автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование и оптимизация процесса измельчения сыпучих материалов

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт имени Д. И. Менделеева

На правах рукописи

«

РОЗЕНБАУМ ЕВГЕНИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

(НА ПРИМЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА АВТОКЛАВНОГО ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА)

05.17.08 — Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1993

Работа выполнена в Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Дорохов Игорь Николаевич; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Арутюнов Сергей Юрьевич.

Официальные оппоненты — доктор технических наук, профессор Вердиян М. А.; доктор технических наук, профессор Каталымов А. В.

Ведущая организация — Территориальное строительное объединение «Курганстрой».

Защита. состоится _ 1993 г.

в ауд./У/гО в /о^ час. на заседании специализированного совета Д 053.34.08 в МХТИ'нм. Д. И. Менделеева (125190, Москва, А-190, Миусская пл., 9).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре МХТИ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат

Учений секретарь специализированного совета

Д. Л. БОБРОВ

СЕЗАЯ Р.'ХОТ^

Актуальность теш.'. В наотояп^е Ереьш ячеивтШ бета:: вонйшот однэ пз ь&пш'.г. »йс? с шго&ог. практика строигеяьсты. ь к&честв-г шгструкщюнно-тешшводлцкоиного материала. Бурний рос;1 производства изделий ио ячеистого бетона, праисиадглЯ за последние годи, обусловлен возшмюстьв его применения как в крупнопанельной, так и в нэлкоштучшж строительстве, относительно нивкой себестоимость» изготовления, налой энергоемкостью к материалоемкостью. Несомненным достоинством ячеистого бетона являются сравнительно низкая плотность (400-1200 кг/(<3), достаточно высокая механическая прочность (1-16 ШТа), неболыюй »юзИициокт теплопроводности к высокая ввукопоглоцдоззя способность. Благодаря этому ячеиотий батон остается самим эффэюттним стешвкы «ате^жалом в совр&неннш: условиях производства строительных гоэнстр^сци».

В то ке время и ячеистому бетону, как к -современному строительному материалу, предъявляют псе более кзеткне требования по прочностным характеристикам, что сусхзстп-эшю поьыиает качество изделий. Прочность и долговечность этих изделий в значительной степени зависят гак от глубины 5! направленна реакции мзаду компонентами бетонной смеси, так и от чисто механического взаимодействия «езду частицами различных компонентов. Судаствонное слияние на взаимодействие чамиц оказываем 5« дисперсность, в частности, дисперсность песка, приемлемого в качестве кремнеземистого составляющего. Причем иэ всзхспособов повклеиия прочности ячеистых бетонов увеличение степени дисперсности песка является наиболее ЭффЗКТИШШМ.

В промышленности помол вяжудего и шлама ведут в шаровых барабанных мельницах. В то те врем процесс измельчения подвергается внешним возмущениям, не тоддастшя оперативному управлении, а именно изменению Физико-химических свойств сырья (активность извести, гранулометрический состав пеока),'вяияюашо на качество измельчения. При этом как пракило отеутствую какие-либо практические рекомендации по оперативно^ реагирование на эти возмущения, что приводит к нестабильности гранулометрического составы продуктов измельчения и, как следствие, в значительным потерям электроэнергии и сникни» качества готовой продукции. Кроме того, «с смотря на достаточно ойшриую литературу по даровым мелышцач, возможности по выдача таких рекомендаций крайне незначительны, так

как отсутствует систеккк последоваяия процессов нэдальчашм, отвечающие на вопросу о механизмах разрушения,зависимости гранулометрического состава материала от его свойств, рогаыкьк и конструкционных параметров.

Г. о. постановка задачи получения ячеистого бетона еаданного качества предполагаем* учэз ыютообразня исходного сырья и одновре-' мэнио требует щоюнзчкя кид подходов для списания процесса измельчении.

Работа проведена в состьзтетвии с ИзгаузовсноЯ научпо-техни-чеадаЛ программой ГосоОразовашы СССР "ГОлГ 1! новые припцияы уа-ратэш'.д химическими процэссегп-" па гг.

