CN111362281A - 一种控制氯化钾结晶器加水量的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种控制氯化钾结晶器加水量的方法，包括，第一步骤S1，建立K+、Na+、Mg2+//Cl‑—H2O简单四元水盐体系相图，所述简单四元水盐体系相图包括垂向投影的含有溶解度曲线的干基图以及水平投影的含有饱和水线的水图；第二步骤S2，获取光卤石原矿和调和母液的组分，以相图点的形式显示在所述相图上；第三步骤S3，在所述相图上求取光卤石原矿和调和母液距离系统点的距离比，根据所述距离比，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。本发明对水盐体系的精确描述，能快速得到运算结果，简化运算过程，缩短了反馈时间，提高了生产效率；运算比较简单，可以采用简单的程序完成，对硬件的运算能力要求不高。

Description

一种控制氯化钾结晶器加水量的方法和系统
技术领域
本发明总体涉及化工领域，更具体地，涉及一种控制氯化钾结晶器加水量的方法和系统。
背景技术
利用光卤石为原料制取氯化钾的过程中，光卤石需经过加水分解结晶这一关键工序。光卤石分解后其中的氯化镁全部进入液相，少量氯化钠、氯化钾进入液相，其余氯化钾和氯化钠以固相形式存在。
由于在光卤石的分解结晶过程中，光卤石原料的组分是实时变化的，需要及时根据加入的光卤石的组分进行调整加水量。为了满足氯化镁尽可能完全溶解而氯化钾保持在固相的要求，现有光卤石分解水量的控制主要有两种方法，一是根据经验控制加水量，例如按照矿量加入量的40％左右加水；二是根据经验公式计算值控制加水量，例如根据光卤石组分的变化及上矿量，利用经验公式计算出分解水量后加入。这种依赖于经验或经验公式的方式使得光卤石分解结晶控制工艺粗糙，不能使加入的水量得到最优化，降低氯化钾收率。
为了对结晶器内光卤石的分解过程中各组分情况以及结晶器内的情况进行精确掌握，现有专利201911039586.1提供了一种水盐体系相图的绘制方法，包括：获取同一温度下水盐体系中各物质的基础溶解度数据；调用JavaScript脚本将所述基础溶解度数据转换为坐标点，逐个连接所述坐标点得到相应的干基图与水图，组成所述水盐体系的相图；导入实时数据，调用JavaScript脚本将所述实时数据转换为坐标点，自动在所述水盐体系的相图上实时标注。将同一温度下的溶解度数据自动标注并绘制成水盐体系的相图，大大减轻工作人员的工作量，而且实时数据能够实时自动标注在相图中，准确度高，如通过相图中坐标点的偏离程度可以实时反映车间生产状态，并指导生产。
用户根据上述现有技术虽然能够及时了解生产中各项数据变化和车间生产状态，指导生产，但由于水图中溶解度曲线为空间曲线，难以根据溶解度曲线获得加水的量，控制加水仍然依赖于经验，即逐步加水，使相图中的坐标点缓慢趋近于标准曲线。
如何能够提供一种方法，使得结晶器内的光卤石分解用的加水量，能够精确自动控制是亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种控制氯化钾结晶器加水量的方法，包括，第一步骤S1，建立K+、Na+、Mg2+//Cl-—H2O简单四元水盐体系相图，所述简单四元水盐体系相图包括垂向投影的含有溶解度曲线的干基图以及水平投影的含有饱和水线的水图；第二步骤S2，获取光卤石原矿和调和母液的组分，以相图点的形式显示在所述相图上；第三步骤S3，在所述相图上求取光卤石原矿和调和母液距离系统点的距离比，根据所述距离比，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
根据本发明的一个实施方式，所述第二步骤S2包括，获取光卤石原矿的组分转化为相图点显示在所述相图上，得到第一干基点和第一水图点，获取调和母液的组分转化为相图点显示在所述相图上，得到第二干基点和第二水图点。
根据本发明的一个实施方式，所述第三步骤S3包括，在干基图上延长溶解点与第一干基点的连线直至与溶解度曲线相交，得到固相点，将所述溶解点映射至水图上，得到第一映射点，将所述固相点映射至水图上，得到第二映射点，在所述水图上连接第一水图点和第二水图点，得到第一线，在所述水图上连接第一映射点和第二映射点，得到第二线，所述第一线和第二线的交点即为系统点；测量第一水图点与系统点的第一距离，测量第二水图点与系统点的第二距离，通过第一距离与第二距离的比例，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
