CN105417512B - 湿法磷酸自动化生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种湿法磷酸自动化生产系统，包括矿浆槽，矿浆槽上方设有进料装置和供水装置，矿浆槽通过矿浆输送装置与萃取槽连接，萃取槽上设有硫酸输送装置，在进料装置设有称重装置，在供水装置设有供水流量计，在矿浆输送装置设有矿浆流量计，在硫酸输送装置设有第一稀硫酸流量计；称重装置、供水流量计、矿浆流量计和第一稀硫酸流量计与控制系统连接。通过将整个自动控制部分前移，即从球磨机出来的矿粉处即开始实现自动化配料，从而使矿浆的CaO及杂质含量基本保持恒定。因此仅需采用离线检测即可实现物料即矿粉、水和硫酸的准确配比。

Description

湿法磷酸自动化生产系统

技术领域

本发明涉及磷酸生产领域，特别是一种湿法磷酸自动化生产系统。

背景技术

磷酸作为一种重要化工原料，在我国化工行业有着举足轻重的地位。工业用磷酸通常使用硫酸萃取磷矿石的方法来获取，并生成副产品硫酸钙(俗称磷石膏)。二水硫酸钙具备结晶颗粒粗大、便于过滤分离的优点，所以磷酸生产企业一般采用二水湿法磷酸萃取工艺。

现有技术中大型磷酸生产系统生产时，受技术限制，缺少自动化的监控设施，往往都是人与人之间传递指令并执行这些指令，不仅劳动强度大且信息发现、反馈和执行往往滞后，工艺调整困难，产品质量不稳定，产量波动大。

尤其是现有的磷酸生产系统，在生产过程中配料不准确，当磷矿石与硫酸配比的不准确，造成输出矿浆的余硫酸含量指标在大范围内波动，从而影响磷石膏结晶与过滤的效果，也会影响成品磷酸的质量和造成环境污染。

中国专利文献CN104310367A公开了一种用于二水湿法磷酸萃取工艺的硫酸流量控制方法，记载了通过检测矿浆的CaO质量浓度，将CaO质量浓度折算为CaO所需的硫酸消耗量；并将杂质含量经过复杂运算获取硫酸消耗量；将上述的消耗量累加获得硫酸总消耗量；然后实现矿浆与硫酸的准确配比。由此方法，使硫酸消耗量与矿浆量相适应，以提高磷酸质量，减少环境污染。但是，该方案较为复杂，需要在线检测输入矿浆的 CaO 质量浓度，否则随着矿浆配比的变化，矿浆的 CaO 质量浓度相应变化，则难以实现准确配比。而在线检测输入矿浆的 CaO 质量浓度在工业应用中是难以实现的。而且采用阀门开度控制进行物料精确配比，控制难度也较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种湿法磷酸自动化生产系统，能够实现矿浆与硫酸的精确配比，提高生产的稳定性，提高成品质量，减少硫酸消耗和降低环境污染，并适于工业化生产。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种湿法磷酸自动化生产系统，包括矿浆槽，矿浆槽上方设有进料装置和供水装置，矿浆槽通过矿浆输送装置与萃取槽连接，萃取槽上设有硫酸输送装置，在进料装置设有称重装置，在供水装置设有供水流量计，在矿浆输送装置设有矿浆流量计，在硫酸输送装置设有第一稀硫酸流量计；

