Исследование статических характеристик модели приготовления шихты в глиноземном производстве Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 669.712: 658.52

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОДЕЛИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ШИХТЫ В || ГЛИНОЗЕМНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

jj§ H.M. Зайцева, Е.А. Шварцкопф

Щ Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Шихта комтюиент/nepiHin а рала су ы мен сыздыжервнд1р1сЫде математикалыц улгиердщ статистикалык, сипаттамасы алынган. АНнез-ЩЩ кулыц царалган жэне нег!зг1 компонент mepdiц негЫ1 шыгыс жоне сап алы || у кврсеткштербщ ьнфгалын жасау дарежес1 шихта модульдЫМ1незде.челер[ IШ i l ; жоне спексы.

^Щх » * » • .

* ' 1

Получены статические характеристики .математической модели процесса смешения компонентов шихты и спекания в глиноземном производстве. Рассмотрен xafxiKmep и степень влияния основных расходных и качественных показателей исходных компонентов на модульные характеристики шихты и спека.

Statistic characteristics of mathematical model for mixing process for components of charge and of alumina production agglomeration are founded. Influence of basic use and quality significant of initial components at modul characteristics of charge and agglomeration are considered.

Современные технологические процессы - это нелинейные многосвязные системы, имеющие несколько входов и выходов, взаимно влияющих друг на друга. Для качественного управления технологическим процессом необходимо знать связи (закономерности) между его входными и выходными величинами.

Для изучения и исследования многосвязного технологического процесса можно проводить пассивные и активные эксперименты, результаты которых подвергать статистической обработке, выполнять технологические расчеты, эксплуатировать и обслуживать систему длительный промежуток времени. Другим инструментом, позволяющем определять зависимости между одними переменными и характер воздействия других, является имитационное моделирование технологических процессов.

Модель реальных технологических процессов производства и управления можно рассматривать как некоторое универсальное средство решения задач, диагностики нестандартных ситу аций, получения приемлемого решения.

Знание природы технологического процесса приготовления шихты и спекания. а также законов сохранения вещества и энергии позволило математически описать процесс смешения и разработать статическую модель смешения компонентов шихты и спекания. Статическая модель смешения компонентов шихты и спекания разработана в среде программирования МагЬаЬ.

Математическая модель смешения компонентов шихты и спека позволяет фиксировать взаимосвязь и интенсивность изменения выходных параметров при изменении входных, проводить диагностику ситуаций и получать различного рода статические характеристики. По существу до выполнения анализа модели неизвестна значимость отдельных выходов для функционирования системы, неоценимо влияние входов на выбранные выходы (технологические параметры).

В данной работе в результате математического моделирования стационарных процессов смешения компонентов шихты и спекания были получены статические характеристики зависимости выходных величин от входных.

В разработанной математической модели технологический процесс приготовления шихты и спекания рассматривается упрощенно с определенной точки зрения.

Постановка задачи. Общая постановка задачи исследования статических характеристик модели смешения компонентов шихты и спекания включает построение и анализ статических характеристик трех видов:

- зависимости модульных характеристик шихты от управляющих воздействий (дозировок кальцинированной соды и боксито - известковой смеси);

- зависимости модульных характеристик шихты от отношений расходов исходных материалов (белого шлама, боксита);

- зависимость модульных характеристик шихты от химического состава исходных материалов (красного шлама белого шлама, кальцинированной соды, известняка боксита).

С точки зрения технологии к шихте предъявляются следующие основные требования: шихта должна иметь заданный щелочной модуль а (отношение концентрации ^О к концентрации А1,0. с этой целью в шихту дозируется кальцинированная содаТ^СС^) и известковый модуль (отношение концентрации СаО к концентрации $Ю2, с этой целью в шихту дозируется известняк, периодически шихтуемый бокситом).

Для получения шихты заданного состава и качества красный шлам, оборотная сода и белый шлам смешивают с известняком и кальцинированной содой, а вся смесь подвергается измельчению в шаровых мельницах. Все сырьевые

40

НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА

компоненты вводятся в процесс в определенной пропорции с учетом их химического состава. Эти пропорции определяют дозировки исходных веществ. Дозировка есть отношение расхода одного из компонентов к расходу основного потока. Так. например, дозировка боксито-известковой смеси определяется отношением ее расхода к сумме расходов содошламовой пульпы и усредненного шлама, а дозировка содошламовой пульпы есть отношение расхода содошламовой пульпы к расход\' шлама.

В процессе приготовления шихты не происходят химические реакции, технологический процесс представляет собой смешивание указанных выше компонентов. Таким образом, основу всех вычислений, производимых в модели, составляют уравнения стационарных материальных балансов процессов смешения (в нашем случае смешения компонентов шихты).

Математическая модель стационарных процессов смешения компонентов шихты и спекания адекватная структуре графов технологических потоков была идентифицирована под реальный режим работы участка приготовления шихты на Павлодарском алюминиевом заводе.

Исследование статических характеристик.

Анализ № 1. Модульные характеристики шихты - функция от изменеия управляющих воздействий: дозировок боксито-известковой смеси и кальцинированной соды в установившемся режиме.

При исходных данных, адекватных реальным расходным и качественным показателям ведения технологического процесса, был определен характер влияния дозировок кальцинированной соды и боксито-известковой смеси на модули шихты, а также получены статические характеристики, отображенные на рисунке 1 и 2.

Условные графические обозначения: щелочной модуль а - сплошная линия, известковый модуль \1 - штриховая линия.

