Способ и система управления разложением алюминатного раствора

 

Изобретение относится к управлению химическим производством и предназначено для управления разложением алюминатного раствора. Пелью изобретения является увеличение выпуска продукции и снижение потерь глинозема .- Поставленная цель достигается в результате дополнительного воздействия на расход алюминатного раствора независимо от воздействия на расход печного газа в последний карбонизатор 1. Причем воздействие осуществляется пропорционально отклонению измеренного значения рН,измеряемого рН-метром 3, в жидкой фазе суспензии на выходе батареи карбонизации от значения рН, формируемого в зависимости от заданного значения рН, соответствукщего середине допустимого диапазона регулирования рН и максимальной погрешности регулирования. . При этом заданное значение рН корректируют пропорционально отклонению дополнительно, измеренного значения концентрации оксида алкминня, измеряемого измерителем 15, в жидкой фазе суспензии на выходе батареи декомпозиции 2 от соответствующего ему заданного значения. За счет дополнительного воздействия на расход алюминатного раствора в условиях ограниченного потока печного газа и увеличения точности поддержания заданной концентрации оксида алюминия достигается повьпиение вьшуска и снижение потерь глинозема. 2 с.п. ф-лы, 1 Ш1. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5и 4 С О1 F 7/00

t ю

ВСЕС6Щ щ у

13 " „ц

ИВДМцТУУ 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4156732/23-02 (22) 08.12.86 (46) 23,08,88, Бюл. У 31 (72) Е.Д,Краснопольский, В.Л.Аронэон, В.И.Берх, Ю.Г.Князев, В.А.Медвецкий и О.А.Чащин (53) 669.712.111(088,8) (56) Краснопольский Е.Д. и др. Система стабилизации щелочного режима карбонизации алюминатного раствора.—

Цветная металлургия, 1974, Ф 15, .с. 43-45.

Авторское свидетельство СССР

9 871465, кл. С 01 F 7/02, 1980. (54) СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РА3ЛОЖЕНИЕМ АЛВМИНАТНОГО РАСТВОРА (57) Изобретение относится к управлению химическим производством и предназначено для управления разложением алюминатного раствора. Целью изобретения является увеличение выпуска продукции и снижение потерь глинозема; Поставленная цель достигается в результате дополнительного воздействия на расход алюминатного раствора независимо от воздействия на расход печного газа в последний карбонизатор 1. .Причем воздействие осуществляется пропорционально отклонению измеренного значения рН,измеряемого рН-метром 3, в жидкой фазе суспензии на выходе батареи карбонизации от значения рН, формируемого в зависимости от заданного значения рН, соответствующего середине допустимого диапазона регулирования рН и максимальной погрешности регулирования.

При этом заданное значение рН корректируют пропорционально отклонению дополнительно измеренного значения концентрации оксида алюминия, измеряемого измерителем 15, в жидкой фазе суспензии на выходе батареи декомпозиции 2 от соответствующего ему заданного значения. За счет дополни— тельного воздействия на расход алю" минатного раствора в условиях ограниченного потока печного газа и увеличения точности поддержания заданной концентрации оксида алюминия достигается повышение выпуска и снижение потерь глинозема. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1418291

Изобретение относится к управлению металлургическим и химическим производствами и может быть использовано в производстве глинозема из не5 фелинового сырья, Целью изобретения является увеличение выпуска продукции и снижение потерь глинозема.

На чертеже изображена функцио- 1О нальная схема системы управления разложением алюминатного раствора.

Система управления разложением алюминатного раствора, осуществляемого в последовательно соединенных батареях 1 и 2 карбонизации и декомпозиции, включает рН-метр 3, установленный на выходе батареи 1 карбонизации, измеритель ч и регулятор 5 рас- 20 хода алюминатного раствора, измерители .б и регуляторы 7 расхода печного газа в карбонизаторы; регулятор рН 8, соединенный с рН-метром 3, формирующий величину управляющего расхода 25 печного газа в последний карбониэатор по отклонению рН от заданного