称重装置、供水流量计、矿浆流量计和第一稀硫酸流量计与控制系统连接。

在供水装置还设有供水水泵，供水水泵与供水变频电机连接，供水变频电机与控制系统连接。

矿浆输送装置还设有矿浆泵，矿浆泵与矿浆变频电机连接，矿浆变频电机与控制系统连接。

硫酸输送装置还设有第一稀硫酸泵，第一稀硫酸泵与第一稀硫酸变频电机连接，第一稀硫酸变频电机与控制系统连接。

所述的硫酸输送装置中，稀硫酸储罐通过第二稀硫酸泵和第二稀硫酸流量计与混合器连接，第二稀硫酸泵与第二稀硫酸变频电机连接；

还设有浓硫酸管路，浓硫酸管路与混合器连接，浓硫酸管路上设有浓硫酸泵和浓硫酸流量计，浓硫酸泵与浓硫酸变频电机连接；

还设有配水管路，配水管路与混合器连接，配水管路上设有配水泵和配水流量计，配水泵与配水变频电机连接；

混合器与中储罐连接，中储罐通过第一稀硫酸泵和第一稀硫酸流量计与萃取槽连接；

第一稀硫酸流量计、第二稀硫酸流量计、浓硫酸流量计、配水流量计、第一稀硫酸变频电机、第二稀硫酸变频电机、浓硫酸变频电机和配水变频电机均与控制系统连接。

所述的进料装置为皮带输送机，皮带输送机上设有皮带秤。

所述的进料装置为皮带输送机，皮带输送机的出料端设有料斗，料斗内设有分料器，在分料器下方设有至少两个称重料斗，称重料斗分别支承在称重传感器上，在称重料斗上设有倾斜布置的闸板，闸板通过传动机构与闸板电机连接；

称重传感器和闸板电机与控制系统连接。

所述的分料器为置于料斗之内由驱动装置驱动往复旋转的柱形元件，柱形元件的外壁与料斗的内壁形成密封，柱形元件内沿径向设有第一隔板和第二隔板，第一隔板和第二隔板将柱形元件的内腔分成通过部和隔离部，第一隔板和第二隔板之间的隔板夹角在91°~170°区间的范围为隔离部，其余部分为通过部。

在称重料斗的侧壁设有脉冲喷气装置，脉冲喷气装置与空压机连接，脉冲喷气装置上设有电磁阀，电磁阀与控制系统连接。

矿浆槽底部通过管路与高压气输送装置连接。

本发明提供的一种湿法磷酸自动化生产系统，通过将整个自动控制部分前移，即从球磨机出来的矿粉处即开始实现自动化配料，从而使矿浆的CaO及杂质含量基本保持恒定。因此仅需采用离线检测即可实现物料即矿粉、水和硫酸的准确配比。其中离线检测可以仅检测同批次磷矿的CaO及杂质含量数据即可。在现有技术提高生产的稳定性，提高成品质量，减少硫酸消耗和降低环境污染的基础上，并简化了控制方式，适于较大规模的磷酸工业自动化生产。优选的方案中，通过采用双称重料斗的结构，进一步提高了矿粉进料数据的精确度，从而通过降低误差来实现矿浆与硫酸的精确配比。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中硫酸输送装置的结构示意图。

图3为本发明优选方案的结构示意图。

图4为本发明另一优选方案的结构示意图。

图5为本发明中优选的进料装置的结构示意图。

图中：进料装置1，皮带秤101，料斗102，分料器103，第一隔板1031，第二隔板1032，隔板夹角a，第一称重料斗104，第二称重料斗105，称重传感器106，脉冲喷气装置107，溜筒108，齿轮109，减速器110，闸板电机111，闸板112，供水装置2，供水流量计201，供水水泵202，供水变频电机203，供水电磁阀204，供水高位水槽205，搅拌叶3，矿浆槽4，矿浆输送装置5，矿浆泵501，矿浆变频电机502，矿浆流量计503，萃取槽6，磷酸出口601，矿渣出口602，硫酸输送装置7，第一稀硫酸流量计701，第一稀硫酸泵702，第一稀硫酸变频电机703，稀硫酸储罐704，第二稀硫酸流量计705，浓硫酸流量计706，配水流量计707，第二稀硫酸泵708，第二稀硫酸变频电机709，浓硫酸泵710，浓硫酸变频电机711，配水泵712，配水变频电机713，混合器714，中储罐715，高压气输送装置8。

