устройство для управления приготовлением обескремнивающего реагента

Формула изобретения

Устройство для управления приготовлением обескремнивающего реагента, содержащее реактор и трубопроводы подвода известкового молока и алюминатного раствора, соединенные с реактором, трубопровод отвода обескремнивающего реагента, исполнительные механизмы на трубопроводах подвода известкового молока и алюминатного раствора и трубопроводе отвода обескремнивающего реагента, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит охладитель, связанный своими входом и выходом с реактором, и трубопровод подвода охлаждающего агента, регулятор температуры раствора в охладителе, состоящий из измерителя температуры, регулирующего блока, задатчика и исполнительного механизмы, датчик плотности известкового молока, уровнемер в реакторе, трубопровод подачи содового раствора в реактор и промывочной воды с исполнительными механизмами, датчик плотности алюминатного раствора, датчик температуры в реакторе с корректором и задатчиком, сумматор, сигнализатор уровня в сборной емкости с датчиком уровня и задатчиками минимального и максимального уровней, исполнительный механизм с конечным выключателем на трубопроводе подачи готового обескремнивающего реагента в сборную емкость, задатчики максимального и минимального уровней в реакторе, задатчики массы известкового молока и алюминатного раствора, три задатчика выдержки времени, два арифметических блока, первый из которых служит для управления исполнительными механизмами на трубопроводах подачи компонентов в реактор и суспензии в охладитель и сборную емкость, а второй служит для управления исполнительным механизмом на трубопроводе подачи промводы в трубопровод подачи известкового молока, расходомер промывной воды и задатчик суммарного расхода воды, при этом датчик температуры в реакторе и задатчик соединены с первым и вторым входами корректора соответственно, а выход последнего соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с задатчиком температуры охладителя, а выход с первым входом регулятора, второй вход которого соединен с измерителем температуры охладителя, а выход с исполнительным механизмом на трубопроводе подачи охлаждающего агента, двенадцать входов первого арифметического блока соединены соответственно с задатчиками максимального и минимального уровней в реакторе, масс известкого молока и алюминатного раствора и трех выдержек времени, с конечным выключателем исполнительного механизма на трубопроводе подачи суспензии в сборную емкость, с плотномерами известкового молока и алюминатного раствора, с уровнемером в реакторе и сигнализатором уровня в сборной емкости, первый выход первого арифметического блока соединен с первым входом второго арифметического блока, а остальные пять выходов соединены с исполнительными механизмами на трубопроводах подачи компонентов в реактор, суспензии в охладитель и сборную емкость соответственно, расходомер промывной воды и задатчик суммарного расхода соединены с вторым и третьим входами второго арифметического блока соответственно, а выход последнего соединен с исполнительным механизмом на трубопроводе подачи промводы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству глинозема из щелочных алюмосиликатов, например нефелина или сиенита, и, в частности, может быть использовано для приготовления обескремнивающего реагента.

Известно устройство для получения обескремнивающего реагента (см. А.И. Лайнер и др. "Производство глинозема" М. Металлургия, 1978, с. 253), в котором обескремнивающий реагент получают гашением обожженной извести водой в аппарат Микка.

Для получения известкового молока заданного качества измеряют расходы обожженной извести и воды в аппарате Микка и поддерживают заданное отношение расходов. Устройство содержит расходомер камерного типа, дозатор с весоизмерителем, регулятор соотношения расходов с задатчиком и исполнительный механизм, изменяющий расход воды для гашения.

