Моделирование и оптимизация процессов измельчения и классификации слюдяного сырья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.13, кандидат технических наук Серебряник, Инна Александровна

• Серебряник, Инна Александровна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Серебряник, Инна Александровна

Введение.

Глава 1. Современное состояние вопроса.

1.1. Развитие струйного измельчения и аппаратов измельчения.

12. Слюда, как измельчаемый материал.

13. Развитие методологии моделирования процессов измельчения-классификации.

Выводы.

Глава 2. Моделирование и оптимизация струйного помола.

2.1. Методологические средстваэксперименга.

22. Моделирование истирания частиц в кипящем слое.

22.1. Способы измельчения в струйной мельнице.

222. Псевдоожиженный (кипящий) слой в струйной мельнице.

23. Моделирование процесса истирания в псевдоожиженном слое струйной мельницы

2.4. Экспериментальное исследование процесса истирания слюды в струйной мельнице

Выводы.

Глава 3. Применение цепей Маркова для моделирования процесса классификации как одного из этапов измельчения.

3.1. Общие представления о гравитационной классификации.

32. Моделирование процесса классификац ии.

33. Алгоритм построения матрицы переходных вероятностей для процесса классификации слюды мусковит.

3.4. Определение оптимального количества секций в гравитационном классификаторе на основе Марковской модели.

Вывода.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование и оптимизация процессов измельчения и классификации слюдяного сырья»

Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью постоянного повышения качества процессов измельчения и классификации. Учитывая высокую энергоемкость процессов измельчения, необходимо стремиться к повышению его эффективности путем совершенствования технологии и техники измельчения. Особое внимание стоит уделять этому вопросу в связи с тем, что увеличивается количество измельчаемых материалов, а также в связи с тенденцией к получению как можно более тонких порошков. Энергопотребление в процессе измельчения можно снизить последующим процессом классификации измельчаемых материалов. В силу вышесказанного, появляется объективная необходимость в разработке математических моделей обогатительных процессов.

К сожалению, на сегодняшний день нельзя говорить о достаточной степени изученности проблемы по разработке и использованию математических моделей в отношении процессов измельчения и классификации. Исследований российских ученых заметно меньше зарубежных, несмотря на то, что прослеживается устойчивая тенденция возрождения различных производств в России.

Перечисленные факторы определили тему настоящего исследования, его актуальность и основные направления работ.

Цели задачи исследования. Целью настоящего исследования является разработка аналитических моделей технологических процессов струйного измельчения и гравитационной классификации, позволяющих управлять процессами, внося коррективы в схему их протекания и осуществлять оптимизацию оборудования по основным параметрам.

В процессе работы в соответствии с намеченной целью автором были поставлены следующие взаимосвязанные задачи: анализ процессов струйного измельчения и гравитационной классификации, опираясь не только на особенности физики процесса, но и на математические аспекты их описания; выявление и анализ управляющих параметров изучаемых процессов для их дальнейшей оптимизации; разработка математических моделей процессов измельчения и классификации; разработка научно-практических основ оптимизации изучаемых технологических процессов. Объект исследования: процесс струйного измельчения и гравитационной классификации.

Предмет исследования: модель процесса измельчения и классификации.

Научная новизна работы заключается в разработке математических моделей струйного измельчения и гравитационной классификации с использованием аппарата Марковских цепей. в целях эффективного сочетания макроаналитических методов с микроситуациями впервые была применена комбинированная схема моделирования на основе Марковских цепей; выявлено, что процесс струйного помола имеет в своей основе истирающий эффект, что позволяет рассматривать струйный помол как истирание в кипящем слое струйной мельницы. Доказано, что применение струйного помола в отношении такого материала, как слюда, является оптимальным для большого числа конечных продуктов; убедительно обосновано применение селективной функции для построения матрицы переходных вероятностей при создании математической модели измельчения; установлена такая закономерность гравитационной классификации, как наличие зависимости между дисперсией распределения частиц по скоростям и концентрацией их в аппарате; оптимизирована схема гравитационного классификатора с учетом разработанной математической модели. Научную новизну диссертации представляют следующие результаты, выносимые на защиту:

1. моделирование процесса струйного помола с использованием аппарата Марковских цепей;

2. моделирование процесса гравитационной классификации с использованием аппарата Марковских цепей;

3. оптимизация конструкции гравитационного классификатора с учетом разработанной математической модели.

