DE3426492A1

DE3426492A1 - Verfahren zur steuerung des karbonisierungsprozesses von aluminatlauge

Info

Publication number: DE3426492A1
Application number: DE19843426492
Authority: DE
Inventors: Nikolaj Stepanovi&ccaron; Leningrad &Scaron;morgunenko; Valentin Nikolaevi&ccaron; Afanasiev; Valentin Vasil'evi&ccaron; Aleksandrov; Choren Azarapetovi&ccaron; Badaljanc; Venjamin Isaakovi&ccaron; Berch; Askar Josifovi&ccaron; Finkel&scaron;tein; Ivan Michajlovi&ccaron; Pikalevo Kostin; Efim Davydovi&ccaron; Leningrad Krasnopolskij; Michail Venjaminovi&ccaron; Leningrad Levin; Teodor Georgievi&ccaron; Milberger; Petr Fomi&ccaron; Minin; Isaak Abramovi&ccaron; Pikalevo Zatulovskij
Original assignee: VNI PI ALJUMINIEVOI MAGNIEVOI
Current assignee: VNI PI ALJUMINIEVOI MAGNIEVOI
Priority date: 1984-07-11
Filing date: 1984-07-18
Publication date: 1986-01-30
Also published as: PT78888A; PT78888B

Description

2 6 49 Verfahren zur steuerung des karbonisierungsprozesses

von aluminatlauge

Die Erfindung betrifft die Steuerung von chemischen und metallurgischen Prozessen und insbesondere ein Verfahren zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses bzw. der Behandlung mit CO₂ von Aluminatlauge.

Am vorteilhaftesten kann die Erfindung bei der Bauxitgewinnung nach dem Sinterverfahren verwendet werden.

Bei der Gewinnung von Tonerde nach dem Sinterverfahren wird_dis beim Auslaugen der Tonerde aus dam Sintergut anfallende Aluminatlauge mit Ofengasen in einer Batterie von hintere inand erg es ehalte ten und kontinuierlich arbeitenden Karbonisatoren bearbeitet. Die Ofengase stellen ein Gemisch aus Luft und Kohlendioxyd dar. Infolge der Neutralisation der aufgelösten kaustischen Soda durch Kohlendioxyd fällt aus der Aluminatlauge das feste Aluminiumhydroxyd aus und es bilden sich eine Sodalösung und eine kaustische Sodalösung.

.Die Güte der Steuerung des Karbonisferung sprozesses wird durch dig Genauigkeit bestimmt, mit welcher die vorgegebene Konzentration der kaustischen Soda in der Lauge am Ausgang eines jeden Apparats aufrechtehalten wird.

Ss ist ein Verfahren zur Überwachung" des Karbonisierungsgrads der Aluminatlauge ■■ anhand des Absorbtionsgrades des Kohl end ioxyd s bekannt. Nach diesem Verfahren werden die Kohlend ioxyd konzentrat ion im Ofengas, das zur Karbonisierung geleitet wird, und die Kohlend ioxyd konzentrat ion in den Abgasen gemessen, und anhand dieser Messungen der Grad der Neutralisation der kaustischen Sode im Karbonisator berechnet.

Aber ein solches Kontrollverfahren kann nur zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses in diskontinuierlich arbeitenden Karbonisatoren verwendet werden. In einem Durchflußapparat mit kontinuierlicher Arbeitsweise hängt der Grad der Zerlegung der Aluminatlauge nicht nur von der aufgenommenen Kohlend ioxydmenge, sonderen auch von dem Mengenstrom der Aluminatlauge und den Schwankungen der chemischen Zusammensetzung dieser Lauge ab.

Es ist ein Verfahren zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses bekannt, bei dem der Mengenstrom der Aluminatlauge, ihre

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Konzentration und die Konzentration des Ofengases gemessen werden und eine Stabilisierung des Höhenstands in den Karbonisatoren und des Drucks in der gemeinsamen Gasleitung durchgeführt wird..

Da aber Mittel zum Messen und Regeln der Zusammensetzung der zu verarbeitenden Lauge in den einzelnen Apparaten der Karbonisierungsbatterie fehlen, ist man gezwungen ein zweistufiges Schema zur Verarbeitung der Aluminatlauge zu verwenden. Hierbai wird in der ersten Stufe des Prozesses die Bildung von Natrium- und Kaliumbikarbonaten zugelassen, wodurch in der zweiten Stufe des Karbonisierungsprozesses eine Neutralisation der Bikarbonate durch Natrium- hydroxyd . vorgesehen ist. Bei der Verarbeitung der Aluminatläugen in zwei Stufen wachsen die Energie aufwände rapide an, die RohstoffVerluste und die Arbe its aufwände für den Betrieb der zusätzlichen Ausrüstungen werden größer.

JEs ist ein Verfahren zur Steuerung des Karbonisierungsprozessss bekannt, das vom technischen Standpunkt aus dem erfindungsgemäßen Verfahren am nächsten liegt. Gemäß diesem Verfahren werden der Meng^nstrom der Aluminatlauge am Eingang der Batterie aus hintereinandergeschalteten Karbonisatoren mit kontinuierlicher Arbeitsweise, sowie der Mengenstrom des Gases für jeden Apparat gemessen und das vorgegebene Verhältnis dieser Mangenströme aufrechterhalten.

Hierbei wird vorausgesetzt, daß die Zusammensetzung der zu verarbeitenden Aluminatlauge und des zu verarbeitenden Gases unverändert bleibt.

