溶剂萃取过程的自动控制系统和方法技术方案

计算机中的基准料液成分以及各种流量的设定值，并根据其实际偏差计算前馈补偿量；同时又根据检测点的检测结果计算反馈调节ＰＩＤ增量，通过加和求得总的控制变量调节量，然后发出指令。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适用于恒定混合萃取比溶剂萃取体系的溶剂萃取过程自动控制系统和自动控制方法。特别是适用于包含多级混合澄清室的萃取分离过程的自动控制系统和方法。萃取分离过程是含有多种金属离子的水相和含有萃取剂的有机相，在多达十数级、数十级以至百余级的由混合室和澄清室所组成的混合澄清槽中逆向流动，不同的金属离子在非互溶的两相逆流接触过程中，不断的进行交换传质，从而得到分离的过程。这种过程已用于铜、锌、镍、钴等有色金属的提取和净化。特别是性质极为近似的各种稀土元素，在全球各地目前都只能用溶剂萃取法进行大批量的分离与提纯。由于分离、提纯过程往往需要很多级数，少量的流量偏差对萃取过程的影响往往要经过很长时间才能表现出来，及至表现出来以后，又要很长时间才能纠正过来，在产生偏差和纠正偏差过程中不可避免会产生部分不合格产品。因此，设计是十分必要的。早在1973年Seemann就作过稀土萃取过程自动控制的尝试，但未经实物实验的验证，且所选用的检测点是出口水相，及至出现偏差时，很难及时采取纠正措施防止不合格产品的产出(见R.C.See-mann《Predictive control of a mixer settler extractor separatingthe rare earths》，Dissertation(1973)，Iowa State Uni.，Ames，Iowa)。此后历次国际溶剂萃取会议中多有关于溶剂萃取过程仿真研究的报导，但大都停留在学术研究阶段，且大都力求普遍适用，处处逼真。为了取得有关的分配数据(某一有价金属在有机相中的浓度除以该有价金属在水相中的浓度所得的商称为分配系数)，要进行大量的实验，所得数据又只在实际实验的范围内适用，超出范围就要重新进行实验。徐光宪则抓住了分离因数在大多数体系中基本不变的现象(分离两种有价金属的难易程度主要取决于两种有价金属在该介质中分配系数的差别，用分离因数即两分配系数的商来表示)，越过了分配系数这一环节，因而显著简化了仿真数学模型。同时又针对许多稀土萃取分离的皂化有机相萃取体系提出了恒定混合萃取比的串级萃取理论(见《New Frontiers in Rare Earth Science and Appli-cations》，Proceedings of the International Conference on RareEarth Development and Applications，Ed.by Xu Guangxian andXiao Jimei，Science Press(1985)，Beijing。PP.429-437)。在这些萃取体系中，由于采用了皂化有机相，传质过程都是在近于中性介质中进行的，各种有价金属在两相中的总浓度基本恒定，故称恒定混合萃取比萃取体系。串级萃取理论主要是根据实验室用分液漏斗进行萃取实验的工作方式推导出来的，因此其仿真数学模型虽能反映萃取体系的稳态行为，但与在混合澄清器中所进行的实际萃取过程仍有差距，不能直接用于过程控制。总之，对溶剂萃取过程的仿真和控制问题虽已有许多研究，但至今尚未具有切实可行完整的报导。因此，本专利技术的目的是采用串级萃取理论，建立能够基本上反映混合澄清器中实际萃取过程的动态仿真模型，通过仿真试验和现场验证，研究不同扰动下，体系的开环和闭环响应，确定计算机控制策略，建立控制系统结构。从而提供一种能及时对影响产品性能的工艺条件作出响应，使产品质量维持在所要求水平的、切实可行而完整的并经生产实践验证的自动控制系统，以及应用该系统进行自动控制的方法。以下结合附图说明本专利技术的技术方案。图1是溶剂萃取体系和萃取过程示意图。图2是混合澄清萃取器中的元素级样分布图。图3是控制系统结构图。图4是用于实现控制萃取过程的算法流程图。现以稀土元素萃取分组工艺为例，具体说明本专利技术的技术方案。如图1所示，混合澄清萃取器一般由数级至数十级所组成。每级有一个混合室和一个澄清室。溶剂萃取工艺可包括一个或多个单元，每一个单元的主要环节是它的萃取段和洗涤段。图1显示了包含一个单元的情形。