Введение к работе
з
Актуальїіость работы. В условиях становления рыночных отношений хозяйствования важное значение приобретает разработка экономически высоокоэффективных, автоматизированных и экологически чистых технологий производства цветных металлов, в частности, производства свинца.
Несовершенство существующих технологий получения свинца (малая эффективность, низкий уровень автоматизированного управления, высокий уровень загрязнения окружающей среды) привело к разработке и созданию новой экологически чистой, экономичной технологии низкотемпературной щелочной плавки свинцовых концентратов (патенты РФ авторов: Ходов Н.В. и др. №2131474 «Способ извлечения свинца из свинецсодержащего сырья», №2046832 «Способ гидрометаллургической переработки щелочного сульфидно-сульфатного плава от плавки свинцовых концентратов», запатентованных в США, Японии, Германии и др. странах).
Многие вопросы эффективного ведения этого процесса полностью не решены из-за трудностей учета влияния различных технологических факторов на его результаты, и как следствие управление осуществляется в условиях значительной пеопределеішости, обусловленной отсутствием статических и динамических характеристик и математических моделей. Кроме того, в начальной стадии реализации процесса кинетика и механизм реакции изучены слабо, поэтому расчет технологических агрегатов и выбор рациональных конструктивных параметров оборудования могли оказаться необоснованными и привести к неоправдшшым или избыточным капитальным затратам. Изучение литературы показало, что научно обоснованных методов расчета процесса низкотемпературной щелочной плавки свинцовых концентратов в настоящее время недостаточно. Это вносит в проектирование реакторов для осуществления данного процесса существенную долю субъективизма. Более
того, отсутствуют и удовлетворительные методы оценки эффективности ведения процесса, которые помогли бы при решении задач проектирования и оптимизации режима работы реакторов низкотемпературной щелочной плавки свинцовых концентратов.
В свете изложенного, актуальным является решение научно-технической задачи ускоренной реализации и повышения эффективности нового экологически чистого процесса получеїшя свинца за счет создания адекватных математических моделей и разработки на их основе эффективных алгоритмов автоматического управления, обеспечивающих гарантированное достижение цели процесса низкотемпературной щелочной плавки свинцовых концентратов.
Основной целью работы является разработка математических моделей щелочной плавки свинцовых концентратов, изучение закономерностей взаимовлияния конструктивных и технологических параметров нового способа производства свинца и синтез на их основе системы автоматического управления процессом, их использования для расчета аппарата и определения рациональных режимных параметров.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующий комплекс научно-технических вопросов, что обеспечит решение рассматриваемой актуальной задачи:
-
Разработать математическую модель, адекватную новому процессу, для дальнейшего исследования закономерностей и усовершенствования технологического процесса;
-
Разработать упрощенные математические модели для определения рациональных режимных параметров процесса и геометрических параметров реактора и для использования их в автоматической системе управления;
-
Разработать автоматическую систему управления процессом с алгоритмом ее функционирования, с учетом реальных условий,
стохастической природы внешних воздействий, приводящих к
качественным изменениям, не нашедших отражения в
применяемых моделях.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы
математического моделирования, теории идентификации, математической
статистики и исследования промышленных объектов с широким
использованием возможностей современных ЭВМ.
Научная новизна результатов исследования состоит в следующем:
-
Разработана математическая модель, адекватная процессу, на основе экспериментальных данпых автора о физико-химических взаимодействиях реагирующих веществ при низкотемпературной щелочной плавке свинцовых копцеїггратов для дальнейших исследований процесса и уточнения самого механизма реакции при изменении ее параметров в различных диапазонах;
-
Разработана аналитическая математическая модель процесса для применения в автоматической системе управления процессом;
-
Разработаны математические модели и предложены варианты их использования для определения рациональных конструктивных параметров реактора и рациональных режимных параметров;
-
Предложена автоматическая система регулирования процесса;
-
Разработаны и реализованы на ЭВМ алгоритмы фушащонирования автоматической системы управления, учитывающие реальные условия и стохастическую природу возмущающих воздействий.
Практическая значимость. В рамках научно-исследовательской работы по договору №59 от 10.10.97 между Научпо-экологическим предприятием ЭКОСИ и заводом «Электроцинк» (г.Владикавказ) созданы математические модели для проектирования, исследования и синтеза автоматических систем управления этим процессом. По результатам проведенных исследований и при
непосредственном участии автора определены конструктивные (геометрические) параметры технологического аппарата, определены рациональные режимные параметры ведения процесса. Синтезирована автоматическая система управления, функционирующая по соответствующим алгоритмам автора, что ускорило создание промышленного образца и его испытание на заводе «Электроцинк». При этом подтверждена высокая экономичность и экологичность нового процесса получения свинца.
Реализация результатов работы. Разработашіьіе в диссертации математические модели, алгоритмы, методические рекомендации и программы для ЭВМ, анализ экспериментальных данных прошли апробацию и использованы при создании и опытной эксплуатации нового технологического процесса производства свинца.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на научно-технических конференциях СКГТУ (г. Владикавказ) в 1995-1998 гг., НІЖ «ЮгЦветметавтоматика», на кафедре «Компьютерные информационные и управляющие системы автоматики» Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета) и ОАО «Электроцинк».
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 87 наименований, приложений. Основная часть работы изложены на 118 стр. машинописного текста, содержит 20 рисунков, 2 таблицы.