Предлагается математическая модель одного из технологических участков производства глинозема.
Технологический процесс приготовления и спекания глиноземсодержащей шихты представляет сложную многосвязную систему. В подобных системах изменение одного входного или возмущающего воздействия вызывает изменение нескольких выходных переменных. Для таких сложных процессов, подверженных случайным возмущениям различного характера, частоты и последовательности, разрабатываются статические модели, позволяющие получить статические характеристики – зависимость изменения выходных величин от изменения входных в статическом режиме.
В работе [1] разработана модель стационарного процесса смешения компонентов шихты с целью получения методического материала для оперативного технологического персонала управления щелочным и известковым модулями в шихте и спѐке. При этом не берутся во внимание расходы компонентов и полный химический анализ получаемой шихты и спека, не учитывается теплопотребление шихты.
На наш взгляд, актуальным направлением в усовершенствовании данного процесса с использованием разработанной блочной структуры алгоритма в работе [1] является разработка и исследование модели подготовки глинозѐмсодержащей шихты с учетом ее влагосодержания, химического анализа компонентов и прогнозирование еѐ теплопотребления во вращающихся печах [2]. Основу предлагаемой модели смешения компонентов шихты составляют уравнения стационарных материальных балансов.
Материальный баланс твердых фаз:
В таблицах 1, 2 представлены результаты опробования предложенной нами модели смешения компонентов шихты за первую декаду февраля 2010 года.
Таблица 1 – Химический анализ шихты, расчетный по модели (p) и текущий по анализу, %
Таблица 2 – Результирующие данные химического анализа шихты, рассчитанные по модели и по анализу за период опробования
Согласно таблицам 1, 2, расчетные параметры по количеству шихты, влагосодержания и химическому анализу шихты находятся на достаточно высоком уровне корреляции 0,58 – 0,78 с текущими показаниями, что является высокой сходимостью для многокомпонентной шихты. Особенностью представленной модели является прогнозирование ее химического состава при планировании производства и в периоды между отборами на определение химического анализа. Например, периодичность химического анализа шихты перед поступлением на спекание достаточная и составляет 4 часа. Кроме этого, для прогнозируемого химического состава шихты применима методика расчета теплопотребления шихты, разработанная Самаряновой Л.Б. Данная методика основана на реакциях спекообразования, определяемых химическим составом шихты, и учитывает следующее:
- По характеру физико-химических превращений и тепловой работе вращающаяся печь для спекания бокситовых шихт подразделяется на 5 зон:
- I – зона сушки (удаляется вся внешняя влага);
- II – зона подогрева (удаляется связанная вода);
- – зона кальцинации (происходит термическое разложение карбонатов, натриевого алюмосиликата и образование основной массы соединений спека);
- – зона спекания (заканчиваются реакции образования соединений спека); V – зона охлаждения (спек охлаждается до 1000° С).
- Распределение температуры шихты и газов по зонам на входе (t вход) и выходе (t вых).
Теплопотребление шихты (q, ккал) рассчитывается по зонам на 1 тонну спека и затем суммируется в единый результат [3].
Таким образом, используя предложенную модель, можно не только прогнозировать химический состав, но и теплопотребление шихты. В таблице 3 представлены результирующие данные по определению теплопотребления шихты за первую декаду февраля 2010 года.
Таблица 3 – Результирующие данные по определению теплопотребления шихты за первую декаду 2010 г.
Выводы
- Усовершенствована существующая блочная структура алгоритма разработанной модели подготовки глинозѐмсодержащей шихты с учетом ее влагосодержания, химического анализа компонентов.
- Предложенная модель позволяет с достаточной степенью точности прогнозировать не только химический состав, но и теплопотребление шихты по зонам печи.
Литература
- Зайцева Н.М., Шварцкопф Е.А. Разработка структуры математической модели стационарных процессов смешения компонентов шихты и спекания глиноземного производства // Вестник ПГУ. - - № 1. – C. 52-60.
- Зайцева Н.М., Каулина Е.К. Современное состояние технологии спекания и исследование моделей приготовления глиноземсодержащих шихт в производстве глинозема // Вестник Инновационного Евразийского университета. - 2010. - № 1 (37). – C. 82-84.
- Самарянова Л.Б., Лайнер Ю.А. Технологические расчеты в производстве глинозема. – М.: Металлургия. – 129 с.