Разработка модели смешения компонентов шихты, прогнозирование её химического состава и теплопотребления

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, % 

 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

 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:

  1. 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).
  1. 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. 

 Результирующие данные по определению теплопотребления шихты за первую декаду 2010 г.

Выводы

  1. Усовершенствована существующая блочная структура алгоритма разработанной модели подготовки глинозѐмсодержащей шихты с учетом ее влагосодержания, химического анализа компонентов.
  2. Предложенная модель позволяет с достаточной степенью точности прогнозировать не только химический состав, но и теплопотребление шихты по зонам печи.

 

Литература

  1. 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.
  2. 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.
  3. Самарянова Л.Б., Лайнер Ю.А. Технологические расчеты в производстве глинозема. – М.: Металлургия. – 129 с.
Год: 2011
Город: Павлодар