流化床式气流磨的操作优化

流化床式气流磨的操作优化 第?2卷第5期 2000年l0月 }G,z,f钕汉 f.弓 工业大学 JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY Vo】22NO.5 0ct2000 流化床式气流磨的操作优化 oJ-,— 工大学)L’ 摘要;运用粉磨机理分析方法井根据现场莉试数据,得出了漉化卑式气流磨的出料细度和产率的数学估计模型 井单住耗气量下的产率为目标,进行了气流量和分级扭转速设定点操作参数的计算. 关键词:苎生苎兰墨苎芏茎;.竺 中图法分类号:0232物杠理 气流粉碎是超细微粉生产中重要的环节.其粉磨机理是经脱油脱水后的压缩气体通过粉碎喷嘴向磨机内腔 喷射,使物料在流化床中碰撞,磨擦而粉碎,再由磨体上部的涡轮分级机选出符台粒径要求的超细微粉.流化床式 气流磨是超微粉生产过程中关键设备,是一个多参数,多变量的复杂控制对象,难以得到一个准确的数学模型,所 以基于模型的流化床气流磨优化控制十分少见.本文运用粉磨机理分析方法,得出了流化床式气流磨的出料粒度 粒径的数学模型,并以生产现场的实际数据为根据,对不同条件下所得产率的结果进行分析,得出产率的数学估 计模型.在所建模型的基础上,对流化床式气流磨优化控制进行了研究. l流化床式气流磨的数学模型 1.1出料粒度的粒径的数学模型 流化床式气流磨产品粒径是由涡轮分级机形成的涡流场控制的.流化床式气流磨利用其分级机的涡轮旋转 所产生的旋转流场带动粒子旋转.粒子在旋转过程中,其受力情况为: 惯性离心力f=Vppr~{浮力一尸r; 其运动方程为:F=,一一=玺 阻力i:}F (1) 式中:V一颗粒体积(m);一颗粒密度(kg/m);P一流体密度(kg/m);一阻力系数;F一垂直于颗粒运动方向 的投影面积(m);”一颗粒的沉降速度(m/s);一涡轮旋转半径(m);m一 角速度(弧度/s) 即令垫dt一0,并整理式(1)得 一= ?(2) 式中_”r旋转半径r处的圆周速度(m/s). 当微粉颗粒为球形且与流体以同一圆周速度作旋转运动且绝大多数属层流沉降时,上式中阻力系数}一 24. , /R~(R为雷诺数),代人式中,则可得颗粒对流体的相对离心沉降速度为: 一型皂(3) lpr 因此颗粒的粒径大小可表示为: _’-__________.__-___???__?一 d一?/18/a-u~(4) 式中d颗粒的粒径太小(m);流体粘度(kg/m?s);易知*=一2Mr,D=2r,=Q/5 式中:D一涡轮直径(m);5一分级机涡轮叶片过流面积(m);Q一气流量(m/s); 因此颗粒粒径大小可进一步表示为: 收稿日期:2000—06一i7 林伟;男,i969年生,讲师}武汉:武汉理工大学信息工程学院(430070) 第22卷第5期林伟等:流化床式气流磨的操作优化g1 一 ?(5) 从式(5)可知,分级粒径主要受涡轮结构,形状转速和工作介质的流量和物料性质的影响.令K一 厂—__一 ?赫,可得下式: — d=Q(6) V 为研究方便,变量d,N,Q均取工程实际单位,即d取m为单位,?取转/rain为单位,Q取m./min为单 位,系数K则相应变为K,可得分级粒径函数表达式: 历 d(Q,N)一K(7) J 其中:一和分级机涡轮的结构,形状,工作介质等有关的系数;Q一气流量(m./min);?一分级机涡轮转速(转 min);d一颗粒的粒径大小(m). 结论:分级出来的颗粒粒径大小与分级机的涡轮转速成反比,与气流 量的平方根成正比. 1.2气流磨产率的数学估计模型 影响气流磨产率的因素很多,如物料的种类及物理性质,给料粒径,合格产品粒径;粉碎物料气流量;分级机 转速;物料均匀性和磨内物料的多少.要将这些因素都包含在产率的估计模型中是不现实的,况且也没这个必要. 通过对流化床气流磨的运行状况的调查研究和历史数据的分析,可知气流量Q,分级机转速?,磨内料位多少是 影响产率的主要因素.而磨内料位多少与分级机的负荷电流,之间有一一对应的关系.针对这种情况,通过研究 产率G与Q,?,,之间的关系,可得流化床式气流磨产率的数学估计模型为: G(Q,N,,)一Nb2p~【8) 式中:K…b,,一系数;,一分级机的电流(A);G一磨机产率(kg/h). 该模型须对参数K,b,b,b.进行估计.为辨识出以上参数K,bt,62,的大小,我们利用了最小二乘法,以 桂林桂广滑石粉开发有限公司的新型FJM630流化床式气流磨现场所测数据作参考,参考数据如表1所示. 衰1不同条件下的产辜 (g) 比较结果,误差大致在一5,+5之间,故可用以上关系式对产率进行近似估算,即把该式作为产率的数 学估计模型.该模型是建立在对现场实际参数测量的基础上,对于具体不同的气流磨,只须作相应地修正. 2流化床式气流磨的参数寻优 本文目标函数的确立是基于如下因素的考虑:从流化床式气流磨的超微细粉生产过程来看,以产率与耗气量 的比值最大作为目标函数,符合人们对经济效益的需要,即在小的损耗下获得最大的收益,从而发挥设备或生产 线的最大潜能. 流化床式气流磨优化控制的目的就是在产品粒径合格的约束条件下,以产率与耗气量的比值最大作为目标 92武汉工业大学2000年1O月 函数,求出气流量Q,分级机转速N,分级机负荷电流,的值.并将其值作为最佳运行参数值. 