Математическое моделирование и оптимизация технологических режимов производства активированного угля : На примере установки МИДАС-250

• Автор: Точка, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 223 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Описание технологической схемы и основных аппаратов установки МИДАС0 для получения активированного угля из отходов переработки древесины.

1.1.1. Общие сведения об установке

1.1.2. Технологическая схема установки

1.1.3. Основные аппараты установки

1.2. Литературный обзор научных работ, посвященных процессам,

протекающим в основных аппаратах установки МИДАС0 для получения активированного угля

1.2.1. Высокотемпературное разложение углеродсолержащих веществ.

1.2.2. Тепло массоперенос в псевдоожиженном слое.

1.2.3. Влияние на теплофизические свойства древесины температуры, влажности и других параметров.
1.2.4. Итоги литературного обзора.
1.3. Анализ установки МИДАС0 для получения активированного
угля как объекта оптимизации
1.3.1. Словесная формулировка задач оптимизации технологических режимов установки
1.3.2. Особенности установки с точки зрения задач оптимизации
ее режимов
1.3.3. Установка как объект оптимизации.
1.4. Цели и задачи исследования.
1.4.1. Цель исследования
1.4.2. Предварительная формализованная постановка задачи оптимизации технологических режимов установки.
1.4.3. Основные задачи исследования.
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ОСНОВНЫХ АППАРАТАХ УСТАНОВКИ МИДАС0 ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ.
2.1. Математическое описание процессов в пиролизере.
2.1.1. Основные положения и допущения.
2.1.2. Механизм и кинетика химических реакций.
2.1.3. Процессы в пиролизере на интервале работы
2.1.4. Процессы в пиролизере на интервале выгрузки.
2.2. Математическое описание процессов в активаторе с перегревателем пара
2.2.1. Основные положения и допущения.
2.2.2. Механизм и кинетика химических реакций.
2.2.3. Процессы в активаторе на интервале работы
2.2.4. Процессы в активаторе на интервале выгрузки
2.2.5. Процессы в перегревателе пара на интервале работы
2.3. Математическое описание процессов в парогенераторе
2.3.1. Основные положения и допущения
2.3.2. Процессы в топке на интервале работы.
2.3.3. Процессы в котле на интервале работы
2.4. Алгоритмы решения уравнений математических описаний процессов, протекающих в основных аппаратах установки.
2.4.1. Краткий анализ математических описаний процессов, протекающих в основных аппаратах.
2.4.2. Выбор методов решения систем дифференциальных уравнений с частными производными, обыкновенных дифференциальных уравнений и смешанных систем
3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УСТАНОВКИ МИДАС0 ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ ДАННЫМ
3.1. Математическая модель установки
3.2. Методика идентификации математической модели установки
3.3. Анализ математических моделей отдельных аппаратов установ
ки как объектов идентификации.
3.3.1. Модель Работа пиролизера
3.3.2. Модель Работа перегревателя пара
3.3.3. Модель Работа активатора
3.3.4. Модель Работа топки парогенератора
3.3.5. Модель Работа котла парогенератора
3.4. Идентификация математической модели установки
3.5. Результаты проверки математической модели установки на адекватность.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ УСТАНОВКИ МИДАС0 ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АКТИВИРОВАННОГО УГЛЯ, ФУНКЦИОНИРУЮЩЕЙ ПРИ РАЗЛИЧНОМ ИСХОДНОМ СЫРЬЕ
4.1. Исследование технологических режимов работы
основных аппаратов установки
4.1.1. Свойства технологических режимов пиролизера.
4.1.2. Свойства технологических режимов активатора.
4.1.3. Выбор эффективных управляющих воздействий.
4.2. Построение областей допустимых значений для расходов ожижающих агентов в пиролизерах и активаторах
4.2.1. Формулы для расчета.
4.2.2. Области допустимых значений.
4.3. Уточненная формализованная постановка задачи оптимизации технологических режимов установки, функционирующей при различном исходном сырье
щ 4.4. Алгоритм решения задачи оптимизации технологических режи
мов установки, функционирующей при различном исходном сырье.
4.4.1. Замечания о методах решения задач оптимизации.
4.4.2. Описание алгоритма решения задачи оптимизации технологических режимов установки.
