Способ автоматического управления производством аммофоса

 

Изобретение относится к способу автоматического управления производетвои аммофоса, может быть использовано в химической промышленности и позволяет повысить качество выходного продукта и уменьшить топливноэнергетические 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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„1284975

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУД2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3897119/23-26 (22) 13.05. 85 (46) 23.01.87. Бюл. 9 3 (72) О.Д. Черниенко, В.И. Вигдорчик, А.И. Алексеев, Н.А. Туманов, Д.К. Кладос и А.И, Радионов (53) 66.012-52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 564296, кл. С 05 В 7/00, 1976.

Технологический регламент У 83-13 производства гранулированного аммо фоса на Воскресенском ПО минудобрений, 1984. (51)4 С 05 В 7/00, G 05 D 27/00 (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ АМИОФОСА (57) Изобретение относится к способу автоматического управления произ водством аммофоса, моает быть использовано в химической промышленности и позволяет повысить качество выходного продукта и уменьшить топливноэнергетические и сырьевые затраты.

Способ реализуется устройством, вклю-, чающим контур регулирования плотности в аппарате 15 очистки отходящих газов изменением подачи в него воды (датчик 49 плотности (Д), регулятор

1284975

50, клапан 51), контур регулирования величины рН в аппарате очистки отходящих газов изменением подачи в него крепкой кисло ы (Д 4б, Р 47, К 48), контур регулирования расхода аммиака (Д 1б, P 17, K 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 — повышение 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 (абсорбциочной 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 регулирования рН и влажности пульпы подчинены наиболее инерционному контуру, который охватывает все стадии техно.— логического процесса. Таким внешним контуром является контур регулирования содержания Р О в продукте изменением подачи стабилизирующего реагента на стадию нейтрализации.

Указанное подчинение заключается в том, что измеренныи расход стабилизирующего реагента, KQTophtH является управляющим воздействием при медленном" регулировании P О в продукте, определяет в то же время коррекцию управляющих воздействий в "быстрых контурах регулирования рН и

tf влажности пульпы. Таким образом, управляющее воздействие более инерционного контура используется в цепи цией по содержанию Р О - в продукте (Д 36), контур регулирования расхода природного газа в узел 40 сушки грануляции (Д 29, P 30, К 31) с коррекцией по влажности аммофоса (Д 38, Р 37), контур регулирования расхода крепкой фосфорной кислоты в узел 40 (Д 25, Р 2б,,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

Э . мощное возмущение на процесс нейтрализации: 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 технологического процесса, в том числе проведение профилактических мероприя.тий по промывке и чистке оборудования, изменение погодных условий и прочее.

Особенностью предлагаемого способа является также подчиненность работы системы регулирования грансостава продукта, получаемого на стадии грануляции — сушки, режиму работы предшествующей ей стадии нейтрализации. Данная подчиненность выражается в измерении и последующем использовании в цепи управления грансоставом по возмущению" расхода и параметров пульпы. Зта особенность связана с применением нового воздействия для управления грансоставом продукта: изменения расхоца фосфорной кислоты на стадию грануляции.

Предлагаемый способ позволяет гибко управлять реологическими свойствами пульпы, обеспечивая ее текучесть в условиях ограничений на подачу фосфорных кислот. Такое управление

ыключается в автоматической перестройке технологических режимов обеих стадий производства (нейтрализации и грануляции — сушки) на новые параметры пульпы (рН и влажность) f284975 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 10 на стадию нейтрализации поддерживается в определечном соотношении с суммарным расходом Р„О, поступающим с фосфорными кислотами на все стадии технологического процесса, f5 что улучшает управление содержанием

Р О в продукте.

Как показывают экспериментальные исследования процесса грануляции— сушки, изменение рН пульпы, дости- 20 гаемое за счет варьирования подачи фосфорной кислоты в факел распыла пульпы, изменяет скорость роста гранул.

Для количественной оценки влия- 25 ния подачи фосфорной кислоты на стадию грануляции изучают зависимость скорости роста диаметра гранул от показателя рН пульпы. Для этого проводят гранулирование пульп, имеющих 30 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 4,5 продукт измельчается, а при рН более 6,0 укрупняется на 1,5-2 мм 40 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 45 управления процессом грануляции с помощью изменения подачи фосфорной кислоты в БГС. При этом компенсируются случайные изменения рН пульпы, которые могут возникнуть в аммониэа- 5О торе при регулировании реологичес,ких свойств пульпы изменением подачи аммиака в аммонизатор.

Таким образом, появилась воэможность использования подачи аммиака 55 в аммонизатор в качестве независимого управляющего воздействия для регулирования реологических свойств пульпы. Данное управляющее воздействие дополнительно корректируется в зависимости от расходов абсорбционной жидкости (АЖ) и стабилизирующего реагента (СР). Коррекция расхода 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 газов.

Необходимость коррекции расхода аммиака в зависимости от расхода CP обусловлена тем, что расход СР изменяется в процессе регулирования содержания Р О > в продукте.

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

Действительно, возмущения расходов

АЖ и CP приводят к изменению текучести пульпы главным образом за счет изменения ее влажности. Если в ответ на увеличение (уменьшение) расходов

АЖ v CP увеличить (уменьшить) подачу аммиака, при этом увеличивается (уменьшается) тепловыделение в результате реакции аммиака с кислотой. Изменение тепловыделения в САИ приводит к тому, что увеличивается (уменьшается) интенсивность испарения воды из пульпы.

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

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

Предлагаемый способ основан на том, что при управлении процессом нейтрализации регулируются не каждый из двух указанных параметров пульпы, а непосредственно реологические свойства пульпы. В случае ограниченной возможности регулирования влажности пульпы изменением соотношения расходов фосфорных кислот ее реологические свойства регулируются только изменением расхода аммиака.

На фиг. 1 приведена зависимость влажности пульпы (M„) от величины ее водородного показателя (рН,) (штриховой линией показана граница двух состояний пульпы при рабочей темперал

l2-84975 туре 105-115 ",, где 1 — подвижная пульпа:, 1 — пульпа, не допускаютая транспортировки из скоростного аммо-, низатора- испарителя (САИ) на стадию; грануляции — сушки), на фиг. 2 схема реализации предлагаемого способа.

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 слабой и крепкой фосфорной кислоты, расходомеры 7 и 8 слабой и крепкой фосфорной кислоты, управляющее вычислительное устройство 9, вычислительное устройство 10, датчик ll u регулятор 12 расхода СР, клапан 13 подачи СР, датчик 14 температуры в САИ 15, датчик 16 и регулятор l7 расхода аммиака, клапан 18 подачи аммиака в САИ, сумматор 19, регулятор 20 и датчик 21 рН пульпы на выходе САИ, датчики 22 и 23 влажности и расхода пульпы, вычислительггое устройство 24, датчик 25, регуля ор

26 и клапаны 27 расхода концентрированной (крепкои) фосфорной кислоты„ сумматор 28, расходомер 29 природного газа, стабилизирующий регулятор

30 и клапан 31 подачи природного газа, экстремальный ре улятор 3, сумматор 33, регулятор 34, вычислительное устройство 35, датчик 36 содер-..

Жания Р 0> а продукте регулятор

37, датчик 38 влажности аммофоса, весоизмерители 39, узел 40 сушки— грануляции, регулятор 41 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 расхоцу

Р О, 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 отклонения измеренной датчиком 22 влажности пульпы от заданной). В сумматоре 42 этот сигнал корректирует задание задатчика 43.

Регулирующее устройство 2 определяет объемные расходы Г, и Р слабой и крепкой фосфорных кислот, используя иэмеренньге датчиками 5 и

6 плотности D u D этих кислот, 1 A требуемый задатчиком l массовый расход Рг О - М в составе кислот и тр

2 5 Р текущую среднюю влажность 1г пульпы з от .умматора 42.

Регулирующее устройство работает ледующим образом.

Вычисляет массовую долю Р 0 в

2 слабой кислоте К,, 7"..

К,=138(1 †10/D,), rpe D — значение плотности слабой

20 кислс.ты (от датчика 5), кг/м

Выч .сгляет массовую долю Р 0 в з крепкой кислоте Кд, Ж:

К = 138 (1-1028/D ), .. де г! -- эгг;!.чение плотностй крепкой 2 кислоть! (от датчика 6), кг/и °

0пределяег объемные paczopbI сла бой и крепкой кислот,, м /ч:

100, 1 38 К, I (., .)

