Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Фильтрование технологических пульп металлургичекских предприятий 19
1.1. Описание процесса фильтрования технологических пульп 19
1.1.1. Сеточное фильтрование 22
1.1.2. Фильтрование с закупориванием фильтрующей перегородки 22
1.1.3. Фильтрование с образованием осадка 24
1.2. Существующее фильтровальное оборудование 25
1.3. Фильтр-прессы типа ФПАКМ 28
1.4. Современный фильтр-пресс «Outotec Larox» 32
1.4.1. Конструкция фильтр-прессов «Outotec Larox» 33
1.4.2. Принцип действия фильтр-прессов «Outotec Larox» 35
1.5. Особенности применения фильтр-прессов в металлургии 37
1.6. Существующие САУ фильтр-прессами «Outotec Larox» 38
1.6.1. Структура и функции существующих САУ 39
1.6.2. Недостатки существующих САУ фильтр-прессов 42
1.7. Технологическая схема производства 43
1.7.1 Описание технологического процесса фильтрования 45
1.8. Влияющие факторы на процесс фильтрования 46
1.9. Определение характеристик пульпы 50
1.9.1. Плотность твёрдой фазы 50
1.9.2. Определение удельной поверхности по воздушной проницаемости 51
1.9.3. Расчёт удельной поверхности по распределению по крупности частиц 54
1.10. Выводы по главе 57
Глава 2. Создание математической модели объекта управления 59
2.1. Общие принципы построения моделей 59
2.2. Математическое описание процесса фильтрования 61
2.2.1. Фильтрование с постоянным перепадом давления 65
2.3. Математическое описание диафрагменного прессования осадка 68
2.4. Идентификация параметров модели 69
2.4.1. Описание пилотного фильтр-пресса 69
2.4.2. Проведение экспериментов 70
2.4.3. Результат моделирования 71
2.5. Выводы по главе 74
Глава 3. Метод воздушной проницаемости для оценки фильтруемости пульпы 75
3.1. Материалы для измерений 75
3.2. Определение плотности материалов 75
3.3. Определение распределения частиц по крупности 76
3.3. Определение удельной поверхности 77
3.3.1. Описание оборудования 77
3.3.2. Процедура измерений 79
3.3.3 Определение насыпного объёма 80
3.3.4. Пропускание воздуха через упаковку 81
3.3.5. Расчёт удельной поверхности 82
3.4. Проведение тестов на фильтруемость 82
3.4.1. Описание оборудования 83
3.4.2. Тесты на фильтруемость 84
3.4.3. Результаты измерений 85
3.5. Построение зависимостей 86
3.6. Выводы по главе 88
Глава 4. Синтез системы управления на основе использования ИИС 89
4.1. Цели и задачи управления процессом фильтрования 89
4.2. Построение АСУ на основе использования иммунного алгоритма 91
4.2.1. Теоретические сведения о естественной иммунной системе 92
4.2. Синтез системы управления 94
4.3. Настройки иммунного регулятора 100
4.4. Результаты работы системы управления 100
4.5. Выводы по главе 103
Выводы 104
Библиографический список 105
- Фильтрование с закупориванием фильтрующей перегородки
- Математическое описание диафрагменного прессования осадка
- Проведение тестов на фильтруемость
- Теоретические сведения о естественной иммунной системе
Введение к работе
Актуальность темы исследований
Одним из основных процессов, определяющих эффективность гидрометаллургических схем предприятий цветной металлургии при переработке сульфидных медно-никелевых руд и концентратов является стадия фильтрования технологических пульп. Применение современных высокоэффективных фильтр-прессов, способных объединять несколько разных по физической сущности процессов обезвоживания в одной установке, позволяет существенно сократить расходы на проведение последующей в технологической цепочке конвективной сушки материала, требующей больших энергетических затрат. От эффективности работы установленных фильтр-прессов зависит производительность передела, себестоимость обезвоженного концентрата и его пригодность для дальнейшей металлургической переработки.
