютс расчет и передача стабилизирующим регул торам дл реализации на объекте технологических режимов, которые соответствуют различным нагрузкам по сырью - расходу апатита .

Вследствие ограниченной точности математических моделей, положенных в основу вычислительных устройств 55-62, а также наличи погрешностей измерительных каналов в разомкнутой системе управлени по возмущению все же возникают отклонени основных регулируемых величин от заданных значений . Дл устранени этих отклонени используютс регул торы 47-49, 53, работающие в режиме по отклонению. Данные регул торы вырабатывают управл ющие воздействи и с их помощью корректируют задани стабилизирующих регул торов.

Таким образом, окончательное регулирование процесса осуществл етс с помощью контуров управлени по отклонению .

Рассмотрим работу этих контуров. Пусть в контуре регулировани соотношени жидкой и твердой фаз пульпы возникает возмущение, которое приводит к отклонению данной переменной от задани регул тору. При увеличени ( уменьшении) рассчитанного блоком 63 соотношени жидкой и твердой фаз регул тор 48 через сумматор уменьшает (увеличивает задание регул тору 40 (увеличивает) задание регул тору 40. В результате отработки этим регул тором нового задани уменьшаетс (увличитс ) расход оборотного раствора разбавлени . Устройством 64 отмечаетс уменьшение (увеличение) соотношени измер емых расходов раствора разбавлени и сырь , поскольку расход вырь при этом не измен етс .

Устройство 61 через сумматор уменьшает (увеличивает) задание регул тору 43. В результате уменьшаетс (увеличиваетс ) подача пульпы на фильтр. При этом уровень пульпы в экстракторе не измен етс , поскольку изменение подачи раствора разбавлени в экстрактор равно изменению подачи пульпы на фильтр.

Уменьшение (увеличение) подачи пульпы, на фильтр уменьшает (увеличивает ) толщину сло осадка фосфогипса на фильтровальной ткани, при этом уменьшаетс (увеличиваетс ) вынос с фосфогипсом жидкой фазы. Чтобы сохранить прежнее количество поступающей в промывной раствор жидкости устройство 62 упреждает действие данного возмущени : через сумматор оно уменьшает (увеличивает) задание регул тору

44 стабилизации подачи воды на промывку фосфогипса. В результлте этого меньшени (увеличени ) подачи воды регул тором 44 количество промывного раствора не измен етс .

Уменьшение (увеличение) регул тором 40 по сигналу от регул тора 48 оборотного раствора вызьшает увели0 чение (уменьшение) уровн в сборник е 8, поскольку подача в этот сборник промывного раствора не измен етс благодар работе устройства 62. Чтобы удержать прежним уровень з сбор5 нике 8 регул тор 45 уменьшает (увеличивает ) подачу в него продукционной кислоты из сборника 9.

Поскольку в это врем уменьшаетс (увеличиваетс ) подача пульпы на

0 фильтр, поступление продукционной кислоты в сборник 9 также уменьшаетс (увеличиваетс ). Очевидно, что, если правильно подобраны коэффициенты а и а, устройства 62 и при от5 сутствии суЕ1,ественных измерительных

погрешностей уровень в сборнике 9 : не изменитс , это не повлечет изменение регул тором 38 количества отводимой кислоты на склад. Изменение

0 соотношени расходов поступающего в сборник 8 промывного раствора и подаваемой из сборника 9 продукционной кислоты вызывает изменение концентрации оборотного раствора разбавлени , поскольку эти потоки имеют различные концентрации. В данном случае концентраци раствора разбавлени уменьшаетс (увеличиваетс ), Чтобы не вызвать действи регул тора

Q 54 на изменение концентрации раствора разбавлени устройство 60 через сумматор уменьшает (увеличивает) ему задание.

В результате оборотный раствор разбавлени с новой концентрацией поступает в экстрактор. Благодар этому при регуап1ровании соотношени жидкой и твердой фаз пульпы концентраци фосфорной кис:юты в жидкой фазе пульпы не измен етс .

Рассмотрим управление процессом при изменении концентрации фосфорной кислоты в жидкой фазе пульпы.

Пусть регул тором 52 отмечено, что концентраци (Ьосфорнон кислоты в жидкой фазе ny:ii.nbi, например, ниже (выше) задани . Данный регул тор через сумматор увеличивает (уменьшает) задание реа ул тору 54, которые, в CHOW

5

0

5

очередь, через сумматор уменьшает (увеличивает) подачу воды на промывк фосфогипса.

Уменьшение (увеличение) расхода воды влечет за собой уменьшение уровн в сборнике 8. Дл сохранени этог уровн регул тор 45 увеличивает (уменьшает) расход продукционной кислоты из сборника 9 в сборник 8, Поскольку концентраци продукционной кислоты вьше концентрации промывного раствора, концентраци оборотного раствора разбавлени увеличиваетс (уменьшаетс ). Таким образом, при неизменном расходе оборотного раствора разбавлени увеличиваетс (уменьшаетс ) концентраци в нем фосфорной кислоты, а значит, увеличиваетс (уменьшаетс ) подача в экстрактор PjOj и одновременно уменьшаетс (уве личиваетс ) подача воды, что, в нечном итоге, приводит к повышению (снижению) концентрации фосфорной кислоты в жидкой фазе пульпы.

Важно, что при этом не нарушаетс ни уровень пульпы в экстракторе, ни соотношение жидкой и твердой фаз пульпы.

При возникновении в системе возмущени на уровень пульпы в экстракторе регул тор 53 от датчика 32 уровн через сумматор измен ет задание регул тору 43. По мере отработки нового задани этим регул тором измен етс раЬход воды на промывку с помощью устройства 62. При этом расход оборотного раствора разбавлени и концентраци в нем фосфорной кислоты остаютс неизменными,.благодар чему не измен ютс другие регулируемые переменные: соотношение жидкой и твердой фаз в пульпе и концентраци фосфорной кислоты в жидкой фазе пульпы . Изменение вывода пульпы из экстрактора при неизменных остальных потоках выравнивает в нем уровень.

Рассмотрим реакцию системы управлени на возмущение по температуре пульпы в экстракторе. Если измеренна температура пульпы в реакционном отделении экстрактора повышаетс (понижаетс ), регул тор 49 уменьшает (увеличивает) задание регул тору 51, требу снижени (повышени ) температуры пульпы в сборнике-распределителе 2. Регул тор 51 увеличивает (уменьшает) задание регул тору 50, требу от него увеличени (уменьшени ) разрежени в испарителе, регул тор 50 через сумматор увеличивает (уменьп1ает) подачу воды в конденсатор . При увеличе1 ии (уменьшении) расхода воды в конденсатор по сигналу от датчика 30 расхода воды устройство 59 увеличивает (уменьшает) расход воды пара на эжекторный насос, Увеличение (уменьшение) расходов воды и пара влечет увеличение (уменьшение) разрежени в системе, в результате увеличиваетс (уменьшаетс ) отбор тепла от пульпы в вакуум-испарителе

5 и снижаетс (повьшаетс ) ее температура в сборнике-распределителе. Теперь в реакционное отделение экстрактора пульпа поступает с более низкой (высокой) температурой, в результате

Q чего там также понижаетс (повышаетс ) температура.

Рассмотрим как системой регулировани подавл етс возмущение от изменени температуры охлаждающей кон5 денсатор воды. При увеличении (уменьшении ) температуры разрежение в системе понижаетс (повьш1аетс ), на что регул тор 50 реагирует увеличением (уменьшением) задани регул тору 41,

0 В результате увеличени (уменьшени ) регул тором 41 расхода воды и подачи пара на вакуум-насос разрежение восстанавливаетс . За врем переходного процесса в контуре регулировани разрежени температура пульпы в.экстрак торе практически не измен етс .

Если при посто нном разрежении в вакуум-испарителе возмущение возникает в результате изменени интенсивности испарени воды либо изменени .перетока из сборника 2 дозреватель 3, измен етс температура пульпы в распределительном сборнике. Регул тор 51 на это отрегулирет корректировкой задани регул тору 50, а тот, в свою

5

0

5

0

5

очередь, - изменением количества подаваемой в конденсатор воды, а через устройство 59 - и пара в эжекторный насос. Этим он воздействует на интенсивность испарени в вакуум-испарителе , В результате данное управление восстанавливает температуру в сборнике 2.

Таким образом, рассмотренное возмущение практически не вызывает изменени температуры пульпы в реакционной отделении и дозревателе, поскольку воврем компенсируютс регул тором .

Использование данного способа управлени позвол ет повысить часовую производительность технологической линии на 8%, снизить расход сырь на 1,5% и серной кислоты на 2% и снизить энергетические затраты на 3,5%.

Claims

Формулаизобретени

1 , Способ автоматического управлени производством экстракционной фосфорной кислоты, включающий регулирование концентрации избыточной серной кислоты в жидкой фазе пульпы экстрактора изменением подачи серной кислоты в экстрактор в зависимости от расхода сырь , подаваемого в экстрактор , регулирование уровн пульпы в дозревателе изменением подачи пульпы в вакуум-фильтр в зависимости от расхода сырь , подачи воды в вакуум- фильтр в зависимости от расхода сьфь регулирование отношени жидкой и твердой фаз пульпы в экстракторе и температуры пульпы в экстракторе, отличающийс тем, что, с целью повышени производительности процесса и снижени потерь сырь и энергии, дополнительно измер ют кон- центрацию пульпы и ее жидкой фазы в экстракторе, концентрацию и расход оборотного раствора разбавлени , по концентрации пульп 1 и ее жидкой фазы определ ют отношение жидкой и тне дой фаз пульпы в экстракторе, вычисл ют отношение расходов сырь и оборотного раствора разбавлени , регулируют отношение жидкой и твердой фаз пульпы в экстракторе изменением подачи оборотного раствора разбавлени с коррекцией по расходу сырь в экстрактор, концентрацию жидкой фазы пульпы в экстракторе изменением концентрации оборотного раствора разбавлени , воздействием на подачу воды в вакуум-фильтр с коррекцией по расходу пульпы в вакуум-фильтр, отношению жидкой и твердой фаз пульпы в экст ракторе и соотношению расходов сырь и оборотного раствора разбавлени , а подачу пульпы в вакуум- фильтр дополнительно корректируют в зависимости от соотношени расходов сьфь и оборотного раствора разбавлени .
2. Способ по п. 1, отличающийс тем, что дополнительно регулируют разрежение в вакуум-испарителе изменением расхода воды в конденсатор в зависимости от расхода сьфь в экстрактор с коррекцией по температуре пульпы в экстракторе и сборнике-распределителе, а подачу пара на эжекторньй насос регулируют в зависимости от расхода воды в конденсатор .