Устройство для регулирования процесса кристаллизации

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПО авт. св. 1033150, отличающееся тем, что, с целью уменьшения потерь готового продукта в сливе кристаллизатора за счет повышения точности регулирования, оно дополнительно содержит регулятор расхода исходного раствора с клапаном на линии его подачи, шестой блок произведения и блок запоминания стоимости исходного раствора, при этом входы шестого блока произведения соединены с выходами датчика расхода исходного раствора и блока запоминания стоимости исходного раствора, а выход подключен к третьему входу сумматора, первый вход регулятора расхода соединен с датчиком расхода исходного раствора, а выход - с клапаном на линии подачи исходного раствора,выход второго злемента сравнения подключен к входу опс тимизатора, второй выход которого Я соединен с входом регулятора расхода (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ

У В

Ц /

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН,„р

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1033150 (21) 3542772/23-26 (22) 23.12.82 (46) 07.06.84. Бюл. В 21 (72) В .И.Еремеев и О.Н.Леханов (71) Приморское ордена Знак Почета . производственное объединение Бор нм, 50-летия СССР (53) 66.012-52(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 1033150, кл. В 01 D 9/02, 1982. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ по авт. св.

Р 1033150, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения потерь готового продукта в сливе кристаллвзатора за счет повышения точности

„.SU„„A регулирования, оно дополнительно содержит регулятор расхода исходного раствора с клапаном на линии его подачи, шестой блок произведения и блок запоминания стоимости исходного раствора, при этом входы шестого блока произведения соединены с выходами датчика расхода исходного раствора и блока запоминания стоимости исходного раствора, а выход подключен к третьему входу сумматора, первый вход регулятора расхода соединен с датчиком расхода исходного раствора, а выход — с клапаном на линии подачи исходного раствора, выход второго эле: мента сравнения подключен к входу on- д тимизатора, второй выход которого Е соединен с входом регулятора расхода

1095923

Изобретение относится к устройст, вам для регулирования процессов кристаллизации, например процессов кристаллизации пербората натрия, и может найти применение на предприятиях химической промышленности, По основному авт. св, Ð 1033150 известно устройство для регулирования процесса кристаллизации, содержащее первый блок произведения, входы которого соединены с датчиками расхода и концентрации исходного раствора, а выход подключен к первому входу первого элемента сравнения, второй элемент сравнения, выход которого подключен к входу экстремального регуля-15 тора, второй блок произведения, входы которого соединены с датчиками расхода и концентрации раствора после. кристаллизатора, а выход подключен к второму входу первого элемента сравнения, выход которого соединен с первым входом третьего блока произведения, второй вход которого подключен к блоку запоминания стоимости готового продукта, а выход — к первому вхо-75 ду второго элемента сравнения, второй вход которого соединен с выходом сумматора, входы четвертого блока произнедения соединены с выходами датчика потребления электроэнергии холодильной установкой и блока запоминания стоимости электроэнергии, а выход подключен к первому входу сум-, матора, входы пятого блока произведения соединены с выходами датчика расхода хладагента и блока запоминания стоимости хладагента, а выход подключен к второму входу сумматора, датчик температуры в кристаллизаторе соединен с первым входом регулятора температуры и первым входом третьего 40 измерителя рассогласования, второй вход которого соединен с датчиком . температуры хладагента, а выход подключен к регулирующему органу на линии подачи электроэнергии н холодиль- 45 ную установку, второй вход регулятора температуры соединен с выходом оптимизатора, а выход подключен к клапану на линии подачи хладагента flJ.

Однако данное устройство не регулирует расход исходного раствора, что, даже при экстремальном регулировании температуры и кристаллизаторе, приводит к увеличению потерь готового продукта в сливе кристаллизатора, ко" 55 торые н большей степени зависят от расхода исходного раствора (определяющего время пребывания исходного раствора в кристаллизаторе),чем от температуры в кристаллизаторе.

