Анализ работы металлургического агрегата с помощью табличного процессора Excel

Технические науки/1. Металлургия

Преподаватель Кокаева Г.А., д.т.н. Комков Н.М.

Восточно-Казахстанский государственный технический

университет им. Д. Серикбаева, Казахстан

Анализ работы металлургического агрегата с

помощью табличного процессора Excel

Аппараты с псевдоожиженным слоем применяются для разнообразных процессов и играют значительную роль в подготовке сырья к металлургическому переделу, что позволяет значительно повысить комплексность использования минерального сырья.

В современных условиях в процессах, проходящих в химической и металлургической промышленности, для интенсификации и повышения качества продукции широко применяются аппараты кипящего слоя, позволяющие поддерживать высокую степень контакта между различными фазами и большую однородность температурного поля за счет ускоренного тепло - и массообмена между твердой фазой, составляющей кипящий слой, и псевдоожижающим агентом. Этого можно добиться, только изучив закономерности и механизмы этих процессов.

Для определения механизма тепло- и массообменных процессов целесообразно использовать термочувствительные материалы. При переработке в аппаратах кипящего слоя термочувствительных материалов при обжиге, обезвоживании, прокалке и т.п., определяющее значение имеет однородность температурного поля кипящего слоя. На однородность температурного поля решающее влияние оказывает однородность газораспределения, т.е. конструкция газораспределительной решетки.

В промышленных аппаратах газораспределительная решетка в основном состоит из сопел различной конструкции.

Влияние параметров газораспределителя на различные стороны процесса в псевдоожиженном слое практически не изучено. По этому вопросу в литературе приводятся лишь единичные формулы, полученные, как правило, эмпирическим путем для каждого технологического процесса, и имеющие ограниченное применение, так как не учитывают механизма процесса газораспределения.

Оптимальность заложенных решений предлагается оценивать экспериментально по технологическим показателям процесса. Таким образом, данная методика расчета является полуэмпирической и так же не учитывает механизма процесса газораспределения. Способ расчета по ней требует дополнительных затрат трудовых и материальных ресурсов и может обеспечить однородность газораспределения только в определенных экспериментальных пределах.

Существование множества параметров газораспределителя, в то время как не изучен механизм их влияния на процесс газораспределения, затрудняет создание совершенной и универсальной методики расчета газораспределителя. Для создания такой методики целесообразно опираться на законы гидродинамики, определяющие процесс газораспределения, и на основе определения механизма газораспределения реально создание универсальной методики расчета газораспределительной решетки.

Основным параметром газораспределительной решетки, от которого зависит стабильная работа аппарата кипящего слоя, является живое сечение (доля свободного сечения решетки).

В литературе предложено множество методик расчета живого сечения, но ни одна из них не удовлетворяет всем видам процессов и аппаратов, так как в предложенных методиках не учитывается механизм работы газораспределительной решетки.

Используем для анализа работы аппарата кипящего слоя формулу для расчета критического живого сечения газораспределительной решетки, выведенную аналитическим путем на основе законов гидродинамики:

S_K ≤71,3376D^–2М{[g ρ_M (1– ε )H_K]^1,42·P₁^–0,42 –[g ρ_M (1– ε )H_K]^1,71·P₁^–^0,71}^–0,5

В этом уравнении учтены: высота и диаметр кипящего слоя; плотность материала; масса псевдоожижающего агента и его физические характеристики, входящие в числовой коэффициент формулы; порозность кипящего слоя, которая зависит от гранулометрических характеристик кипящего слоя и технологических параметров. При расчете живого сечения по данной формуле учитываются все параметры конкретного процесса, для которого создается аппарат кипящего слоя.

Таблица 1 – Исходные данные для расчета

	Параметры
	k	g	D	М	ρ	£	H_K	Р₁
Начальные значения параметров	71,3376	9,81	0,3	0,04	2500	0,6	0,2	20000
Шаг изменения параметров	–	–	0,3	0,5	125	0,01	0,1	1000

Таблица 2 – Результаты расчета

S(D)			S(M)			S(ρ_M)
D, м	S,%	Коэф. корреляции	М	S	Коэф. корреляции	ρ_M	S	Коэф. корреляции
0,3	86,37	-1	0,04	0,006	1	2500	0,877	–0,997
0,6	21,59	-1	0,54	0,088		2625	0,862
0,9	9,597	-0,97	1,04	0,170		2750	0,848
1,2	5,398		1,54	0,252		2875	0,836
1,5	3,455		2,04	0,334		3000	0,825
1,8	2,399	–0,88	2,54	0,445		3125	0,815
2.1	1,763		3,04	0,497		3250	0,806
2,4	1,350		3,54	0,579		3375	0,798
2,7	1,066		4,04	0,661		3500	0,792
3	0,864		4,54	0,742		3625	0,786	–0,986
3,3	0,714		5,04	0,824		3750	0,781	I
3,6	0,600		5,54	0,906		3875	0,777	1
3,9	0,511		6,04	0,988		4000	0,774
4,5	0,384		7,04	1,151		4250	0,769	0,449
4,8	0,337		7,54	1,233		4375	0,768
5,1	0,299		8,04	1,315		4500	0,767
5,4	0,267		8,54	1,397		4625	0,768
5,7	0,239		9,04	1,478		4750	0,769
6	0,216		9,54	1,560		4875	0,770

Таблица 3 – Результаты расчета

S(ε)			S(H_K)			S(P₁)
ε	S	Коэф. корреляции	H_K	S	Коэф. корреляции	P₁ · l0³	S	Коэф. корреляции
0,6	0,770	-0,191	0,2	1,738	-0,986	20	0,957	-0,985
0,61	0,768		0,3	1,383		21	0,922
0,62	0,768		0,4	1,187		22	0,894
0,63	0,767		0,5	1,062	-0,977 1	23	0,870
0,64	0,768		0,6	0,977		24	0,851
0,65	0,769		0,7	0,915		25	0,834
0,66	0,771	0,989	0,8	0,869		26	0,820
0,67	0,774		0,9	0,835		27	0,808
0,68	0,777		1,0	0,809		28	0,797	-0,996
0,69	0,781		1,1	0,790	-0,089	29	0,788
0,7	0,786		1,2	0,778		30	0,779
0,71	0,792		1,3	0,770		31	0,772
0,72	0,798		1,4	0,767		32	0,765
0,73	0,805	0,995	1,5	1,769		33	0,759
0,74	0,814		1,6	1,776		34	0,754	-0,998
0,75	0,823		1,7	1,788		35	0,749
0,76	0,833		1,8	1,806	0,990	36	0,745
0,77	0,845		1,9	1,832		37	0,741
0,78	0,858		2,0	1,867		38	0,737
0,79	0,872		2,1	1,915		39	0,734

Таким образом, при расчете живого сечения по данной формуле учитываются все параметры конкретного процесса, для которого создается аппарат кипящего слоя. С помощью ЭВМ, используя прикладную программу "EXCEL" исследовали влияние параметров и физико-химических свойств материала слоя и псевдоожижающего агента на живое сечение аппарата кипящего слоя.

Список литературы

1 Комков Н.М., Луганов В.А. Обжиг сульфидных цинковых концентратов. – Усть-Каменогорск.: ВКГТУ, 2004. - 389 с.