Недостатком устройства является то, что раствор содержит мало карбонатной щелочи и ее недостаточно для того, чтобы превратить всю активную окись кальция, содержащуюся в известковом молоке, в карбоалюминатную суспензию. Кроме того, в процессе смешения часть карбонатной щелочи каустифицируется, что еще более сказывается на качестве полученного обескремнивающего реагента. Недостатком устройства является также то, что оно не позволяет варьировать температурный и временной режимы, что снижает качество приготовляемого продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство управления, принятое за прототип, реализованное по "Способу обескремнивания алюминатных растворов" (см. Б.И. N 2, 1973, а.с. 325811), в котором известковое молоко готовят из обожженной извести и алюминатного раствора, смешивая их в заданном соотношении, после чего полученный при смешении обескремнивающий реагент направляют на обескремнивание. Устройство содержит расходомер алюминатного раствора, регулятор расхода и исполнительные механизмы, изменяющие расход известкового молока, алюминатного раствора и обескремнивающего реагента, реактор для смешения, трубопроводы подвода алюминатного раствора и известкового молока и трубопровод отвода обескремнивающего реагента.

К недостаткам устройства следует отнести нехватку карбонатной щелочи для получения высокоактивной суспензии. Непрерывное приготовление обескремниевого реагента с помощью указанного устройства при переменном расходе его на обескремнивание алюминатного раствора не позволяет стабилизировать выдержку времени готовой суспензии в реакторе и охладителях, что ухудшает качество обескремнивающего реагента, это особенно характерно при уменьшении расхода обескремнивающего реагента, поскольку накопленный объем его в реакторе, рассчитанный на повышенный расход, быстро уменьшить невозможно из-за ограничений на минимальный расход известкового молока. Недостаточная скорость потока в подводящем трубопроводе приводит к их зарастанию и закупорке.

Известен трехстадийный способ приготовления карбоалюминатной суспензии, включающий смешение известкового молока с алюминатным и содовым раствором. При этом суспензию приготавливают последовательным заполнением до установленного уровня каждым из компонентов, с последующим охлаждением и выдержкой времени на каждой стадии заполнения реактора. При добавлении обескременного алюминатного раствора к равному количеству выдержанного в реакторе при температуре 40 50^oC в течение 2 3 часов известковому молоку с содержанием активной окиси кальция до 200 г/л происходит реакция образования карбоалюминатов и каустификации карбонатной щелочи. Смесь охлаждают до 40 50^oC и выдерживают ее при этой температуре 0,5 0,8 часа, после чего к полученной суспензии добавляют содовый раствор в количестве 10 15% от суммарного объема полученной ранее в реакторе суспензии. Смесь выдерживают при температуре 40 - 50^oC в течение 1 2 часов. В результате оставшаяся масса активной окиси кальция превращается в слабонасыщенный четырехкальциевый гидроалюминат, поверхностные слои которого насыщаются до состава:

4CaOAl₂O₃(0,8-1,1)CO₂(10-15)H₂O

Полученная таким образом карбоалюминатная суспензия обладает повышенной активностью по отношению к двуокиси кремния. Очевидно, что устройство управления, принятое за прототип, не обеспечивает требований по управлению приготовлением указанным способом обескремнивающего реагента. Применение трехстадийного способа приготовления его выдвигает требование не только к циклической дозировке компонентов, но и к организации промывки трубопровода подачи известкового молока.

Технической задачей настоящего устройства является стабилизация качества обескремнивающего реагента при трехстадийном способе его приготовления.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в устройстве управления приготовлением обескремнивающего реагента, содержащем реактор и трубопроводы подвода известкового молока и алюминатного раствора, соединенные с реактором, трубопровод отвода обескремнивающего реагента, исполнительные механизмы на трубопроводах подвода известкового молока и алюминатного раствора и трубопроводе отвода обескремнивающего реагента дополнительно содержится охладитель, связанный своим входом и выходом с реактором, и трубопровод подвода охлаждающего агента, сборная емкость, трубопровод отвода охлаждающего агента, регулятор температуры раствора в охладителе, состоящий из измерителя температуры, регулирующего блока, задатчика и исполнительного механизма, датчик плотности известкового молока, уровнемер в реакторе, трубопроводы подачи содового раствора в реактор и промывочной воды с исполнительными механизмами и запорными клапанами, датчик плотности алюминатного раствора, датчик температуры в реакторе с корректором и задатчиком, сумматор, сигнализатор уровня в сборной емкости и задатчиками максимального и минимального уровней и датчиком уровня, исполнительный механизм с запорным клапаном и конечным выключателем на трубопроводе подачи готового обескремнивающего реагента в сборную емкость, задатчики максимального и минимального уровней в реакторе, задатчики массы известкового молока и алюминатного раствора и три задатчика выдержки времени, два арифметических блока, первый из которых служит для управления запорной арматурой на трубопроводах подачи компонентов в реактор и суспензии в охладитель и сборную емкость, а второй служит для управления запорной арматурой на трубопроводе подачи промводы в трубопровод подачи известкового молока, расходомер промывной воды и задатчик суммарного расхода воды, при этом датчик температуры в реакторе и задатчик соединения с первым и вторым входами корректора соответственно, а выход последнего соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с задатчиком температуры охладителя, а выход соединен с первым входом регулятора, второй вход которого соединен с измерителем температуры охладителя, а выход соединен с исполнительным механизмом на трубопроводе подачи охлаждающего агента, двенадцать входов первого арифметического блока соединены соответственно с задатчиками максимального и алюминатного раствора, и трех выдержек времени, с конечным выключателем исполнительного механизма на трубопроводе подачи суспензии в сборную емкость, с плотномерами известкового молока и алюминатного раствора, с уровнемером в реакторе и с сигнализатором уровня в сборной емкости, первый выход первого арифметического блока соединен с первым входом второго арифметического блока, а остальные пять выходов соединены с исполнительными механизмами на трубопроводах подачи компонентов в реактор, суспензии в охладитель и сборную емкость соответственно, расходомер промывной воды и задатчик суммарного расхода соединены со вторым и третьим входами второго арифметического блока соответственно, расходомер промывной воды и задатчик суммарного расхода соединены со вторым и третьим входами второго арифметического блока соответственно, а выход последнего соединен с исполнительным механизмом на трубопроводе подачи промводы.

Устройство первоначально заполняет реактор заданным по массе количеством известкового молока, после чего отключают трубопровод подачи молока и включают промывную линию, промывая ее установленным объемом воды и затем отключая промывку. Известковое молоко из реактора пропускают через охладитель, снижая температуру до установленного предела и выдерживают его при заданной температуре установленное задатчиком время. Процесс охлаждения форсируют, уменьшая заданное значение температуры в охладителе пропорционально разности заданной и измеренной температуре в реакторе. После выдержки молока в реактор подают установленную массу алюминатного раствора с последующим охлаждением суспензии в реакторе до заданной температуры и выдержкой ее установленное время. После завершения выдержки времени заполняют реактор до максимального уровня содовым раствором и вновь охлаждают смесь и выдерживают ее при заданной температуре установленное время. По завершению процедуры приготовления суспензии ее перекачивают в сборную емкость, отключая при этом подачу растворов в охладитель. Перекачку включают, когда уровень в сборной емкости меньше минимального установленного и завершают, когда или уровень в сборной емкости больше максимального, или уровень в реакторе меньше минимального. Цикл приготовления суспензии повторяют, если уровень в реакторе меньше минимального.

Таким образом получают карбоалюминатную суспензию, которую используют для низкотемпературного обескремнивания алюминатного раствора и применение которой позволяет получить алюминатный раствор с кремниевым модулем 7000 8000. Точность дозировки обеспечивают объемной дозировкой компонентов в реактор по уровня на каждом этапе дозировки. Уровень, при котором прекращают подачу двух основных компонентов, определяют при известном сечении реактора, исходя из измеренных значений плотностей известкового молока и алюминатного раствора и заданных значений массы компонентов. Такой прием позволяет точнее дозировать потоки по сравнению с дозировкой по расходам или по заданным уровням без учета реального содержания активных веществ в растворах. Использование двухкаскадной системы поддержания заданной температуры в реакторе позволяет быстрее снизить температуру смеси, чем в случае управления температурой в охладителе без учета температуры в реакторе. Быстрое охлаждение смеси в реакторе способствует повышению качества карбоалюминатной суспензии так же, как и более точная дозировка компонентов. Использование второго арифметического блока для управления промывкой трубопровода подачи известкового молока препятствует зарастанию трубопровода твердым осадком при периодических отключениях подачи молока в реактор. Это позволяет держать постоянной скорость наполнения реактора известковым молоком, то есть более стабильно выдерживать установленное время выдержки известкового молока при заданной температуре.

Указанная совокупность методов и приемов для достижения поставленной цели в известных авторам источниках научно-технической информации не обнаружена, что позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое изобретение отвечает критерию "Существенные отличия".

На чертеже представлена блок-схема устройства управления приготовлением карбоалюминатной суспензии. Устройство содержит реактор 1, охладитель 2 поверхностного типа, сборную емкость 3, трубопроводы подачи известкового молока 4 и алюминатного раствора 5а, трубопровод отвода карбоалюминатной суспензии 5б, трубопроводы подачи и отвода охлаждающего агента 5в и 5г соответственно, исполнительные механизмы типа МЭКО 6 и 7 на трубопроводах подачи известкового молока и алюминатного раствора соответственно, плотномер 8 радиационного типа для измерения плотности известкового молока, уравнемер 9 лотового типа, регулятор температуры 10, содержащий регулирующий блок 11 типа Р12, задатчик 12 типа ЗУ-0,5, терморезистор 13 и исполнительный механизм 14 типа МЭКО, трубопроводы подачи 15 и 16 содового раствора и промводы соответственно, исполнительный механизм 17 типа МЭКО на трубопроводе подачи содового раствора, измеритель 18 плотности алюминатного раствора, исполнительный механизм 19 типа МЭКО на трубопроводе подачи промводы, расходомер 20 камерного типа, исполнительные механизмы 21 и 22 типа МЭКО на трубопроводах подачи суспензии в охладитель и сборную емкость соответственно, корректор 23, состоящий из последовательно соединенных сумматора типа А04 и блока умножения А31, задатчик 24 типа ЗУ-05, терморезистор 25, сумматор 26 типа А04, сигнализатор уровня 27 типа ДИУ-СЧА с задатчиками 28 и 29 типа ЗУ-05 максимального и минимального уровня, датчик уровня 30 поплавкового типа, первый арифметический блок 31, задатчики 32 38 типа ЗУ-05 для задания массы известкового молока Gим^x и алюминатного раствора G^x_ар минимального H_мин. и максимального H_макс. уровней в реакторе, времени выдержки соответственно, второй арифметический блок 39 с задатчиком 40 типа ЗУ-05 массы промывной воды SQ. Второй и третий арифметические блоки выполнены программным путем в микроконтроллере типа "Ломиконт" со стандартным наборов драйверов УСО.

