Введение к работе
Актуальность проблеми. Карбид кальция необходим для производства ацетилена, который в свою очередь перерабатывается промышленностью органического синтеза и вдет на растущие нужды газопламенной обработки металлов. В настоящее время потребность в карбиде кальция превышает объемы его производства, поэтому ведется подготовка к технической модернизации карбидной подотрасли и увеличению выпуска ее продукции. Поскольку производство карбида является энерго-и материалоемким, необходимым условием повышения его эффективности является снижение сырь, шх и энергетических затрат.
Существующий уровель автоматизации и качество уп-I івления карбидными печами не обеспечивают эффективного протекания процесса, получения целевого продукта требуемого качеотва и рационального использования' сырья и электроэнергии. Карбидные печи оборудовшш только локальными токовыми регулятора»"и в то время, как повышение эффективности их работы СЕЯзано с управлением материальными потоками. Корректировка состав; шихты осуществляется путем подачи дополнительной извести на колошник печи. При этом функциональные связи между электротехнологическим режимом работа и показателями ее работы не учитываются. Іаким образом все операции по управлению работой печи осуществляются оператором от опыта которого зависят технико-экономические показатели работы печи. Обследование действующих производств карбида кальция показало, что несовершенство существующих способов управления процессом обуславливает нестабильную работу оборудования!, снижая его производительность на 10 - 20$ .
Существенную роль в повышении качества управления карбидами печами должно сыграть внедрение АСУТП на базе современных микропроцессорных средств. Для этого необходимы м&темятические модели процесса получения карбида кальция, пригодные для управления печами различной мощности. Процесс карбидной плавки необходимо оптимизировать по технологическим критериям, что гюзвблит улучшить электротехнологический режим печи и повысить производительность печной установки. Таким образом, зад ча iiobul.jhhh эффективности работы карбидной печи путем создания системы управления материальными потоками является актуальной.
Целью диссертационной работы являлись разработка системы управления материальными потоками в процессе получения карбида кальция на основе математической модели, обеспечивающей оперативную корректировку состава шихты.
Для достижения цели решались следующие задачи:
анализ работы карбидной печи на основе теории о зонном строении реакционного пространства печи, физико - химических и кинетических закономерностей процесса карбидообразо-вания; рассмотрение карбидной печи как объекта управления;
разработка математической модели процесса, включающей материальный и энергетический балансы и позволяющей производить точный учет распределения входных компонентов с примесями на выходе; программная реализация модели на ЭВМ и оценка ее адекватности объекту управления;
разработка метода расчета состава шихты по уравнениям материального баланса, в котором продукты плавки предложено делить на три нерастворимых друг в друге составляющих: карбидный расплав, шлак и ферросплав; рассчет количества и состава отходящих газов и пыли; идентифицикация некоторых значений некоторых параметров модели (угара кокса, уносов и испарения извести) по экспериментальным данным.
определение структуры системы управления составом шихты в процессе получения карбида . ільция на основе стабилизации углеродистого режима карбидной печи; обоснование выбора критерия управления процессом.
Методы исследования. При разработке математического описания процесса получения карбида кальция использовались методы системного анализа. Задача идентификации решалась с. использованием прямых методов идентификации параметров модели по экспериментальным данным.
Научная новизна.
Разработана математическая модель процесса получения карбида кальция по уравнениям материального и энергетического балансов, с учетом физико - химических и кинетических закономерностей.
Предложен метод расчета продуктов плавки, которые делятся на три нерастворимых друг в друге составляющих: карбидный расплав, шлак и ферросплав. Рассчитываются состав и количество отходящих газов и пыли, что позволяет точно определять расходы сырья.
Б качестве критерия управления процессом карбидной плавки иределожена величина приращения массы углеродистого слоя в печи.
Разработана система управления материальными потоками в 'процессе полупения карбида кальция, обеспечивающая оперативную корректировку состава шихты.
Практическая значимость. Разработанная математическая модель процесса получения карбида кальция предоставляет возможность расчитывать точные дозировки компонентов шишты в зависимости от качества сырья и требуемого качества целевого продукта. Система управле ля материальными потоками іюзволяот не только рационально использовать сырьевые ресурсы и получать карбид стабильно высокого качества, что улучшает экономические показатели работы печи, но и благоприятно влияет на экологию, т.к. разработанная схема управления составом шихты позволяет успешно эксплуатировать закрытые карбидные печи, вместо действующих в настоящее время открытых,
У Реализация работы. Результаты диссертационной работы пареданы в /ОЗТ "ШОЛ" (г. Санкт - Петербург) с целью их использования для проектирования карбидных производств. Метод расчета состава шихты использован для оценки качества карбида в зависимости от состава сырья на предприятиях г.Лельчицы и ПО "Корунд" (г.Дзержинск).
Аппробация работы. Основные результаты исследования докладывались на конференции "Электротермия - 94" и на научно - техническом семинаре "Моделирование производственных процессов химической технологии" РХО им. Д.М.Менделеева в 1994 году и обсуждались на постоянно действующих научно -технических семинарах кафедры "Систем автоматизированного проектирования и. управлек.м" и кафедры "Технологии электротермических производств" Санкт - Петербургского государственное технологического института.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано четыре статьи.
Структура и объем работы, диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа ..сложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 19 рисунков, 15 таблиц и библиографического списка из 142 наименований.