Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние и развитие процессов выщелачиывания и сгущения в гидрометаллургическом производстве цинка. Информационно- аналитический обзор 10
1.1. Развитие выщелачивания в гидрометаллургическом производстве цинка
1.1.1. Способы выщелачивания 12
1.1.2.Схемы выщелачивания 15
1.1.3, Современное состояние развития выщелачивания 20
1.2. Описание и современное развитие процесса сгущения 25
1.2.1. Краткая характеристика процесса сгущения 26
1.2.2. Система автоматического управления процессом сгущения 31
1.2.2.1. Контроль основных технологических параметров процесса сгущения 31
1.2.2.2. Автоматизация разгрузки сгустителя 33
1.2.2.3. Комбинированные системы регулирования разгрузки сгустителя , 35
1.2.2.4. Регулирование загрузки сгустителя по твердому 37
1.2.2.5. Регулирование скорости осаждения 39
1.3. Выводы по главе 1 41
Глава 2. Разработка обобщенной математической модели процесса сгущения 42
2.1. Построение математической модели процесса в общем виде 42
2.2. Вывод базисного уравнения в случае нестесненного падения 47
2.3. Практическая модель нестесненного осаждения 48
2.4.Аналитическое решение уравнения в случае нестесненного падения 49
2.5.Экспериментальная проверка аналитическим методом 50
2.6. Накопление осадка в придонном слое 56
2.7. Описание массопереноса при наличии источников 61
2.8.Примеры задач с источниками 65 2.9.Случай движения среды вверх с постоянной скоростью 71
2.10. Выводы по главе 2 80
Глава 3. Разработка и исследование системы контроля основных параметров процесса сгущения 82
3.1. Современные методы контроля процесса сгущения 82
3.2. Разработка метода и устройства контроля качества отстоя 87
3.3. Выводы по главе 3 91
Глава 4. Разработка и исследование системы, построение блок-схемы и модели автоматизированного управления процессом сгущения 92
4.1. Анализ известных систем управления процессом сгущения 92
4.2. Разработка системы управления процессом сгущения 95
4.3. Разработка математической модели, блок-схемы, программы и исследование системы оптимального управления процессом сгущения в производстве цинка 97
4.4.Выводы по главе 4 107
Заключение 109
Список литературы 111
Приложение № 1 123
Приложение №2 126
Приложение №3
- Развитие выщелачивания в гидрометаллургическом производстве цинка
- Построение математической модели процесса в общем виде
- Современные методы контроля процесса сгущения
- Анализ известных систем управления процессом сгущения
Введение к работе
Актуальность работы. Процессы сгущения широко распространены в цветной металлургии, обогащении, химической промышленности, в частности в производстве цинка. На действующих предприятиях цветной металлургии сгущение зачастую является тем «узким» местом, которое сдерживает рост производительности качественных показателей, которые оказывают существенное влияние на качество готовой продукции и технико-экономические показатели всего производства в целом.
Процесс сгущения основан на естественном осаждении твердых частиц под действием силы тяжести.
Практика эксплуатации сгустительных аппаратов показывает, что от стабильности их работы в значительной мере зависит эффективность последующих переделов. Поэтому основными технологическими требованиями к управлению сгустителем является поддержание наибольшего содержания твердого в нижнем сливе сгустителя, надежность работы оборудования.
Колебания плотности и расхода пульпы, крупности твердой фазы, взаимовлияние параметров процесса, протекающих в сгустителе, усложняют задачу автоматизации.
В настоящее время автоматизация управления процессами сгущения развивается в двух направлениях: создание надежных автоматических средств контроля технологических параметров и разработка на их базе рациональных систем автоматического управления.
На большинстве предприятий в металлургии процессом сгущения управляют либо вручную, изменяя расход сгущенного продукта по результатам периодических анализов отбираемых проб, либо по жесткой временной программе. Такие методы не обеспечивают оперативность и оптимальность управляющих воздействий, что приводит к значительным потерям извлекаемого продукта с нижним сливом сгустителя и резким колебаниям содержания твердого в сгущенном продукте.
В промышленности наиболее широко используется способ управления работой сгустителя, заключающийся в ручной или автоматической коррекции расхода сгущенной пульпы в зависимости от скорости осаждения твердой фазы в пульпе, подаваемой в сгуститель. При этом не учитываются возмущения, действующие на процесс, такие как качество отстоя пульпы, высота осветленного слоя, время выпуска.
