專利名稱：二水濕法磷酸生產(chǎn)過程中so的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及化工過程技術(shù)領域，特別涉及一種二水濕法磷酸萃取過程中游離硫酸SO3的軟測量方法。
背景技術(shù)：
萃取槽料漿中SO3含量是濕法磷酸生產(chǎn)中一個很重要的控制指標。生產(chǎn)上通過控制該含量在一定范圍內(nèi)，一方面使反應過程得到合適的磷石膏結(jié)晶，便于后續(xù)的過濾操作；另一方面指導原料濃硫酸的加入量，以控制生產(chǎn)成本。在工業(yè)生產(chǎn)中，通過定期化驗該指標以指導生產(chǎn)。由于常規(guī)化驗頻率低，通常為一、二個小時化驗一次，因而不能及時指導控制；另外，常規(guī)取樣難以顧及反應釜內(nèi)濃度分布的差異，所取料樣并不一定具有代表性。生產(chǎn)過程中依賴化驗室分析的同時，常出現(xiàn)控制超調(diào)而產(chǎn)生控制指標的大幅波動，不利于提高經(jīng)濟效益。軟測量技術(shù)用于預估生產(chǎn)過程中的關鍵變量，在越來越多的領域內(nèi)發(fā)揮重要作用。常規(guī)軟測量模型通常為靜態(tài)模型，建立在穩(wěn)態(tài)假設基礎上，只考慮變量之間的單點對應關系，當生產(chǎn)出現(xiàn)比較大的波動時，通常難以獲得正確的預測結(jié)果甚至失真。數(shù)據(jù)點瞬時值通常帶有野值，不能很好的反應真實過程的情況。因此，需要一種結(jié)合動態(tài)機理和過程經(jīng)驗的軟測量模型或策略，較好的處理變量之間的關系，以期在生產(chǎn)過程中正確的給出預測結(jié)果，修正計劃和調(diào)度指令，提高控制水平。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服由于化驗值滯后，調(diào)節(jié)不及時的問題，在對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析基礎上，結(jié)合裝置運行的操作經(jīng)驗，深入研究過程原理，提出二水濕法磷酸生產(chǎn)過程中SO3含量的軟測量方法。
本發(fā)明的二水濕法磷酸生產(chǎn)過程中SO3含量的軟測量方法，是以磷酸萃取裝置中游離硫酸SO3含量為主導變量，以礦漿流量、硫酸流量、料漿流量、液位、礦漿比重、料漿比重、料漿液相比重、料漿液固比、磷礦CaO含量、硫酸比重和硫酸濃度為輔助變量，建立濕法磷酸萃取裝置的動態(tài)機理軟測量模型C0-C+τ×r-dC/dt＝0式中C0為H2SO4進反應器濃度；τ為平均停留時間；r為生成的H2SO4濃度速率，負值時表示消耗；C為萃取槽中SO3含量；計算萃取槽中SO3含量時，將上一個計算周期的模型預測結(jié)果，作為與時間相關的動態(tài)信息引入軟測量模型。
本發(fā)明的有益效果是提供了一種基于動態(tài)機理數(shù)學模型的磷酸萃取裝置SO3含量實時軟測量方法，可以實時計算磷酸萃取裝置SO3含量，不存在時間滯后，及時反映萃取反應器內(nèi)部反應進行的情況。軟測量模型不僅在正常生產(chǎn)情況下能正確預估主導變量SO3的變化趨勢，在裝置開、停車，短期停車以及由于換槽等產(chǎn)生的關鍵數(shù)據(jù)大幅波動時也能有很好的預測效果。長期觀測結(jié)果有較好精度，預測趨勢可以對生產(chǎn)進行有益指導，避免超調(diào)引起的產(chǎn)品質(zhì)量波動。為實現(xiàn)自動預測控制奠定了基礎。
圖1是對應采用本發(fā)明的簡化裝置工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
參照圖1所示的磷酸萃取裝置工藝流程，磷礦漿經(jīng)流量計計量和密度計測定后，送到反應槽第一室1；93～98％的濃硫酸同樣經(jīng)計量后送到反應槽第一室1和第二室2。磷礦漿、硫酸和磷酸在反應槽中進行化學反應，生成二水物硫酸鈣(石膏)結(jié)晶和磷酸。反應料漿由位于反應槽第三室3的低位閃冷循環(huán)泵進行循環(huán)，冷卻料漿從低位閃冷器借重力返回到反應槽的第四室4。從低位閃冷器中排出的氣體，反應槽第四室的磷酸料漿部分溢流到消化槽，以延長停留時間，料漿從消化槽經(jīng)料漿泵送往過濾機。
二水濕法磷酸生成磷石膏結(jié)晶涉及消耗H2SO4的反應方程可表示為(1)(2)(3)H2SO4主要由磷礦石內(nèi)CaO成分消耗，磷礦中的MgO對液相SO3含量的影響表現(xiàn)為MgO反應后生成的MgSO4將全部進入磷酸中，造成液相中表觀SO3濃度升高，因此對含MgO較高的磷礦就必須同時考慮MgO消耗的硫酸。
