Мыс электролизі процесінің шарттары
Аннотация
В настоящее время республика Казахстан переживает сложный
процесс своего становления как независимого и суверенного государства,
стремиться осуществить глубокие экономические преобразования.
В этих условиях актуальными становится задач экономии средств и
энергоресурсов.
Решение этих задач предполагает неуклонное повышение
производительности оборудования, это усложняет задачи управления на
различных уровнях производственного процесса.
Эти задачи управления могут быть решены на основе широкого
внедрения в производство средств автоматики и вычислительной техники,
путем создания автоматизированной системы управления
технологическими средствами сбора, передачи и обработки информации.
Аңдатпа
Қазіргі таңда Қазақстан Республикасы өзінің егемендігін алған
күннен бастап барлық салада маңызды экономикалық түрлендірулер
жасауға ұмтылуда.
Әсіресе энергия мен шикізатты үнемдеуге көп көңіл бөлуде.
Осы ұмтылуға жету үшін құрылғылардың өнім өндіруін, технологиялық
процесстерді интенсификациясын жасауда, еңбек өнімділігін жоғарлату
қажет.
Бұл
проблеманы шешу технологиялық процесті толықтай
автоматтандыру арқылы жүзеге асады. Ол үшін өндіріске автоматтандыру
құрылғыларын және есептеу техникасын енгізу керек.
Annotation
Now the Republic of Kazakhstan endures difficult process of the formation
as independent and sovereign state, to seek to carry out deep economic
transformations.
In these conditions actual becomes problems of economy of means and
energy resources.
The solution of these tasks assumes steady increase of productivity of the
equipment, it complicates problems of management at various levels of production.
These problems of management can be solved on the basis of widespread
introduction in production of means of automatic equipment and computer facilities,
by creation of an automated control system by technological means of collecting,
transfer and information processing.
Мазмұны
Кіріспе
1 Мыс және оның қорытпаларының қасиеттері
1.1 Мысты электролитті тазалаудың негіздері
1.2 Электролиздің материалды балансын есептеу
2 Электролиз процесін басқару объекті ретінде жазу
2.1 Қолданылатын басқару және бақылау әдістері
2.2 Мақсаттар құрылымын жасау және критерияларды таңдау
2.3 Электролиз процесін басқару есебінің сипаттамасы
2.4 Ванналардағы электр тәртібін бақылаудың ішкі жүйесі
2.5 Алгоритмдік қамтамасыз ету. Ванналардағы қысқа
тұйықтауларды анықтайтын жүйенің жұмыс істеу алгоритмі
2.6 Микропроцессорлы басқару жүйесін жасау
2.7 Микропроцессорлы жүйенің жұмыс істеуін бейнелеу
3 Микропроцессорлы контроллердің функционалды құрылымын жасау
3.1 Контроллер блоктарының сипаттамасы
3.2 Жасалған программаның құрылымы
3.3 Автоматтандырудың функционалды сүлбесінің сипаттамысы
4 Мыс электролиз процесін автоматтандыруды экономикалық дәлелдеу
4.1 Жезқазған мысэлектролитті цехына жаңа есептеу техникасын
ендірудің экономикалық тиімділігін негіздеу
4.2 Пайда өсімшесін анықтау
4.3 "Siemens" фирмасының құралдарын сатып алужәне орнатуға
кететін негізгі шығындарды анықтау
4.4 Құралдарды пайдалануға кететін шығындарды анықтау
4.5 Мысэлектролитті цехта еңбекті ұйымдастыру
4.6 Экономикалық тиімділік пен өтелу мерзімін есептеу
5 Өндірістегі еңбек қорғау мен қауіпсіздік шараларын ұйымдастыру
5.1 Өндірістік қауіптер мен зияндарды талдау
5.2 Еңбек қорғау бойынша ұйымдастыру шаралары
5.3 Техникалық шаралар
5.4 ЭЕМ машиналық залында өндірістік шуды төмендету шаралары
Қорытынды
Әдебиеттер тізімі
8
8
9
9
17
21
22
23
25
31
32
37
37
39
42
45
49
51
51
52
52
53
54
57
59
59
60
61
67
69
70
Кіріспе
Мысты балқыту өндірісі көптеген проблемаларға келіп тіреледі.
Мыс электролит цехында электр тәртібін бақылау проблемасы қазіргі
уақытта бірінші орында тұр, өйткені қысқа тұйықталу әсерінен электр
энергиясының шығыны көбейеді де осыдан катодтың сапасы төмендейді.