0,5

0,52 0,54 0.56 0,58 0,6

дозировка боксито- известковой смеси, т/мЗ

0,62

Рисунок 1

Изменение щелочного модуля большей скоростью вызвано изменением на входе системы дозировки кальцинированной соды в процесс, а известкового модуля - изменением дозировки боксито - известковой смеси. Следовательно, система стабилизации щелочного и известкового модулей должна иметь два контура регулирования, где дозировка кальцинированной соды в процесс и дозировка боксито - известковой смеси - регулирующие величины.

0,025

0,03 0,035 0,04 0,045

дозировка кальцинированной соды, т/мЗ

Рисунок 2

Необходимо учесть, что изменение дозировки боксито - известковой смеси также вызывает изменение щелочного модуля, но в меньшей степени. При этом реакция щелочного модуля находится в противофазе с реакцией известкового модуля на идентичное входное отклонение.

0.06 0,07 0,08 0,09 дозировка боксита,т/т Рисунок 3

-г 2,3 - 2,28 - 2,26 2,24 2.22 - 2.2 2,18 2,16

- 2,14

- 2,12 2,1

.Анализ №2. Модульные характеристики шихты - функция от изменения дозировок исходных материалов (белого шлама, боксита)

Исходными потоками для исследования, как наиболее возму щающие, были выбраны - боксит и белый шлам, статические характеристики которых приведены на рисунке 3 и 4.

1.62 1.61

| 1.58

| 1.57

? 1.56 о

з

0,11 0.13 0.15 0,17 • 0.19 0.21 0.23 дозировка белого шлама,мЗ/мЗ

2,3 2,28 2.26 ¿24 Z22 2,2 2,18 2.16 | 2.14

л

П Ч

1

¡5

ша

Л

as

О

2

Из приведенных выше статических характеристик можно заменить, что при изменении дозировки боксита реакция изменения щелочного и известкового модулей одинакова.

Обратная картина наблюдается при изменении дозировки белого шлама: изменение дозировки белого шлама вызывает уменьшение щелочного модуля и увеличение известкового.

Анализ №3. Модульные характеристики шихты - функция от изменения химического состава исходных материалов (красного шлама, белого шлама, боксита ).

Статические характеристики, полученные в результате изменения химического состава исходных потоков, показаны на рисунках 5 и 6.

Для более наглядного отображения интенсивности изменения выходных технологических параметров (моду льных характеристик) при изменении расходов и химических составов исходных материалов на входе, статические характеристики были разбиты на две группы:

-статические характеристики, влияющие на изменение щелочного модуля (рис\ж>к 5);

-статические характеристики, влияющие на изменение известкового модуля (рисунок 6).

На рисунке 5 приняты следующие графические обозначения:

1 - дозировка кальцинированной соды, т/мЗ;

2 - дозировка боксито - известковой смеси, т/мЗ;

3 - дозировка боксита, т/т;

4 - дозировка белого шлама, мЗ/мЗ;

5 - концентрация Ьа20 в красном шламе, %;

6 - концентрация А1203 в красном шламе, %;

7 - концентрация А1203 в боксите, %;

8 - содержание твердого в белом шламе, г/л.

из +■

1 ода

3 052

3 0,03

4 0,11

5 17.3

6 21Д

7 41,3

8 730

ОД}

2,338

0,046

Р.1Я

17.8

31,3

42.8

800

0,033 0,536

ода

0.166

18,3

22Л

44,1

850

3.04 0,574

одга

0,194 18.8 22,8 45,5 900

0,045

0,592

0,094

0,222

19.3

2X3

46,9

950

0.05 0^1 0.11 0.25 19,8 23.8 48.1 1000

Рисунок 5

Перечень графических обозначений, принятых на рисунке 6:

1 - дозировка кальцинированной соды, т/мЗ;

2 - дозировка боксито - известковой смеси. т/мЗ;

3 - дозировка боксита, т/т;

4 - дозировка белого шлама, м3/м3;

5 - концентрация БЮ, в красном шламе, %:

6 - содержание твердого в белом шламе, г/л.

Статические характеристики модели стационарных процессов смешения компонентов шихты и спекания, полученные в результате моделирования, отображают линейную зависимость между входными и выходными величинами. В качестве входных величин были рассмотрены как дозировки различных материалов в процесс, так и химический состав этих материалов. Выходные величины - основные характеристики шихты - щелочной и известковый модули.

Т 2,3

-■ 2,23 3 а

- 2,22 Ё

0,023 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 1

0,52 0,538 0,556 0,574 0,592 0,61 2

0,03 0.046 0,062 0.078 0,094 0.11 3

0,11 0,138 0,166 0,194 0,222 0,25 4

16Д 16,6 17,1 17,6 18,1 18.6 5

750 800 ... 850 900 950 1000 б

Рнс\тюк 6

Из анализа характеристик видно, что щелочной модуль является более возмущенной величиной, что необходимо учитывать при организации качественного у правления.

Полученные в результате исследования статические характеристики могут быть использованы оперативным технологическим персоналом как универсальный инструмент для ситу ационного анализа и диагностики управления технологическим процессом приготовления шихты.

№1, 2006 г.

45

Анализ модели смешения компонентов шихты и спекания выполнен в среде программирования \latLab.

ЛИТЕРАТУРА

1. Петерсон И.Л. Статистический анализ и оптимизация систем автомата-ческого управления. М.: 1964

2. Такер ПК., Уилле Д.М. Упрощенные методы анализа систем автоматического регулирования. Л.: 1963

3. Зайцева Н.М., Щварцкопф Е.А. Разработка структуры математической модели стационарных процессов смешения компонентов шихты и спекания глиноземного производства // Вестник ПТУ, 2006, №1