Конструктивный расчет печи «КС» с использованием математического моделирования
Целью математического моделирования является определение оптимальных условий протекания процесса, управления им на основе математической модели и перенос результатов на объект. Под математическим моделированием понимается изучение свойств объекта на математической модели.
Конструктивные размеры определяются на основании технологического расчета. Для печей «КС» определяют следующие конструктивные размеры: площадь и диаметр газораспределительной решетки, высоту «кипящего» слоя, высоту сепарационного пространства, общую высоту аппарата.
Расчет печи «КС»
Таблица 9 – Исходные данные
| Наименование параметра | Значение |
| Производительность по готовому т/ч | |
| начальная влажность соль,% | |
| конечная влажность соли,% | 0,1 |
| количество испаряемой влаги | 8903,225806 |
| начальная температура теплоносителя | |
| конечная температура теплоносителя | |
| максимальный диаметр частиц, м | 0,001 |
| Плотность частиц, кг/м3 | |
| динамическая вязкость воздуха, Па*с | 0,000022 |
| Ускорение свободного падения, g | 9,81 |
| Порозность | 0,75 |
| Среднее влагосодержание воздуха | 0,0874 |
| Молярная масса сухого воздуха, кг/кмоль | |
| Молярная масса водяных паров, кг/кмоль | |
| Рабочее значение критерия Лященко | 0,045 |
| Критическое значение критерия Лященко | 0,0001 |
| Расход топлива на сушку, кг/с | 0,216 |
| Расход сухого газа, кг/с | 17,29 |
Таблица 10 – Распечатка формул
| Наименование параметра | Значение |
| Средняя температура воздуха в сушке | =(C10-C11)/(2,3*(LOG10(C10/C11))) |
| Средняя плотность сухого воздуха | =(C18/22,4)*(273/(273+B27)) |
| Средняя плотность водяных паров | =(C19/22,4)*(273/(273+B27)) |
| Скорость начала псевдоожижения | =(B32*C14)/(B28*C12) |
| Критерий Архимеда | =((C12^3)*B28*C15*C13)/(C14^2) |
| Критерий Рейнольдса | =B31/(1400+5,22*(КОРЕНЬ(B31))) |
| Число псевдоожижения | =(C20/C21)^(1/3) |
| Скорость газов | =B33*B30 |
| Средняя плотность газа на выходе из сушки | =((C18+((C9/3600)/0,216))/(22,4+1,24*((C9/3600)/C22)))*(273/(273+C11)) |
| Площадь решетки | =C23/(B35*B34) |
| Диаметр решетки | =КОРЕНЬ(B36/0,785) |
| Высота псевдоожиженного слоя | =80*5*10^-3 |
| Высота сепарационного пространства | =B38*4 |
| Общая высота аппарата | =B38+B39 |
Таблица 11 – Результаты расчета
| Наименование параметра | Значение |
| Средняя температура воздуха в сушке | 303,1550761 |
| Средняя плотность сухого воздуха | 0,613441614 |
| Средняя плотность водяных паров | 0,380756864 |
| Скорость начала псевдоожижения | 0,401149006 |
| Критерий Архимеда | 24867,19933 |
| Критерий Рейнольдса | 11,18552244 |
| Число псевдоожижения | 7,663094324 |
| Скорость газов | 3,074042668 |
| Средняя плотность газа на выходе из сушки | 0,758127505 |
| Площадь решетки | 7,418956913 |
| Диаметр решетки | 3,074231697 |
| Высота псевдоожиженного слоя | 0,4 |
| Высота сепарационного пространства | 1,6 |
| Общая высота аппарата |
Зависимость диаметра решетки от начальной влажности материала
Таблица 12 – Расчетные данные
| Удаляемая влага, кг/с | Начальная влажность соли,% | Конечная влажность соли,% | Плотность газа на выходе, кг/м3 | Скорость газов, м/с | Площадь решетки, м2 | Диаметр решетки, м |
| =($C$6*((H7-$I$7)/(100-H7)))/3600 | 0,1 | =(($C$18+(G7/0,216))/ (22,4+1,24*(G7/$C$22)))*(273/(273+$C$11)) | =B37 | =$C$23/(J7*$K$7) | =КОРЕНЬ(L7/0,785) | |
| =($C$6*((H8-$I$7)/(100-H8)))/3600 | =(($C$18+(G8/0,216))/ (22,4+1,24*(G8/$C$22)))*(273/(273+$C$11)) | =$C$23/(J8*$K$7) | =КОРЕНЬ(L8/0,785) | |||
| =($C$6*((H9-$I$7)/(100-H9)))/3600 | =(($C$18+(G9/0,216))/ (22,4+1,24*(G9/$C$22)))*(273/(273+$C$11)) | =$C$23/(J9*$K$7) | =КОРЕНЬ(L9/0,785) | |||
| =($C$6*((H10-$I$7)/(100-H10)))/3600 | =(($C$18+(G10/0,216))/ (22,4+1,24*(G10/$C$22)))*(273/(273+$C$11)) | =$C$23/(J10*$K$7) | =КОРЕНЬ(L10/0,785) | |||
| =($C$6*((H11-$I$7)/(100-H11)))/3600 | =(($C$18+(G11/0,216))/ (22,4+1,24*(G11/$C$22)))*(273/(273+$C$11)) | =$C$23/(J11*$K$7) | =КОРЕНЬ(L11/0,785) |
Таблица 13 – Результаты расчета