从左到右，从第N级(4)料液进口到第N＋M级(5)洗涤液的进口之间是洗涤段；而从右到左，即从第N级(4)料液进口到第一级(3)有机相进口之间是萃取段。在萃取过程中，含有待分离的有价金属的进料液经调节阀(23)和管道(21)流入萃取段的进料级(4)。进料液中含有多种稀土金属离子，由于不同金属离子的可萃性不同，故进料液中所含金属离子可按其可萃性排序，并可根据产品方案确定一条分割线，使分割线以上的金属离子进入有机相，统称为易萃组分A；分割线以下的金属离子留在水相，统称为难萃组分B。萃取分离过程的目的就是在有机相出口和水相出口分别得到高纯度的易萃组分和难萃组分。具体地说，新鲜有机相(萃取剂)经调节阀(13)和管道(11)流入萃取段第一级(3)，洗涤液则在萃取器的另一端流经调节阀(33)和管道(31)进入萃取器的洗涤段。两相逆向流动并在每一级的混合室中搅拌混合，在萃取段中易萃组分优先萃入有机相，而且在洗涤段两相逆流接触传质中，萃入有机相的难萃组分可以被洗涤而回到水相，结果使有机相中易萃组分的纯度从左到右逐级提高，而水相中难萃组分的纯度从右到左逐级提高。在控制良好的情况下，两端产品均能符合设计要求。否则常导致一端产品纯度过高，而另一端产品则不合格。因此溶剂萃取过程的自动控制主要是对萃取段和洗涤段的过程控制。本专利技术的自动控制系统包括1.控制计算机系统(41)；2.分别设置在原料进料管道(21)、有机萃取剂管道(11)和洗涤液管道(31)中的进料流量传感器(22)、萃取剂流量传感器(12)和洗涤液流量传感器(32)，以及在这些管道中的进料流量调节阀(23)、萃取剂流量调节阀(13)和洗涤液流量调节阀(33)，和相应的控制调节执行机构(25)、(15)和(35)，用以测定和调节系统中各管道内的原料进料流量(F)、有机萃取剂流量(S)和洗涤液流量(W)；3.由在线成分分析仪(51)、取样泵(分别放在进料管道和选定的某一级混合澄清室，图中未示出)和样品输送管道(52、53)组成的在线检测系统，用以检测进料成分和系统中选定部位的成分；4.计算机与进料流量传感器之间、与进料流量调节阀执行机构之间、与萃取剂流量传感器之间、与萃取剂流量调节阀执行机构之间、与洗涤液流量传感器之间、与洗涤液流量调节阀执行机构之间、以及与成分分析仪之间的联系装置(44)、(45)、(42)、(43)、(46)、(47)和(54)，用以将测量结果传送给计算机和将计算机的指令传送给执行机构。在线控制用计算机编有动态数学模型，工艺参数优化设计程序，以及反馈控制和反馈控制前馈补偿等可供选用的控制模型，也可根据具体控制方案编制特殊的控制程序，以便进行萃取过程的闭环控制。动态数学模型考虑了混合澄清器的构造特点，如物料在混合室和澄清室中的浓度差，物料走向(如混合相由混合室进入澄清室，澄清的有机相和水相则由澄清室进入混合室)，物料在混合室和澄清室中的停留时间等，因而基本上反映了混合澄清器中的溶剂萃取过程。现简述如下所用符号的含义为F 料液相对质量流量，稀土摩尔量/分；通常F＝FA＋FB＝1，即料液流量等于易萃组分本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于恒定混合萃取比溶剂萃取体系的萃取分离过程的自动控制系统，它包括以下各个部分：在线控制用计算机；设置在萃取作业系统的原料进料管道、有机萃取剂管道和洗涤液管道等三个流量回路中的流量传感器和流量调节装置，用以测定和根据计算机的指令调节 各相应管道中的原料进料流量（Ｆ）、有机萃取剂流量（Ｓ）和洗涤液流量（Ｗ）；由元素在线分析仪，取样泵及样品输送管道或分析仪的浸入式探头及其屏蔽导线所组成的在线检测装置，用以定时地检测选定部位的物料成分，作为受控变量；在计算机与各量测定 调节装置之间、计算机与元素在线分析仪之间的联系装置，用以将测量结果传送给计算机和将计算机的指令传送给执行装置；其特征在于所述在线控制用计算机中编有溶剂萃取过程的数学模型，可用以分析在受到各种外来干扰时，溶剂萃取体系的开环和闭环响应，从而 确定控制方案；在线控制用计算机也备有工艺参数优化设计计算程序以及适用于溶剂萃取体系的反馈控制和反馈控制前馈补偿等控制模型，供实际运行过程中选用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王振华，王永县，马旭东，汪文成，王金荣，
申请(专利权)人：上海跃龙有色金属有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]