Bei der Verwendung des besagten Verfahrens im Falle scharfer Änderungen der Eingangsparameter (Mengenstrom der Aluminatlauge, Konzentration des Alkalis in der Aluminatlauge, Konzentration des Kohlendioxyds im Gas), wie es bei den großtechnischen Abläufen der Fall ist, roeiat der dynamische Steuerungsfehler eine erhebliche Größe auf, und wenn keine Rückführung im Steuersystem vorgesehen ist, bedingt

y? dieser Umstand erhebliche Abweichungen der gesteuerten Parametern von den Sollwerten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses der Aluminatlauge

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in einer Batterie aus hint ereinandergeschalteten Karbonisatoren mit kontinuierlicher Arbeitsweise zu entwickeln, nach dem die Beeinflussung des Gasmangenstroms für jeden Apparat und des Mengenstroms der Aluminatlauge in die Battar ie derart organisiert ist, daß eine Erhöhung der Genauigkeit, mit der die vorgegebenen Konzentrationen der kaustischen Soda beim Austritt aus jedem Apparat der Karbonisier ungsbatt er ie sowohl bei überschüssiger, als auch bei unzureichend ar Menge des Gases, das zur Neutral is ierung dar Lauge erforderlich ist, sowie die erforderliche Leistung :. des Karbonisierungsprozesses gewährleistet» werden.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses in einer Batterie hintereinandergeschalteter Apparate mit kontinuierlicher Arbeitsweise, das die Beeinflussung des Gasmengenstroms für jeden Apparat und des Mengenstroms der Aluminatlauge in die Batterie umfaßt, man erfindungsgemäß während der Beeinflussung des Gasmengenstroms und des Mengenstroms der-Aluminatlauge periodisch die Konzentration der kaustisehen Soda in der Aluminatlauge und in der flüssigen Phase der Suspension mißt, anhand der Meßergebnisse die prognostizierten Warte der Konzentration der kaustischen Soda in der flüssigen Phase der Suspension am Ausgang eines jaden Apparats in Zeitpunkten, die den nachfolgenden Messungen vorhergehen,.

ermittelt, die prognostizierten Werte mit einem Sollwert vergleicht, der für jeden Apparat vorgegeben wird, und in den Fällen, bei welchen der prognostizierte' Wert den Sollwert mehr als um den Batrag des maximalen dynamischen Prognosefehlers überschreitet, die Differenz zwischen dem prognostizierten Wert und dem Sollwert der Konzentration durch Beeinflussung des Mengenstroms der Lauge im Sinne seiner Verkleinerung und in allen anderen Fällen durch Beeinflussung des Gasmengenstroms beseitigt.

Die periodischen Messungen der Konzentration der kaustisehen Soda und die Ermittelung anhand dieser Messungen der prognostizierten Konzentrationswerte mit jeder beliebigen im voraus vorgegebenen Häufigkeit gewährleisten b=i diskreten Messungen der Kannwerte der Zusammensetzung der zu ver-

arbeitenden Aluminatlauge eine praktisch kontinuierliciie .Kontrolle des zu steuerenden Parameters, die zur genauen Aufrecht erhaltung der vorgegebenen Konzentration der kaustischen Soda beim Austritt aus dem Apparat erforderlieh ist.

Die Gegenüberstellung der Differenz zwischen den prognostizierten und vorgegebenen Konzentrat ions wert en der kaustisohen Soda mit der Größe des maximalen dynamischen Prognosefehlers und die Wahl anhand dieser Gegenüberstelle lung des einen von den zwei St euer eingriff en: Beeinflussung des Gasmengenstroms bzw. des Mengenstroms der Aluminatlauge, die die entstehenden Differenzen beheben, ermöglicht es, die Erhöhung der Genauigkeit der Aufrechterhaltung der vorgegebenen Konzentration der kaustischen Soda am Apparat-· ausgang bei unzureichender Menge des dem Apparat zugeführten Gases, was durch verschiedenartige Einflüsse bedingt sein kann, beispielsweise, Verstopfung der Barboteure, durch die das Gas dem Apparat zugeführt wird, zu gewährleisten.

ITach einer Ausführungsvariante des Verfahrens ist es zweckmäßig, in den Fällen, bei welchen die Differenz zwischen dem prognostizierten und dem*¹ vorgegebenen Konzentrationswert der kaustischen Soda in sämtlichen Apparaten durch Änderung des Gasmeng ens tr oma behoben wird, den Mengenstrom der Aluminatlauge, die der Batterie zugeführt wird, so groß zu halten, daß die vorgegebene Suspensionausbeute gewährleistet ist.

Diese Ausführungsvariante des Verfahrens ermöglicht die Wiederherstellung der erforderlichen Leistung des Karbonisier ungsprozesses der Aluminatlauge /nachdem die Begrenzung des Gasmengenstroms, die durch verschiedenartige Beeinflussungen, beispielsweise Verstopfung der Barboteure, durch die das Gas dem Apparat zugeführt wird, bedingt sein kann, behoben ist.

Nach einer anderen Ausführungsvariante des Verfahrens ist es zweckmäßig, den prognostizierten Wert der Konzentration der kaustischen Soda in der flüssigen Phase der Suspension durch Extrapolation der Ergebnisse von mindestens einer vorhergehenden Messung, beispielsweise nach dem Verfahren

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der statistischen Approximation,zu ermitteln.

Die Ermittelung des prognostizierten V/erts der Konzen-

- trat ion der kaustischen Soda in der flüssigen Phase der Suspension durch Extrapolation der Ergebnisse von mindest8n3 einer vorhergehenden Messung gewährleistet den einfachsten Ablauf des Prozesses der Vorhersage bei unbedeutenden Verspätungen der Messungen der Konzentrationen der kaustischen Soda und einer garantierten Genauigkeit der Analyse von Störsignal-Kennwarten.

Wach einer weiteren Ausführungsvariante, des Verfahrens ist es zweckmäßig, den prognostizierten Wert der Konzentration der kaustischen Soda in der flüssigen Phase der Suspension beim Austritt aus jedem Apparat aus der Bilanzgleiohung für die kaustische Soda in jedem Apparat unter Berüoksicht igung der Ergebnisse der vorhergehenden Messungen der Konzentration der kaustischen Soda ,in der flüssigen Phase der Suspension beim Austritt aus dam vorliegenden und dem vorhergehenden Apparat zu ermitteln.