Входы реактора 1 через исполнительные механизмы 6, 7, 17 и 19 соединены с трубопроводами 4, 5а, 15 и 16 известкового молока, алюминатного и содового растворов и промводы соответственно. Выход реактора через исполнительные механизмы 21 и 22 соединен с первыми входами охладителя 2 и сборной емкости 3 соответственно. Выход сборной емкости 3 соединен с трубопроводом 5б отвода карбоалюминатной суспензии. Второй вход охладителя 2 через исполнительный механизм 14 соединен с трубопроводом 5в подачи охлаждающего агента. Первый выход охладителя связан с четвертым входом реактора 1, а второй с трубопроводом 5г отвода охлаждающего агента. Задатчик 12 температуры охладителя Т2(О) соединен с первым входом сумматора 26, выход которого соединен с первым входом регулирующего блока 11 регулятора 10. Второй вход регулирующего блока 11 соединен с терморезистором 13, а выход соединен с исполнительным механизмом 14. Два входа корректора 23 соединены с задатчиком 24 температуры Т1^x в реакторе 1 и измерителем 25 температуры Т1 соответственно, а выход блока 23 соединен со вторым входом сумматора 26. Датчик 8, 9 и 18 плотности известкового молока ₁ уровня Н1 в реакторе и плотности алюминатного раствора ₂ соответственно соединены с первыми тремя входами первого арифметического блока 31. Первые два выхода сигнализатора уровня 27 соединены с задатчиками 28 и 29 соответственно, а третий вход соединен с датчиком 30 уровня Н2 в сборной емкости 3. Выход блока 27 соединен с четвертым входом блока 31. Пятый вход блока 31 соединен с конечным выключателем исполнительного механизма 22, с шестого по двенадцатый входы блока 31 соединены соответственно с задатчиками 32 38. С первого по пятый выходы блока 31 соединены соответственно с исполнительными механизмами 6, 7, 17, 21 и 22. Шестой выход блока 31 соединен с первым входом арифметического блока 39, второй и третий выходы которого соединены с расходомером 20 и задатчиком 40 соответственно. Выход блока 39 соединен со входом исполнительного механизма 19.

Устройство работает следующим образом:

В блоке 31 вырабатывают комбинацию управляющих сигналов:

ВК 0 и H1 < H1_мин.

где: ВК концевой выключатель исполнительного механизма 22, в разомкнутом состоянии ВК равно нулю,

управляющие команды исполнительным механизмом 6, 7, 17, 21 и 22 и сигнал на вход второго арифметического блока 39,

интегральная сумма

Так как 1=1, то исполнительный механизм 6 открывает поток известкового молока в реактор 1. Все остальные исполнительные механизмы отключены и концевой выключатель КВ исполнительного механизма 22 разомкнут. Датчиком 8 измеряют плотность известнякового молока ₁ и в блоке 31 находят заданное значение H1^x(1) уровня заполнения реактора 1 известковым молоком:

H1^x(1) = G^x_им./F₁+HI_мин. (2)

где: F площадь поперечного сечения реактора,

G^x_им. заданное весовое количество молока, получаемое от задатчика 32,

HI_мин. минимальный уровень в реакторе 1, задаваемый задатчиком 34.

В блоке 31 сравнивают HI с HI_мин. и находят заданное значение уровня HI(O)



Таким образом, когда поток известкового молока установится с помощью (2) и (3), определяют граничное значение уровня заполнения реактора известковым молоком. В блоке 31 находят управление:



Второй арифметический блок 39 вырабатывает команду 7:



Поскольку Q 0 и 6=0, то 7=0. Т.е. исполнительный механизм 19 на трубопроводе промводы 16 закрыт. В тот момент, когда уровень известкового молока в реакторе 1 станет равным HI(O) (см. (4)), в блоке 31 вырабатывают новое управление:

ВК 0 и H1 Н1(0)

Таким образом, исполнительный механизм 6 закрывает поток молока в реактор, исполнительный механизм 19 в соответствии с (5) открывает поток промводы в трубопровод подачи известкового молока, исполнительный механизм 21 открывает поток известкового молока из ректора в охладитель. Когда интеграл расхода промводы сравнивается с заданным значением SQ^*, получаемым от задатчика 40, второй арифметический блок 39 в соответствии с (5) отключает исполнительный механизм 16 и промывку прекращают. В охладителе 2 с помощью регулятора 10 поддерживают заданное значение температуры на выходе охладителя. Угол поворота исполнительного механизма 14 определяют по формуле:



где: T2 температура охладителя, получаемая от датчика 13,

T2^x заданное значение температуры, получаемое от сумматора 26,

A1 и A2 коэффициенты, получаемые при настройке системы по минимуму квадратичного критерия по реакции на скачок возмущения.

