способ управления процессом нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты газообразным аммиаком

Формула изобретения

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ ГАЗООБРАЗНЫМ АММИАКОМ в pеактоpе с получением фосфатной пульпы путем измеpения pасхода фосфоpной кислоты и pегулиpования pасхода аммиака, отличающийся тем, что, с целью упpощения системы упpавления, повышения ее надежности, снижения потеpь аммиака и улучшения качества пpодукта, pегулиpуют pасход фосфоpной кислоты, измеpяют электpопpоводимость фосфатной пульпы, по величине котоpой воздействуют на pасход аммиака, пpичем фосфатную пульпу пеpед замеpом электpопpоводимости дегазиpуют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пpи нейтpализации экстpакционной фосфоpной кислоты, пpи пpоизводстве котоpой в качестве исходного сыpья используют фосфоpиты Каpатау, электpопpоводимость фосфатной пульпы поддеpживают в пpеделах 0,29 - 0,30 1/Ом см.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматическому управлению процессами производства минеральных удобрений, в частности производства аммофоса.

Известен способ управления процессом нейтрализации фосфорной кислоты газообразным аммиаком путем регулирования расхода последнего в зависимости от влажности и pH получаемой в ходе нейтрализации фосфатной пульпы [1] . Недостатком известного способа является то, что регулирование расхода аммиака при стабилизации расхода экстракционной фосфорной кислоты осуществляют с коррекцией по параметрам нейтрализованной пульпы на выходе из реактора, датчики измерения которых имеют низкие метрологические характеристики. Наиболее целесообразно процесс нейтрализации проводить при молярном отношении (М) NH₃: H₃PO₄= 1 или лишь на сотые доли превышающем единицу. Принципиально величина pH фосфатной пульпы в достаточной мере может служить показателем степени нейтрализации. Однако для замера pH оказываются совершенно непригодными стандартные стеклянные электроды из-за наличия соединений фтора в пульпе, а электроды других типов для замера pH в настоящее время в промышленных производствах не используются.

Наиболее близким к изобретению является способ управления процессом нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты газообразным аммиаком в реакторе путем измерения расхода фосфорной кислоты и регулирования расхода аммиака с замером дополнительно ряда параметров (например, температуры и плотности кислоты), при котором степень нейтрализации определяют, а расход аммиака регулируют на основании динамической модели процесса нейтрализации в реакторе [2] . Недостатком указанного способа управления является не только сложность создания собственно математической модели объекта, приемлемой для определенного аппаратурного оформления, но и сложность схемы управления, включающей специальные блоки ввода данных с объекта корректировки коэффициентов кинетических и гидродинамических уравнений модели, а также вычислитель.

Косвенное управление процессом нейтрализации по результатам расчета по математической модели не обеспечивает, кроме того, поддержание нужной величины молярного соотношения, что приводит к увеличению потерь аммиака. Увеличение содержания в фосфатной пульпе диаммонийфосфата приводит к отмечаемому на практике увеличению содержания пылевидных фракций в продукте после сушки, совмещаемой обычно с грануляцией, что ухудшает качество готового продукта.

Целью изобретения является упрощение системы управления, повышение ее надежности, снижение потерь аммиака и улучшение качества продукта.

Указанная цель достигается тем, что в процессе нейтрализации регулируют расход фосфорной кислоты, стабилизируя последний, измеряют электропроводимость фосфатной пульпы и по величине электропроводимости воздействуют на расход аммиака. Перед замером электропроводимости фосфатную пульпу дегазируют.

Нейтрализацию экстракционной фосфорной кислоты, при производстве которой в качестве исходного сырья используют фосфориты Каратау, газообразным аммиаком проводят при поддержании электропроводимости в пределах 0,29-0,30 1/Омсм

Процедура дегазации, замер электропроводимости фосфатной суспензии, воздействие по величине электропроводимости на расход аммиака - все перечисленное характеризует существенные отличительные признаки изобретения от прототипа. Таким образом изобретение соответствует критерию "новизна".