根据本发明的一个实施方式，在所述水图上经过所述第一水图点做垂线；所述垂线与第二线相交得到淡水点；获取淡水点与第一水图点之间的距离，计算得到加水为纯淡水时的加水量。
根据本发明的一个实施方式，所述的方法，还包括利用下列公式，可求解出调和母液的体积流量：第一距离/第二距离＝(V调和母液X调和母液比重X调和母液干基量百分比)/(光卤石原矿的量X光卤石干基的百分比)。
根据本发明的另一个方面，提供了一种控制氯化钾结晶器加水量的系统，包括，第一装置1，用于建立K+、Na+、Mg2+//Cl-—H2O简单四元水盐体系相图，所述简单四元水盐体系相图包括垂向投影的含有溶解度曲线的干基图以及水平投影的含有饱和水线的水图；第二装置2，用于获取光卤石原矿和调和母液的组分，以相图点的形式显示在所述相图上；第三装置3，用于在所述相图上求取光卤石原矿和调和母液距离系统点的距离比，根据所述距离比，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
根据本发明的一个实施方式，所述第三装置3包括固相点模块31、系统点模块32、计算模块33，所述固相点模块31用于在干基图上延长溶解点与第一干基点的连线直至与溶解度曲线相交，得到固相点；所述系统点模块32用于将所述溶解点映射至水图上，得到第一映射点，将所述固相点映射至水图上，得到第二映射点，在所述水图上连接第一水图点和第二水图点，得到第一线，在所述水图上连接第一映射点和第二映射点，得到第二线，所述第一线和第二线的交点即为系统点；所述计算模块33用于测量第一水图点与系统点的第一距离，测量第二水图点与系统点的第二距离，通过第一距离与第二距离的比例，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
根据本发明的一个实施方式，所述的系统，还包括第四装置4，所述第四装置4用于在所述水图上经过所述第一水图点做垂线；所述垂线与第二线相交得到淡水点，获取淡水点与第一水图点之间的距离，计算得到加水为纯淡水时的加水量。
根据本发明的一个实施方式，所述系统为PLC控制系统。
本发明根据实时采集的数据分析和建立的结晶器加水数学模型，及时调节结晶器其他各项工艺参数，从而达到保持结晶器内比重相对恒定的要求。
本发明利用了简单四元水盐体系相图对水盐体系的精确描述，并且采用了光卤石原矿和调和母液的相对比例进行运算，不仅能够精确的得到加水量，还能快速得到运算结果，简化运算过程，缩短了反馈时间，提高了生产效率。
由于采用了本发明的这种相图投影，且只需运算光卤石原矿与调和母液在相图投影上的坐标点距离系统点距离的比例，所以运算比较简单，可以采用简单的程序完成，对硬件的运算能力要求不高。
附图说明
图1是一种控制氯化钾结晶器加水量的方法的步骤示意图；
图2是带有光卤石原矿和调和母液相图点的相图示意图；
图3是用于求取调和母液加入量的相图示意图；
图4是一种控制氯化钾结晶器加水量的系统的示意图；
图5是第三装置的示意图；以及
图6是包含第四装置的系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，参考标号是指本发明中的组件、技术，以便本发明的优点和特征在适合的环境下实现能更易于被理解。下面的描述是对本发明权利要求的具体化，并且与权利要求相关的其它没有明确说明的具体实现也属于权利要求的范围。
图1示出了一种控制氯化钾结晶器加水量的方法的步骤示意图。
如图1所示，一种控制氯化钾结晶器加水量的方法，包括，第一步骤S1，建立K+、Na+、Mg2+//Cl-—H2O简单四元水盐体系相图，所述简单四元水盐体系相图包括垂向投影的含有溶解度曲线的干基图以及水平投影的含有饱和水线的水图；第二步骤S2，获取光卤石原矿和调和母液的组分，以相图点的形式显示在所述相图上；第三步骤S3，在所述相图上求取光卤石原矿和调和母液距离系统点的距离比，根据所述距离比，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
在利用光卤石制备氯化钾的过程中，通常采用调和母液作为结晶器中溶解光卤石的液体，所以，本实施方式中采用的是计算调和母液的加水量。所述调和母液是指在利用光卤石制备氯化钾过程中产生的含有少量氯化钾、氯化镁、氯化钠等成分的溶液，重复利用可以回收氯化钾。
四元简单体系的等温相图通常可以用三棱柱表示，本发明中，取其垂直和水平的投影图即干基图和水图。其中，干基图中的溶解度曲线是三角形，水图中的饱和水线是多折弯的曲线。
由于简单四元水盐体系的原有三棱柱相图中，饱和水线呈立体走向，当采用此类相图做定性判断时，方便快捷，非常直观，可以对生产做出一定的指导，例如背景技术中的专利201911039586.1中所述。但是在做定量分析计算时，由于饱和水线的空间取向不易确定，各取样点与系统点的连线长度只能采用具备较大运算能力的计算机辅助才能较为准确的获得绝对数值。
所述系统点是指在水图上的，光卤石原矿的相图点与调和母液的相图点的连线，与液相点和固相点的连线，二者之间的交叉点。
所述光卤石原矿的组分以及调和母液的组分转换成为相图点的过程可以采用背景技术中的专利所采取的方法，还可以采用将光卤石原矿的组分与简单四元水盐体系相图投影的坐标点的关系设置为程序编码，封装进执行模块中，直接调用执行模块进行换算。
本发明中，一个确定的温度对应着一组简单四元水盐体系相图，同时对应着一组封装模块，可以预先建立相图库和封装模块库，在某个确定的温度条件下，调用对应的相图和封装模块进行运算。
第三步骤S3中所述距离比是指在水图上呈现的光卤石原矿和调和母液与系统点连线的长度，二者与系统点的连线长度并非绝对长度，而是在相图水平方向上的投影长度，直接利用这投影长度的绝对值换算的加水量与实际需求有较大差距，但二者的距离比不变。因此，本发明无需跟踪上述各连线的空间走向，直接以相对比例的方式进行换算，可以大幅度的减少运算，降低对硬件的需求，加快运算速度。
本发明利用了简单四元水盐体系相图对水盐体系的精确描述，并且采用了光卤石原矿和调和母液的相对比例进行运算，不仅能够精确的得到加水量，还能快速得到运算结果，简化运算过程，缩短了反馈时间，提高了生产效率。
图2示出了带有光卤石原矿和调和母液相图点的相图示意图。
如图2所示，所述第二步骤S2包括，获取光卤石原矿的组分转化为相图点显示在所述相图上，得到第一干基点和第一水图点，获取调和母液的组分转化为相图点显示在所述相图上，得到第二干基点和第二水图点。
在这个过程中，首先获取光卤石原矿的组分和调和母液的组分，表1示出了预先获得的光卤石原矿和调和母液的组分。
表1.
名称 KCl NaCl MgCl<sub>2</sub> CaSO<sub>4</sub> 含水量 比重 小时流量
光卤石原矿 15.51 28.36 23.00 0.13 33.00 320t/h
调和母液 6.09 5.80 11.86 0.06 76.19 1.207 160m<sup>3</sup>/h
根据表1中的数据经过运算，转换为相图投影中的坐标点，并在干基图和水图中分别标记出来。运算的方法在背景技术的专利中已有记载，也可以使用现有的或将来发明的其他运算方式进行处理，本发明不予赘述。
在图2中现将原矿和调和母液的坐标点标记出来，原矿为M(M’)，调和母液为L(L’)，E点为溶解点，干基图上A、B、C三点分别是氯化镁、氯化钾、氯化钠，Car点为纯光卤石点，Car线表示含钠光卤石线，一般光卤石原矿点位于Car线附近。
图3示出了用于求取调和母液加入量的相图示意图。
如图3所示，所述第三步骤S3包括，在干基图上延长溶解点与第一干基点的连线直至与溶解度曲线相交，得到固相点，将所述溶解点映射至水图上，得到第一映射点，将所述固相点映射至水图上，得到第二映射点，在所述水图上连接第一水图点和第二水图点，得到第一线，在所述水图上连接第一映射点和第二映射点，得到第二线，所述第一线和第二线的交点即为系统点；测量第一水图点与系统点的第一距离，测量第二水图点与系统点的第二距离，通过第一距离与第二距离的比例，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
在干基图上，E点为溶解点，连接EM并延长交BC线于H点，H点为固相点。
E点映射于水图上的E’即为第一映射点；H点映射于水图上的H’即为第二映射点。
所述映射是指在水图上找到与干基图上相应的点。
在水图上连接E’H’得到第二线，与连接M’L’得到第一线，两条线交于M1点即为系统点。
则M’M1/M1L’＝V调和母液*调和母液比重*(1-调和母液含水量)/光卤石原矿流量*(1-光卤石原矿含水量)，即可解出V调和母液，获得调和母液应加入的体积。
例如，在图2中，测得M’M1＝55.54，M1L’＝216.43，根据表1中各数据代入上述算式，V调和母液体积＝191.45m3。
本发明中，可以将上述运算分别或统一封装到带有特定程序的硬件设备中，自动完成数据的换算。
本发明只需完成M’M1与M1L’的长度比，即可换算出加水量，减少了对相图中曲线的空间取向的依赖，减少了运算量，提高了处理速度。
