Автор: Дюнова Диана Николаевна

Рубрика: Технические науки

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

Статья просмотрена: 118 раз

Библиографическое описание:

Дюнова Д. Н. Разработка и исследование математической модели процесса цементационной очиcтки цинковых растворов // Молодой ученый. — 2012. — №12. — С. 51-54.

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): математической модели, цинковых растворов, процесса цементационной, цементационной очистки, нейтрального раствора, математической модели процесса, Разработка математической модели, содержание цинка, очистка цинковых растворов, процесса цементационной очистки, четырёхкамерной математической модели, Исследование процесса кровообращения, содержание меди, основе четырёхкамерной математической, цементационная очистка цинковых, процесса цементации, материальных потоков, выходных материальных потоков, модели процесса цементационной, расход нейтрального раствора.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос