Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса и постановка задач исследования 12
1.1. Технологические схемы хранения и подготовки рабочего раствора коагулянта на ТЭС 12
1.2. Основные требования, предъявляемые к коагулянтам 19
1.3. Схемы производства коагулянтов 21
1.4. Технологические процессы производства гранулированных коагулянтов 30
1.4.1. Нанесение плава на частицы 30
1.4.2. Гранулирование частиц в барабанных аппаратах 32
1.4.3. Классификация сыпучего материала в гравитационных сепараторах 40
1.4.4. Разделение на грохотах 48
1.4.5. Измельчение материала в дробилках ударного принципа действия 55
1.5. Постановка задач исследования 66
ГЛАВА 2. Расчетно-экспериментальное определение требуемого размера гранул коагулянта для ВПУ ТЭС 68
2.1. Модернизация технологической схемы для подготовки раствора
коагулянта наВПУ ТЭС 68
2.1.1. Определение основных характеристик склада хранения коагулянта 71
2.1.2. Определение основных характеристик оборудования для приготовления рабочего раствора коагулянта из гранулированного сульфата алюминия 73
2.1.2.1. Периодическое растворение 73
2.1.2.2. Непрерывное растворение 77
2.2. Экспериментальное исследование процесса растворения гранулиро ванного сульфата алюминия 78
2.2.1. Описание экспериментальной установки 79
2.2.2. Выбор основных факторов и уровней их варьирования 83
2.2.3. Выбор переменной отклика 89
2.2.4. Выбор плана эксперимента 92
2.2.5. Результаты и анализ экспериментальных данных 95
2.3. Определение требуемого размера частиц коагулянта для схемы ВПУТЭС ИЗ
2.4. Выводы по главе 2 118
ГЛАВА 3. Математическое описание и идентификация процессов в технологической линии производства коагулянтов 119
3.1. Состав оборудования технологической линии 119
3.2. Математические модели преобразования дисперсных составов материала в элементах технологической линии 120
3.2.1. Укрупнение частиц ретура в барабанном грануляторе 122
3.2.2. Движение частиц коагулянта в камере охлаждения гранулятора. 126
3.2.3. Разделение материала в гравитационном классификаторе 127
3.2.4. Разделение материала на грохоте 128
3.2.5. Разрушение частиц в молотковой дробилке 129
3.2.6. Движение материала в бункере ретура 131
3.2.7. Перемещение ретура на транспортерной ленте 132
3.3. Оценка параметров идентификации математических моделей 133
3.4. Выводы по главе 3 151
ГЛАВА 4. Разработка новой технологической схемы производства гранулированного коагулянта 152
4.1. Анализ работы существующей линии 152
4.1.1. Разработка модели формирования массопотоков и дисперсных составов в схеме 153
4.1.2. Разработка компьютерной имитационной модели схемы 155
4.1.3. Определение причины нестабильности массопотоков в линии при стационарном режиме ее работы 158
4.2. Разработка новой технологической схемы 159
4.2.1. Построение балансовой математической модели технологической схемы с учетом обратных связей 161
4.2.2. Разработка компьютерного имитатора новой технологической схемы 163
4.2.3. Анализ влияния режимных факторов на формирование массо-потоков и дисперсных составов в элементах технологической линии... 164
4.2.4. Анализ влияния конструктивных факторов на характеристики продукционного ретура 170
4.3. Выбор типоразмеров основного оборудования новой линии 177
4.4. Выводы по главе 4 180
Основные результаты работы 182
Списокиспользуемых источников
- Технологические процессы производства гранулированных коагулянтов
- Определение основных характеристик склада хранения коагулянта
- Укрупнение частиц ретура в барабанном грануляторе
- Разработка модели формирования массопотоков и дисперсных составов в схеме
Введение к работе
Актуальность работы. Для очистки воды от коллоидных примесей на водо-подготовительных установках (ВПУ) тепловых электрических станций (ТЭС) широкое распространение получили алюмосодержащие коагулянты. Технология хранения и подготовки рабочего раствора коагулянта на тепловых электростанциях остается постоянной на протяжении нескольких десятилетий. В настоящее время для складирования реагента используют растворные баки (ячейки мокрого хранения), из которых раствор коагулянта направляется в баки - мерники, где доводится до требуемой концентрации. Эта технология обладает рядом существенных недостатков, к одному из которых относится потребность в ячейках мокрого хранения. Ячейки занимают большую площадь складского помещения (от 60 до 90 м одна ячейка) и требуют высоких капитальных затрат на обслуживание. Их наличие приводит к необходимости использования дорогостоящего кислотостойкого оборудования (насосов, трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры), а также к периодическим ремонтам антикоррозионной защиты ячеек. Хранение коагулянта в мокром виде приводит к слеживанию реагента и образованию однородной глино-образной массы, для растворения которой требуются значительные затраты тепловой и электрической энергии.