如图3所示，所述的方法还包括，在所述水图上经过所述第一水图点做垂线；所述垂线与第二线相交得到淡水点；获取淡水点与第一水图点之间的距离，计算得到加水为纯淡水时的加水量。
当采用纯淡水用于分解光卤石原矿时，也可以根据本发明做出较为精确且快速的运算。例如，图3中，过M’做垂线与E’H’的交于点M2，则纯淡水分解的加水量为
Q＝光卤石原矿流量*(1-光卤石原矿含水量)/100*M’M2
根据本发明的一个实施方式，所述的方法，还包括利用下列公式，可求解出调和母液的体积流量：第一距离/第二距离＝(V调和母液X调和母液比重X调和母液干基量百分比)/(光卤石原矿的量X光卤石干基的百分比)。
由于采用了本发明的这种相图投影，且只需运算光卤石原矿与调和母液在相图投影上的坐标点距离系统点距离的比例，所以运算比较简单，可以采用简单的程序完成，对硬件的运算能力要求不高。
图4示出了一种控制氯化钾结晶器加水量的系统的示意图。
如图4所示，一种控制氯化钾结晶器加水量的系统，包括，第一装置1，用于建立K+、Na+、Mg2+//Cl-—H2O简单四元水盐体系相图，所述简单四元水盐体系相图包括垂向投影的含有溶解度曲线的干基图以及水平投影的含有饱和水线的水图；第二装置2，用于获取光卤石原矿和调和母液的组分，以相图点的形式显示在所述相图上；第三装置3，用于在所述相图上求取光卤石原矿和调和母液距离系统点的距离比，根据所述距离比，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
简单四元水盐体系相图可以采用背景技术中的或现有的其他方法建立，可以在所述第一装置1内设置建立装载有简单四元水盐体系相图的程序的硬件来完成。
本发明中，所述第一装置1还具有将三棱柱简单四元水盐体系相图进行水平投影和垂向投影的功能，以形成用于本发明确定光卤石原矿对应的加水量的参考体系。
所述第二装置2中获取光卤石原矿和调和母液的组分的功能可以由在线检测设备完成，例如激光检测仪等。在获取光卤石原矿和调和母液的组分后还需要将组分值转化为简单四元水盐体系相图上的坐标点，这部分功能可以由装载有相应计算程序的硬件完成，其计算过程与建立相图的过程相同，本发明不予赘述。
所述第二装置2完成组分转换坐标点的功能后，还需将坐标点在第一装置1形成的相图上标记显示出来，因此第二装置2与第一装置1连接，将坐标点标记在像图上。
所述第三装置3的功能属于图像的处理以及数据的计算，可以将其以装载有相应程序，自动完成图像处理和计算。
本发明的系统自动化程度高，准确度高，且能够及时返回计算信息，自动调节加水量，提高生产效率。
图5示出了第三装置的示意图。
如图5所示，所述第三装置3包括固相点模块31、系统点模块32、计算模块33，所述固相点模块31用于在干基图上延长溶解点与第一干基点的连线直至与溶解度曲线相交，得到固相点；所述系统点模块32用于将所述溶解点映射至水图上，得到第一映射点，将所述固相点映射至水图上，得到第二映射点，在所述水图上连接第一水图点和第二水图点，得到第一线，在所述水图上连接第一映射点和第二映射点，得到第二线，所述第一线和第二线的交点即为系统点；所述计算模块33用于测量第一水图点与系统点的第一距离，测量第二水图点与系统点的第二距离，通过第一距离与第二距离的比例，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
所述固相点模块31、系统点模块32、计算模块33均为所述第三装置3内部封装的功能模块，可以用硬件装在相应功能的程序实现。
本发明根据简单四元水盐体系相图对结晶器内光卤石原矿以及所加入的调和母液精确的描述，采用相对应的硬件进行匹配，将计算的工作由各装置完成，减少了人工计算的失误。此外，由于仅具有简单运算能力即可完成本发明的系统功能，降低了对硬件的要求，控制了生产成本。
图6示出了包含第四装置的系统示意图。
如图6所示，所述的系统，还包括第四装置4，所述第四装置4用于在所述水图上经过所述第一水图点做垂线；所述垂线与第二线相交得到淡水点，获取淡水点与第一水图点之间的距离，计算得到加水为纯淡水时的加水量。
当采用纯淡水用于分解光卤石原矿时，也可以根据本发明做出较为精确且快速的运算，所述第四装置4的运算能力要求更低，可以将第四装置4合并至第三装置3内，共享处理能力和计算能力。
根据本发明的一个实施方式，所述系统为PLC控制系统。
PLC控制系统较为成熟，本发明将系统中的功能分布到PLC的各个模块，与现有控制系统能够形成良好的兼容。