2 значения рН> и передающий его в виде задания регулятору 7 расхода газа (остальные регуляторы 7 расхода газа 30 имеют локальные задатчики); регулятор рН 9, соединенный с рН-метром 3, Формирующий составляющую управляющего расхода алюминатного раствора по отклонению рН от заданного значения рН, сумматор 10 измеренных в карбо( Э низаторах расходов газа, нормирующий преобразователь 11, преобразующий суммарное количество газа, подаваемого в батарею карбонизаторов, в вели- 40 чину расхода алюминатного раствора, нейтрализуемого этим газом до заданной концентрации каустической соды; второй блок 12 суммирования, в котором составляющая управляющего воз- 45 действия на выходе регулятора рН 9 суммируется с величиной расхода алюминатного раствора на выходе.преобразователя ll и который передает по,лученную таким образом сумму в виде задания регулятору 5 расхода раствора; задатчик рН 13, формирующий и

1 передающий задания рН и рН регуля.тором рН 9 и 8; корректор 14 задания, формирующий заданное значение

55 рН по пропорциональному закону на основании показаний измерителя 15 химического состава раствора на выходе батареи декомпозиции.

Система управления батареей карбониэаторов может быть построена на базе выпускаемых типовых приборов и регуляторов. Измерения рН на выходе батареи можно производить датчиками типа ДПГ со стеклянными электродами в комплекте с преобразователями типа П-201.

В качестве регуляторов 7 и 5 расходов газа и раствора могут быть использованы регулирующие устройства типа РП2-УЗ.

Регуляторы рН 8 и 9, построенные в виде цифровых корректирующих устройств, а также сумматоры, преобра- зователь 11, задатчик 13 и корректор

14 задания целесообразно реализовать в виде программных блоков в УВИ. В качестве измерителя 15 химического состава раствора, обеспечивающего периодический замер содержания оксида алюминия в растворе на выходе декомпозиции, может быть использован блок автоматического титрования БАТ-15.

1 рн =рн + — -8

1 где рН заданное значение рН при регулировании рН расходом алюминатного раствора; заданное значение рН, соответствующее середине заданного технологическим регламентом допустимого диапазона; изменения рН максимальная погрешность системы регулирования, рН,—

Цель в предлагаемом способе управления достигается эа счет того, что, используя измерения рН в жидкой фазе суспензии на выходе батареи карбониэаторов и регулируя рН изменением рас- хода печного газа в последний карбониэатор, дополнительно измеряют концентрацию оксида алюминия в жидкой фазе суспензии, образующейся после батареи декомпозеров, и регулируют величину рН дополнительным воздействием на расход алюминатного раствора в батарею карбонизаторов независимо от воздействия на расход печного газа в последний,карбонизатор, при этом расход раствора изменяют пропорционально величине отклонения чэмеренного значения рН от значения:

)418291 а расхоц печного газа изменяют пропорционально отклонению измер енного рН от значения рН,=рН,— — + 3, (2)

Л где рН> — заданное значение рН при регулировании рН расходом газа, причем величину заданного значения рН> корректируют пропорционально отклонению измеренного значения концентрации оксида алюминия от соответствующего ему заданного значения.

В результате дополнительного воздействия на поток алюминатного раствора при недостаточном ресурсе печного газа, появляется возможность выдержать задаваемый технологией и оцениваемый величиной рН диапазон изменения концентраций каустической соды на выходе карбонизации. Изменения времени пребывания материала в батарее декомпозеров, возникающие из-за регулирования потока алюминатного раствора, предложено компенсировать коррекцией (сдвигом) заданного допустимого диапазона изменения рН, дополнив для этого управление регулярными измерениями концентрации оксида алюминия в растворе на выходе батареи декомпозиции и смещая середину (рН ) заданного допустимого диапазо 1

3 4 на пропорционально величине (Сд-С ) рН =рН,+К(С„-C ), (3) н где рН вЂ” значение рН, оценивающее концентрацию каустической, соды на выходе батареи карбониэации при номинальном режиме процесса декомпозии ции j

СА, Ся — соответственно, заданное и измеренное значения оксида алюминия в растворе на выходе батареи декомпозиции;

К вЂ” коэффициент пропорциональности (выбирается экспериментально в процессе настройки блока пропорци ональности), Границы заданного диапазона регу1 2. лирования рН, рН > и рН> устанавливают исходя иэ требований технологического регламента к концентрации карбонизированного раствора с учетом мак20

З0, рН + — =10 45 а рН - — =10 85- Мак6 6

2 2 симально допустимая погрешность стабилизации рН составляет - 0,1 ед.рН.

