Способ автоматического управления процессом разложения минерального сырья кислотой в производстве удобрений

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 119) (1 5 В 1/04, О 05 Р 27/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ЛЬСТВУ ТОРСНОМУ СВИ СКОГО УПРАВЛЕИЯ МИНЕРАЛЬНООИЗВОДСТВЕ зация и ГисхГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Научно-производственное объенение "Хехэнергохимпром" и Джамбуское производственное объединение(54 ) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РАЗЛОЖЕНГО СЫРЬЯ КИСЛОТОЙ В ПРУДОБРЕНИЙ(57) Изобретение относится к способуавтоматического управления процессом разложения минерального сырьякислотой, может быть использовано впромышленности по проиЗводству минеральных удобрений и позволяет повысить качество продукта и снизить расход кислоты. Способ реализуется САР,включающей контур регулирования подачи кислоты в смеситель.4 в зависимости от ее температуры и плотностипульпы на входе реактора 1 (датчик(Д) 8 расход кислоты, Д 9 температуры, Д 12 плотности, регулятор ( Р) 22, исполнительный механизм 14 дозатора 6 кислоты) и контур регулирования подачи минерального сырья в смеситель 4 в зависимости от расхода кислоты, разности температур пульпы в смеситеИзобретение относится к автоматизации химико-технологических процессов переработки минерального сырья в частности природных фосфатов с фосфорной кислотой на двойной суперфос фат, и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений.Цель изобретения - повышение качества продукта и снижение расхода кислоты.На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа управления применительно к процессу разложения фосфоритной муки фосфорной кислотой ) на фиг. 2 - активная. эона разложения минерального сырья; на фиг. 3 - график функциональной зависимости между регулирующими и регулируемыми пара метрами; на фиг. 4 - график изменения содержания свободной кислоты в пульпе во времени; на фиг. 5 - график изменения температуры пульпы во времени; на фиг, 6 - график изменения содержания свободной кислоты при изменении физико-химического состава сырья; на фиг. 7 - график изменения содержания свободной кислоты и температуры пульпы при уменьшении тем пературы пульпы в начале активной зоны.Схема (фиг.1) содержит реакторсуперкамеру 1, снабженный ножом 2 и выгрузочным транспортером 3, смеси- тель 4, дозатор 5 фосфоритной муки, дозатор 6 фосфорной кислоты, бак 7 кислоты, измерительные датчики 8-13, исполнительные механизмы 14 и 15, электродвигатели 16-20, насос 21, ре гуляторы 22-24, загрузочное окно 25, перегородку 26 и дифференциатор 27,ле и реакторе и скорости изменениятемпературы в смесителе (Д 8 расходакислоты, Д 11, 13 температуры, Д 10расхоца фосфоритной муки, Р 24 и дифференциатор 27, определяющий скоростьизменения температуры пульпы в смесителе). 7 ил. Разложение минерального сырья происходит в реакторе-суперкамере 1, куда из смесителя 4 подается пульпа,полученная в результате смешенияминерального сырья (фосфорной муки)с фосфорной кислотой. Фосфорная кислота насосом 21 поцается в напорныйбак 7, откуда самотеком направляетсяв дозатор 6. Заданное количество кислоты направляют в смеситель 4, а излишек ее сливается, из дозатора обратно в напорный бак 7. В смеситель4 с помощью дозатора 5 подается фосфоритная мука, где происходит ее механическое смешение с фосфорной кислотой.Пульпа непрерывно поступает изсмесителя 4 в реактор 1. В реакторе1 пульпа охватывается в "пирог" и помере вращения реактора двигателем 16перемещается по окружности. К концуоборота "пирог" подходит к ножу 2,который посредством двигателя 17 вращается ему навстречувырезается изреактора 1 и попадает на транспортер3, откуда в качестве полупродуктаотправляется на склад готовой продукции,Способ автоматического управленияпроцессом разложения минеральногосырья осуществляется следующим образом.Задают оптимальное значение расхода фосфорной кислоты, поступающейиз напорного бака 7 в смеситель 4через дозатор 6. Избыток кислоты сливается иэ доэатора. и насосом 21 возвращается в напорный бак 7,Оптимальное значение расхода фосфорной кислоты поддерживается регулятором 22 обратно пропорциональносигналам от датчика 8 ее массового127857 3расхода, датчика 9 температуры кислоты и пропорционально сигналу датчика 12 плотности пульпы на выходе из смесителя 4 посредством исполнительного механизма 14 дозатора 6. В 5 зависимости от расхода фосфорной кислоты, который измеряется датчиком 8, скорости изменения температуры пульпы в смесителе, измеряющейся датчиком 11 и дифференциатором 27, и О разности температур в активной зоне разложения, измеряющейся датчиками 11 и 13 температуры в заданном соотношении регуляторами 23 и 24, посредством исполнительного механизма 15 15 и доэатора 5 поддерживают расход фосфоритной муки, обеспечивающий необходимую степень ее разложения, косвенно характеризующуюся теплом, выделяющимся в активной зоне разложе ния минерального сырья.