Цель работы. Разработать оптимальный процесс измельчения сырьевых компонентов с производстве автоклавного ячеистого бетона и выдать рекомендации для олтпмашюго ведения ярсщесеа, адапгнру-оше к составу «остного сырья при возшшо- ОодашеЯ универсальности для разводы;* предприятий отрасли.

Для доетилошш «оставленной цзл» необходимо разработать ыате-ютниескув модель процесса измельчения в паровой медышце и на ее осиозе провести оптимизация стадшг измельчения в производство автоклавного ячеистого бетона с учетом- нестабильности свойств сигм.

Научная новизна.

- Пред-голззн Олочно-шдульный принцип построения юте (.этической модели процесса измельчения, применимый для широкого иласеа измельчителей, иегюльзугада энергии дмюйння шдюзда тел (паровые, внбро-, бисерные, электро-ыагшшнй мёлышцы);

- На основе методов теории лерколяции разработано адекватное г&теиитическое описание процесса разрушения одиночных частиц пол действием ударных натрусок. Порчены выражения для вероятности разрушения частицы и распределения фрагментов по размерам, учитывайте условия нагружения и фнзико-механичзские свойства шгер;;алх Дана перкэлядаонная интерпретация явления масштабного эффекта при разрушении;

- С помощью методов кинетической теории газов получены выражения для селективной функции измельчения в ыелмпщах с двнлуки-шея шлющими. геламн с учетом различного Фрзгадашиого состава и стесненности движения ыелвдих тел;

- разработана адекватная математическая модель процесса измельчения в шаровой мельнице с учетом модельных представлений о гидродинамической структуре потоков частиц материала.

Практическая цемость. ¡¡а основе созданной математической модели процесса измельчения разработан» алгоритм и программное обеспечение ллл расчета оптт.!а.иыюго процесса измельчения в гкро-еыл барабанных мельницах в производстве автоклавного ячеистого бетона, 'предназначешие для решения следующих тешко-зксномичеоких задач: возшлюсть прсизводстпа материала с требуемой прочностьп на основе имевшегося сырья, предельная прочность материала при западной сг;рье и технологических ограничениях, воешиюсть иошиешш качества материала и увеличения 'рентабельности его производства для действующи заводов.

Практические результаты. Рассчитаны технологические карти оптимального управления процессом шмельчеши сцрьевих ьатерцаясз в производстве автоклавного ячеистого бетона (с критерием миш№ут уделышх энергозатрат) на Курганской комбинате ИШ-2 (ÏCO Кур-галстрой). Проведен«:-» отшю-промьпыешше испытания погазали, что применение технодогических карт оптимального управления позволяет повысить среднегодовую марочность изделия из ячеистого бетона о 33 до 40-42, стабилизировать прочность и существенно сузить разброс прочности в различных партиях, укеимшть (Зрак готовой продукции, повысить производительность мельниц и снизить удельные энергозатрат на 20-24". Планируешь окопомический э^ек? от применения 1®рт оптимального управления па Гдаганскоы комбшате Ш5И-2 составил 4600 тыс. руб. в год (в ценах августа 1002 г.) при выпуске 22,0 rue. куб. м в год.

Апробация работы. Основные тшжэнкя диссертационной работы долоигны на Московских конференциях молодых ученых и студентов по химии и химической технология ")ШКТ" (г.Москва, 1086, 1087, 1S90, 1991гг.), International Muotinj on Chemical Engineer mar. Corrosion and Biotechnology; 23-rd Exhibition Congress, ACHEtM'91 ( Frankfurt am Main, 1991).

Публикации, to теме диссертации опубликовано G работ.

ОСпдц « структура рабо-ге. Диссертация состоит из введения, пятиглав, выводов, списка литературу (111 наименований), приложений, изложена да _ страницах машинописного текста, включая 22

рисушса, 2 таблицы, 10 страниц приложения. ■

ООДБРШИВ РЛШШ

Ш ведении обоснована актуальность раПоты. ее научная и

- 4 - ...

практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые на аадиту.

В первой главе дала краткая характеристика производства автоклавного ячеистого бетона и проведен анализ состояния теории измельчения.

«ншшз современного состояния проблема описания процесса измельчения праведен по трем группа« 1) теоретические подходы, базируются на рассмотрении процесса разруташя одной частицы; 2) подходы, базирующиеся на рассмотрения процесса измельчения ансамбля частиц в легальном сбъеиз аппарата; 0)технологические подходы: ре-веиие задачи измельчения применительно к конкретному аппарату и материалу. Подходы второй и третьей группы, среди которых необходимо выделить системныЯ подход (Е Б. Кафаров), получили достаточно широкое распространение и в совокупности составили довольно изученную область вланий со своей структурой (классификация процессов, математический аппарат и т.п.). Однако в последнее время стала все острее проявляться нехватка более фундаментального ввела - знаний о механизмах разрушения отдельных частиц как фундаментальной основы процесса измельчения.

Традиционно задачу описания процесса разрушения решают либо (сонтинуоньнши (A. A. Griffith, aR.Irvrin, E.Orowan, Г. JL кропано в), либо шкротерогешиши методами (С.ККурков). Первые предполагают осреднение мякропроцессов, рассматривая разруиение как прорастание одной магистральной трещины, что, собственно, и составляет предмет "мехакики раэруиения; вторые рассматривают разрушение как процесс накопления шкроповремдений, Зги подходы строго детерминированы, достаточно идеализированы, верпы лииь при специальной постановке оиыта и не учитывали1 стохастический характер процесса.

Появляющиеся в последнее время работы вынуждены учитывать сходство процесса разрушения с неравновесны»« фазовыми переходами. Одним из подходов, описывавдих топологические фазовые переходы, является теория перколяции (5. R.Broadbent, S. М. Haum-rsley) - наука о свяэнооти неоднородных систем. В перколяцлонных моделях разрушения (Т. Д Челидзе) узел (иди связь) является математическим эквивалентом микротрес^ны, которые образуют кластеры (связные сети), если их упругие полк перекрываются на некотором заданном уровне. С увеличением приложенной нагрузки концентрация дефектов возрастает, повыжиген и связиочть систем треяцш. При пороговом значении кон-

' 2. МЕЗОУРОВЕКЬ -> I Измельчение ансамбля | частиц в локально;.!

объеме аппарата

Математическое списание процесса кэ-мсльчоккя в локальном объеме аппарата

- несусря фаза;

- ¡|оза частиц измельчаемого материала;

- фаза мелкая: тел

Описаний дэижоп>ся ыелшдх тел на основе методов кинетической теории газов

Въ!р£Ш2Ш1я для селективной 3 и распределительной В фикций измельчения

■ Оптимизация I процесса измельчения |!<-

3. ЙЖОУРОЗЕЕЬ Измельчение е масштабе аппарата

Структурное упрощение математического описания в локальном объеме аппаоата

ПриЕлечэкие модельных представлений о гидродинамической структуре потоков

Математическая к,:о- | дель процесса измель- < чения в кошфетном ) аппарате |

Идентификация пара-мэтров и провеса адекватности модели

¿Ыо.'ь процесса пзмзльчеьил

Рис. 1

Елочно-модульньй поинцкп построения математической модели и оптимизации процесса измельчения.

- в -

центрашш микроповреждений происходит топологический фазовый перс-ход от состояния с локальной связностью внутренних трещии к состоянию с , их глобальной связностью. Бесконечный кластер при этом отождествляется с магистральным разрывом.