Бұл мәселелерді шешу үшін басқару жүйелерін автоматтандыру
мақсатымен өндіріске автоматика және есептеу техникасының құралдарын
енгізген жөн.
Осыдан біз шығынды қысқартып өнім сапасын жоғарлатумен қатар
көлемін де ұлғайтамыз.
Бұл дипломдық жоба ЖМЗ-ң мыс балқыту цехының электр тәртібін
автоматты түрде бақылау және басқару жүйесін өңдеуге арналған.
Диплом
жобасының бірінші бөлімінде мысты электролитті
тазалаудың технологиясының негіздері сипатталады.
Екінші бөлімді МЭЦ-ң катодты бөлімшесінің электр тәртібін
микропроцессормен бақылау және жүйесі қарастырылған.
Бұл келесі мәселелерді шешумен байланысты.
- Басқару есебін шешу үшін басқару объектісін иденцификациялау
және алынған модельді адаптациялау;
- Электролиз процесінің электр тәртібі арқылы сандык басқару
жүйесінің құрылымын таңдау.
- Қысқа тұыйқталуды анықтау арқылы жүйенің жалпы
функционалдық алгоритмін жасау;
Төртінші бөлімде "Siemens" фирмасының микропроцессорын
енгізгендегі экономикалық тиімділігі көрсетілген.
Бесінші бөлімді өндірістегі еңбек қорғау және қауіпсіздік шараларын
ұйымдастырылу қарастырылған.
Сонымен қатар
VISSIM
қолданбалы бағдарламаның пакетінде
динамикалық бағдарламалау есебінің көмегімен АРЖ параметрлерін
таңдаудың жиіліктік әдістері қарастырылған.
9
1 Мыс және оның қорытпаларының қасиеттер
1.1 Мысты электролитті тазалаудың негіздері
1.1.1 Мыс электролизі процесінің шарттары
Электролиз кезінде еритін анодтарды пайдаланғанда катодта бөлінген
электр қуатының мөлшері анодтан электрондарды айыруға жұмсалған
энергиямен тең. Онда электр қуаты электролит, шиналар мен түйіспелер
кедергісінен өтуіне жұмсалады.
Фарадей
заңы бойынша, катодта
тұндырылған грамм - баламалары металл мөлшері тізбекте өтетін электр
тоғының мөлшеріне тура пропорционал.
Ерітіндіде бір ампер тоқпен катодта тұндырылған металл массасы
металдың электрохимиялық парапарлығы деп аталады.
Ерітінді арқылы өтетін электр қуатының мөлшері 1 ампер*сағ тең
болғанда, катодта 1.183 грамм мыс тұну қажет. Әдетте металл массасы бұл
шамадан кіші болады. Катодта тұндырылған нақты металл массасының
тұндырылуы теориялық массаға қарағанда кіші келеді. Бұл қатынасты тоқ
бойынша шығысы деп атайды. Қалыпты жағдайда, яғни қысқа тұйықталу
жоқ және процесс электрохимиялық кинетика бойынша өткен кезде,
катодта
тоқ
бойынша
шығыс
100 % жақын екендігі тәжірибемен
анықталған.
1.1.2 Мыс электролиз процесінің технологиясы
Мыс электролитті цехы дайын өнім шығаратын, зауыттың негізгі
өндірістік бөлімшесінің бірі.
Мысты электролитті тазартудың мақсаты - мыс анодтарын зиянды
қоспаларынан тазарту, асыл және сирек металлдарды шығару.
Жезқазған мыс электролитті цехінің технологиялық құрылымына
катодты, шламды және тотияйынды бөлімшелер кіреді.
Мысты электролитті тазарту өндірісінің бастапқы материалы -
катодты бөлімшеге мыс балқыту цехтан түскен мыс анодтары болып
табылады.
Көпірлі жүккөтергіш арқылы анодтар
электролиз ванналарына
арнаулы айлабұйым арқылы тиеледі. Сонымен бірге ванналарға катодты
негіздері орнатылады. Анодты тұтының сапасы қысқа тұйықталу немесе
қабырғалармен жанасу ықтималдығын жою қажет.
Анод
және
катод
негіздерін тиеп, серияны электролитпен
толтырғаннан кейін серияны жылытады.