| Удаляемая влага, кг/с | Начальная влажность соли,% | Конечная влажность соли,% | Плотность газа на выходе | Скорость газов | Площадь решетки | Диаметр решетки |
| 0,996563574 | 0,1 | 0,819908131 | 3,074231697 | 6,859511741 | 2,956049986 | |
| 1,354166667 | 0,801760327 | 7,01477644 | 2,989317806 | |||
| 1,719298246 | 0,78561289 | 7,158957706 | 3,019882671 | |||
| 2,092198582 | 0,771152356 | 7,293201412 | 3,048065359 | |||
| 2,47311828 | 0,758127505 | 7,418500735 | 3,074137181 |
Построим график зависимости диаметра решетки от начальной влажности материала
Рисунок 6 – График зависимости диаметра решетки печи «КС» от начальной влажности KCl
Из графика видно, что с увеличением начальной влажности высушиваемого материала, диаметр решетки печи увеличивается.
С помощью введенных в систему формул получен расчет конструктивных размеров печи. Результаты расчета изменяются при изменении хотя бы одного параметра. Таким образом, можно определять оптимальные размеры аппарата.
АВТОМАТИЗАЦИЯ
Общие сведения
Современные химические производства характеризуются значительной сложностью и высокой интенсивностью технологических процессов. Эффективное управление такими производствами основано на комплексной автоматизации технологических процессов.
Основу автоматизации производства составляют автоматизированные и автоматические системы управления технологическими процессами, агрегатами и производствами с использованием управляющих ЭВМ и средств автоматизации. Применение автоматизированных систем управления повышает уровень организации производства, оперативность управления технологическим процессом, сокращает цикл производства и внутрипроизводственные запасы, обеспечивает более полное использование материалов. Появляется возможность перехода к оптимизированным технологическим процессам, что увеличивает производительность агрегатов, повышает эффективность использования сырья и материалов, предотвращает аварийные ситуации. При этом качество готового продукта улучшается, а его характеристики стабилизируются.
В автоматизированном производстве человек переключается на творческую работу-анализ результатов управления, составление заданий и программ для автоматических устройств и т. д. Для обслуживания агрегатов, оснащенных сложными системами автоматизации, требуются специалисты с высоким уровнем знаний. С повышением квалификации и культурного уровня рабочих стирается грань между физическим и умственным трудом.
Достижение эффективности от внедрения систем и средств автоматизации в калийной промышленности особенно важно в связи с тем, что производства этой подотрасли горнорудной промышленности являются трудоемкими, выпускают продукцию, пользующуюся повышенным спросом, применяя при этом разнообразное технологическое оборудование и потребляя значительное количество материалов и энергии.
Комплексная автоматизация производственных процессов химической промышленности невозможна без автоматизации управления отдельными этапами процесса и основными аппаратами технологической линии. Процессы сушки играют существенную роль в химическом производстве как по энергоемкости, так и по влиянию на качество выпускаемой продукции. В соответствии с большим разнообразием процессов химической технологии и требований, предъявляемых к готовой продукции, в химической промышленности используют различные виды сушки и разнообразные типы и конструкции сушильных установок. Автоматизация их отличается от автоматизации прочих химико-технологических агрегатов. Эта специфика определяется особенностями динамических свойств сушильных аппаратов как объектов управления; многотонажностью производства, следствием чего зачастую является распределенность параметров объекта и необходимость обоснованного размещения датчиков в сушильной камере; многочисленностью контролируемых и регулируемых параметров и сложностью выбора критерия оптимальности, связанного с показателями качества продукта и с экономичностью процесса сушки.
Основная задача управления процессом сушки концентрата флотационной фабрики – получение продукта с влажностью не превышающей допустимую при минимальных затратах топлива.