SU1418291A1 - Способ и система управлени разложением алюминатного раствора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к управлению химическим производством и предназначено дл  управлени  разложением алюминатного раствора. Пелью изобретени   вл етс  увеличение выпуска продукции и снижение потерь глинозема .- Поставленна  цель достигаетс  в результате дополнительного воздействи  на расход алюминатного раствора независимо от воздействи  на расход печного газа в последний карбони- затор 1. Причем воздействие осуществл етс  пропорционально отклонению измеренного значени  рН,измер емого рН-метром 3, в жидкой фазе суспензии на выходе батареи карбонизации от значени  рН, формируемого в зависимости от заданного значени  рН, соот- ветствукщего середине допустимого диапазона регулировани  рН и максимальной погрешности регулировани . . При этом заданное значение рН корректируют пропорционально отклонению дополнительно, измеренного значени  концентрации оксида алкминн , измер емого измерителем 15, в жидкой фазе суспензии на выходе батареи декомпозиции 2 от соответствующего ему заданного значени . За счет дополнительного воздействи  на расход алюминатного раствора в услови х ограниченного потока печного газа и увеличени  точности поддержани  заданной концентрации оксида алюмини  достигаетс  повьпиение вьшуска и снижение потерь глинозема. 2 с.п. ф-лы, 1 Ш1. (Л

Description

А/мнр-р

Изобретение относитс  к управле- гтю металлургическим и химическим производствами и может быть использовано в производстве глинозема из нефелинового сырь .

Целью изобретени   вл етс  увеличение выпуска продукции и снижение потерь глинозема.

На чертеже изображена функцио- Нальна  схема системы управлени  разложением алюминатного раствора.

Система управлени  разложением алюминатного раствора, осуществл в- мого в последовательно соединенных батаре х 1 и 2 карбонизации и декомпозиции , включает рН-метр 3, установ Л енный на выходе батареи 1 карбонизации измеритель 4 и регул тор 5 рас- хода алюминатного раствора; измерители 6 и регул торы 7 расхода печного газа в карбонизаторы регул тор рН 8 соединенный с рН-метром 3, формирующий величину управл ющего расхода печного газа в последний карбониза- тор по отклонению рН от заданного значени  рН и передающий его в виде задани  регул тору 7 расхода газа (остальные регул торы 7 расхода газа имеют локальные задатчики); регул тор рН 9, соединенный с рН-метром 3, формирующий составл ющую управл ющего расхода алюминатного раствор а по отклонению рН от заданного значени  рН сумматор 10 измеренных в карбо- низаторах расходов газа, нормирующий преобразователь 1I, преобразующий суммарное количество газа, подаваемого в батарею карбонизаторов, в вели- чину расхода алюминатного раствора, нейтрализуемого этим газом до заданной концентрации каустической соды; итор9й блок 12 суммировани , в котором составл юща  управл ющего воз- действи  на выходе регул тора рН 9 суммируетс  с величиной расхода алю- шнатного раствора на выходе преобразовател  11 и который передает полученную таким образом сумму в виде задани  регуЛ тору 5 расхода раствора; Задатчик рН 13, формирующий и передающий задани  рН и рН, регул тором рН 9 и 8; корректор 14 задани , формирующий заданное значение рН, по пропорциональному закону на основании показаний измерител  I5 химического состава раствора на вы- коде батареи декомпозиции.

Система управлени  батареей карбонизаторов может быть построена на базе выпускаемых типовых приборов и регул торов. Измерени  рН на выходе батареи можно производить датчиками типа ДПГ со стекл  нными электродами в комплекте с преобразовател ми типа П-201.

В качестве .регул торов 7 и 5 расходов газа и раствора могут быть использованы регулирующие устройства типа РП2-УЗ,

Регул торы рН 8 и 9, построенные в виде цифровых корректирующих устройств , а также сумматоры, преобразователь 11, задатчик 13 и корректор 14 задани  целесообразно реализовать в виде программных блоков в УВМ. В качестве измерител  15 химического состава раствора, обеспечивающего периодический замер содержани  оксида алюмини  в растворе на выходе декомпозиции , может быть использован блок автоматического титровани  БАТ-15.

