CN1888896A - 二水湿法磷酸生产过程中so3含量的软测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的二水湿法磷酸生产过程中SO₃含量的软测量方法，是以磷酸萃取装置中游离硫酸SO₃含量为主导变量，以矿浆流量、硫酸流量、料浆流量、液位、矿浆比重、料浆比重、料浆液相比重、料浆液固比、磷矿CaO含量、硫酸比重和硫酸浓度为辅助变量，建立湿法磷酸萃取装置的动态机理软测量模型，利用该软测量模型可以实时计算磷酸萃取装置SO₃含量。本发明不仅在正常生产情况下能正确预估主导变量SO₃的变化趋势，而且在装置开、停车，短期停车以及由于换槽等产生的关键数据大幅波动时也能有很好的预测效果。长期观测结果有较好精度，预测趋势可以对生产进行有益指导，避免超调引起的产品质量波动。为实现自动预测控制奠定了基础。

Description

二水湿法磷酸生产过程中SO3含量的软测量方法

技术领域

本发明涉及化工过程技术领域，特别涉及一种二水湿法磷酸萃取过程中游离硫酸SO₃的软测量方法。

背景技术

萃取槽料浆中SO₃含量是湿法磷酸生产中一个很重要的控制指标。生产上通过控制该含量在一定范围内，一方面使反应过程得到合适的磷石膏结晶，便于后续的过滤操作；另一方面指导原料浓硫酸的加入量，以控制生产成本。在工业生产中，通过定期化验该指标以指导生产。由于常规化验频率低，通常为一、二个小时化验一次，因而不能及时指导控制；另外，常规取样难以顾及反应釜内浓度分布的差异，所取料样并不一定具有代表性。生产过程中依赖化验室分析的同时，常出现控制超调而产生控制指标的大幅波动，不利于提高经济效益。软测量技术用于预估生产过程中的关键变量，在越来越多的领域内发挥重要作用。常规软测量模型通常为静态模型，建立在稳态假设基础上，只考虑变量之间的单点对应关系，当生产出现比较大的波动时，通常难以获得正确的预测结果甚至失真。数据点瞬时值通常带有野值，不能很好的反应真实过程的情况。因此，需要一种结合动态机理和过程经验的软测量模型或策略，较好的处理变量之间的关系，以期在生产过程中正确的给出预测结果，修正计划和调度指令，提高控制水平。

发明内容

本发明的目的是为了克服由于化验值滞后，调节不及时的问题，在对生产过程数据进行统计分析基础上，结合装置运行的操作经验，深入研究过程原理，提出二水湿法磷酸生产过程中SO₃含量的软测量方法。

本发明的二水湿法磷酸生产过程中SO₃含量的软测量方法，是以磷酸萃取装置中游离硫酸SO₃含量为主导变量，以矿浆流量、硫酸流量、料浆流量、液位、矿浆比重、料浆比重、料浆液相比重、料浆液固比、磷矿CaO含量、硫酸比重和硫酸浓度为辅助变量，建立湿法磷酸萃取装置的动态机理软测量模型：

C₀-C+τ×r-dC/dt＝0

式中：C₀为H₂SO₄进反应器浓度；τ为平均停留时间；r为生成的H₂SO₄浓度速率，负值时表示消耗；C为萃取槽中SO₃含量；计算萃取槽中SO₃含量时，将上一个计算周期的模型预测结果，作为与时间相关的动态信息引入软测量模型。

本发明的有益效果是：提供了一种基于动态机理数学模型的磷酸萃取装置SO₃含量实时软测量方法，可以实时计算磷酸萃取装置SO₃含量，不存在时间滞后，及时反映萃取反应器内部反应进行的情况。软测量模型不仅在正常生产情况下能正确预估主导变量SO₃的变化趋势，在装置开、停车，短期停车以及由于换槽等产生的关键数据大幅波动时也能有很好的预测效果。长期观测结果有较好精度，预测趋势可以对生产进行有益指导，避免超调引起的产品质量波动。为实现自动预测控制奠定了基础。

附图说明

图1是对应采用本发明的简化装置工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参照图1所示的磷酸萃取装置工艺流程，磷矿浆经流量计计量和密度计测定后，送到反应槽第一室1；93～98％的浓硫酸同样经计量后送到反应槽第一室1和第二室2。磷矿浆、硫酸和磷酸在反应槽中进行化学反应，生成二水物硫酸钙(石膏)结晶和磷酸。反应料浆由位于反应槽第三室3的低位闪冷循环泵进行循环，冷却料浆从低位闪冷器借重力返回到反应槽的第四室4。从低位闪冷器中排出的气体，反应槽第四室的磷酸料浆部分溢流到消化槽，以延长停留时间，料浆从消化槽经料浆泵送往过滤机。

