Математическое моделирование в задачах виртуального анализа и управления качеством калийных удобрений

3.2.Математическа моделирование процесса сушки калийных удобрений в псевдоожиженном слос
Развития производства минералных удобрений смавит целью решение задач повышения качества конечного продукти и снижение его себестоимости за счет внедрения новой технологии, нового аппаратурного орортления и использования методов с высокоэффиктивными тепло и массообменными процессами с максимальным использованием тепломи химических преврашений и реакций. Основани направления повышения качества калийных удобрений состоит в повышеним средней концентрации питательных компонентов, модифицирование поверхности гранул защитными поверхностами и выпуск продукции в грануированном виде (101-107).
Снежение себестоимами продукции необходимо добиваться да счей сокращения производственных помещений, совмещения технологических процессов одном аппарате, уменьшения финансивах запрет при реалиации и эксплуатации технологического оборудования, внедрения автоматизации и комплексной механизации производства.Один из переспиктивных направления успешного решения прблемы является реализация производства гранулированных удобрений в аппаратах кипощего слоя, состоящего в нансеции слоя распыленного раствора и пульпа поверхность гранула удобрения (108-112) способ позволяет сорместить в одном аппарате ряд тенологических операций по переработке исходного сырья в конечной продук.
Одна из важных задач состоит в нахандении оптимальных технологических параметров и управления функционированием устоновки является расчет аппаратов с цсльо получена продукта заданного химического и гранулометрического состова. Повышения качества минеральных удобрений достигается не только гранулированием и повышением концентрации питательных вществ, но улучшением физико-механических свойств готовой продукции.Особенно это касаемся удобрений, которые отличаются гигроскопичностью и высокой растворимостью в воде.
Изучение процессов производства калийных удобрений велось с позиций метода матиматического модилирования, который в настоящи время получает все более широкое применение(113-117).Моделирование велось с позицей системного подхода к анализу химико-технологическых процессов и систем (115-117).
Хлористый калий представлает собой один из основных видов продукции калийной промышленности.В производстве хлористого калия процессы сушки являются довершающей технологической операцией, от которой в значительной лире зависит качество конечной промышленной продукции, а также величине удельного энергопотребления и капитальных затрат, поскольку на современных калийных предприятиях требуется высушивать многотоннажные потоки, порядка 100 т/ч и выше.
В настоящее время одним из наиболее распространенных способов сушки KCl является сушки в аппаратах кипящего слоя. На рис.2.3 представлена упрощенная схема процесса сушки KCl в режиме кипящего слоя.

Рис.2.3.Схема процесса сушки в кипящем слое
Влажный кристаллизат подается из буферной емкости 1 питателем 2 в слой материала, «кипящего» над газораспределительной решеткой 3 в камере сушилки 4.Сушильный агент (топочные газы, разбавленные воздухом) подается в смесительную камеру 5 вентилятором 6, проходит с заданной скоростью через отверстия решетки 3 и поддерживает на ней материалов в «кипящем» состоянии. Высушенный материал ссыпается через штуцер 7 несколько выше решетки 3 и удаляется транспортерам 8. Отработанные газы очищаются от унесенной пыли в циклоне 9 и батарейном циклоне 10, после чего сбрасываются в атмосферу.
Схема автоматического регулирования процесса сушки хлористого калия в печи псевдоожиженного слоя представлена на рис.2.4.



Рис. 2.4. Схема регулирования процесса сушки в сушилках с кипящим (псевдоожиженным) слоем: 1– сушилка; 2– кипящий слой; 3– решетка; 4 – топка; 5 – промежуточный бункер; 6– питатели; 7– вариаторы; 8– электродвигатели; 9 – циклон. I – регулятор расхода топлива, II – регулятор расхода воздуха, III – регулятор расхода сушильного агента, IV – регулятор расхода сырья, V – регулятор перепада давления, VI – регулятор давления разряжения в верхней части сушилки
На производстве ставится задача улучшения технико-экономических показателей работы технологических установок. В частности, для аппарата сушки КС эта задача сводится, в том числе, к снижению расхода топлива, повышению выхода готового продукта, увеличению интервалов обслуживания и решается путем повышения качества управления технологическим процессом сушки. Инструментальное поточное измерение показателя содержания воды в выходном продукте с достаточной точностью, как правило, затруднено вследствие сложности измерения влагосодержания в диапазоне 0–1 %. Применяемые на производстве приборы поточного измерения влажности на основе метода ИК-спектроскопии не достигают необходимой точности и требуют дополнительных средств коррекции показаний[113, 114]. То же самое касается применения приборов, использующих СВЧ метод. В то же время приборы, использующие радиационный метод и метод спектрофотометрии, достаточно дороги и сложны в использовании. На производстве определение доли H₂O в продукте осуществляется путем проведения
лабораторного анализа периодически отбираемых проб, при этом результат анализа пробы становится известен через продолжительный промежуток времени после отбора, измеряемый часами. Для решения проблемы прогнозирования показателя влажности продукта в режиме реального времени с целью улучшения качества управления процессом сушки предлагается использовать виртуальный анализатор Виртуальный анализатор качества представляет собой программно-алгоритмический комплекс, реализующий математическую модель связи показателя качества технологического процесса с текущими значениями измеряемых параметров процесса. Основным назначением виртуальных анализаторов является повышение уровня информационно аналитического обеспечения технологического персонала и создание условий для оптимального управления, как отдельными технологическими процессами, так и всем технологическим циклом производства [115].
Известно множество реализаций ВА для различных типов процессов в нефтеперерабатывающих производствах [116,117,118], а также в производстве минеральных удобрений[119]. В данной работе для решения поставленной задачи предлагается использовать ВА, построенный с использованием аналитической модели технологического процесса сушки KCl в аппарате КС, полученной на основе знаний в области процесса сушки в кипящем слое.
Существует значительное количество работ, посвященных моделированию процессов сушки сыпучих материалов, в частности, сушки в аппаратах кипящего слоя. При этом многочисленные модели, описывающие структуру кипящего слоя, отражают только отдельные стороны явления и в связи со сложностью системы и большим числом внутренних и внешних параметров пригодны к использованию в качестве основы для построения эмпирических корреляций и зависимостей[120,121,122]. Математическая модель строится на базе материально-энергетического баланса сушки, использующего упрощения и эмпирические зависимости, определенные, на-пример, в работе[123]. Материально-энергетический баланс обезвоживания определяется следующими уравнениями: