Устройство для регулирования процесса кристаллизации

(Ю (11) КОМИТЕТ СССРНИЙ И (ЛНРЫТИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ Р/ ПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЛехановфЗнак Почетанение Бор 1 денабъеди ельство СССР02 ф 1982(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЭАЦИ 9 1033150, о т л и ч а тем, что, с целью умен готового продукта в сл затора за счет повышен РЕГУЛИРОВАНИЯ по авт. св, ю щ е е с я шения потерь ве кристаллвя точности.Еремеев и О.Нморское орственное оетия СССР012-52(0888)Авторское свидО, кл. В 01 ( регулирования, оно дополнительно содержит регулятор расхода исходного раствора с клапаном на линии его подачи, шестой блок произведения и блок запоминания стоимости исходного раствора, при этом входы шестого бло ка произведения соединены с выходами датчика расхода исходного раствора и блока запоминания стоимости исходного раствора, а выход подключен к третьему входу сумматора, первый вход регулятора расхода соединен с датчиком расхода исходного раствора, а выход - с клапаном на линии подачи исходного раствора, выход второго эле: мента сравнения подключен к входу оптимизатора, второй выход которого соединен с входом регулятора расходаИзобретение относится к устройст,вам для регулирования процессов кристаллизации, например процессов кристаллизации пербората натрия, и можетнайти применение на предприятиях химической промышленности,По основному авт. св, 9 1033150известно устройство для регулированияпроцесса кристаллизации, содержащеепервый блок произведения, входы которого соединены с датчиками расхода и 10концентрации исходного раствора, авыход подключен к первому входу первого элемента сравнения, второй элемент сравнения, выход которого подключен к входу экстремального регуля тора, второй блок произведения, входы которого соединены с датчиками расхода и концентрации раствора послекристаллизатора, а выход подключен квторому входу первого элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом третьего блока произведения, второй вход которого подключенк блоку запоминания стоимости готового продукта, а выход - к первому вхо ду второго элемента сравнения, вто"рой вход которого соединен с выходомсумматора, входы четвертого блокапроизнедения соединены с выходами датчика потребления электроэнергии холодильной установкой и блока запоминания стоимости электроэнергии, авыход подключен к первому входу сум-,матора, входы пятого блока произведения соединены с выходами датчика расхода хладагента и блока запоминаниястоимости хладагента, а выход подключен к второму входу сумматора,датчик температуры в кристаллизаторесоединен с первым входом регуляторатемпературы и первым входом третьего 40измерителя рассогласования, второйвход которого соединен с датчиком .температуры хладагента, а выход подключен к регулирующему органу на линии подачи электроэнергии н холодильную установку, второй вход регуляторатемпературы соединен с выходом оптимизатора, а выход подключен к клапану на линии подачи хладагента 1).Однако данное устройство не регулирует расход исходного раствора,что, даже при экстремальном регулировании температуры и кристаллизаторе,приводит к увеличению потерь готовогопродукта в сливе кристаллизатора, ко"55торые н большей степени зависят отрасхода исходного раствора (определяющего время пребывания исходногораствора в кристаллизаторе),чем оттемпературы в кристаллизаторе.Цель изобретения - уменьшение потерь готового продукта в сливе кристаллизатора,Поставленная цель достигается тем,что устройство дополнительно содержитрегулятор расхода исходного раствора 65 с клапаном на линии подачи исходног раствора, шестой блок произведения и блок запоминания стоимости исходного растнора, при этом входы шестого блока произведения соединены с выходами датчика расхода исходного раствора и блока запоминания стоимости ис. ходного раствора, а выход подключен к третьему входу сумматора, первый вход регулятора расхода соединен с датчиком расхода исходного раствора, а выход - с клапаном на линии подачи исходного раствора, выход второго элемента сравнения подключен к входу оптимизатора, второй выход которого соединен с входом регулятора расхода,На фиг, 1 изображена блок-схема устройства для регулирования процесса кристаллизации; на фиг, 2 - графики изменения стоимости готового продукта (С), затрат на охлаждение хладагента (3), затрат на расход хладагента (3), н зависимости от температуры н крйсталлизаторе (Т) при постоянном расходе исходного раствора Яз, на фиг. 3 - графики изменения С, 3, Эх и затрат на расход исходного раствора Зз н зависимости от Ях при посохтоянйой температуре Т.Устройство содержит кристаллизатор 1, фильтр 2, холодильную установку 3, трубопровод 4 подачи исходного раствора, трубопровод 5 отвода суспензии, линию 6 отвода готового продукта, трубопровод 7 отвода фильтрата, трубопровод 8 отвода слива кристаллизатора, трубопровод 9 подвода хлад агента на холодильную установку, тру,бопровод 10 поднода хладагента н кристаллизатор, трубопровод 11 отвода хладагента из кристаллизатора, линию 12 подвода электроэнергии к холодильной установке, датчик 13 расхода исходного раствора, датчик 14 расхода раствора после кристаллизатора, датчик 15 расхода хладагента, датчик 16 концентрации исходного раствора, датчик 17 концентрации раствора после кристаллизатора, датчик 18 потребления электроэнергии, датчик 19 температуры в кристаллизаторе, датчик 20 температуры хладагента, первый, которой и третий элементы 21-23 сравнения, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой блоки 24-29 произведения, блоки 30-33 запоминания стоимости готового продукта, электроэнергии, хладагента и исходного раствора, сумматор 34, регулятор 35 температуры, клапан 36 на линии подачи хладагента, регулирующий орган 37 на линии подачи электроэнергии, регулятор 38 расхода, клапан 39 на2линии подачи исходного раствора, двухканальный оптимизатор 40. Входы первого блока 24 произведения соединены с датчиками расхода 13и концентрации 16 исходного раствора,а выход подключен к первому входупервого элемента 21 сравнения, второйвход которого соединен с выходом второго блока 25 произведения, входы которого подключены к датчикам расхода14 и концентрации 17 раствора послекристаллизатора. Входы третьего блока 26 произведения соединены с выходами первого элемента 21 сравнения иблока 30 запоминания стоимости готово 10го продукта, а выход подключен к первому входу второго элемента 22 сравнения, второй вход которого соединенс выходом суьелатора 34, а выход - свходом двухканального оптимизатора 1540, Входы четвертого блока 27 произведения соединены с датчиком 18 потребления электроэнергии и блоком 31запоминания стоимости электроэнергии,а выход подключен к первому входу 20сумматора 34, Входы пятого блока 28произведения соединены с датчиком 15расхода хладагента и блоком 32 запоминания стоимости хладагента, а выходподключен к второму входу сумматора34.Датчик 19 температуры в кристаллизаторе соединен с первым входом регулятора 35 температуры и первым входом третьего элемента 23 сравнения,второй вход которого подключен к датчику 20 температуры хладагента, авыход - к регулирующему органу на линии 37 подачи электроэнергии.Выход регулятора 35 температурысоединен с клапаном Зб на линии пода-З 5чи хладагента,Входы шестого блока 29 произведения соединены с выходами датчика 13расхода и блока 33 запоминания стоимости исходного раствора, а выход 40подключен к третьему входу сумматора34. Выход датчика 13 расхода соединентакже с первым входом регулятора 38расхода, выход которого подключен кклапану 39 на линии подачи исходного 45раствораВыходы двухканального оптимизатора 40 соединены с вторымивходами регуляторов 35 и 38.Устройство работает следующим образом. 50 Исходный раствор поступает в кристаллизатор 1 по трубопроводу 4, Отвод суспенэии готового продукта осуществляют из нижней части кристаллиза. тора 1 по трубопроводу 5 на фильтр 2, где происходит разделение готово" го продукта, отводимого по линии б, и фильтрата, отводимого по трубопроводу 7, Фильтрат фильтра 2 соединяется со сливом кристаллизатора 1, отводимого по трубопроводу 8, В рубашку кристаллизатора 1 по трубопроводу 10 подают хладагент, который отводится по трубопроводу 11, Хладагент, поступающий в кристаллизатор, предварительно охлаждают в холодильной установке 3, Электроэнергию в холодильнуюустановку 3 подают по линии 12,Критерий управления устройстваследующий:П (Тк, Яе) - ф щахП.