Разработка и исследование моделей технологического процесса производства карбонильного никелевого порошка как объекта управления

• Автор: Шевцов, Игорь Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 255 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ..6

ВВЕДЕНИЕ. 8

1. АНАЛИЗ ТП. ПРОИЗВОДСТВА. НИКЕЛЕВОГО ПОРОШКА КАК

ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ .

1.1., Установка для производства никелевого порошка как сложная

химикотехнологическая система1

1.2. Разработка концептуальной модели АСУ ТП производства, никелевого порошка и выявление недостатков .

1.3. Задачи исследования и методы их решения

Выводы по разделу Г . .

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНЫХ МОДЕЛЕЙ ПОДСИСТЕМ ТП
ПРОИЗВОДСТВА НИКЕЛЕВОГО ПОРОШКА .
2.Г. Формализация описания структуры, моделш ТП производства никелевого порошка.
2.2. Разработка, структурных моделей подсистемы подготовки паров ТКН.
2.3. Разработка структурных моделей подсистемы подготовки окиси углерода.
2.4. Разработка структурных моделей подсистемы разложения паров ТКН.
2.5. Содержательная модель подсистемы формирования свойств никелевого порошка
Выводы по разделу 2 .
3. РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПОДСИСТЕМ ТП
ПРОИЗВОДСТВА НИКЕЛЕВОГО ПОРОШКА
3.1. Оценивание достоверности экспериментальных данных.
3.2. Разработка параметрических моделей подсистемы подготовки паров ТКН.
3.3. Разработка параметрических моделей подсистемы подготовки окиси углерода.
3.4. Разработка параметрических моделей подсистемы разложения паров ТКН .
3.5. Разработка модели подсистемы формирования свойств никелевого порошка методами статистической идентификации
Выводы по разделу 3
4. РАЗРАБОТКА 1ШЧЕТКОЙ МОДЕЛИ ПОДСИСТЕМЫ
ФОРМИРОВАНИЯ СВОЙСТВ НИКЕЛЕВОГО ПОРОШКА
4.1. Допущения, принятые при разработке нечеткой модели
4.2. Разработка струкгурной нечеткой модели на основе экспертных знаний
4.3. Разработка структурной нечеткой модели с помощью визуализации поверхности реакции.
4.4. Параметрическая идентификация разработанных нечетких моделей
Выводы по разделу 4
5. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТП ПРОИЗВОДСТВА
НИКЕЛЕВОГО ПОРОШКА И АНАЛИЗ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ .
5.1. Построение компьютерной модели ТП производства никелевого порошка как последовательное агрегирование моделей подсистем
5.2. Исследование АСУ ТП производства никелевого порошка на основе компьютерной модели.
5.3. Разработка подсистем управления ТП производства никелевого порошка
5.4. Рекомендации, направленные на повышение эффективности функционирования АСУ ТП производства никелевого порошка
Выводы по разделу 5
ЗАКЛЮЧЕННОЕ .
ЛИТЕРАТУРА


Окись углерода из-разложителя поступает на стадию первичной очистки от никелевого порошка в аэроциклон (АЦ), где оседает большая часть никелевого порошка. После аэроциклона газ1 проходит через теплообменник (ТО) типа «груба в трубе», отдавая часть тепловой энергии потоку окиси углерода, направляющемуся в аппарат разложения, и поступает на вторую стадию очистки в пылевую камеру (ПК), где частицы никеля оседают под действием гравитационных сил. Завершение охлаждения окиси углерода происходит в охладителе газа (ОГ) типа «труба в трубе», охлаждающим агентом выступает холодная вода. Рисунок 1. С выхода газодувки оборотная часть, окиси углерода нагнетается в аппарат разложения, а. ТКИ, направляется в газгольдер (ГГ) окиси углерода: для нужд карбонильной технологии цеха ЦКН. Оборотная окись углерода, нагнетаемая газодувкой, последовательно проходит две стадии нагрева. На первой стадии оборотная окись, углерода подогревается в межтрубном пространстве ТО' а нач второй стадии в электроподогревателе газа. Нагретая: до; заданной температуры,, окись. ФР, где происходит ее смешивание с парами ТКН. Аппарат разложения. АР) представляет собош вертикально' расположенную цилиндрическую реторту, установленную внутри устройства , нагрева. Реторта- разложителя? РР)* представляет собой полую- трубу с сужениями на- концах, к верхней части которой' прикреплена: фурма; ФР* а: нижняя часть заканчивается разгрузочным устройством. Устройство нагрева (УН)- состоит из: шести независимых секций, нагрева, расположенных одна над другой; по высоте-реторты. Каждая секция нагрева (СН) представляет собой кольцо, состоящее, из цилиндрической обечайки (ОР); внутри', которой размещена кирпичная футеровка (КК). На внутренней поверхности футеровки зигзагообразно закреплена нихромовая; нить (ИХ), образующая электрический нагреватель-секции (ЭН). Тепловая энергия, излучаемая секциями нагрева, формирует в рабочем пространстве реторты, соответствующие им тепловые зоны (ТЗ). Контроль температуры, образованной соответствующей секцией нагрева, осуществляется вблизи наружной стенки реторты и внутри рабочего пространства реторты. Объем, образованный наружной стенкой реторты и внутренними стенками секций нагрева (устройства нагрева), заполнен азотом и выполняет функции защитной оболочки (АЗ). Азот, находясь под небольшим избыточным давлением относительно давления в АР, препятствует выделению реакционной смеси в воздух окружающей среды. Под действием тепловой энергии, поступающей от устройства нагрева через стенку реторты, пары ТКН, содержащиеся в реакционной смеси, разлагаются с образованием никелевого порошка и окиси углерода. Образующиеся частицы никелевого порошка оседают в нижней' части реторты и стекают в разгрузочную камеру. Шнековым питателем (ШР) порошок выводится из камеры в разгрузочный бункер. Окись углерода удаляется из разгрузочной камеры по ГП в АЦ. Из источников [1, 8, , , , , ] известно, что процесс образования'частиц никелевого порошка характеризуется стадией смешения-паров карбонила никеля с газом-разбавителем- в верхней части аппарата, стадией образования субмикроскопических частиц никеля (зародышей) и стадией формирования металлической частицы (агрегата, кристалла) никеля в объеме аппарата. Пары ТКН, поступающие в верхнюю часть ПР, смешиваются с нагретой окисью углерода и образуют реакционную газовую смесь (РС), частично претерпевая термическое разложение с выделением атомарного никеля и окиси углерода. Процесс смешения протекает параллельно с процессами химической кристаллизации и завершается на небольшом отрезке высоты реторты АР. При этом близко расположенные атомы никеля ассоциируют, образуя зародыши кристаллов, которые представляют собой микрочастицы сферической формы. Зародыши металла сталкиваются в газовом потоке с множеством атомов никеля, молекул, карбонила никеля и окиси углерода и адсорбирует их на своей поверхности. Атомы никеля, находясь в адсорбционном слое и сохраняя свободу перемещения в двух направлениях, стремятся занять свободные узлы в кристаллической решетке.