Цель изобретения — уменьшение потерь готового продукта в сливе кристаллизатора, Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит регулятор расхода исходного раствора 65 с клапаном на линии подачи исходног раствора, шестой блок произведения и блок запоминания стоимости исходного растнора, при этом входы шестого блока произведения соединены с выходами датчика расхода исходного раствора и блока запоминания стоимости исходного раствора, а выход подключен к третьему входу сумматора, первый вход регулятора расхода соединен с датчиком расхода исходного раствора, а выход — с клапаном на линии подачи исходного раствора, выход второго элемента сравнения подключен к входу оптимизатора, второй выход которого соединен с входом регулятора расхода, На фиг, 1 изображена блок-схема устройства для регулирования процесса кристаллизации; на фиг, 2 — графики изменения стоимости готового продукта (С), затрат на охлаждение хладагента (3 ), затрат на расход хладагента (3„), н зависимости от температуры н крйсталлизаторе (Т.„) при постоянном расходе исходного раствора Я»,. на фиг. 3 — графики изменения С, 3, Эх и затрат на расход исходного раствора 3 н зависимости от Gs„. при посох тоянйой температуре Т .

Устройство содержит кристаллизатор

1, фильтр 2, холодильную установку

3, трубопровод 4 подачи исходного раствора, трубопровод 5 отвода суспензии, линию 6 отвода готового продукта, трубопровод 7 отвода фильтрата, трубопровод 8 отвода слива кристаллизатора, трубопровод 9 подвода хлад! агента на холодильную установку, тру,бопровод 10 поднода хладагента н кристаллизатор, трубопровод 11 отвода хладагента из кристаллизатора, линию

1? подвода электроэнергии к холодильной установке, датчик 13 расхода исходного раствора, датчик 14 расхода раствора после кристаллизатора, датчик 15 расхода хладагента, датчик 16 концентрации исходного раствора, датчик 17 концентрации раствора после кристаллизатора, датчик 18 потребления электроэнергии, датчик 19 температуры в кристаллизаторе, датчик

20 температуры хладагента, первый, которой и третий элементы 21-23 сравнения, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой блоки 24-29 произведения, блоки 30-33 запоминания стоимости готового продукта, электроэнергии, хладагента и исходного раствора, сумматор 34, регулятор

35 температуры, клапан 36 на линии подачи хладагента, регулирующий орган 37 на линии подачи электроэнергии, регулятор 38 расхода, клапан 39 на

2 линии подачи исходного раствора, двухканальный оптимизатор 40.

Входы первого блока 24 произведения соединены с датчиками расхода 13

1095923 и концентрации 16 исходного раствора, а выход подключен к первому входу первого элемента 21 сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго блока 25 произведения, входы которого подключены к датчикам расхода

14 и концентрации 17 раствора после кристаллизатора. Входы третьего блока 26 произведения соединены с выходами первого элемента 21 сравнения и блока 30 запоминания стоимости готово10

ro продукта, а выход подключен к первому входу второго элемента 22 сравнения, второй вход которого соединен с выходом сумматора 34, а выход — с входом двухканального оптимизатора f5

40. Входы четвертого блока 27 произведения соединены с датчиком 18 потребления электроэнергии и блоком 31 запоминания стоимости электроэнергии, а выход подключен к первому входу 20 сумматора 34, Входы пятого блока 28 произведения соединены с датчиком 15 расхода хладагента и блоком 32 запоминания стоимости хладагента, а выход подключен к второму входу сумматора

34.

Датчик 19 температуры в кристаллизаторе соединен с первым входом регулятора 35 температуры и первым входом третьего элемента 23 сравнения, второй вход которого подключен к датчику 20 температуры хладагента, а выход — к регулирующему органу на линии 37 подачи электроэнергии.

Выход регулятора 35 температуры соединен с клапаном 36 на линии пода-З5 чи хладагента.

Входы шестого блока 29 произведения соединены с выходами датчика 13 расхода и блока 33 запоминания стоимости исходного раствора, а выход 40 подключен к третьему входу сумматора

34. Выход датчика 13 расхода соединен также с первым входом регулятора 38 расхода, выход которого подключен к клапану 39 на линии подачи исходного 45 раствора ° Выходы двухканального оптимизатора 40 соединены с вторыми входами регуляторов 35 и 38.

Устройство работает следующим образом. 50

Исходный раствор поступает в кристаллизатор 1 по трубопроводу 4. Отвод суспенэии готового продукта осуществляют из нижней части кристаллиза- 5 тора 1 по трубопроводу 5 на фильтр

2, где происходит разделение готового продукта, отводимого по линии б, и фильтрата, отводимого по трубопроводу 7. Фильтрат фильтра 2 соединяется со сливом кристаллизатора 1, от-60 водимого по трубопроводу 8. В рубашку кристаллизатора 1 по трубопроводу

10 подают хладагент, который отводится по трубопроводу 11. Хладагент, поступающий в кристаллизатор, предва- 65 рительно охлаждают в холодильной установке 3. Электроэнергию в холодильную установку 3 подают по линии 12, Критерий управления устройства следующий:

П(т„, Q>„) ща

П -= С вЂ” (Зв + Зх + Звх)

С = ((вх ° Ceõ — ()вь!х вь Цч

3 =W-Ц

Зх = 0„,Ц» !