Цель в предлагаемом способе управлени  достигаетс  за счет того, что, использу  измерение рН в жидкой фазе суспензии на выходе батареи карбонизаторов и регулиру  рН изменением рахода печного газа в последний карбо- низатор, дополнительно измер ют концентрацию оксида алюмини  в жидкой фазе суспензии, образующейс  после батареи декомпозеров, и регулируют величину рН дополнительным воздействием на расход алюминатного раствора в батар ею карбонизаторов независимо от воздействи  на расход печного газ в последний, жарбонизатор, при этом расход раствора измен ют пропорционально величине отклонени  измеренного значени  рН от значени :

+ .| -5 ,

(1)

где рН., - заданное значение рН при регулировании рН расходом алюминатного раствора; рНз - заданное значение рН, соответствующее середине заданного технологическим регламентом допустимого диапазона;

Л - изменени  рН;

- максимальна  погрещность системы регулировани .

а расход печного газа измен ют пропорционально отклонению измеренного рН от значени 

pH; pHj-| 8, (2)

4

где pHj - заданное значение рН при регулировании рН расходом газа, причем величину за- , данного значени  рНд корректируют пропорционально отклонению измеренного значени  концентрации оксида алюмини  от соответствую- шего ему заданного значени .

В результате дополнительного воздействи  на поток алюминатного раствора при недостаточном ресурсе печного газа, по вл етс  возможность выдержать задаваемый технологией и оцениваемый величиной,рН диапазон изменени  концентраций каустической соды на выходе карбонизации. Изменени  времени пребывани  материала в батарее декомпозеров, возникающие из-за регулировани  потока алюминатного раствора, предложено ко.мпенсировать коррекцией (сдвигом) заданного допустимого диапазона изменени  рН, дополнив дл  этого управление регул рными измерени ми концентрации оксида алюмини  в растворе на выходе батареи декомпозиции и смеща  середину (рН) заданного допустимого диапазона пропорционально величине (Сд-С)

(Сд-Сд), (3)

где рН - значение рН, оценивающее

концентрацию каустической . соды на выходе батареи карбонизации при номинальном режиме процесса декомпози3 ч ™ Сд , Сд - соответственно, заданное и

измеренное значени  оксида алюмини  в растворе на выходе батареи декомпозиции; К - коэффициент пропорциональности (выбираетс  экспериментально в процессе настройки блока пропорци- онапьности),

Границы заданного диапазона регулировани  рН, рН2 и pHj устанавливаю исход  из требований технологического регламента к концентрации карбонизированного раствора с учетом максимально возможной погрешности регулировани  ( . Нижн   граница допустимого технологическим регламентом ди& апазона - установлена исход  из

требований к чистоте образующегос  твёрдого гидроксида алюмини . Превы- шение верхней границы диапазона рН +

U

+ - приводит к значительным потер м

глинозема. Учет величины 8 при назначении заданных границ диапазона регулировани  рН гарантирует от нарушени  регламентированных границ диапазона ( - , -) в процессе регулировани  .

Если, например, диапазон допустимых границ изменени  концентраций каустической соды на выходе батареи карбонизации установлен в пределах 3-7 г/л (щирина диапазона задана с учетом погрещности измерени  концентраций )5 то соответствующие допустимому диапазону концентраций пределы изменени  рН на выходе батареи составл ют 10 45-10 85 единиц рН, т.е. I

, I 10-45, а рН,- | 10-85. Максимально допустима  погрешность стабилизации рН составл ет ---О, ед.рН. Следовательно, задани  системам регулировани  рН равны соответственно ,75, ,55. На практике погрешность регулировани  рН не превышает 0,05-0,07 ед.

Назначение двух разных заданий

( Р регулировании рН изменением расхода алюминатного раствора и печного газа обеспечивает в . услови х ограниченного ресурса газа максимально возможную производительность по перерабатываемому алюминат- ному раствору и тем самым способствует увеличению выпуска глинозема.

