自動(dòng)化沉釩技術(shù)研究

1、    自動(dòng)化沉釩技術(shù)研究    摘要：本文將基于釩制品廠沉淀工序采用酸浸沉釩工藝及要求，設(shè)計(jì)開發(fā)出一套自動(dòng)沉釩技術(shù)與系統(tǒng)裝備，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)無操作人員或少操作人員情況下也能精準(zhǔn)控制和連鎖，確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全平穩(wěn)運(yùn)行，有效提高釩提取率，極大提升沉釩生產(chǎn)自動(dòng)化水平，推進(jìn)沉釩技術(shù)從人工提取向自動(dòng)化提取方向發(fā)展。關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;沉釩技術(shù);工藝流程前言：目前，沉釩過程多道工序采用人工操作。人為干預(yù)和操作經(jīng)驗(yàn)對(duì)生產(chǎn)過程和質(zhì)量穩(wěn)定性影響較大，具體體現(xiàn)在加酸調(diào)整ph值、加蒸汽調(diào)整反應(yīng)溫度、調(diào)節(jié)螺旋泵頻率調(diào)整銨鹽加入量等操作中。在此背景下，研究開發(fā)出一套自動(dòng)沉釩技術(shù)與系

2、統(tǒng)裝備，實(shí)現(xiàn)一鍵沉釩和連續(xù)沉釩，將有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。1 沉釩設(shè)備及工藝流程1.1 一級(jí)沉釩先將少量稀釋液加入沉釩的一級(jí)反應(yīng)器，再將沉釩劑的飽和溶液、預(yù)熱至6090的高濃度釩溶液和ph調(diào)節(jié)劑同時(shí)連續(xù)加入沉釩的一級(jí)反應(yīng)器，反應(yīng)平衡后保持液相中釩濃度120g/l，溫度控制在8598，ph值保持在1.83.0，加銨系數(shù)維持在0.71.4，反應(yīng)達(dá)到平衡后開始連續(xù)出料到二級(jí)沉釩反應(yīng)器并控制物料在一級(jí)反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間10120min;其中所述高濃度釩溶液的釩濃度為110.2200g/l，反應(yīng)過程中充分?jǐn)嚢枞芤?。1.2 二級(jí)沉釩、一級(jí)反應(yīng)器的物料連續(xù)通入到二級(jí)反應(yīng)器，加熱保持沸騰，充分?jǐn)嚢?，反?yīng)

3、平衡后保持ph值保持在2.03.0，液相中釩濃度低于0.35g/l，反應(yīng)達(dá)到平衡后開始連續(xù)出料進(jìn)行固液分離，控制物料在二級(jí)反應(yīng)器中的平均停留時(shí)間260min。釩制品廠沉淀工序采用兩級(jí)加酸沉釩工藝，其基本流程如圖1所示。1.3 釩回收將兩級(jí)沉釩得到的固體多釩酸銨與液體分離，多釩酸銨經(jīng)洗滌、煅燒后得到三氧化二釩。1.4 沉釩廢液回收將沉釩廢液回收，用于一級(jí)沉釩步驟中沉釩劑的飽和溶液的配制。2 自動(dòng)沉釩系統(tǒng)構(gòu)成2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)沉釩系統(tǒng)主要由自動(dòng)沉釩操作指導(dǎo)系統(tǒng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)共同組成，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.1.1 自動(dòng)沉釩操作指導(dǎo)系統(tǒng)根據(jù)沉釩工藝流程、工藝參數(shù)和操作指南

4、，建立沉釩生產(chǎn)與工藝數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)開發(fā)以工控機(jī)系統(tǒng)為硬件平臺(tái)支撐的沉釩工藝自動(dòng)化操作指導(dǎo)系統(tǒng)。此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)沉釩生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、分析，根據(jù)分析結(jié)果及沉釩工藝節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)控制沉釩生產(chǎn)進(jìn)程，自動(dòng)指導(dǎo)、命令自動(dòng)控制系統(tǒng)完成自動(dòng)化控制。同時(shí)，以數(shù)據(jù)、圖表等可視化方式顯示沉釩生產(chǎn)狀態(tài)。根據(jù)生產(chǎn)管理需求自動(dòng)生成各類生產(chǎn)報(bào)表。在生產(chǎn)及裝置出現(xiàn)異常情況時(shí)，報(bào)警并指導(dǎo)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖保護(hù)。2.1.2 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（即生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)），對(duì)沉釩生產(chǎn)裝置進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，如圖3所示。實(shí)現(xiàn)無人或少人操作，使沉釩生產(chǎn)自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行。2.2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由工控機(jī)、plc、顯示終端、熱

5、工儀表（傳感器、執(zhí)行器等）、電氣控制及其它輔助裝置等組成，其中后三者共同構(gòu)成ph值檢測(cè)與釩濃度檢測(cè)系統(tǒng)。2.2.1 工控機(jī)系統(tǒng)工控機(jī)系統(tǒng)作為自動(dòng)沉釩操作指導(dǎo)系統(tǒng)的硬件載體，接收來自plc采集的沉釩裝置溫度、壓力、流量、ph值等工藝參數(shù)，人機(jī)接口輸入或遠(yuǎn)程分析儀器輸入的釩濃度分析數(shù)據(jù)，根據(jù)建立的沉釩工藝流程模型，進(jìn)行沉釩流程實(shí)時(shí)分析、沉釩工藝節(jié)點(diǎn)控制、沉釩過程操作指導(dǎo)、自動(dòng)沉釩自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)定指令發(fā)送等。同時(shí)，對(duì)沉釩流程進(jìn)程進(jìn)行圖形化顯示、運(yùn)行狀態(tài)及事故狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別、事故狀態(tài)報(bào)警顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、生產(chǎn)報(bào)表生成等。2.2.2 plc系統(tǒng)plc系統(tǒng)作為沉釩生產(chǎn)過程自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主控制器，負(fù)責(zé)沉釩工藝設(shè)

6、備各工藝參數(shù)傳感器信號(hào)采集、各自動(dòng)調(diào)節(jié)回路控制、電機(jī)及泵設(shè)備繼電控制、聯(lián)鎖保護(hù)控制及輔助機(jī)構(gòu)（裝置）控制、工藝參數(shù)實(shí)時(shí)顯示及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等任務(wù)。同時(shí)，接收經(jīng)工控機(jī)下達(dá)的各自動(dòng)調(diào)節(jié)回路給定值數(shù)據(jù)、繼電控制及聯(lián)鎖保護(hù)指令等。2.2.3 ph值檢測(cè)與釩濃度檢測(cè)系統(tǒng)ph值檢測(cè)由于反應(yīng)器溫度超過市售ph值檢測(cè)儀表的被測(cè)介質(zhì)范圍，必須通過增加輔助裝置對(duì)被測(cè)介質(zhì)降溫2。溫度的降低必然影響介質(zhì)的ph值，因此，在項(xiàng)目實(shí)施過程中必須通過理論分析和實(shí)驗(yàn)，確定ph值與溫度的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對(duì)測(cè)量值進(jìn)行相應(yīng)的修正。檢測(cè)裝置示意圖如圖5所示。釩濃度檢測(cè)由于目前市場(chǎng)上尚無在線式釩濃度檢測(cè)儀器，可采用實(shí)驗(yàn)室用快速釩離子濃度分析儀，

7、通過循環(huán)管路將測(cè)試母液傳輸至檢測(cè)室，分時(shí)檢測(cè)。檢測(cè)過程可半自動(dòng)或全自動(dòng)進(jìn)行。2.3 沉釩自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)沉釩生產(chǎn)工藝參數(shù)要求，設(shè)計(jì)開發(fā)以plc為硬件平臺(tái)的沉釩生產(chǎn)裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)（即生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)沉釩生產(chǎn)裝置的自動(dòng)控制與連續(xù)沉釩。2.3.1 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以達(dá)成自行保持硫酸罐液位恒定、換熱器溫度恒定、母液罐溫度恒定、母液罐ph值恒定、沉淀罐溫度恒定、沉淀罐液位不超過閾值、匯集罐液位恒定等效果。2.3.2 物料傳輸控制與聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)硫酸銨、沉釩液在一級(jí)配置、二級(jí)配置和沉釩罐間的傳輸控制及聯(lián)鎖保護(hù)控制。物料傳輸控制沉釩過程需要將固體、液體物料在各類反應(yīng)器（罐）、儲(chǔ)罐之間

8、定時(shí)、定量傳輸，同時(shí)，攪拌電機(jī)需要定時(shí)攪拌。因此，根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)電磁閥、電機(jī)、泵等設(shè)備的繼電控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)傳輸與攪拌。聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)正常生產(chǎn)及事故狀態(tài)下的聯(lián)鎖保護(hù)控制系統(tǒng)，確保生產(chǎn)安全平穩(wěn)運(yùn)行。硫酸銨固體料上料輔助裝置硫酸銨是沉釩生產(chǎn)重要的添加料，目前多以袋裝包裝，人工拆袋上料。為了降低勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)上料，建議增加拆袋上料輔助裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拆袋、上料功能3。沉釩生產(chǎn)視頻監(jiān)視系統(tǒng)為了便于遠(yuǎn)程觀察沉釩生產(chǎn)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)計(jì)視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)視。2.3.3 電氣控制安全電機(jī)設(shè)置過流、過載、短路、缺相和接地保護(hù);同時(shí)設(shè)有急停按鈕及機(jī)械和電氣限位開關(guān)等。為確保設(shè)備、工件及生產(chǎn)安全，每個(gè)動(dòng)作均設(shè)置有應(yīng)急處理措施，在停電或突發(fā)電器故障的情況下可由人工協(xié)助完成設(shè)備的復(fù)位狀態(tài)4。另外，設(shè)備每一個(gè)動(dòng)作程序開始前均有相應(yīng)的聯(lián)鎖安全檢測(cè)，同時(shí)部分安全聯(lián)鎖解除必須由人工輔助完成從而可避免因誤操作而造成的設(shè)備或工件損壞。2.3.4 plc設(shè)備plc選用西門子等主流系列控制器，性能高且安全可靠，通過工業(yè)以太網(wǎng)與伺服驅(qū)動(dòng)器通訊。3 結(jié)語本文基于