Регулирование расхода фосфоритной муки производят шнековым дозатором 5 пропорционально сигналам по расходу кислоты от датчика 8, обратно про порционально расходу фосфоритной муки от датчика 10, обратно пропорционально разности температур в активной зоне разложения минерального . сырья от датчиков 11 и 13 и обратно 30 пропорционально скорости изменения температуры пульпы в смесителе от датчика 11 и дифференциатора 27 через корректирующий регулятор 23, регулятор 24 посредством исполнительно-З го механизма 15. Разложение фосфоритной муки, осуществляемое в смесителе и реакторе, является сложным процессом химического растворения фосфорного сырья, протекающим согласно уравнению реакции: Са Г(Р 04 ) +7 Н РО, +0,25 ЫО +4,5 Н О =5 Са(Н РО )-Н О+0,25 ЫГДля получения продукта кормовой .классификации необходимо отогнать фтор. Поэтому существенное значение имеет реакция разложения. Определяющими параметрами при получении кормового монокальцийфосфата являются. коэффициент разложения исходного фосфорного сырья (он определяет предельную глубину обесфторивания, ибо остаток фтора идет в готовый продукт); Содержание свободной фосфорной кислоты - определяет кинетику обесфторивания и качество готового продукта.При всей важности этих параметров осуществить их непрерывное измерение не представляется возможным. Вместе с тем, как показали экспериментальные исследования, интенсивность разложения характеризуется температурой пульпы в активной зоне (фиг.3), которая начинается в смесителе 4 в месте смешения исходных компонентов и заканчивается в зоне реактора 1, ограниченной сектором с углом 10-30 от места ввода пульпы в реакторе (фиг.2).Кинетика разложения фосфоритной муки протекает по известному соотно- шениюПри изменении степени разложения исходного сырья, например ее снижении (ухудшился химсостав исходного 40 минерального сырья), разность температуры пульпы в активной зоне разложения и скорость изменения температуры пульпы в смесителе 4 понижаются. Пропорционально этому изменению сиг налы поступают от датчиков 11 и 13 разности температур пульпы в активной зоне разложения минерального сырья на регулятор 24 и от датчика 11 через дифференциатор 27 скорости из менения температуры пульпы в смесителе на этот же регулятор 24, который устанавливает новое повышенное оптимальное значение расхода фосфорной муки. При увеличении температуры 55 в смесителе и в активной зоне изменение расхода фосфоритной муки идет в обратном порядке. где С, и С - соответственно начальное и текущее для времени содержание свободной кислоты в пульпе;К - константа скорости реакции.Поскольку процесс разложения непрерывен для данного фиксированногосоотношения исходных продуктов, график изменения содержания свободнойкислоты имеет вид, показанный нафиг. 4. Так как процесс изотермический и интенсивность реакции характеризуется эквивалентным выделениемтепла, изменение температуры пульпыпо длине эоны разложения имеет вид,показанный на фиг. 5,В предлагаемом способе рекомендуется поддерживать разность темпера.туры пульпы на фиксированном участкеРазность температуры на длине активной зоны пропорциональна разности содержания свободной кислоты в пульпе, т,е,аВ =С, (1 - 1" ),. где о- коэффициент пропорциональности, зависящий от длины активной эоны, гранулометрического состава сырья, температуры смеси сырья в начале активной эоны и пр., определяемый экспериментально.На фиг. 6 показано изменение содержания свободной кислоты (а) и температуры пульпы (б) при иэмене- нии физико-химического состава ис 25 ходкого сырья.При постоянстве длины активной эоны, на которой измеряется Разность температуры пульпы из гранулометрического состава сырья, коэффициент пропорциональности однозначно зависит от температуры исходного сырья. Изменение температуры смеси в начале активной зоны изменяет разность температуры пульпы по длине активной зоны (фиг.7), а вместе с тем и дли- З 5 ну активной зоны разложения исходного сырья. Исходя из этого, регулятор расхода Фосфоритной муки должен учитывать информацию о текущем значении температуры в начале активной зоны. Однако сигнал по разности температуры по длине активной зоны более значим и представителен, поскольку учитывает основные возмущения возмущения по физико-химическому составу исходного сырья.