Уменьшение склада хранения коагулянта, исключение слеживания реагента, отказ от ячеек мокрого хранения и сопутствующих затрат на их обслуживание позволяет осуществить технологическая схема, в которой хранение коагулянта осуществляется в сухом виде, а для подготовки раствора коагулянта используются совмещенные растворно-расходные баки. При этом для исключения слеживания реагента и обеспечения максимальной компактности реагентного узла необходимо использование гранулированных продуктов. С начала 90-х годов прошлого столетия такие реагенты весьма успешно используются в системах городского водоснабжения и на ряде водоочистительных установок небольшой мощности. Для оценки применимости таких коагулянтов на ВПУ ТЭС и совершенствования технологической схемы подготовки коагулянта необходимо определить размер частиц реагента, который будет достаточен для создания компактной и высокотехнологичной установки.
Гранулированный сульфат алюминия в Российской Федерации производится на ЗАО «Синтез» г. Кострома. На технологической линии ЗАО «Синтез» разброс размеров частиц коагулянта и его средняя крупность изменяется в широких пределах (от 2 до 20 мм). Высокий уровень полифракционности продукта и его излишняя крупность не позволяют использовать этот коагулянт для компактных водо-подготовительных установок, а также конкурировать на внутреннем рынке страны с импортными аналогами. Поэтому для применения компактных схем подготовки раствора коагулянта на ТЭС требуется определить необходимую крупность.реагента и разработать соответствующую технологию производства, позволяющую получать продукт с требуемой крупностью.
Целью диссертации является совершенствование узла коагулянта водоподго-товительных установок ТЭС путем перехода на гранулированный продукт, сухое складирование реагента и непрерывный способ подготовки рабочего раствора, а также разработка новой технологии производства гранулированного коагулянта с размерами зерен требуемой крупности.
Объектом исследования является гранулированный сульфат алюминия A12(S04)3- 18Н20 (далее по тексту, коагулянт).
Предмет исследования включает в себя процессы преобразования дисперсного состава сульфата алюминия при гранулообразовании в аппарате барабанного типа, классификации на грохоте и в сепараторе, измельчении в молотковой дробилке, перемещении на транспортере и в бункере, а также растворения в раствор-но-расходных баках ТЭС.
Научная новизна работы заключается в том, что:
получены новые экспериментальные данные по кинетике растворения 18-водного сульфата алюминия, позволяющие определять время полного растворения гранул коагулянта в условиях ТЭС при изменении температуры раствора, размера гранул коагулянта, массовой доли реагента в растворе и частоты вращения лопастей мешалки;
впервые выявлена и идентифицирована зависимость между массовой долей 18-водного сульфата алюминия, температурой и удельной электропроводностью раствора;
разработана математическая модель укрупнения частиц коагулянта в грануляторе барабанного типа. Предложены новые аналитические выражения для расчета селективной и распределительной функций агломерации в условиях грану-лообразования в барабанном аппарате;
разработаны математические модели технологических линий производства гранулированного сульфата алюминия, учитывающие процессы преобразования дисперсных составов и массопотоков во всех узлах технологических схем. Практическая ценность результатов состоит в следующем:
выбраны конструктивные и режимные характеристики оборудования, необходимого для хранения и подготовки рабочего раствора коагулянта на водо-подготовительных установках ТЭС;
показано, что для усовершенствованных технологических схем подготовки раствора коагулянта из гранулированного реагента максимальный размер частиц должен составлять не более 5 мм;
идентифицированы математические модели технологических процессов производства гранулированного коагулянта на ЗАО «Синтез» г. Кострома;
показано, что причиной нестабильности дисперсного состава коагулянта в существующей схеме является низкая точность дозировки ретура при его выгрузке из промежуточного бункера;
предложена новая технология производства коагулянта, обеспечивающая получение гранул с размером от 2 до 5 мм;
разработаны динамические компьютерные модели технологических схем производства гранулированного коагулянта, имитирующие работу производственных процессов в режиме реального времени;
определен состав и режим работы оборудования предложенной технологической линии.
Автор защищает:
экспериментальные данные по кинетике растворения гранулированного 18-водного сульфата алюминия при технологически обоснованных уровнях воздействия температуры раствора, размера гранул коагулянта, частоты вращения лопастей мешалки и массовой доли коагулянта в растворе;
X, XIII и XIV Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2004, 2007, 2008 гг.);
Региональная студенческая научная конференция «Фундаментальные науки - специалисту нового века» (Иваново, 2004 г.);
Региональные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Энергия» (Иваново, 2006, 2008 гг.);
Международные научно-технические конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Иваново, 2006, 2007 гг.);
Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы энергетики» (Екатеринбург, 2007 г.);
XXII Международная молодежная научно-практическая конференция «Развитие атомной отрасли: время глобальных перемен» (Иваново, 2007 г.);
XI Международная научно-инновационная конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов «Полярное сияние 2008» на тему «Ядерное будущее: технологии, безопасность и экология» (Санкт-Петербург, 2008 г.);
XV Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2008 г.);
III Молодежная международная научная конференция «Тинчуринские чтения» (Казань, 2008 г.);
XIX Всероссийская научно-техническая конференция «Методы и средства измерений физических величин» (Нижний Новгород, 2008 г.).
Список публикаций. По материалам диссертационной работы опубликовано 23 печатные работы, в том числе 5 статей по списку ВАК, 13 статей в сборниках материалов и 5 тезисов докладов.
Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов, библиографического списка использованной литературы из 175 наименований и 2 приложений. Объем диссертации, включая приложения, составляет 211 страниц машинописного текста. Работа содержит 76 рисунков и 25 таблиц.
Автор считает своим долгом выразить благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Шувалову СИ. и коллективам кафедр «Тепловые электрические
методику определения массовой доли коагулянта в растворе по значениям температуры и удельной электропроводности раствора;
математическую модель формирования дисперсных составов и массопо-токов гранулированного сульфата алюминия в структуре технологической линии производства коагулянта;
математические модели гранулообразования в аппарате барабанного типа и формирования дисперсного состава материала в бункере ретура;
новую технологию производства гранулированного коагулянта и ее имитационную компьютерную модель.
Методы исследований. Для исследования процессов растворения, гранулообразования, измельчения и классификации производились активные эксперименты на лабораторных стендовых и промышленных установках. При разработке методики контроля процесса растворения использованы кондуктометрический и по-тенциометрический методы измерений. Дисперсный состав гранулированного коагулянта определялся ситовым анализом. При обработке экспериментальных данных использованы методы математической статистики. Теоретическое исследование в работе связаны с построением математической модели агломерации и определением вида селективной и распределительной функций агломерации.
Личный вклад автора состоит в организации, проведении и анализе экспериментальных исследований по растворению гранулированного сульфата алюминия; разработке моделей преобразования дисперсных составов и массопотоков в узлах технологических схем производства коагулянта; разработке алгоритмов и программного обеспечения для динамического расчета технологических схем; анализе и обобщении результатов экспериментальных и расчетных исследований.
Внедрение результатов работы осуществлено на водоподготовительных установках ТЭЦ-ПВС ОАО- «Северсталь» г. Череповец, ОАО «Вологодская ТЭЦ» г. Вологда, и использовано при разработке проекта модернизации технологической линии производства гранулированного сульфата алюминия на ЗАО «Синтез» г. Кострома.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных и международных научно-технических конференциях:
станции» и «Химия и химические технологии в энергетике» за содействие в проведении экспериментальных работ, конструктивную критику полученных результатов и моральную поддержку. Кроме того, автор выражает сердечную признательность к.т.н., доценту кафедры ХХТЭ Виноградову В.Н. за постоянную помощь в работе и ценные замечания.
Технологические процессы производства гранулированных коагулянтов
Нанесение плава на частицы при гранулировании методом окатывания происходит на начальном этапе гранулообразования. При нанесении жидкой фазы на твердые частицы необходимо учитывать такие свойства гранулируемого материала, как пористость, смачиваемость, влажность, коэффициент диффузии жидкости и т.д.
При попадании жидкости на поверхность твердой фазы сначала заполняются неровности (каверны и поры) данной поверхности. Для определения высоты смачиваемой жидкости М. Сумида предложил (цитируется по работе [8]) использовать следующее выражение: ,9 т -г -cr-cos# ж=- і , (1.2) где кж - высота подъема жидкости в частице; тж - время подъема жидкости; г„ - эквивалентный радиус пор; Э - краевой угол смачивания; о — поверхностное натяжение жидкости; /лж - вязкость жидкости.
Данный подход затруднителен по причине возникающих сложностей при определении эквивалентного радиуса пор.
Для расчета краевого угла B.C. Думновым предложен [9] метод, позволяющий избежать трудностей, связанных с определением г„. В этом случае вместо длины пути, пройденного жидкостью в порошке, определяют скорость ее впитывания. Для исключения неоднородностей поверхности частиц предложено проводить дополнительные опыты по определению скорости впитывания исследуемым порошком неполярных жидкостей (бензол, тетрахлорид углерода и т.п.) с малым поверхностным натяжением, для которого установлено, что cosG = 1.
Кроме заполнения неровностей поверхности происходит так же процесс поглощения влаги смачиваемым материалом, т.е. диффузия влаги, которая характеризуется коэффициентом диффузии. Методы определения коэффициента диффузии обычно весьма продолжительны и требуют высокоточного оборудования. Этих недостатков позволяет избежать методика, предложенная А.Г. Темкиным, В.П. Журавлевой и А.И. Чаплиной [10]. Данная методика использует результаты по кинетике увлажнения пористых материалов и основана на уравнении изотермического переноса влаги в капиллярно-пористых материалах: ди(х,т) д2и п — = ат —у, при х 0;-гн, х /;,, (1.3) ОТ ох где и - текущее значение влагосодержания материала; х - текущее значение радиуса шарообразной частицы; т- время; ат - коэффициент диффузии влаги; гш -радиуса шарообразной частицы.
Для определения коэффициента диффузии П. Капур и Д. Фыорстернау (цитируется по работе [8]) предложили метод, основным достоинством которого, как отмечают авторы, является простота определения коэффициента ат. Для этого необходимо сухой образец погрузить в дистиллированную воду той же температуры и снять кривую кинетики увлажнения. Недостатком рассмотренной методики, как справедливо отмечает П.В. Классен, является отсутствие учета испаряющейся за время эксперимента жидкости.
На образование и рост гранул большое влияние оказывает соотношение между жидкой и твердыми фазами. В зависимости от содержания жидких и твердых дисперсных частиц наблюдаются различные механизмы гранулообразования. При недостаточном количестве жидкой фазы (при отсутствии полного обволакивания твердых частиц), когда связующее находится только в зоне контакта частиц, преобладающим является механизм разрушения частиц с последующим их взаимным наслоением. По мере увеличения содержания жидкой фазы происходит заполнение пор, образуется пленка на всей поверхности твердых частиц. Частицы за счет капиллярного взаимодействия начинают объединяться в агломераты. При дальнейшем увеличении влагосодержания поры в агломерате заполняются жидкостью, образуя тем самым плотную гранулу. Таким образом, количество и распределение влаги на поверхности гранулируемого материала является фактором, определяющим механизм и скорость дальнейшего гранулообразования.
Гранулирование - это совокупность физических и физико-химических процессов, обеспечивающих формирование частиц определенного спектра размеров, формы, необходимой структуры и физических свойств [11]. Для гранулирования материалов применяют такие методы, как:
S диспергирование (разделение жидкой фазы на капли с последующей кристаллизацией растворенного вещества при обезвоживании или охлаждении этой фазы); S прессование (уплотнение твердой фазы с последующим дроблением брикетов до гранул требуемого размера);
S агломерация с последующим окатыванием (агломерация смеси из частиц твердой фазы и жидкости с последующим объединением агломератов и упрочнением связей между частицами); S конденсация (десублимация с образованием твердых гранул); При производстве гранулированных коагулянтов широкое распространение получил метод гранулирования окатыванием, который заключается в предварительном образовании агломератов из равномерно смоченных частиц или в наслаивании сухих частиц на смоченные ядра - центры гранулообразования с последующим окатыванием и упрочнением структуры гранул. Этот процесс обусловлен действием капиллярно-адсорбционных сил сцепления между частицами и последующим уплотнением структуры, вызванным силами взаимодействия между частицами в плотном динамическом слое, например в грануляторах барабанного или тарельчатого типов.