具体实施方式

如图1、3、4中，一种湿法磷酸自动化生产系统，包括矿浆槽4，矿浆槽4上方设有进料装置1和供水装置2，矿浆槽4通过矿浆输送装置5与萃取槽6连接，萃取槽6上设有硫酸输送装置7，在进料装置1设有称重装置，在供水装置2设有供水流量计201，在矿浆输送装置5设有矿浆流量计503，在硫酸输送装置7设有第一稀硫酸流量计701；

称重装置、供水流量计201、矿浆流量计503和第一稀硫酸流量计701与控制系统连接。本例中的控制系统优选采用DCS控制系统，即分布式控制系统，一个功能模块，例如进料装置的控制部分由一个PLC或工控机完成，并作为一个网络节点，然后多个功能模块之间通过有线或无线网络的集成到一起，并由位于操作室内的控制台完成全部的控制操作。或者部分距离较远或不易布线的传感器采用自组网传感器，将数据传输至较近的PLC或工控机,然后再通过网络集成。

控制系统的控制方案有两种，其一是在控制系统的PLC中设置进料装置1矿粉的重量、设置水流量、矿浆流量和稀硫酸流量，根据称重装置和各个流量计的反馈实现自动控制。本方案将自动控制前移，确保矿浆的稳定性，从而实现物料之间的准确配比。但是该方案对于系统误差的容错性较弱，即当系统中，例如，用于供料的泵发生较大波动，则可能造成配料的不准确。

其二是以矿粉的重量作为基础参数，其余水流量、矿浆流量和稀硫酸流量以矿粉的重量乘以设定的配比作为随动参数，即根据矿粉的重量的作为基准，进一步提高了配料的精度。具体的步骤为，根据矿粉重量，添加水，当水的添加量发生较大波动，根据波动后的数据修正矿浆的输送流量，并根据矿浆流量修正稀硫酸的流量，由此方案提高了自动控制系统的容错能力。本例中采用该控制方案。

当进料装置1在单位时间内输入为700公斤矿粉，则水的输送量则随动设定为300公斤，此处将流量转换为重量，混合后的矿浆输入为650公斤，相应的稀硫酸输入为350公斤。当水的输送量发生波动，则矿浆被稀释，此时相应降低稀硫酸的输入量。具体计算方式参见中国专利文献CN104310367A中的公式一，为现有技术的记载，此处不再赘述。

要实现准确的配比，在矿浆槽4内的充分混合也较为重要，如图1中，在矿浆槽4内设有搅拌叶3，通过搅拌叶3的旋转实现矿粉与水的均匀混合。

优选的方案如图3、4中，矿浆槽4底部通过管路与高压气输送装置8连接。本例中采用1.2兆帕的空压机给矿浆槽4供气，通过气泡的上浮和破裂，实现矿浆的充分混合，该搅拌方式的矿浆均匀程度优于搅拌叶的方案，且相对能耗较低。也可以与搅拌叶3同时使用。

优选的方案如图1、3中，在供水装置还设有供水水泵202，供水水泵202与供水变频电机203连接，供水变频电机203与控制系统连接。通过控制系统调节供水变频电机203的转速，从而实现精确的供水量控制。该方案适于较大规模的生产工况。

或者如图4中，供水装置为供水高位水槽205，供水高位水槽205通过管路与矿浆槽4连接，在管路上设有供水流量计201和供水电磁阀204。通过供水电磁阀204的通断调节进水量，该方案适于较小规模的生产工况，通断调节进水量的短期精度与开度调节方式相比较低。控制难度也相对较低。或者在供水高位水槽205的底部设置称重传感器，取消供水流量计201，避免波动对供水流量计201的影响。

如图1中，矿浆输送装置5还设有矿浆泵501，矿浆泵501与矿浆变频电机502连接，矿浆变频电机502与控制系统连接。由控制系统根据计算得到的参数控制矿浆变频电机502的转速，从而控制矿浆的流量。

如图1中，硫酸输送装置7还设有第一稀硫酸泵702，第一稀硫酸泵702与第一稀硫酸变频电机703连接，第一稀硫酸变频电机703与控制系统连接。由控制系统根据计算得到的参数控制第一稀硫酸泵702的转速，从而控制稀硫酸的流量。本例中采用质量浓度为35~70%的稀硫酸，以减少在萃取槽6中产生的热量。

优选的方案如图2中，所述的硫酸输送装置7中，稀硫酸储罐704通过第二稀硫酸泵708和第二稀硫酸流量计705与混合器714连接，第二稀硫酸泵708与第二稀硫酸变频电机709连接；

还设有浓硫酸管路，浓硫酸管路与混合器714连接，浓硫酸管路上设有浓硫酸泵710和浓硫酸流量计706，浓硫酸泵710与浓硫酸变频电机711连接；

还设有配水管路，配水管路与混合器714连接，配水管路上设有配水泵712和配水流量计707，配水泵712与配水变频电机713连接；

混合器714与中储罐715连接，中储罐715通过第一稀硫酸泵702和第一稀硫酸流量计701与萃取槽6连接；

第一稀硫酸流量计701、第二稀硫酸流量计705、浓硫酸流量计706、配水流量计707、第一稀硫酸变频电机703、第二稀硫酸变频电机709、浓硫酸变频电机711和配水变频电机713均与控制系统连接。由上述的结构，通过控制系统确保稀硫酸浓度保持稳定。并利于水和稀硫酸的循环利用。

所述的进料装置1为皮带输送机，皮带输送机上设有皮带秤101。通过皮带秤101实现矿粉进料量的连续称量。

优选的方案如图4、5中，所述的进料装置1为皮带输送机，皮带输送机的出料端设有料斗102，料斗102内设有分料器103，在分料器103下方设有至少两个称重料斗，如图5中的第一称重料斗104和第二称重料斗105，称重料斗分别支承在称重传感器106上，本例中，称重料斗下方采用三个称重传感器支承。在称重料斗上设有倾斜布置的闸板112，闸板112通过传动机构与闸板电机111连接；本例中的传动机构具体结构为：闸板电机111与减速器110连接，例如蜗轮蜗杆减速器，减速器110的输出轴与齿轮109连接，齿轮109与闸板112背面设置的齿条啮合连接。通过闸板电机111的转动，带动闸板112沿着滑槽滑动，从而调节闸板112的开度，实现矿粉进料量的连续、精确控制。

优选的闸板电机111采用伺服电机。

称重传感器106和闸板电机111与控制系统连接。由此结构，通过称重传感器106的反馈，控制系统控制闸板电机111的转角，从而实现进料的精确控制。

优选的方案如图5中，所述的分料器103为置于料斗102之内由驱动装置驱动往复旋转的柱形元件，柱形元件的外壁与料斗102的内壁形成密封，柱形元件内沿径向设有第一隔板1031和第二隔板1032，第一隔板1031和第二隔板1032将柱形元件的内腔分成通过部和隔离部，第一隔板1031和第二隔板1032之间的隔板夹角a在91°~170°区间的范围为隔离部，磷矿粉的料流不能从隔离部通过，但是可以从通过部通过。本中隔板夹角a优选120°，其余部分为通过部。采用该结构的工作转角较小，密封和耐用性能相较于普通翻板式的分料器更佳，尤其是料流在切换过程中，非常平顺，不会对称重料斗产生冲击。

优选的方案如图5中，在称重料斗的侧壁设有脉冲喷气装置107，脉冲喷气装置107与空压机连接，脉冲喷气装置107上设有电磁阀，电磁阀与控制系统连接。脉冲喷气装置107通过间歇性的往称重料斗内喷气，促进磷矿粉的物料从称重料斗内下落，避免起拱，也使进料顺畅。进一步优选的，在称重料斗的底部还设有柔性的溜筒108，以降低现场的粉尘。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种湿法磷酸自动化生产系统，包括矿浆槽（4），矿浆槽（4）上方设有进料装置（1）和供水装置（2）；其特征是：