Следовательно, задания системам pery" . лирования рН равны соответственно

35 рН =10,75, рН =10,55. На практике

55 (4) 5

15 симально возможной погрешности регулирования Р . Нижняя граница допустимого технологическим регламентом диЬ апазона рН вЂ” — установлена исходя из

2 требований к чистоте образующегося твердого гидроксида алюминия. Превышение верхней границы диапазона рН +

6

+ — приводит к значительным потерям

2 глинозема. Учет величины 3 при назначении заданных границ диапазона регулирования рН гарантирует от нарушения регламентированных границ диапа"

b, 6 зона (рН + — рН вЂ” -) в процессе ре2 з 2 гулирования.

Если, например, диапазон допустимых границ изменения концентраций каустической соды на выходе батареи карбониэации установлен в пределах

3-7 г/л (ширина диапазона задана с учетом погрешности измерения концентраций), то соответствующие допустимому диапазону концентраций пределы изменения рН на выходе батареи составляют 10 ° 45-10г85 единиц рН, т.е.

) погрешность регулирования рН не превышает 0,05-0,07 ед.

Назначение двух разных заданий

4 (рН1, рН ) при регулировании рН изменением расхода алюминатного раствора и печного газа обеспечивает в условиях ограниченного ресурса газа максимально возможную производительность по перерабатываемому алюминатному раствору и тем самым способствует увеличению выпуска глинозема.

Пусть, например, управляющие воздействия формируют цифровые ПИ регуляторы величины рН, задающие величины материальных потоков, соответственно, локальной системе регулирования расхода алюминатного раствора—

Q> или расхода печного газа Я

Д р.„ (jî) =K, (рн -pH(j7„)}+

R к, (рн,-рн (J",)}

Q, (н =к„(рн(р )-рн )+

+к„н (рн (:,Д -рн, ), 1 где,, ь — периоды дискретного формирования регулирующего воздействия; К„, Ки — параметры настройки реK>, Кд. гуляторов.

Йаксимально возможная производительность достигается следующим об2. 1 разом. Если рН срН а рН н, то переход

1 к заданию рН> реализуется увеличением расхода раствора. Происходящее за счет увеличения расхода раствора сме-щение рН к верхней границе диапазона

t (к рН ) приводит к увеличению рассо2 гласования (рН-рНн) для регулятора расхода газа, который компенсирует это рассогласование увеличением расхода печного газа. Так будет продолжаться до тех пор, пока не будет исчерпан весь ресурс по печному газу.

При этом достигается верхняя граница

1 диапазона " рН и устанавливается максимально возможная при данном ресурсе печного газа производительность обеспечивающая поддержайие верхней границы диапазона рН;

Возможен вариант, при котором максимальная производительность батареи ограничена, например, условиями сог. — . ласования со смежными переделами. В этом случае в процессе регулирования рН расход раствора достигает установ- ленного ограничения раньше, чем оказывается исчерпанным ресурс по печному газу. Тогда система, регулирующая рН изменением расхода газа, обеспечивает достижение нижней гра= ницы диапазона рН>, Если имеет местб условие рН о рНн, I то при полностью исчерпанном ресурФ I се по газу достижение задания рН > обеспечивается снижением расхода раствора вплоть до установления максимально возможной в этих условиях производительности по раствору. Если

I же при условии рН v рН ресурс газа полностью не исчерпан, то оба цифровых регулятора будут стремиться сместить рН к допустимому диапазону регулирования: один за счет снижения производительности Ilo алюминатному раствору, другой за счет увеличения расхода газа в карбонизатор, причем после попадания в допустимый диапазон

4 рН рН рН повторяется описанная си=Ъ

От измерителей 6 сигналы, пропорциональные расходам газа, поступают в сумматор 10, Сигнал с выхода сумматора 10, пропорциональный суммарному расходу газа в батарею +Q,„ (Q расход углекислого газа в 1 -й карбонизатор, II - количество карбонизаторов)

J. поступает в преобразователь 11, где нормируется обратно пропорционально стехиометрическому коэффициенту (реакции нейтрализации каустической соды углекислым газом и заданному перепаду между концентрациями каустической соды g N во входном и выходном потоках раствора батареи карбонизации туация, при которой расход раствора увеличивается вплоть до полного исчерпания ресурса по газу или достигается заданное условиями согласования

5 потоков ограничение производительности. г

В .случае, когда рН рН» оба регулятора стремятся сместить рН-в допустимый диапазон, один — увеличением расхода раствора, другой — снижением расхода газа. После попадания рН в

2 н допустимый диапазон рН рН рН описанная ранее ситуация повторяется.