Поступающая на обезвоживание пульпа не постоянна по своему физико-химическому составу. Такие её параметры как крупность частиц, плотность твёрдой и жидкой фазы, концентрация, температура и др. изменяются во времени. Непостоянство параметров питающей пульпы и значительное время запаздывания в получении информации о протекании процессов обезвоживания в фильтр-прессе существенно усложняют задачу качественного управления.
Задача повышения эффективности разделения пульп на фильтр-прессах решается двумя основными путями. Первый путь заключается в совершенствовании математического описания процессов обезвоживания и методов тестирования пульп на фильтруемость. Огромный вклад в развитие и совершенствование математического моделирования процессов фильтрования внесли такие крупные специалисты, как В.А.Жужиков, В.Н. Виноградов, Р.Д. Вэйкман. Вследствие сложности создания точных математических моделей процессов фильтрования, наиболее перспективным является второй путь, заключающийся в повышении эффективности систем автоматического управления фильтр-прессами. Хорошо известны разработки отечественных (ООО «Институт Гипроникель») и зарубежных («Outotec», «Andritz») организаций в области создания систем автоматического управления процессами фильтрования.
Однако существующие методы определения фильтруемости пульпы имеют ряд недостатков, связанных с высокой стоимостью и длительностью проведения тестирования. Существующие системы автоматического управления фильтр-прессами не в полной мере учитывают наличие имеющихся нестационарностей в параметрах питающей пульпы и требуют дальнейшего совершенствования.
Цель работы - научное обоснование и разработка системы управления фильтр-прессом, обеспечивающей ведение процесса фильтрования при наилучших режимных настройках, в соответствие с критерием оптимальности.
Идея работы - с целью определения наилучших режимных настроек и повышения эффективности процесса разделения пульп, в системе автоматического управления необходимо использовать предиктивный регулятор, включающий в себя математическую модель процессов обезвоживания и блок оптимизации с алгоритмом работы, основанным на использовании искусственной иммунной сети.
Основные задачи исследований:
1. Научно-технический анализ использования промышленных фильтров на металлургических предприятиях и существующих систем автоматического управления;
2. Научно-технический анализ известных способов оценки характеристик питающей пульпы и их влияния на кинетику процессов обезвоживания в фильтр-прессе;
3. Экспериментальные исследования воздухопроницаемости твёрдой фазы поступающей на фильтрование в составе пульпы;
4. Экспериментальные исследования фильтруемости медно-никелевой пульпы на пилотном фильтр-прессе Outotec Larox PF-0,1;
5. Разработка математической модели обезвоживания концентратов на фильтр-прессе и идентификация её параметров по экспериментальным данным;
6. Разработка алгоритма для осуществления высокоэффективного параллельного поиска оптимума функций, имеющих не единственное решение на основе использования искусственной иммунной сети;
7. Синтез системы автоматического управления фильтр-прессом, которая состоит из блока оптимизации с иммунным алгоритмом работы и прогнозирующей модели процесса обезвоживания.
Методы исследований. Принятые в работе научные положения базируются на современных представлениях о закономерностях процессов, протекающих в гидрометаллургических аппаратах непрерывного и периодического действия. При выводе основных зависимостей применены положения системного подхода к исследованию технологических процессов, а также методы математического и физического моделирования. Анализ влияния параметров на показатели процесса и эффективность работы оборудования осуществлялся с применением стандартного и специального программного обеспечения. В экспериментальной части работы использовались методы организации исследований и обработки экспериментальных данных, методы аналитического контроля и статистического анализа.
Научная новизна результатов диссертационного исследования заключается в следующем:
1. Установлена зависимость, позволяющая по результатам измерений воздушной проницаемости твёрдой фазы поступающей на фильтрование в составе пульпы оценить удельное сопротивление осадка;
2. Синтезирована система автоматического управления фильтр-прессом. В систему включён предиктивный регулятор, включающий блок прогнозирования, рассчитывающий на основе модели объекта выходные параметры, и блок оптимизации, выбирающий наилучшие режимные настройки фильтра в соответствии с критерием оптимальности, что позволяет повысить качество управления.