其优化问题提法如下: f0<Q?Q— lO<N?N, 给定目标函数l,一旦, 在不等式条件扣<? l.<? 约束下,求变量Q,?,,使得目标函数.,一旦粤为最大 从流化床气流磨在超细微粉生产实际情况考虑,作为磨内料位多少 间接指示的分级机的电流,在生产稳定时基本 上波动不大.周此我们把分级机负荷电流视为一常量,气流量Q,分级机涡轮转速?视为变量进行研究讨论 这样的不等式约束条件,多变量,非线性关系寻优问题.采用蒙特卡洛优化法可求得最优解.其程序 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 如图1所示. 3应用实例 利用式(7),(9)及上述寻优方法对某厂的流化床式气流磨进行了优化控制 求系数的方法常用方法是:当气体粘度,颗粒密度,气体密度,涡轮直径,叶片过流面积一定.根据样品测 出相应的值d后,再根据此时测定的Q,N的值,由K一d(N/~/Q)式,可求系数K的值. 例如测得某样品的d值为2,07ffm,此时?一3600转/rain,Q一38.64m./min,代人公式 n K=d,t一2.07兰兰兰=一ll98.82,这里取K一l200 气耗的模型为:,(Q)一Q+Q0 式中:Q为磨机气耗,通常为一常数. 当产品粒径大小要求小于2,34m时,根据优化程序,可得 寻优后的最佳运行参数分别为: Q’一60(m/rnin);?一3980(转/rain);f一gO(A); 流化床式气流磨在该参数设定值下运行结果为: G一308.0058(kg/h),J一3.094838 与工厂目前操作情况相比较,根据操作经验,原运行参数设定值 通常取为: Q;5O(m/min);N=3600(转/min);,一2O(A); 流化床式气流磨在该参数设定值下运行结果为: G一260.4(kg/h);J一2.925843 结果相比.产率可提高了约4Okg/h,每年可增产约350000kg, 产率显着提高,而产率与耗气量的比值也为最大,单位气耗比为 最大.达到了所希望的的目标. 4结论 本文采用了粉磨机理分析的方法,推导出流化床式气流磨的 出料粒径大小的数学模型.从构建的模型中,我们可以了解气流 量与分级机涡轮转速?对粉磨效果的影响.在模型的基础上进 行优化控制,应用实例说明,能起到降低消耗,提高经济效益的作 用. 参考文献 圈1蒙特卡路优化法优化程序流程图 Optiona]ControlofNonlinearSystemswithModel?Reality IRobertsPD— Differents,31thConferenceofDecisionandContro1.Tu— son.1992.238,261 2LewisFL.Optima]Contro].London:Wileylnter~iencePuhliccation.1986, 3金慧.过程控制,北京清华大学出版杜,1993, 4陆厚根.糟体工程导论,上海同济大学出版杜.1993,119~135(下转第 103页) =墼 第22卷第5期晏石林等:考虑剪胀效应的节理岩体三维等效模型 103 影响程度也随节理面倾角的变化而不同,当节理面与面的夹角在 15.,wasestablishedconsideringthejointfacedilatancy.Theeffectsof dilatancycoefficientandorientationangleofjointfacesontheequivalente!asticmoduLiofanisotropicrockmaseanalyzed.The computerprogramwaswrittenandc8nconvenientlybeusedtOpredicatetheequivalentmechanicalpropertiesof】ointedrockm~sses Keywords;】ointedrockma.%ses;equivalentmodel}dilatancy YanShilin:Prof,PhD,Dept.ofEngineeringStruc.&Mech.,WUT,Wuha n430070,China. (上接第92页) jetMill OptimalOperationloftheFluidizedBedCounter— L/nWeiSunXiaomlngWangZhixiangZhaoFengjin Abstract:Thispaperusedmechanismanalysis.obtainingpredictivemodelofitsproduction’sfinenessandcapabilityonLinetdeve[- opingobjectivewhichtherateofcapabilityandthequaliryofgasismaximum,circulatingoptimalsettingpointaboutgasandtuning speedingofselectinggrademachine. Keywords:fluidizedbedcounter—jetmill;mathematicalmodel;optimal LinWei:Lect,School0fInformarionEngineering.WUT,Wuhan430070.China.