= С - (Зе + З,х + Зе)( Ех СЕХ ЕЬВСЕЬ )Ц 1Зх - Я,ЦЗЕХ=ОВх Ц 4,где П - прибыль, (без учета условнопостоянных затрат);С - стоимость готового продукта;3- затраты на охлаждение;3- затраты на расход хладагента;3- затраты на расход исходногораствора;ЯЕ,С- расход и концентрация исходеюфного раствора;0 хС - расход и концентрация раствоЕых еыхра после кристаллизатора;Х - расход электроэнергии;Ях- расход хладагента;Ц 1 фЦ 2Ц , Ц - стоимость единицы готовогопродукта, электроэнергии,хладагента и исходного раствораТ - температура в кристаллизаторе,Расчет стоимости готового продуктаС происходит на третьем блоке 26произведения, где умножают сигнал свыхода первого элемента 21 сравненияна сигнал Ц с блока 30 запоминаниястоимости готового продукта. На выходе первого элемента 21 имеем сигналколичества готового продукта как разность между количеством целевогокомпонента в исходном растворе (получают на первом блоке 21 произведениякак произведение расхода Яе, измеренного датчиком 13, на концентрациюС ,измеренную датчиком 16) и количеством потерь целевого компонента сраствором после кристаллизатора (получают на втором блоке 25 произведения как произведение расхода 0 ц,измеренного датчиком 14, на койцентрацию Сею, измеренную датчиком 17),Расчет затрат на охлаждение 3происходит на четвертом блоке 27 произведения, где умножают расход электроэнергии И, измеренный датчиком18, на стоимость электроэнергии Ц 1,полученную с блока 31Расчет затрат на расход хладагента 3 происходит на пятом блоке 28произведения, где умножают расходЯх, измеренный датчиком 15, на стоимость хладагента Ц 1, полученную сблока 32,Расчет затрат на расход исходногораствора Зе происходит на шестомблоке 29 произведения, где умножают расход Цех, измеренный датчиком,13, на стоимость исходного раствораЦ, полученную с блока 33.1На выходе второго элемента 22.сравнения имеем текущее значение прибыли П как разность между стоимостьюготового продукта С, полученную сблока 26, и суммарными затратами наохлаждение 3, расход хладагента 35и расход исходного раствора Зз, полученными с сумматора 34. Текущеезначение прибыли П поступает на нходдвухканального оптимизатора 40.Выходными сигналами двухканального оптимизатора 40 являются заданиятемпературы в кристаллиэаторе Т регулятору 35 и расхода 0регулятору38. Регулирование температуры н крис"таллизаторе Тк осуществляет регулятор 1535, на который поступает сигнал сдатчика 19,В зависимости от отклонения текущего значения температуры Т, поступаю"щего с датчика 19, от заданного значения, поступающего от оптимизатора40, регулятор 35, воздействуя на клапан 36, изменяет расход хладагентав кристаллизатор, приводя температуруТ к заданному значению. 25Сигнал разности температуры н кристаллизаторе, измеренной датчиком 19.,и температуры хладагента, измереннойдатчиком 20, с третьего элемента 23сравнения поступает на регулирующийорган 37 на линии подачи электроэнергии, который при уменьшении (увеличении) разности температуры н кристаллизаторе и температуры хладагентауменьшает (унеличивает) время периодической подачи электроэнергии нахолодильную установку 3 и (или) уменьшает (увеличивает) число работающихагрегатов холодильной установки 3,Регулирование расхода 0 8 осуществляет регулятор 38. В заййсимости 4 Оот отклонения текущего значения расхода 06, поступающего с датчика 13,от заданногоизначения, поступающегоот оптимизатора 40, регулятор 38, ноз действуя на клапан 39,изменяет расход 4 Я0, приводя его к заданному.