Способ и система управления разложением алюминатного раствора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 91 И) И 4 С О 1 Р 7/ юдСЕОИбчщуПю,ТЕ 1,.:,.уИВАМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ МТЕУ 4 4156 08,1 23,08 Е,Д,К ерх,2/23-028688. Бюласнопол.Чащин669.712.111(088Краснопольский Естабилизации щелнизации алюминатая металлургия,-45.торск465,.Д. и др. Сисочного режима ного раствора, - 1974, В 15,ССР980,ое свидетельств кл. С 01 Р 7/02 ЕНИЯРА управл и пред ожениемизобыпуск инозеается воздей раство ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛ ЛОЖЕНИЕМ АЛЗМИНАТНОГО РАСТВО (57) Изобретение относится к нию химическим производством назначено для управления ра алюминатного раствора. Целью ретения является увеличение продукции и снижение потерь ма; Поставленная цель дости в результате дополнительног ствия на расход алюминатног ра независимо от воздействия ход печного газа в последний карбони"затор 1, Причем воздействие осуществляется пропорционально отклонениюизмеренного значения рН,измеряемогорН-метром 3, в жидкой фазе суспензиина выходе батареи карбонизации отзначения рН, формируемого в зависимости от заданного значения рН, соответствующего середине допустимогодиапазона регулирования рН и максимальной погрешности регулированияПри этом заданное значение рН корректируют пропорционально отклонениюдополнительно измеренного значенияконцентрации оксида алюминия, измеряемого измерителем 15, в жидкой фазе суспензии на выходе батареи декомпозиции 2 от соответствующего емузаданного значения. За счет дополни -тельного воздействия на расход алю"ьынатного раствора в условиях ограниченного потока печного газа и увеличения точности поддержания заданной концентрации оксида алюминия достигается повышение выпуска и снижение потерь глинозема. 2 с.п. ф-лы,1 ил.рН, -Изобретение относится к управлению металлургическим и химическим производствами и может быть использовано в производстве глинозема из не 5 фелинового сырья,Целью изобретения является увеличение выпуска продукции и снижение потерь глинозема.На чертеже изображена функцио О нальная схема системы управления разложением алюминатного раствора. Система управления разложением алюминатного раствора, осуществляемого в последовательно соединенных батареях 1 и 2 карбонизации и декомпозиции, включает рН-метр 3, установленный на выходе батареи 1 карбонизации, измеритель ч и регулятор 5 рас хода алюминатного раствора; измерители б и регуляторы 7 расхода печного газа в карбонизаторы; регулятор рН 8, соединенный с рН-метром 3, формирующий величину управляющего расхода 25 печного газа в последний карбониэатор по отклонению рН от заданного2значения рНэ и передающий его в виде задания регулятору 7 расхода газа (остальные регуляторы 7 расхода газа 30 имеют локальные задатчики); регулятор рН 9, соединенный с рН-метром 3, формирующий составляющую управляющего расхода алюминатного раствора по отклонению рН от заданного значения рН , сумматор 10 измеренных в карбо 9низаторах расходов газа, нормирующий преобразователь 11, преобразующий суммарное количество газа, подаваемого в батарею карбонизаторов, в величину расхода алюминатного раствора, нейтрализуемого этим газом до заданной концентрации каустической соды; втордй блок 12 суммирования, в котором составляющая управляющего воз действия на выходе регулятора рН 9 суммируется с величиной расхода алю" минатного раствора на выходе.преобразователя 11 и который передает по,лученную таким образом сумму в виде задания регулятору 5 расхода раствора; задатчик рН 13, формирующий ипередающий задания рН и рНрегулятором рН 9 и 8; корректор 14 задания, формирующий заданное значение55 рН по пропорциональному закону на основании показаний измерителя 15 химического состава раствора на выходе батареи декомпозиции. Система управления батареей карбониэаторов может быть построена на базе выпускаемых типовых приборов и регуляторов, Измерения рН на выходе батареи можно производить датчиками типа ДПГ со стеклянными электродами в комплекте с преобразователями типа П,В качестве .