ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 669.531.12+004.942+001.891.573
DOI: 10.18503/1995-2732-2024-22-1-20-28
Аннотация
В статье рассмотрено моделирование гетерогенного взаимодействия твердого мелкодисперсного материала с газообразным реагентом в условиях идеального смешения при обжиге сульфидных цинковых материалов в печах кипящего слоя. Для описания влияния параметров на течение технологических процессов из моделируемой системы выделяются математические модели с набором входных и выходных параметров, которые затем объединяются в модули по функциональным связям. В ходе исследования решена задача разработки такой модели, которая позволяет проводить оценку состояний процесса обжига и выполнять расчеты показателей технологической системы при изменении внешних и внутренних параметров. Разработка модели выполнялась на основе экспериментально-аналитического описания протекающих процессов, закономерностей химической кинетики гетерогенных реакций между газовой фазой и твердыми частицами, уравнений равновесия потоков веществ в реакторе идеального смешения и термодинамических соотношений идеальных газов. Созданная математическая модель описывает механизм процесса обжига с учетом парциальных давлений реагентов, площади реакционного взаимодействия и интенсивности перемешивания твердого материала во взвешенном состоянии. Разработанная блочно-модульная модель в программном пакете Matlab Simulink позволяет выделить основные процессы и параметры в структурированной системе блоков, проводить имитационное моделирование, оценивать и предсказывать влияние различных условий на показатели процесса, проводить оптимизацию технологической системы. Выполнено объединение отдельных процессов в вычислительные модули, с помощью которых создается систематизированное иерархическое математическое описание в виде вычислительных блоков, в результате чего создается наглядная и хорошо структурированная система, в которой удобно выделить необходимые параметры и процессы для моделирования и изучения. Модель наглядно отражает механизм обжига цинкового концентрата в печах кипящего слоя и изменение его показателей в зависимости от условий проведения процесса и применима для подобных процессов металлургического и химического производства.
Ключевые слова
математическое моделирование, идеальное смешение, Simulink, обжиг, кипящий слой, химическая кинетика, металлургия цинка, численные методы, вычислительные модули
Для цитирования
Блочно-модульное моделирование и исследование бимолекулярного гетерогенного взаимодействия при обжиге сульфида металла / Зароченцев В.М., Рутковский А.Л., Кондратенко Т.В., Макоева А.К. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. №1. С. 20-28. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2024-22-1-20-28
1. Белоглазов И.И. Моделирование и управление процессом обжига металлургических концентратов в печах кипящего слоя: дис. … канд. техн. наук. СПб.: Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», 2012. 126 с.
2. Толибов Б.И., Сайдахмедова Л.А., Уткирова Ш.И. Обзор технологий по окислительному обжигу сульфидных золотосодержащих кеков бактериального выщелачивания // Journal of Advances in Engineering Technology. 2022. №1. С. 64-67.
3. Обзор исследования технологии окислительного обжига золотосодержащих углистых концентратов / Сайдахмедова Л.А., Толибов Б.И., Жабборова С.Г., Исломов И.Н. // Universum: технические науки. 2023. №2(107). С. 38-43.
4. Кимяев И.Т., Спесивцев А.В. Нечетко-возмож-ностный подход к управлению сложностью интегрированных информационно-управляющих систем // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2022. Т. 65. №11. С. 813-817.
5. Алкацев В.М., Рутковский А.Л., Макоева А.К. Исследование процесса обжига цинковых концентратов в кипящем слое методом математического моделирования // iPolytech Journal. 2022. Т. 26. №4. С. 669-676.
6. К вопросу математического моделирования процесса обжига в кипящем слое / Смольянинов В.В., Данилянц А.Э., Гудушаури З.Б., Хадзарагова Е.А. // Синтез науки и образования как механизм перехода к постиндустриальному обществу: сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. Уфа, 2020. С. 66-68.
7. Кудасов А.М. Компьютерное моделирование металлургических процессов в программе AnyLogic // Наука и современность. 2012. №19-2. С. 60-67.
8. Мунц В.А., Ивакина С.А., Чойнзонов Д.Б. Изучение кинетики окисления сульфидного цинкового концентрата в печи кипящего слоя // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2017. Т. 17. №3. С. 34-42.