З.ех=<) вк 14, где П вЂ” прибыль, (без учета условно постоянных затрат);

С вЂ” стоимость готового продукта;

3>- затраты на охлаждение;

3„- затраты на расход хладагента;

Зв„ - затраты на расход исходного раствора;

Q,С „ - расход и концентрация исходвх ного раствора;

Q С вЂ” расход и концентрация раствофцх выем ра после кристаллизатора;

W — расход электроэнергии;

Q„- расход хладагента;

Ц1 Ц2 стоимость единицы готового продукта, электроэнергии, хладагента и исходного раствора

҄— температура в кристаллизаторе.

Расчет стоимости готового продукта

С происходит на третьем блоке 26 произведения, где умножают сигнал с выхода первого элемента 21 сравнения на сигнал Ц с блока 30 запоминания стоимости готового продукта. На выходе первого элемента 21 имеем сигнал количества готового продукта как разность между количеством целевого компонента в исходном растворе (получают на первом блоке 21 произведения как произведение расхода Qex измеренного датчиком 13, на концентрацию

С „,измеренную датчиком 16) и количеством потерь целевого компонента с раствором после кристаллизатора (получают на втором блоке 25 произведения как произведение расхода Q е,,„, измеренного датчиком 14, на койцентрацию Сею,, измеренную датчиком 17), Расчет затрат на охлаждение 3 происходит на четвертом блоке 27 произведения, где умножают расход электроэнергии W измеренный датчиком 18, на стоимость электроэнергии Ц1, полученную с блока 31.

Расчет затрат на расход хладагента 3„ происходит на пятом блоке 28 произведения, где умножают расход

Q, измеренный датчиком 15, на стоимость хладагента Ц, полученную с блока 32.

Расчет затрат на расход исходного раствора Зв„ происходит на шестом блоке 29 произведения, где умножают расход Q „, измеренный датчиком ,13 на стоимость исходного раствора

Ц», полученную с блока 33.

1095923

На выходе второго элемента 22. сравнения имеем текущее значение прибыли П как разность между стоимостью готового продукта С, полученную с блока 26, и суммарными затратами на охлаждение 3, расход хладагента 3„

5 и расход исходного раствора 3 „, полученными с сумматора 34. Текущее значение прибыли П поступает на нход двухканального оптимизатора 40. Выходными сигналами двухканального оптимизатора 40 являются задания температуры в кристаллиэаторе Т регулятору 35 и расхода Q „ регулятору

38. Регулирование температуры н кристаллизаторе Тк осуществляет регулятор15

35, на который поступает сигнал с датчика 19, В зависимости от отклонения текущего значения температуры Т„, поступающего с датчика 19, от заданного значения, поступающего OT оптимизатора

40, регулятор 35, воздействуя на клапан 36, изменяет расход хладагента в кристаллизатор, приводя температуру

Т к заданному значению. 25

Сигнал разности температуры н кристаллизаторе, измеренной датчиком 19 ., и температуры хладагента, измеренной датчиком 20, с третьего элемента 23 сравнения поступает на регулирующий орган 37 на линии подачи электроэнергии, который при уменьшении (увеличении) разности температуры в кристаллизаторе и температуры хладагента уменьшает (унеличивает) время периодической подачи электроэнергии на холодильную установку 3 и (или) уменьшает (увеличивает) число работающих агрегатов холодильной установки 3.

Регулирование расхода Q 8„ осуществляет регулятор 38. B завйсимости 4О от отклонения текущего значения расхода Q> поступающего с датчика 13, от заданногоизначения, поступающего от оптимизатора 40, регулятор 38, ноз действуя на клапан 39,изменяет расход 4Я

Q „, приводя его к заданному.

ПрибыЛь от производства готового продукта П з ави сит от температуры в кристаллизаторе Т„и расхода исходно-5О го раствора Q (фиг. 2, 3), С уменьшением,Т „ (фиг, 2) происходит уменьшение потерь целевого компонента с раствором после кристаллизатора, следовательно, унеличивается количество готового продукта и увеличивается его стоимость С. Однако, чем меньше CTBHQBHTcH Т, тем прирост веЛичины С становится менее значительным, С уменьшением Т„ происходит уве» личение затрат на охлаждение 3 и,чем б0 меньше становится Т,„, теь1 прирост

3> увеличивается, с уменьшением Т

K увеличиваются также затраты на расход хладагента 3 „. Увеличение затрат:

3 „ от Т,.„ носит лйнейный характер. 65

Величина прибыли П, полученная как разность стоимости готового продукта

С и суммарных затрат, имеет экстремальный характер в точке Т„..