二水湿法磷酸生成磷石膏结晶涉及消耗H₂SO₄的反应方程可表示为：

(1)

(2)

(3)

H₂SO₄主要由磷矿石内CaO成分消耗，磷矿中的MgO对液相SO₃含量的影响表现为：MgO反应后生成的MgSO₄将全部进入磷酸中，造成液相中表观SO₃浓度升高，因此对含MgO较高的磷矿就必须同时考虑MgO消耗的硫酸。

二水湿法磷酸生产过程中SO₃含量的软测量方法，首先建立软测量数学模型，数学模型基于以下几点假设：(1)、将反应器模型简化为连续进料、连续出料的全混流(CSTR)反应器；(2)、萃取槽反应器中CaO与H₂SO₄反应，H₂SO₄是过量的；(3)、反应速率由扩散步骤控制，反应过程无固态膜形成；(4)、SO₃浓度在料浆中溶解度极高，不考虑其他析出或损失。以磷酸萃取装置中游离硫酸SO₃含量为主导变量，以矿浆流量、硫酸流量、料浆流量、液位、矿浆比重、料浆比重、料浆液相比重、料浆液固比、磷矿CaO含量、硫酸比重和硫酸浓度为辅助变量，建立湿法磷酸萃取装置的动态机理软测量模型如下：

C₀-C+τ×r-dC/dt＝0

式中：C₀为H₂SO₄进反应器浓度，由反应槽H₂SO₄流量及其浓度确定；τ为平均停留时间，由反应槽内料浆容积及料浆流量确定；r为生成的H₂SO₄浓度速率，负值时表示消耗，由反应槽矿浆流量及其CaO含量确定；C为萃取槽中SO₃含量，为待求变量。

各辅助变量的实时值或化验值由软测量***所在的上位机读取DCS(集散控制***)位号获取。计算萃取槽中SO₃含量时，将上一个计算周期的模型预测结果，作为与时间相关的动态信息引入软测量模型。

由于避免了稳态假定，并引入了与过程时间相关的上一个运算周期预测值作为动态信息引入，因此该模型能够在现场数据大幅度波动的时候也能有很强的稳定性并给出正确的预测趋势和结果。

为了避免由于取样误差或***误差，通过定时获取反应槽第四室SO₃的化验室分析值，与采样时间的预测值进行比较和判断，根据设定的校正规则进行校正。

本发明采用的校正规则：首先设计一个软测量***评价模块，由***评价模块根据读入的化验值与对应预测值的偏差作出是否需要校正的决策。当判断为需要校正时，

BIAS＝K×(SO₃_LAB-SO₃_PRED)

BIAS为校正偏差，K为校正因子，0≤K≤1，SO₃_LAB为采样时间化验值、SO₃_PRED为采样时间预测值。将BIAS加入当前时间的预测值，之后BIAS置0。

通过校正，该模型能避免可能由于有限的几个存在误差的化验值而使模型预测失真的问题，并消除***误差。

Claims (3)

1.二水湿法磷酸生产过程中SO₃含量的软测量方法，其特征是以磷酸萃取装置中游离硫酸SO₃含量为主导变量，以矿浆流量、硫酸流量、料浆流量、液位、矿浆比重、料浆比重、料浆液相比重、料浆液固比、磷矿CaO含量、硫酸比重和硫酸浓度为辅助变量，建立湿法磷酸萃取装置的动态机理软测量模型：

C₀-C+τ×r-dC/dt＝0

式中：C₀为H₂SO₄进反应器浓度；τ为平均停留时间；r为生成的H₂SO₄浓度速率，负值时表示消耗；C为萃取槽中SO₃含量；计算萃取槽中SO₃含量时，将上一个计算周期的模型预测结果，作为与时间相关的动态信息引入软测量模型。

2.根据权利要求1所述的二水湿法磷酸生产过程中SO₃含量的软测量方法，其特征是通过定时采样获取萃取槽中SO₃化验室分析值，并与采样时间的软测量预测值进行比较和判断，根据设定的校正规则进行校正。

3.根据权利要求2所述的二水湿法磷酸生产过程中SO₃含量的软测量方法，其特征在于所说的校正规则是首先设计一个软测量***评价模块，由***评价模块根据读入的化验值与对应预测值的偏差作出是否需要校正的决策，当判断为需要校正时，

BIAS＝K×(SO₃_LAB-SO₃_PRED)

BIAS为校正偏差，K为校正因子，0≤K≤1，SO₃_LAB为采样时间化验值、SO₃_PRED为采样时间预测值。