Основные защищаемые положения:
1. С целью получения оперативных данных об удельном сопротивлении осадка – параметре, используемом в математических моделях процесса фильтрования, следует использовать данные о воздушной проницаемости твёрдой фазы, поступающей на фильтрование в составе пульпы;
2. Для поиска оптимальных режимных настроек процесса обезвоживания на фильтр-прессе целесообразно использовать систему автоматического управления, имеющей в своём составе предиктивный регулятор, который состоит из блока прогнозирования, рассчитывающего по модели объекта выходные параметры и блока оптимизации, выбирающий наилучшие настройки фильтр-пресса в соответствии с критерием оптимальности в области планирования.
Практическая значимость работы:
1. Оперативный способ определения удельного сопротивления осадка по данным воздушной проницаемости твёрдой фазы поступающей на фильтрование в составе пульпы обеспечивает получение более полной информации о фильтруемости технологических пульп металлургического производства.
2. Разработанный алгоритм предиктивного регулятора, основанный на использовании искусственной иммунной сети, представляет собой универсальное решение для поиска оптимальных условий протекания сложных технологических процессов, обеспечивая снижение себестоимости, увеличения производительности и т.д.
Достоверность научных результатов. Приводимые результаты, выводы и рекомендации обоснованы значительным объемом экспериментальных данных и их соответствием теории и практики обезвоживания металлургических предприятий, применением современных методов физико-химического анализа технологических продуктов, использованием адекватных математических моделей и статистических методов обработки данных с применением компьютерных технологий, а также проверкой полученных результатов на укрупненной пилотной установке.
Апробация работы.
Содержание и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 4-х международных научных специализированных конференциях: в Краковской горной академии (Польша, г. Краков) в 2009 г., в Лаппеенрантском технологическом университете (Финляндия, г. Лаппеенранта) в 2010 г., на XXV международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых (Австралия, г. Брисбан) в 2010 г., в Технологическом Университете г. Оулу (Финляндия, г. Оулу) в 2011 г, на 4-х научных конференциях студентов и молодых ученых в СПГГИ (ТУ) им. Г. В. Плеханова в 2009-2012 г.г.; научных семинарах кафедры АТПП СПГГИ (ТУ) им. Г. В. Плеханова 2009-2012 г.г.; на научно-технических советах по работе с аспирантами СПГГИ (ТУ) им. Г. В. Плеханова 2009-2012 г.г.
Личный вклад автора.
Автор самостоятельно выполнил:
1. Постановку задач и разработку общей методики исследований;
2. Анализ современных методов обезвоживания на металлургических предприятиях и существующих систем управления фильтр-прессами;
3. Лабораторные экспериментальные исследования по определению удельной площади поверхности на Блэйн-метре и фильтруемости технологических пульп на нутч-фильтре.
4. Лабораторные экспериментальные исследования по фильтрованию образцов медно-никелевой пульпы с комбината «Печенганикель» ОАО «Кольской ГМК» на пилотном фильтр-прессе Outotec Larox Pf-0,1;
5. Разработку математической модели обезвоживания концентратов на фильтр-прессе и идентификацию её параметров по экспериментальным данным;
6. Разработку алгоритма для осуществления высокоэффективного параллельного поиска оптимума функций, имеющих не единственное решение на основе использования искусственной иммунной сети;
7. Синтез системы автоматического управления фильтр-прессом, включающую блок оптимизации с иммунным алгоритмом работы и прогнозирующую модель процесса обезвоживания.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 1 патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка и приложений. Содержит 120 страниц машинописного текста, 49 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 110 наименований, приложений – 3.
Автор выражает благодарность научным руководителям д.т.н., проф. Белоглазову И.Н. и доц., к.т.н. Фирсову А. Ю. за помощь и поддержку, оказанную при работе над диссертацией.
Фильтрование с закупориванием фильтрующей перегородки
Обзорная глава посвящена описанию процесса фильтрования технологических пульп на металлургических предприятиях. В ней имеется информация об основах фильтрования технологических пульп и основных влияющих факторах на кинетику процесса фильтрования. Приведено описание конструкции и принципа действия фильтр-пресса, а также рассмотрены особенности применения данного типа фильтров в металлургической промышленности. Представлено описание существующих систем автоматического управления фильтр-прессами и их основных недостатков. Приведена общая технологическая схема производства комбината ОАО ГМК «Печенганикель» и технологическая схема цеха обжига.