Die Vorhersage der Konzentration der kaustischen Soda anhand der Bilanzgleichung für die kaustische Soda in jedem Apparat unter Verwendung der Konzentrationsmessungen der kaustischen Soda in Suspens ionproben, die am Ein- und Ausgang des Apparats entnommen worden sind, stellt die aussichtsreichste Variante zur genauen Ermittelung des zu steuerenden Parameters mit der erforderlichen Häufigkeit bei wesentlichen Verspätungen dar periodischen Messungen der Konzentration der kaustischen Soda, sowie wenn keine Angaben vorliegen, die die spektralen Eigenschaften der ankommenden Starsignale kennzeichnen, dar. Die besagten Verspätungen sind in ihrer J50 Größe der Dauer der Arbeitsverrichtungen für Probeentnahme, Probebeförderung zur Analyse .und chemische Analyse der Probe gleich. · · *

Mach einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens ist es zweckmäßig, den Mengenstrom des Gases für jeden Apparat und die Kohlendioxyd konzentrat ion im Gas zu messen, anhand der Meßergebnisse die Gesamtmenge des Kohlendioxyds, die jedem Apparat wahrend der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen der Konzentration der kaustischen Soda in der flüs-

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sigen Phase der Suspansion beim Austritt aus jedem Apparat liegenden Zeitspanne zugeführt wird, zu ermitteln, und dan prognostizierten Wert der Konzentration der kaustischen Soda proportional zur besagten Kohlend ioxydmenge zu ändern, Eine derartige Durchführung der Steuerung gestattet

es, die Änderungen der Menge der kaustischen Soda, die durch Kohlendibxyd neutralisiert wird, bei scharfen Änderungen der Kohlend ioxydkonzantrat ion im Gas zu berücksichtigen. Fach einar fünften AusfuhrungsVariante, des Verfahrens ist es zweckmäßig, die Konzentration der Wasserstoffionen in der Suspension in Apparaten zu messen, die bei geringen Konzentrationen der kaustischen Soda (unter 15 g/l) arbeiten, und den prognostizierten Wert der Konzentration der kaustischen Soda proportional zu dem pH-Wert zu ändern, dar. die gemessene Wasserstoff ionenkonzantration kennzeich- ■ net.

Diese Ausführ ungs variant a gestattet es, die Genauigkeit dar Stabilisierung des zu steuerenden Parameters am Ausgang dar Apparate mit geringen Konzentrationen der kaustischen Soda in der zu verarbeitenden Suspension zu erhöhen und somit die Steuerung dar janigen Apparate zu ermöglichen, bei denen die Anforderungen in bezug auf dia Genauigkeit der Steuerung der Konzentration gesteigert sind. Die Benutzung des pH-Werts zur Formierung eines zusätzlichen Korrekturwerts ermöglicht as, dia Genauigkeit dar Aufrechterhaltung der vorgegebenen chemischen Zusamma ns ätzung dar Al umlnat lauge zu steigern.

Nach ainar sechsten Ausführungsvarianta des Verfahrens ist es zweckmäßig, den Mengenstrom der Aluminatlauge am Batterieeingang durch Beeinflussung des Suspensionstroms beim Austritt aus dam letzten Apparat zu ändarn und hierbei die Standhöha der Suspension in jadam Apparat durch Beeinflussung des Menganstroms dar Suspension zum jeden Apparat zu stabilisieren.

Diese Ausführungsvariantβ das Verfahrens gestattet es, dan Mengenstrom dar Alurninatlauge an die Beschickung der nachfolgenden Verarbeitungsstufe anzupassen.

Eine derartige Durchführung der Beeinflussung de3 Suapen -

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sionstroms aus dem letzten Apparat führt dazu, daß die Trägheit der Systeme der Standregelung sich nicht; auf den Verlauf der Änderung des Suspenaionatroms beim Austritt aua der Batterie, sondern auf die A'nderungsgeschwindigkeit des Aluminatlaugenstroms am Batterieeingang auswirkt;.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. . .

Es zeigt: . · · . V

Fi-g. 1 ein erfinäungsgeaaße Prinzipschema zur Durchführung des Verfahrens zur Steuerung des Karbonisier ungsprozessea der Aluminatlauge; .

Fig. 2 dasselbe wie in Fig. 1 für die Variante der Ermittelung des prognostizierten Konzentrat i ons werts aus der Bilanzgleiohung für die kaustische Soda im Apparat; Fig. 3 dasselbe wie in Fig. 1 für die Variante zur Berücksichtigung scharfer Schwankungen der Kohlendioxyd konzentrat ionen im Gas; „ . -

Fig. 4 dasselbe wie in Fig. 1 für die Variante für geringe Konzentration der kaustischen Soda in der flüssigen Phase der Suspension und

Fig. 5 dasselbe wie in Fig. 1 für die ,Variante, die die Änderung der Leistung das Prozesses durch Beeinflussung des Suspensionstroms aus dem letzten Apparat- der Batterie gewährleistet.
Die Genauigkeit der Stabilisierung der Konzentration der kaustischen Soda in der Suspension am Ausgang der Apparate wirkt sich auf die Technologie und die Wirtschaftlichkeit der Produktion aus.

Während der Kar boni sie rung der Aluminatlauge mit Gasen bilden sich Aluminiumhydroxid und Sodalöaung (flüssige Phase der Suspension am Ausgang des letzten Apparats der Karbonisierungsbatterie)i

Der hauptsächliche Kennaert der Qualität des Aluminiumhydroxids, seine Kornzusammensetzung hängt davon ab, wie sich die Konzentrationen der kaustischen Soda und des Aluminiumhydroxid a in der zu verarbeitenden Lauge in den einzelnen Apparaten der Batterie verändert; somit besteht eine Verbindung zwischen diesem Kennwert und der Genauigkeit der SLabi-

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- lislerung der Konzentration der kaustischen Soda in den Apparaten. Dj_-Q Konzentration der kaustischen Soda in der Sodalösung unterliegt engen Grenzen·.· Der minimal zulässige Gehalt an kaustischer Soda in der Lösung wird durch die Hot wendigkeit "bedingt, der Bikarbonath ildung in der Lösung vorzubeugen, d.h. die Aluminatlauge in einer Stufe zu verarbeiten, und gleichzeitig ein praktisch vollständiges Absehaidan des Aluniiniumhy droxids von der Lösung zu gawahrleisten._Ander3r3eits führt die genaue Aufrechterhaltung der Zusammensetzung der Sodalösung zu einer erheblichen Senkung der Verluste an Alkali und Tonerde in den nachfolgenden Produktionsstufen, sowie zur Verminderung des Rücklaufs der Halbprodukte im technologischen Zyklus.