9. Трусов Б.Г. Моделирование кинетики химических превращений: термодинамический подход // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Естественные науки». 2005. №3. С. 26-38.
10. Зароченцев В.М., Кондратенко Т.В., Макоева А.К. Динамика реакции в ячейке с идеальным смешением в растворе // Инженерный вестник Дона. 2018. №2 (49). С. 66.
11. Зароченцев В.М., Кондратенко Т.В., Макоева А.К. Методика статистического анализа стационарной кинетической модели ячейки идеального смешения // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2018. Т. 80. №4. С. 133-137.
12. Зароченцев В.М. Применение метода блочного моделирования каскада реакторов выщелачивания в среде Matlab // Известия вузов. Цветная металлургия. 2006. №4. С. 61-66.
13. Зароченцев В.М., Рутковский А.Л., Болотаева И.И. Блочно-модульное моделирование механизма физико-химических процессов, протекающих при вельцевании цинковых кеков // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и Технические Науки. 2023. №12. C. 62-72.
14. Corina M.D., Popa G.N., Iagar A. Mathematical Modeling and Simulation in Matlab/Simulink of Processes from Iron Ore Sintering Plants // WSEAS TRANSACTIONS on SYSTEMS. 2009, vol. 8, no. 1, pp. 34-43.
15. Development of a Dynamic Population Balance Plant Simulator for Mineral Processing Circuits / Khoshnam F., Khalesi M.R., Darban A.K., Zarei M.J. // Int. J. Min. & Geo-Eng. June 2015, vol. 49, no. 1, pp. 143-153.
16. Середа С.Н. Особенности моделирования химических реакторов в Matlab // Методы и устройства передачи и обработки информации. 2021. №23. С. 89-94.
17. Ивакина С.А., Мунц В.А. Печь кипящего слоя для обжига цинковых концентратов как объект регулирования // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329. №9. С. 31-42.
18. Нарзуллаев Ж.Н.У., Фазлиддинова Х.В.К., Шералиев Б.З.У. Исследование химических превращений при обжиге упорного золотосодержащего сырья // Фундаментальные и прикладные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации: сб. ст. LVI Междунар. науч.-практ. конф. Пенза, 2022. С. 78-80.
19. Куприяшкин А.Г., Петухова Л.И. Математические модели металлургических процессов в AnyLogic // Научный вестник Арктики. Технические науки. 2019. №5. С. 6-12.
20. Орлов А.К. Стадийность окисления сульфидов при окислительном обжиге полиминеральных сульфидных концентратов // Записки Горного института. 2006. Т. 169. С. 163-166.
21. Имитационное моделирование обжига цинковых концентратов в печах кипящего слоя / Алкацев М.И., Алкацев В.М., Волошин С.Б., Дзгоев А.Э., Абаев З.К. // Вестник ЮУрГУ. Серия: Металлургия. 2018. Т. 18. №3. С. 26-32.
22. Исследование процесса обжига цинковых концентратов в кипящем слое методом математического моделирования / Рутковский А.Л., Дюнова Д.Н. и др. // Горный информационно-аналитический бюл¬летень (научно-технический журнал). 2013. №3. С. 217-222.
23. Корнилицин Д.К., Дадиомов Р.Ю., Шумихин А.Г. К приобретению знаний по управлению технологическим процессом сушки kcl в печи кипящего слоя на калийном предприятии с целью разработки экспертной системы // Автоматизированные системы управления и информационные технологии: матер. Всерос. науч.-техн. конф. В 2-х т. Т. 1. Пермь, 2022. С. 350-354.
24. Серегин П.С., Румянцев Д.В., Максимов Д.Б. Совершенствование конструкции печей обжига медного концентрата с использованием метода физического моделирования // Записки Горного института. 2005. Т. 165. С. 160-162.
25. Любанова А.Ш., Минишин Д.Д., Гущин М.А. Моделирование процесса управления обжигом молибденового концентрата в печи кипящего слоя // Высшая школа: научные исследования: матер. Межвуз. междунар. конгресса. М., 2022. С. 223-231.