Недостаточная изученность технологического процесса, отсутствие выявленных четких связей между его параметрами является причиной недостаточно высокого уровня автоматизации процесса сгущения.
Изложенное выше определяет актуальность постановки и решения задачи исследования процесса сгущения, разработки методики и средств контроля, математического описания, алгоритма управления и автоматизированной системы управления.
Решение поставленной задачи на основе применения современных математических методов, способов решения задач оптимизации позволит значительно повысить производительность технологического оборудования, качество выпускаемой продукции, что в комбинации с последующими технологическими операциями приведет к значительному технико-экономическому эффекту в производстве цинка.
Цель диссертационной работы. Исследование процесса сгущения пульп в металлургии и разработка автоматизированной системы, которая обеспечивает максимальную производительность сгустителя и заданное качество готового продукта. Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
Исследование процессов выщелачивание и сгущения.
Разработка обобщенной математической модели процесса сгущения пульп, позволяющая исследовать характер осаждения.
Исследование и разработка надежной автоматической системы контроля качества отстоя продукта сгущения.
4) Разработка и исследование автоматизированной системы управления процессом сгущения.
Методы исследования. Разработка и исследование системы оптимального управления процессом сгущения в гидрометаллургическом производстве цинка потребовало применение:
системного анализа;
математического моделирования;
имитационного моделирования в среде компьютерного математического моделирования MATLAB с использованием пакета SIMULINK;
методов обработки данных и оптимизации.
Научная новизна работы:
Разработана обобщенная математическая модель процесса сгущения и выявлены основные факторы, влияющие на протекание процесса.
Получено аналитическое решение осаждения твердых частиц, позволяющее предсказывать результаты процесса осаждения при всех возможных исходных данных и начальных условиях решения задач. Адекватность аналитической модели подтверждена данными математического моделирования исследований.
3.Впервые доказана возможность использования спектрального анализа колебаний показаний датчика системы контроля глубины осветленного слоя для контроля качества отстоя в сгустителе и предложен новый способ управления работой сгустителя.
На основе зонального метода предложена и исследована упрощенная математическая модель для сгустителей в производстве цинка и программа для реализации данной методики.
Разработана и исследована автоматизированная система управления технологическим процессом сгущения.
Практическая значимость работы.
1. Разработана обобщенная математическая модель процесса сгущения:
для одномерного пространства при постоянной плотности исходной пульпы;
в случае нестесненного падения частиц в испытательном сосуде;
для аналитического решения при нестесненном падении;
для методики экспериментальной проверки при нестесненном падении;
для случая линейной функции распределения плотности исходной пульпы.
Исследование на модели позволило выявить основные параметры, влияющие на процесс, такие как качество отстоя, высота осветленного слоя и время выпуска.
Разработан способ и устройство для контроля качества отстоя осветленного слоя в сгустителе, которые позволили контролировать качество отстоя (Патент РФ №2235984).
Разработан способ управления работой сгустителя и устройство для его осуществления, которые позволили регулировать время выпуска по высоте осветленного слоя и контролю качества.
Результаты работы автоматизированного управления процессом сгущения приняты для промышленного внедрения с ожидаемым экономическим эффектом не менее 500 тыс. руб. в год за счет повышения производительности, то есть увеличения выпуска готовой продукции (например, цинка), снижения расхода реагентов на 5^-7% и увеличении выхода по току на 0,9-4,2%.
5.Отдельные результаты и материалы работы используются в учебном процессе СКГМИ (ГТУ).
На защиту выносятся:
1. Обобщенная математическая модель процесса сгущения.
Способ контроля качества отстоя осветленного слоя в сгустителе и устройство для его осуществления.
Способ управления работой сгустителя и устройство для его осуществления.
Результаты моделирования системы управления процессом сгущения.
Результаты разработки и исследования системы автоматического управления процессом сгущения в гидрометаллургическом производстве цинка.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов
подтверждаются:
соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований;
результатами испытаний разработанного способа и устройства контроля качества осветленного слоя в сгустителе;
результатами испытаний разработанного способа управления работой сгустителя и устройства для его осуществления;
результатами исследования системы управления с помощью разработанной математической модели и программы моделирования процесса осаждения твердых частиц в пульпе.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на:
Межрегиональной научной конференции «Студенческая наука - экологии России», Владикавказ, 2005.
