Способ автоматического регулирования процесса упаривания экстракционной фосфорной кислоты

/30,В 251 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОО Ж СЛ Ю ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Уфимский нефтяной институт (72) А.И.Кобяков, А.Ф.Давыдов, В.Р.Хоробров, Р.М,Идельбаев и Х,И.Ярмухаметов(56) Полоцкий Л.М., Лапшенков Г.И. Автоматизация химических производств. М.: Химия, 1982, с. 250.Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов. М.: Химия, 1974, с. 319.Копылев Б.А. Технология экстракционной фосфорной кислоты. Л.: Химия, 1981, с. 50, 51, 141.Авторское свидетельство СССР Р 1201222, кл. С 01 В 25/16, 1984. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА УПАРИВАНИЯ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ(57) Изобретение относится к способу автоматического регулирования процесса упаривания экстракционной фосфорной кислоты, может быть использовано в химической промышленности и позволяет уменьшить количество промьвок оборудования от шлама. Способреализуется САР, включающей контуррегулирования расхода исходной кислоты на упаривание 1 датчик (Д) 1,регулятор (Р) 14 и регулирующий орг(РО) 103, контур регулирования температуры в подогревателе изменениемрасхода пара (Д 3, Р 17, РО 11) скоррекцией по плотности готовой кислоты (Д 8, связанный через вычислительное устройство 21 и Р 19 с Р 17контур регулирования уровня в подогревателе изменением расхода готовокислоты (Д 2, Р 18, РО 12), контуррегулирования расхода циркуляционнокислоты в зависимости от конценрации исходной и готовой кислотИзобретение относится к автоматизации процессов упаривания иможетбыть 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 расходаисходной кислоты, датчик 2 уровня,датчик 3 температуры кислоты в .подогревателе, датчик 4 расхода циркуляционной кислоты, датчики 5,6 и7 концентрации кислоты, датчики 8 и9 плотности и температуры готовойкислоты, регулирующие органы 1013, регуляторы 14-19, вычислительныеустройства 20 и 21.Стадию упаривания экстракционнойфосфорной кислоты (ЭФК) проводят вотстойнике и подогревателе, которыевзаимосвязаны по прямому и циркуляционному потокам, В аппаратах протекает процесс концентрирования иочистки от твердых примесей (сульфаткальция, кремнефторид натрия и др.)исходной кислоты. Процесс подверженвоздействию возмущений, дестабилизирующих режимы упарки, кристаллизациии отстаивания, что отрицательно отражается на качестве, в частности,концентрации и содержании остаточныхпримесей (шлама) в упаренной кислоте,Основные возмущения поступают с потоками исходной и циркуляционной кислот (колебания концентраций и содержания примесей), а также возникаютиз-за нестационарности тепловых режимов оборудования (отложения наповерхности теплообменной аппаратуры, колебания параметров греющегопара) 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 -зФ116 м ), во-вторых, многомерностьюпроцесса, в-третьих, наличием разнообразных физических процессов (отстаивание, смешение, выпаривание, исходной кислоты и корректируют эту подачу по концентрации готовой кислоты. 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 Сот вычислительного устройства 20, На третий вход регулятора подают корректирующий сигнал У, , В регуляторе 15 сигналы С, Си У,з ЬЬсравнивают и формируют, например, по ПИ-закону сигнал У д, который направляют на регулирующий орган 13, установленный на линии циркуляционной кислоты, и регулируют тем самым подачу циркуляционной кислоты из подогревателя в отстойник. Контур регулирования 4-15-13 вводят для отработ. ки заданного С и корректирующего У сигналов с Высокои точностьюв 30 35 40 45 Подачу циркуляционной кислоты осуществляют в количестве, необходимом для достижения заданной концентрации Сготовой кислоты. С этой целью сигнал С от датчика 1 расхода исходной кислоты, сигналы от датчиков 5 и 6 концентраций исходной С и циркуляционной С кислот и сигнал С заданной концентрации готовойФкислоты направляют на вычислительное устройство 20, формируют в нем сигнал С расхода циркуляционной кислоты и подают его в качестве задания на регулятор 15. Значение сигнала 50 55 кристаллизация, растворение), одновременно протекающих в аппаратах.