Движение сплошной среды сквозь слой дисперсного материала - достаточно распространённое явление в промышленных технологиях. В первую очередь это относится к процессу фильтрования, под которым понимают процесс разделения неоднородных систем (пульп, аэрозолей) при помощи пористых перегородок, пропускающих сплошную (дисперсионную) среду и задерживающих твердую (дисперсную) фазу [7].
Аппарат, в котором реализуется процесс разделения твёрдой и жидкой фазы пульпы с помощью пористой перегородки называется фильтром, осевший на перегородке слой твердых частиц с некоторым содержанием жидкости между ними - осадком, а прошедшая через перегородку жидкость - фильтратом. На практике могут представлять ценность либо оба продукта фильтрования (осадок и фильтрат), либо один из них [8].
Движущей силой фильтрования является разность между давлениями в разделяемой пульпе и за фильтрующей перегородкой. Она расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений слоя осадка и фильтровальной перегородки [9].
Важнейшее значение при фильтровании имеет толщина образующегося осадка и его удельное сопротивление, поскольку эти два параметра являются основными факторами, от которых зависит гидравлическое сопротивление осадочного слоя, а, в конечном итоге, качество получаемого продукта и производительность фильтра. Как правило, рост толщины осадка приводит к увеличению производительности установки по сухому продукту, но одновременно и к повышению остаточного влагосодержания осадка. Важно также отметить, что более толстый осадок способствует сокращению амплитуды колебаний влагосодержания сухого продукта, получаемого в ходе нескольких последующих циклов. Напротив, стремление к стабилизации влагосодержания осадка при растущей толщине осадочного слоя вызовет спад производительности. Кривые, характеризующие зависимость производительности и влагосодержания от толщины осадка, в большинстве случаев нелинейны и индивидуальны для каждой пульпы [10].
Протекание процесса фильтрования можно классифицировать по различным признакам и механизмам действия. Наиболее часто встречающиеся в промышленности классификации представлены в таблице 1.1 [11].
При фильтровании технологических пульп можно выделить 3 основных механизма его протекания: сеточное фильтрование, фильтрование с закупориванием фильтрующей перегородки и фильтрование с образованием осадка на поверхности фильтрующей перегородки [13]. При фильтровании технологических пульп возможны случаи, когда либо одновременно имеют место все перечисленные механизмы, либо некоторые из них отсутствуют. В промышленности для эффективной работы фильтров с максимальной их производительностью стараются комбинировать и сочетать различные механизмы [14]. Так, например, при фильтровании с образованием осадка на поверхности фильтрующей перегородки очень эффективно иметь некоторый его тонкий слой, образованный с помощью механизма сеточного фильтрования. При таком подходе в самом начале процесса мелкие частицы задержатся в этом тонком слое, а не в глубине фильтрующей перегородки, что существенно ухудшает скорость фильтрования. Другим примером может служить фильтрование с закупориванием пор фильтрующей перегородки. В начале процесса частицы задерживаются не на поверхности, а внутри перегородки тем самым, уменьшая размеры пор перегородки. Так будет происходить до тех пор, пока не начнут включаться в работу механизмы, обусловленные образованием осадка на поверхности фильтрующей перегородки, постепенно увеличивая эффективность фильтрования [15]. Рассмотрим описанные выше различные механизмы фильтрования более подробно.
Механизм сеточного фильтрования является наиболее простым. При этом частицы задерживаются на поверхности фильтрующей перегородки вследствие их большего размера по сравнению с порами перегородки. В этом случае фильтрующая перегородка представляет собой некоторую сетку, задерживающую частицы. Механизм сеточного фильтрования показан на рис. 1.2. Данный механизм фильтрования в промышленности встречается очень редко. Это обусловлено тем, что твёрдая фаза технологических пульп представляет собой совокупность частиц разной формой и диаметров, как правило, не сильно превышающих диаметр пор перегородки. Только самые крупные частицы пульпы могут быть отфильтрованы при помощи механизма сеточного фильтрования [13].
