РОЗДІЛ 2
МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ЗГУЩЕННЯ СФЛОКУЛЬОВАНОЇ СУСПЕНЗІЇ
2.1. Методологічні та методичні основи дослідження процесу згущення як об’єкту
автоматизації
Процес згущення суспензії в радіальному згущувачі з периферійним приводом та
безперервним розвантаженням згущеного продукту є досить складним об'єктом
автоматичного управління і вимагає системного підходу для його дослідження.
Сутність системного підходу полягає в комплексному вивченні процесу згущення як
певної сукупності субпроцесів, взаємозв'язок та супідрядність, ієрархія яких
зумовлює цілісні властивості цієї сукупності.
Структурно-функціональний, або, як його називають феноменологічний [96] принцип
системного підходу полягає у поділі процесу згущення на структурні елементи
(субпроцеси) і визначені їхньої ролі в системі. Субпроцеси і зв'язки між ними
створюють структуру системи.
Для вивчення внутрішніх і зовнішніх зв'язків процесу згущення суттєве значення
має фізичне і математичне моделювання, за допомогою якого виконується опис
окремих етапів згущення.
Застосування феноменологічного підходу до моделювання об'єктів дослідження є
ефективним засобом виявлення суттєвих ознак явищ та процесів через вивчення
елементарних субпроцесів [97]. У збагаченні корисних копалин цей метод
знаходить все більше застосування, особливо в роботах Білецького В.С., Сергеєва
П.В., Папушина Ю.Л., Абделькаріма М.Б.Е. [98,99]. Але для вивчення процесу
згущення до сьогодні цей підхід застосовувався лише фрагментарно [15].
Згідно з цим підходом у радіальному згущувачі з периферійним приводом та
безперервним розвантаженням згущеного продукту у відповідності з існуючими
фізичними уявленнями про закономірності процесу згущення виділяють наступні
субпроцеси:
а) розтікання суспензії від живильної лійки до периферії згущувача;
б) витиснення рідкої фази у злив;
в) осадження дисперсної фази;
г) стиснення осаду;
д) ущільнення осаду.
Крім того, на основі аналізу робіт [15,56] та результатів наших попередніх
досліджень процесу згущення [21] ми виділяємо ще два субпроцеси –
транспортування ущільненого осаду до розвантажувальної лійки і змішування його
з суспензією зони стиснення.
Таким чином, процес згущення можна представити у вигляді структурної схеми,
наведеної на рис. 2.1.
З точки зору автоматизації процесу найважливіше значення мають субпроцеси В і
Е.
Для дослідження субпроцесів осадження дисперсної фази сфлокульованої суспензії,
стиснення та ущільнення осаду ми обрали метод активного планованого
експерименту в лабораторних умовах. Цей вибір зумовлений недостатньою
теоретичною вивченістю закономірностей протікання названих процесів в умовах
одночасної зміни характеристик дисперсної фази і дисперсійного середовища.
Для дослідження субпроцесів транспортування ущільненого осаду від периферії
згущувача до розвантажувальної лійки, та змішування його з суспензією зони
стиснення, нами використано аналітичний метод математичного моделювання.
Коефіцієнти і сталі в аналітичних моделях динаміки субпроцесів визначали
активним експериментом за допомогою аперіодичних впливів типу «стрибок» [100].
Перевірка збіжності даних, отриманих в лабораторних або промислових умовах, чи
на пілотній установці здійснювалася за допомогою відповідних розроблених
моделей.
Рис. 2.1. Структурна схема процесу згущення
Перевірка точності моделей осадження сфлокульованої суспензії та стиснення
осаду здійснювалася методом активного планованого експерименту на пілотному
згущувачі; точності моделей осадження та ущільнення - пасивним експериментом на
промисловому згущувачі з застосуванням теорії ймовірностей і теорії
статистичної обробки інформації.
При розв’язанні задачі оптимального управління режимом осадження
використовували метод «золотого перетину» [101].
Для одержання і аналізу поверхонь відгуку субпроцесів осадження дисперсної
фази, стиснення і ущільнення осаду застосовували модуль «Планування
експерименту» статистичної програми Statgraphics 3.0 Plus [102] та пакету
«Аналіз даних» програми Microsoft Excel [175].
Аналіз статичних характеристик субпроцесів транспортування і змішування
ущільненого осаду здійснювали за допомогою комп’ютерного моделювання [103].
Дослідження статики систем автоматичного управління процесом згущення,
перехідних процесів в цифровій автоматичній системі, стійкості САУ, якості їх
роботи базувалося на використанні теорії автоматичного керування і
здійснювалося методом комп’ютерного моделювання в операційному середовищі
Visual Basic 6.0 з програмним пакетом GenieDAQ [173], та Windows з встановленою
системою Mathlab 6.1(R12.1) і пакетом прикладних програм Control System Toolbox
5 [104].
Для дослідження економічної ефективності способів автоматичного управління
процесом згущення застосовували метод комп’ютерного імітаційного моделювання
[105].
2.2. Структурна схема процесу згущення
Розробка математичної моделі процесу згущення сфлокульованої суспензії в
радіальному згущувачі з периферійним приводом, що працює в режимі безперервного
розвантаження згущеного продукту за допомогою відцентрової помпи, є досить
складним завданням, зважаючи на недостатню концептуальну вивченість процесу як
об’єкта управління.
Для розробки математичної моделі радіального згущувача нами проведена
експериментальна перевірка прийнятого припущення про існування в апараті по
його висоті важливих з точки зору автоматизації зон: освітленої рідини А,
розтікання Б і осадження суспензії В, стиснення Г, ущільнення і перегрібання Д,
змішування Е (рис. 2.2). Перевірка проводилася на промисловому згущувачі
польовошпатового концентрату діаметром