На основе анализа состояния проблеш сформулированы обоснованные ьте основные задачи исследования, для реиения которых предлагается Слочао-модульный принцип построения математической модели процесса измельчения, состояний из трех иерархических уров-неЯ (рис. Î): })шкроуров-.:н> - разрушение одиночной частицы; 2) ыо-зоуровень - измельчение шсаЛля йетид в локальном объеме аппарата; 3)макроуровень - измельчение в масштабе всего аппарата. При этом математическое описание калдого предыдущего уровня является составной частьв описания уровня последующего. Такой подход позволяет с мшвипальньш изменениям описывать процесс измельчения в аппаратах различной конструкция, использующих энергию движения мелющих тел.

Що'Ж глава посвяиазна математичеегга.-.у описанию процесса разрушения одиночной частицы под действием ударных нагрузок.

Равруиение предлагается рассоривать как структурный фазовый переход, проходящий через сведущие стадии (piп. 2): 1)активация (зарактине) шкрогревдш; 2) рост тревдш; 3)коалесценция трети; 4i Фрагментации - раолад исходной, частицч на несколько фрагментов (осколков)1.

Стадии 1)-3) даисываются моделью Дшнсона-Меля-Колмогорова, общей для. различных процессов зародшеобразования и роста зародышей. 'Дня этого вводится величина объемной скорости образования микротрешин I*. показывающая число активированных микротрегли в единице объема в единиц: времени под действием ударной нагрузки, характеризующейся энергией удела £, и линейная скорость роста трещины W. упругое поле трещины размером а хзо&чтеризуется понятиен "сфера влияния"'трешины А(а), причем .Vа)~7са, где Тс-некоторый па раметр, зависший от природы материала.

Тогда распределение одела трещин по размерам, образовавшихся под действием ударных нагрузок, запишется в виде: ' - для бесконечной системы

«»/ * , 1* ^ 1С IX t, - / , -)

^''"rls)^' а); . (J)

•- для чаашш конечных размеров

о

где 1 - начальный размер разрушаемой частицы.

Согласно перколяцисшой модели разруязешя разрушаемая частица представляется как двухфазная система, состоящая из фазы "разрушенного" материала, включакдая в себя трещшы и их сферы влияния, и фазы "нераорук-ш-юго" материала. Если объемная доля разрушнного материала р превышает некоторую критическую Е.сличину рс, называемую порогом пери^пяции, то .частица раэрутае-тся. 1Трн р<ц. вероятность разрушения равна пулю, при р»рс вероятность раэруизния равна единице. Величина рс является строго детерминированной и постоянной для данного 1слаеса задачи (в данном'случае- для ¡задачи твердых сфер при с5-3, т.е. объемный случай, рс-0,17).

Однако представление о четко определенной пороге протекания справедливо лишь для бесконечной систсш, когда приведенный размер системы 1.-1/1' *м (для неупорядоченной реиегки в качестве 1' момзт выступать среднее расстояние иещцу уздаыи). В конечны)? системах значения порогов испытывают.систематический дрейф и дисперсию тем большую, чем меньше приведенной размер системы Ь, причем функция распределения порогов протекания является гаусоовской. Тогда согласно методу скейлинга конечных систем (0. ЗсаиГТ'ог) вероятность разрушенуя частиц« размером 1 определится как:

о

1. -У»

рс- р4 + 9,5 Ь ; .

где V- индекс радиуса корреляций:-'(для .&1-систем ^-0,8), ореднее значение порога нерколяции для системы размером I, а<р-средний размер трешинн, - число тревдн в единице объема

- G -

S

Рис.2, Фазовый перехоц "нерзчрушонноо состояние''-%аэк*г..ен'аое состояние": l-аиткв'щкя трещин, II-рпст rpe'.v.fi, II¿-сл.'шшз í 1:0— алсеценция) тремип, ГУ-Лрап:енг-'н;нл (разрушение). 3-исходнал частица, Й-трэяинч, З-клпсгяр, 4~i:ilcpi влияния, 5-бесконе»яый кластгр, b-ij-pawemn (сскрл.си).