Пусть, например, управл ющие воз- действи  формируют цифровые ПИ регул торы величины рН, задающие величины материальных потоков, соответственно , локальной системе регулировани  расхода алюминатного раствора - Аз расхода печного газа Qr,

QA,,pHi-pH j J:, + j

„,Z pH;-pH j E, (4)

KH,,-pH; .

(Я

где ,, Т - периоды дискретного формировани  регулирующего воздействи ;

К„ Ки, - параметры настройки ре- Krt-j, Ки гул торов.

Максимально возможна  производительность достигаетс  следующим об5f

разом Если рНJJ то переход к заданию рН реализуетс  увеличением расхода раствора. Происход щее за счет увеличени  расхода раствора сме щение рН к верхней границе диапазона (к рН}) приводит к увеличению рассогласовани  (pH-pHj) дл  регул тора расхода газаэ который компеньирует это рассогласование увеличением расхода печного газа. Так будет продолжатьс  до тех пору пока не будет исчерпан весь ресурс по печному газу. При этом достигаетс  верхн   граница диапазона - pHj и устанавливаетс  максимально возможна  при данном ресурсе печного газа производительност обеспечивающа  поддержание верхней границы диапазона рН-,

Возможен вариант, при котором максимальна  производительность батареи ограничена, например услови ми сог- ласовани  со смежными переделами, В этом случае в процессе регулировани  рН расход раствора достигает установ ленного ограничени  раньше, чем оказываетс  исчерпанным ресурс по печному газу. Тогда система, регулирую- ща  рН изменением расхода газа, обеспечивает достижение нижней границы диапазона рН| ,

Если имеет место условие то при полностью исчерпанном ресур- се по газу достижение задани  рН обеспечиваетс  снижением расхода раствора вплоть до установлени  максимально возможной в этих услови х производительности по раствору. Если же при условии ресурс га.за полностью не исчерпан, то оба цифровых регул тора будут стремитьс  сместить рН к допустимому диапазону регулировани ; один за счет снижени  производительности по апюминатному раствору, другой за счет увеличени  расхода газа в карбойизатор, причем после попадани  в допустимый диапазо повтор етс  описанна  си

0

0

5

туаци , при которой расход раствора увеличиваетс  вплоть до полного исчерпани  ресурса по газу или достигаетс  заданное услови ми согласовани  потоков ограничение производительности .

2

В случае, когда , оба регул тора стрем тс  сместить рН-в допустимый диапазон, один - увеличением расхода раствора, другой - снижением расхода газа. После попадани  рН в допустимый диапазон , описанна  ранее ситуаци  повтор етс .

Устойчивость объекта при одновременном регулировании рН по двум каналам управлени  обеспечена существенно разной динамикой объекта по каналам расхода алюминатного раствора и газа и, в св зи с этим, возможностью час-- , тотной разв зки регулировани  по каждому из каналов за счет выбора существенно разных периодов дискретного управлени : б, с .

Таким образом, в предложенном способе достигаетс  заданное качество управлени  за счет использовани  новых приемов: дополнительное измерение концентрации оксида алюмини  в жидкой

0 фазе суспензии; коррекци  заданного значени . рН пропорционально отклонению измеренного значени  концентрации, оксида алюмини  от соответствующего задани ; коррекци  расхода алкминат- ного раствора и печного газа в зави- симости от отклонени  измеренного рН от значений рН, формируемых с учетом задани  по рН, допустимого диапазона изменени  рН и максимальной поQ грешности регулировани  рН. , . Система управлени  работает следующим образом.

