Способ автоматического управления процессом абсорбции аммиака в производстве соды

СО 1 ОЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ЛИОАН Е ЙЗОБРЕ"ЕЧВИДЕ ГЕйЬСТВУ с й АВТОРОВ розин Н.Н С.ТроНазарен ельство СС 7/8, 1964 ьство СССР 7/18, 1973 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ(54)(57) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АБСОРБЦИИ АММИАКА В ПРОИЗВОДСТВЕ СОД путем регулирования расхода очищенного рассола на каждую из колонн абсорбциив зависимости от температуры жидкости или газа первого абсорбера, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью уменьшения степени разбавления аммонизированного рассола нара 801 21458915 4 С 01 0 7/18 С 05 Р 27 00 ми воды, дополнительно измеряют концентрацию аммиака в сборнике аммонизированного рассола и расходы фильтровой жидкости на каждую колонну дистилляции, определяют отклонение фактического значения концентрации аммиака от его заданного значения, суммарные расходы фильтровой жидкости и очищенного рассола на все колонны дистилляции и абсорбции, среднее текущее значение температуры жидкости или газа всех первых абсорберов и корректируют расход очищенного рассола на каждую иэ колонн абсорбции в зависимости сЯ от отклонения фактического знач"ния концентрации аммиака от его заданного значения, суммарных расходов фильтровой жидкости и очищенного рассола и среднего текущего значения температур жидкости или газа всех первых абсорберов.Изобретение относится к автоматическому управлению технологическимипроцессами и может быть использовано в химической промышленности приавтоматизации процесса абсорбции аммиака в производстве соды,Цель изобретения - уменьшениестепени разбавления аммонизированного рассола парами воды.Как показали исследования, температуры жидкости или газа первого абсорбера (поскольку эти параметры сильно коррелированы между собой то выбор того или другого параметра приреализации способа определяется техническими соображениями ) в основномопределяют полноту процесса абсорбции в колонне, а их масштабированныезначения приблизительно пропорциональны коэффициенту степени ) использования производственной мощности колонны абсорбции. При повышенной температуре колонны абсорбция аммиака ухудшается и увеличивается доля аммиака, поступающегоиз отделения дистилляции и не абсорбированного в колонне. Это дополнительное количество аммиака,пройдя ряд аппаратов, расположенных вне рассматриваемых отделений,в конечном итоге вновь попадает вотделение абсорбции, Часть этого аммиака поступает на дистилляцию,где вновь отгоняется паром и снова подается в колонны абсорбции,Это увеличивает массу перерабатываемого дистилляцией и абсорбциейаммиака на единицу вырабатываемойпроизводством продукции эа счетувеличения расхода рециркулирующего описанным образом аммиака. Увеличение указанной массы аммиака сопровождается увеличением массы паров воды, поступающей из аппаратовдистилляции в колонны абсорбции,где вода поглощается рассолом и разбавляет его. Это обстоятельство вызывает увеличение себестоимости продукции, поскольку отгонка дополнительного количества аммиака сопровождается ростом энергетических затрат (пара) в отделении дистилляции,а вследствие разбавления рассолауменьшается молярная концентрацияэквивалента хлора в аммонизированном рассоле и увеличиваются объемыжидкостей, которые подлежат переработке в последующих отделениях про 10 15 20 25 30 35 40 иэводства. Раэбавпение рассола влечет счижение коэффициента утилизации натрия в производстве н приводит к увеличению удельных расходов материальных и энергетических ресурсов (на 1 т соды), на регенерацию аммиака из фильтровой жидкости известкового молока и пара), а также к снижению производительности аппаратуры.Поскольку колонны абсорбции имеют различные характеристики, то соответствующее масштабирование указанных температур позволяет перейти к их приведенным значениям, которые являются уже величинами, сравнимыми для различных колоннотличие характеристик колонн абсорбции объясняется различной степенью заростания внутренних и внешних поверхностей холодильных трубок, их коррозий и т.д.). Масшиабированные значения температур жидкости или газа первого абсорбера и оказываются пропорциональными значениям производственной мощности соответствующих колонн.Поскольку отклонения от оптимального режима работы отделения в значительной степени определяется неравномерностью использования текущих значений производственных мощностей колонн, та использование в качестве корректирующих параметров температур жидкости или газа первого абсорбера позволяет осуществить проведение технологического процесса вблизи оптимальных режимов.На чертеже приведена блок-схема системы управления, реализующая предлагаемый способ. Система управления содержит колонны 1 абсорбции, общий коллектор 2 очищенного рассола, сборник 3 аммонизированного рассола САР), общий коллектор 4 газа, поступающего на абсорбцию, трубопроводы 5 подачи газа, колонны 6 дистилляции, коллектор 7 подачи фильтровой жидкости, блок 8 суммирования, датчики 9 расходов фильтровой жидкости на колонны дистилляцик, блок 1 О управления, регуляторы 11 расхода очищенного рассола, датчики 12 температуры жидкости или газа первого абсорбера и датчик 13 концентрации аммиака в САР.