Мысты электролитті тазарту барысында сериялар 3 мерзімде жұмыс
істейді, яғни бір анодтар тобын өңдеп бітіргенше катодтарды үш рет
түсіреді.
Жұмыс істейтін ванналарда әр аттты электродтар арасындағы қысқа
тұйықталудың болмауы қатаң бақылау қажет.
Серияны ажыратқаннан кейін, катодтарды түсіру міндетті түрде бас
10
тоқ өткізуші шиналар жағынан басталады.
Катодтарды түсіргеннен кейін, катоджуғыш машинаға жібереді. Онда
катодтар екі шынжырға қойылып, шашырағыштары бар галерея арқылы
өтеді. Катодтарды көптеген ағыншалармен ыстық суда 10 минут бойы
жуады. Жуылған катодты мысты дайын өнім қоймасына тасымалдағаннан
кейін, өлшейді және кіріске тіркейді.
Шаю суы шаю шанына жиналады да, электролиті сұйылту үшін
қолданылады.
Анодты қалдықтар конденсатпен шламнан жуылатын себезгілеуші
ваннаға тасымалданады. Жуылғаннан кейін
анодты қалдықтар
күрекшелерге тиеліп,
анод
бөлімшесіне қайта балқыту үшін
платформалармен шығарылады.
Толығымен босатылған сериядан электролит сифондармен ағызушы
құбыржолдар арқылы шығарылады.
Ванна түбінен жиналған шлам алдымен шлам жинаушыға, кейін шлам
бөлімшесіне жіберіледі.
1.1.3 Анодты мыс
Мыс электролитті тазалау процесінің бастапқы материалы - катодты
бөлімшеге мысбалқыту цехтан шыққан вагонатекаларда электродтар
осьтерінің арасында ара қашықтығы 110 мм вертикаль ілінген анодтар
болып табылады.
Анодтар топтармен қабылданады. Топ бір балқыма анодтарынан тұру
қажет.
Анодты мыс қаңылтырының қисықтығы тік бойынша 7мм-ден аспауы
қажет.
Мыс анодтарының бетіндегі шұңқырлар, томпақтар
және
көпіршіктердің биіктігі 7мм және диаметрі 30мм - ден аспау керек.
Күлашалар бетінді жарық болмауы тиіс. Мыс анодының бетінде қожы
және басқа мысты емес қосылыстарының болуы жіберілмейді. Анодтар
өлшемдері талапқа сай болу қажет. Процес үшін қажетті күкірт қышқылы
күкірт қышқылды цехтан қабылдауыш сиымдылыққа 1 т катодты мысқа
6,17кг есебімен күкірт жолы арқылы беріледі.
1.1 кесте - Анодты мыс құрамы
Бетті-белсенді элементтер ретінде электролитке тионесепнәр және
желатин
қосылады.
Хлор
иондарының мөлшерін
реттеу
үшін
электролитке тұз қышқылын қосады.
Купоросты бөлімшеде ерітіндіден қышан мен желатинді шығару
11 Элемент
Cu
Pb
As
Ni
Sb
Fe
S
Zn
Sn
Au
A
g
Құрамы,
%
99,
6
0,
1
0,
1
0,01
7
0,001
3
0,00
6
0,00
5
0,00
4
0,00
1
0,0
3
0,
4
үшін сепаритді бор қолданылады.
Купоросты бөлімінің шикізат ретінде катодты бөлімшенің жұмсалған
электролиті болса, шламды бөлімшенің шикізаты мысты электролиз
арқылы тазалаған кезде алынған анодты шлам. Шлам ванна түбінде
сонымен қатар анодтарда тұнатын майда ұнтақ болып келеді. Оның
құрамында 40% дейін РЬ, 12 пайызға дейін Сu, алтын, күміс, селен және
теллур болады.
Технологиялық процесте ауа арнасы және бу құбырлары арқылы
берілетін қысымы 4 атм бу және қысылған ауа қолданылады. Технологияда
бу конденсатының ерітінділерін сұйылту, катодтарды жуу және де басқа
технологиялық қажеттіліктерде пайдаланады.