Межрегиональной научной конференции «Студенческая наука - экономике России», Ставрополь, 2005. Работа была удостоена гран-при конференции.
Международной научной студенческой конференции: «Студент и научно-технический прогресс», Новосибирск, 2005.
Ежегодных научно-технических конференциях СКГМИ (ГТУ), Владикавказ 2003-2006.
На разработанный способ контроля качества отстоя осветленного слоя в сгустителе и устройство для его осуществления получен Патент РФ на изобретение №2235984.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 9-ти печатных работах, из них: 1 патент и 8 статей.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 127 страниц машинописного текста, 29 рисунков, 2 таблицы и список литературы из 133 наименований.
Развитие выщелачивания в гидрометаллургическом производстве цинка
Решающим звеном в гидрометаллургическом производстве цинка является процесс выщелачивания обожженного концентрата. В этой стадии готовятся растворы для последующего осаждения цинка электролизом. От правильного проведения процесса выщелачивания огарка и жесткого соблюдения установленного технологического режима всех операций зависит большинство показателей цинкового производства и, в первую очередь, извлечение металла, расход электроэнергии и себестоимость цинка.
По схеме гидрометаллургического производства [1-6] процесс выщелачивания следует непосредственно за классификацией огарка. Выщелачивание - процесс растворения в жидком растворителе одного или нескольких составляющих твердого материала.
Целью выщелачивания является максимальное извлечение цинка из огарка и минимальный перевод в раствор соединений других материалов. Процесс идет на основе кислотно-основных взаимодействий, вызывающих кислотное растворение оксидов металлов (главным образом цинка) и осаждение сопутствующих компонентов (главным образом железа и кремнезема), растворяющихся вместе с цинком [1-6].
Выщелачивание - избирательное растворение и всегда дает нерастворимый осадок (кек). Поэтому не только указанные выше химические процессы обеспечивают отделение цинка от сопутствующих компонентов, но физический процесс разделения жидкой и твердой частей пульпы, образующейся при выщелачивании. Выщелачивание - гибкий процесс; изменением условий его осуществления можно достичь желательной степени и скорости извлечения цинка в раствор, а также нужной степени и скорости разделения цинка и сопутствующих компонентов. Чем полней и быстрей достигаются указанные показатели, тем сложнее выщелачивание, поэтому выщелачивательный передел в гидрометаллургии цинка наиболее многообразный и может быть весьма сложным.
Растворителем при выщелачивании в гидрометаллургии цинка служит серная кислота. Общий принцип выщелачивания заключается в замкнутости технологического цикла, который состоит из сернокислого выщелачивания цинкового окисленного материала и регенерации H2S04 при электролизе раствора ZnS04 с возвратом регенерированной H2SO4 в виде отработанного электролита на выщелачивание. В этом цикле должен сохраняться материальный баланс по всем компонентам: сколько в раствор переходит каждого компонента, столько его надо выводить из раствора, чтобы ни один компонент не накапливался в растворе.
Основными материалами для выщелачивания в металлургии цинка служат (в порядке уменьшения перерабатываемых количеств): огарки, возгоны, концентраты окисленных руд, сульфидные концентраты. Эти материалы различаются по вещественному составу и поэтому схемы их выщелачивания и режимы отдельных операций для них различны.
На современном этапе процессы выщелачивания цинковых огарков получили значительное развитие в связи с переходом на полное гидрометаллургическое извлечение цинка из них по более многообразным технологическим схемам [1,2]. Применение в мировой практике гидрометаллургии цинка технологические схемы выщелачивания обожженного концентрата различаются способом выщелачивния, количеством стадий и кислотными режимами. Анализ современного состояния технологических схем выщелачивания, методов подготовки продуктов обжига к выщелачиванию, а также направлений совершенствования технологии и аппаратурного оформления процесса пред ставлен в работах Погорелого А.Д., Лакерника М.М., Маргулиса Е.В., Пахо-мовой Г.Н., Снурникова А.П., Гусара Л.С., Баймакова Ю.В., Хана О.А., Сапрыгина А.Ф. Пусько А.Г. [3-9].
В настоящее время имеются различные способы и схемы выщелачивания обожженного концентрата. По способу растворения огарка в серной кислоте процессы выщелачивания можно разделить на два вида: непрерывное выщелачивание и периодическое выщелачивание.