Ci::.piv,s удара: i- о _ i,er д*

г- . - л---

3- « - 1,47 д»

еоо ю м

Энергии угара: 1-е - 1,47 Дк

• - Г.,94 Дк J 3- 4. - С,87 Дк

Ï0 м

Рис.3. Сравнение расчетных ялепершент-чльньи лдшчх.. ¡О-сависг-WOCTb 'вероятности па-рушения от размера и-шч-ноП чаетгг,'', 0 интег ральное рис-.рпдезсийс ч.:слз ¡{.рагмеьге.' it' vv-axx■•:.:.

. Распределение вдела Фрагментов по размерам представляется в виде дискретного рекуррентного соотношения:

Г Г, (а,)-с(Гс(а,)

] Ге (аО р Г я!(1- ф&а (4) [ Гг С -с^ Гс (аг>,) [ 11-1,2.....1пЬ( 1/«а);

а-,.«- ^н* а*"1'.

ч . ,

где^.р - коэффициент», 1 - фактор формы частица

Система рекуррентных соотношения (4) совместно с (2) порождает дискретные значения плотности распределения образовавшихся фрагментов по размерам яри разрушении частицы раз»,¡ером 1. Вычисления начинают при а[-1 и заканчивает при а1-1пК1/ла)->0. При этом, вариируя величиной да, молено добиться разллчноА степени дискретизации Гр (а).

Величина скорости роста трещины V и объемной скорости активации 1х вычисляются как:

1.-1?в«Р(|0; (5)

где р,Е, V -соответсгвенно плотность,модуль упругости и коэффициент Пуассона разруиземого материала, 6,Р- критическое значение энергии удара, I,- сорость образования треида при £ 0 .

Дня идентификации неизвестных параметров, вхедяших в выражения для Рг(1) и Ге(а), были проведены эксперименты по разрушению монофракций песка на приборе ОР-ЕТИ. В ходе экспериментов варьировались размер моиофракций и значения энергии удара. Метод идентификации - минимизация функционала, имеющего вид суммы квадратов отклонений между экспериментальными и расчетными значениями гранулометрического состава; метод оптимизации - метод Нелдера-Шда с ограничениями. Проведена проверка адекватности по критерию Фишера и сделан вывод об адекватности модели раз руякния одиночной частицы. Результаты сравнения расчетных и экспериментальных данных представлены на рис. о.

В конце главы рассмотрена перколяционная интерпретация явде-

- 10 - •

пил масштабного эффекта при разрушении. При этом росту осреднешшх значений прочности и дисперсии прочностей с уменьшением размера образца ставится в соответствие рост порога перколяции и дисперсии порогов. Т.о. предложенная модель количественно к качественно описывает процесс разрушения одиночных частиц как нигший уровень технологической вадачи измельчения.

Третья глава посвящена математическому описанию процесса иэ-(.¡«льчения шюакбла частиц в локальном обгьеме аппарата.

Ддй движущейся системы, состоящей из несущей фазы (газ, жидкость), дисперсной ([азы (измельчаемый материал) и фазы иелщях тел при оопутствуюшэ« измельчении записаны балансовые уравнения сохранения массы-.

+

at.

dw( jVVi )-0;

м м

^^ <JivCfa(l)va(l)]-f2{l)ggb41.JUj.Hr)'-

где плотность несущей Фазы, vj- скорость i-той фазы, f2(l) - распределение измельчаемых частиц по размерам, n(JUj) - концентрация ыелвдих тел размером , шсаптышй размер измельчаемых частиц, S( 1, jij > }tf), В( 1, J, , ) - соответственно селективная и распределительная функции измельчения, М - число фракций мелвдих тел, Селективная функция представляется в виде:

S( 1; ft, jy '1 (£. jtf)«(1. JJj. fr) A( 1, ft , f(f); где ujjitjir) - частота столкновений мелкшх тел размером f i и fr' Ф< 1.}!,,jjr)-V.,fl^l1 ) -вероятность попадания частицы размером 1 меаду двумя шедшими телами размером , A(l, }i-,,jic)~Pr(l);

а распределительная в виде B(l,fl,№,Hr)-ff (1,$).

Дав определения частоты столкновений ^(Jl4,|fr) на основании

литературных экспериментальных дашш предлагается гипотеза, еаклю-чаюцаяся з том, что распределение сгоростей движущихся мелющих тел подчиняется распределению Максвелла. Тогда вкратени? для частоты столкновений паров размером зашшется в виде:

iW«

(^Ä^jo.pi- l^vVdv; (7) о

где Wj,Eir- касса шаров соответственно раэмэрсм /tj н|!г, £„ -средняя энергия соударения, v - относительная скорость соударения,

матепмальцая старость соударения, J- ¿актер Знскога, учитывавший стесненность движения шаров.

Ö главе дано сравнение экспериментальных «энных по распределения энергии движения шаров в шаровой мельнице (L.Rolf, Th. Vcncluekiot, 1884) с рассчитанными по (7), подтвердившее справедливость предлоганной гипотезы.

В конце главы получено окончательное выражение для селективной функции измельчения, учитывающее неценгральность удара шаров..

В четвертой главе рассматривается моделирование процесс измельчения в шаровой мелышце в тсигаОе всего 'аппарата.

Дня интегрирования математичесютго описания процесса измельчения в локальном объеме аппарата но объему всей мельниц« привлечены модельные представления о гидродинамической структуре штоков частиц измельчаемого материала. На основании экспериментальных данных по определению гидродинамической структура потоков, в шаровых барабанных мельницах (В. В. К&форов, IL Л. Взрднян) сделан вывод о том, что наиболее адекватно реальная гидродинамическая струетура потоков в мельнице описывается ячеечной моделью, С учетом сказанного математическая модель процесса измельчения в ¡паровой мельнице запишется в виде:

Огц ■

л Fi«) ДМ

dl

FaiiljZE S(l,|lj.Jlr)+ ЙрЛфВ1(1.|Г.Я1'Яг)<«У+

J'.(r-t J Jj-t ГЛ

l

f

+y-[Fzl.((l)-Fz;(l)]; (8)

n<rf

: i.jj;.^) ~M n< J"j) > J&1 (:( exp(' Sify^PrC 1}dv:

- гг -

о

Ы Ь)О■ ^; ^,(1,0)^(1);

1-1,2,... ,М

Ч л г 1 ■> I , л) Л.

о

где частота вращении барабана мельницы, Ю^- критичесьая частота, I - среднее время пребывания материала в мельнице, , Ыг - оОъемнаэ доля соответственно материала и шаров, V«, - объем аппарата, СЬ - массовый расход материала, N - число ячеек. (Шра-двния для Рг(1) и приведены выше).

. Идентификация неизвестных параметров модели (8) проводилась методом наименьших квадратов, метод оптимизации - метод скользящего 'допуска. На основании проверки адекватности по п -критерию сделан вывод об адекватности модели. Результаты расчетных и экспериментальных данных покаваны на рис.4.

Изучение ёхийнин отдельных режимных параметров на кинетику измельчений проводили на модели (8). Как оказалось, наибольшее вначение селективная функция принимает при каровой загрузке, равной 0,4-0,6, . причем селективная функция тем шые, чем меньше размер мелющих тел,'" что объясняется большей частотой столкновении. Однако мелющие тела больших размеров обладает большей энергией соударения, что приводит к смещении распределения Фрагментов в сторону меньших размеров. Отсюда можно сделать вывод, чю для получения продукта требуемого гранулометрического состава необходим подбор оптимального состава шаровой загрузки. Кроме того, на тонину помола существенное влияние оказывает время пребшяшк-л материала в имльннце, что также подтверждает необходимость проьодения оптимизации процесса

Гг(1)

1.0

2. 0

О

25

50 75 100 125 1-1(ГМ

2-вяжущее, 0 -5.5, ¿¡-0.38. с^-О. г

3-исходны?» песок

1-илам, с2-б,цг/ч, о!3-о. 4, о/г-о. г

Рио.4 Зависимость расчетных (пунктир) и экспериментальны)! (сплошная линия) значений численного распределения частиц материала по размерам на выходе из мельница.

