Содержание к диссертации
Стр.
ВВЩЕНИЕ 6
Глава I. Особенности управления процессом получения кормовых добавок в циклонных камерах ......... Ц
X.I, Постановка задачи изучения процесса для целей
управления . . . , , хх
Физико-химические процессы получения фосфоритных кормовых добавок в ДТК 22
Качественный анализ процесса гидротермического обесфторивания фосфоритов в ДТК , . . 31
1.4. Выводы по главе ................ 41
Глава 11. Синтез функционального оператора процесса получе
ния кормовых добавок в ДТК , 43
Постановка задачи синтеза функционального оператора . . . . 43
Проверка допущения о малом термическом сопротивлении частиц -;-» 45
Синтез функционального оператора исследуемой
О&С 64
Программная реализация $0 термохимической обработки материала в ДТК ........ 73
Проверка адекватности математической модели термохимической обработки фосфоритного материала
в ДТК 80
2.6. Выводы по главе .... ....... 88
ллава Ш. Исследование свойств ДТК как объекта управления
по физико-химическому каналу , , . 91
3.1. Параметры циклонного процесса и особенности ДТК
как объекта управления 91
Статические характеристики зоны газовзвешенного состояния ЦТК по физико-химическому каналу .... 95
Статические характеристики зоны пленки ЦТК по физико-химическому каналу . 103
Исследования ЩК как объекта управления по физико-химическому каналу 108
Выводы по главе 128
Глава ІУ. Система управления качеством циклонной плавки
фосфоритов 130
Основные принципы управления качеством кормовых добавок 130
Алгоритм функционирования системы стабилизации качества продукта 136
Система управления качеством циклонной плавки фосфоритов 147
4.4. Выводы по главе 163
Выводы по работе и рекомендации 164
Литература 166
Приложение «... 179
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
*Цу - диаметр циклонной камеры, уи ;
R^ - радиус циклонной камеры, m ;
*Dn - диаметр пережима, wi ;
Rn - радиус пережима, ул ;
Re - радиус ввода сырья в камеру, w\ ;
Zn - радиус положения частиц, m ;
Нц, - высота циклона, ш ;
F^ - площадь поперечного сечения циклона,
Ffa - площадь входных сопл, и*2 ;
- соответствующие относительные размеры;
S - расход топлива, к^/S , w»Vs ;
L - расход воздуха на горение, vw*/$ ;!
Gc - расход сырья, vc^/s ї
СО - скорость газа, vw/s ;
U. - относительная скорость, у*/ ;
V - скорость частиц, и*/$ ;
F - поверхность, *м2 ;
d4 - диаметр частиц, jam ;
*tT - температура С, К ;
t - время, S і
і - удельная энтальпия, vcJ/wj ;
о - коэффициент теплоотдачи,
- толщина пленки расплава, v* ;
Q - тепловой поток, "W ;
С^ - удельный тепловой поток, *W/vw2 ;
J - плотность, vc^/vw* ;
$с - длина части окружности сечения камеры,
занятой соплами, v*i ;
4^ -диффузионный модуль Тиле; Т> - коэффициент диффузии, mVs » С - концентрация, моль/m3 ; Тн - содержание фтора в шихте, % ; Тк - содержание фтора в продукте, % ; Н.О. - концентрация нерастворимого остатка в шихте, % ; v - мощность источников массы, энергии; У - доля материала, попадающая на крышку камеры,
при вводе; QVh- величина уноса материала из камеры,
Сокращения, принятые для индексов з - сырье; г- газ; ч - частица; к,л, tei - конвективный, лучистый, зуммарный теплообмен; пл - пленка; вх, вых - вход и выход из циклон-іой камеры; I - в частице; 2 - в газе; 3 - в пленке; нач - началь-юе значение; кр - критическое значение; пов - поверхность; S - связанный в молекуле материала.
Сокращения, принятые в тексте
ММ - математическая модель;
ФО - функциональный оператор;
ФХС - физико-химическая система;
ДТК - циклонная технологическая камера.
Введение к работе
Дальнейшее развитие сельскохозяйственного производства по пути зго интенсификации невозможно без применения минеральных удобрений и кормовых добавок, что неоднократно подчеркивалось в партийных документах /1-3/ и нашло отражение в Продовольственной программе СССР на период до 1990г. /4/: "Обеспечить поставку сельскому хозяйству минеральных удобрений в 1985 году в количестве 26,5 млн.тонн и в 1990 году - 30-32 млн. тонн ^в перерасчете на 100-процентное содер-кание питательных веществ), химических кормовых добавок соответственно 950 тыс. тонн и 1,2 млн. тонн".
Объемы поставок минеральных удобрений и кормовых добавок селу яз года в год увеличиваются, "... но дело не только в количестве. Зо главу угла надо поставить повышение качества выпускаемой продукции", - отмечалось на Июльском 1978г. Пленуме Щ КПСС /3/.
Одним из важнейших направлений научно-технического прогресса и путей совершенствования производства, указанных ХІІУІ съездом ШСС /2/, является совершенствование и развитие технологических процессов, максимально экономящих природные ресурсы и обеспечивающих охрану окружающей среды. В частности, внедрение новых прогрессивных технологий, отвечающих требованиям безотходности производства.
Одной из форм организации таких процессов при производстве кордовых добавок ^обесфторенных фосфатов) являются энерготехнологические циклонные аппараты, реализующие сложные высокотемпературные процессы с химическими и фазовыми превращениями в условиях турбулентного переноса вещества и энергии. Составной и наиболее важной частью гаких аппаратов является циклонная технологическая камера vUTK).
Основная проблема производства кормовых обесфторенных фосфатов в ЦТК состоит в стабилизации их качества, определяемого максимально допустимой концентрацией фтора в продукте^ FK ). По техническим уело-зиям FK 6 о,г%.