При непрерывном способе выщелачивания в аппаратуре для выщелачивания огарка растворы и пульпа постоянно циркулируют [6].
Между цехами выщелачивания и обжига цинковых концентратов устанавливается замкнутый цикл (рисунок 1.1), в котором в сторону обжиговых печей направляются кислые растворы, а на выщелачивание поступает нейтральная пульпа после предварительной мокрой классификации.
Особенностью этого способа, как говорит само название, является непрерывный, противоточныи характер движения материалов и то, что мелкая фракция огарка на всем своем пути не встречает и не соприкасается продолжительное время с растворами, имеющими высокую концентрацию серной кислоты. Максимальное содержание кислоты, которая наблюдается при выщелачивании песков, не превышает 15-20г/л ZnS04.
В качестве основного аппарата для выщелачивания по этому способу применяется чан с воздушным перемешиванием. Цинк в огарке, проходя в процессе выщелачивания совместно с растворами серной кислоты группу последовательно установленных чанов, в которые подается отработанный электролит, непрерывно растворяется и переходит в раствор.
Раствор после сгущения пульпы отделяют и направляют на очистку от примесей, а твердый остаток, называемый цинковыми кеками, выводят из процесса на дальнейшую переработку. Таким образом, в установившийся замкнутый круг с постоянной циркуляцией непрерывно поступают огарок из обжиговых печей и отработанный электролит из цеха электролиза. Также непрерывно выводится из этого круга раствор сульфата цинка, загрязненный примесями, и цинковые кеки.
У непрерывного способа выщелачивания имеются следующие преимущества: 1) высокая производительность оборудования; 2) использование физического тепла огарка; 3) невысокая кислотность процесса; 4) возможность полной автоматизации процесса, 5) удовлетворительные условия труда.
При периодическом способе (рисунок 1.2) выщелачивание проводится в мешалках емкостью до 100м . Перед началом выщелачивания в мешалку накачивают на 2/3 ее емкости смесь отработанного электролита и оборотных кислых растворов. Специальными вагон-весами огарок выбирают из бункеров и загружают в мешалку. Ввиду недостатка тепла, образующегося при растворении окиси цинка в серной кислоте, для поддержания нужной температуры пульпы все растворы перед подачей в мешалку подогревают. Кроме того, сами мешалки оборудуют змеевиками для подогрева в них пульпы паром. Выщелачивание продолжается 2-2,5 часа, после чего контрольными приборами проверяют полноту растворения цинка. Остаток свободной кислоты в растворе нейтрализуется расчетным количеством огарка. После проверки на скорость отстаивания содержимое мешалки выпускают в сгустители.
Построение математической модели процесса в общем виде
Предлагаемый теоретический подход базируется на идеях работ [14-18] и начинается с фундаментальной задачи детерминизма: задано распределение y(l,x,y,z,tQ)no крупности / зерен материала в рабочем пространстве
сгустителя (х) в начальный момент (to). Требуется предсказать распределение у(/,х,0для последующего времени t t0. Уравнения массопереноса частиц, решения которых предсказывают функцию у, являются базисными уравнениями математической модели. Из них могут быть получены другие уравнения, необходимые для идентификации, алгоритмизации и т.д. Для нахождения базисных уравнений математической модели используется принцип статистических сил, действующий на частицы материала (так как каждая из них движется частью хаотически, частью нет).
Математическая модель строится исходя из следующего механизма осаждения в сгустителе, который используется не только в производстве цинка, но и в процессах обогащения, химической технологии и др.
Замечание. Совокупность сил в уравнении (2.7) может быть и иной, в особенности это касается Fcmecn и Fср, которые могут быть заменены оценками Лященко, Монро, Олевского [14-18]. Однако в любом случае рассматриваемый подход остается в силе.
У равнения (2.10) являются базисами для математической модели; последнее конкретизируется добавлением краевых условий. Решение этих трех уравнений позволяет получить три функции y(l,x,t\v(t,x,t\m{l,x,t) для будущего времени t t0 при известных краевых (начальных и граничных) условиях и при численно известных для данного сгустителя параметрах р, рф, км, ам, ас, Quet} Уисг Численное решение может быть выполнено с помощью компьютера, а в простых случаях - аналитически.