Регулирование осуществляют следующим образом.5 Стабилизируют расход исходнойкислоты, подаваемой на упариваниеДля этого датчиком 1 измеряют расходисходной. кислоты и сигнал С, направляют на вход регулятора 14, кудатакже подают задание С , СигналыС и С сравнивают и по величинеН 1 Ьрассогласования формируют, например,по ПИ-закону сигнал У который подают на регулирующий орган 10, установленный на линии подачи исходнойкислоты и тем самым стабилизируютподачу кислоты на упаривание.Для стабилизации концентрации готовой кислоты подачу циркуляционнойкислоты в отстойник осуществляют взависимости от концентраций циркуляФционной и исходной кислот, расхода3 12895С рассчитывают в вычислительномустройстве 20 по формулеС - С,С - СиС,где С и С - расход и концентрацияи иисходной кислоты;С - концентрация циркуляционной кислоты;С - заданное значение кон- ЩК,центрации готовой кислоты.При таком формировании задания достигается инвариантность регулируемой величины - концентрации готовой 15 кислоты - к возмущениям С, С, СОднако алгоритм формирования заданного значения расхода циркуляционной кислоты С, выполняемый вычислительным устройством, не учиты вает влияние неконтролируемых факторов, таких как изменение температурного режима, рост слоя отложений на внутренней поверхности оборудования и др. Влияние этих факторов на про цесс концентрирования в отстойнике компенсируют коррекцией подачи циркуляционной кислоты при отклонении концентрации готовой кислоты от заданного значения. С этой целью при откло нении концентрации С готовой кислоты от задания С корректируют расход циркуляционной кислоты регулятором 16. Для этого измеряют датчиком .7 концентрацию готовой кислоты и35 сигнал С с выхода датчика направляют на вход регулятора 16, на второй вход которого подают задание С . Сигналы С и С, в регуляторе)3сравнивают и формируют, например, по щ ПИ-закону сигнал У,и направляют его на регулятор 15. При этом сигнал У, согласуют с сигналом С таким образом, чтобы при изменении задания Ск оба сигнала вызывали изменение регулирующего.воздействия У одного знака. Например, увеличение С вызовет"зЪ увеличение сигнала С (з соответЦ тЗствии с (1) и, следовательно, подачи С циркуляционной кислоты; с другой 50 стороны, увеличение С, должно вызывать изменение корректирующего сигнала У приводящего также к увеличе 1нию С.Изменение подачи циркуляционной кислоты в отстойнике в зависимости от ее концентрации, а также от расхода и концентрации исходной кислоты обеспечивает инвариантность основной 23 4регулируемой величины - концентрацииготовой кислоты - к возмущающим воздействиям по концентрациям исходной ициркуляционной кислот и расходу исходной кислоты, что существенно повышает качество регулирования. Коррекция этой подачи по отклонению концентрации готовой кислоты от задания (посигналу) улучшает качество стабилизации концентрации готовой кислотыпри воздействии на процесс неконтролируемых возмущений. Кроме того, приизменении заданного значения концентрации готовой кислоты увеличиваетсяэффективность регулирующего воздействия за счет согласного взаимодействия реакций блоков 20 и 16.Повышение качества стабилизацииконцентрации в отстойнике благоприятно сказывается и на процессе осаждения твердых примесей.Известно, что наилучшие условиядля осаждения твердых веществ возникают при определенной концентрацииЭФК в отстойнике. Это значение составляет 423 Р О . 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, обеспечиваетсявведением новых регулируемых переменных, а также новых приемов регулирования.Основными возмущениями, как показывает опыт эксплуатации, являютсяколебания концентрации и расхода исходной кислоты, подаваемой со стадиифильтрации на упарку, и колебанияконцентрации циркуляционнбй кислоты,вызываемые изменением режима упаркив подогревателе. Диапазон этих колебаний составляет 23-327 Р О для исходной кислоты и 45-517, Р О - дляциркуляционной кислоты. Использование новых регулируемых параметроврасхода и концентрации циркуляционной кислоты позволяет получить информацию об изменении возмущений непосредственно в момент их возникновения.Новый прием регулирования, заключающийся в своевременном изменениизадания С на подачу циркуляционнойкислоты, позволяет исключить динами23 6в качестве переменной на вход регулятора 19. Значение сигнала р рассчитывают в устройстве 21 по формуле 5 12895ку аппаратов при управлении ими, что.