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.