При фильтровании с закупориванием пор образования осадка не происходит, а дисперсные частицы закупоривают поры фильтрующей перегородки, т.е. фильтрование происходит внутри неё. Для реализации этого режима необходимо, чтобы крупность твердых частиц не превышала диаметра межзерновых каналов. Следствием этого будет проскок некоторой части дисперсной фазы в фильтрат, что приведет к повышению его мутности. Предельную задерживающую способность перегородка приобретает после непродолжительной работы в результате уменьшения эффективного размера пор осевшими в них мелкими частицами или из-за образования сводиков над входом в поры. Подавляющая часть частиц задерживается под действием ряда сил и механизмов, таких как осаждение под действием сил тяжести, влияние сил диффузии и инерции, а также под действием электростатических сил и сил межмолекулярного взаимодействия [16]. На рис. 1.3 изображён механизм фильтрования с закупориванием фильтрующей перегородки.
Математическое описание диафрагменного прессования осадка
В главе приводится математическое описание процессов обезвоживания технологических пульп в фильтр-прессах. Из четырёх разнообразных процессов, которые могут быть последовательно реализованы на фильтр-прессе (фильтрование, промывка, диафрагменное прессование и воздушная сушка) для дальнейшего применения в регуляторе моделировались только две стадии -фильтрование и диафрагменное прессование. Приведена информация о проведении экспериментальных исследований на пилотном фильтр-прессе Outotec Larox PF-0,1. На основании проведённых экспериментальных исследованиях производится идентификация параметров модели для её дальнейшего применения в разрабатываемом предиктивном регуляторе. Рассчитана и проверена адекватность разработанной математической экспериментальным данным, полученным с пилотного фильтр-пресса.
Принципиально возможны два различных способа изучения объектов: непосредственно (в результате натурного эксперимента) и по модели. Последний способ является единственно возможным при изучении сложных объектов. Модель объекта при этом описывает процесс с некоторым упрощением, достаточным для проводимого исследования [65, 66].
Моделирование как метод научного исследования состоит в получении и обработке информации об изучаемых объектах на основе изучения некоторых других объектов, замещающих интересующие нас объекты на некоторых этапах познания. Эти объекты называются моделями, а исходные объекты, являющиеся целью изучения, называются оригиналами. Таким образом, модель - это объект-заместитель объекта-оригинала, позволяющий изучить некоторые свойства последнего [67].
Математическая модель (ММ) формулируется в виде формулы, уравнения или системы уравнений, которые могут быть алгебраическими, дифференциальными, интегро-дифференциальными, либо интегральными, но в любом случае она с той или иной степенью приближения и подробности описывает интересующие нас свойства натурного образца, его свойства и поведение. Уровень ММ соответствует иерархическому уровню системы или подсистемы, которую она описывает. Например, ММ может описывать отдельный процесс, происходящий в образце, либо весь комплекс процессов [68].
Основное требование, предъявляемое к ММ, - адекватность рассматриваемому явлению, т. е. она должна достаточно точно (в рамках допустимых погрешностей) отражать характерные черты явления. Вместе с тем она должна обладать сравнительной простотой и доступностью исследования.
Имитационное моделирование заключается в имитации на ЭВМ процесса функционирования исследуемого объекта [69, 70]. Строгое детальное описание отдельных частей объекта в данном случае не предусматривается, а протекающие в них процессы имитируются в интегрированном виде, позволяющем определить лишь основные данные, необходимые для принятия решений на более высоком уровне. Характерная особенность работы с имитационной моделью -использование в качестве исходной информации не только теоретических и экспериментальных данных, но и интуитивных, неформальных сведений об изучаемом процессе. Эта информация может быть получена как заранее, так и в процессе исследования. При имитационном моделировании существенную роль играет человек, являющийся составной частью сложного объекта и работающий в режиме диалога с ЭВМ.
