Для определения оптимального температурного профиля процесса восстановительного обжига закиси никеля в ТВП необходима детальная математическая модель статического режима процесса

Целью управления трубчатой вращающейся печи является стабилизация температурного режима работы печи, с целью улучшения качества получаемого частично восстановленного никеля на выходе из печи путём строгого контроля температуры в зонах восстановления и охлаждения. В связи с широким распространением вычислительной техники, основным методом исследования динамических свойств автоматических систем управления стал метод математического моделирования.

В основу метода математического моделирования положено понятие о математической модели исследуемого процесса (системы).

Под математической моделью понимают совокупность сведений, используемых в качестве математического описания процесса, которые заданы в виде уравнений.

На рисунке 1 изображена структура потоков в печи, из которой возможно выделить основные каналы управляющих и возмущающих воздействий объекта управления.

Рисунок 1 – Структура потоков в печи

Печь восстановительного обжига можно рассматривать как объект с распределенными параметрами, но такое представление объекта усложняет его математическое описание. В данной работе представлена ячеечная модель, как совокупность моделей идеального перемешивания и идеального вытеснения, для каждой зоны соответственно.

Цель моделирования заключается в получении статических и динамических характеристик объекта управления по различным каналам для расчета систем регулирования технологических параметров. Модель объекта управления представляет собой замкнутую систему дифференциальных уравнений при известных начальных условиях.

Каждая из пяти зон печи представлены в виде аппарата идеального перемешивания. Математически данный объект описывается системой из пяти дифференциальных уравнений, которые представляют собой выражения динамического теплового баланса.

(4.1

Преобразовав, получим:

(.4.2)

 – поток тепла;

 – массовый расход;

 – теплоемкость;

 – температура в определенной зоне печи.

Данная система решена в программе Mathcad.

Для разработки математической модели использованы программный комплекс ReactOp и система реакций (4.3), происходящих при получении частично восстановленной закиси никеля.

(4.3)

В программном комплексе ReactOp имеется банк моделей реакторов с различной гидродинамикой и условиями теплообмена, которые можно дополнить схемой химических превращений, и автоматизированная система обеспечит синтез математической модели реактора с введенной схемой химических превращений. Стандартные модели обеспечивают синтез математических моделей для однофазных потоков при прямоточном движении реакционных фаз и теплоносителя. Однако, в составе комплекса предусмотрена модификация стандартных моделей с использованием алгоритмического языка Фортран, что позволяет создать нестандартную модель многофазного противоточного реактора, адаптированную к условиям функционирования конкретного реактора.

Получена математическая модель стационарного режима работы трубчатой вращающейся печи в виде графиков изменения концентраций компонентов огарка, поступающих в трубчатую вращающуюся печи из печи кипящего слоя (рисунок 4.3) и модель изменения температурного режима печи по ее длине (рисунок 4.4).

На рисунке 4.5 показаны изменения состава основных компонентов процесса восстановительного обжига закиси никеля углеродом: изменение состава никеля и состава закиси никеля. Из графиков видно, что закись никеля стремительно уменьшается, а количество никеля, в свою очередь, увеличивается.