. Bemerkenswert ist, daß die Genauigkeit der Aufrechterhaltung der Suspensionszusammensetzung am Ausgang des letzten Apparats von der Genauigkeit der Stabilisierung der Konzentration der kaustischen Soda in den Zwischenapparaten der Batterie abhängt.

Entsprechend dem Verfahren wird zur genauen Aufrechterhaltung der Suspensionzusammensetzung die Konzentration dar kautischen Soda in der flüssigen Phase der Suspension am Ausgang der Apparate periodisch gemessen. Aber diese Messungen können nicht mit einer Häufigkeit durchgeführt wer-

2fj den, die zur Steuerung des Prozesses nach den Abweichungen der Meßergebnisse von der vorgegebenen Konzentration erforderlich ist, da^:die Dauer der Arbeitsverrichtungen für Probeentnahme, Beförderung der Probe und chemische Analyse mit der durchschnittlichen Standzeit el es zu verarbeitenden Produkts im Apparat vergleichbar ... ist. Aus diesem Grunde werden zur Ermittelung der Suspens ionsusammens et zung mit der zur automatischen Steuerung erforderlichen Häufigkeit erfindungsgemäß die Konzentrationswerte der kaustischen Soda anhand der Ergebnisse der periodischen Messungen dieser Werte prognostiziert.

Dia Nichtübereinstimmung zwischen dem prognostizierten und dem vorgegebenen Konzentrat ionswert der. kaust isclien Soda wird in allen Fällen bequemer durch Beeinflussung do3

Gasmengenstroms behoben, da hierbei der Hauptstrom des zu verarbeitenden Produkts (Aluminatlauge) unverändert bleibt und somit die Notwendigkeit entfällt, die Leistung des Karbonisierungsprozessea (bezogen auf den Mengenatrom der Aluminatlauge) an die Leistung des vorhergehenden und nachfolgenden technologischen Abschnitts anzupassen.

Hur im Falle einer Gasmengenstrombegrenzung, die durch Schwankungen in der Leistung der Gaserzeuger, beispielsweise dar Sinterofen, bzw. durch eine Verstopfung der Barboteuere, durch die das Gas dem Apparat- zugeführt wird, bedingt sein kann, muß die Nichtübereinstimmung durch ein weniger bequemers Verfahren - die Beeinflussung des Aluminatlaugenstroms, behoben werden. Die Größe der JSTichtÜbereinstimmung kennzeichnat an sioh selbst das Vor~bzw. Nichtvorhandense in der Notwendigkeit der Beeinflussung des Laugenstroms, da bei einer ausreichenden Gasmenge diese Größe den maximalen dynamischen Prognosefehler der Konzentration der kaustischen Soda nicht überschreiten kann· Wenn die zur Verfugung stehende Gasmenge begrenzt ist, wird die Leistung des Earbonisierungsprozesses zur Bestimmungsgröße für die nachfolgenden Verarbeitungsstufen, in denen die sich bai der Karbonisierung bildende Suspension vorarbeitet wird; diese Leistung des Karbonisierungsprozessea wird entsprechend der Anforderung in bezug auf die Aufrechter haltung der vorgegebenen Konzentration der kaustischen Soda in demjenigen Apparat, für welchen der Gasmengenatrom begrenzt ist, eingestellt· Wenn die Begrenzung der Gasatrommenge für sämtliche Apparate der Batterie entfällt, wird die Belastung der Karbonisierungsbatterie mit Aluminatlauge auf einem Niveau eingestellt, das der Leistung des nachfolgenden . technologischen Abschnitts entspricht.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschema zur Durchführung des Verfahrens zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses einer Aluminatlauge in einer Batterie 1 hint ere inand ergeschalt eter Apparate A, B ... M,N. Im Schema ist die Steuerung des Karbonisiarungsproaesses dargestellt, der im Apparat B abläuft. Die Steuerung der Karbonisierungsprozesse in den anderen Apparaten A,C ... M,N erfolgt identisch.

DIe Aluminatlauge wird der Batterie 1 in der Richtung zugeführt, die durch den Pfeil, "a" dargestellt ist; am Ausgang der Batterie 1 entsteht eine Suspension, die im Schema durch den Pfeil "b" dargestellt ist. Das zur Karbonisierung den Apparaten A,B, ..., M, IT zugeführte Gas wird durch den Pfeil "c" dargestellt.

Die Information über die Konzentration der kaustischen Soda im Apparat B trifft periodisch vom Geber 2 der Konzentration am Prognoseglied 3 <3er Konzentration der kaustischen Soda ein. Zum Prognoseglied 3 der Konzentration der kaustischen Soda kommen ebenfalls Informationen vom Meßfühler 4 des Mengenstroms der Aluminatlauge und vom Meßfühler 5 der Konzentration der kaustischen Soda in dieser Lauge. Der aufgrund der eingetroffenen Information prognostizierte Konzentrationswert der kaustischen Soda wird vom Prognoseglied 3 dem Vergleichsglied 6 der prognostizierten Konzentration mit dem vorgegebenen Wert zugeführt. Die ermittelte Differenz des prognostizierten und des vorgegebe- neu Konzentrationswerts der kaustischen Soda wird mit dem maximalen dynamischen Prognosefehler im Selektorglied 7 verglichen. Das Salektorglied 7 umfaßt ein binäres Logikelement: das Signal am Ausgang dieses SLemants ist gleich Bins, falls die Differenz das prognostizierten und des vorgegebenen Werts der Konzentration der kaustischen Soda größer ist, als der maximale dynamische Prognosefehler, und gleich ITull, falls diese Differenz kleiner ist als die maximale dynamische Prognosefehler. Das Selektorglied 7 steuert die Punktion des Umschalters 8. Wenn am Ausgang des Salektorglieds 7 das Signal Hull erscheint, d.h. falls die Differenz des prognostizierten und des vorgegebenen Werts dar Konzentration der kaustischen Soda den maximalen dynamischen Prognosefehler nicht überschreitet, übermittelt der Umschalter 8 diese Differenz dem Regler 9. Jüer Regler 9 hält die vorgegebene Konzentration der kaustischen Soda durch Änderung des Gasmengensfcrom3 aufrecht und formiert ein Steuersignal für das Stellglied 10, da3 in der Leitung für die Gaszufuhr zum Apparat B eingebaut ist. Wenn am Ausgang des Sa-

