Разработка и исследование математической модели процесса цементационной очиcтки цинковых растворов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №12 (47) декабрь 2012 г.

Статья просмотрена: 145 раз

Библиографическое описание:

Дюнова Д. Н. Разработка и исследование математической модели процесса цементационной очиcтки цинковых растворов // Молодой ученый. — 2012. — №12. — С. 51-54. — URL https://moluch.ru/archive/47/5779/ (дата обращения: 22.10.2018).

Одним из основных переделов цинкового производства является цементационная очистка цинковых растворов. Использование очищенных растворов обусловливает увеличение производительности оборудования, снижение расхода электроэнергии при последующем электролизе цинка, и, в конечном итоге, уменьшение себестоимости его производства.

В процессе производства цинка гидрометаллургическим способом цементационная очистка цинковых растворов осуществляется в две стадии в непрерывном режиме. В качестве основного реагента применяется тонкодисперсная цинковая пыль.

Процесс цементации основан на электрохимическом замещении в растворе одних металлов другими. С его помощью производят очистку растворов от ряда металлов, в том числе меди и кадмия [1, с. 149]:

,

.

Анализ процесса цементации как объекта управления позволил выделить его основные параметры. Входными параметрами процесса являются расход верхнего слива нейтральных сгустителей (ВСНС) и цинковая пыль.

Выходными – расход нейтрального раствора и расход медно-кадмиевого кека. Возмущающее воздействие на ход цементационной очистки оказывает химический состав ВСНС.

В ходе цементационной очистки определяются химические составы входных и выходных материальных потоков, содержание меди и кадмия в нейтральном растворе после каждой стадии очистки, химический состав медно кадмиевого кека.

С целью исследования процесса цементационной очистки и изучения его характеристик интерес представляет получение математической модели, позволяющей определять количество получаемых продуктов рассматриваемого производственного передела на основе информации о количестве поступающих на переработку материальных потоков и их химических составах.

Математическую модель цементационной очистки представим в виде совокупности балансовых соотношений по твердой и жидкой фазам, а также по компонентам, образующим «медно-кадмиевый» кек.

Баланс по твердой фазе определяется соотношением:

, (1)

где - количество «медно-кадмиевого» кека, ; - количество цинковой пыли, - расход ВСНС, м3/ч; - содержание меди в ВСНС, г/л; - содержание кадмия в ВСНС, г/л; - содержание цинка в кеке, %;

Количество цинковой пыли определяется зависимостью:

(2)

– расход цинка в цинковой пыли на 1 т цинка в растворе, ; - содержание цинка в ВСНС, %.

Баланс по жидкой фазе:

(3)

где - количество нейтрального раствора, м3/ч; – плотность нейтрального раствора, т/м3; - плотность ВСНС, т/м3.

Балансовые соотношения по компонентам имеют вид:

, (4)

, (5)

(6)

где , - содержание меди и кадмия в медно-кадмиевом кеке соответственно, %; – содержание цинка в нейтральном растворе, г/л.

Система соотношений (1) – (6), представляющая собой математическую модель процесса цементационной очистки нейтральных цинковых растворов, позволяют перейти к ее топологическому аналогу.

На рис. 1 представлен сигнальный граф объекта, отражающий причинно-следственные связи между переменными (сигналами). Вершины сигнального графа соответствуют переменным модели, а ветви – коэффициентам или передаточным функциям, характеризующим связь между переменными [2, с. 261].


Рис. 1. Сигнальный граф процесса цементационной очистки
нейтральных цинковых растворов


Коэффициентам передач графа соответствуют соотношения:

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

.

Топологическая модель объекта была реализована в приложении Simulink вычислительной среды MATLAB (рис. 2). Разработанное математическое описание процесса цементации позволяет прогнозировать количественные значения массовых расходов выходных материальных потоков медно-кадмиевого кека и нейтрального раствора, а также их компонентов на основе измерительной информации о массовых расходах и составах входных потоков.


Рис. 2. Simulink-модель процесса цементации


Полученная модель позволяет прогнозировать основные количественные характеристики процесса цементационной очитки, может быть использована при проектировании новых и анализе функционирования действующих гидрометаллургических систем, а также для решения вопросов по установлению расходных норм по сырью, технологическим показателям и определению неучтенных потерь компонентов сырья в условиях промышленной эксплуатации.


Литература:

  1. Снурников А. П. Гидрометаллургия цинка. 1986. - 398 с.

  2. Кафаров В. В., Перов В. Л., Мешалкин В. П. Принципы математического моделирования химико-технологических систем. 1974. - 343 с.

Основные термины (генерируются автоматически): цементационная очистка, нейтральный раствор, содержание цинка, содержание меди, химический состав, сигнальный граф, процесс цементации, математическая модель, жидкая фаза, MATLAB.