4.5. Результаты решения задачи оптимизации технологических режимов установки при различном качестве исходного сырья.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Пиролиз осуществляется при температуре 0 0С. Полученный при пиролизе твердый остаток полукокс ПК выгружается и с помощью дозаторов порциями подается в активаторы. В активаторах с электроподогревом с помощью АА, произведенного в перегревателях пара за счет сжигания природного газа ПГ в присутствии воздуха и водяного пара ВП, обеспечивается развитие пористой структуры ПК путем селективного удаления из него части углерода и летучих компонентов. Активация происходит при температуре 0 0С. Полученный в результате конвекционных и диффузионных процессов из полукокса синтезгаз СГ, вместе с АА поступает, как это уже упоминалось, в пиролизеры в качестве газового теплоносителя ПГССГ А А. Готовый активированный уголь АУ из активаторов выгружается и затем порциями подается в отделение охлаждения и классификации. В этом отделении АУ охлаждается до температуры С и разделяется на фракции зернистый более 0. ЗАУ и МАУ, соответственно. Рис. Нагретая в охладителях активированного угля вода поступает в систему химводоочистки котла парогенератора, а затем в котел парогенератора. Следует отметить совместную работу клапанов дозатора и активатора. Первым открывается на 0 с. Период срабатывания клапана из положения открыто или закрыто не более Юс. Краткий анализ технологической схемы установки МИДАС0 позволяет сделать некоторые предварительные выводы. Несмотря на очевидную значимость каждого отдельного аппарата установки, все же следует считать, что основными аппаратами, в решающей степени определяющими количество и качество активированного угля АУ, являются сушилки СПСГ и СГДГ, пиролизеры, активаторы с перегревателями пара, и парогенератор. Поэтому в дальнейшем будем, употребляя слово установка, подразумевать именно этот набор аппаратов. На рис. Сушилки. Сушилка горячими дымовыми газами СГДГ, упрощенная технологическая схема которой приведена на рис. Ос мм, длина барабана Ьс мм, угол наклона барабана к горизонту ас 3. Она предназначена для предварительной сушки дробленого исходного материала ДИМ от исходной влажности примерно до влажности . Сушка измельченной древесины осуществляется горячими дымовыми газами ГДГ, поступающими непрерывно из котла парогенератора и имеющими температуру С. Рис. Сушилка состоит из горизонтально стоящего барабана, размещенного на трех опорных станциях с уклоном 3 в сторону, обратную движению материала. Вращение барабана осуществляется с помощью электродвигателя, установленного на второй опорной станции. Бандажи, которыми снабжен барабан, и опорные ролики на опорных станциях 1 и 3 обеспечивают его вращение. Оба конца барабана заканчивается торцевыми уплотнениями, служащими для герметизации, а также газоходами ГДГ и ХДГ. На газоходе ХДГ смонтирована труба подачи ДИМ, через который поступает дробленная древесина в барабан сушилки СГДГ. Вращаясь, барабан перемешивает ДИМ, находящийся внутри него, а поступающие непрерывно через газоход ГДГ горячие дымовые газы за счет уменьшения своего теплового потенциала его высушивают. Холодные дымовые газы выводятся через газоход ХДГ, а ДИМ, за счет вращения барабана сушилки, перемещается к газоходу ГДГ, откуда выводится и подается для досушки в сушилку СПСГ. Барабанная вращающаяся противоточная сушилка пиросинтезгазом СПСГ, технологически устроенная аналогично сушилке СГДГ Эс мм, Ьс мм, ас 3, предназначена для досушки до влажности влажного материала ВМ поступающего из сушилки СГДГ. При этом сушильным агентом является пиросинтезгаз ПСГ, подающийся из пиролизера с температурой С. Относящиеся к сушилке СПСГ данные приведены на рис. Реактор пиролазер. Упрощенная технологическаясхема аппарата с основными его конструктивными размерами приведена на рис. Пиролизер состоит из металлического корпуса с внутренней футеровкой из шамотного кирпича, внутри цилиндрической части которого, по периметру аппарата закреплен низковольтный электронагреватель. Нижняя часть пиролизера имеет форму сужающегося конуса, который заканчивается вертикальной течкой, соединяющей аппарат с нижерасположенным дозатором полукокса ПК. Высота пиролизера Нп мм
Рис 1.