Контактілік бөлімінің материалдық балансын есептеу

31 

 

2 кесте  

Газдың құрамы 

көлемі бойынша 

салмағы бойынша 

м

3

 

% 

кг. 

% 

SO

2 

2 228 

4,5 

6 366 

9,5 

O

2 

7 920 

16 

11 314 

17 

N

2 

39 352 

79,5 

49 180 

73,5 

Барлығы 

49 500 

100 

66 870 

100 

 

 

 

Газ құрамында мыналар қалады: 

 

O

2

 

 

 

 

                   11314 - 1528 = 9786 кг немесе 6850 м

3

 

 

N

2 

 

 

 

                                      

6 366 х 0,04 = 255 кг немесе 89 м

3

 

 

Контактілік бөлімінен шығатын газ құрамын келесі кестеге енгізейік. 

 

3 кесте - Контактілі бөлімнің газ құрамы 

Газдың құрамы 

көлемі бойынша 

салмағы бойынша 

м

3

 

% 

кг. 

% 

SO

3

 

2 139 

4,4 

7 638 

11,1 

SO

2 

89 

0,2 

9 786 

0,3 

O

2 

6 850 

14,1 

225 

15 

N

2 

39 352 

81,3 

49 190 

73,6 

Барлығы 

48 430 

100 

66 870 

100 

 

4 кесте - Контактілік бөлімінің материалдық балансы 

Газдар 

Кірісі, кг/г 

Шығыны, кг/г 

SO

2

 

6 366 

225 

O

2

 

11 314 

9 786 

N

2

 

49 190 

49 180 

SO

3

 

- 

7 638 

Барлығы 

66 870 

66

 

70 

 

1.5 Жылулық балансын есептеу 

 

Жылудың келуі: 

Газбен келетін жылу 

 

























)

31

,

0

39352

32

,

0

7920

42

,

0

2228

(

2

2

2

1

N

o

so

k

Q

Q

Q

tb

Q

 

=

г

Кккал/

783450

15669

50





 

мұндағы  0,42;  0,32;  0,31  -  бір  ккал/м

3 

грд  үшін  50

о

С  температурадағы             

SO

2

, O

2

, N2-нің

 

жылу сыйымдылықтары.  

 

SO

2

-нің SO3-ке тотығу реакциясының жылуы: 

 

г

ккал

Q

/

2139000

4

,

22

22400

2139

2







 

32 

 

мұндағы 22400 - ккал/кг моль реакциясының жылуы. 

 

Жылудың жалпы келуі: 

 

Q

3 

= 783450 + 2 139000 = 2 922450 ккал/г 

 

Жылу шығыны: 

- контактілік бөлімінен газдар әкететін жылу:  

 





















15349

150

)

31

,

0

39352

32

,

0

6850

43

,

0

)

89

2139

((

150

3

Q

2302368 ккал/г 

 

- контактілік түйініндегі жылу шығыны: 

 

                 Q

4 

=2922450-2302368=620012 ккал/г 

 

5 кесте - Жылулық баланс деректері 

Кіріс 

Шығыс 

Кіріс статьялары 

Саны, ккал/г 

Шығыс статьялары 

Саны, ккал/г 

Газдармен келетін  

783450 

Газдармен кететін 

2302368 

Жылу реакциялары 

2139000 

Жылу шығындары 

620012 

Барлығы 

2922450 

 

2922450 

 

2 Арнайы бөлім 

 

2.1 Технологиялық ішкешеннің басқару объектісі ретіндегі 

сипаттамасы 

 

Контактілік процестерінің мақсаты - күкіртті ангидриттің процестердің 

жеке  сипаттамалары  және  материалдық  ағындар  бойынша  байланыс 

жағдайларымен  туындаған  процесті  енгізудің  мүмкін  болатын  аймақтарын 

сақтай отырып, серныйға тотығудың ең жоғары дәрежесіне жету. 

 

Газ тотығуына әсер ету процесі бойында бірінші қабаттың кірісіне және  

бірінші,  екінші  қабаттан  кейін  жылуалмастырғышқа  суық  газды  байпастау 

жолымен жүзеге асырылады. Аппарат арқылы газ шығындарын өзгерту және 

жүктеуіш қыздырғыштарда газдар қыздырылады. 

 

Контактілік аппараты жұмысының негізгі көрсеткіші - тотығу дәрежесі 

және SO

2 

тотығу мөлшері бойынша өнімділік. 