15 Устойчивость объекта при одновременном регулировании рН по двум каналам управления обеспечена существенно разной динамикой объекта по каналам расхода алюминатного раствора и газа рб и, в связи с этим, возможностью час-, тотной развязки регулирования по каждому из каналов за счет выбора существенно разных периодов дискретного управления: 7,, р7 c2 .

25 Таким образом, в предложенном способе достигается заданное качество управления за счет использования новых приемов: дополнительное измерение концентрации оксида алюминия в жидкой

„.1п фазе суспензии; коррекция заданного значения рН пропорционально отклонению измеренного значения концентрации, оксида алюминия от соответствующего задания; коррекция расхода алюминат.— ного раствора и печного газа в зави-. симости от отклонения измеренного рН от значений рН, формируемых с учетом задания по рН, допустимого диапазона изменения рН и максимальной по4О грешности регулирования рН, Система управления работает .следующим образом.

1418291

7 и

Q, / nN

1 1

45

С выхода преобразователя 11 нормированный сигнал, пропорциональный . расходу алюминатного раствора в стас о тическом режиме Q„: Ц,д =К Q Q, /g ЬИ

1=! (К вЂ” коэффициент пропорциональности), передается в блок 12 суммирования, в котором формируется задание регулятору 5 расхода раствора. На второй вход блока 12 приходит выходной сигнал цифрового регулятора 9, пропорциональный управляющему воздействию> 15 формируемому по отклонению измерен-ного датчиком значения рН от заданI ного значения рНз. Суммарный сигнал с выхода блока 12 передается в качестве задания в регулятор 5 расхода алюминатного раствора 5, Одновременно, измеренное значение рН передается от измерителя 3 в цифровой регулятор 8, который по откло2 нению рН от заданного значения рН> 25 формирует задание локальному регулятору 7 расхода газа.

Заданные значения pH» pH» передаваемые в цифровые регуляторы 9 и

8, формируются следующим образом, Из блока 15 измерения концентрации, установленного на выходе процесса декомпозиции, сигнал, пропорциональный величине концентрации оки сида алюминия в содовом растворе С поступает в корректор 14 задания, где сравнивается с заданным значениЪ ем концентрации оксида алюминия АА.

Корректор 14 по разности концени 3 трации С и С формирует сигнал, 40 пропорциональный величине рН, соот.— ветствующей .середине заданного диапазона измерения рН, и передает его на вход задатчика 13, где этот сигнал используется для формирования заданных значений рН и рН . Сигналы, пропорциональные этим значениям, передаются из блока 13 в регуляторы рН 9 и 8. н

Пример. Пусть рНз=10,65; Ь =

=0,4 E =0,1 ед. рН; К=0,1. Пусть также Сд=С =4 г/л, Ресурс по газу в последнем карбонизаторе исчерпан и расход алюминатного раствора в батарею установился на заданном уровне Qд,. и " н

При этих .условиях рН =рН +КО=рН

И, в соответствии с формулами 11), (2) формируются задания для двух регуляторов рн: pH>=10,75; рнэ=10э55

За счет тога, что ресурс по газу в последний карбонизатор исчерпан, система управления стремится поддер4 жать задание рН изменением расхода алюминатного раствора. Например, устанавливается pH=10 72 ед.рН.

Пусть время пребывания в батарее декомпозиции изменилось, например, из-эа регулирования расхода раствора на предыдущих тактах управления или из-за изменения уровней в декомпозерах. По этой причине изменилась (увеличилась) концентрация оксида алюминия на выходе декомпозиции Сд=

=4,5 г/л.

В соответствии с предлагаемым способом корректируются задания цифровым регуляторам (4), (5): рН =10,60; рН =10,70; рН =10,50.

Уменьшение задания рН на 0,05 ед. рН привело бы при наличии ресурса газа к увеличению газового потока в последний карбонизатор. В данной ситу L ации изменение задания рН не может повлиять на величину газового потока, так как расчетная величина расхода газа Q< при уменьшении задания к рН> еще увеличится и фактический расход газа останется прежним (максимальным) .

Уменьшение задания рН> приводит к уменьшению расчетного по QA (фиг.4) и, соответственно, фактического значений потока раствора, Уменьшение . расхода раствора соответствует увеличению времени пребывания раствора .в батарее декомпозиции, что,приводит к снижению концентрации оксида алюмиК ния Сд. Величина, на которую уменьшается поток раствора после завершения переходного процесса в объекте, зависит от суммарного количества печного газа, подаваемого в батарею карбонизации, исходной и заданной концентрации каустической соды в перерабатываемом растворе, а также от ряда других неконтролируемых факторов, характеризующих свойства объекта.