:u К -К 1001Г

Г Э

И",100 . 1 38 К

D К -K !001!

9 2 1 3 .тР

35 где М, — требуемый массовый расход

Р О, в составе кислот от

"я ь задатчика 1, кг/ч;

ۄ— текущая средняя влажность пульпы от сумматора 42, 7..

Передает значения Р и Р на

1 клапаны 3 и 4 через стабилизирующие регуляторы (не показаны).

Расход аммиака, измеряемый датчико.г 16,. регулируется клапаном 18 по

=игналу регулятора 17, иа который поступает задание с выхода сумматора 19, На первый вход сумматора 19 поступает сигнал от регулятора 20 показателя рН пульпы, который onpei Л деляет коррекцию расхода аммиака ,по каналу отклонения измеренного датчиком 21 Значения рН от заданно по). На второй вход сумматора 19 и

Б качес .Be задания регgëÿ iÎру 20 по ступают сигналь. от управляющего вычислительного устройства 9.

Вычислительное устройство 9 определяет требуемый водородный показа)284975

0,69 + 0,274 (S-1) 45 .

7 тель рН пульпы, обеспечивающий

9 Р

Г1 при измеренных расходах и плотностях фосфорных кислот, расходах Д1К и Ср необходимые реологические свойства пульпы, а также требуемый для этого расход аммиака F в САИ. с«

Устройство 9 работает следующим образом.

Вычисляют массовую долю P О в (5 слабой кислоте K„, 7:

К = 138 (1-1028/D )., 1 1/» где Э - значение плотности слабой

1 кислоты (от датчика 5)» кг/м, Вычисляег массовую долю P 0 з крепкой кислоте К .

К, = 138 (1-1028/D ), где D — значение плотности крепкой кислоты (от датчика 6)» кг/м

Вычисляет массовую долю Р(0 в

АЖК

Г

К,=)15 (1 †10/D,), где D — заданное регулятору 50 трее буемое значение плотности

AN, кг/м

Определяет суммарный массовый рас, ход Р ОБМ в САИ, кг/ч: (Г D К +У D K +F D K ), 100, а. а е е е где Р, F,,E — объемные расходы е слабой и крепкой фосфорных кислот и

АЖ от расходомеров

7, 8 и 44, и !ч;

3 ..

D D D К K К вЂ” определены выше..

» g p9 (r» -в

Находят суммарный массовый расход

М гкидких реагентов в САИ, кг/ч:

Е

И -Г, D ГР,+F D +F,DÄ где F — объемньпл расход СР от датс

3 чика 11, м /ч;

Р, — плотность СР (например, для серной кислоты с концентрацией 02953 0 1826 кг/мз).

Вычисляет безводный массовый расход М жидких реагентов в САИ:

М,8 (1,38+Z«) M +РсDà К, /100, где К вЂ” массовая доля нейтрализуес мого компонента в CP (для серной кислоты К 8295K)>

2, — относительная к P Оь цоля гг Р примесей в фосфорных кислотах.

Согласно известному

Zn, 0,2 — 0 35 в зависимости от исходного сырья (апатита). Принимаем, например, Z„ =0,26.

Находит всиомогательнь.е TIëpàèåòpû а и в: а = (1-М )/M; в = F D К /,)00«

«MÄ ).

Бв гЕ с с с !

1етодом итераций определяет корень S=STP алгебраического уравнения в интервале 1(.S<2:

10 1,38+0,?4Б+ в (1+ )

1 34 0 1645+а+в 1+p qc p ) где г) 2,25 МДж/кг — удельная теплота испарения воды, для серной кислоты р =0,347, q = 2,74 МДж/кг. с

Вг)числяет требуемое значение рН„ показателя рН пульпы рН„= 3,28+3, 18 (S P -i ) .

Определяют требуемьп объемный рас" ход Г Р аммиака:

2g / (р / ) где П =0,771 кг/м — плотность аммиака.

Определяет найденное значение ,:е рН в качестве задания на стабилизирующий регулятор 20, а значение г гР— на вход сумматора !9.

О.

Показатель рН в AN измеряется датчиком 46 и стабилизируется регулягором 47 с помощью клапана 48 пс— дачи крепкой фосфорногл кислоты в систему 45 очистки отходяших газов.

Плотность АЖ измеряется датчиком 49 и стабилизируется регуляторсм 50 с помощью клапана 51 подачи воды в систему 45.

Влажность аммофоса после гранулятора-сушилки измеряется в узле 40 сушки — грануляции датчиком 38 и регулируется регулятором 37, с выхо,)О да которого поступает задание на стабилиэируюпплй регулятор 30, который с помощью клапана 31 и расходомера

29 устанавливает и поддерживает требуемый расхоц природного газа.

Расход концеитрированной 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 выход 1» товарной Рг» фракции продукта по массовым расходам мелкой (Ь„ )9 товарной

9 2849 (Ъ ) и крупной (Ъ„.) фракций продукта от весоизмерителей 39.

Устройство 35 работает следующим образом.

Вычисляет удельный выход у, кг/ч: т<р (Р асср кр) и передает: значение на вход экстре1 мального регулятора 32. На второй вход сумматора 28 поступает сигнал с выхода вычислительного устройст- 1О ва 24.

Вычислительное устройство 24 определяет расход F крепкой фосфорной кислоты в узел 40 по расходу F„ и качественным характеристикам пульпы. 15

Устройство 24 работает следующим образом.

Вычисляет плотность 0„ пульпы по ее влажности !1„, кг/м з. "

D„-- 1752-8,41Н„, 20 где M — влажность пульпы от датчика 22, %;

Вычисляет массовую долю Р 0 К„ в пульпе, %:

К„=1!2(1-1030/Э„), 25 где D — определены выше.

Находит массовую долю Р 0 К в крепкой кислоте:

К2 = 138(1-1028/D ), где 9 — значение плотности крепкой ЗО кислоты от датчика б, кг/м з

Определяет расход Р крепкой кисз лоты в узел 40; и /ч:

Р -Р„О"„" 0,315 (рН -рН )»

Е„р = 0,2б;

К =52% — техрегламентное значение массовои ДОли Р2 Оп в аммофосе.

Передает значение F, на вход сумматора 33.

Предлагаемый способ позволяет снизить влажность пульпы на 2-3%, стабилизировать содержание Р2 ОП в продукте на уровне 52,5+1% и снизить удельный выход крупной фрак45 ции продукта на 25-30%. Это дает возможность получить экономию топливно-энергетических и сырьевых ресурсов, снизить расходы природного газа и электроэнергии, а также уменьшить потери P 0 за счет устранения

2 2 его перехода в неусвояемую форму.

35 где F — расход пульпы от датчика

23, мз/ч; рН„ — показатель рН пульпы От датчика 21;

DлэКь,К2 -вычисляют в ше; рН =4,8 †характерн значение показателя 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 Р 0 в продукте, измеренного датчиком Зб, от заданного. На второй вход сумматора 33 подается сигнал (по каналу возмущения) от вычислительного устройства 10.

75 !0

Вычислительное устройство 10 выччслязт расход стабилизирующего ре.агента, который необход п2 для поддержания требуемой массовой доли

P 0 в аммофосе.

Устройство 10 работает следуюшим образом.

Вычисляет массовые доли Р 05 в

5 слабой (К ) и крепкой (К ) фосфорных кислотах йо их плотностям D u D ! аналогично-рассчитанным для устройства 2.

Вычисляет суммарный массовый расход Р20 Мр, пОступающий на проИэБ ро

ВОДСТВО KI /×:

Нр„-(Г D,K, +F D Ê )/100

rpe F — суммарный объемный расход

:.крепкой кислоты в производство по датчику 52;

А П2,К,,К " определены вьппе.

Вычисляет расход F, м /ч:

100 100

F - „ „ -И (-1,бг-Z ), c +P. где D =)82б кг/м, K =82,5% — плотность и содержание нейтрализуемого компонента в

СР (серной кислоте); р = 0,347 — для серной кислоты;

Формула изобретения

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