1.1.4 Катодты бөлімше
Көлемі
5м3
(4350x1160x1500)
іші
қорғасынмен шегенделген
электролитті тазалау ванналары катодты бөлімшенің негізгі жабдығы болып
табылады. Әр ваннаға 35 анод және 36 катодты негіздері немесе 34 титанды
ұяқалып ілінеді. Электролизді ванналар алты технологиялық өткелдерде 26
ванна (13 ваннадан екі жарты серия) серияларымен орналастырылған. Олар
6 сериядан 12 циркуляциялық жүйелерге
біріктірілген. Сонымен бірге технологиялық өткелдерде катод негіздерін
сыдыру жабдықтары, катод негіздерін автоматты өндеу желісі,катоджуғыш
машиналары, анод қалдықтарын жуатын себезгілеуіш ванналар орналасқан.
Ортаңғы өткелде айналымды жабдықтар, жылу алмастырғыштар,
реагенттерді санайтын сыйымдылықтар және белсенді бетті қоспалар
ерітінділерін дайындау жабдықтары орналасқан.
Электролит циркуляциялық сорғылармен көлемі 20м 3 айналымды
шаннна жылу алмастырғыштар және газсыздандырғыш арынды шан арқылы
таратушы коллекторларына беріледі, ал коллекторлардан құлақша арқылы
ваннаның қабылдауыш қалталарына беріледі. Ваннаның қарама-қарсы
жағынан ағынды науа арқылы электролит ағынды шанға құйылады да, өз
ағысымен айналымды шанға оралады. Ванна арқылы электролиттің
айналым жылдамдығы 15-25 лмин. Электролиттің айналым жылдамдығы
бақыланбайды және басқарылмайды, ол арынды шан мен таратушы
коллектордағы қысымға байланысты болады. Келтірілген
айналым
3
толығымен ауысады.
Электролит
температурасы жылу алмастырғыштың шығысында
басқарылады және жылу алмастырғашқа бу беруді өзгерту арқылы 50-60°С
деңгейінде ұстап тұрады.
Бұдан басқа, импульсті дозаторлармен ерітіндегі үнемі желатин мен
тионесепнәрдің есептеулі мөлшері (өндірілген катодты мыс тоннасына
60-100г және 50-90г сәйкесінше) беріледі. Электролиттегі күкірт
қышқылының мөлшерін реттеу, су немесе күкірт қышқылын қосу, кезек
сайын жүргізілетін талдау нәтижелері бойынша өзгертіледі. Электролиз
12жылдамдықта ваннаның толық көлемінде (5м ) электролит 3-5 сағат ішінде
кезінде ерітінділерде мыс құрамы анодты мыстың күкірт қышқылындағы
химиялық еруінен әрдайым артып тұрады. Электролиттің тұрақты
құрамын ұстап тұру үшін кейбір серияларда ванналардың бірі (14-ші
ванна)
жаңғыртқышты
ванна
ретінде
жұмыс
істейді. Оған мыс
анодтарының орнына қорғасыннан жасалған анодты орналастырады, ал
катодтар өскен кезде электролит мыс бойынша кедейленеді (≈5гл). Бұл
электролитті айналымға қайтару бүкіл айналымның мыс бойынша
кедейленуіне әкеледі.
1.2 кесте - Электролиттің орта құрамы
Тұрақты электр тоғымен қөректендіру үшін ванналар әр қайсысында 4
айналымнан 3 тізбекке бөлінген. Онда сериядағы әр ванна, айналымдағы әр
серия және қоректендіру тізбегіндегі айналымдар ізбе-із байланысқан, ал
бір ваннадағы анодтар мен катодтар параллель жалғасқан.
Бірінші тізбек
(1...4 айналымдар) пен
екінші тізбекті (5...8
айналымдар) қоректендіру үшін екі түзеткіш агрегат параллель қосылған.
Бұл тоқ күшін 26000А дейін көтеруге мүмкіндік береді. Ал үшінші тізбек
(9... 12 айналымдар) бір агрегаттан қоректендіріледі (тоқ күші 13000А).
Электролиз процесі келесі әрекеттерден тұрады:
- серияларды өңдеу - жаңа катодтар мен анодтар тобын тиеумен,
оларды біржолата түсіру;
- электролиздің өз процесі - тоқ желісінде жұмыс істеуі;
- серияны қайта тиеу, жаңа катодтар негіздерін тиеумен бірге.
Ванналарды өңдеу толық сериялармен ғана жүзеге асырылады. Өңдеу
кезінде серияны шығыс және кіріс шиналарды шунттерін тұйықтау арқылы
электр желісінен ажырату. Анодты компания 20-21 тәулік бойы жалғасады,
бұл уақыт аралықта катодтарды үш рет ауыстырады.