В случае нестесненного падения упрощение базисных уравнений для условий нестесненного падения FCmecH=0; Fgpad=0 и при т-Ю получается так. Из первого уравнения системы (2.10): где р - плотность частицы, р - плотность среды в которой оседает части ца.
Подставляя v во второе уравнение, получим, из (2.10) систему уравнений математической модели нестесненного падения, которое имеет место в осветленной зоне сгустителя:
Конкретной практической моделью может служить нестесненное осаждение в испытательном сосуде, например, в турбодиметре. Проба тонкодисперсного материала помещается в сосуд с водой и взбалтывается в момент to, требуется предсказать картину массопереноса твердых частиц в сосуде при t t0.
Таким образом, для получения решения, в заданном начальном произведении утч(/,х) ттч(х) = Гноч(/,х) надох заменить на х- v(l\t0).
Полученное решение удовлетворяет локальному уравнению и начальным условиям. Граничное условие при х=хдно не удовлетворяется, но, если пренебречь картиной в придонном слое, то полученное решение предсказывает картину массопереноса в сосуде (без придонного слоя).
Она показывает пространственно-временное поведение функций миу. 2.5. Экспериментальная проверка аналитическим методом
Для экспериментальной проверки в сосуд турбодиметра помещается проба с заранее известным гранулометрическим составом унач (/) = /0 (/) и по отношению т:ж определяется то. По формулам (2.18) и (2.19) предсказывается m\x,t) и y{l,x,i), которые затем сравниваются с результатами измерений по шкале турбодиметра.
Современные методы контроля процесса сгущения
На основании математической модели рассмотренной в предыдущей главе, установили, что для правильного ведения процесса сгущения необходим контроль качества сгущенного продукта.
Целью главы является разработка метода и системы контроля качества отстоя по глубине осветленного слоя.
Содержание твердого как характеристика верхнего слива сгустителей имеет большое значение для обеспечения нормального течения практически всех процессов цветной металлургии и обогащения. Содержание твердого как технологический параметр пульпы функционально связано с плотностью и вязкостыо, и его измерения можно осуществлять с использованием ряда косвенных методов [113].
В соответствии с одним из таких методов содержание твердого в пульпе определяют на основе ее оптических свойств. Однако в этом случае на конструкции измерителей и методы измерения оказывают влияния ограничения, связанные с малой степенью прозрачности. Это определяет ряд методологических решений, основанных на создании тонкого слоя пульпы или определения числа частиц в малом сечении (например, в кюветах). Методы и приборы оптического измерения содержания твердой фазы составляют самостоятельную группу. Данные методы не являются оптимальными, так как из-за выпадения в осадок сульфатов (цинка, железа), устройства (сгустители) часто выходят из строя.
Измерение содержания твердого возможно также на основе такого параметра пульпы как ее плотность. Очевидно, что при прочих равных условиях плотность пульпы определяется тем или иным содержанием твердых частиц. Методы и конструкции плотномеров также составляют самостоятельную группу средств измерения.
Определить содержание твердого можно также при помощи способов, основанных на взвешивании отфильтрованной части твердого, динамическом взаимодействии пульпы и измерительных датчиков, а также на явлениях, связанных с кинетическими характеристиками процесса сгущения [113].
Простые способы определения содержания твердого основаны на использовании фильтровальной бумаги в качестве индикатора.
Определение содержания твердого производят также по диаметру пятен твердого вещества на фильтровальной бумаге. На бумагу с помощью шаблона химическим карандашом наносят кресты, расположенные через равные промежутки, затем на кресты помещают капли исследуемой суспензии, после чего измеряют диаметры пятен твердого вещества.
Рассмотренные устройства не удовлетворяют требованиям автоматического регулирования, однако, просты по принципу действия.
Содержание твердых частиц в суспензии может быть измерено с использованием эффекта динамического взаимодействия движущихся частиц и датчиков. Принцип действия таких приборов основан на измерении динамического напора потока пульпы на чувствительный элемент, оказывающий сопротивление потоку. Содержание твердого (массовое) ту определяется в этом случае по формуле mT=2FlkSv\ (3.1) где F - сила сопротивления чувствительного элемента потоку; к - коэффициент лобового сопротивления чувствительного элемента с гидродинамической площадью S; v - скорость движения пульпы.