регуляторов 7 и 5 расходов газа и раствора могут быть использованы регулирующие устройства типа РП 2-УЗ. Регуляторы рН 8 и 9, построенные в виде цифровых корректирующих устройств, а также сумматоры, преобра-зователь 11, задатчик 13 и корректор 14 задания целесообразно реализовать в виде программных блоков в УВМ, В качестве измерителя 15 химического состава раствора, обеспечивающего периодический замер содержания оксида алюминия в растворе на выходе декомпозиции, может быть использован блок автоматического титрования БАТ. Цель в предлагаемом способе управления достигается эа счет того, что, используя измерения рН в жидкой фазе суспензии на выходе батареи карбониэаторов и регулируя рН изменением рас- хода печного газа в последний карбониэатор, дополнительно измеряют концентрацию оксида алюминия в жидкой фазе суспензии, образующейся после батареи декомпозеров, и регулируют величину рН дополнительным воздействием на расход алюминатного раствора в батарею карбонизаторов независимо от воздействия на расход печного газа в последний,карбонизатор, при этом расход раствора изменяют пропорционально величине отклонения чэмеренного значения рН от значения: заданное значение рН прирегулировании рН расходомалюминатного раствора;заданное значение рН, соответствующее середине заданного технологическимрегламентом допустимого диапазона;изменения рН;максимальная погрешностьсистемы регулирования, 1418291а расхоц печного газа изменяют пропорционально отклонению измеренного рН от значениярН,=рН, -- + 3, (2)Ьгде рН - заданное значение рН прирегулировании рН расходомгаза, причем величину заданного значения рН корректируют пропорциональноотклонению измеренного значения концентрации оксидаалюминия от соответствующего ему заданного значенияВ результате дополнительного воздействия на поток алюминатного раствора при недостаточном ресурсе печного газа, появляется возможность выдержать задаваемый технологией и оцениваемый величиной рН диапазон изменения концентраций каустической соды на выходе карбонизации. Изменения времени пребывания материала в батарее декомпозеров, возникающие из-за регулирования потока алюминатного раствора, предложено компенсировать коррекцией (сдвигом) заданного допустимого диапазона изменения рН, дополнив для этого управление регулярными измерениями концентрации оксида алюминия в растворе на выходе батареи декомпозиции и смещая середину (рН ) заданного допустимого диапазоЭЭ 4 на пропорционально величине (Сд-С )рН =рН+К(Сд-С ), (3)нгде рН - значение рН, оценивающееконцентрацию каустической, соды на выходе батареи карбониэации при номинальномрежиме процесса декомпозир ИцииСА , С - соответственно, заданное и.измеренное значения оксидаалюминия в растворе на выходе батареи декомпозиции;К - коэффициент пропорциональности (выбирается экспериментально в процессе настройки блока пропорциональности),Границы заданного диапазона регу 1 алирования рН, рН р и рНр устанавливают исходя иэ требований технологического регламента к концентрации карбонизированного раствора с учетом мак 20 25 ЗО рН + - =1 О 45 а рН -- =10 85 Мак 6 Ь2 Р2симально допустимая погрешность стабилизации рН составляет - 0,1 ед,рН.Следовательно, задания системам регу" .лирования рН равны соответственно 35рН =10,75, рН=10,55, На практике 40 45 50 55(4) 5 10 15 симально возможной погрешности регулирования 8, Нижняя граница допустимого технологическим регламентом диапаэона рН -- установлена исходя из2требований к чистотеобразующегося твердого гидроксида алюминия, Превышение верхней границы диапазона рН +эЬ+ - приводит к значительным потерям2глинозема. Учет величины 3 при назначении заданных границ диапазона регулирования рН гарантирует от нарушения регламентированных границ диапа"А 6зона (рН + - рН - -) в процессе ре 2 Р э 2 гулирования,Если, например, диапазон допустимых границ изменения концентраций каустической соды на выходе батареи карбониэации установлен в пределах 3-7 г/л (ширина диапазона задана с учетом погрешности измерения концентраций), то соответствующие допустимому диапазону концентраций