 

Технологиялық  процестің  жүру  барысын  анықтайтын  факторлар 

тотығуға кіретін газдар құрамы, аппаратқа жүктеме, қабаттардың кірістері мен 

шығыстарындағы  температуралар,  контактілік  массасының  белсенділігі, 

гидродинамикалық режім. 

 

Технологиялық  процесс  және  тарамдалу  жүйесінің  айнымалылары 

былайша жіктеледі: 

- басқарушы; 

33 

 

- басқарылатын; 

- басқарылмайтын, қадағаланбайтын. 

Басқарушы айнымалылар: 

- БА арқылы Q газының шығындары; 

- тотығу дәрежесі ε. 

Басқарылатын айнымалылар: 

- 

2

so

С

газындағы SO

2 

концентрациясы; 

- БА i-ші 





4

,

1



i

 қабатына кіріс температурасы - 

i

Н

T

; 

- БА i-ші 





4

,

1



i

 қабатының шығыс температурасы - 

i

к

T

; 

- БА i-ші қабатындағы қысымның төмендеуі - 

i

P



; 

- m-ші қысымдауыштың қысымның төмендеуі 

m

P



; 

- БА шығысындағы SO

3

 концентрациясы 

3

so

С

.

 

Басқарылмайтын, қадағаланбайтын айнымалылар: 

- газдағы оттегінің концентрациясы - 

2

o

С ; 

- катализатордың ескіруі - y. 

1-ші суреттегі айнымалыларға сипаттама: 

мұндағы 

х

 - кіріс айнымалыларының векторы; 

 

 

     



 - ауытқу әсерлерінің векторы; 

 

 

     

U

 - басқарушы әсерлердің векторы. 

 

 

1 сурет - Таратушы ішкешен 

 

Басқару нысандарының келесі ерекшеліктерін атап өтуге болады. 

Басқару нысаны көпөлшемді болып табылады, яғни, ол өзара  

34 

 

байланысқан факторлар: кіріс, режімдік, жұлдыз параметрлері көпмөлшерімен 

сипаталады.  Кіріс  координаталарына  газдық  ағынның  мөлшерлік  және 

сапалық  сипатамалары  жатқызылуы  мүмкін.  Режімдік  айнымалылар 

контактілік  аппаратында  және  қысымдауышта  физикалық процестер  жүретін 

жағдайларды  анықтайды.  Тотыққан  газдың  сапалық  және  мөлшерлік 

көрсеткіштер  шығыс параметрлері болып табылады. 

Басқару нысаны контактілік аппаратында жүретін технологиялық  

процестің көпсатылылығымен сипаталады. 

Басқару  нысаны  катализатордың  ескіруі  және  газ  тотығуына  түсетін 

сипаттамалардың өзгеруінен туындайтын кездейсоқ ауытқулар арқылы пайда 

болған қадағаланбайтын, басқарылмайтын  ауытқулар  әсеріне  шалынады,  бұл 

басқару нысанының орнықсыздығын анықтайды. 

 

Басқару  нысанының  технологиялық  режімі  парамертлердің  биіктік 

бойынша тарамдалуын сипаттайды, яғни басқару аппаратының әрбір қабатына 

жеке параметрлер сәйкес келеді. 

Басқару  нысанының  біркелкі  еместігімен  және  периодтылығымен 

сипатталатын металлургиялық қайта балқыту жұмысына тәуелді болады. 

 

2.2 Бақылау және реттеу жүйесінің қысқаша сипатамасы 

Қазіргі  кезде  контактілік  бөлімінің  технологиялық  процесін  басқару 

практикасы  барлық  күкірт  қышқылы  өндірісі  сияқты  келесіге  әкеледі. 

Тәжірибелер  мен  шаралар  негізінде  ішкешендерді  басқару  бойынша 

технологтар  нақты  өндірістік  жағдайлар  қажетті  кондициялық  көрсеткіштері 

бар өнімдерді шығару бойынша жоспарлық талаптарды ескеріп, процестердің 

бөлшектік технологиялық режімдерін таңдайды. 

 

Таңдалған режім автоматты реттеу және қолдан басқарудың реттейтін 

органдарының жергілікті жүйелері көмегімен бөліктеп жүзеге асырылады. 

 

Технолгиялық  процестің  кейбір  айнымалыларына  байланысты  қызмет 

ететін  персоналға  берілген  режімді  сақтау  мақсатымен  түрлі  ауытқуларды 

болдырмай, технологиялық операцияларға белсенді әсер ету керек болады.  

         Күкірт 

қышқылын  өндіру  бойынша  ЖМЗ-дағы  технологиялық 

процестерді  бақылау  және  реттеу  жүйесі  Гидроцветмет  және  Уралпрохим  

интституттарының 

автоматандыру 

бөлімдерінің 

жобаларына 

сәйкес 

орындалған. 

 

Шлюберже 

фирмасының 

ДЭЕМ 

негізіндегі 

автоматтандыру 

температураны  және  контактілік  аппаратарының  әрбір  қабатына  дейін  және 

кейін,  қысымдауышқа  дейін  және  кейін,  жылуалмастырғыштың  құбырлы 

кеңістігінің  кірісі  мен  шығысындағы  газ  қысымын,  газ  шығындарын  және 

онда  SO

2

-нің  контактілік  аппараттары  бойында  және  газ  өткізгіштің  кейбір 

нүктелерінде болуын қадағалайды. 

 

Қысымдауыштар үшін подшипниктер және берілетін кернеу мен 

тоқтың  электрқозғауыштары  орамдарының  сигнализациясы  мен  бақылауы 

қарастырылған. 

35 

 

 

Автоматтандыру  жобасында  суық  ауаның  байпасының  дроссильдеріне 

әсер  ету  арқылы  контактілік  аппаратының  барлық  төртқабатына  түсетін  газ 

температурасын  автоматты  түрде  реттеу  қарастырылған.  Қазіргі  кезде 

контактілік  аппаратының  кірісінде  (бірінші  қабаттың  алдында)  газ 

температурасын  реттеу  жүзеге  асырылған,  ал,  барлық  қалған  параметрлері 

ЦПУ,  СХУ  орындарына  орнатылған  құралдар  көрсеткіштері  бойынша  ғана 

бақыланады.  ДЭЕМ-ге  газ  шығындары  және  SO

2

  концентрациясы  жайлы 

ақпарат беріледі. 

 

2.3  Тарамдалған  ішкешеніннің  басқару  мәселесінің  құрылымын 

анықтау 

 

Мақсаттарды  құрылымдандыру  және  есептердің  құрамын,  олардың 

арасындағы  байланыс  сипаттарын  таңдауға  байланысты  басқару  мәселерін 

құрылымдандыру  сатысы  ТПАБЖ  жүйетехникалық  талдауының негізгі  және 

маңызды сұрақтарының бірі болып табылады. 

Бұл сатының мәселесінің табысты шешімінің басқару жүйесінің үлестік 

құрылымын  таңдауды  және  оның  элементтерінің  оптималды  әрекеттестігін 

қамтамасыз етеді.  

Басқару  мәселерін  құрылымдандыруды  тарамдалған  ішкешен  арқылы 

шешу  үшін  әдебиетте  ұсынылған  келесі  сатылардан  тұратын  келісті 

қолданамыз:  

- ішкешен арқылы басқарудың ауқымды мақсаттарын таңдау; 

- басқару жүйесінің алғашқы құрылымын қалыптастыру; 

- басқару нысанның құрылымын талдау және бөліп көрсету; 

- басқару мақсаттарын құрылымдандыру; 

-  критерийлерді  таңдау  және  басқару  мәселелерін  деңгейлер  бойынша 

математикалық қойылымдандыру. 

Металлургиялық  өндірістің  күкіртті  газдардың  шығындауы  осы 

технологиялық  ішкешеннің  жұмысын  анықтайтын  негізгі  техника-

экономикалық  көрсеткіштер  болып  табылады.  Сол  себепті,  ішкешенмен 

басқарудың  ауқымды  мақсаты  -  толығымен  қолданылатын  металлургиялық 

газдарды таратудың оптималды режімін анықтау және жүзеге асыру.  

 

Жоғарыда  айтылған  технологияның,  практикада  қалыптасқан  газ 

жолдарын  басқару  және  өндірістік-технологиялық  талдаудың  баяндалуынан 

нысанның  екідеңгейлі  иерархиялық  құрылымын  келесі  деңгейлерді  бөліп 

көрсете отырып анықтайық:  

- ішкешен; 

- агрегат (контактілік аппараты). 

 

36 

 

 

 

2.1 сурет - Контактілік аппараты 

 

Қарастырылып отырған басқару нысаны кең жиіліктік спектрлі сыртқы 

әсерлерге  шалынуы  мүмкін.  Конверторлық  бөліктің  агрегаттарының 

дискретті-үздіксіз сипаты ішкешенді тиімді басқарудың қажеттігін тудырады, 

ал,  тікелей  цифрлық  басқару  жүйелерін  қолданатын  технологиялар 

айнымалардың орнықтылығы үздіксіз орындалады.  