Например, измеритель содержание твердого [114] представляет собой камеру с установленным в ней механическим датчиком, выполненным в виде упруго элемента. На датчик воздействует текущий поток с силой, пропорциональной содержанию твердых частиц. Площадь поперечного сечения упругого элемента составляет на более 30% площади сечения потока. Преду смотрено устройство для измерения силы, действующей на датчик. Определение содержание твердого с использованием рассмотренного метода связано с одновременным измерением перемещения чувствительного элемента или силы F. Значит тт зависит от соотношения плотностей твердого, пульпы, воды, поэтому определение его связано с корректировкой измеренной величины по плотности.
В некоторых случаях [115] используется ротаметр для определения скорости потока пульпы и пьезоэлектрический датчик, в котором импульсный сигнал формируется под действием попадающих на него частиц, а частота импульсов связана с их содержанием.
Рассмотренные способы не позволяют включать их в систему регулирования в силу дискретного принципа измерения, визуального считывания результатов (использование фильтровальной бумаги), а, кроме того, имеют невысокую точность (оценка по перепаду давления), так как не учитывают большое число факторов, например гранулометрического состава (измерение с применением пьезоэлементов) [113].
Недостатками перечисленных групп устройств является сложность конструкций, длительность анализа, что не позволяет использовать их для управления в режиме реального времени, и низкая надежность в работе.
В промышленных системах автоматического управления работой сгустителей в качестве первичного датчика используется устройство для измерения глубины осветленного слоя сгустителя. Проба жидкости через подвижную заборную часть пробоотборного элемента непрерывно поступает в измерительную ячейку. Измерительная ячейка выполнена в виде наклонной трубки с двумя симметрично расположенными отверстиями для фотометри-рования, а источник света, фотосопротивление и измерительная ячейка расположены вне сгустителя [116].
Проведенный патентный поиск позволил заключить, что систем контроля качества отстоя по глубине осветленного слоя очень мало. Наиболее близкой к поставленной задаче является система «Зона-2А», разработанная в 1992г в Сев-Кав. филиале Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института «Цветметавтоматика» авторами: Е.А. Жуковым, Л.В. Сорокером, СП. Холоповым и Э.Ш. Ваниевым [117].
Работа данного устройства была направлена на повышение устойчивости работы и надежности. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее гидравлически связанные пробоотборный элемент, подвижную заборную часть и измерительную ячейку в виде наклонной трубки, источник света и фотоприемник, блок управления и реверсивный электродвигатель, кинематически связанный с пробоотборным элементом, дополнительно снабжено камерой для термостабилизации, в которой размещен источник света, фотоприемник и измерительная ячейка, выполненная в виде полого усеченного конуса, с углом конусности 25-30, из прозрачного гидрофобного материала с расширением диаметра по ходу движения пробы жидкости.
Анализ известных систем управления процессом сгущения
Проведенные исследования, рассмотренные методы определения содержания твердого, методы контроля процесса сгущения, разработанный способ и устройство контроля качества отстоя, позволяющий автоматизировать процесс сгущения разработать способ и алгоритм управления процессом сгущения.
В промышленности для управления работой сгустителя наиболее широко используется система, разработанная Запорожским филиалом Всесоюзного научно-исследовательского и конструкторского института «Цветметав-томатика» авторами: Л.В. Шпилевым, А.И. Шапиро и В.А. Растяпиным [97].
Принцип действия основан на повышении качества регулирования процесса сгущения (обеспечение стабильной концентрации твердых частиц в сгущенном продукте (плотности) и снижение потерь твердого со сливом).
С этой целью измеряется плотность сгущенной пульпы и скорость осаждения твердых частиц в исходной пульпе, регулируется расход сгущенной пульпы в зависимости от ее плотности и коррекции по скорости осаждения твердых частиц в исходной пульпе.
На трубопроводе разгрузки сгустителя 1 устанавливают датчик 2 концентрации твердой фазы в пульпе, соединенный с регулятором 3. Регулятор при помощи исполнительного механизма управляет исполнительным органом 5. На трубопроводе, по которому осуществляется загрузка сгустителя, устанавливают датчик 6 для контроля скорости осаждения твердых частиц, сигнал от которых подается на корректирующий регулятор 7.