5

От измерителей 6 сигналы, пропор- ционал ьные расходам газа, поступают в сумматор 10. Сигнал с выхода сумматора 10, пропорциональней суммарному

расходу газа в батарею Q,,-- (Qr- 1

райход углекислого газа в i -и карбони затор, п количество карбонизаторов) поступает в преобразователь 1.1, где нормируетс  обратно пропорционально стехиометрическому коэффициенту рв акции нейтрализации каустической соды углекислым газом и заданному перепаду между концентраци ми каустической соды U N во входном и выходном потоках раствора батареи карбонизации

Qr . Wi

С выхода преобразовател  11 нормированный сигнал, пропорциональный расходу алюминатного раствора в статическом режиме Q(: Qft К 51 Qr;. N

(к - коэффициент пропорциональности), передаетс  в блок 12 суммировани , в котором формируетс  задание регул тору 5 расхода раствора. На второй вход блока 12 приходит выходной сигнал цифрового регул тора 9, пропор- циональньй управл ющему воздействию, формируемому по отклонению измеренного датчиком значени  рН от заданного значени  рНд. Су в арный сигнал с выхода блока 12 передаетс  в качестве задани  .в регул тор 5 расхода алюминатного раствора 5,

Одновременно, измеренное, значение рН передаетс  от измерител  3 в цифровой регул тор 8, который по отклонению рН от заданного значени  pHj формирует задание локальному регул тору 7 расхода газа.

Заданные значени  pHj, рН,, передаваемые в цифровые регул торы 9 и 8, формируютс  следующим образом.

Из блока 15 измерени  концентрации , установленного на выходе процесса декомпозиции,.сигнал, пропорциональный величине концентрации оксида алюмини  в содовом растворе С. , поступает в к орректор 14 задани  , где сравниваетс  с заданным значением концентрации оксида алюмини  Ад.

Корректор 14 по разности концентрации с и С; формирует сигнал, пропорциональньй величине рН, соответствующей .середине заданного диапазона измерени  рН, и передает его на вход задатчика 13, где этот сигнал используетс  дл  формировани 

fл

заданных значений рН и рН ,.

Сигналы , пропорциональные этим значени м, передаютс  из блока 13 в регул торы рН 9 и 8.

Пример. Пусть рНз 10,65;Л 0,4:5 0,1 ед. рН; ,1. Пусть также г/л. Ресурс по газу в последнем карбонизаторе исчерпан и рас- . ход алюминатного раствора в батарею установилс  на заданном уровне QA,.

При этих -услови х pH3 pHi+KO pH 5 Й7 соответствии с формулами И), (2) формируютс  задани  дл  двух регул торов рНг ,75; ,55.

За счет того, что ресурс по газу в последний карбонизатор исчерпаг, система управлени  стремитс  поддержать задание pHj изменением расхода алюминатного раствора. Например, устанавливаетс  ,72 ед.рН.

Пусть врем  пребывани  в батарее декомпозиции изменилось, например,

из-за регулировани  расхода раствора на предьодущих тактах управлени  или из-за изменени  уровней в декомпозе- рах. По этой причине изменилась (увеличилась ) концентраци  оксида алюмини  на выходе декомпозиции Сд 4,5 г/л.

В соответствии с предлагаемым способом корректируютс  задани  цифровым регул торам (4), (5): ,60;

,70; ,50.

Уменьшение задани  рНз на 0,05 ед. рН привело бы при наличии ресурса газа к увеличению газового потока в последний карбонизатор. В данной ситуации изменение задани  pHj не может повли ть на величину газового пото- ка, так как расчетна  величина расхода газа Qr, при уменьшении задани  pfij еще увеличитс  и фактический газа останетс  прежним (максимальным ) .

Уменьшение задани  рНз приводит к уменьшению расчетного по Qд (фиг.4) и, соответственно, фактического значений потока раствора. Уменьшение расхода раствора соответствует увеличению времени пребывани -раствора .в батарее декомпозиции, что.приводит к снижению концентрации оксида алюмини  Сд. Величина, на которую уменьшаетс  поток раствора после заеерше- ни  переходного процесса в объекте, зависит от суммарного количества печ- .ного газа, подаваемого в батарею карбонизации , исходной и заданной концентрации каустической соды-в перерабатываемом растворе, а также от р да других неконтролируемых факторов, характеризующих свойства объекта.

Поэтому качество по;щержани  заданной концентрацией оксида алюмини  Сд зависит от правильности выбора параметра настройки регул тора (З) - величины коэффициента К.