Общая схема процесса математического моделирования включает следующие этапы [71]: постановка задачи, анализ теоретических основ процесса, составление ММ процесса, алгоритмизация ММ, параметрическая идентификация модели, проверка адекватности ММ, моделирование процесса, анализ полученной информации. В каждом реальном процессе параметры в силу различных причин не остаются постоянными, причем они могут меняться в довольно широком диапазоне. Поэтому необходимо проводить анализ функционирования смоделированного процесса при изменении различных параметров. Такой анализ, как правило, преследует три основные цели [72]: 1. исследовать поведение модели при варьировании изменяющихся параметров; 2. определить, является ли данная модель работоспособной при варьировании изменяющихся параметров и, соответственно, определить пределы работоспособности модели; 3. скорректировать модель с целью расширения диапазона ее работоспособности и улучшения ее эксплуатационных характеристик. Процесс фильтрования является достаточно сложным процессом для точного математического описания. Это обусловлено тем, что движение жидкости через слой пористого материала зависит от большого количества факторов, характеризующих свойства материалов и веществ, участвующих в процессе. Точного математического описания этих факторов не существует до сих пор [73, 74]
На практике течение процессов фильтрования часто отклоняется от закономерностей, выражаемых определенными математическими зависимостями. Универсальную математическую модель фильтрования создать довольно сложно из-за большого числа влияющих факторов и нелинейностей, параметров, которые описывают процесс проникновения жидкой фазы через пористую перегородку. Тем не менее, существуют методы и способы создания моделей, которые адекватно описывают поведение процесса фильтрования в узком диапазоне изменения характеристик пульпы и параметров фильтра. Эти модели содержат коэффициенты, определяемые опытным путём.
Проведение тестов на фильтруемость
Метод определения Блэйн-индекса основан на измерении времени, необходимого для прохождения определённого объёма воздуха через известный объём исследуемого сыпучего материала. Сравнивая время, затраченное на прохождения воздуха сквозь тестируемый и стандартный материал (с известной удельной поверхностью и распределением частиц по крупности) определяется удельная поверхность (Блэйн-индекс) тестируемого материала.
Методика тестирования порошковых материалов на Блэйн-метре подробно описана в стандарте ASTM С 207-07 [60] (стандартный метод определения удельной площади поверхности гидравлических цементов по воздухопроницаемости) и состоит из нескольких этапов: калибровочные тесты, тесты с исследуемым материалом, расчёт удельной площади поверхности материала.
Блэйн-метр представляет собой простое устройство, предназначенное для определения воздухопроницаемости различных материалов. Устройство состоит из следующих основных и вспомогательных частей: ячейка для пропускания, перфорированный диск, плунжер, бумажный фильтр, U-образный манометр, стеклянный кран, резиновая груша, подкрашенная жидкость для манометра и секундомер. Фотография ячейки для пропускания показана на рис. 3.3. На рис. 3.4. показана фотография и схематическое изображение Блэйн-метра.
Дополнительные аксессуары к устройству включают в себя стандартный материал, в качестве которого используется портландцемент с такими известными характеристиками, как удельная поверхность и распределения частиц по размерам. Стандартный материал использовался для калибровки Блэйн-метра перед основными экспериментами.
Перед проведением экспериментов по определению воздушной проницаемости материалов был определён объём упаковки, образующийся при полном вхождении плунжера в ячейку для пропускания. Этот объём остаётся постоянным для всех экспериментов, проводимых со всеми материалами (стандартным и всеми тестовыми). Дальнейшие эксперименты по определению воздухопроницаемости проводились для пяти различных упаковок одного материала с разной порозностью. Такое количество экспериментов требовалось для определения параметра Ъ по методике, описанной в разделе (1.9.2) диссертации. Далее этот параметр использовался для расчёта удельной поверхности тестовых материалов по уравнению (1.6).
Перед измерением воздухопроницаемости тестовых материалов Блэйн-метр подвергался калибровке. Для этого проводились эксперименты по определению воздухопроницаемости со стандартным порошковым материалом -портландцементом. После этих экспериментов рассчитывался параметр Ьсм. После калибровки для определения значения параметра Ьтм для тестируемых материалов, проводя аналогичные измерения. Сначала определялась минимальная и максимальная возможная порозность упаковки. Затем для упаковок с различной порозностью проводилось эксперименты по определению воздухопроницаемости. Зная воздушную проницаемость упаковки и значению её по-розности, определялся параметр Ьтм. Окончательным шагом являлся расчёт удельной поверхности (индекса Блэйна) для тестового материала. Методика определения индекса Блэйна более подробно описана в следующих разделах. Перед проведением экспериментов для определения воздухопроницаемости порошкового материала необходимо сделать упаковку этого материала с требуемой порозностью. Объем этой упаковки остается постоянным для всех порошков на протяжении всех экспериментов. Этот объем представляет собой пространство образующееся, когда плунжер вставлен в ячейку для пропускания за исключением объёма, занимаемого двумя фильтровальными бумагами и перфорированным диском. Для определения объёма материала размеры ячейки для пропускания, фильтровальной бумаги, плунжера и перфорированного диска были точно измерены с помощью электронного штангельциркуля. Каждое измерение проводилось три раза, после чего определялось среднее значение. Схематическое изображение этих частей Блэйн-метра и их размеров показано нарис. 3.5.
Непосредственная величина, измеряемое с помощью Блэйн-метра - это время, которое тратится на прохождения определённого объёма воздуха через созданную упаковку материала. Измерение этой величины состоит из двух этапов - подготовки упаковки материала и пропускания воздуха через материал.
Для подготовки упаковки проводилась следующая последовательность действий. Сначала в ячейку для пропускания ложился перфорированный диск, на который плотно укладывался бумажный фильтр. Затем в ячейку насыпался тестируемый материал известной массы для того, чтобы создать заданную по-розность слоя. Наконец, сверху укладывался ещё один бумажный фильтр и создавалась упаковка при уплотнении материала с помощью полного вхождения плунжера в ячейку.
Сначала ячейка для пропускания с упаковкой материала устанавливалась на специальный разъём в U-образной трубке манометра (как показано на рис. 3.4). Для предотвращения проникновения воздуха в местах касания ячейки и стенками разъёма ячейка для пропускания смазывалась специальным гелем. После этого воздух удалялся из правого колена U-образного манометра с помощью резиновой груши до тех пор, пока подкрашенная жидкость не достигнет верхней отметки (отметка а на рис.3.4), после чего закрывался клапан 5. Таким образом воздух имеет только один путь, чтобы заполнить пространство в манометре - проходить через упаковку материала. Таймер запускался после того, как подкрашенная жидкость, опускаясь, достигала второй отметки сверху (отметка Ъ на рис.3.4) и останавливался, когда жидкость достигала третьей отметки (отметка с на рис.3.4). Во время эксперимента время регистрировалось с помощью секундомера. Кроме того, регистрировалась температура окружающего воздуха с помощью термометра. Для каждого тестируемого материала проводилось пять экспериментов по пропусканию воздуха для различной порозности упаковки - от максимально возможной до минимально возможной.
Теоретические сведения о естественной иммунной системе
Задачи управления технологическим процессом фильтрования, осуществляемые в производственных условиях, могут быть разделены на три группы [92, 93, 94]: 1. стабилизация регламентированных технологией показателей качества образующихся продуктов (влажность осадка составляет не более 13%); 2. управление режимными параметрами, обеспечивающими нормальную работу оборудования (постоянство разности давления в фильтр-прессе, кон 90 троль толщины слоя осадка на фильтрующей ткани, контроль продолжительностью различных стадий обезвоживания); 3. согласование производительности отдельных узлов участка и процесса фильтрования в целом со смежными переделами. Важнейшее значение при фильтрации под давлением имеет толщина образующегося на перегородке осадка, поскольку она является основным фактором, от которого зависит гидравлическое сопротивление осадочного слоя, а в конечном счете качество получаемого продукта и производительность фильтра. Как правило, рост толщины осадка приводит к увеличению удельной производительности установки, но одновременно и к повышению остаточного влагосо-держания осадка. Важно также отметить, что более толстый осадок способствует сокращению амплитуды колебаний влагосодержания сухого продукта, получаемого в ходе нескольких последующих циклов. Напротив, стремление к стабилизации влагосодержания осадка при растущей толщине осадочного слоя вызовет спад производительности. Кривые, характеризующие зависимость этих двух параметров от толщины осадка, в большинстве реальных случаев нелинейны и индивидуальны для каждой пульпы [95].