Заданное значение температуры находят из выражения:

T2^x=T2(0) +T2 (8)

где: T2(O) исходное значение температуры, получаемое от задатчика 12,

T2 корректирующая поправка, получаемая от корректора 23.

Датчиком 25 измеряют температуру T1 в реакторе 1. В корректоре 23 находят T2:

T2 = A3(T1^x-T1) (9)

где: T1^x заданное значение температуры в реакторе, получаемое от задатчика 24,

A3 коэффициент, получаемый при настройке по минимуму квадратичного критерия относительно температуры в реакторе.

В тот момент, когда температура в реакторе станет равной заданному значению, в блоке 31 начинают отсчет времени t1. Когда время выдерживания известкового молока сравнивается с заданным ₁ значением, в блоке 31 вырабатывают новую последовательность команд

BK 0 и HI HI(0) и

Таким образом, в этот момент производят включение исполнительного механизма 7 и алюминатный раствор подают в реактор. В блоке 31 находят новое значение HI(O):

BK 0 и HI HI(O) HI(O) HI^x(1) + 0,1 HI_макс. и 2=1. (11)

Затем в блоке 31 находят заданное значение уровня в реакторе HI^x(2) для заполнения алюминатным раствором:

H1^x(2)=H1^x(1)+G^x_ap./F_2/ (12)

где: G^x_ap. заданное значение веса алюминатного раствора, получаемого от задатчика 33.

В блоке 31 находят новое граничное значение уровня смеси в реакторе 1

ВК О и

В тот момент, когда H1 сравняется с H1(0), в блоке 31 вырабатывают последовательность команд:

ВК 0 и Н1 Н1(0)

То есть производят отключение подачи алюминатного раствора в реактор.

В тот момент, когда температура смеси станет равной заданному значению в блоке 31, начинают отчет времени t2. При t2 = 2 в блоке 31 вырабатывают команды:

BK 0 и t2 0, H1(0) H1_макс.H1 H1(0). (15)

т. е. включают подачу содового раствора из линии 15 через исполнительный механизм 17. Когда уровень в реакторе 1 станет равным H1(0) в блоке 31 отключают подачу содового раствора:

HI HI(0) и BK 0

В тот момент, когда температура станет равной заданному значению, включают в блоке 31 счетчик времени t3. При t₃=₃ проверяют уровень в сборной емкости 3 и в зависимости от ее величины в блоке 31 вырабатывают новую комбинацию управления:

H2 < H2_мин.

Таким образом, включают исполнительный механизм 22 и суспензию подают из реактора в сборную емкость 3. При полном открытии исполнительного механизма 22 конечный выключатель ВК замыкается, т.е. ВК 1. В блоке 31 вырабатывают новый набор команд:

ВК 1 и H2 < H2_мин.

Таким образом, отключают подачу суспензии в охладитель. Отключение исполнительного механизма 22 производят в том случае, когда либо уровень в сборной емкости превысит максимальное значение, либо уровень суспензии в реакторе станет меньше минимального.

Таким образом, если перекачка отключена по максимальному уровню в сборной емкости, то включают исполнительный механизм 21 подачи суспензии в охладитель. Если после отключения перекачки по максимуму в реакторе есть запас суспензии, т. е. H1 > H1_мин., то в соответствии с (12) периодически подкачивают суспензию в сборную емкость до тех пор, пока уровень в реакторе не станет равным минимальному. После этого цикл приготовления карбоалюминатной суспензии в соответствии с (2) начинают сначала. В таблице приведена циклограмма работы устройства.

Экономический эффект достигается за счет снижения удельного расхода обожженной извести на обескремнивание на 5 6% по сравнению с прототипом. При удельном расходе обожженной извести на 1 т глинозема, равном 0,1 т/т, при стоимости 1 т обожженной извести 25 тыс. руб. для завода мощностью 200000 т глинозема в год экономический эффект составит:

Э 2000000,10,05 25000 тыс. руб.