Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние теории и практики процессов гранулирования минеральных удобрений, и их аппаратурное оформление 8
1.1 Методы гранулирования и основные конструкции грануляторов 9
1.1.1 Агломерирование прессованием 9
1.1.2 Гранулирование из расплава 11
1.1.3 Гранулирование порошкообразных удобрений в присутствии растворов и плавов 13
1.1.3.1 Гранулирование диспергированием пульпы в псевдоожиженный слой 14
1.1.3.2 Агломерирование окатыванием 17
1.1.3.2.1 Дисковый гранулятор 18
1.1.3.2.2 Шнек-гранулятор 20
1.1.3.2.3 Барабанный гранулятор 22
1.1.3.2.4 БГС 24
1.1.3.2.5 Аммонизатор- гранулятор 25
1.2 Теория оптимизации химико- технологических процессов 28
1.2.1 Основные понятия 28
1.2.2 Этапы постановки оптимизационной задачи 30
1.2.3 Классификация оптимизационных задач 31
1.2.4 Подготовка задач к решению и оптимизационные расчеты 32
2. Экспериментальная часть 35
2.1 Описание технологической схемы производства диаммонийфосфата по двухступенчатой схеме аммонизатор-гранулятор совместно с сушильным барабаном 35
2.2 Методика измерения и регулирования технологических параметров 42
2.3 Основные проблемы, возникающие при получении минеральных удобрений на стадии грануляции и сушки 53
2.3.1 Стадия грануляции 54
2.3.2 Стадия сушки 56
2.4 Проведение исследований на промышленных аммонизаторе-грануляторе и сушилке 58
2.4.1 Экспериментальные данные, полученные на промышленном аммонизаторе-грануляторе и их описание 58
2.4.2 Экспериментальные данные, полученные при исследовании промышленного сушильного барабана 63
2.4.3 Экспериментальные данные, полученные на промышленном ТГУ 65
2.5 Анализ экспериментальных данных процессов гранулирования и сушки диаммонийфосфата 67
2.5.1 Стадия гранулирования 67
2.5.2 Стадия сушки 69
2.5.3 Выводы по проведённому эксперименту 71
3 Оптимизация процессов гранулирования и сушки 72
3.1 Составление регрессионных уравнений для стадии гранулирования и сушки.72
3.1.1 Стадия гранулирования 72
3.1.2 Стадия сушки 75
3.2 Оптимизация процессов гранулирования и сушки 79
3.2.1 Решение оптимизационной задачи для процесса гранулирования 79
3.2.2 Решение оптимизационной задачи для процесса сушки 82
3.2.3 Решение повторной оптимизационной задачи для процесса гранулирования 83
3.2.4 Анализ полученных результатов 85
3.2АЛ Анализ влияния основных входных параметров на выход товарной фракции после сушильного барабана 86
3.2.4.2 Анализ влияния основных входных параметров на влажность продукта после сушильного барабана 93
3.3 Расчёт экономического эффекта от проведённой оптимизации 97
Выводы по работе 99
Список литературы
- Агломерирование прессованием
- Методика измерения и регулирования технологических параметров
- Оптимизация процессов гранулирования и сушки
- Решение повторной оптимизационной задачи для процесса гранулирования
Введение к работе
Актуальность работы. Физико-химические свойства фосфатов аммония таковы, что делают предпочтительным использование этих продуктов для получения всего необходимого для сельского хозяйства ассортимента комплексных удобрений. Если химический состав продукта зависит от качества и соотношения исходных компонентов, то его физические и механические свойства формируются на всех стадиях технологического процесса. Особая роль в этом отводится гранулированию, в процессе которого закладываются форма, размер, плотность и структура частиц.