Способ осуществляют следующим образом.з 12Очищенный рассол подают на каждую иэ колонн 1 абсорбции из общего коллектора 2. Пройдя колонны абсорбции, рассол, насыщенный аммиаком, поступает в сборник 3 аммонизированного рассола.Газ на абсорбцию поступает из отделения дистилляции через общий коллектор 4 или по трубопроводам 5, связывающим попарно (иногда перекрестно) колонны дистилляции и абсорбции. Вариант питания колонны абсорбции газом выбирают в зависимости от производственной ситуации.Фильтровую жидкость подают на каждую из колонн 6 дистилляции из коллектора 7. Общий расход фильтровой жидкости на отделение дистиляции определяют при помощи блока 8. суммирования расходов, на входы которого поступают сигналы от датчиков 9, пропорциональные расходам фильтровой жидкости на каждую колонну дистилляции.Сигнал, пропорциональный общему расходу фильтровой жидкости, подают на вход блока 10 управления расходами очищенного рассола. На входы последнего поступают, кроме того, сигналы, пропорциональные расходам очищенного рассола на каждую из колонн 1 от регуляторов 11 расхода, сигналы, пропорциональные температурам жидкости (или газа) первого абсорбера от датчиков 12 каждой колонны абсорбции, а также сигнал с концентрации аммиака в жидкости САР,Концентрация аммиака в жидкости САР измеряется датчиком 13, а при отсутствии такового сигнал о концентрации вводят в схему при помощи соответствующего ручного задатчика, основываясь на результатах периодически проводимых вручную химических анализов. 5 0 15 20 25 30 35 ления расходами на регуляторы 14 - подачи очищенного рассола,45 50 55 В блоке 10 управления расходами очищенного рассола производится вычисление заданий расходов очищенного рассола на каждую из колонн 6. С этой целью в укаэанном блоке первоначально определяют фактическое и заданное значение суммарного расхода очищенного рассола на все отделения абсорбции, фактическое значение суммарного расхода определяют посредством суммирования сигналов, пропорциональных расходам очищенно- го рассола на каждую колонну абсорбции. Заданное значение этого расхода вычисляют как сумму двух сигналов: первого, пропорционального общему расходу фильтрововй жидкости вотделение дистилляции, и второго,пропорционального отклонению концентрации аммиака в жидкости САР отее заданного значения.Далее производят масштабированиепоступивших на вход блока сигналов,пропорциональных температурам жидкости (или газа) первого абсорберакаждой колонны абсорбции, определение средней величины масштабированных сигналов по всем работающимколоннам, а также формирование сигнала задания указанной температурыдля всех колонн абсорбции,Сигнал общего для всех колонн,но переменного во времени, задания температуры жидкости (или газапервого абсорбера является суммойсигналов, пропорционального среднейвеличине масштабированных значенийтемператур, и сигнала, пропорционального величине отклонения текущего значения общего расхода очищенного рассола на отделение абсорбции от его заданного значения,Расход очищенного рассола в колонну абсорбции устанавливают в зависимости от отклонения текущегозначения температуры жидкости (илигаза) первого абсорбера этой к . -лонны от ее указанного выше переменного задаваемого значения,Соответствующие сигналы задания этих расходовпоступают с выходов блока О управАлгоритм работы системы включает следующие операции: измерение рас- ходов фильтровой жидкости на каждую из колонн дистилляции; измерение расходов очищенного рассола на каждую из колонн абсорбции; измерение температур ииакести 1 апи гара первого абсорбера каждои колонны абсорбции; измерение концентрации аммиака в жидкости САР и вычисление ее отклонения от заданного значения; вычисление суммарного расхода фильтровой жидкости на отделение дистилляции; вычисление заданного значения общего расхода очищенного рассола на отделение абсорбции; вычисление действительного значения суммарного расхода очищенного рассола на отделе 24589ние абсорбции и его отклонения от заданного значения; вычисление масштабированных значений температур жидкости или газа) первого абсорбера для каждой колонны абсорбции; вычисление среднего значения масштабированных температур по всем работающим колоннам; вычисление задаваемого значения температуры жид О кости или газа ) первого абсорбера и сравнение этой величины с текущим значением по каждой колонне; формирование управляющего воздействия по выбранному закону регулирова ния.П р и м е р. Отделение абсорбции и дистилляции включает в себя по три Колонны,На каждую изколонн дистилляцииустановили следующие расходы фильтровой жидкости: на первую - 90 м /чна вторую - 100 м /ч, на третью -Р110 м /ч. Общий расход фильтровой 253жидкости на отделение дистилляциисоставил 300 м /ч,На каждую из колонн абсорбции установили следующие расходы очищенного рассола: 70, 80 и 90 м /ч сост- Зоветственно,Температуры жидкости первого абсорбера по каждой из колонн (1 и ) составили: 55, 50 и 45 С (в примере описывается реализация способа с использованием в качестве корректирующих параметров температур жидкости первого абсорбера, суть примера остается неизменной при исполь зовании в качестве корректирующих параметров температур газа первого абсорбера, естественно, что значения температур газа будут при этом отличаться от приводимых выше) . Иолярная концентрация эквивалента ам- миака в жидкости на выходе иэ каждой колонны, а также в жидкости САР была равна 5,0 кмоль/л. Малярная концентрация эквивалента хлора в жид кости САР (которая характеризует степень разбавления аммонизированного рассола ) 4,45 кмоль/л.