При разделении технологических пульп на фильтр-прессах на толщину осадка можно повлиять тремя способами: продолжительностью стадии подачи пульпы; величиной давления при диафрагменном прессовании и продолжительностью стадии продувки. Как показывают исследования, наиболее ощутимый результат достигается при изменении продолжительности подачи пульпы .
К задачам управления режимными параметрами, обеспечивающими нормальные условия работы оборудования, относится управление режимом существующего в фильтре давления, стабилизация температуры, подаваемой пульпы.
Согласование производительности процесса фильтрации со смежными переделам обеспечивается как за счет управления запасами в буферных емкостях и в баках готовой продукции, так и за счет перераспределения нагрузки между фильтрами. Опыт применения таких систем управления на участке фильтрации показал, что запасы в буферных емкостях в большинстве случаев используют для организации режимов пуска, остановок и ремонте технологического оборудования.
Иммунная система организма представляет собой сложную адаптивную структуру, эффективно использующую различные механизмы защиты от внешних патогенов. Основная задача иммунной системы заключается в распознавании клеток (или молекул) организма и классификации их своих и чужих. Иммунная система способна распознавать огромное количество молекулярных структур - антигенов, в том числе и не существующих в природе, например синтезированные в лаборатории вещества. Выявляемые чужеродные клетки служат сигналом для активации защитного механизма соответствующего типа. Результатом распознавания является обучение и формирование иммунной памяти к данному антигену. В зависимости от частоты и силы антигенных сигналов иммунная система непрерывно изменяется, теряя или усиливая иммунную память к разным антигенам, что обеспечивает эффективную защиту с использованием ограниченных ресурсов.
Фактически иммунная система обладает всеми главными особенностями искусственного интеллекта (ИИ) системы: память, способность обучаться, чтобы распознать и принимать решение, рассматривать любую макромолекулу (антиген), даже если последняя никогда не существовала на Земле. Подобно искусственным нейронным сетям (ИНС), ИИС могут изучать новую информацию, использовать уже предварительно изученную информацию и выполнять распознавание образа высоко децентрализованным способом.
ИИС были уже применены в нескольких специфических проблемах, включая информационную безопасность, обнаружение ошибок, проектирование вакцины, управление роботами, data mining и т.д. 4.2.1. Теоретические сведения о естественной иммунной системе
Естественная иммунная система имеет уникальную способность вырабатывать новые типы антител и отбирать наиболее подходящие из них для взаимодействия с попавшими в организм антигенами. Методом проб и ошибок иммунная система вырабатывает огромное количество антител против бесчисленного множества неизвестных антигенов [96, 97].
Основными компонентами естественной иммунной системы являются антитела и лимфоциты. Лимфоциты подразделяют на две основные группы: В- и Т-лимфоциты.
В-лимфоциты представляют собой клетки, формирующиеся в костном мозге. В организме млекопитающего постоянно содержится огромное число различных типов В-лимфоцитов, каждый из которых обладает уникальной структурой поверхностных рецепторов и продуцирует Y-образные антитела. Антитела распознают конкретные антигены - чужеродные факторы, способные заражать организм. В роли антигенов могут выступать вирусы, раковые клетки и другие субстанции. Т-лимфоциты это клетки, созревающие в тимусе. Они предназначены для уничтожения заражённых клеток и регуляции выработки антител В-лимфоцитами [98].
Естественная иммунная система имеет уникальную способность вырабатывать новые типы антител и отбирать наиболее подходящие из них для взаимодействия с попавшими в организм антигенами. В процессе эволюции иммунная система приобрела способность уничтожать антигены при помощи антител. На основе анализа соответствия биохимической структуры антигена и антител из этого множества вариантов происходит отбор единственного типа антител, необходимого для уничтожения антигена. Взаимодействие антиген-антитело часто сравнивают с отношением ключ - замочная скважина.
Похожие диссертации на Управление процессом разделения технологических пульп медно-никелевого производства в современных фильтр-прессах