повышает управляемость процесса стабилизации концентрации,Процесс осаждения (кристаллизации)в отстойнике зависит от концентрационного, температурного режимов и вре. мени пребывания кислоты в нем, В частности, изменение температуры влияетна растворимость твердых примесей вкислоте, а изменение времени пребывания кислоты в отстойнике, обусловливаемое откачкой готовой кислоты,влияет на процесс осаждения твердыхи, как следствие, на содержание ихв готовой кислоте. Эти обстоятельства учтены для стабилизации плотности упаренной кислоты регулированием температурного режима и уровня вподогревателе.Регулирование температуры осуществляют изменением подачи пара в нагревательные элементы подогревателя.Для этого температуру .измеряют датчиком 3 и сигнал Т с его выходанаправляют на вход регулятора 17. Навторой и третий входы регулятора подают задающий Тд и корректирующий7сигналы. В регуляторе при сравнении сигналов Т, Т з и УР формируют, например, по ПИ-закону сигнал 30У , направляют его на регулирующийорган 11, установленный на линии.подачи пара и тем самым регулируют температуру в подогревателе.Регулирование уровня в подогревателе осуществляют изменением откачкиготовой кислоты. Уровень измеряютдатчиком 2. Сигнал Н с выхода датчика 2, а также задающий Н . и корректирующий Усигналы подают на 40регулятор 18, В результате сигналыНи, и Ур сравнивают и по величине рассогласования формируют, например, по ПИ-закону сигнал У , которыйподают на регулирующий орган 12, установленный на линии откачки готовойупаренной кислоты, и регулируют, темсамым, уровень в подогревателе.Заданные значения температуры Тп, /и уровня Н, корректируют по плотности готовой кислоты р, которую рассчитывают в вычислительном устройстве 21 с учетом температуры и концентрации готовой кислоты. Сигналытемпературы Т, концентрации С и измеряемой в этих условиях плотностирк с выходов датчиков 9,7 и 8 направляют на вычислительное устройство 21,формируют в нем сигнал Р и подают его- 3 - К,С+ К Т, (2) где К , К - коэффициенты, определяемые экспериментально илииз номограмм.На другой вход регулятора 19 подают заданиепо плотности готовойкислоты. Сигналы Р и ров регуляторесравнивают и по величине рассогласования формируют, например, по ПИ-закону сигнал 7 р, который и служиткорректирующим 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 сигналУ о 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 иувеличение подачи пара в подогреватель.Коррекция температуры и уровня вподогревателе по одному и тому же параметру - плотности готовой кислоты -обеспечивает повышение качества упаренной кислоты, так как оно зависитне только от ее концентрации, но иот 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 вупаренной кислоте,Рассмотренная выше схема обеспечивает стабилизацию качества готовойкислоты по ссдержанию твердых примесей в ней. Это объясняется следующим.Измеряемая плотность к упареннойкислоты зависит от концентрации С ,температуры Т, содержания в нейтвердых С г может быть аппроксимирована в рабочем режиме с достаточной для прах.ики точностью линейнымвыражением к К 1 Ск КТ + КС(3)7 1289523С учетом (3) рассчитываемая в 21. ц по формуле (2) величина Р зависитс 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 автоматичес О кого 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 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. 3 то приводит к уменьшению на 123 количества промывок оборудования от шлама. С - С6 =Си - , -- -1С - Сф к,З1где Си С- расход и концентрацияисходной кислоты;25С - концентрация циркуляционной кислоты;С - заданное значение конфгЗцентрации готовой кислоты,определяют плотность готовой кислотыпо значениям плотности, температурыи концентрации кислоты, выводимой изотстойника, и в зависимости от рассогласования вычисленного значения 35 от заданного корректируют уровень итемпературу в подогревателе. Способ автоматического регулирования процесса упаривания экстракСоставитель В.ШуваловРедактор А.Долинич Техред Л.Олейник Корректор И.Муска Заказ 7841/7 Тираж 678 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Производственно-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 - щ и й с я 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