本发明根据实时采集的数据分析和建立的结晶器加水数学模型，及时调节结晶器其他各项工艺参数，从而达到保持结晶器内比重相对恒定的要求。
本发明利用了简单四元水盐体系相图对水盐体系的精确描述，并且采用了光卤石原矿和调和母液的相对比例进行运算，不仅能够精确的得到加水量，还能快速得到运算结果，简化运算过程，缩短了反馈时间，提高了生产效率。
由于采用了本发明的这种相图投影，且只需运算光卤石原矿与调和母液在相图投影上的坐标点距离系统点距离的比例，所以运算比较简单，可以采用简单的程序完成，对硬件的运算能力要求不高。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

Claims (9)

1.一种控制氯化钾结晶器加水量的方法，包括，
第一步骤(S1)，建立K+、Na+、Mg2+//Cl-—H2O简单四元水盐体系相图，所述简单四元水盐体系相图包括垂向投影的含有溶解度曲线的干基图以及水平投影的含有饱和水线的水图；
第二步骤(S2)，获取光卤石原矿和调和母液的组分，以相图点的形式显示在所述相图上；
第三步骤(S3)，在所述相图上求取光卤石原矿和调和母液距离系统点的距离比，根据所述距离比，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二步骤(S2)包括，获取光卤石原矿的组分转化为相图点显示在所述相图上，得到第一干基点和第一水图点，
获取调和母液的组分转化为相图点显示在所述相图上，得到第二干基点和第二水图点。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第三步骤(S3)包括，在干基图上延长溶解点与第一干基点的连线直至与溶解度曲线相交，得到固相点，
将所述溶解点映射至水图上，得到第一映射点，
将所述固相点映射至水图上，得到第二映射点，
在所述水图上连接第一水图点和第二水图点，得到第一线，
在所述水图上连接第一映射点和第二映射点，得到第二线，
所述第一线和第二线的交点即为系统点；
测量第一水图点与系统点的第一距离，
测量第二水图点与系统点的第二距离，
通过第一距离与第二距离的比例，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括，在所述水图上经过所述第一水图点做垂线；所述垂线与第二线相交得到淡水点；
获取淡水点与第一水图点之间的距离，计算得到加水为纯淡水时的加水量。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括利用下列公式，可求解出调和母液的体积流量：
第一距离/第二距离＝(V调和母液X调和母液比重X调和母液干基量百分比)/(光卤石原矿的量X光卤石干基的百分比)。
6.一种控制氯化钾结晶器加水量的系统，包括，
第一装置(1)，用于建立K+、Na+、Mg2+//Cl-—H2O简单四元水盐体系相图，所述简单四元水盐体系相图包括垂向投影的含有溶解度曲线的干基图以及水平投影的含有饱和水线的水图；
第二装置(2)，用于获取光卤石原矿和调和母液的组分，以相图点的形式显示在所述相图上；
第三装置(3)，用于在所述相图上求取光卤石原矿和调和母液距离系统点的距离比，根据所述距离比，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第三装置(3)包括固相点模块(31)、系统点模块(32)、计算模块(33)，
所述固相点模块(31)用于在干基图上延长溶解点与第一干基点的连线直至与溶解度曲线相交，得到固相点；
所述系统点模块(32)用于将所述溶解点映射至水图上，得到第一映射点，将所述固相点映射至水图上，得到第二映射点，在所述水图上连接第一水图点和第二水图点，得到第一线，在所述水图上连接第一映射点和第二映射点，得到第二线，所述第一线和第二线的交点即为系统点；
所述计算模块(33)用于测量第一水图点与系统点的第一距离，测量第二水图点与系统点的第二距离，通过第一距离与第二距离的比例，计算光卤石原矿对应的调和母液的比例。
8.根据权利要求6所述的系统，还包括第四装置(4)，
所述第四装置(4)用于在所述水图上经过所述第一水图点做垂线；所述垂线与第二线相交得到淡水点，获取淡水点与第一水图点之间的距离，计算得到加水为纯淡水时的加水量。
9.根据权利要求6所述的系统，所述系统为PLC控制系统。
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