В основной химии использование величины электропроводимости для автоматического управления проходящими процессами известно. Однако сам факт установления возможности четкого управления процессом нейтрализации при производстве аммофоса путем дозировки аммиака по величине электропроводимости, установление величины интервала изменения электропроводимости и обязательность предварительной дегазации суспензии перед замером электропроводимости - не только неизвестны в конкретной области техники, а именно при производстве аммофоса, но и имеют существенные отличия, приводящие к появлению новых свойств, результатом чего является реализация целей изобретения. Поэтому настоящее изобретение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень".

Следует подчеркнуть, что в конкретном случае использования кислоты, получаемой на основе фосфоритов Каратау, установление пределов изменения электропроводимости для фосфатной суспензии проведено на основании многочисленных экспериментов непосредственно в условиях промышленного производства. При использовании другого вида сырья, например апатита, изменяются пределы величины электропроводимости, обеспечивающей нормальное протекание процесса, при безусловном сохранении электропроводимости в качестве параметра для воздействия на расход аммиака.

При проведении процесса нейтрализации в промышленных условиях с воздействием на расход аммиака по величине электропроводимости прошедшей предварительную дегазацию фосфатной пульпы молярное отношение изменилось в пределах 1<M 1,05, в то время как при обычном, имеющем место в настоящее время процессе нейтрализации, молярное отношение поддерживают на уровне M= 1,25-1,30, соответственно подавая избыток аммиака в процесс, увеличивая тем самым потери последнего и ухудшая качество продукта из-за образования при сушке и грануляции значительного количества пылевидной фракции. Надежность и точность измерения электропроводимости обеспечивает надежность схемы автоматического регулирования. Схема, где в качестве регулирующего параметра выступает только величина электропроводимости, несопоставима по простоте со схемой по прототипу, надежность которой в значительной мере снижается также из-за использования сложнейших устройств.

Технологическая схема со схемой управления процессом нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты газообразным аммиаком приведена на чертеже.

Собственно аппаратурная схема включает в себя реактор 1, сборник 2 готовой пульпы, дегазатор 3 и сборник дегазированной пульпы 4.

Схема управления содержит измеритель и регулятор величины массового потока (расхода) кислоты 5, регулирующий орган 6 на линии кислоты, измеритель и регулятор величины электропроводимости 7, регулирующий орган 8 на линии аммиака, измерительный преобразователь 9 (датчик) расхода кислоты и измерительный преобразователь (датчик) 10 электропроводимости.

Процесс нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты газообразным аммиаком и управление этим процессом осуществляют следующим образом.

Учитывая достаточно малые колебания концентрации экстракционной фосфорной кислоты, посредством измерительного преобразователя (датчика) 9 расхода кислоты, измерителя и регулятора величины массового потока (расхода) кислоты 5 и регулирующего органа 6 проводят измерение расхода фосфорной кислоты и регулируют последний с целью подачи стабильного потока в реактор 1. В реактор 1 также подают газообразный аммиак (на схеме изображен широко используемый скоростной аммонизатор-испаритель (САИ), который и является реактором-нейтрализатором).

Пульпа из реактора 1 отводится в сборник 2. Из общего потока фосфатной пульпы малая часть отводится в дегазатор 3, снабженный воздушником. Из дегазатора 3 дегазированная пульпа поступает в сборник 4, в котором размещен измерительный преобразователь (датчик) 10 электропроводимости. Сигнал с датчика 10 поступает на измеритель и регулятор величины электропроводимости пульпы 7, воздействующий на регулирующий орган 8 на потоке аммиака. Таким образом по величине электропроводимости пульпы осуществляют постоянную коррекцию расхода аммиака, не допуская в любом случае остаточной кислотности в пульпе и предотвращая избыточный расход аммиака.

Управление процессом нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты газообразным аммиаком в реакторе при воздействии на расход аммиака по величине электропроводимости дегазированной фосфатной суспензии позволяет поддерживать молярное соотношение М, лишь на сотые доли в большую сторону отличающееся от 1. Тем самым предотвращается образование значительного избытка диаммонийфосфата, разлагающегося с потерей аммиака при последующей сушке и грануляции. По этой же причине снижается содержание пылевидных фракций в конечном продукте, что улучшает его качество.

Надежность замера электропроводимости и наличие стандартных приборов обеспечивает надежность схемы управления. Регулирование по единственному параметру резко упрощает схему автоматического регулирования.