所述的进料装置（1）为皮带输送机，皮带输送机的出料端设有料斗（102），料斗（102）内设有分料器（103），在分料器（103）下方设有至少两个称重料斗，称重料斗分别支承在称重传感器（106）上，在称重料斗上设有倾斜布置的闸板（112），闸板（112）通过传动机构与闸板电机（111）连接；

称重传感器（106）和闸板电机（111）与控制系统连接；

在称重料斗的侧壁设有脉冲喷气装置（107），脉冲喷气装置（107）与空压机连接，脉冲喷气装置（107）上设有电磁阀，电磁阀与控制系统连接；

所述的分料器（103）为置于料斗（102）之内由驱动装置驱动往复旋转的柱形元件，柱形元件的外壁与料斗（102）的内壁形成密封，柱形元件内沿径向设有第一隔板（1031）和第二隔板（1032），第一隔板（1031）和第二隔板（1032）将柱形元件的内腔分成通过部和隔离部，第一隔板（1031）和第二隔板（1032）之间的隔板夹角a在91°~170°区间的范围为隔离部，其余部分为通过部；

矿浆槽（4）通过矿浆输送装置（5）与萃取槽（6）连接，萃取槽（6）上设有硫酸输送装置（7），在供水装置（2）设有供水流量计（201），在矿浆输送装置（5）设有矿浆流量计（503），在硫酸输送装置（7）设有第一稀硫酸流量计（701）；

供水流量计（201）、矿浆流量计（503）和第一稀硫酸流量计（701）与控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种湿法磷酸自动化生产系统，其特征是：在供水装置还设有供水水泵（202），供水水泵（202）与供水变频电机（203）连接，供水变频电机（203）与控制系统连接。

3.根据权利要求1所述的一种湿法磷酸自动化生产系统，其特征是：矿浆输送装置（5）还设有矿浆泵（501），矿浆泵（501）与矿浆变频电机（502）连接，矿浆变频电机（502）与控制系统连接。

4.根据权利要求1所述的一种湿法磷酸自动化生产系统，其特征是：硫酸输送装置（7）还设有第一稀硫酸泵（702），第一稀硫酸泵（702）与第一稀硫酸变频电机（703）连接，第一稀硫酸变频电机（703）与控制系统连接。

5.根据权利要求4所述的一种湿法磷酸自动化生产系统，其特征是：所述的硫酸输送装置（7）中，稀硫酸储罐（704）通过第二稀硫酸泵（708）和第二稀硫酸流量计（705）与混合器（714）连接，第二稀硫酸泵（708）与第二稀硫酸变频电机（709）连接；

还设有浓硫酸管路，浓硫酸管路与混合器（714）连接，浓硫酸管路上设有浓硫酸泵（710）和浓硫酸流量计（706），浓硫酸泵（710）与浓硫酸变频电机（711）连接；

还设有配水管路，配水管路与混合器（714）连接，配水管路上设有配水泵（712）和配水流量计（707），配水泵（712）与配水变频电机（713）连接；

混合器（714）与中储罐（715）连接，中储罐（715）通过第一稀硫酸泵（702）和第一稀硫酸流量计（701）与萃取槽（6）连接；

第一稀硫酸流量计（701）、第二稀硫酸流量计（705）、浓硫酸流量计（706）、配水流量计（707）、第一稀硫酸变频电机（703）、第二稀硫酸变频电机（709）、浓硫酸变频电机（711）和配水变频电机（713）均与控制系统连接。

6.根据权利要求1所述的一种湿法磷酸自动化生产系统，其特征是：矿浆槽（4）底部通过管路与高压气输送装置（8）连接。