П р и м е р. Исходный режим производства кормового монокальцийфосфата характеризуется следующими па" раметрами; общий средний расход тер мической фосфорной кислоты 50 т/ч; концентрация кислоты 80 Х Р Оз, расход фосфоритной муки 40 т/ч; температура термической фосфорной кислоты на входе в смеситель 50-60 С; 55 температура пульпы в смесителе 50- 55 С; температура пыльпы в реакторе 80-90 С; коэффициент разложения в 20 3 1271 пути прохождения потока (в активной зоне). В начале активной зоны (точка 1, ) содержание свободной кислоты описывается следующим соотношениемк5В конце активной зоны7 КС, = Со 12 857 Ьреакторе 80 ; содержание свободной фосфорной кислоты в полупродуктах на выходе иэ реактора 12Рассмотрим реакцию системы регулирования на возмущение по фиэикохимическому составу Фосфоритной муки (содержание Р О , гранулометрический состав), например, и сторону ухудшения на 5 . При этом разность температуры пульпы на участке активнойозоны уменьшится на 4 С, на вход регулятора 24 от измерителей 11 и 13 температуры поступит сигнал об этом изменении, выход регулятора 24 через исполнительный механизм 15 увеличивает расход Фосфоритной муки примерно на 2 т/ч, что приводит к восстановлению прежней разности температуры пульпы в активной зоне. При изменении физико-химического состава в сторону улучшения реакция системы регулирования осуществляется в обратном порядке.При уменьшении температуры смеси потоков в начале активной зоны на 05 С разность температуры в активной зоне уменьшится также на 5 С, на вход регулятора 24 поступают сигналы от измерителей 11 и 13 температуры и корректирующего регулятора 23, выход с регулятора 24 через исполнительный механизм 15 увеличивает расход фосфоритной муки примерно на 1,5 т/ч, что приводит к восстановлению преж- ней разности температур пульпы в активной зоне разложения, причем восстановление прежней разности температуры происходит значительно быстрее (на величину транспортного запаздывания=30 мин) поскольку на регулятор 24 кроме основного сигнала- разности температуры пульпы в активной зоне, поступает корректирующий сигнал по скорости изменения температуры пульпы в начале активной зоны, Формируемый датчиком 1, дифференциатором 27 и корректирующим регулятором 23.При изменении температуры пульпы в начале активной зоны в сторону увеличения реакция регулирования осуществляется в обратном порядке.В отсутствие коррекции расхода фосфоритного сырья по разности температуры в активной зоне его разложения и скорости изменения температуры пульпы в смесителе коэффициент разложения минерального сырья колеблется7 12718 в пределах 70-807. и содержание свободной форсфорной кислоты 12 - 147. Если температура пульпы в смесителе становится выше 50 С, то реакция разложения происходит в большеи пе ни в смесителе, а в реакторе пульпа "не схватывается", образуется полу- жидкий продукт - брак, если ниже 50 С - резко снижается коэффициент разложения минерального сырья д о 65 - 1 О 703. Растут потери кислоты и фосфоритного сырья. При работе системы регулирования с коррекцией по разности температуры15 пульпы на участке активной зоны его разложения и скорости изменения температуры пульпы в смесителе выдерживается оптимальный режим: коэффици 8, 20ент разложения возрастает до а содержание свободной фосфорной кислоты снижается до 11-123. При соблю-: дении данного технологического, режима, достигаемого с помощью автоматической системы управления, сни 57 8жается расход фосфорной кислоты на5-77.Формула изобретения Способ автоматического управления процессом разложения минерального сырья кислотой в производстве удобрений путем регулирования подачи кислоты в смеситель в зависимости от ее температуры и плотности пульпы на входе реактора и подачи минерального сырья в смеситель, о т л и ч а ю Ф щ и й с я тем, что, с целью повышения качества продукта и снижения расхода кислоты, дополнительно измеряют температуры пульпы в смесителе и реакторе, определяют разность этих температур и скорость изменения температуры пульпы в смесителе и регулируют подачу минерального сырья прямо пропорционально подаче кислоты и обратно пропорционально разности температур пульпы в смесителе и реакто- Р е и скорости изменения температуры пульпы в смесителе.