С увеличением Q „ (фиг. 3) происходит унеличение количества готового продукта и потерь целевого компонента с растнором после кристаллизатора, однако прирост количества готового продукта больше прироста количества потерь, поэтому происходит возрастание графика стоимости С, При дальнейшем увеличении Ц» (время пребывания исходного раствора, которое зависит от Q „, становится недостаточным для образования готового продукта) прирост количества готового продукта становится меньше прироста количества потерь и график стоимости

С начинает убывать ° Поэтому график стоимости С от расхода Оц„ носит экстремальный характер, С увеличением

Q „ увеличиваются затраты на расход исходного раствора 3 „, расход хладагента 3 „и охлаждение 3,, Увеличение 3 с увеличением Q щ связано с тем, что регулятор 35 для подцержания заданной температуры Т„ при увеличении расхода 0 „ будет йодавать в рубашку кристаллиэатора больший расход хладагента Q . При этом для обеспечения заданной разницы между температурой в кристаллизаторе и хладагента с увеличением расхода 0„ регулирующий орган 37 увеличивает подачу электроэнергии И в холодильную установку, что приводит к увеличению

3 . Величина прибыли П, полученная как разность стоимости готового продукта С и суммарных затрат имеет экстремум в точке Q>

Таким образом зависимость П от Т и Qz> носит экстремальный характер.

Причем оптимальное значение П при T

K и Я „c течением времени изменяется и зависит от концентрации исходного раствора„величины инкрустаций на кристаллизаторе 1 и т.д.

Поиск оптимальных значений,Т и к

О „осуществляет оптимизатор 40, на вход которого поступает сигнал текущего значения прибыли П, а выходы связаны с регуляторами температуры

35 и расхода 38, Поиск экстремума П (Т, Q» ) осуществляют, например, путем поочередного поиска экстремумов П (Т„) при

Q „ = const H П (Q „) при T „= const, т.е, определяют значение Т„, N npu

Ц „= const,äëÿ которого П -= П „, N, Затем определяют значение Q" (N + 1) при TK . Т„, Н,для которого

Ф ах

П-= П,„„„(Н + 1) . Далее определяют значение Т„, (N И. 2) при Q „= Q Ä (N + 1), для которого П = П„„,, (N+3) и т д ° этом случае оптимизатор 40 выда4 ет постоянное задание регулятору 38

1095923

О„ const " и изменяет задание регулятору 35, определяя и запоминая эна чение T„N,ïðè котором величина сигнала П с выхода элемента 22 имеет максимальное значение Пм „, N. После нахождения Т„, N оптимйэатор 40 выдает постоянное задание регулятору

35 Т Т„, N и изменяет задание.регулятору 38, определяя и запоминая значение g e„(N + 1), при котором величина П = П „(N + 2) . После нахож- fO дения Q" (N + 1) оптимизатор 40 выдает постоянное задание регулятору 38

0 6„ = 0 э„ (N,+ 1) и изменяет задание регулятору 35, определяя и запоминая значение Т„, (N + 2).,при кото- 35 ром величина П = П„,ц,(0 + 2) и т.д.

Таким образом, оптимизатор 40 постоянно будет определять оптимальные значения температуры Т„и расхода при которых прибыль П от производства готового продукта будет иметь максимальное значение. Это позволит находить оптимальнйй режим кристаллизации (скорость кристаллизации и время пребывания исходного раствора в крнсталлнзаторе), что обеспечит уменьшение потерь готового продукта в сливе кристаллизатора.

Применение предлагаемого устройства. за счет экстремального регулирования расхода исходного раствора позвофит обеспечить оптимальное время пре-. бывания исходного раствора в кристаллиэаторе, что уменьшит потери готово-) го продукта в сливе кристаллнзатора на 6-12%.

10959 23 тк к

@иу. 2

У

Й щ,, Составитель Т.Чулкова

Редактор П,Макаревич Техред T.Äóáèí÷àê Корректор Л,Пилипенко

» «» «»»

Заказ .4055/46 Тираж 682 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 .

»»

Фидиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4