lekturglieds 7 eine Eins steht, d.h. wenn die Differenz des ' ' prognostizierten und des vorgegebenen Konzentrationswerts der kaustischen Soda größer ist als der maximale dynamische Prognosefehler, wird diese Differenz vom Umschalter 8 dem Regler 11 übermittelt, der die Stabilisierung der Konzentration der kaustischen Soda durch Änderung des Mengenstroms der Aluminatlauge gewährleistet· Der Regler 11 steht mit dem Stellglied 12 in Verbindung, das in der Leitung für die Zufuhr dar"Aluminatlauge in die Batterie 1 liegt. Als Funktionsfflieder der angeführten Schaltung werden allgemein bekannte analoge und digitale Einrichtungen verwendet.

So kann als Meßfühler 4 des Mengenstroms der Aluminat-'■ lauge ein Differenzdruckmeßgerät verwendet werden. Als Geber 2 und als Meßfühler 5 der Konzentration der kaustischen Soda dienen automatische Titriergerät^{0 für die} Lauge.

Die Punktion des Prognoseglieds 5 der Konzentration der kaustischen Soda, des Vergleichsglieds 6 der prognostizierten Konzentration mit dem vorgegebenen Wert, des Selektorglieds und des Umschalters 8 erfüllt ein Steuerrechner, der aufgrund der vom Geber 2, Meßfühler 4 des Mengenstroms der Aluminatlauge und Meßfühler 5 der Konzentration der kaustischen Soda erhaltenen Information mit Hilfe der programmorientierten Glieder 3»⁶> des Selektorglieds 7 und des Umschalters 8 die Sollwerte für die Analogeinrichtungen - die Regler 9 und 11 - formiert.Die Hegler 9 und 11 weisen ein PID-Verhalten auf. Als Stellglieder 10 und 12 werden pneumatische oder elektrische Antriebe verwendet, die mit Drehklappen zusammengekoppelt sind. Speziell ist die Funktion JO des Prognoseglieds ^ für die Konzentration der kaustischen Soda zu erläutern.

Der prognostizierte Wert der Konzentration der kaustischen Soda kann aufgrund der Ergebnisse periodischer Messungen nach verschiedenartigen Verfahren ermittelt werden. Das erste und einfachste Verfahren besteht in der Extrapolation der Ergebnisse der periodischen Messungen der Konzentration der kaustischen Soda auf die gesamte Zeitperiode, die die vorliegende Messung von der vorhergehenden trennt,

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und setzt voraus, daß praktisch eine V«r^pätuia_o der Messungen nicht stattfindet und die Charakteristik η ^^er hauptsächlichen Störgrößen Schwankungen. ^₈ jj_öaiJcnstroms der Aluminatlauge und ihrer Konzentraticä, - la voraus analysiert werden können.

Zur Extrapolation kann man beispielsweise a ines der Verfahren der optimalen Filtration benützen, falls bekannt ist, daß die normierte Korrelat iciisf unkt ion r- der Abweichungen der Konzentration f. dar kaustiachan. Soda i;n

w L

i-ten Apparat der Batterie vom Mittelwert r wie folgt;

dargestellt werden kann: — ^L

t
r_i = e " Ψ (I)

wo T Zeitkonstante der Korrelationsfunktion und t Zeitaugenblick sind.

Eb seien die Jüeßergebnisse der Konzentration f.(t j am Ausgang des i-ten Apparats in den ^s itpunkten ^₁

t2, ..., tk, tn bekannt, die voneinander um das Zeitintervall Δ t abweichen.

Dann berechnet man den prognostizierten Wert ft'-(t) im Intervall t„ < t ^. t ~ nach der Beziehung

cn)

wobei )r*°(t ) die Abschätzung ist, die aus den gernessenen Werten

n^l^i <Ti^2^' ···» <Ti^n^ ^arre-äü3t wird. Im «pezialfall, wenn α t y- T, wird angesetzt

\

Bei dsr Steuerung dea Karbonisierongsprozessas benützt man am häufigsten die Beziehung (II) r.iit der Bedingung (III) Zur Ermittelung der Zeitkonstante τ der Korrelationsfunktion r. müssen die funktionen der Spektraldichte der hauptsächlichen Störeinflüsse bekannt sein, die sich auf die Konzentration ft*^ auswirken: Schwankungen des Hengenstrom3 der Aluminatlauge und ihrer Konzentration.

Die Spektraldichte Si der Schwankungen der Konzentration der kaustischen Soda in der Suspension am Ausgang des yj i-tsn Apparats ermittelt man nach dar Beziehung

BAD OP¹O ^lM*k

,'-" ■ ■ 3426432

wobei Sd (Co ) die Spektraldichte der Schwankungen des Mengen-

stroras der Aluminatlauge ist, W- (f) C\) eine komplexe Übertragungsfunktion, die die Aus-

' Wirkung der Schwankungen des Mengenstroms der

t . Aluminatlauge auf die Konzentration der kausti

schen Soda in der flüssigen Phase der Suspension am Ausgang des i-ten Apparats wiedergibt und

■ - Cd Kraiafrequenz sind.