Ввиду того, что до настоящего времени отсутствуют приборы и средства непрерывного или экспресс-анализа содержания фтора в продукте, основное направление исследований ДТК как объекта управления состояло в отыскании косвенного параметра, связанного с Тк значимой стохастической связью. Использование теплового потока через стенку ДТК в качестве такого косвенного параметра позволило синтезировать систему управления циклонной плавкой фосфоритов и внедрить ее на Джамбулском суперфосфатном заводе /7/. Однако опыт длительной промышленной эксплуатации указанной системы показал, что связь между величинами теплового потока и Т* неоднозначная , т.е. в различные моменты времени заданному "FK отвечают различные значения теплового потока и колебания Т"к хотя и уменьшились, но все же остались на недопустимом уровне. Указанный недостаток разработанной системы свидетельствует о необходимости даьнейших исследований ДТК. Поскольку процессы в ДТК характеризуются высокой интенсивностью и быстротечностью, наличием паров HF ^плавиковой кислоты) при высоких температурах теплоносителя U7QQ-I800 С), исследования ДТК целесообразно проводить методами качественного анализа и математического моделирования.
Поэтому качественный анализ сложных физико-химических процес-зов, построение на его основе функционального оператора ДТК, исследование с его помощью процессов тепло- и массопереноса, определение оправляющих координат и синтез системы управления качеством циклон-юй плавки фосфоритов в условиях неконтролируемости выходных коорди-іат объекта являются актуальными задачами.
Делью данной работы является определение свойств ДТК как объек-а управления по физико-химическому каналу и разработка эффективной труктуры АСР качеством циклонной плавки фосфоритов.
В соответствии с целью задачами работы являются:
- системный анализ процесса циклонной плавки фосфоритов;
разработка математической модели UAM) ДТК как сложной физико-химической системы;
исследование объекта управления с помощью модели;
разработка эффективной структуры и математического обеспечения АСР содержанием фтора в кормовых добавках.
Работа выполнена в области автоматизации сложных химико-технологических систем, В ней автором сформулирована задача управления и синтезирована система управления качеством циклонной плавки фосфоритов.
Доставленные задачи решались путем:
- качественного анализа сложных физико-химических эффектов
и явлений на пяти уровнях иерархии физико-химических систем (ФХС);
синтеза функционального оператора исследуемой ФХС методами математического моделирования;
имитационного моделирования на ЭВМ;
разработки принципов управления и эффективной структуры А.СР содержания фтора в кормовых добавках.
Автор защищает следующие научные положения и научные результаты:
- результаты качественного анализа физико-химических процессов
і явлений на пяти уровнях иерархии физико-химических систем;
нагрев частиц нейтрального материала характеризуется значительной неравномерностью температурного поля по радиусу, что вызыва-їт необходимость рассматривать их как объекты с распределенными па-)аметрами;
математическое описание и пакет прикладных программ расчета 'ермодиффузионных процессов в ДТК;
результаты имитационного моделирования ДТК;
связь теплового потока через пережим ДТК с концентрацией тора в продукте неоднозначна, что снижает эффективность работы АСР;
результаты анализа ДТК по физико-химическому каналу и выбор управляемых и управляющих координат;
управление циклонной плавкой фосфоритов следует осуществлять цутем стабилизации содержания фтора в продукте, определяемого на ММ объекта, с воздействием на величину задания регулятору теплового потока. Поддержание теплового потока на задаваемом уровне необходимо осуществлять воздействием на расход шихты и кислорода. При этом воздействие на расход кислорода должно быть опережающим.
Работа выполнена на кафедре "Автоматизация теплоэнергетических процессов" Одесского ордена Трудового Красного Знамени политехни-ієского института.
Разработанное математическое описание передано МЭИ и ДДетИ для )азработки и исследования ДТК (плавка фосфоритов, получение эмалевых фритт) и их систем управления. Отдельные положения работы исполь-ювались при промышленном внедрении системы регулирования ДТК с фак-ическим годовым экономическим эффектом 94,3 тыс.руб. в год. Резуль-аты работы использованы при выполнении комплексной программы ГКНТ ССР 0.01.II, задания 03.Ніг по разработке математической модели для правления циклонными энерготехнологическими агрегатами в 1976 -980 гг.
Апробация работы. Основные положения и отдельные разделы дис-ертационной работы доложены и одобрены на:
II и Ш Всесоюзных конференциях "Математическое моделирование ножных химико-технологических систем" (Новомосковск, 1979г.,Таллин, Э82г.);
X Всесоюзном научно-техническом совещании по энерготехноло-іческим циклонным процессам (Москва, 1976 г.);
Всесоюзном совещании "Обмен опытом по вопросам математическо-> моделирования и системного анализа технологических процессов" :иев, 1978г.);
ХІІ Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика циклонных технологических процессов в металлургии и других отраслях промышленности" (Днепропетровск, 1982 г.);
Семинарах "Кибернетика и автоматическое управление" научного совета АН УССР по проблеме "Кибернетика" (Одесса, I979-1983гг.);
УШ Центральной ярмарке студентов и молодых исследователей (Лейпциг, ноябрь 1982г.). Работа авторского коллектива: Килимник В.Г., Теске X., Иванов В.К. "Программное обеспечение исследования высокоинтенсивных циклонных аппаратов как объектов управления", научный руководитель Тодорцев Ю.К., отмечена дипломом и главным призом об-дества германо-советской дружбы.
Материал, освещающий решение поставленных задач, изложен в четырех основных разделах, общий объем работы 119 стр. машинопис-іого текста, содержит 70 рис., 6 табл. и список литературы.