Сигнал от датчика 2, пропорциональный величине концентрации твердой фазы в сгущенном продукте, подается в регулятор 3. Регулятор при помощи исполнительного механизма 4 и исполнительного органа 5 поддерживает соответствующий этому сигналу расход сгущенного продукта. При отклонении скорости осаждения твердых частиц от нормальной меняется сигнал, поступающий от датчика 6. Корректирующий регулятор 7 посылает пропорционально этому сигналу задания регулятору 3. Это позволит своевременно скомпенсировать возмущающие воздействия (изменение гранулометрического состава, плотности твердых частиц и жидкой фазы, вязкости).
Анализ работы системы не позволяет использовать ее в полном объеме для управления сгустителя в цинковом производстве, т.к. при работе системы не учитываются возмущения, действующие на процесс, такие как качество отстоя, время выпуска.
Проанализировав все рассмотренные методы управления процессом сгущения и учитывая все их достоинства и недостатки, можно заключить, что для правильного ведения процесса сгущения, необходима учитывать все возмущения, действующие на процесс, а в частности управлять качеством пульпы и временем выпуска сгущенной пульпы на основе рассмотренного способа управления работой сгустителя и предложенного в предыдущей главе способа контроля качества процесса сгущения и устройства для его осуществления [97, 118]. 4.2. Разработка системы управления процессом сгущения
Для повышения качества управления процессом сгущения, необходимо регулировать паузу отстоя, которая обеспечит стабильную производительность сгущенного и осветленного продуктов.
Суть разработанной системы управления процессом сгущения, синтезированной с использованием известных методов определения содержания твердого в верхнем сливе, способа и устройства контроля качества отстоя, заключается в автоматическом регулировании паузы отстоя в сгустителе, длительность которой определяется в системе управления на основании измеряемого значения качества отстоя и высоты осветленного слоя. При этом, выпуск нижнего слива из сгустителя в системе начинается при достижении заданной плотности нижнего слива с учетом глубины осветленного слоя, и заканчивается, когда содержание твердого в нижнем сливе становится равным содержанию твердого в жидкой фазе. Содержание твердого в верхнем сливе регулируется изменением расходов поверхностно-активного вещества и пульпы в сгуститель [118-123].
Система реализована с использованием микропроцессорных устройств для управления работой сгустителя и состоит из следующих элементов: сгустителя 1, плотномера 2, вторичного прибора 3, микропроцессорного блока управления 4, исполнительного механизма 5, клапана выпуска нижнего слива 6, устройства контроля уровня верхнего слива 7, анализатора спектра 8 и блока управления подачи поверхностно-активных веществ и расхода пульпы 9 (рисунок 4.2).
В сгуститель 1, имеющий цилиндрическую форму и небольшую конусность на дне, непрерывно поступает пульпа. Оседающая твердая фаза передвигается к центральному разгрузочному отверстию, чему способствует небольшая конусность дна сгустителя и гребки перегребающего механизма. На трубопроводе выгрузки установлен плотномер 2. При достижении заданной плотности нижнего слива сигнал с плотномера 2 поступает на вторичный прибор 3, а с него на микропроцессорный блок управления 4, который с учетом глубины осветленного слоя, определяемой устройством контроля уровня верхнего слива 7, формирует управляющий сигнал на выпуск нижнего слива, который реализуется с помощью исполнительного механизма 5 и клапана выпуска нижнего слива 6, и определяет длительность паузы. То есть, периодическая откачка твердой фазы начинается при накоплении его слоя на дне сгустителя, не представляющего опасность вывести сгуститель из строя и производится периодами до момента обогащения твердой фазы жидкой [124].
На разработанный способ управления работой сгустителя и устройство для его осуществления подана заявка на изобретение (МПК7 G 01 N 1/10, В 01, D 21/32, G 01 F 23/00, G 05 D 27/00) [124,132].
На основании разработанной во второй главе математической модели и известной из литературных источников [125] методики расчета, получена модель, которая является частным случаем общих моделей, полученных нами во второй главе и учитывающие основные особенности сгущения в производстве цинка.
Исследование и разработка системы контроля качества отстоя по глубине осветленного слоя, исследование и разработка систем управления процессом сгущения, а также выбор параметров управления и их численных значений - дают возможность применения упрощенной модели осаждения частиц [125], на основе зонального метода, к процессу сгущения для разработки блок схемы и программы осаждения твердых частиц в сгустителе,