До включения системы при помощи ручного задатчика, входящего в блок , управления расходами очищенного рас сала, установили задание молярной концентрации эквивалента аммиака в жидкости САР 5,0 кмоль/л. После включения системы на выходе блока суммирования расходов появился сигнал, соответствующий суммарному расходу фильтровой жидкос 3ти на отделение дистилляции 300 и /чВ соответствии с этим сигналом вблоке управления расходами очищенного рассола сформировался сигналзадания суммарного расхода очищенного рассола на отделение абсорбции, определивший общую нагрузкуотделения абсорбции по очищенномурассолу 240 м /ч.В этом же блоке было вычисленозадание температуры жидкости первогоабсорбера аналогично - температурыгаза первого абсорбера), соответствующее среднему значению этой температуры для всех колонн абсорбции0(50 С). Поскольку эта вычисленнаятемпература является заданием и еезначение большеи меньше С , тона выходе блока управления расходами появились сигналы на увеличениерасхода очищенного рассола на первую колонну и уменьшение на третью.В переходном режиме, обусловленномизменением управляющих сигналов,изменялись температуры жидкости всехтрех абсорберов и, как следствие,их среднеарифметическое значение.После завершения переходных процессов в системе на каждой из колоннабсорбции установились следующиерасходы очищенного рассола: 74, 81и 85 м /ч и температуры жидкости перуного абсорбера 49 С. Молярные коноцентрации эквивалента аммиака вжидкости на выходе из первой, второй и третьей колонны абсорбции, атакже в жидкости САР стали равнысоответственно 4,9, 5,0, 5,12 и5,0 кмоль/л, Малярная концентрацияэквивалента хлора в жидкости САР4,49 кмоль/л, тогда как при управлении процессом абсорбции согласноспособу-прототипу при таких же нагрузках отделений дистилляции и абсорбции и поддержании такой же кон -центрации аммиака в жидкости СРвследствие большего в среднем разогреве абсорберов (температуры жидкости абсорберов 55, 50 и 45 С ) молярная концентрация эквивалентахлора в жидкости САР составила4,46 кмоль/л,Через 2 ч работы общая нагрузкаотделения дистилляции по фильтровойжидкости увеличилась на 30 м 7/ч, На выходе блока суммирования расходов появился сигнал, пропорциональный7 расходу фильтровой жидкости 330 м /ч,В соответствии с этим в блоке управления расходами очищенного рассола был выработан сигнал на увеличение задания суммарного расхода очи-, щенного рассола на отделение абсорб" 1 О ции, что привело к увеличению расходов очищенного рассола на каждую из колонн абсорбции и увеличению температур жидкости первого абсорбера каждой колонны. Однако в связи с раз личиями характеристик колонн (или различными режимами работы колонн, например, при попарном соединении колонн дистилляции и абсорбции) эти увеличения оказались неодинаковыми, 20 что привело к корректировке расходов очищенного рассола на каждую из колонн и выравниванию укаэанных температур. В результате расходы очищенного рассола составили: 82, 89 и 25 93 м /ч, т.е, в сумме 264 м /ч, тем 7 7 пературы жидкости первого абсорбера 50 С, малярные концентрации эквиваолента аммиака и эквивалента хлора н жидкости САР составили соответст О венно 5,0 и 4,48 кмоль/л.При управлении процессом абсорбции согласно известному способу при нагрузке отделения дистилляции 330 м /ч фильтровои жидкости и поддержании малярной концентрации эквивалента аммиака в жидкости, поступающей в САР, равной 5,0 кмоль/л, на три колонны абсорбции в конечном7 итоге также было подано 264 м /ч очищенного рассола, при этом молярные концентрации эквивалента аммиака в аммонизированном рассоле после всех абсорберов быпи равны также 5,0 кмоль/л, однако температуры жидкостей были различными и их среднеарифметическое значение больше, чем по предлагаемому способу, в результате чего молярная концентрация эквивалента хлора в жидкости. САР составила 4,45 кмоль/л, т.е. меньше, чем по предлагаемому способу.Технико-экономические преимущества предлагаемого способа по сравнению с известным состоят в уменьшении в среднем разогрева абсорберов и, вследствии этого, в улучшении барометрического режима отделений абсорбции и дистилляции и уменьшении степени разбавления аммонизированного рассола парами воды, выражающееся в увеличении концентрации хлористого натрия в аммонизированном рассоле. Кроме того, предлагаемый способ беэ каких-либо изменений работоспособен при различной структуре соединений между собой колонн дистилляции и абсорбции, т.е. как при соединении между собой попарно колонн дистилляции и абсорбции, причем в любых сочетаниях, так и при их соединении через общий коллектор газа дистилляции.