Aus der Approximation der Spektraldichte S^ ( OJ )

durch die Gleichung

ergibt sich der Wert für T (hier ist £. , Dispersion der

1*j Schwankungen der Konzentration Γ"*)·

Die besagte Prozedur der Ermittelung der Größe von T kann mit der erforderlichen Genauigkeit nicht durchgeführt werden, fall3 α ie Schwankungen des Hengenstroms der Aluminatlauge bzw. die Änderungen dar Konaentration der kaustisohen Soda in der Aluminatlauge nicht stationär sind. In diesem !Falle wird ein anderes Verfahren zur Vorhersage der Konzentration der kaustischen Soda verwendet. Beispielsweise bestimmt man Jen prognostizierten Wert der Konzentration der kaustischen Soda aU3 der Bilanzgleichung für die kaustische Soda im.Apparat unter Berücksichtigung der vorhergehenden Messungen der Konzentration der kaustischen Soda·

In 2?ig. 2 ist das Schema zur Durchführung des Steuerung der Karbonisierung einer Aluminatlauge mit Enmittelung des prognostizierten Werts der Konzentration aus der Bilanzgleichung für das kaustische Soda im Apparat B gezeigt. Dieses Steuerungsschema unterscheidet sich vom Schema in Fig. 1 durch das Vorhandensein einer zusätzlichen Verbindung zwischen dem Geber I3, der am Eingang des Apparats angeordnet ist und die Konzentration der kaustischen Soda in der flüssigen Phase der Suspension mißt, and dem Prognoseglied 3. Dem Prognoseglied 3 wird das Meßergebnis vom.Geber I3 übermittelt. Die Steuerung der Karbonisie-

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rungsprozesse in den anderen Apparaten A,C, ...,M,N der Batterie 1 wird bei der Durchführung dieser Variante des Verfahrens identisch bewerkstelligt.

Zur Vorhersage der Konzentration der kaustischen Soda kann die Bilanzgleichung für die kaustische Soda im Apparat benützt werden, die unter Voraussetzung einer idealen Vermischung und einer stabilen Standhöhe der Suspension im Apparat B aufgestellt ist. Die Gleichung lautet;

Es bedeutet V. Volumen der Suspension iia i-ten Apparat;

Q Voluraetrischer Mengenstroia der Aluminatlauge, die der Karbonisierungsbatterie zugeführt wird;

Jf. Konzentration der kaustischen Soda in der flüssigen Phase der Suspension ara Eingang

des i-ten Apparats;

R Geschwindigkeit der chemischen Neutralisationsreaktion der kaustischen Soda, die konstant angesetzt wird. Eine von den Varianten der numerischen Lösung der Gleichung in einem beliebigen vorgegebenen Zeitintervall (t ,t)

<*v η

kann v/ie folgt dargestellt werden:

(tt) ± \

Bei plötzlichen Änderungen des Kohlendioxydgehalts ir.i Gas bedingt die Annahme·, dass die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion konstant ist, erhebliche Fehler bei der Vorhersage der Konzentration der kaustischen Soda.

Zur genauen Bestimmung der Grosse R in der Gleichung (VII) muss die Reaktionskinetik der Neutralisation der kaustiachen Soda durch Kohlendioxyd beschrieben werden.

Man kann den Schwierigkeiten, die die Ermittelung der Momentangeschwindigkeit der chemischen Reaktion mit sich bringt, wenn zur Vorhersage der Konzentration der kaustischen Soda die mittlere integrale Abschätzung der Reaktionsgeschwindigkeit benützt wird.

Diese Abschätzung kann man aus der Bilanz für Kohlendioxyd, das dem Apparat innerhalb eines fixierten Zeitintervalls (t , t -, ) ,beispielsweise während des Zeitintervalle

^ t zugeführt wird, ermitteln.

Die mittlere Geschwindigkeit R der chemischen Reaktion ermittelt man hierbei nach der Beziehung:

^ Q(t)-f>(t)-tdt

wobeiß die Kohlendioxydkonzentration im Gas und £ ein stöchiometrischer Faktor sind.

In S¹Ig. 5 ist daa Schema zur Durchführung der Steuerung des Earbonlsierungsprozesses einer Aluminatlauge mit Berücksichtigung scharfer Schwankungen _der Konzentration des Kohlendioxyda im Gas gezeigt. Im Schema ist die Steuerung des Karbonisierungsprozesses im Apparat B dargestellt. Die Steuerung das Karbonisierungsprozesses in allen anderen Apparaten A₁C, ..., M,N der Batterie 1 erfolgt identisch. Der Unterschied des in Fig. 3> gezeigten Schemas gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten Schema besteht darin, daß man mit dem Geber 14 den Gasmengenstrom, der dem Apparat zugeführt wird, mißt und mit Hilfe eines Gasanalysators den Kohlendioxyd gehalt im Gas bestimmt. Nach den Ergebnissen der Mengenstrom- und der Konzentrationsmessungen des Gases wird mit Hilfe eines Integrierglieda 16 die Gesamtmange des Kohlend iosyds, aas α em Apparat B zugeführt wird, festgestellt und der prognostizierte Wert der Konzentration mit Hilfe des Korrekturglieds 1? proportional dieser Menge geändert. Das Integrierglied 16 stellt ein digitales Add it ions glied dar und kann durch ein Programmbauglied im Steuerrechner realisiert werden. Genauso wird auch das Korrekturglied 17 realisiert, das die Größe

ψ^— (t - t_n)(R - R)

bildet/ wobei

R die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion ist, die in

der Gleichung (TII) als konstant angesetzt wird, und die im rechten Teil der Gleiohung (VII), die vom Prognoseblock 3 gebildet wird, summiert wird. Der auf diese Weise prognostizierte Konzentrationswert der kaustischen Soda wird Wie auch in den vorstehend untersuchten Fällen im Vergleichsglied 6 mit dem vorgegebenen Konzentrationswert verglichen.

Die Differenz des prognostizierten und des vorgegebenen Konzentrat ionswert a wird aus dem Vergleichsglied 6 dem Selek— torglied 7 zugeführt, das die Punktion des Umschalters 8 steuert. Auf diese Weise wird die Dur chiaufrichtung des Steuersignals zum Regler 9 festgelegt, der den Gasmengenstrom mit Hilfe des Stellglieds IO ändert, bzw. zum Regler 11, der den Mengenstrom der Aluminatlauge mit Hilfe des Stellglieds 12 beeinflußt.

Bai einem Gehalt an kaustischer Soda in der Suspension unter 15 g/l kann man eine kontinuierliche Messung der Konzentration der Wasserstoff ionen in der flüssigen Phase der Suspension bewirken.