1.1.5 Анод қоспалары және олардың электролиз процесіне әсері
Анодтар құрамында азғантай қоспалардың электролитте жинақталуы
күрделі қиындықтар туғызуы мүмкін.
Қоспалар электролиз процесіне әсері бойынша үш топқа бөлінеді.
Бірінші топқа электр терістігі мысқа қарағанда көбірек металлдар жатады:
Ni, Zn, Co, Fe. Бұл металлдар ерітіндіге толығымен өтеді. Олар ерітіндіге
өтіп, катодта тұнбағандықтан, бірте-бірте электролитте жиналады.
Электролит құрамындағы Nі, Ғе және Zn салыстырмалы көп
мөлшерінде де катодтар құрамына әсер етпейді, бірақ теріс құбылыстарды
қоздырады.
Электролитте никель, темір және мырыш сульфаттарының үлкен
мөлшері мыс сульфатының ергіштігін кемітеді, бұл мыс кристалдарының
13 Компонент
Cu
Ni
As
Fe
Sb
H2SO4
Ci
Құрамы,г
л
30-50
5-8
18-20
0,3-0,7
0,7-1,2
130-180
30-70
түсуіне әкелуі мүмкін. Нәтижесінде катод жанындағы қабатта мыс
иондарының құрамы тіпті аз болып қалады да, сутегі бөліне бастайды.
Екінші топқа Au, Ag, Se, Те жатады. Анодтар құрамындағы күмістің
мөлшері көп болғанда, оның бір бөлігі ерітіндіге Ag2 S0 4 түрінде өте алады.
Электролитте күмістің жиналуын болдырмау үшін, хлор иондарын (СІ-)
қосу арқылы күмісті шламға тұтындырады. Алтын электролитте ерімейді
және толығымен шламға тұнады.
Үшінші топ қоспаларының потенциалдары мысқа жақын: Sb, Ві, As.
Бұл қоспалар ең зиянды болып келеді, себебі олар ерітіндіге оңай өтіп,
катодта тұна алады. Катодты мыста бұл металлдардың тіпті аз мөлшерінің
бар болуы, оның негізгі қасиеттерін нашарлатады.
Сүрме, мырыш пен висмуттың катодта тұнуын болдырмау үшін
электролит құрамындағы олардың мөлшерін мүмкіндігінше аз деңдейде
ұстап тұру қажет; электролитте күкірт қышқылының едәуір үлкен
концентрациясын ұстап тұру қажет, өйткені Sb3+ және Ві3+ концентрациясы
S042- иондар концентрациясы артқан сайын кемиді; электролитте СІ-
жеткілікті концентрациясын ұстап тұру керек, өйткені ол мырыш пен
сүрменің шламға өтуіне мұмкіндік туғызады. Сонымен қатар электролитті
оқтын - оқтын сүзгілеу қажет.
1.1.6 Электролитттің жаңғыртылуы
Мыс электролизінің процесі өткен кезде
электролитте мыс
сульфатының
концентрациясы
артады,
ал
күкірт қышқылының
копцентрациясы кемиді.
Электролиттегі мыс сульфаты концентрациясының өсу деңгейі бір
қатар себептерге байланысты болады. Жоғары температуралар мен
қышқылдық кезінде анодтардың химиялық еруі өседі. Сол кезде бір
валентті мыстың пайда болу дәрежесі арта түседі, одан CuS04
концентрациясы артады. Электролит құрамының тұрақтылығын
қамтамасыз ету үшін, оны жаңғыртуға ұшыратады. Жаңғыртуды әдетте
ерімеген анодтары бар ванналарда электролизбен жүзеге асырады.
Жаңғыртуға арналған электролизді ваннада (әдетте анодты шинада
шеткі және ажыратқыш жағынан қарама-қарсы ванна) мыс анодтары
қорғасынмен ауыстырылған. Анодтарды қалыңдығы 8 -10мм қорғасын
қаңылтырларынан жасайды, ал электрод ұстағыштары ретінде катодты
сүймендер пайдаланылады.
Жаңғыртушы ванналар катодтарындағы процес анодтары мыстан
жасалған ванналарда сияқты өтеді, яғни Сu2 + иондарының бейтарапталуы:
2Н2O - 4е --O2 + 4Н+.