Методы исследований. В работе применяются математические методы моделирования, метод Марковских цепей, элементы теории вероятностей, численные методы решения дифференциальных уравнений. В ходе работы проведен комплекс аналитических исследований с экспериментальной проверкой основных результатов.

Практическая значимость работы. Данная работа является продолжением исследований по разработке аналитических моделей процессов измельчения и классификации и направлена на расширение области использования вероятностных моделей, разработанных с помощью цепей Маркова.

Разработаны методики формирования исследовательских моделей и методики расчета основных параметров аппаратов измельчения и классификации.

В результате практического использования выполненных разработок, усовершенствован процесс подготовки слюды класса крупности +0,315 мм для производства электроизоляционного материала микалекс.

Разработанные математические модели позволяют рассчитать необходимое время работы аппаратов для получения конечного продукта однородной крупности. В результате снижается энергоемкость процесса. Предполагаемый экономический эффект от использования разработанных моделей составит более 100000 рублей в год.

Апробация работы. Работа выполнена на кафедре «Экономики» ИрГТУ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов с международным участием Безопасность 03 (Иркутск, 2003 г.); Всероссийской школе-семинаре молодых ученых «Современные методы переработки минерального сырья» (Иркутск, 2004 г.); Научно-практической конференции «Технико-экономические проблемы развития регионов», посвященной 75-летию ИрГТУ (Иркутск, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных статей и тезисы 9 докладов конференций. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, основных выводов, списка литературы из 85 наименований. Основной текст диссертации составляет 125 страниц, включая 11 таблиц, 20 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Обогащение полезных ископаемых», Серебряник, Инна Александровна

Общие выводы

1. Исследована природа струйного измельчения. Выявлено, что в его основе лежит истирающий эффект, что позволяет рассматривать струйный помол как истирание в кипящем слое струйной мельницы.

2. Выявлено, что для большого числа конечных продуктов из слюды, струйный помол будет являться оптимальным. Это объясняется, главным образом, тем, что полезная площадь пластин слюды струйного помола больше, а дефектность пластин меньше, чем, например, при шаровом измельчении.

3. Разработана модель струйного помола на основе цепей Маркова, позволяющая рассчитать гранулометрический состав после любого акта разрушения, используя готовый порошок предыдущего акта. Модель позволяет рассчитать среднее время пребывания системы в каждом из состояний, время перехода из состояния в состояние, а также количество шагов до окончания процесса измельчения.

4. Убедительно доказана эффективность использования модели частицы с целью наиболее полного отражения свойств измельчаемого материала.

5. Разработана модель процесса гравитационной классификации, сочетающая элементы энтропийного моделирования и метод Марковских цепей. Данная модель позволяет рассчитать среднее время пребывания системы в каждом из состояний, а также среднее количество шагов до окончания процесса для классификации.

6. Разработанная модель гравитационной классификации позволяет оптимизировать процесс путем выбора оптимального места загрузки, получая определенный гранулометрический состав продукта на выходе.

7. Проведенные испытания показали хорошую сходимость расчетных данных с экспериментальными, что подтверждает адекватность разработанных математических моделей процессов измельчения-классификации.

8. Результаты выполненных исследований внедрены на ОАО «Нижнеудинская слюдинитовая фабрика» в виде рекомендаций по выбору наиболее эффективных режимов работы струйной мельницы и гравитационного классификатора.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Серебряник, Инна Александровна, 2007 год

1. Baudet G. et al, Efficacite de la classiflcatii ultrafme en voie seche par un selecteur dynamique Mines et Carrieres, les Techniques №1 1998.

2. Hansen S. Utility, accessibility and entropy in spatial modeling. //The Swedish Journal of Economics №74 1980.

3. Nair G.A. Journey to global standards //Pharma Pulse №12 2000.

4. Scott A.J. A nodal of entropy in a transportation network with congestion costs. //Transportation Science №5 1971.

5. Акунов В.И. Струйное измельчение горных пород //Горный журнал. 1985.-№4.-С.35-38.

6. Акунов В.И. Струйные мельницы. -М.: Машиностроение, 1967.

7. Барский Е., Барский М. Оптимальные скорости потока воздуха в гравитационных процессах

8. Барский Л.А., Плаксин И.Н. Критерии оптимизации

9. Барский М.Д. Фракционирование порошков. М., Недра, 1980. 327 с. Ю.Баруча-Рид А.Т. Элементы теории Марковских процессов и их приложения. М.: Наука, 1969. 512 с. П.Биленко, Л.Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах Л.Ф. Биленко. М.: Недра, 1984.

10. Боровков А.А. Эргодичность и устойчивость случайных процессов. М., 1999.

11. Вентцель А.Д. Нредельные теоремы о больших уклонениях для Марковских случайных процессов М., 1986. И.Вердиян, М.А. Анализ технологических схем измельчения М.А. Вердиян, В.В. Кафаров, В.Л. Нетров и др. Цемент. -1975. №4.

12. Вердиян, М.А. Математическое моделирование помольных агрегатов М.А. Вердиян, В.В. Кафаров Цемент. -1976. №12. 119

13. Физические основы П.Вильсон А. Дж. Энтропийные методы моделирования сложных систем.

14. Вильсон А. Дж. Энтропийные методы моделирования сложных систем.

15. Воробьев Н. Д. Моделирование процесса измельчения в шаровых мельницах Горный журнал. 2004. N 5.

16. Воробьев Н. Д. Моделирование процесса измельчения в шаровых мельницах Горный журнал. 2004. N 5.

17. Гарднер Р.П., Аустин Л.Г. Труда европейского совещания по измельчению. М Строиздат, 1966.

18. Гарднер Р.П., Аустин Л.Г. Труда европейского совещания по измельчению. М Строиздат, 1966.

19. Гельперин Н.И., Гайнштейн В.Г., Кваша В.Б. Основы техники псевдоожижения. М Химия, 1967.

20. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике: Учебное пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1999.

21. Горобец В.И., Горобец Л.Ж. Новое направление работ по измельчению. М Недра, 1977.

22. Горобец В.И., Елисеева O.K. Исследование процессов измельчения и классификации материалов в газоструйной установке с применением вероятностной математической модели. Днепропетровск, 1993. -5 с.

23. Гринман И., Блях Г. Контроль и регулирование гранулометрического состава продуктов измельчения. Алма-Ата: Наука, 1967.

24. Дмитриев В., Тихонов О. Н. О взаимосвязи энергетических законов дробления Кика—Кирпичева и Риттингера с индексом работы Бонда //Обогащение руд №2 2004. 120

25. Калинкин А.В. Марковские ветвящиеся ироцессы с взаимодействием. Усн. матем. наук, 2002, т. 57, вып. 2. 23-84.

26. Кафаров, В.В. Математические модели структуры потока материала в мельницах В.В. Кафаров, М.А. Вердиян Цемент .№5, №6 1997. Зб.Кемени Дж., Мнелл Дж. Кибернетическое моделирование. Некоторые приложения. М.: Советское радио, 1972.

27. Кемени Дж., Снелл Дж. Конечные цепи Маркова. М.: Наука, 1970. 271с.

28. Кемени Дж., Снелл Дж., Кнелл А. Счетные цепи Маркова: Hep. с англ. М.: Наука, 1987.-416 с.

29. Кирий В.Г., Серебряник И.А. Моделирование процесса истирания в псевдоожиженном слое струйной мельницы. //Технико-экономические проблемы развития регионов. Материалы научно-практической конференции (декабрь 2005 года). Иркутск: Нзд-во ИрГТУ, 2005. 76-81

30. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. Hep. с англ./Нер. И.Н.Грушко; ред. В.Н.Нейман. М.: Машиностроение, 1979. 432 с.

31. Козин В.З. Методы моделирования в обогащении. Свердловский горный институт, 1973. 203 с. Свердловск: 121

32. Красильников В.А., Шинкевич В.А. Воздушные классификаторы НПО «Центр». Минск, 2004.

33. Крыхтин, Г.С. Интенсификация работы мельниц Г.С. Крыхтин; отв. ред. В.В. Кармазин; Гос. н.-и. и нроект.-конструкт. ин-т гидрометаллургии цв. металлов. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма, 1993.

34. Лашев Е.К. Слюда. М.: Стройиздат, 1948. 289 с.

35. Леонов СБ., Петров процессов А.В. Имитационное полезных моделирование ископаемых. технологических обогащения Иркутск: Изд-во Иркутского госуд. техн. ун-та, 1996. 242 с.

36. Линч, А. Цикл дробления и измельчения: моделирование, оптимизация, проектирование. М.: Недра, 1981.

37. Липгетт Т. Марковские процессы с локальным взаимодействием. М., 1989.

38. Математическое описание и алгоритмы расчета мельниц цементной промышленности: приложение к временным методическим указаниям. М: НИРЩемент, 1978. 5О.Мецик М.С. Механические свойства кристаллов слюд. Иркутск: Издво Иркутского госуд. ун-та, 1988. 336 с. 51.МИЗОНОВ В.Е. и др. Об определении математической Иваново, 1998. 52.МИЗОНОВ В.Е., Ушаков Г. Аэродинамическая классификация моде, размола матрицы измельчения в твердого топлива. Труды ИТЭУ, порошков. М.: Химия, 1989. 160 с.

39. Перов В.А., Андреев Е.Е.. Биленко Л.Ф. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра. 1990. 122

40. Разумов И.М. Псевдоожижение и пневмотранспорт сыпучих материалов. М Химия, 1972.

41. Розанов Ю.А. Случайные процессы (краткий курс).- Москва: Наука, 1971.

42. Рубинштей Ю.Б., Волков Л.А. Математические методы в обогащении полезных ископаемых. М.: Недра, 1987. 5

43. Серебряник И. А. Моделирование процесса гравитационной классификации с применением аппарата Марковских цепей. //Вестник Иркутского государственного технического университета N4 2006. 20-25.

44. Серебряник И.А. Моделирование Марковских процесса струйного помола с применением аппарата цепей. //Вестник Иркутского государственного технического университета №1 2007. Т.2. 9599. бО.Серебряник И.А., Байбородин Б.А, Федорова В. Применение струйного измельчения в промышленности. //Обогащение руд. Сборник научных трудов. Иркутск, 2003. 47-49

45. Серебряник струйного И.А., Байбородин Б.А., Федорова В. Из истории переработки измельчения. //Современные методы минерального сырья. Материалы конференции. Иркутск, 2004. 6467

46. Серебряник И.А., Байбородин Б.А., Федорова В. Области и особенности применения струйного помола. //Современные методы переработки минерального сырья. Материалы конференции. Иркутск, 2004.-С.73-75 123

47. Сиденко П. М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия, 1977. бб.Соколов Е.Я., Зингер И.М. Струйные аппараты. М Энергия, 1970.

48. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. М.: Недра, 1982.

49. Степочкин Б. Ф. Определение скорости витания частиц произвольной формы. Теплоэнергетика. 25 -1960.

50. Степочкин Б. Ф. Свободное осаждение частиц неправильной формы. //Известия вузов. Химия и хим. Технология J T l -1960. So

51. Тихонов В.И., Миронов М.А. Марковские процессы. М.: Советское радио, 1977.-488 с.

52. Ушаков Г., Зверев Н.И. Инерционная сепарация пыли. М.: Энергия, 1974. -168 с.

53. Федорова СВ., Серебряник И.А. Развитие технологии и конструкции струйных мельниц. //Интеллектуальные и материальные ресурсы Сибири. Сборник научных трудов. Иркутск, изд-во БГУЭП, 2004. 216-220

54. Федорова СВ., Федорова И.И., Серебряник И.А., Байбородин Б.А. Новые технологии по использованию слюды. Материалы докладов VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов с международным участием. Т

56. Современные угрозы человечеству и обеспечение безопасности Всероссийской жизнедеятельности. научно-практической Материалы конференции докладов студентов VIII и аспирантов с международным участием. Т

58. Федорова СВ., Федорова И.И., Серебряник И.А,, Байбородин Б.А.Иовые технологии по очистке нефти слюдой. Современные угрозы человечеству и //Безопасность-03. безопасности обеспечение жизнедеятельности. Материалы докладов VIII Всероссийской научнопрактической конференции студентов и аспирантов с международным участием. Т

60. Фридман Э. Обогащение полезных ископаемых. М.: Недра, 1985.

61. Хакен Г., Информация и самоорганизация: Макроскопический подход к сложным системам. М.: Мир, 1991.

62. Хант Дж. Марковские процессы и потенциалы М., 1962.

63. Ходаков Г.С. Тонкое измельчение строительных материалов. М.; Стройиздат. 1972.

64. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М.: Наука. 1972.

65. Шинкоренко С Ф. Развитие методологии моделирования процессов измельчения //Обогащение руд JVbl 2004.

66. Шинкоренко СФ. Технология измельчения руд черных металлов. М.: Недра, 1982.

67. Шквирский А.В., Гершович В.И. Моделирование системы управления процессом измельчения известняка и бентонита на ЭВМ. Днепропетровск, 1993. 8 с. 84.111лауг Г. Некоторые проблемы при измельчении в воздушных струях. В кн.: Труды Европейского совещания по измельчению. М., 1966. С497-522. 125