Способ автоматического регулирования работы кристаллизатора

концентрации основного некристаллиэующегося компонента, температуры и уровня исходного раствора в питающем сборнике и температуры кипения пульпы в кристаллизаторе.На фиг. 1 представлена схема реализации предлагаемого способа; на фиг, 2 - структурная схема комплекса технических средств, реализующих управление работой установки, на основе которой осуществлен предлагаемьй способ.Схема (фиг. ) содержит питающий сборник 1, насос 2, кристаллизатор 3, датчик 4 вакуума, эжектор 5, клапан 6 в линии подачи пара, насос 7, центрифугу 8, датчик 9 расхода исходного раствора, регулятор 10, клапан 11 в трубопроводе подачи исходного раствора, эадатчик 12, датчик 13 концентрации основного кристаллизующегося компонента в питающем сборнике, датчик 14 уровня в питающем сборнике, многосвязньй регулятор 15, клапан 16 в трубопроводе подачи пульпы в центрифугу, клапан 17 в трубопроводе возврата отфугованного маточного раствора в питающий сборник, задатчик 18 уровня, датчик 19 концентрации основного некристаллизующегося компонента в питающем сборнике, датчик 20 температуры раствора в питающем сборнике, датчик 21 температуры кипения пульпы в кристаллизаторе и вычислительное устройство 22.Способ осуществляют следующим образом.Исходньй раствор из питающего сборника 1 подается насосом 2 в кристаллизатор 3, в котором в условиях вакуума, измеряемого датчиком 4 и поддерживаемого эжектором 5 с помощью пара, регулируемого клапаном 6, вырабатывается пульпа, возвращаемая затем насосом 7 в питающий сборник 1 и одновременно в центрифугу 8, откуда отфугованный йаточньй раствор также частично возвращается в питающий сборник 1. Величина расхода исходного раствора, измеряемого датчиком 9, стабилизируется регулятором 10 с помощью клапана 11 в соответствии с заданием, формируемым задатчиком 12, Сигналы с датчика 13 концентрации основного кристаллизующегося компонента и датчика 14 уровня в питающем сборнике поступают на входымногосвязного регулятора 15, который 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 выдает управляющие воздействия непосредственно на клапан 16 в трубопроводе подачи пульпы в центрифугу и на клапан 17 в трубопроводе возвратаотфугованного маточного раствора впитающий сборник. Задатчик 18 формирует и выдает в камеру задания многосвязного регулятора величину номинала по уровню в питающем сборнике. Сигналы датчика 19 концентрации основного некристаллизующегося компонента идатчика 20 температуры раствора в питающем сборнике, а также датчика 21температуры кипения пульпы поступаютв вычислительное устройство 22, которое вычисляет величину номинала поконцентрации основного кристаллизующегося компонента в питающем сборнике и выдает сигнал, пропорциональныйвычисленной величине, в камеру задания многосвязного регулятора.Операция измерения расхода пульпыи расхода отфугованного маточногораствора, возвращаемый в питающийсборник 1, в данном способе отсутствует. Под регулированием расходовэтих потоков подразумевается воздействие на величины этих потоков с помощью клапанов 16 и 17 в зависимости от значений параметров, измеряемых датчиками 13, 14, 19, 20 и 21.Структурная схема (фиг, 2) комплекса технических средств, реализующих функциональные блоки 15, 18 и 22,содержит входные нормирующие преобразователи 23-27, модуль 28 вводааналоговой информации, модуль общесистемного интерфейса 29, модуль 30системного контроля, панель 31 контроля и управления, модуль 32 центрального процессора с локальной памятью, оперативный запоминающий модуль 33, полупостоянный запоминающиймодуль 34, модуль 35 таймера, модуль36 вывода аналоговой информации,выходные нормирующие преобразователи37 и 38,Взаимодействие модулей осуществляется через интерфейс 29 по принципузадатчик - исполнитель, при которомфункции арбитража выполняют модули30 и 31, предназначенные для контроля состояния микроЭВМи управленияее работой в режимах отладки ч профилактики, Модуль 32 осуществляетарифметическую и логическую обработку данных, а также формирует функцииинтерфейса 29.(4) РР = КРкБР,55 где РМ -5 14В модуле 34 хранится кодовая часть программ и константы, Модуль 33 служит для приема, хранения и выдачи оперативной информации. Модуль 35 обеспечивает работу данного устройства в реальном времени. Модуль 28 осуществляет аналого-цифровую обработку сигналов. МВВА производит цифроаналоговое преобразование сигналов.Работа указанного комплекса технических средств осуществляется следующим образом,Сигнапы с датчиков 13, 4, 19,20 и 2 1 поступают на входы нормирующих преобразователей 23, 24, 25, 26и 27, где преобразуются в стандартные электрические сигналы постоянного тока, и далее поступают на входМВВА, который преобразует их в цифровую форму, Модуль 35 таймера формирует через заданный временной интервал метки времени, после чего выходмодуля 28 соединяется через шиныинтерфейса 29 с модулем 33 и цифроваяинформация поступает в модуль 33,Далее модуль 32 обрабатывает полученную информацию в соответствии спрограммой, заложенной в модуле 34,и формирует в модуле 33 цифровые кодывыходных сигналов, после чего модуль 33 через шины интерфейса 29соединяется с модулем 36, Цифровыекоды поступают на вход модуля 36, гдепреобразуются в аналоговую форму.Сигналы с модуля 36 поступают навходы преобразователей 37 и 38, гдепреобразуются в пневматические сигналы, которые поступают на клапаны16 и 17.Функциональные блоки 15, 18 и 22технически реализуются с помощьюстандартных нормирующих преобразователей из номенклатуры ГСП и модулейтипового микропроцессорного комплекта, например комплекта микроЭВМСМ,При изменении концентрации основного кристаллиэующегося компонента впитающем сборнике многосвязный регулятор корректирует соотношение расходов пульпы и отфугованного маточного раствора, возвращаемых в питающий сборник, оставляя постоянным исуммарный расход, .что позволяет скомпенсировать возмущение по концентрации, це внося дополнительного возмущения по уровню, Изменение нагрузки по питающему раствору приводит к изменению уровня раствора в питающем сборнике. В этом случае многосвязный регулятор корректирует суммарный расход возвращаемых потоков, оставляя постоянным их соотношение, что позволяет скомпенсировать возмущение по нагрузке, не внося дополнительно го возмущения по концентрации. Приизменении условий кристаллизации, которые зависят от изменения концентрации основного некристаллизующегося компонента и температуры в питающем сборнике, а также изменения температуры кипения пульпы в кристаллиэа-, торе, вычислительное устройство произ- .водит коррекцию задания многосвязному регулятору по концентрации осцовно го кристаллизующегося компонента впитающем сборнике.Коррекции указанных величин осуществляют при постоянном расходе исходного раствора, подаваемого в крис таллиэатор из питающего сборника,Определение значений выходных переменных многосвязного регулятора может производиться, например, по формулам:М : 8 /(КМ,(8. + 8 В; 11 Р = 8 В/(КР (81, + 8 В, (2) БВ - внутренние переменныерегуляторов;УМ - значение первого выходамногосвязного регулятора, подсоединенногок клапану в трубопроводе возврата отфугованного маточного раствора в сборник;БР - значение второго выходамногосвязного регулятора, подсоединенного кклапану в трубопроводеподачи пульпы в центрифугу;КР - коэффициенты передачиклапанов, определяющиезначения расходов: ГМ = (3) расход возвращаемого маточного раствора, м /ч; расход возвращаемой пульм /ч1)ф 4 цс м КР - ме.Рм11 ас ргде Р ,; максимальная пропускнаяспособность линии возврата отфугованного маточного раствора;)мл - максимальное значение управляющего сигнала на клапан 17;Р, - максимальная пропускнаяспособность линии возврата пульпы;11 - максимальное значение управляющего сигнала на клапан 16;Б 1, - внутренняя переменная регулятора, определяемаянапример по формуле Б 1. = Б 1,0 + Р 1.к 1.БР.)+ 1/ТАУх ск(1,БР,)х, о(5) где Б 1.0 -начальное значение переменной;диапазон пропорциональности;время изодрома;текущее время;переменная интегрирования; задание по уровню в питающем сборнике 1, которое функционально формируется блоком 18;текущее значение уровня в питающем сборнике 1, измеряемого датчиком 14;внутренняя переменная регулятора, определяемая, например по формуле ТАУ 1,БР 4 РВнВБР - В) + 1/ТАУх БВ = БВО(6) ВБР - В) к дс),Формулы (3) и (4) преднаэначеныдля пояснения физического смысла кон:.:тацт КМ и КР, а не для вычисления расходов ГМ и РР.Константы КР и КМ определяют связь между величинами потоков пульпы и отфугованного маточного раствора и величинами управляющих сигналов на клапаны 16 и 17,Значения констант могут быть определены, например, по формулам:где БВО - начальное значение переменной;1 В - диапазон пропорццоцальнос 5ТАУ - время иэодрома;текущее время;л,переменная интегрирования,ВБР - задание по концентрацииосцонного кристаллиэующегокомпонента.Вычисление величины задания много 10 связного регулятора по концентрацииосновного кристаллиэующегося компо 15 нента может осуществляться, например,по формуле ВОК = (1+2) к (113+5, 33 к Т-О, 009 к Т Т) к л(1-0,0016 х(Т-ТО) - 0144 ВОН, (7) где ТО - температура раствора н питающем сборнике, С; Т - температура кипения пульпы в кристаллиэаторе(8) Е = (ВКО - ВКН) /ВКН,35 ВКО - оптимальное (по критериюмаксимума выхода готовогопродукта) значение концетрации основного кристаллиэующего компонента н кристаллизаторе;ВКН - насыщенная концентрация основного кристаллиэующегосякомпонента в кристаллизаторе;ВОН - концентрация основного цекристаллиэующегося компонента н питающем сборнике 1,измеряемая датчиком 19.Задание формируется функциональнымблоком 22 в соответствии с формулой(7), т.е. ВБР = ВОК.45 ВОК - текущая концентрация основного кристаллизующегося компонента впитающем сборнике 1, измеряемая датчиком 13.Рассмотрим режим работы кристаллиэатора для получения кристаллического КС 1 из раствора КС 1-НО-ИаС 1 приследующих данных; концентрация КС 1н сборнике 350 г/л; концентрацияИаС 1 в сборнике 30 г/л; температура 55 раствора в сборнике 95 С; температура раствора в кристаллизаторе 50 С.Аппроксимация кривой взаимнойрастворимости н системе КС 1-Н О-ИаС 1дает следующую формулу для вычисленияконцентрации насыщения по КС 1 в кристаллизаторе:ВКИ = 113 + 5,35 кТ - 0,009 лТлТ0,144 ВИ, (9)где ВИ - концентрация ИаС 1 в кристаллизаторе.Концентрации КС 1 и ИаС 1 определяются из уравнений материального и теплового баланса и могут быть вычислены по формулам:ВК = ВОК/(1-0,0016 х(ТО-Т); (10) ВИ = ВОН/(1-0,0016 л(ТО-Т), (11)где ВОК, ВОН ; концентрации КС 1 иИаС 1 в сборнике: пересьпцение в кристаллизаторе вычисляется поформулеР = 100 к(ВК-ВНК) /ВНК (12) 25В соответствии с исходными данными и формулами (9) - (12) получимВК = 350/(1-0,0016"45) = 377 г/л; 30 ВИ = 30/(1-0,0016 х 45) = 32 г/л; ВИК = 113 х 5,3350-0,009 к 50 л 50-0,144 к 32 = 352 г/л;Р = 100 х(37 1-352) /352 = 5, 17,Таким образом, величина пересьпцения уменьшилась на 27.При управлении по предлагаемому способу будет скорректирована концентрация КС 1 в сборнике:40 ВОК = 1, 007 л (357 к О, 944) -О, 144 л 30 356 г/л,тогда ВК = 377 г/л и пересьпцение не изменится. 45Предположим, что в результате внешних возмущений концентрация МаС 1 в сборнике стала равной 20 г/л, при управлении по способу, изложенному в прототипе, имеем: ВК = 377 г/л; ВИ = 22 г/л; ВИК = .352 г/л; Р = 6,53.Таким образом, величина пересы- щения по сравнению с начальной уменьшилась на 0,67. При управлении по предлагаемому способу будет скорректирована концентрация КС 1 в сборникеВОК = 1,007 л (357 л 0,944-0,144 л 30) 351,4 г/л,тогда ВК = 379 г/л и пересыщение неизменится.Функционально многосвязанный ре-. гулятор 15 реализуется с помощью формул (1), (2), (5) и (6), а вычислительньп блок 22 - с помощью формулы (7).Улучшение стабилизации величины пересьпцения позволяет увеличить выход готового кристаллического продукта на 3-57.Формула изобретенияСпособ автоматического регулирования работы кристаллизатора путем стабилизации вакуума изменением подачи пара в эжектор, регулирования расхода возвращаемого в кристаллизатор отфугованного маточного раствора воздействием на клапан в трубопроводе подачи раствора из центрифуги в кристаллизатор в зависимости от концентрации основного кристаллиэующегося компонента и уровня исходного раствора в питающем сборнике, а также температуры кипения пульпы в кристаллизаторе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения выхода готового кристаллического продукта, дополнительно измеряют концентрациюосновного некристаллизующегося компонента и температуру исходного раствора в питающем сборнике, корректируют по измеренным паРаметрам величину расхода возвращаемого в кристаллизатор отфугованного маточного раствора, а также дополнительно регулируют величину расхода пульпы, возвращаемой в питающий сборник, в зависимости от концентрации основных кристаллизующегося и некристаллизующегося компонентов, температуры и уровня исходного раствора в питающем сборнике и температуры кипения пульпы в кристаллизаторе.1465065 Составитель Л Техред Л.Сердю русковцо дактор А, Лежнина орректор Т. Мале Заказ 2451 Тираж 599 Подписн ШИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям лрн ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "11 атент", г.ужгород, ул. Гагарина,10