Текущее состояние. Актуальным направлением в настоящее время является синтез моделей объектов управления с целью создания на их основе программных тренажеров, экспертных систем и прогнозных моделей для реализации в классической структуре автоматизированных систем управления.

На рассмотренной установке, использующей схемы спекания Байера и Байера, процессы сгущения и промывки играют решающую роль в отделении красного шлама от жидкой фазы разбавленной пульпы перед контролируемой фильтрацией. Улучшение автоматизированной системы управления, будь то интеграция новых контуров управления или внедрения экспертной системы управления, основанной на обобщенных моделях радиального сгустителя, способно снизить отношение L:S песков на 0,1 единицы.

Решаемая научная проблема. Система управления противоточной промывкой красного шлама глиноземного производства на основе предиктивной модели позволяет повысить эффективность промывки (снизить потери возвратной щелочи в промытом шламе) за счет корректировки управляющих воздействий. Модель процесса агрегации твердой фракции в питающем стакане в присутствии флокулянта позволяет рассчитывать распределение сфлокулированных частиц по размерам и средневзвешенный диаметр флокул из-под питающего стакана в диапазоне от 10 до 500 мкм.

Методы исследования. В данной работе представлено математическое описание процесса агрегации твердых фракций в присутствии флокулянта и его результат. В основе лежит уравнение популяционного баланса. Модель реализована на языке Python. Для работы с моделью был разработан пользовательский интерфейс на базе библиотеки Tkinter в Python. Верификация модели, а именно лабораторные опыты проводились при поддержке Научного центра проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II и производственной лаборатории исследуемого предприятия.

Детали исследования. Разработанная модель рассчитывает рост и распад частиц с определенным шагом и строит логнормальное распределение частиц по размерам. В данном исследовании суспензия преимущественно содержала мелкие частицы, что существенно повлияло на распределение флокулированных частиц. Согласно результатам моделирования, твердые частицы после флокуляции в основном относятся к следующим классам 27-153 мкм (85,4 %).

Так как в описанной и разработанной подмодели флокуляции для проверки результата работы алгоритма использовались реальные исходные данные, которые были проверены с помощью экспериментов по отстаиванию пульпы в присутствии флокулянта. Все лабораторные эксперименты проводились при поддержке Научного центра проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II и производственной лаборатории исследуемого предприятия.

Время флокуляции было равно 30 с; это значение было задано в качестве времени моделирования в подмодели флокуляции (рисунок с распределением), чтобы соответствовать времени седиментации суспензии в присутствии флокулянта в лабораторном эксперименте, поскольку этого времени было достаточно для полного осаждения и, следовательно, завершения процесса флокуляции. В ходе экспериментальных исследований были получены фотографии скоплений осажденного красного шлама, на которых флокула может быть охарактеризована как асимметричное образование, окружающее осажденные агрегаты. Эти изображения также помогли проверить модель баланса популяций, учитывающую размер осажденных агрегатов и симметрию флокулы. Эти изображения были получены с помощью микроскопа и капельного метода исследования. Флокулы отбирались пипеткой объемом 2 мл в процессе взаимодействия осажденной пульпы и флокулянта и переносились на предметное стекло микроскопа. Для получения изображений флокулированной пульпы использовался микроскоп AOMEKIE 64-640 (Ningbo Barride Optics Co., Ltd, Ningbo, Китай).

Поскольку эксперимент проводился в лаборатории исследуемого предприятия, параметры материала красного шлама и свойства щелока в лабораторном эксперименте и в модели соответствуют технологии. В лабораторном эксперименте использовался красный шлам плотностью 3200 кг/м3, концентрация твердого вещества соответствовала технологической концентрации 70 г/л. Доза флокулянта, вводимого в цилиндр объемом 250 мл, составила примерно 0,7-0,9 мл при концентрации 0,5 %; погрешность допустима из-за оборудования, используемого для введения суспензии (шприц). Доза флокулянта прямо пропорциональна содержанию твердого вещества. Поскольку концентрации твердых частиц равны, объем флокулянта в лабораторном эксперименте соответствует объему флокулянта, заложенному в модели. Таким образом, математическая модель и лабораторный эксперимент имеют общие параметры, необходимые для процесса флокуляции. Было проведено 15 экспериментов по оседанию красного шлама в присутствии флокулянта. Из каждого цилиндра было отобрано по пять проб с флокулами. Средний диаметр частиц, рассчитанный в модели и равный 84 мкм, сравнивался с пятнадцатью различными средними результатами, полученными в лабораторном эксперименте. Среднее квадратическое отклонение для параметра "средний диаметр агрегата" составило 19,88 мкм.

Таблица 1. Результаты проведенного эксперимента.