Похожие статьи

Комплексная переработка сточных вод с высоким содержанием...

Полученные результаты экспериментальных исследований процесса цементации показали, что максимальные показатели извлечения ионов меди из кислых подотвальных ГОКа

3. Мишурина О. А., Медяник Н. Л. Аппарат для электрохимической очистки водных растворов.

Основные направления исследований в области извлечения...

После цементации железом, раствор, содержащий 0,25 г/дм3Co, 6,50 г/дм3Fе, 3,00 г/дм3Zn

В работах Н. Л. Медяник, Х. Я. Гиревой, И. А. Варламовой, Н. Л. Калугиной для извлечения меди и цинка из техногенных вод рекомендуется комплексный флотореагент, в состав которого...

Разработка математических моделей процессов очистки...

Для построения статистических математических моделей технологических процессов очистки и джинирования хлопка-сырца был использован данный метод.

5) для содержания пороков и сора в волокне

Получение модифицированных витамином С гуминовых...

Направления их использования определяются их составом и свойствами.

 Изучено влияние различных технологических параметров на химические процессы.

Рис. 5. Проклюнувшие семена на растворе аскорбиновой кислотой гумата натрия концентрации 0,01н.

Квантовохимическое моделирование адсорбции органических...

В процессе исследования были получены и проанализированы глобальные и локальные электрофильности

Сикачина А. А. Квантово-химическое моделирование реакции различных форм

Коррозия углеродистой стали в 30-процентном растворе аммиачной селитры.

Синтез органических производных меди (II)

Полученные растворы сливали, в результате чего выпадал осадок виннокислой (тартрата) меди.

Поэтому нами проведен анализ полученного соединения на содержание

Нами осуществлен синтез в условиях школьного химического кабинета органических солей меди...

Синтез и исследование свойств комплексов марганца (II) и рения...

Состав и химическая структура полученных продуктов синтеза изучены

Спектры реакционных растворов в ИК и УФ области сняты на спектрометре “Nicolet iS10” и спектрофотометре “Evolution 60S”

И. В. Влияние новосинтезированных комплексов цинка с аминокислотами на...

Молекулярное наслаивание, опыт применения в микроканальных...

Толщина получаемых пленок зависит не от длительности проведения процесса роста, как в других методах, а от числа повторяющихся циклов роста.

Исследование эффективности применения комплексного физического метода очистки жидких сред.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Комплексная переработка сточных вод с высоким содержанием...

Полученные результаты экспериментальных исследований процесса цементации показали, что максимальные показатели извлечения ионов меди из кислых подотвальных ГОКа

3. Мишурина О. А., Медяник Н. Л. Аппарат для электрохимической очистки водных растворов.

Основные направления исследований в области извлечения...

После цементации железом, раствор, содержащий 0,25 г/дм3Co, 6,50 г/дм3Fе, 3,00 г/дм3Zn

В работах Н. Л. Медяник, Х. Я. Гиревой, И. А. Варламовой, Н. Л. Калугиной для извлечения меди и цинка из техногенных вод рекомендуется комплексный флотореагент, в состав которого...

Разработка математических моделей процессов очистки...

Для построения статистических математических моделей технологических процессов очистки и джинирования хлопка-сырца был использован данный метод.

5) для содержания пороков и сора в волокне

Получение модифицированных витамином С гуминовых...

Направления их использования определяются их составом и свойствами.

 Изучено влияние различных технологических параметров на химические процессы.

Рис. 5. Проклюнувшие семена на растворе аскорбиновой кислотой гумата натрия концентрации 0,01н.

Квантовохимическое моделирование адсорбции органических...

В процессе исследования были получены и проанализированы глобальные и локальные электрофильности

Сикачина А. А. Квантово-химическое моделирование реакции различных форм

Коррозия углеродистой стали в 30-процентном растворе аммиачной селитры.

Синтез органических производных меди (II)

Полученные растворы сливали, в результате чего выпадал осадок виннокислой (тартрата) меди.

Поэтому нами проведен анализ полученного соединения на содержание

Нами осуществлен синтез в условиях школьного химического кабинета органических солей меди...

Синтез и исследование свойств комплексов марганца (II) и рения...

Состав и химическая структура полученных продуктов синтеза изучены

Спектры реакционных растворов в ИК и УФ области сняты на спектрометре “Nicolet iS10” и спектрофотометре “Evolution 60S”

И. В. Влияние новосинтезированных комплексов цинка с аминокислотами на...

Молекулярное наслаивание, опыт применения в микроканальных...

Толщина получаемых пленок зависит не от длительности проведения процесса роста, как в других методах, а от числа повторяющихся циклов роста.

Исследование эффективности применения комплексного физического метода очистки жидких сред.

Задать вопрос