В технологии производства минеральных удобрений одной из основных стадий формирования качества продукта являются процессы гранулообразования с последующей или одновременной стабилизацией структуры (сушкой или охлаждением) и выделения товарной фракции. Не случайно различные схемы производства удобрений называют по типу гранулятора, считая его основным аппаратом, формирующим структуру технологической линии. В большинстве случаев техника гранулирования к настоящему времени определена и прогресс в этой области идёт по пути модернизации существующего оборудования в направлении создания более надёжных, достаточно простых в изготовлении и эксплуатации конструкций. Совершенствование аппаратуры применительно к конкретным условиям эксплуатации оказывает решающее влияние на эффективность технологической линии. Однако модернизация конструкций не должна быть односторонней и направленной только на интенсификацию данного процесса. Следует также искать пути изменения и оптимизации технологии, чтобы полнее использовать возможности имеющейся аппаратуры.
Большинство из выпускаемых на данный момент сложных фосфоросодержащих минеральных удобрений производятся методом окатывания с использованием связующего компонента на частицах ретура в барабанных аппаратах. Технологические системы по выпуску таких удобрений работают по схеме с "БГС" (барабанная гранулятор сушилка), либо по схеме "АГ+СБ" (аммонизатор-гранулятор совместно с сушильным барабаном). Наиболее управляемая является схема АГ+СБ с использованием большого количества ретура и связующей пульпы, получаемой нейтрализацией фосфорной кислоты жидким аммиаком в смесителях- нейтрализаторах.
Промышленная эксплуатация барабанных грануляторов и сушильных барабанов показывает, что на устойчивую работу такой технологической системы оказывает влияние большое количество факторов. К сожалению, влияние основных факторов на устойчивую работу технологической системы по выпуску сложных удобрений изучено явно недостаточно. Несмотря на то, что некоторые производства работают уже более 25 лет, оптимальные режимы ведения процессов гранулирования и сушки до сих пор не найдены.
Поэтому основными целями данной работы являются:
1. Выявление определяющих параметров процессов гранулирования и сушки производства диаммонийфосфата по схеме АГ+СБ.
2. Проведение оптимизации технологических режимов работы аммонизатора-гранулятора и сушильного барабана в производстве диаммонийфосфата.
Задачи исследования.
1. Проведение исследований на промышленном аммонизаторе-грануляторе и сушильном барабане (при средней производительности технологической системы по готовому продукту 57 т/ч) в широком диапазоне изменения входных параметров при выпуске диаммонийфосфата.
2. Выявление основных определяющих параметров как на процесс гранулирования, так и на процесс сушки при выпуске диаммонийфосфата.
3. Получение регрессионных зависимостей, связывающих качественные характеристики получаемого диаммонийфосфата, а также выход товарной фракции с основными влияющими параметрами.
4. Определение оптимальных режимов работы аммонизатора-гранулятора и сушилки как при раздельной, так и при совместной их работе.
Научная новизна.
1. Найдены основные определяющие параметры процессов грануляции и сушки, оказывающие существенное влияние как на качество продукта, так и на выход товарной фракции, а также пределы их изменения, в диапазоне которых обеспечивается технологически надёжная работа системы производства диаммонийфосфата, в результате проведенных исследований на промышленных установках при средней производительности 57 т/ч по ДАФ.
2. Получены регрессионные зависимости, связывающие качественные характеристики диаммонийфосфата и производительность технологической системы по готовому продукту с основными влияющими параметрами процессов гранулирования и сушки.
3. Проведена оптимизация технологических режимов работы аммонизатора- гранулятора и сушилки, как при отдельной, так и при совместной их работе с целью получения максимальной производительности технологической системы по выпуску диаммонийфосфата при сохранении его качества согласно требованиям технических условий на производстве.
Практическая значимость.
1. Получены математические зависимости между входными и выходными параметрами стадий гранулирования и сушки в производстве диаммонийфосфата, которые позволяют найти устойчивые режимы работы этих стадий при изменении требований к выпускаемому на производстве удобрению (содержание Р205, N, Н20, гранулометрический состав).
2. Разработана программа для оперативного расчёта всех качественных характеристик получаемого на производстве диаммонийфосфата в зависимости от изменения всех входных технологических параметров как на стадии гранулирования так и сушки. Данная программа была внедрена на ОАО "Аммофос" в производство минеральных удобрений для облегчения работы операторов в системе управления.