Основной задачей исследования процесса гранулообразования является определение зависимости гранулометрического состава продукта от режимных и конструктивных параметров гранулятора, а так же физико-механических свойств исходного ретура и жидкой фазы.
Определение основных характеристик склада хранения коагулянта
Грохочением называется процесс разделения полифракционных материалов на просеивающих поверхностях с калиброванными отверстиями. По конструкции и принципу действия грохоты обладают весьма широкой классификацией. Обзор конструктивных особенностей грохотов различного принципа действия подробно представлен в работах [57-61]. В процессе разделения материала на грохоте образуются подрешеточный и надрешеточный продукты. Для расчета массопотоков и дисперсных составов этих продуктов возникла необходимость в создании общей теории грохочения. Отечественными основоположниками данной теории являются В.А. Бауман, И.М. Абрамович, И.А. Перов, И.И. Блехман, Е.А Непомнящий и др [62].
На ранних этапах становления теории грохочения предлагались детерминистические модели, рассматривающие условия прохождения отдельной частицы через отверстие сита, при этом реальная физическая картина существенно упрощалась.
Исследование динамики движения единичных частиц приведены в работах И.И. Блехмана и Г.Ю. Джанелидзе [63], Р.Ф. Нагаева [64], В.А. Перова [61], П.М. Сиденко [32] и других. Однако использование данных методов при описании процесса грохочения сыпучих материалов не дает удовлетворительных результатов [65].
Несмотря на кажущуюся простоту, грохочение следует отнести к сложным процессам, зависящим от многочисленных факторов, например, гранулометриче ского состава грохотимого материала, влажности, параметров вибровоэдействия просеивающей поверхности на сыпучий слой. Влияние каждого фактора на резуль таты грохочения иногда трудно, а подчас и невозможно оценить не только количе ственно, но и качественно. Поэтому наиболее правомерным является стохастиче ский подход в изучении основных закономерностей процесса, получивший разви тие в 60-х годах прошлого века.
Статистическая теория грохочения, предложенная Е.А. Непомнящим, дала возможность учитывать многообразие факторов, влияющих на эффективность процесса. Целью его исследований являлось установление закономерностей проникно-і
Зада ч исследования вения рассматриваемых частиц через слой и их прохождение через отверстия сита. Е.А. Непомнящий определил плотность распределения вероятности просеивания мелких частиц за время t при начальной толщине слоя h [66-70]: p = \-F(N), (1.41) где F(N) — интеграл вероятности ошибок (функция Лапласа); iV - безразмерный параметр (критерий Непомнящего), определяемый по формуле: N = Щ==, (1-42) 3600yJ2bLv где Qi - пропускная способность, т.е. объемная производительность, отнесенная к единице ширины В грохота, Qi=Q0/B; Ъ - эмпирически определяемый коэффициент грохотимости; L - длина грохота; v - скорость перемещения материала по ситу.
Дальнейшее развитие и экспериментальное подтверждение теория грохочения Е.А. Непомнящего получила в работах Е.Д. Григорьевой [71, 72], Е.Б. Гранта [73], Г. Щуберта и А. Майнеля [74, 75] .
Теоретические предположения И.И. Блехмана [76] нашли свое развитие в диссертационной работе А.Б. Бекбаева, который использовал вероятностный подход при описании процесса грохочения [77, 78]. А. Бекбаев показал, что при грохочении сыпучих материалов образуется дополнительная подъемная сила (1.44), воздействующая на различные частицы по-разному. Так, для частиц крупнее среднего «эффективного» радиуса эта сила направлена вверх, а для меньших частиц - вниз. ( \ г г sh sh— \ К К і Ґ — г P(z) = — 7t2nr2p4k3V/k 3g (1.43) r -ch r -ch— V k k ; где г - текущий радиус частицы; г - средний "эффективный" радиус дисперсной среды; А:- параметр зависящий от колебаний сита грохота; п - число ударов на единицу площади в единицу времени; z - текущий уровень слоя; рч - плотность материала частиц; Vo - средняя скорость случайных колебаний частиц.
Ю.В. Елисеев в работе [79] предложил описывать процесс грохочения с помощью дифференциального уравнения конвективной диффузии. Автор предположил, что при таком подходе можно более объективно описать движение «проходо-вых» частиц не только по высоте слоя, но и по длине грохота. В силу нелинейности
задачи для решения этого уравнения требуется использовать метод интегральных соотношений, что ограничивает применение данного подхода. Кроме того, при расчете показателей процесса грохочения необходим весьма обширный эмпирический материал.
Использование многими авторами стохастического подхода в изучении закономерностей движения сред [39, 62, 67, 77] подтверждает правомерность использования вероятностного метода для описания процесса грохочения, который позволяет наиболее точно учитывать влияние многообразия взаимосвязанных факторов, определяющих результаты классификации.
Особый интерес вызывают работы Е.А. Астафьевой [80; 81], в которых исследовано влияние гранулометрического состава сыпучего материала на эффективность процесса грохочения.
В.А. Огурцов, используя стохастический подход в области исследования классификации дисперсных сред [62], для определения распределения вероятности положения частиц предложил использовать уравнение Колмогорова-Фоккера-Планка, в котором учитываются диффузионный и сегрегационный механизм разделения сыпучих материалов: Р = 0#+С Є., (1.44) dt Эх дх где D - коэффициент макродиффузии; С - скорость упорядоченного движения частицы под действием гравитационного поля.
Основной трудностью при моделировании процесса разделения на грохоте является определение аналитического выражения для расчета вероятности попадания частиц определенного размера в подрешеточный продукт. В научно-технической литературе представлен целый ряд подобных выражений, применение которых позволяет существенно упростить процедуру моделирования процесса грохочения. Однако к недостаткам подобных зависимостей следует отнести их низкую прогностическую способность, которая для некоторых типов задач не может быть удовлетворительной.
Укрупнение частиц ретура в барабанном грануляторе
Технология производства гранулированных коагулянтов: включает: в себя- процессы покрытия, частиц слоем: плава, гранулирования; во вращающемся барабане, дробления разделения:частиц на грохоте и в гравитационном сепараторе. Каждаяшз этих операций имеет свой особенности-и требует согласования с предыдущими ш последующими этапами переработки» материала. Хотя каждый из этих процессов достаточно хорошо исследован, отсутствуют общепринятые методики,, достаточные ДЛЯ обоснованного выбора оборудования и режима работы всей технологической линии.
Для исключения необоснованных и часто значительных затрат, связанных с неэффективной работой производства или проведением последующих реконструкций, при выборе структуры и состава оборудования необходимо предвидеть последствия сделанного выбора. Наиболее экономичным и одновременно наиболее информативным методом прогнозирования является математическое моделирование процессов, протекающих в элементах технологической линии. Математическая модель технологической линии, имитирующая реальные процессы, должна объединять модели отдельных агрегатов и учитывать существующие связи между агрегатами и узлами тех-нологической линии. При этом математические модели отдельных агрегатов могут быть значительно упрощены: в качестве факторов, определяющих условия протекания рабочих процессов, следует учитывать только те, которые будут или могут изменяться в конкретной технологической линии. В частности, это касается производительности подачи плава и ретура, размера ячеек грохота, границы .разделения классификаторов и т.д. Те же факторы, которые существенны для описываемых процессов, но фактически останутся неизменными, можно учесть с помощью параметров идентификации математических моделей, определенных по результатам испытаний аналогичного оборудования. К таким факторам можно отнести скорости вращения барабанного гранулятора и дробилки, частоту колебаний грохота и т.д. Следует заметить, что одни и те же факторы, в зависимости от поставленных задач, могут быть отнесены к первой или второй группам. Например, если задан конкретный типоразмер оборудования, то его характеристики можно отнести ко второй группе и не включать в число определяющих параметров. Если же задача состоит в выборе типоразмера оборудования, то в математической модели должно быть отражено влияние характеристик оборудования.
Свойства технологической линии, как большой системы, не ограничиваются только суммой свойств входящих в нее элементов, но также определяются структурой технологической линии, т.е. связями между отдельными элементами. Это относится-в первую очередь к стабильности массопотоков и дисперсных составов материала в узлах переработки. Даже при неизменной подаче материала на вход первого элемента линии вследствие обратных связей и несогласованности отдельных элементов системы может через некоторое время наступить завал линии материалом или при наличии регуляторов - колебания массопотоков и дисперсных составов. Для выявления причин таких режимов и выбора способов их нейтрализации большую помощь может оказать компьютерный имитатор технологического процесса, основанный на математической модели линии и дополненный блоком управления факторами процесса и блоком вывода информации о характеристиках процесса. Так как в данном случае не требуется полного совпадения динамики реального и расчетного процессов, а важно только качественное согласование, то для моделирования переходных процессов можно использовать статические модели, заменяя скорости реальных процессов скоростью стабилизации расчетного процесса, не проверяя их совпадение.
В барабанном грануляторе происходит укрупнение частиц ретура за счет нанесения на их поверхность частиц жидкой фазы и последующего окатывания частиц в гранулы. Процесс гранулообразования условно можно разбить на две последовательные операции. На первой стадии1 происходит обволакивание плавом частиц ретура, поступивших в гранулятор. На второй стадии осуществляется агломерация этих частиц с последующим охлаждением и кристаллизацией жидкой фазы.
Разделим диапазон изменения размеров частиц в технологической линии [5тт, та\] на п диапазонов таким образом, чтобы Si =Smas, Sn+i=Smm. Будем считать, что внутри диапазона [S„ Sl+!] находятся шарообразные частицы одинакового размера [160, 161]
Разработка модели формирования массопотоков и дисперсных составов в схеме
Модели формирования расходов и гранулометрических составов в технологических линиях получения дисперсных материалов зависят от структуры схем и способа выражения фракционного состава зернистой среды. В данном случае в качестве характеристики гранулометрического состава коагулянта использована кривая полных остатков R(S), характеризующая процентное содержание в смеси частиц крупнее размера 8.
Принципиальная структура технологической линии ЗАО «Синтез» представлена на рис. 4.1.
На-вход в гранулятор 1 подается плав в количестве Втав и ретур возврата с дисперсным составом Reojep(S) в количестве (В3гр +Вв03вр). В грануляторе происходит нанесение плава на твердые частицы коагулянта (обволакивание) и дальнейшее объединение частиц в гранулы (агломерация). На выходе из камеры грануляции дисперсный состав продукта изменяется до Ягран(д), а его расход: В =В +В, +В . (4.1) гран eoiep Згр /поя V J Гранулы коагулянта после барабана 1 смешиваются с продуктом дробления и поступают на элеватор 2. Характеристики дисперсной среды, поступающей на элеватор, рассчитываются по формулам: КА ) вп = в, + в Огр \гр гран Д»(ДМ„+Др»( )-А В\гр + Вгран ран (4.2) (4.3)
При помощи элеватора 2 ретур поступает на грохот 3, где происходит классификация материала (В0гр, Я0гр(ё)) на три продукта: крупный (В/гр, Rhp(5)), средний (В2гр, Я2гР(ё)) и мелкий (Взф Я3гр(ё)). Крупный продукт грохочения поступает в дробилку 7, где измельчается до фракционного состава (Rdp(d)). Средний продукт грохочения поступает в бункер 4. Из бункера материал выгружается в количестве Веыгр. При помощи делителя 5 выгружаемый поток делится на две части: продукционный (Впрод, Явыгр(б)) и возвратный(Вв03вр, Явыгр(3)); В = В «, . прод ныгр дел (4.4) Вв03вр=Ввыгр-(\-адел). (4.5) Возвращаемый ретур смешивается с мелким продуктом грохочения и поступает в барабан-гранулятор: Вах =В +5, . (4.6) гран «тар 2 "Р V -"/ Дисперсный состав поступающего в гранулятор ретура рассчитывается по балансовому выражению: Г вх г с\ Згр\и Ц Ъгр Л«дап/Л ) позер г л -JN Кра» КО) = (4.7) ВЪгр + ВаозЧ,
Система уравнений (4.1) - (4.7) представляет собой математическую модель формирования гранулометрических составов и массопотоков в структуре технологической линии ЗАО «Синтез» г. Кострома. Математическая модель структуры схемы, дополненная моделями отдельных ее элементов, представляет собой замкнутое математическое описание технологической схемы, достаточное для разработки компьютерного имитатора существующего производства.
Имитационная динамическая модель (имитатор) технологической линии разработана в среде визуального программирования Delphi и основана на математическом описании процессов гранулирования в барабанном грануляторе, грохочения па двухситовом грохоте, перемещения материала на транспотрерной ленте, измельчения в молотковой дробилке, осаждения ретура в промежуточном бункере и формирования гранулометрических составов и массопотоков в технологической схеме [172].
Компьютерный имитатор состоит из нескольких подсистем: подсистема ввода исходных данных; блок расчета производственного процесса; блок управления технологическим процессом (имитация пульта управления режимными параметрами); подсистема вывода расчетных данных; подсистема сохранения результатов расчета.