Пятая глава посвящена оптимизации процесса изыельчениг.

13 качестве объекта оптимизации аьйрана стадия измельчения шлама и вядушего в проивводстве автоклавного ячеистого бетона на Курганском комбинате ГВ'Л-2. Критерием оптимизации является минимум уделышх энергозатрат. Оптимизируемые параметра: производительность мельниц и массы Фракций гаров различных размеров; нерегулируемые параметры: активность извести и гранулометрический состав песка (модуль крупности). Задачу опттшеащш необходимо решать с учетом ограничений, накладываемых на технологические параметры процесса, одним из которых являтся ограничение по качеству помола.

Согласно технологическому регламенту степень»измельчения контролируется по удельной поверхности шош и остатку на сите вялгущего. Однако ввиду того, что на качество готовой продукции влияет весь спектр гранулометрического состава компонентов, а величина удельной поверхности является интегральной характеристикой, не вскрнваипей этого влияния, для оценки качества ноыельчешт необходимо принимать именно критерий достижения необходимой прочности готовой продукции. Тогда задачу оптимизации молю сформулировать следующим образом:' необходимо получить продукт заданного качества при минимальных удельных энергозатратах.

'Для оценки прочности бетона была использована модель пористого тела, предлогэнная А. Ф. Шлаком. Суть модели вакакчаетея в слз-йущзье предполагается, что тело состоит из плотных шаров разного дшшура, спшашык ивддг собой в шагах контакта,' причем поверхность разру&еняя прохода1 через кокгшта Задача о прочности сво-лдася к установлена» вероятного числа контактов в поверхности разрушения и к определенна прочности отдельных контактов.

" В такой постиетгк.- задача оптимизации вапшйтсй так:

гдер-1/1п.7 огносянвдыша дпанзтр част««, Со,^- соответственно удельная поверхность и суммарна объем частиц, р - инлегсс мель-шщп, индекс "*" относится к эталону, т.е. продукту, приемлемому по сбоим каракгериатикам на данном производство.

.< В качестве метода оптимизации использовалось.сочетание метода случайного поиска с довод;«)!! методом скользящего допуска. Значения активности извести и модуля крупности песка сканировали, а значения оптимизируемых параметров варьировали в результате реализация процедур методов поиска локллыюго оптимума. Оценка оптимального решения на гадаем шаге независимого параметра складывается из следующих этапов: 1)нахождение локального оптимума методом случайного поиска; г)проверка его чувствительности к технологически неустранимым воэмушенийм управляющих параметров; 3)сортировка локальных оптимумов; 4) нахождение глобального оптимума путем доводки "наилучшего" локального оптимума методом скользящего допуска.

■ Оптимизация выполнена на ЭВМ РС АТ с использованием программного обеспечения предложенной методики расчета.

По результатам оптимизации были составлены технологические («рты оптимального управления стадией измельчения б производстве автоклавного ячеистого бетона, опытно-промузурчшые исгодошия кото-

м Ш1П ;

- ограничение

ко прочности:

.рнх были проведены на Курганском комбинате Ш1-2. проведенные спытко-прсмьшенныэ испитапил показали, что применение техгсологи-ческих карт оптимального управлении позволяет повысить среднегодовую марочпость изделий из ячеистого бетона с 33 до 40-42, стабилизировать прочность и существенно сузить разброс прочности в различных партиях, уменьшить брак готовой продукции. повысить производительность мельниц и снизить удельные энергозатраты ¡¡а £0-2-1%. Планируемый экономический зЗФзкт от применения карт оптшашюго управления на ¡»урганскш комбинате Ш1-2 составил 4500 тыс. рус,, в год (з пенах августа 1992 г.) при выпуске 22,0 тыс. куб. м в год. гзконоккчсский оффегст складывается еа счет уменьшения кохичествп ••?рагл н о!хшокш электроэнергии.

СШЯЖЗ Н КЙУЛзТАТ!»