3. Полученные оптимальные значения всех входных параметров в процессе проведения оптимизации режимов работы отделения гранулирования и сушки позволили составить режимную карту для ведения технологии получения диаммонийфосфата.
4. Проведённая оптимизация позволяет снизить себестоимость диаммонийфосфата, увеличить производительность по готовому продукту и одновременно повысить надёжность работы всей технологической системы.
5. Расчёт экономического эффекта от внедрения оптимальных режимов работы аммонизатора-гранулятора и сушилки только на одной линии производства диаммонийфосфата, когда производительность технологической нитки по готовому продукту составляет 61,4 т/ч вместо 55 т/ч по регламенту показал, что он составляет порядка 118 млн. рублей/год.
Агломерирование прессованием
Гранулирование порошкообразных удобрений прессованием находит все более широкое применение. Этим способом можно получать удобрения различного состава в широком диапазоне соотношений питательных веществ. Причем такая гибкость процесса достигается без каких либо существенных изменений в его технологии. Оператор с пульта управления в любой момент может изменить подачу исходных азот-, фосфор- и калийсодержащих компонентов и таким образом перевести установку на выпуск удобрений другой марки или другого элементного состава. При прессовании получают такие гранулированные удобрения, которые обладают определенной скоростью растворения в почве, достигаемой изменением удельного давления валков пресс-машины или таблеточного пресса. При гранулировании тукосмесей методом прессования агломерирование частиц осуществляется под действием сил молекулярного притяжения (которые действуют не только внутри частиц, но и на их поверхности). Кроме влияния этих связей агломерирование возможно за счет сплавления твердых частиц при высоких давлениях и температуре в зоне деформаций, химического взаимодействия с образованием новых соединений и гидростатического давления жидкой фазы в порах (капиллярах). Прессование порошков обычно происходит в валковых прессах. Схема валкового пресса с коническим загрузочным шнеком приведена на рис. 1. Он состоит из двух вращающихся в противоположном направлении валков 3 между которыми остается регулируемый зазор 2-15 мм. Обрабатываемый материал подается сверху, затягивается валками в зазор и уплотняется при прохождении зазора до плиток 4 толщиной, соответствующей выбранному зазору. Обрабатываемая тукосмесь подвергается предварительному уплотнению в коническом загрузочном шнеке 2, который подает ее на валки. Производительность валкового пресса регулируется изменением соотношения числа оборотов шнека и валков уплотнителя. Для получения более прочных плиток продукта его уплотняют при загрузке за счет увеличения частоты вращения шнека [47],[48]. Это способствует также лучшему поступлению материала в зазор между валками уплотнителя. Для предотвращения механической перегрузки уплотнителя один из валков укреплен в подвижных подшипниках и может перемещаться. Необходимое давление валков обеспечивается с помощью гидравлической системы. В зависимости от назначения и физико-химических свойств прессуемого материала конструкция и производительность валковых пресс- машин, используемых в производстве минеральных удобрений, может быть различной. Валки пресс -машины могут иметь гладкую, волнистую или рифленую поверхность, что позволяет получает получать спрессованное удобрение в виде плиток, ленты, отдельных листов, прутков, брикетов, имеющих форму яйца, прямоугольников и т. д. [7].
Выход гранулированного продукта обычно зависит от технической характеристики валкового пресса и других факторов переменного характера: толщины спрессованных плиток, удельного давления валков пресса, диаметра и частоты вращения валков пресса, среднего размера частиц и физико-химического состава исходных компонентов, типа дробилки для измельчения прессованного материала и гранулометрического состава рётура, возвращаемого в технологический цикл, способа отвода воздуха в процессе прессования. При этом общий выход гранулированного продукта составляет 35-60 % переработанного сырья [8],[49].