Mit steigender laufender Nummer des jeweiligen Apparats in der Kette dar hintareinandargeschaltetan Apparate der Karbonisierungsbatteria 1 nimmt die Konzentration der kaustischen Soda in der flüssigen Phase dar Suspension ab. Entsprechend dieser Abnahme muß auch der Absolutfehler dar Stabilisierung der Konzentration dar kaustischen Soda abnehmen. So muß, beispielsweise, im letzten Apparat der zulässige Gehalt an kaust is char Soda bwi der Verarbeitung der Aluminatlauge in einer Stufe im Bereich von 1,5 bis 1 g/l liegen, wodurch praktisch das vollständige Ausscheiden der Tonerde aus der Aluminatlauga gewährleistet und. dia Möglichkeit dar Bildung von Bikarbonaten beseitigt wird. Dia Genauigkeit dar Stabilisierung der Konzentration der kaustischen Soda in dar flüssigen Phase der Suspension am Ausgang des ersten Apparats wird hauptsächlich durch den Fahler der Schnell bestimmung des Alkalis in der flüssigen Phase der Suspension, der 1,5 - 2 g/l beträgt, bedingt. Somit muß dar Absolutfehler der Stabilisia-

^O rung der Konzentration zum letzt an Apparat IT dar Batterie 1 hin mindestens um das Dreifache herabgesetzt werden.

Zur Erhöhung der Genauigkeit der Stabilisierung dar Konzentration in dan Apparaten A, B ..., M,N mit geringem Gahalt an kaustischer Soda in dar flüssigen Phase der Suspension wird vorgeschlagen, die Ergebnisse der Konzentrationvorharsage nach dem pH-Wert zu berichtigen.

In Pig. 4- ist das Schema zur Durchführung das Verfahrens zur Steuerung das Karbonisierungsprozesses bei amain kleinen

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Gehalt an kaustischer Soda in der flüssigen Phase der Suspension veranschaulicht. Dabei ist das Schema der Steuerung des Karbonisierungsprozesses im. Apparat M dargestellt.

Wie auch in allen vorhergehenden Fällen kommt die Information über die Konzentration der kaustischen Soda zum Prognoseglied 3. Diesem Glied werden auch die Signale vom Meßfühler 4 des Mengenstroms der Aluminatlauge und. vom Meßfühler 5 der Konzentration der kaustischen Soda in der Aluminatlauge zugeführt. Der prognostizierte Wert der Konzentration der kaustischen Soda wird vom Prognoseglied 3 dem Vergleichsglied 6 der prognostizierten Konzentration der kaustischen Soda mit dem vorgegebenen Wert zugeführt.

Die Konzentration pH^ der Wasserstoff ionen in der flüssigen Phase der Suspension am Ausgang des Apparats M wird mit dem pH-Messer 18 gemessen und im Vergleichsglied 19 mit dem vorgegebenen Wert pH? verglichen, der dem vorgegebenen . Wert aer üunzentration der kaustischen Soda entspricht.

Dis ermittelte Differenz Δ 1 des prognostizierten und des vorgegabenan Konzentrationswerte

sowie die Differenz Δ ρ der gemessenen und der vorgegebenen pH-Werte

Δ ₂ ^pH₁ - pH* (χ)

₂ ^pH₁ - pH

werden im Forniierungsglied 20 des Abbildungssignals summiert

Δ = ψ₁Λ₁ Ψ ψ±Λ_ζ (XI)

wobei ψ^, ψ 2~ I^&portionalitätsf aktoren sind, die die Abhängigkeit des zu steuernden Parameters von den Werten Δ -^, Δ ο kennzeichnen.

Die Größe des auf diese Weise erzielten Abbildungssignals δ wird im Selektorglied 7 mit dem maximalen dynamischen Eegelfehler verglichen und entsprechend den Ergebnissen dieses Vergleichs wird das Signal vom Selektorglied 7 über den Umschalter 8 zum Regler 9 weitergeleitet, der die vorgegebene Konzentration der kaustischen Soda durch Beeinflussung des Gasmengenstroms aufrechterhält, bzw. zum Begier 11, der die vorgegebene Konzentration der kaustischen Soda durch Änderung de.a Mengenstroma der Aluminatlauge aufrechterhält. \

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Der Manganstrom der Lauge, dia in der Karbonisierungsbatterie 1 verarbeitet wird, muß entsprechend der Leistung des nachfolgenden technologischen Abschnitts verändert werden, wo das Eindicken dar sich beim Karbonisieren bildenden Suspension erfolgt. Aus diesem Grunde wird der Mengenstrom der Aluminatlauge der Auslastung des Eindickungsabschnitts angepaßt.

Bai einer jeweiligen Änderung der Leistung bei der Eindickung muß so schnell wie nur iaöglich dar Mangans tr om der Suspansion, dia zum Eindicken aus dem letzten Apparat M ~ abgeführt wird, geändert warden. Falls man hierzu den Mengenstrom dar Aluminatlauge ändert, wird sich dar Mangenstrom der Suspansion mit einer Yerzögarung ändern, die durch die Trägheit des Stabilisierungssystams der Suspens !unständig höhe in dan Apparaten A,B, ..., M,IT bedingt ist. Um diese Verzögerung auszuschließen, ist es zwackmäßig, die Änderung des Mengenstroma der Aluminatlauge durch Beeinflussung das Mengenstroms der Suspension aus dem letzten Apparat IT zu bewerkstelligen/aber hierbai dia Standhöha der Suspen3i- on in ds^em einzelnen Apparat A, B,..., M,N durch Beeinflussung das Suspansionzulaufs zu jedem Apparat zu stabilisieren.

Somit wird bei dar Anpassung dar Austragsie istung <j_3r Karbonisiarungsbatterie 1 an dia Durchsatzleitung das nachfolgenden technologischen Abschnitts die Trägheit das Systems zur Standhöhenregelung sich nicht auf dia And er ungs geschwindigkeit das Mengenstroms der Suspension am Ausgang der Batterie 1 auswirken, sondern auf dan Verlauf der Änderung des Mengenstroms der Aluminatlauga am Eingang der Karbonisierungsbatterie 1.

In Pig. 5 ist das Schema zur Verwirklichung des Steuervarfahrens der Karbonisiarung ainar Aluminatlauga dargastellt, das die Änderung der Austragsleistung des Prozassas durch Beeinflussung das Suspanaionmanganstroms aus dam let sreen Apparat der Batterie gewährleistet.

Dieses Schema unterscheidet; sich von dam in Fig. 1 gazaigten Schema dadurch, daß die Beeinflussung das Eintrittsstroms der Aluminatlauga nicht unmittelbar in der Aluminat-

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laugenleitong erfolgt, sondern in der Suspensionabfuhrleitung, wobei diese Beeinflussung ein Stellglied bewerkstelligt, das duroh den Regler 22 in Betrieb gesetzt wird. Hierbei wird der Suspens ionstand in jedem von den Apparate'. A,B, ..., M₁N der Batterie 1 durch Beeinflussung des Suspens ionstroms zu diesem Apparat aufrechterhalten, zu welchem Zweck Höhenstand s anzeiger 2J und ein Stand regler 24 verwendet werden, die in den Suspens ions Zuleitungen der Apparate A,B, ..., M,IT installiert sind.

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Vsesojuznyj naucno-issledovatel'skij i proektnyj institut aljuminievoj, magnievoj i elektrodnoj promyslennosti

DEAC-32041.2 18. Juli 1984

VERFAHREN ZUR STEUERUNG DES KARBONISIERÜNGSPRO ZESSES

■ VON -ALUMINATLAUGE ■·

• PATENTANSPRÜCHE:

1· Verfahren zur Steuerung des Karbonisiexungsprozesses von Aluminatlauge in einer Batterie nintereinandergeschalteter Apparate mit kontinuierlicher Arbeitsweise, das die Beeinflussung des Gasmengenstroms zu jedem Apparat und des Mengenstroms der Aluminatlauge in die Batterie umfaßt, d ad urch ge ken η ze ichnet, daß man während der Beeinflussung des Gasmengenstroms und des Mengenstroms der Aluminatlauge periodisch die Konzentration der kaustischen Soda in der Aluminatlauge und in der flüssigen Phase der Suspension am Ausgang eines jeden Apparats (A, B,..., 11,N) mißt, aufgrund der Meßergebnisse die prognostizierten Werte der Konzentration der kaustischen Soda in der flüssigen Phase der Suspension am Ausgang eines jeden Apparats (A,B, ... M, N) in Zeitpunkten, die den nachfolgenden Messungen vorhergehen, ermittelt, die prognostizierten Werte mit einem Sollwert vergleicht, der für jeden einzelnen Apparat (A,B, ..., M,N) vorgegeben wird, und in ä©_n Fällen, bei welchen der prognostizierte Wert den Sollwert mehr als um • den Betrag des maximalen dynamischen Prognosefehlersüberschreitet, die Differenz zwischen dem prognostizierten Wert und dem Sollwert der Konzentration durch Beeinflussung des Mengenstroms

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der Aluminatlauge im Sinne seiner Verkleinerung und in allen anderen Fällen durch Beeinflussung des Gasmengenstroms beseitigt. —
2. Verfahren zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses von Aluminatlauge nach Anspruch 1,dadurch g e . kennzeichnet, daß in den Fällen, bei welchen die Differenz zwischen dem prognostizierten Wert und dem Sollwert der Konzentration der kaustischen Soda in sämtlichen Apparaten

(AjB,.";.,M,W) durch Beeinflussung des Gasmengenstroms beseitigt wird, der Mengenatrom der Aluminatlauge, die der Batterie 1 zugeführt wird, so groß gehalten wird, daß er die vorgegebene Suspensionsausbeutθ genährleistet·
3>. Verfahren zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses von Aluminatlauge nach Anspruoh 1, dadurch gekennze iohnet, daß man den prognostizierten Wert der Konzentration der kaustischen Soda in der. flüssigen Phase der Suspension durch Extrapolation der Ergebnisse von mindestens einer vorhergehenden Messung, beispielsweise nach dem Verfahren der statistischen Approximation ermittelt.
4· Verfahran zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses von Aluminatlauge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den prognostizierten Wert der Konzentration der kaustischen Soda in der flüssigen Phase der Suspension am Ausgang eines jeden einzelnen Apparats (A, B, ..., M,N) aus der Bilanzgleichnung für die kaustische Soda in jedem .der Apparate (A,B, ,..,M₁N) mit Berücksichtigung der Ergebnisse der vorhergehenden Messungen der Konzentration der kaustischen Soda in der fluss igen Phase der Suspension am Ausgang des jeweiligen und des vorhergehenden Apparats ermittelt.
5· Verfahren zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses von Aluminatlauge nach Anspruch 1, dadurch g ekennze ichnet, daß man den Mengenstrom des Gases das jedem Apparat (A,B, ...,M,N) zugeführt wird sowie die Kohlend ioxyd konzentrat ion im Gas mißt, nach den Meßergebnissen die Gesamtmeng« des Kohlendioxyds ermittelt, die jedem Apparat (A,B,..., 11,11} während der Zeitspanne zugeteilt wird, die zwischen zwei"aufeinanderfolgenden Messungen der Konzentration der kausti-

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sohen Soda in der flüssigen Phase der Suspension am Ausgang eines jeden einzelnen Apparats (A,B, ...,M,H") liegt, und proportional zu dieser

Kohlendioxydmenge den prognostizierten Wert der Konzentration der kaustischen Soda ändert.
6· Verfahren zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses von Aluminatlauge nach- Anspruch 1, dadurch g ekennze ichnet, daß man die Konzentration der Wasserstoff ionen in der Suspension in den Apparaten (A,B,...

M,H) > die mit einer geringen Konzentration der kaustischen Soda (unter 15 g/l) arbeiten, mißt, und den prognostizierten Wert der Konzentration der kaustischen Soda proportional zu dem pH-Wert ändert, der die gemessene Konzentration der Wasserstoff ionen kennzeichnet.
7. Verfahren zur Steuerung des Karbonisierungsprozesses von· Aluminatlauge nach Anspruch 1, dadurch g ek β. η η ζ β ichnet, daß man den Mengenstrom der Aluminatlauge am Eingang der Batterie (1) durch Beeinflussung des Suspensionstroms aus dem letzten Apparat (IT) ändert, wobei die Standhöhe der Suspension in jedem Apparat (A,B,... M,Ii) durch Beeinflussung des Suspensionzulaufs zum jeweiligen Apparat stabilisiert wird.