Мұндай  басқару  жүйесінде  қажетті  координацияның  болмауы 

агрегаттар  жұмысының  ырғағының  бұзылуына,  технологиялық  процестердің  

берілген режімдердің ауытқуына әкеледі.  

Нысанның  көрсетілген  ерекшеліктерін  ескере  отырып,  тарамдалған 

ішкешендермен 

басқарылатын 

жүйелердің 

құрылымын 

басқарудың 

екідеңгейлі құрылымын пайдаланып, иерархиялық жүйе класында көрсетейік.  

Қарастырылып  отырған  жүйенің  жоғарғы  деңгейінде  -  газдардың 

оптималды  мәселесі,  төменгі  деңгейінде  -  контактілік  аппараттары  бойында  

газдың оптималды таралымын бақылау және орнықтыру мәселелері шешіледі.  

Басқару  мақсатарының  құрылымын  талдауға  кірісейік.  Газдардың 

таралу  ішкешендерінің  таралу  мақсатын  келесі  жолмен  қалыптастырайық:  

контактілік  аппараттары  бойында  газдың  оптималды  таралымын  БА  жылу 

режімдерінің бағасын және ағымдағы шығындардың мәндерін ескере отырып 

қамтамасыз ету.  

Төменгі деңгейдің басқару  мақсаты былайша  қалыптасады: контактілік 

аппараттарға оптималды шығындарды жұмсау. 

Құнартқыш  таратушы  ішкешеннің  қанағаттандыратын  технология 

режімін  сипаттайтын  маңызды  көрсеткіштердің  бірі  күкірт  қышқылы  және 

металлургия өндірістің газ жүктемесі бойынша келісушілігі болып табылады. 

Сол  себепті,  жүйенің  жоғарғы  деңгейінде  басқару  критерийі  F  ретінде  SO

2 

газын  тұтынушылардың  өнімділігінен  SO

2

  газ  көздері  өнімділігінің  ауытқуы 

қабылданады.  

 

2

4

1

)

(











j

F

, 

мұндағы 





- SO

2

 газ көздері өнімділігінің қосындысы; 

37 

 

               



4

1

j

- SO

2 

газын тұтынушылардың өнімділігі. 

 

SO

2 

газ көздері өнімділігінің қосындысы мынаған тең:  

 

n

n

C

Q









7

1

, 

мұндағы  Q

n

,  C

n 

-  электрлік  пеш  газдарындағы 

)

2

,

1

(



n

,  конверторлық 

газдарда 

)

6

,

3

(



n

  және  күкіртті  жағушы  бөлімдегі  газдардағы 

SO

2

 шығыны және концентрациясы. 

 

 SO

2  

газын тұтынушылардың өнімділігі былайша анықталады: 

 

j

j

J

j

C

Q







, 

мұндағы  Q

j

,  C

j 

-  сәйкесінше  j-ші  контактілік  аппаратының  кірісіндегі 

SO

2

 шығыны және концентрациясы; 

                         ε

j 

-  j-ші  контактілік  аппаратындағы  SO

2

-нің  SO

3

-ке  тотығу 

дәрежесі.  

 

Ішкешенмен  басқару  мәселесінің  мазмұнды  қойылымы  төмендегі 

жолмен  қалыптастырады:  контактілік  аппараттары  үшін  газ  шығынына, 

автотермиялылық 

коэффициентіне, 

БА 

қабатының 

шығысындағы 

температураға, 

қысымдауыштың 

қысымына 

қойылған 

шектеулерде 

басқарудың таңдалған критерийлерін минимизациялайтын жүктемелерді табу 

керек.  

 

 2.3.1 Басқару нысанының математикалық сипаттамасы 

Басқару мәселесінің қалыптастырылған математикалық қойылымы үшін 

басқару  нысанының  сипаттамасын  береміз,  сол  себепті,  оған  қойылатын 

талапты қарастырамыз. 

Процестің 

жүру 

заңдылықтарын 

бейнелейтін 

теңдіктер 

мен 

теңсіздіктердің  қатынастар  жиынтығы  процестің  математикалық  үлгісін 

береді. 

Контактілік 

аппаратының 

жұмысы 

жылу 

процестерінің 

орнықтылығымен,  яғни,  белгілі  бір  мәндер  аралығында  кіріс  параметрлері 

өзгергенде  орнықтылықты  сақтай  алу  мүмкіндігімен  анықталады.  Бұл 

мүмкіндік  контактілік  аппаратының  автотермиялық  коэффициентімен  γ 

сипатталады. 