Гранулирование порошкообразных удобрений методом прессования предпочтителен при организации производств гранулированных сложных удобрений. Этот метод имеет ряд преимуществ по сравнению с гранулированием в аппаратах барабанного и тарельчатого типов БГС и КС. Этот метод экономичен при переработке порошкообразных материалов на установках любой мощности, тогда как методы грануляции, связанные с сушкой или охлаждением, рентабельны только для установок большой производительности. Производительность пресс-машин может быть различной от 10 до 75 т/ч.[3]
Гранулирование из расплава в башнях относится к наиболее распространенным способам производства гранулированных удобрений. В настоящее время этот способ применяют для гранулирования аммиачной, известково-аммиачной и кальциевой селитры, карбамида и сложных удобрений.
Аммиачную селитру гранулируют в высоких (30-60м.) или низких ( 21м.) башнях. Для гранулирования карбамида применяют башни высотой -50 м. Фосфаты аммония и сложные удобрения, получаемые на основе нитрофосфатов и фосфатов аммония, гранулируют в башнях, высота которых достигает 50-66 м. Все эти башни снабжены распылителями. Практически этот способ позволяет гранулировать любые удобрения, имеющие четко определённую температуру плавления и относительно низкую вязкость. Гранулирование удобрений из расплава возможно в широком интервале их температур плавления при условии, что свойства удобрений в расплавленном состоянии не изменяются в течение нескольких минут. В противном случае возможно некоторое отклонение от правильной (сферической) формы гранул [25].
Гранулирование удобрения из расплавов получают методом разделения плава на отдельные капли и их последующего затвердения в токе воздуха или в слое масла. Величина гранул примерно равна величине капли или определяется ею в случае удаления жидкости при сушке. Размер капли зависит от поверхностного натяжения, вязкости плава и условий протекания разбрызгивания плава. Капли плава, падая сверху вниз, охлаждаются потоком воздуха или в слое масла, в результате чего плав кристаллизуется.
Методика измерения и регулирования технологических параметров
В форабсорбер (10) для улавливания пыли, абсорбции аммиака и конденсации паров воды, подаются слобоаммонизированные растворы фосфорной кислоты из сборника (43) (рисунок 13), установленного в отделении абсорбции, погружным насосом (44), объемный расход которых автоматически изменяется регулирующим клапаном в зависимости от уровня жидкости в форабсорбере (10). Форабсорбер представляет из себя ёмкость с перемешивающимся устройством. Основная его функция заключается в частичном улавливании пыли и аммиака из технологического газа, выходящего из гранулятора. В процессе улавливания аммиака фосфорная кислота нейтрализуется до мольного соотношения 0,3-0,5. Эффективность поглощения аммиака составляет около 20 %.
Шихта, полученная в аммонизаторе - грануляторе (1), через пересыпную вибротечку поступает в сушильный барабан (6) отделения сушки. В производстве используется конвективный способ сушки - непосредственное соприкосновение теплоносителя (топочного газа) с высушиваемым материалом при прямотоке. Топочные газы, соприкасаясь с высушиваемым продуктом, постепенно охлаждаются и насыщаются парами воды. Этот процесс продолжается до тех пор, пока давление водяных паров в топочных газах не станет равным давлению водяных паров воды над высушиваемым продуктом. При дальнейшем охлаждении топочных газов из них выделяется влага, которая снова будет поглощаться продуктом, то есть начнется конденсация влаги из газов и увлажнение продукта, поэтому температура отходящих газов должна быть выше точки росы (наибольшая температура, при которой из газа, содержащего водяные пары, начинается конденсация влаги). Отметим, что шихта, поступающая после аммонизатора - гранулятора на стадию сушки с первоначальной влажностью 2-3 %, высушивается до конечной влажности 1,5-1,8 %. Необходимо отметь, что стадии сушки диаммонийфосфата, несмотря на незначительный влагосъём, крайне важна для производства. Диаммонийфосфат с влажностью более 1,8 % после нескольких часов хранения слёживается, имеет низкие прочностные характеристики, и, теряет транспортабельные свойства.
Топочные газы получаются при сжигании природного газа в топочно -горелочном устройстве (ТГУ). В комплект топочно - горелочного устройства входит приемная камера воздуха, многорежимный газовый калорифер (7), и камера сгорания с диаметром наружного кожуха 1360 мм. Калорифер состоит из корпуса, в котором установлен газовый коллектор в виде двух камер с автономным подводом газового топлива. Подача воздуха обеспечивается вентилятором (11). Воздух из атмосферы по воздуховоду подается на всас вентилятора (11) и далее по воздуховоду в топочно — горелочное устройство. Смесь топочных газов и воздуха прямотоком с влажными гранулами поступает по газоходу диаметром 1100 мм в сушильный барабан (6).
Процесс сушки в начальный период идет очень интенсивно, затем по мере снижения температуры теплоносителя процесс замедляется и в выгрузочном конусе сушильного барабана температура продукта приближается к температуре отработанного теплоносителя. Сушильный барабан представляет собой вращающийся цилиндрический аппарат диаметром 4500 мм, длиной 35000 мм В «голове» сушильного барабана установлен конус и винтовая насадка для перемещения поступающего продукта в сушильную часть, которая оборудована лопастной насадкой для увеличения теплообмена между продуктом и дымовыми газами.
Сушильный барабан оборудован загрузочной и разгрузочной камерами. В разгрузочной камере СБ установлено «беличье» колесо, предназначенное для разрушения крупных комков и классификации продукта. Высушенный продукт размером менее 50 мм проваливается в разгрузочную течку и подается конвейером (12) на узел рассева. Передвижение гранул по аппарату обеспечивается углом наклона барабана, равным 2, и вращением его со скоростью 2,73 об/мин.
Процесс сушки связан с выделением аммиака, фтористых соединений и пыли в результате частичного разложения диаммонийфосфата и кремнефторида аммония по реакциям: t, С t, С (NH4)2HP04 л NH3 + NH4H2PO4 (NH4)2SiF6 л 2NH3 + SiF4 + 2HF
Пылегазовоздушная смесь после сушильного барабана (6) проходит очистку от пыли в пылеуловителях со встречными закручивающимися потоками (сокращенно - ВЗП). Пыль из пылеуловителей через пересыпное устройство, исключающее подсос воздуха, выводится на ретурный конвейер (19). Очищенные от пыли газы, содержащие фтористые соединения и аммиак, вентиляторами (40/1,2) подаются в абсорбер (38) схемы «большой» абсорбции.
Из сушильного барабана (6) ленточными конвейерами (12) и элеваторами (13) высушенный продукт подается на двухситные вибрационные грохоты типа «Хеннион» (14) где осуществляется рассев по фракциям. Мелкая фракция из грохотов (14) по течкам с вибраторами поступает на ретурный конвейер (19). Крупная фракция с верхних сит грохотов поступает в дробилки (15) и затем по вибротечкам также поступает на ретурный конвейер (19). Товарная фракция делится на два потока (больший возвращается в ретурный цикл, меньший подаётся на охлаждение в холодильники «кипящего слоя» (16)). Охлаждение продукта осуществляется атмосферным воздухом, нагнетаемым вентилятором (17). Объемный расход воздуха регулируется шиберными заслонками, установленными на линии всаса вентиляторов.
Холодильник «КС» представляет собой аппарат прямоугольного сечения, имеет одну ступень охлаждения, которая состоит из одной перфорированной решетки с тремя секциями по 3000 мм длиной и шириной 1000 мм, установленными каскадом, с уклоном 1:50. Поверхность решёток холодильника «КС» - 9 м2. Каждая секция имеет порог с изменяющейся от 0 до 200 мм высотой. Решетка равномерно перфорирована отверстиями диаметром 3 мм. Уровень продукта на каждой секции аппарата поддерживается порогами, установленными в конце секций.
Оптимизация процессов гранулирования и сушки
По аналогии с процессом гранулирования решаем оптимизационную задачу для процесса сушки. Полученные ранее регрессионные уравнения (7)-(9), а так же дополнительные ограничения на технологические параметры использованы при решении оптимизационной задачи. В качестве целевой функции естественно было взято содержания товарной фракции в продукте после сушильного барабана (9). Очевидно, содержание товарной фракции должно стремиться к максимуму, но с ограничениями [100]: F(x) = -365.227+ 18.32262х16 + 0,308322х17 + 200.7199xI8 -0.01387 - max (35) Значения функции, описывающей изменение содержание влаги в готовом продукте, могут изменяться, согласно найденным нами пределам изменения, в следующем диапазоне: 1.3 -6.7140996 + 0.3818603х16 +0.003374817 + 3.954826х,8 -0.0004064х19 1.7 (36)
Значения функции, описывающей изменение температуры продукта после сушильного барабана, могут изменяться, согласно найденным нами пределам изменения, в следующем диапазоне: -72.15606-7.7143147х1б + 0.2856027х17 + 75.568884х18 + 0.0680085х19 110 (37) На каждый из входных параметров будут накладываться следующие ограничения: 1.6 х16 2.9 (38) 95 х17 110 (39) 1.87 х18 1.9 (40) 450 х19 550 (41)
Решение данной оптимизационной задачи авторами проводилось с использованием прикладного математического пакета "Mathcad". Методика проведения вычислений представлена в приложении 5. В результате были найдены оптимальные значения входных параметров: х16=2,3 %; х17=97,6 С0 ; х18=1.87; х19=450 С0.
При данных оптимальных входных параметрах значения выходных параметров будут следующими: у7=1,7 %; у8=110 С0; у9=75,8 %.
Найдя значение оптимальной температуры топочных газов, идущих на сушку, определяем оптимальные расходы природного газа (Х19) и воздуха (х2о). Выделив из уравнения (10) расход природного газа Xi9, получим следующее выражение: х20 = -956.764686 + 2.598799 lyw + 0.0409992JC21 (42) Далее решаем задачу линейного программирования. В качестве целевой функции принят расход природного газа в топку (xic,). Минимизировав данную функцию при следующих ограничениях: 450 у!0 451 (43) 480 х20 550 (44) 6800 хп 7500 (45) получаем следующие значения оптимальных параметров топки: Ую=450 С0; X2i=6800 м3/ч, при этом расход природного газа составит х20=492,49 м3/ч. Все расчёты авторами производились с использованием прикладного математического пакета "Mathcad".
Решая оптимизационную задачу для процесса сушки нами были найдены такие технологические параметры, при которых влажность готового продукта не будет превышать 1,7 %, температура продукта не превысит 110 С, а содержание товарной фракции будет максимальным при минимальном расходе дорогостоящего сырья и природного газа. Такое содержание товарной фракции равное 75.1 % после сушилки будет обеспечивать оптимальный гранулометрический состав ретура, идущего в гранулятор.
Так как процесс сушки по технологической цепочке следует сразу же за процессом гранулирования, поэтому выходные параметры процесса гранулирования являются входными для процесса сушки. При решении оптимизационной задачи для процесса сушки нами были рассчитаны оптимальные влажность шихты, мольное соотношение в шихте, а также температура шихты, которые должны обеспечивать надёжность процесса гранулирования. Сравнивая оптимальные значения параметров на выходе из гранулятора, которые были получены при оптимизации процесса гранулирования, видим, что они отличаются от их оптимальных значений, полученных при оптимизации процесса сушки. Поэтому необходимо проведение повторной оптимизации процесса гранулирования. В этом случае при решении оптимизационной задачи процесса гранулирования изменяются неравенства (12),(13),(14).