Поэтому качество поддержания заданэ ной концентрации оксида алюминия Сд зависит от правильности выбора параметра настройки регулятора (3) — величины коэффициента К.

Рассмотрим случай, когда концентрация оксида алюминия на выходе декомпозиции не увеличилась, а уменьи шилась и сталя С =3,5 г/л.

1418291

Д рН =рН вЂ” - +E

3 3 2 э

40

В этом случае новые задания цифровым регуляторам (4), (5) следующие: рН> =10,7; рН =10,8; рН1=10,6, я

Увеличение задания рН > на 0,05 ед. рН при наличии ресурса по газу приводит к снижению расчетного значения расхода газа Ц г (5). Однако, в рассматриваемой ситуации, когда текущее значение рН 10,72, т.е. на 0,12 ед. превышает задание, расчетное значение Я ° может оказаться нереализуег> мым из-за того, что все равно превышает максимально, возможный расход газа. Если же расчетное значение расхода газа ниже максимально возможного и фактический поток газа снижается, то в процессе отработки нового задания рН регулятором 4 (т,е. при

1 увеличении задаваемого потока раствора Qp, ) поток газа снова станет

3 максимальным.

Поскольку поток раствора в бата-

< рею при увеличении задания рНЗ должен увеличиться (4), время пребывания раствора в батарее декомпозиции сократится, что приведет к увеличению концентрации С" на выходе батая реи декомпозиции.

Способ и система управления разложением алюминатного раствора позволяют увеличить выпуск продукции и снизить потери глинозема эа счет обеспечения максимально возможной производительности батареи карбонизации при недостатке печного газа и увеличения точности поддержания заданной концентрации оксида алюминия на выходе батареи декомпозиции. За счет внедрения изобретения. выпуск глинозема может быть увеличен на

0,05%.

Формула изобретения

1. Способ управления разложени,ем алюминатного раствора преимущественно в последовательно соединенных батареях карбонизаторов и декомпозеров с системой регулирования, включающий измерение рН в жидкой фазе суспензии на выходе батареи карбонизаторов и регулирование рН изменением расхода печного газа в последний карбонизатор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью ув,"чичения выпуска продукции и снижения потерь глинозема, дополнительно измеряют концентрацию оксида алюминия в жидкой фазе суспенэии, образующейся после батареи декомпозеров, и регулируют величину рН дополнительным воз5 действием на расход алюминатного раствора в батареях карбониэаторов независимо от воздействия на расход печного газа в последний карбонизатор, при этом расход раствора изме10 няют пропорционально величине отклонения измеренного значения рН от значения

6, рН =рН + — - F

2 где рН вЂ” заданное значение рН при

3 регулировании рН расходом алюминатного раствора; рН вЂ” заданное значение рН со9, ответствующее середине эа20 данного технологическим регламентом допустимого диапазона;

6 — изменения рН;

У вЂ” максимальная погрешность системы регулирования, а расход печного газа изменяют пропорционально отклонению измеренного рН от значения где рН вЂ” заданное значение рН при

3 регулировании рН расходом печного газа, причем величину заданного значения рН> корректируют пропорционально отклонению измеренного значения концентрации оксида алюминия от соответствую" щего, заданного значения.

2, Система управления разложением алюминатного раствора, содержащая регулятор расхода алюминатного раство45 ра, регуляторы и измерители расхода печного газа в карбонизаторы, сумматор сигналов от измерителей расхода печного газа, соединенный с преобразователем, и измеритель рН, установленный на выходе последнего карбонизатора и соединенный с регулятором печного газа в последний карбониэатор через регулятор рН, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью увеличения выпуска продукции и снижения по55 терь глинозема, она снабжена измерителем химического состава раствора на выходе батареи декомпозиции, блоком суммирования, включенным между

1418291

Составитель А.Абросимов

Техред JI.Îëèéíûê

Редактор А.Шандор

Заказ 4120/25 Тираж,446

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 преобразователем и регулятором рас- . хода алюминатного раствора, и вторым регулятором рН, вход которого соеди-. нен с измерителем рН а выход — с втоВ

5 рым входом блока суммирования, причем оба регулятора рН соединены с задатчиком рН, вход которого соединен с выходом корректора задания, вход которого соединен с измерителем химического состава раствора.

Корректор В.Гирняк

Подписное