[发明专利]碳酸锂连续碳化工艺自动化设计方法及控制方法

说明书

本发明涉及碳酸锂碳化工艺技术领域，碳化锂的碳化工艺是一个多变量串级控制的复杂逻辑控制系统，本发明提供了一种碳酸锂连续碳化工艺自动化设计方法及控制方法。通过实验与数据拟合相结合的方式：得到混合浆料的密度与反应温度之间的函数关系式，然后再结合混合浆料的密度的物理计算公式，就可得到用于碳酸锂连续碳化工艺自动化控制的函数关系式，根据该函数关系式设计碳酸锂连续碳化工艺中的自动化控制程序，进而实现碳酸锂连续碳化工艺的自动化控制，不仅突破了碳酸锂生产工艺关键过程自动化改造的难点，而且为企业创造了巨大的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明涉及碳酸锂碳化工艺技术领域，特别涉及一种碳酸锂连续碳化工艺自动化设计方法及控制方法。

背景技术

传统的碳酸锂碳化工艺采用批次配料的模式，即按照在碳化反应罐中先加一定量的纯水后再加入过量的碳酸锂固体混合成浆料，再通入二氧化碳与之反应，通过反应时间和取样检测溶液中的氧化锂浓度的方式来确定反应终点，再经过过滤装置将未反应完全的碳酸锂过滤得到饱和的碳酸氢锂溶液。但是这种工艺无法连续进行，自动化程度低。

为了实现碳酸锂连续碳化工艺的自动化控制，采用碳酸锂浆料罐和热析母液罐作为系统连续运行的缓冲储罐。碳酸锂浆料先输送至碳酸锂浆料罐内，然后通过泵连续输送至碳化反应罐内，热析母液先输送至热析母液罐内，然后通过泵连续输送至碳化反应罐内，与此同时再在碳化反应罐内通入二氧化碳与之反应，进而实现碳酸锂的连续碳化。

由于碳酸氢锂的溶解度随着温度的变化而变化，因此，在碳酸锂连续碳化工艺中，涉及多变量串级控制逻辑，其中涉及的多个变量为：碳酸锂浆料的密度、碳酸锂浆料从碳酸锂浆料罐输送至碳化反应罐内的流量、热析母液的密度、热析母液从热析母液罐输送至碳化反应罐内的流量和碳化反应罐内的反应温度；而如何实现这几个变量之间的有序控制，是碳酸锂生产工艺中自动化控制的难点和痛点，严重影响了全流程自动化的实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种碳酸锂连续碳化工艺自动化设计方法，建立用于碳酸锂连续碳化工艺自动化控制的函数关系式；提供一种碳酸锂连续碳化工艺自动化控制方法，进而实现碳酸锂连续碳化工艺的自动化控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：碳酸锂连续碳化工艺自动化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将碳酸锂浆料和热析母液分别连续输送至碳化反应容器内，得到混合浆料；混合浆料的密度按公式(1)计算：

ρ_混＝(F₁×ρ₁+F₂×ρ₂)/(F₁+F₂) (1)

其中，ρ_混为混合浆料的密度；ρ₁为碳酸锂浆料的密度；F₁为碳酸锂浆料的流量；ρ₂为热析母液的密度；F₂为热析母液的流量；

S2、将Li⁺的含量换算为锂化合物的含量，建立锂化合物的浓度与混合浆料的密度之间的函数关系式ρ_Li＝f(ρ_混)；其中，ρ_Li为锂化合物的浓度；

S3、在碳酸锂完全反应生成碳酸氢锂的条件下，建立锂化合物的浓度与反应温度之间的函数关系式ρ_Li＝f(T)；其中，T为反应温度；

S4、结合步骤S2和步骤S3中的函数关系式，得到混合浆料的密度与反应温度之间的函数关系式ρ_混＝f(T)；

S5、结合公式(1)和步骤S4中的函数关系式，得到用于碳酸锂连续碳化工艺自动化控制的函数关系式F₂＝f(ρ₁，F₁，ρ₂，T)。