二水濕法磷酸生產(chǎn)過程中SO3含量的軟測量方法，首先建立軟測量數(shù)學模型，數(shù)學模型基于以下幾點假設(1)、將反應器模型簡化為連續(xù)進料、連續(xù)出料的全混流(CSTR)反應器；(2)、萃取槽反應器中CaO與H2SO4反應，H2SO4是過量的；(3)、反應速率由擴散步驟控制，反應過程無固態(tài)膜形成；(4)、SO3濃度在料漿中溶解度極高，不考慮其他析出或損失。以磷酸萃取裝置中游離硫酸SO3含量為主導變量，以礦漿流量、硫酸流量、料漿流量、液位、礦漿比重、料漿比重、料漿液相比重、料漿液固比、磷礦CaO含量、硫酸比重和硫酸濃度為輔助變量，建立濕法磷酸萃取裝置的動態(tài)機理軟測量模型如下C0-C+τ×r-dC/dt＝0式中C0為H2SO4進反應器濃度，由反應槽H2SO4流量及其濃度確定；τ為平均停留時間，由反應槽內(nèi)料漿容積及料漿流量確定；r為生成的H2SO4濃度速率，負值時表示消耗，由反應槽礦漿流量及其CaO含量確定；C為萃取槽中SO3含量，為待求變量。
各輔助變量的實時值或化驗值由軟測量系統(tǒng)所在的上位機讀取DCS(集散控制系統(tǒng))位號獲取。計算萃取槽中SO3含量時，將上一個計算周期的模型預測結(jié)果，作為與時間相關的動態(tài)信息引入軟測量模型。
由于避免了穩(wěn)態(tài)假定，并引入了與過程時間相關的上一個運算周期預測值作為動態(tài)信息引入，因此該模型能夠在現(xiàn)場數(shù)據(jù)大幅度波動的時候也能有很強的穩(wěn)定性并給出正確的預測趨勢和結(jié)果。
為了避免由于取樣誤差或系統(tǒng)誤差，通過定時獲取反應槽第四室SO3的化驗室分析值，與采樣時間的預測值進行比較和判斷，根據(jù)設定的校正規(guī)則進行校正。
本發(fā)明采用的校正規(guī)則首先設計一個軟測量系統(tǒng)評價模塊，由系統(tǒng)評價模塊根據(jù)讀入的化驗值與對應預測值的偏差作出是否需要校正的決策。當判斷為需要校正時，BIAS＝K×(SO3_LAB-SO3_PRED)BIAS為校正偏差，K為校正因子，0≤K≤1，SO3_LAB為采樣時間化驗值、SO3_PRED為采樣時間預測值。將BIAS加入當前時間的預測值，之后BIAS置0。
通過校正，該模型能避免可能由于有限的幾個存在誤差的化驗值而使模型預測失真的問題，并消除系統(tǒng)誤差。
權(quán)利要求
1.二水濕法磷酸生產(chǎn)過程中SO3含量的軟測量方法，其特征是以磷酸萃取裝置中游離硫酸SO3含量為主導變量，以礦漿流量、硫酸流量、料漿流量、液位、礦漿比重、料漿比重、料漿液相比重、料漿液固比、磷礦CaO含量、硫酸比重和硫酸濃度為輔助變量，建立濕法磷酸萃取裝置的動態(tài)機理軟測量模型C0-C+τ×r-dC/dt＝0式中C0為H2SO4進反應器濃度；τ為平均停留時間；r為生成的H2SO4濃度速率，負值時表示消耗；C為萃取槽中SO3含量；計算萃取槽中SO3含量時，將上一個計算周期的模型預測結(jié)果，作為與時間相關的動態(tài)信息引入軟測量模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二水濕法磷酸生產(chǎn)過程中SO3含量的軟測量方法，其特征是通過定時采樣獲取萃取槽中SO3化驗室分析值，并與采樣時間的軟測量預測值進行比較和判斷，根據(jù)設定的校正規(guī)則進行校正。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二水濕法磷酸生產(chǎn)過程中SO3含量的軟測量方法，其特征在于所說的校正規(guī)則是首先設計一個軟測量系統(tǒng)評價模塊，由系統(tǒng)評價模塊根據(jù)讀入的化驗值與對應預測值的偏差作出是否需要校正的決策，當判斷為需要校正時，BIAS＝K×(SO3_LAB-SO3_PRED)BIAS為校正偏差，K為校正因子，0≤K≤1，SO3_LAB為采樣時間化驗值、SO3_PRED為采樣時間預測值。
全文摘要
本發(fā)明公開的二水濕法磷酸生產(chǎn)過程中SO
文檔編號G01N31/00GK1888896SQ20061005274
公開日2007年1月3日 申請日期2006年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月1日
發(fā)明者蘇宏業(yè), 周麗, 金曉明, 古勇 申請人:浙江中控軟件技術(shù)有限公司