пределы изменения рН на выходе батареи составляют 10 45-1 Ог 85 единиц рН, т,е. погрешность регулирования рН не превышает 0,05-0,07 ед,Назначение двух разных заданий (рН 1, рН ) при регулировании рН изменением расхода алюминатного раствора и печного газа обеспечивает в условиях ограниченного ресурса газа максимально возможную производительность по перерабатываемому алюминатному раствору и тем самым способствует увеличению выпуска глинозема. Пусть, например, управляющие воздействия формируют цифровые ПИ регуляторы величины рН, задающие величины материальных потоков, соответственно, локальной системе регулирования расхода алюминатного раствора - Цд или расхода печного газа Я Д ц рд:, 1 рн -рн 7 + 3+к,с рн Я -рн,)1гдеь - периоды дискретного формирования регулирующеговоздействия;К , Ки - параметры настройки реК , Ки, гуляторов,Йаксимально возможная производительность достигается следующим обйразом. Если рНсрНрН, то переход1к заданию рН реализуется увеличением расхода раствора. Происходящее засчет увеличения расхода раствора смещение рН к верхней границе диапазона(к рН) приводит к увеличению рассогласования (рН-рНз) для регуляторарасхода газа, который компенсируетэто рассогласование увеличением расхода печного газа. Так будет продолжаться до тех пор, пока не будет исчерпан весь ресурс по печному газу.При этом достигается верхняя границадиапазона " рН и устанавливаетсямаксимально возможная при данном ресурсе печного газа производительностьобеспечивающая поддержайие верхнейграницы диапазона рН;Возможен вариант, при котором максимальная производительность батареиограничена, например, условиями сог, -ласования со смежными переделами. Вэтом случае в процессе регулированиярН расход раствора достигает установ-ленного ограничения раньше, чем оказывается исчерпанным ресурс по печному газу. Тогда система, регулирующая рН изменением расхода газа,обеспечивает достижение нижней гра-ницы диапазона рН.Если имеет место условие рНрН ,то при полностью исчерпанном ресурФсе по газу достижение задания рНобеспечивается снижением расхода раствора вплоть до установления максимально возможной в этих условиях производительности по раствору. Еслиже при условии рНрН ресурс газаполностью не исчерпан, то оба цифровых регулятора будут стремиться сместить рН к допустимому диапазону регулирования: один за счет сниженияпроизводительности по апюминатномураствору, другой за счет увеличениярасхода газа в карбойизатор, причемпосле попадания в допустимый диапазон4рНрНрН повторяется описанная ситуация, при которой расход раствора увеличивается вплоть до полного исчерпания ресурса по газу или достигается заданное условиями согласования5потоков ограничение производительности.гВ .случае, когда рНрН, оба регулятора стремятся сместить рН в допустимый диапазон, один - увеличениемрасхода раствора, другой - снижениемрасхода газа. После попадания рН вРдопустимый диапазон рНрН рН описанная ранее ситуация повторяется.Устойчивость объекта при одновременном регулировании рН по двум каналам управления обеспечена существенноразной динамикой объекта по каналамрасхода алюминатного раствора и газа20 и, в связи с этим, возможностью час-,тотной развязки регулирования по каждому из каналов за счет выбора существенно разных периодов дискретногоуправления: 7 л26 Таким образом, в предложенном способе достигается заданное качествоуправления за счет использования новых приемов: дополнительное измерениеконцентрации оксида алюминия в жидкойЗо фазе суспензии; коррекция заданногозначения рН пропорционально отклонению измеренного значения концентрации,оксида алюминия от соответствующегозадания; коррекция расхода алюминатного раствора и печного газа в зави-.симости от отклонения измеренного рНот значений рН, формируемых с учетомзадания по рН, допустимого диапазона изменения рН и максимальной по 4 О грешности регулирования рН,Система управления работает .следующим образом. От измерителей 6 сигналы, пропорциональные расходам газа, поступают в сумматор 10, Сигнал с выхода сумматора 10, пропорциональнф суммарному расходу газа в батарею.