Обобщеная структурная модель металлургического процесса

Раздел 2-ММССМ. Общие принципы и этапы построения математической модели.

При построении математической модели процесса реальное явление упрощается, схематизируется, и полученная схема описывается в зависимости от сложности явления с помощью подходящего математического аппарата. В модели должны быть учтены все основные черты рассматриваемого процесса, и вместе с тем, она не должна содержать мелких, второстепенных деталей, усложняющих ее и делающих затруднительным анализ. При построении модели процесса используют обычно системный подход. В соответствии с системным подходом моделируемый технологически подход рассматривается как система.

Известно, что система характеризуется функцией, целью и структурой. На основании системного подхода выполняется анализ объекта, выясняется, какие элементарные процессы протекают при функционировании объекта, составляется математическое описание отдельных элементарных процессов, а затем составляется общее математическое описание функционирования технологического объекта, Составление общего математического описания объекта производится на основании структуры объекта, с учетом характера связей между элементарными процессами, протекающими в объекте. Расчленение сложного процесса в объекте на элементарные стадии называется системным анализом процесса.Объединение математических описаний отдельных элементарных процессов в единое математическое описание объекта называется системным синтезом.

После построения модели необходимо проверить насколько верно описывает модель качественные и количественные характеристики объекта моделирования. Для этого проверяют адекватность модели. Адекватность модели проверяется путем сопоставления результатов моделирования с результатами наблюдения за характеристиками объекта при его функционирования. Адекватность модели зависти от того, насколько справедливы упрощения, сделанные при формулировки модели. Если модель адекватна, ее можно использовать для дальнейшего анализа поведения моделируемого объекта, Если модель не адекватна, необходимо либо пересмотреть значения параметров модели. Это так называемая параметрическая идентификация. Либо пересмотреть структуру модели. Эта процедура называется структурной идентификацией модели. При построении модели используется блочная структура модели. В соответствии с этой структурой модель представляется в виде совокупности отдельных блоков, описывающих элементарные процессы в объекте. Блоки объединяются в модель в соответствии со структурой процесса.

Процессы в технологических объектах происходят, как правило, в движущихся многофазных потоках, они сопровождаются переносом тепла и массы движущимися потоками и сопровождаются химическими превращениями исходных исходного сырья в продукты переработки. Эти процессы обычно сопровождаются выделением или поглощением тепла. Для поддержания необходимого температурного режима к технологическому объекту подводится ( или отводится) тепло из окружающей среды.

В соответствии с этим, структура технологического объекта как системы может быть представлена в следующем виде:

Раздел 3. Системный анализ металлургических процессов.

Обобщеная структурная модель металлургического процесса.

В настоящее время в рудной технологии освоено производство более 70 металлов. Технология производства большинства из них включает десятки процессов, проводимых в разнообразных металлургических аппаратах. В основе всех металлургических технологий лежит совокупность взаимосвязанных физико-химических превращений, направленных на разрушение химических соединений, присутствующих в рудах (концентратах) превращение металлов в элементарный вид, очистку от примесей. По существу металлургические технологии являются химическими технологиями, что позволяет при описании металлургических процессов использовать многие подходы, применяемые при описании и моделировании химических процессов. Совокупность всех процессов, реализуемых в данном аппарате при переработке исходного сырья в конечные продукты, называется технологическим процессом ТЕП.

Как известно, металлургические процессы можно разделить на две группы:

· Пирометаллургические

· Гидрометаллургичесие

Первые осуществляют при повышенных температурах, вторые – в водных средах или других растворителях при умеренных температурах.

Аппараты, предназначенные для осуществления пирометаллургических процессов, называют металлургическими печами. Во всех печах нужен источник генерации тепловой энергии и в соответствии с этим выделяют три группы печей:

1) Топливные

2) Электрические

3) Автогенные.

Существуют и другие типы классификации печей

Гидрометаллургические аппараты иногда называют баковыми.

Эти аппараты можно классифицировать в первую очередь по технологическому предназначению:

1) Смесители – емкости с перемешивающими устройствами различного типа – механическими мешалками, с эрлифтным перемешиванием и др. типами

2) Реакторы – аппараты для выщелачивания, экстракторы,, автоклавы и др.

3) Аппараты для разделения фаз – сгустители, тканевые фильтры рамного типа, фильтр-прессы, патронные фильтры, циклоны, центрифуги

4) Колонная аппаратура - экстракционные и ректификационные колонны, абсорберы, адсорберы

5) Сушилки - барабанного типа, со взвешенным слоем и др.

Рис.7.1 Обобщенная структура металлургического процесса:

а) схема первого приближения, б) развернутая схема

ТЭП-технологоэнергетический процесс; ЭП- энергетический процесс; ТОП- теплообменные процессы; ТЕП- технологический процесс; ФМП – физико-механические процессы: ГАП – гидроаэродинамические процессы.

В 60-х годах А. Диомидовский предложил обобщенную структурную схему металлургического процесса. Хотя первоначально эта схема была предложена для пирометаллургических процессов, в дальнейшем оказалось, что она применима и для гидрометаллургических процессов. На схеме приведена обобщенная (а)) и более детальная часть процесса(б)). Определенное сочетание указанных на рис.7.1. процессов и их режимных особенностей и называют обычно собственно технологией процесса, т.е. технологией технологического объекта управления –ТОУ. Основным является технологический процесс –ТЕП. Он и является, по существу, объектом управления, Остальные процессы являются обеспечивающими необходимое функционирование ТЕП.

В соответствии с представленной структурой мы рассмотрим закономерности отдельных элементарных процессов, происходящих в технологических объектах. Начнем рассмотрение с процессов переноса массы в движущихся средах.