Введение к работе
Актуальность работы. Для увеличения выхода фосфора и удовлетворения требований к его качеству необходимо разрабатывать и внедрять в производство автоматизированные системы управления технологическими процессами. Как и многие химико-технологические процессы производство фосфора характеризуется высоким расходом сырья. Поэтому для получения максимального выхода целевого продукта при сохранении его высокого качества, даже при работе на сырье с большим содержанием примесей, необходима разработка системы управления, позволяющей получить заданный выход фосфора при соответствующем составе сырья для обеспечении рационального использования сырьевых ресурсов.
Основным элементом технологической схемы получение фосфора электротермическим способом является руднотермическая печь (РТП) закрытого типа. Постоянное расширение производства фосфора в условиях наращивания мощностей РТП предъявляет повышенные требования к качеству управления технологическим процессом. Однако, руднотермические печи закрытого типа характеризуются недостаточной изученностью, потенциальной опасностью, большой трудностью получения информации в реальном масштабе времени, что создает определенные трудности для разработки эффективных систем управления.
В настоящее время уровень автоматизации производства фосфора не соответствует современным требованиям и ограничивается сбором доступной для контроля информации о показателях технологического режима работы печи и использованием в некоторых случаях локальных систем автоматического регулирования. Недостаточный объем информации о процессе приводит к тому, что при принятии решений по управлению операторы во многом ориентируются на субъективный опыт и интуицию, а соответствующие системы регулирования мало эффективны из-за неоднозначности используемой информации. В результате этого в примерно одинаковых ситуациях принимаются разные, часто не оптимальные, решения, что приводит к неоправданным материальным и энергетическим потерям, а также к сокращению сроков службы оборудования из-за нарушения режимов его эксплуатации. В связи с вышесказанным задача повышения эффективности управления процессом получения фосфора за счет оценки изменения массы углеродистого слоя является актуальной и экономически обоснована.
Синтез такой системы управления требует разработки математической модели объекта управления, особенно в условиях, когда отсутствует контроль ряда важных технологических показателей процесса, и математическая модель становится единственным источником получения необходимой дополнительной информации о состоянии объекта. Анализ публикаций по этому вопросу показал, что в настоящее время не существует математической модели, которая достаточно полно описывала бы процесс производства фосфора, и на базе которой возможна была бы разработка системы управления материальными
потоками процесса, обеспечивающей оперативную корректировку состава шихты.
Цель работы. Целью диссертационной работы является создание системы управления фосфорной руднотермической печью закрытого типа на основе математической модели, применяемой для оценки изменения массы углеродистого слоя, обеспечивающей получение заданного выхода фосфора при данном составе сырья.
Методы исследования. При выполнении работы использовались методы теории регулирования, математического моделирования, химической технологии, программирования.
Научная новизна заключается в следующем:
Предложен метод расчета материально-энергетического баланса производства фосфора по данным о составе сырья с учетом золы восстановителя.
Разработана математическая модель процесса производства фосфора на основе уравнений материально-энергетического баланса, которая позволяет рассчитывать текущие расходы сырья и может быть использована для управления режимом работы руднотермической печи закрытого типа.
Впервые для фосфорного производства предложен метод оперативного определения величины изменения массы углеродистого слоя, который выбран в качестве критерия управления, через объем газа СО - продукта печной установки.
Разработаны алгоритм и структура системы управления РТП с целью стабилизации режима ее работы для получения заданного выхода фосфора при данном составе сырья.
Практическая ценность работы. Предлагаемый способ управления является наиболее объективным в производстве фосфора и может быть использован для тиражирования в системах управления руднотермическими печами различной мощности.
Реализация результатов. Основные результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры технологии электротермических производств (СПбГТИ (ТУ)) и в проектные решения ООО «ЭПОЛ» в Санкт-Петербурге по проектированию фосфорных производств, что подтверждается соответствующими актами.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на конференции «Элекгротермия-98» в СПбГТИ (ТУ) (г. Санкт-Петербург, 1998г.), на конференции «Компьютерное моделирование» (г. Белгород, 1998г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано три работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоиг из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Она изложена на 125 страницах текста, из них 5 страниц приложения, содержит 14 рисунков, 4 таблицы. Список литературы включает в себя 110 наименований.