 

1

1

2

1

H

K

H

K

T

T

T

T









,

 

38 

 

мұндағы 

2

1

1

,

,

H

H

K

T

T

T

-  сәйкесінше  бірінші  қабаттын  шығысдағы,  бірінші 

және екінші қабатқа кірісіндегі  газдың температурасы. 

 

Аппарат орнықты болып саналады, егер: 

 

γ > 1,15. 

 

Бірінші және екінші қабаттар орнықты жұмыс істегенде келесі қабаттар 

да орнықты жұмыс жасайды. 

Контактілік  аппаратының  і-ші  қабатының  шығысындағы  температура 

былайша анықталады:  

 

i

i

H

K

Q

a

C

a

T

a

a

T

i

i

i

i

i

I

3

2

1

0









    

)

4

,

1

(



i

, 

мұндағы 

i

i

i

i

a

a

a

a

3

2

1

0

,

,

,

-математикалық үлгінің коэффициенттері;  

                        

i

H

T

- і-ші қабаттың кірісіндегі температура;  

                        С - і-ші қабаттың кірісіндегі SO

2

 концентрациясы; 

                        Q - газ шығыны. 

  

Контактілік  аппаратында  процесс  адиабатикалық  түрде  (жылу 

шығармастан) жүргізіледі. Жылу шығарылмаған жағдайда тотығу процесінде 

температура  айналу  дәрежесімен  (ε)  бірге  өседі  және  соңғы  сызықтық 

тәуелділікпен байланысты болады. 

 











H

K

T

T

, 

мұндағы Δε - айналу дәрежесінің артуы; 

               λ - адиабатылық жағдайда айналу дәрежесі;  

               ε  -  0-ден  1-ге  өзгергенде  газ  температурасының  арту 

коэффициенті.  

 

λ  шамамен мына формула бойынша есептеледі:  

 

P

C

a

1

,

10





, 

мұндағы а - газдағы SO

2

-нің бастапқы концентрациясы; 

     С

р 

- газ қоспасының орташа жылу сиымдылығы. 

 

SO

2 

әртүрлі  концентрациясы  үшін  λ  коэффициенті  келесідей  мәндерге 

ие болады:  

 

39 

 































5

,

5

5

,

4

144

5

,

4

5

,

3

116

5

,

3

5

,

2

87

5

,

2

58

c

c

c

c



, 

 

Қысымдауыштардың жұмысын сипаттайтын негізгі шамалар - өнімділік 

(Q)  және  қысымның  түсуі  (P).  m-ші  қысымдауыштың  қысымының  түсуі 

мынаған тең: 

 

7

,

1

2

2

1









m

Q

b

Q

b

b

P

m

m

m

m

Om

m

, 

мұндағы 

m

m

Om

b

b

b

2

1

- математикалық үлгінің коэффициенті; 

               Q

m 

- m-ші қысымдауыштағы газ шығыны. 

  

Белгілі  бір  Р  мәнінде  қысымдауыштың  жұмысы  орнықсыз  болады. 

Машина  және  торап  режімдерінде  шығындар  бойынша  келіспеушіліктер 

байқалады,  яғни,  машинаның  берілуі  (масса  бірлігінде)  тораптың  белгілі  бір 

қимасында  газ  шығынынан  үлкен  немесе  аз  болуы  мүмкін.  Р-ның  бұл  мәні 

критикалық  деп  аталады.  Сол  себепті,  қысымдауыштың  орнықты  жұмысы 

қамтамасыз етілуі үшін келесі шарт орындалуы тиіс:  

 

kp

n

m

P

P



. 

 

Газ  бойынша  контактілік  аппараты  жүктемесіне  (К39-4  контактілік 

аппаратының  тарату  мүмкіндігінің  құжаттық  деректері  орнатқан  ең  жоғарғы 

және ең төменгі мәндері бойынша) шектеулер қойылады.  

 

j

j

j

Q

Q

Q



. 

 

Температуралық шектеулер: 

 

Ki

Ki

Ki

T

T

T





. 

 

Олар 

контактілік 

аппараты 

жұмысының 

автотермиялығымен 

байланысты. Қабаттың шығысындағы температура шектеулері технологиялық 

параметрлер  бұзылмайтын  аралықты  береді.  Ол  шектеулерді  процестің 

автотермиялығы  қамтамасыз етеді.    

жүктеу/скачать 2,89 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: