Способ автоматического регулирования процесса упаривания экстракционной фосфорной кислоты

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ киги

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3965154/31-26 (22) 23.09,85 (46) 15.02.87. Бюл. В 6 (71) Уфимский нефтяной институт (72) А.И.Кобяков, А.Ф.Давыдов, В.P.Õîðîáðîâ, P.М.Идельбаев и Х,И.Ярмухаметов (53) 66.012-52(088.8) (56) Полоцкий Л.М., Лапшенков Г.И.

Автоматизация химических производств.

M. Химия, 1982, с. 250.

Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов. M. Химия, 1974, с. 319.

Копылев Б,А. Технология экстракционной фосфорной кислоты. Л.: Химия, 1981, с. 50, 51, 141.

Авторское свидетельство СССР

h» 1201222, кл. С 01 В 25/16, 1984. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА УПАРИВАНИЯ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ (57) Изобретение относится к способу автоматического регулирования про„„SU„„1289523 А 1 (50 4 В 01 D 1/ЗОВ С 01 В 25/16% 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 1 датчик (Д) 1, регулятор (Р) 14 и регулирующий орган (PO) 10, контур регулирования температуры в подогревателе изменением расхода пара (Д 3, P 17, PO 11) с коррекцией по плотности готовой кислоты (Д 8, связанный через вычислительное устройство 21 и Р 19 с Р 17), .

Э (,р контур регулирования уровня в подогревателе изменением расхода готовой . кислоты (Д 2, P 18, PO 12), контур регулирования расхода циркуляционной кислоты в зависимости от концентрации исходной и готовой кислот (Д 5 и 6, P 16, Д 4 расхода ÐKÓ ляционной кислоты, Р 15, PO 13). Я

1 ил. QO

1289523

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 циркуляционной кислоты, датчики 5,6 и

7 концентрации кислоты, датчики 8 и

9 плотности и температуры готовой кислоты, регулирующие органы 1013, 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 возникают 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— з

Э

116 м- ), во-вторых, многомерностью процесса, в-третьих, наличием разнообразных физических процессов (отстаивание, смешение, выпаривание, исходной кислоты и корректируют эту подачу по концентрации готовой кис25 лоты. С этой целью измеряют датчиком

4 расход циркуляционной кислоты и сигнал С направляют на вход регу лятора 15. На второй вход регулятора в качестве задания направляют сигнал

С „ от вычислительного устройства

20, На третий вход регулятора подают корректирующий сигнал Y „. В регуляторе 15 сигналы С, G и У

М1 Ь с К сравнивают и формируют, например, по

ПИ-закону сигнал Y д, который направляют на регулирующий орган 1 3, установленный на линии циркуляцио иной кислоты, и регулируют т ем самым подачу циркуляционной кислоты из подогрев ателя в отстойник . Контур р е гулиров ания 4 - 1 5 - 1 3 вводят для о тработки заданного G „ и корректирующего

Y „ сигналов с высокой точностью .

45

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„ кислот и сигнал

С„ заданной концентрации готовой

t кислоты направляют на вычислительное устройство 20, формируют в нем сигнал G„ расхода циркуляционной кислоты и подают его в качестве задания на регулятор 15. Значение сигнала

55 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 С, направляют на вход регулятора 14, куда также подают задание С „, Сигналы

С„ и С„ сравнивают и по величине н,ь рассогласования формируют, например, по ПИ-закону сигнал У,, который подают на регулирующий орган 10, установленный на линии подачи исходной кислоты и тем самым стабилизируют подачу кислоты на упаривание.

Для стабилизации концентрации го20 товой кислоты подачу циркуляционной кислоты в отстойник осуществляют в зависимости от концентраций циркуля4 ционной и исходной кислот, расхода

3 12895

G рассчитывают в вычислительном устройстве 20 по формуле где G и С вЂ” расход и концентрация и и исходной кислоты;

С„ — концентрация циркуляционной кислоты;

С вЂ” заданное значение кон- 1р

К, центрации готовой кислоты.

При таком формировании задания достигается инвариантность регулируемой величины — концентрации готовой 15 кислоты — к возмущениям C G„ С

Однако алгоритм формирования заданного значения расхода циркуляционной кислоты G, выполняемый вычислительным устройством, не учиты- Zp вает влияние неконтролируемых факторов, таких как изменение температурного режима, рост слоя отложений на внутренней поверхности оборудования и др. Влияние этих факторов на про- 25 цесс концентрирования в отстойнике компенсируют коррекцией подачи циркуляционной кислоты при отклонении концентрации готовой кислоты от заданного значения. С этой целью при откло- 3р

-нении концентрации С„ готовой кислоты от задания С„ корректируют расход циркуляционной кислоты регулятором 16. Для этого измеряют датчиком .7 концентрацию готовой кислоты и

35 сигнал С„ с выхода датчика направляют на вход регулятора 16, на второй вход которого подают задание

С„ . Сигналы С и С„, в регуляторе

Кsg сравнивают и формируют, например, по 4р

ПИ-закону сигнал 7 „ и направляют его на регулятор 15. При этом сигнал Y,„ согласуют с сигналом G таким образом, чтобы при изменении задания С к. оба сигнала вызывали изменение регулирующего--воздействия Y одного знака. Например, увеличение С вызовет к, увеличение сигнала G (з соответ 3 ствии с (1) и, следовательно, подачи

G ЦиркуляцноннОЙ кислоты с Другой 5р стороны, увеличение С, должно вызывать изменение корректирующего сигнала Y,„, приводящего также к увеличе7 нию G

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

23 4 регулируемой 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 42K P 0 „ ° Поэтому стабилизация концентрации в отстойнике в ус-. ловиях воздействия возмущений обеспечивает повышение качества упаренной ЭФК и по содержанию твердых примесей, Стабилизация концентрации в отстойнике достигается за счет повышения управляемости и информативности, что, в свою очередь, обеспечивается введением новых регулируемых переменных, а также новых приемов регулирования.

Основными возмущениями, как показывает опыт эксплуатации, являются колебания концентрации и расхода исходной кислоты, подаваемой со стадии фильтрации на упарку, и колебания концентрации циркуляционнбй кислоты, вызываемые изменением режима упарки в подогревателе. Диапазон этих колебаний составляет 23-32K P 0 для исходной кислоты и 45-51Х P 0 — 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 G на подачу циркуляционной кислоты, позволяет исключить динами23 6 в качестве переменной на вход регулятора 19. Значение сигнала р рассчитывают в устройстве 21 по формуле

5 12895 ку аппаратов при управлении ими, что .повышает управляемость процесса стабилизации концентрации.

Процесс осаждения (кристаллизации) в отстойнике зависит от концентраци- 5 онного, температурного режимов и вре. мени пребывания кислоты в нем, В частности, изменение температуры влияет на растворимость твердых примесей в кислоте, а изменение времени пребыва- 10 ния кислоты в отстойнике, обусловливаемое откачкой готовой кислоты, влияет на процесс осаждения твердых и, как следствие, на содержание их в готовой кислоте. Эти обстоятель- 15 ства учтены для стабилизации плотности упаренной кислоты регулированием температурного режима и уровня в подогревателе.

Регулирование температуры осущест- 20 вляют изменением подачи пара в нагревательные элементы подогревателя.

Для этого температуру .измеряют датчиком 3 и сигнал Т„ с его выхода направляют на вход регулятора 17. На второй и третий входы регулятора подают задающий T„д и корректирующий

У сигналы. В регуляторе при сравнении сигналов Т„, Т„ з и У „ формируют, например, по ПИ-закону сигнал 30

У, направляют его на регулирующий орган 11, установленный на линии .подачи пара и тем самым регулируют температуру в подогревателе.

Регулирование уровня в подогревателе осуществляют изменением откачки готовой кислоты. Уровень измеряют датчиком 2. Сигнал Н„ с выхода датчика 2, а также задающий H . .и корректирующий У сигналы подают на 40 регулятор 18, В результате сигналы

H„, Н „ и У „ сравнивают и по величине рассогласования формируют, например, по ПИ-закону сигнал Y, который подают на регулирующий орган 12, ус- 45 тановленный на линии откачки готовой упаренной кислоты, и регулируют, тем самым, уровень в подогревателе.

Заданные значения температуры Т п,1 l и уровня Н„,> корректируют по плот- 50 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 меряемой в этих условиях плотности рк с выходов датчиков 9,7 и 8 направляют на вычислительное устройство 21, формируют в нем сигнал Р и подают его

Р У К С + К Т (2) где К, К вЂ” коэффициенты, определяемые экспериментально или из номограмм.

На другой вход регулятора 19 подают задание по плотности готовой кислоты. Сигналы р и Р в регуляторе сравнивают и по величине рассогласования формируют, например, по ПИ-закону сигнал У р„, который и служит корректирующим сигналом для регулятора 18.

Регулирующие воздействия по откачке готовой кислоты и подаче пара согласуют хаким образом, что при увеличении плотности кислоты выше заданного значения корректирующий сигнал

У р« 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 кислоте, 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 параметру — плотности готовой кислоты— обеспечивает повышение качества упаренной кислоты, так как оно зависит не только от ее концентрации, но и от содержания в ней твердых примесей.

При этом верхний предел этого содержания регламентируется. Поэтому важным для упаривания является определение параметра, однозначно связанного только с содержанием твердых в упаренной кислоте..

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

Измеряемая плотность » упаренной кислоты зависит от концентрации С „, температуры Т„, содержания в ней твердых С г может быть аппроксимирована в рабочем режиме с достаточной для прах. ики точностью линейным выражением

Р„= К,ф— K„T„+ К С, . (3) 7 1289523

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

Р= К, С„, (4)

5 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 гото- 20 вой 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. Зто приводит к уменьшению на 127. количества промывок оборудования от шлама.

CK — ф

6 = Си. .з н кЭ

1 где С „ и С „ — расход и концентрация исходной кислоты;

С„ — концентрация циркуляционной кислоты;

С вЂ” заданное значение кон

35 от заданного корректируют уровень и температуру в подогревателе.

Способ автоматического регулирования процесса упаривания экстракСоставитель В.Шувалов

Редактор А,Долинич Техред Д.Олейник Корректор И.Муска

Заказ 7841/7 Тираж 678 Подписное

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

Формула изобретения ионной фосфорной кислоты путем табилизации расхода исходной кислоы на упаривание, регулирования тем. пературы в подогревателе изменением расхода пара с коррекцией по плотности готовой кислоты, уровня в подогревателе изменением расхода готовой кислоты, изменения расхода циркуляционной кислоты в отстойник в зависимости от концентраций исходной и готовой кислот, о т л и ч а ю— шийся 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