Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование процесса электролиза алюминия с помощью математической модели

ФИО: Шовина П. А.

Направление: Информационные технологии

Научный руководитель: к.т.н., доц. Сириченко Андрей Викторович

Институт: Институт информационных технологий и автоматизированных систем управления

Кафедра: Кафедра Автоматизированных систем управления

Академическая группа: АРМ-10-1

Ключевые слова: печь кипящего слоя, цинк, объект управления, процесс обжига цинкового концентрата, функциональная схема автоматизации, математическая модель.

В настоящее время производство и потребление цинка занимает одно из ведущих мест по переработке тяжелых цветных металлов. В промышленности проводят обжиг в весьма производительных, экономичных и автоматизируемых печах кипящего слоя. Кипящего слоя печь, промышленная печь для сушки, обжига, кальцинации и др. процессов, в которой взаимодействие между твёрдыми зёрнами вещества и газовым потоком осуществляется в кипящем слое. Печь обслуживает обжигальщик, который следит за качеством поступающей шихты на обжиг, характером кипения слоя, своевременной выгрузкой пыли из газоходной системы, соблюдением заданного режима работы, а также регулирует тяговой режим печи.

Основным элементом подсистемы оптимального управления является математическая модель процесса обжига концентратов в печи КС. В данной работе за основу математической модели взяты результаты работ Данилина Л. А., описывающие физико-химические процессы обжига цинковых концентратов в псевдоожиженном слое.

Изменение во времени текущей массы сульфидной фазы может быть описано уравнением:

(2)

где

где Gc(0) – первоначальная масса частицы концентрата, г; Gc(t) – текущая масса сульфидов, т.е. масса неокисленного сульфидного ядра частицы, г; γc – плотность сульфидной фазы, г/см3; γ0 – плотность оксидной фазы, г/см3; α – коэффициент пропорциональности, подобный стехиометрическому (численно равен массе оксидной фазы, образующейся при взаимодействии по (1) единицы массы кислорода); r0 – первоначальный радиус частицы концентрата, см; Cя – концентрация кислорода в ядре потока, об. %; t – текущее время, мин; D – коэффициент диффузии кислорода через слой оксидной фазы, г/(см. %. мин).

Текущая масса оксидной фазы будет(3)

где α1 – коэффициент пропорциональности.

Текущие массы цинка и железа, связанных в сульфид, и сульфидной серы в окисляющейся частице концентрата описываются следующими выражениями:

где CZn S(0), CFe S(0), CS c(0) – содержания цинка, железа и серы в концентрате.

Текущие массы цинка и железа, образующихся в результате окисления сульфидов и находящиеся в частице в оксидной форме, выразим как

На основании результатов исследования процесса считаем, что масса гематита в частице огарка меняется во времени пропорционально изменению массы оксидной фазы, а образование феррита цинка происходит со скоростью, превосходящей скорость образования оксида железа. Тогда текущую массу цинка, связанного в феррит, опишем выражением(9)

где D1 – стехиометрический коэффициент.

Потери цинка испарением опишем уравнением, преобразованным к виду, удобному для решения на ЭВМ,

(10)

где Ки – коэффициент массопередачи, a – коэффициент линеаризации.

Текущая масса кислоторастворимых соединений цинка в частице огарка будет равна (11)

Текущая масса цинка общего в частице

(12)

Текущая масса частицы огарка(13)

Содержание цинка общего, кислоторастворимого, сульфидного и ферритного рассчитываем по формулам:

а содержание сульфидной серы

Математическую модель периодического процесса окисления сульфидного цинкового концентрата в кипящем слое в виде, удобном для решения с помощью ЭВМ, может быть представлена системой уравнений (2) – (18).  

Выводы

В процессе научной работы была исследована математическая модель процесса обжига цинкового концентрата. Построена функциональная схема автоматизации и подобрана спецификация приборов. Печь кипящего слоя была представлена как объект управления, приведены входные управляющие воздействия, возмущающие факторы и выходные параметры.