1. Предложен блочно-модулькиа припцип построения' магетти-ческоП нодели процесса изсзльчений, примени1 г'й для кгрогсого класса измельчителей, пспсжоущиг энергию лвигоиия шлюзк юл.

2. На основе методов теории перколяцин разработано адекватное математическое сгшсшш процесса раррукеикя олкночных частиц под действием ударных нагрузок. Получены выражения для вероятности разрушения частицы и распределения фрагментов по размерам, учиты-спзвде условия иагруллшя и (¡нзига-кешшческпз свойства материала.

3. Дана перколяцнонная интерпретация явления маспгтабпого эффекта при разрушении.

4. Разработано математическое описание процесса иомздьчогага ансамбля частиц б локальном объеме аппарата. С псмсцыо методов кинетической теории газов получено выражение для селективной функции измельчения с учетом различного фракционного состава мелгощих тел и стесненности их двилзикя.

5 Шлучена адекватная математическая модель процесса измельчения в каровой барабанной мелышцэ.

6. Разработан алгоритм и программное обеспечение для расчета оптимального процесса измельчения в паровой мельнице, на основе которого проведена оптимизация стадии измельчения сырьевых материалов в производстве автоклавного ячеистого бетона по критерию минимума удельных энергозатрат с учетом нестабильности . физико-химических свойств сырья и ограничения по прочности готовой продукции.

7. Рассчитаны, апробированы и утверждены технологические кар-

ти оптимального управления стадией измельчения в производстве автоклавного ячеистого бетона на Кургьпсксм комбинате Ш1--2. Ожидаемый экономически:: " афЗек? от применения технологически:: карт составляет 4600 чиj. руО. б год (в ценах августа 1902 г.) при выпуске 22,0 тыс. куй. м ь год,

CEiODii КШЩЛЦЙ

1. Катаров ЕВ., Дорохов 1L11, Арутюнов 0.Ю.. Розенбаум К.Б Шьый подход к описан'.::! элементарного акта разрушения при моделировании процесса измельчения сьшучих материалов// &>кл. АЯ, 1992, т. 322, N6, с. 1102-1105.

. 2. Кафаров В. v , Дорохов }L Е , Арутюнов С. id , Иасеев В II, Ррвенбауы Е. Е. Современные проблемы создания вовьк технологий переработки сыпучих материалов// г;урз. ВХО им. Л И. Шнделеева, 1990, Т. XXXV, ИЗ, с. 733-744.

3. Арутюнов 0. Ю., Ворнкйчук Е Г., Ровенйаум Е. Б. Программно-алгоритмическое обеспечение для определения структуры потоков и идентификации параметров математической модели процесса измельчения// Труды ЫХП1 им, Д. К. Шндедеева, 1988, вып. 152, с. 153-154.

4. Арутюнов. С. Е , 1!асеев D. 11 , Ровенбаум Е. Е. Шделированиъ процесса разрушения частиц структурно-неоднородного материала при динамическом нагрукении// Методы кибернетики химико-технологических процессов: тез. докл. IV Московской конф. молодых ученых по химии и химической технологии.- IL, 1091. с.50-51.

Б. Корнийчук В, Г.. Дорохов И. II , Арутюнов С. >1 , РозенОаум Е. Е. Математическая модель процесса измельчения сыпучих материалов в аппаратах шгйигокипявдзго слоя// Сб. трудов конф. молодых ученых и студентов МХТИ им. Д. IL Менделеева (секция кибернетики ХГШ.-Деп. в ВИНИТИ ЙО. 07. 87, N5227.-с. 70-71.

6. Dorokhov I.H., Arutyunov S. Yu., Rosenbautn E. E., Solovyov Y.P. Fundamental approaches to describing the grinding and crushing of materials and tholr realization in chemical technology// International Meeting on Chemical .Engineering, Corrosion and Biotechnology. ACHEMA' 91, 5-15. OG. 91, Frankfurt an Main, Germany, (preprint),

A.