Значения функции, описывающей изменение влажности в шихте после процесса гранулирования, согласно полученным данным при оптимизации процесса сушки, принимаем в следующем узком диапазоне [101]: 2.282 5.299673-0.1286 ,-0.08789 +0.062991 + 0.178018-0.19258+0.151034 + + 0.003245х7 -0.07668х8 -0.2144х9 -2.46225х,0-0.00275хп +0.000085х12 -0.32934х13 + + 0.228906 ,4 2.286 (46)
Значения функции, описывающей изменение температуры шихты после процесса гранулирования, согласно полученным данным при оптимизации процесса сушки принимаем в следующем диапазоне: 97.5 25.6264 + 17.05332 ,-1.23062+14.29825+8.358889+25.70533-6.80172 -7.9157 -2.08589 +57.02151 -83.8951 ,0 -0.05023 ,, +0.327869,2 -6.88872 ,3 -11.0034 14 97.6 (47)
Значения функции, описывающей изменение мольного соотношения в шихте после процесса гранулирования, согласно полученным данным при оптимизации процесса сушки принимаем в следующем диапазоне: 1.87 1.590863 + 0.004423 , + 0.005694 - 0.03002 + 0.008254 + 0.01585 - 0.00971 + + 0.036009х7 -0.0101 Зх8 - 0.03484х9 + 0.263265х10 -0.0007ІХ!{+ 0.0000369х12 -0.05668 п-0.00893 14 1.871 (48)
Решая оптимизационную задачу для процесса гранулирования уже при новых ограничениях диапазонов изменения входных параметров (46), (47), (48) получим следующие уточнённые значения входных параметров процесса гранулирования (Методика проведения вычислений представлена в приложении 7): хі= 3 т/ч; х2=12,755 м3/ч; х3=3,8 т/ч; х4=11,488 м3/ч; х5=3,743 т/ч; х6= 12 м3/ч; х7= 3,5 т/ч; х8= 11,7 м3/ч; х9= 0,45; Хю= 1,54 г/см3; Хц= 51,5 С; xi2=190 т/ч; Xi3= 1,4 т/ч; х14=2,1 т/ч, xi5= 0,44
При данных значениях входных параметрах выходные оптимальные значения функций процесса гранулирования будут следующие: У1=2,3 %; у2=97,5 С; у3=1,87 ; у4=61,4 т/ч; у5=18,2 %; у6=46,0 %.
Сравнив полученные результаты, можно заметить, что в целом значения входных параметров отличаются незначительно, однако производительность по готовому продукту во втором варианте получается несколько меньше, чем в первом варианте. Тем не менее, необходимо отметить, что и общая нагрузка по реагентам (аммиаку, фосфорной кислоте) во втором случае несколько меньше, чем в первом. В связи с этим снижается себестоимость продукта.
Полученные данные в ходе решения оптимизационных задач для процессов гранулирования и сушки представляют для производства несомненный интерес. Полученные результаты по оптимальным значениям входных параметров использовали при составлении режимных карт для производства минеральных удобрений на ОАО "Аммофос", так как при наличии действующего оборудования возможно увеличение производительности всей технологической системы при поддержании надёжной работы каждой единицы оборудования и получении заданных качественных характеристик удобрений.
Используя полученные регрессионные зависимости, можно графически проанализировать влияние каждого выявленного нами фактора на качественные характеристики диаммонийфосфата при отклонении их от полученных оптимальных значений как для процесса гранулирования, так и для процесса сушки. Для удобства вычисления и получения наиболее точной информации о влиянии входных параметров на качественные характеристики продукта, рассчитаем выходные параметры при минимальных, средних и максимальных значениях входных параметров. Полученные расчётные данные представим в виде графиков. В таблицах под графиками представлены расчётные значения качественных показателей диаммонийфосфата при изменении входных параметров в допустимых пределах.
Решение повторной оптимизационной задачи для процесса гранулирования
Анализ полученных данных показывает, что при изменении расхода аммиака на каждый из четырёх смесителей влажность продукта после сушильного барабана меняется незначительно. Однако при увеличении расхода аммиака на аммиачную рампу влажность продукта резко снижается. Это свидетельствует о том, что за счёт большего подвода аммиака по всей длине аммонизатора-гранулятора процесс испарения влаги в гранулируемой шихте идёт наиболее интенсивно, снижая влажность шихты после гранулятора, и тем самым, содержание влаги в продукте.