Я,; (Я; - расход углекислого газа в-й карбонизатор, ц - количество карбонизаторов)У поступает в преобразователь 11, гденормируется обратно пропорционально стехиометрическому коэффициентуреакции нейтрализации каустической соды углекислым газом и заданному перепаду между концентрациями каустической содыИ во входном и выходном потоках раствора батареи карбониза- ции. расходу алюминатного раствора в стас отическом режиме Я: Ц,д =К Е Ц,г /А 1(К - коэффициент пропорциональности),передается в блок 12 суммирования,в котором формируется задание регулятору 5 расхода раствора. На второйвход блока 12 приходит выходной сигнал цифрового регулятора 9, пропорциональный управляющему воздействию,формируемому по отклонению измеренного датчиком значения рН от заданного значения рНэ, Суммарный сигналс выхода блока 12 передается в качестве задания в регулятор 5 расходаалюминатного раствора 5,Одновременно, измеренное значениерН передается от измерителя 3 в цифровой регулятор 8, который по отклонению рН от заданного значения рН 25формирует задание локальному регулятору 7 расхода газа.Заданные значения рН, рН, передаваемые в цифровые регуляторы 9 и8, формируются следующим образом,Из блока 15 измерения концентрации, установленного на выходе процесса декомпозиции,.сигнал, пропорциональный величине концентрации окисида алюминия в содовом растворе Споступает в корректор 14 задания,где сравнивается с заданным значением концентрации оксида алюминия АА.Корректор 14 по разности концени 3трации С и С Формирует сигнал,40пропорциональный величине рН, соответствующей .середине заданного диапазона измерения рН, и передаетего на вход задатчика 13, где этотсигнал используется для формированиязаданных значений рН и рН . Сигна"лы, пропорциональные этим значениям,передаются из блока 13 в регуляторырН 9 и 8,нП р и м е р, Пусть рН=10,65; Ь =50=0,4 о =0,1 ед, рН; К=0,1. Пусть также Сд=С =4 г/л, Ресурс по газу в последнем карбонизаторе исчерпан и расход алюминатного раствора в батареюустановился на заданном уровне Ц,ди " нПри этих .условиях рН=рН+КО=рНИ; в соответствии с формулами 11),(2) формируются задания для двух регуляторов рН: рН=10,75; рН =10,55,Засчет тога, что ресурс по газув последний карбонизатор исчерпан,система управления стремится поддержать задание рН изменением расходаалюминатного раствора. Например, устанавливается рН=10,72 ед.рН,Пусть время пребывания в батареедекомпозиции изменилось, например,из-эа регулирования расхода растворана предыдущих тактах управления илииз-за изменения уровней в декомпозерах, По этой причине изменилась (увеличилась) концентрация оксида алюминия на выходе декомпозиции Сд==4,5 г/л.В соответствии с предлагаемым способом корректируются задания цифровым регуляторам (4), (5): рНз=10,60 еРН 3=10 ф 70 РН =10 50йУменьшение задания рН на 0,05 ед.рН привело бы при наличии ресурсагаза к увеличению газового потока впоследний карбонизатор. В данной ситуации изменение задания рНз не можетповлиять на величину газового потока, так как расчетная величина расхода газа Ц г при уменьшении заданиягрН еще увеличится и фактический расход газа останется прежним (максимальным).1Уменьшение задания рН приводит куменьшению расчетного по А (фиг.4)и, соответственно, фактического значений потока раствора, Уменьшениерасхода раствора соответствует увели"чению времени пребывания раствора,вбатарее декомпозиции, что,приводит кснижению концентрации оксида алюмиКния Сд. Величина, на которую уменьшается поток раствора после завершения переходного процесса в объекте,зависит от суммарного количества печного газа, подаваемого в батарею карбонизации, исходной и заданной концентрации каустической соды в перерабатываемом растворе, а также от рядадругих неконтролируемых факторов,характеризующих свойства объекта,Поэтому качество поддержания задан 3ной концентрации оксида алюминия Сдзависит от правильности выбора параметра настройки регулятора (3) - величины коэффициента К,Рассмотрим случай, когда концентрация оксида алюминия на выходе декомпозиции не увеличилась, а уменьишилась и сталя С=3,5 г/л,1418291 9В этом случае новые задания циФровым регуляторам (4), (5) следующие:рН 10,7; рН=10,8; рН 1=10,б,Увеличение задания рНна 0,05 ед.