Delist.ru

Автоматизация подбора фракционного состава фильтрующих материалов для промышленных предприятий (25.11.2010)

Автор: Чантиева Милана Энбековна

Осуществлена экспериментальная проверка автоматизированной системы дозирования для приготовления компонентов ППК и оценена её техническая эффективность в производственных условиях.

К защите представляются:

Математическая модель структуры пористой проницаемой керамики на основе вероятностно - геометрической концепции.

Математические модель для анализа связи пористости пористой проницаемой керамики с объёмной концентрацией заполнителя.

Математическая модель управления технологическим процессом связного многокомпонентного дискретного дозирования и закон управления дозами компонентов с учетом ограничений на допустимые погрешности дозирования.

Автоматизированная система управления процессом приготовления компонентов пористой проницаемой керамики, включая подсистему дозирования.

Методы исследования. Теоретические и расчетно-аналитические исследования базировались на положениях теории «перколяции» и «эффективной среды», методах математического компьютерного моделирования и синтеза систем автоматизированного управления применительно к поставленной задаче.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Научная новизна диссертации состоит в теоретическом обосновании и практической реализации автоматизированных методов оптимизации технологии подбора и дозирования компонентов смеси ППК.

Разработана математическая модель структуры ППК материала на основе метода случайных упаковок в рамках вероятностно – геометрической концепции.

Разработана методика автоматизированного подбора состава смеси, применяемого для реализации последующего дозирования компонентов ППК.

Впервые предложен метод определения критического индекса континуальных задач теории «перколяции» - «критической концентрации», позволяющий расширить область применения теории «перколяции» при исследовании двухкомпонентных композиционных материалов.

Получена взаимосвязь пористости ППК и объемной концентрации заполнителя

Найдена взаимосвязь между критической концентрацией и диапазонами вариаций гранулометрического состава заполнителя

Разработана математическая модель управления технологическим процессом связного многокомпонентного дозирования и закона управления дозами компонентов с учетом ограничений на допустимые погрешности дозирования;

Разработана методика построения алгоритмов и прикладных программ для реализации автоматизированной системы управления подбором состава и дозированием компонентов смеси.

Основные положения, выносимые на защиту:

Общая концепция автоматизации технологического процесса приготовления компонентов ППК с оптимизацией по концентрационно – гранулометрическим свойствам заполнителя.

Математические модели для анализа связи фильтрующих свойств ППК со свойствами заполнителя и его объёмной концентрацией.

Математическая модель управления технологическим процессом связного многокомпонентного дискретного дозирования и закон управления дозами компонентов с учетом ограничений на допустимые погрешности дозирования.

Автоматическая система приготовления компонентов ППК, включая систему дозирования.

Практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты позволяют производить оперативный подбор оптимального состава ППК, произвести дозирование компонентов ППК с максимальной точностью, а также оценить возможное отклонение от заданных установок. Опытная эксплуатация разработанного математического, информационного и программного обеспечения, полученные с его помощью результаты, подтвердили его высокую эффективность для решения поставленных в диссертационной работе задач. Внедрение результатов исследований в МУП «Горводоканал» г. Грозного» и ГУП Завод «Трансмаш» позволило снизить вариацию по тонкости очистки от образца к образцу до 10%, что является допустимым по технологическим нормам и получить снижение затрат за счёт уменьшения доли бракованных изделий в готовой продукции.

Реализация результатов работы. Разработанная автоматизированная система апробирована в МУП «Горводоканал» г. Грозного» и ГУП Завод «Трансмаш».

Апробация результатов. Основные научные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на:

67 и 68 научно-методических конференциях МАДИ (2009- 2010г.);

30-й Московской международной выставке «Образование и карьера – XXI век». Москва 2009 г.

Публикации Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 8 печатных работах.

Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, приложений и списка литературы. Работа изложена на 161 странице машинописного текста, содержит 59 рисунков, 5 таблиц. Список литературы включает 101 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность и сформулированы основные цели и задачи исследования.

Первая глава диссертации посвящена анализу существующих систем фильтрации и фильтрующих материалов на промышленных предприятиях. Проведенный анализ, показал, что Россия занимает одну из ведущих позиций по промышленному загрязнению вод.

Проанализированы основные методы очистки сточных вод – механические, физико-химические и биологические. Показано, что при прочих равных условиях (исключая биологическую очистку), наиболее эффективной является механическая очистка, поскольку после применения других методов, удаление выделяемых ими примесей осуществляется механическим методом.

Проанализированы основные типы фильтрующих устройств механической очистки – сетчатые, патронные (картриджные) и напорные. Показано, что в промышленности наиболее часто используются напорные фильтры, а эффективность очистки в этом случае зависит от использующихся в них фильтрующих материалов.

Фильтрующие материалы можно подразделить на засыпные и монолитные. Засыпные фильтрующие материалы выпускаются в виде порошкообразной или зерновой засыпки, которую помещают в корпус напорных фильтров. Проведённый анализ наиболее распространённых засыпных фильтрующих материалов показал, что они либо дороги, либо не обеспечивают достаточно высокой степени очистки. Но, пожалуй, главным недостатком фильтрующих засыпок является невозможность обеспечения тонкой фильтрации, поскольку минимальный размер частиц, задерживаемый ими не превышает 10 мкм., что во многих случаях является недостаточным.

По этому параметру монолитные фильтрующие материалы значительно превосходят засыпные. Кроме того, монолитные фильтрующие материалы требуют при своём применении самое простое оборудование (как правило, простых металлических кассет), поскольку они сами представляют собой некие конструкции. Монолитные фильтрующие материалы выпускаются на металлической и полимерной основах но, к сожалению, такие материалы очень дороги и, кроме того, не могут работать в агрессивных средах.

Наиболее перспективным направлением в данной области является создание фильтров на основе пористой проницаемой керамики (ППК), которые обеспечивают удаление из воды механических взвесей и коллоидных фракций с размером частиц более 0,05мкм, что обеспечивает 100% очистку воды от взвешенных веществ, а также снижает общее содержание органических соединений и тяжёлых металлов.

Наиболее простым и дешёвым методом изготовления фильтров из ППК является метод выгорающих добавок, основанный на введении в керамическую массу и последующем выжигании (при обжиге изделий) горючих добавок.

Исследования проведенные на ГУП Завод «Трансмаш» (г. Грозный) показали, что в качестве выгорающих добавок наиболее эффективно (с экономической точки зрения) использовать полукокс - отход переработки бурых углей (в частности месторождения у селения Малые Варанды Чеченской Республики).

Однако при использовании метода выгорающих добавок наблюдается неравномерность пористой структуры, связанная с объёмной концентрацией добавок, их фракционным составом и сложностью распределения добавок по объему шихты. Именно этот факт, несмотря на дешевизну и явные преимущества метода, сдерживают его применение, поскольку выход бракованных изделий составляет в среднем 40% от общего объёма выпуска.

Поскольку на эффективность очистки вод ППК от механических примесей основное влияние оказывает концентрация выгорающих добавок, обеспечивающая заданную пористость готовых фильтрующих элементов, то основополагающими технологическими факторами, влияющими на качество выпускаемых изделий, являются методика подбора состава ППК и точность дозирования её компонентов при промышленном производстве.

загрузка...