Рассмотрим случай, когда концентраци  оксида алюмини  на выходе декомпозиции не увеличилась, а уменьшилась и стала С(. 3,5 г/л.

В этом случае новые задани  цифровым регул торам (4), (5) следующие: ,7; ,8; ,6.

Увеличение задани  рНj на 0,05 ед рН при наличии ресурса по газу при- родит к снижению расчетного значени  )расхода газа Qra(5). Однако, в рас- сматриваемой ситуации, когда текущее значение ,72, т.е. на 0,12 ед. Превышает задание, расчетное значение Qp. может оказатьс  нереализуемым из-за того, что все равно превышает максимально .возможный расход таза. Если же расчетное значение расхода газа ниже максимально возможного и фактический поток газа снижаетс , то в процессе отработки нового задани  рН регул тором 4 (т.е. при ;увеличении задаваемого потока раст- вора QA,) поток газа снова станет максимальным.

: Поскольку поток раствора в бата- ,рею при увеличении задани  pHj должен увеличитьс  (4), врем  пребывани  раствора в батарее декомпозиции сократитс , что приведет к увеличению концентрации С на выходе батареи декомпозиции.

Способ и система управлени  разложением алюминатного раствора позвол ют увеличить вьшуск продукции и снизить потери глинозема за счет обеспечени  максимально возможной производительности батареи карбонизации при недостатке печного газа и увеличени  точности поддержани  заданной концентрации оксида алюмини  на выходе батареи декомпозиции. За счет внедрени  изобретени - вьшуск глинозема может быть увеличен на

о,а5%.

Claims (2)

1. Способ управлени  разложени- iBM алюминатного раствора преимущественно в последовательно соединенных батаре х карбонизаторов и декомпозе- ров с системой регулировани , включающий измерение рН в, жидкой фазе суспензии на выходе батареи карбонизаторов и регулирование рН изменением расхода печного газа в последний карбонизатор, отличающий- с   тем, что, с целью увеличени  вьтуска продукции и снижени  потерь глинозема, дополнительно измер ют концентрацию оксида алюмини  в жид

кой фазе суспензии, образующейс  после батареи декомпозеров, и регулируют величину рН дополнительным воздействием на расход алтоминатного раствора в батаре х карбонизаторов независимо от воздействи  на расход печного газа в последний карбониза- тор, при этом расход раствора измен ют пропорционально величине отклонени  измеренного значени  рН от значени 

& С

рН,рН5+ 5- О ,

где рН - заданное значение рН при регулировании рН расходом алюминатного раствора; рН, - заданное значение рН, соответствующее середине заданного технологическим регламентом допустимого диапазона;

А - изменени  рН; 5 - максимальна  погрешность

системы регулировани , а расход печного газа измен ют про- порционально отклонению измеренного рН от значени 

I +,

где рН- - заданное значение рН при регулировании рН расходом печного газа, причем величину заданного значени  рНз корректируют пропорционально отклонению измеренного значени  концентрации оксида алюмини  от соответствую . щего,заданного значени .

2. Система управлени  разложением алюминатного раствора, содержаща  регул тор расхода алюминатного раство регул торы и измерители расхода печного газа в карбонизаторы, сумматор сигналов от измерителей расхода печного газа, соединенный с преобразователем , и измеритель рН, установленньй на выходе последнего карбони- затора и соединенный с регул тором печного г.аза в последний карбонизатор через регул тор рН, отличающа с  тем, что, с целью увеличени  вьтуска продукции и снижени  потерь глинозема, она снабжена измерителем химического состава раствора на выходе батареи декомпозиции, блоком суммировани , включенным между

11 25 12

преобразователем и регул тором рас- .оба регул тора рН соединены с задат- хода алюминатного раствора, и вторымчиком рН, вход которого соедннен с регул тором рН, вход которого соедигвыходом корректора задани , вход конем с измерителем рН, а выход - с вто- торого соединён с измерителем хими- рым входом блока суммировани , причемческого состава раствора.