Изменение влажности продукта после сушильного барабана от расхода слабоаммонизированной фосфорной кислоты на смесители представлено на рисунке 30. Анализ полученных расчётных данных показывает, что при увеличении расхода слабоаммонизированной фосфорной кислоты на смесители поз. 2,3 влажность продукта после сушильного барабана увеличивается. При увеличении расхода кислоты на смесители поз. 4,5 влажность продукта после сушильного барабана практически не меняется (поз. 4) или снижается. Связано это с расположением смесителей по длине гранулятора. При увеличении расхода кислоты на смесители поз. 4,5 влага, поступающая в гранулятор с кислотой, успевает испариться за счёт теплоты реакции, при прохождении всей длины гранулятора. Дополнительная влага поступающая с кислотой на смесители поз. 2,3, находящиеся близко к выгрузке из гранулятора, не успевает испариться и в составе шихты поступает в сушилку, тем самым увеличивая нагрузку по влагосъёму.
Изменение влажности продукта после СБ от температуры слабоаммонизированной фосфорной кислоты поступающей на смесители. Изменение влажности продукта после сушильного барабана от температуры слабоаммонизированной фосфорной кислоты поступающей на смесители показано на рисунке 31. Расчётные данные свидетельствуют о том, что при увеличении температуры слабоаммонизированной фосфорной кислоты влажность продукта после сушильного барабана падает. При увеличении температуры кислоты растёт температура гранулируемой смеси, при этом количество испаряемой влаги увеличивается, и, соответственно, содержание влаги в шихте, а, соответственно, в продукте снижается.
Изменение влажности продукта после сушильного барабана от расхода природного газа в ТГУ представлено на рисунке 32.
Совершенно очевидно, что при увеличении расхода природного газа в ТГУ растёт температура топочных газов, и, соответственно, влажность готового продукта после сушильного барабана уменьшается.
Таким же образом, как на рис. от 18 до 32 нами были проанализировано влияние всех определяющих параметров как на качественные (содержание азота и фосфора в готовом продукте, влажность и температура готового продукта) так и количественные (производительность системы по готовому продукту, выход товарной фракции после сушильного барабана) характеристики.
Подводя итоги отметим, что представленные данные, показывающие влияния основных входных параметров на основные качественные характеристики диаммонийфосфата, безусловно имеют важное практическое значение. Анализ всех полученных данных показал, какие из основных технологических параметров в большей степени влияют на каждую из качественных характеристик диаммонийфосфата. Проведённый графический анализ подтвердил выдвинутые нами предположения о том, что выбранные ранее входные параметры процессов гранулирования и сушки являются определяющими, а также адекватность полученных коэффициентов регрессионных уравнений. Полученные данные по расчётам основных параметров грануляции и сушки позволяют количественно оценить влияние каждого из них и ещё раз выявить наиболее влияющие. Полученные нами в этом параграфе данные можно также использовать для локальной оптимизации каждой единицы оборудования отдельно.
Находим себестоимость диаммонийфосфата после оптимизации, заменив в калькуляции расходные коэффициенты по аммиаку, фосфорной кислоте и по природному газу. После расчёта получаем себестоимость, равную 5631,38 руб/т.
Определим полученную прибыль от реализации диаммонийфосфата за год (после проведения оптимизации). N2=61.435 8640(6470-5631.38)=445 138 154 руб Определяем экономический эффект от проведённой оптимизации. 3=N2-Ni=445 138 154-327 037 392=118 100 762руб/год
Расчёт экономического эффекта показал, что при внедрении оптимизации технологических режимов процессов грануляции и сушки в производство диаммонийфосфата можно снизить себестоимость готового продукта за счёт экономии фосфорной кислоты и природного газа на 150,41 руб/т, увеличить производительность технологической линии по товарной фракции от 55 т/ч (по регламенту) до 61,435 т/час, и получить суммарный экономический эффект в размере 118 100 762 руб/год на одной нитке производства ДАФ.
Учитывая то обстоятельство, что проводя процессы сушки и грануляции при оптимальных режимах, мы можем полностью исключить простои оборудования за счёт резкого повышения технологической надёжности всей системы. Исключение простоев оборудования позволит увеличить годовой выпуск продукции и получить дополнительный экономический эффект в размерах не менее рассчитанного.
Похожие диссертации на Повышение эффективности производства сложных минеральных удобрений путем оптимизации процессов гранулирования и сушки