ПрибыЛь от производства готового продукта П зависит от температуры в кристаллизаторе Ти расхода исходноО го раствора 0 (фиг. 2, 3), С уменьшением,Т(фиг, 2) происходит уменьшение потерь целевого компонента с раствором после кристаллизатора, следовательно, унеличивается количество готового продукта и увеличивается его стоимость С. Однако, чем меньше становится Т, тем прирост веЛичины С становится менее значительным, С уменьшением Т происходит уве личение затрат на охлаждение 3 и,чем меньше становится Т теь 1 прирост 3 увеличивается, с уменьшением Т увеличиваются также затраты на расход хладагента 3. увеличение затрат 3от Т,. носит лйнейный характер. 65 Величина прибыли П, полученная какразность стоимости готового продуктаС и суммарных затрат, имеет экстремальный характер н точке Т.,С увеличением 0(фиг. 3) происходит унеличение количества готовогопродукта и потерь целевого компонента с растнором после кристаллизатора, однако прирост количества готового продукта больше прироста количества потерь, поэтому происходитвозрастание графика стоимости С, Придальнейшем увеличении 0(нремя пребывания исходного раствора, котороезависит от 0 , становится недостаточным для образования готового продукта) прирост количества готовогопродукта становится меньше приростаколичества потерь и график стоимостиС начинает убывать, Поэтому графикстоимости С от расхода 08 носит экстремальный характер, С увеличением0увеличиваются затраты на расходисходного растнора 3 , расход хладагента 3 и охлаждение 3, , Увеличение 3 с увеличением 0 8, связано стем, что регулятор 35 для подцержания заданной температуры Т при увеличении расхода 0будет йодавать врубашку кристаллиэатора больший расход хладагента 0 . При этом для обеспечения заданной разницы между температурой в кристаллизаторе и хлад"агента с увеличением расхода 0 регулирующий орган 37 увеличивает подачу электроэнергии И в холодильную установку, что приводит к увеличению3. Величина прибыли П, полученнаякак разность стоимости готового продукта С и суммарных затрат имеет экстремум в точке 0 з.Таким образом зависимость П от Ти 0 з носит экстремальный характер.Причем оптимальное значение П при Т%Ки 0с течением времени изменяетсяи зависит от концентрации исходногораствора величины инкрустаций накристаллизаторе 1 и т.д.Поиск оптимальных значений,Т ик0 осуществляет оптимизатор 40, навход которого поступает сигнал текущего значения прибыли П, а выходысвязаны с регуляторами температуры35 и расхода 38,Поиск экстремума П (Т, 0 з) осуществляют, например, путем поочередного поиска экстремумов П (Т) при0 Р= сопят. и П (0) при Т= сопвй,т,е, определяют значение Т, М приЦ = сопэС 1 для которого П: ПВ, Затем определяют значение 0"(И + 1), для которого П = П (Я+3)иВ этом случае оптимизатор 40 выда 1ет постоянное задание регулятору 38сопвС" и изменяет задание регулятору 35, определяя и запоминая эна чение Т, й,при котором величина сигнала П с выхода элемента 22 имеет максимальное значение Пм , Ю. После нахождения Т, й оптимйэатор 40 выдает постоянное задание регулятору 35 ТТ, И и изменяет задание регулятору 38, определяя и запоминая значение Оэ (М + 1), при котором величина П = П (Ю + 2) . После нахов дения Яэ (Н + 1) оптимизатор 40 выдает постоянное задание регулятору 38 0 вз = ае%3 (Ы + 1) и изменяет 3 дание регулятору 35, определяяи запоминая значение Т, (М + 2)при кото ром величина П = П,ц,(Я + 2) и т.д.Таким образом, оптимизатор 40 постоянно будет определять оптимальные значения температуры Ти расходаДэ, при которых прибыль П от производства готового продукта будет иметьмаксимальное значение. Это позволитнаходить оптимальнйй режим кристаллизации (скорость кристаллизации ивремя пребывания исходного растворав крнсталлнзаторе), что обеспечитуменьшение потерь готового продуктав сливе кристаллизатора. Применение предлагаемого устройства. за счет экстремального регулирования расхода исходного раствора позвофит обеспечить оптимальное время пре-. бывания исходного раствора в кристаллиэаторе, что уменьшит потери готово-) го продукта н сливе кристаллнзатора на 6-12.выи682о комитеткрытР кая екав,4055/46 Тираж БНИИПИ Государственно по делам изобретени 11303, Москва, Ж, писно СССР и от аушс аб,р д, 4/5.вещеещещщ щиащ ащ ае ве ищввава щщвщ в е т фидиал ППП Патент , г. Ужгород, ул. Проектна Составитель Т.Чулкова едактор П,Макаревич Техред Т.Дубинчак Корректор Л,Пилиненк