рН при наличии ресурса по газу приводит к снижению расчетного значениярасхода газа Ц г (5). Однако, в рассматриваемой ситуации, когда текущеезначение рН 10,72, т.е. на 0,12 ед.превышает задание, расчетное значение Яможет оказаться нереализуегмым из-за того, что все равно превышает максимально, возможный расходгаза. Если же расчетное значение расхода газа ниже максимально возможного и Фактический поток газа снижается, то в процессе отработки новогозадания рН регулятором 4 (т,е, приувеличении задаваемого потока раствора ЦА ) поток газа снова станетзмаксимальным.Поскольку поток раствора в бата- фрею при увеличении задания рНЗ должен увеличиться (4), время пребывания раствора в батарее декомпозициисократится, что приведет к увеличению концентрации С" на выходе батаАреи декомпозиции.Способ и система управления раэ- ЭОложением алюминатного раствора позволяют увеличить выпуск продукции иснизить потери глинозема эа счетобеспечения максимально возможнойпроизводительности батареи карбонизации при недостатке печного газа иувеличения точности поддержания заданной концентрации оксида алюминияна выходе батареи декомпозиции. Засчет внедрения изобретения. выпуск 4 Оглинозема может быть увеличен на0,05 ,а Д рН =рН +В 3 2 ф2, Система управления разложениемалюминатного раствора, содержащая регулятор расхода алюминатного раство Ра, регуляторы и измерители расходапечного газа в карбонизаторы, сумматор сигналов от измерителей расхода печного газа, соединенный с преобразователем, и измеритель рН, установленный на выходе последнего карбонизатора и соединенный с регулятором печного газа в последний карбониэатор через регулятор рН, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что, с целью увеличения выпуска продукции и снижения потерь глинозема, она снабжена измерителем химического состава раствора на выходе батареи декомпозиции, блоком суммирования, включенным между Формула изобретения 1. Способ управления разложени,ем алюминатного раствора преимущественно в последовательно соединенных батареях карбонизаторов и декомпозеров с системой регулирования, включающий измерение рН в жидкой фазе суспензии на выходе батареи карбонизаторов и регулирование рН изменением расхода печного газа в последний карбонизатор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увьчичения выпуска продукции и снижения потерь глинозема, дополнительно измеряют концентрацию оксида алюминия в жидкой Фазе суспенэии, образующейся после батареи декомпозеров, и регулируют величину рН дополнительным воздействием на расход алюминатного раствора в батареях карбониэаторов независимо от воздействия на расход печного газа в последний карбонизатор, при этом расход раствора изменяют пропорционально величине отклонения измеренного значения рН от значения1 ЬрН =рН + - -82 фгде рН - заданное значение рН при3регулировании рН расходомалюминатного раствора;рН - заданное значение рН, со 3ответствующее середине заданного технологическим регламентом допустимого диапазона;Д - изменения рН;У - максимальная погрешностьсистемы регулирования, а расход печного газа изменяют пропорционально отклонению измеренного рН от значения где рН - заданное значение рН при3регулировании рН расходомпечного газа, причем величину заданного значения рНкорректируют пропорционально отклонению измеренногозначения концентрации оксида алюминия от соответствую"щего, заданного значения.1418291 12 Составитель А.АбросимовТехред Л. Олийнык Редактор А.шандор Заказ 4120/25 Тираж,446 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 преобразователем и регулятором рас- . хода алдминатного раствора, и вторым регулятором рН, вход которого соеди-. нен с измерителем рН а выход - с втоВ5 рым входом блока суммирования, причем оба регулятора рН соединены с задатчиком рН, вход которого соединен свыходом корректора задания, вход которого соединен с измерителем химического состава раствора,Корректор В.ГирнякПодписное