(1.1)
Жұмыстың алғашқы кезеңдерінде бөлінетін оттегі қорғасынды
тотықтырады. Нәтижесінде анодтар қорғасынның әрі қарай жемілуіне
кедергі жасайтын тотық қабыршағымен қапталады. Анодта тотық
14
қабықшасы түзілгеннен кейін оттегі атмосфераға бөлінеді, ал сутегі
иондары ерітіндіде жиналады. CuS04 диссоциясы және Сu2+ иондарының
катодта бейтарапталуының арқасында электролитте S042- иондары
жиналады.
Бұл процестердің нәтижесінде ерітіндіде мыс
сульфатының
концентрациясы кемиді, ал күкірт қышқылының концентрациясы артады.
Түзілетін газ және ауа булары көпіршік түрінде ванна айнасы арқылы
сыртқа шығады. Ваннадан шыққан кезде көпіршіктер беттік қабыршықты
тесіп шығып, электролитті шашыратып жібереді. Электролит шашырамау
үшін ванна айнасын жұқа минералды май (солидол, трансформаторлары
май) қабатымен қаптайды. Ол электролиттің беттік тартылысын азайтып,
ваннада түзілетін газдарды оңай өткізеді. Майды ұстап қалу үшін ваннаның
шығыс науасында бөгеттеуіш қалқанша орналастырылған.
Электролитті жаңғырту кезінде алынған катодтар құрамында 99,90-
99,95 Сu бар. Мұндай катодтар жалпы ванналар катодтарымен бірдей
қолданылады. Құрамында Сu 99,90% кем катодтар анодты пешке қайта
балқытуға немесе тотияйын өндіру үшін түйіршіктер жасауға жұмсалады,
сонымен қатар Вейебарсты балқыту шикіқұрамның ішіне кіруі мүмкін.
1.1.7 Қоспалардың катодты тұмбасына әсері
Катодты тұмба құрамына электролитке енгізілетін беттік белсенді
заттар оң әсер етеді.
Катодты тұмба кристалдар қырларында қоспалардың молекулалары
мен иондары шоғырланады - абсорбацияланады. Алдымен заттар үлкен
дөңестіктерде, қабырғаларда абсорбацияланады. Бұл катодты тұмбаның
ердарлауына және кейбір дәрежеде оның оқшаулануына әкеледі. Мұның
нәтижесінде көптеген
кристалл
туынтектерінің түзілуіне мүмкіндік
туғызатын үйектелу өседі. Демек, катодта ұсақ кристалды тығыз тұмба
түзіледі.
Қоспалар ретінде желатинді, тионесепнәрді (CH2 N2 S) және тұз
қышқылын пайдаланады.
Енгізілетін қоспалар мөлшері электролит құрамына пайдаланылатын
тоқ тығыздағына және кейбір басқа факторларға тәуелді болып, тәжірибе
жүзінде анықталады.
Электролитке енгізудің алдында қоспаларын 16-20 сағат бойы жылы
суда (25-30°С) жібітеді. Одан кейін 60-70°С дейін жылытып, сол суда
ерітеді. Ерітіндіні сұйылтып, импульсті дозалауыштамен электролитке
енгізеді.
Қоспарлармен бірге хлор иондарын электролитке ас тұзы немесе тұз
қышқылы түрінде қосады.
Түзетуші ерітінділерді бір мезетте қосу электролиттің кіші бөлігінде
ғана шоғырлануына көп есе артуына әкеледі, сондықтан жарамсыз. Түзету
кезек сайын жүргізілетін аналитикалық бақылаумен бір немесе бірнеше
кезектер бойы орындалады.
15
1.1.8 Катодты негіздерді жасау
Тауарлы катодтар үшін негіздерді, яғни электролитті мыстың жұқа
қаңылтырлары қажет. Катод негіздерін қажетті мөлшерде жұмыс істейтін
ванналар санымен, онда ілінген катодтар санымен және катодтарды өсіруге
керекті уақытпен анықталады.
Катод негіздерін жасау үшін электролитті цехта арнайы ванналар
серияларын бөледі. Мұндай серияларды ұяқалыптық деп атайды.
Ұяқалыптық сериялардағы ерітіндідегі қоспалары мү мкіндігінше аз,
мыстың құрамы біршама үлкен, никель мен қышқыл концентрациясы төмен
бөлек ерітінді айналымы бар. Ұяқалыптық
сериялардың электролитін
дайындау әдісі сериялармен ұқсас болады. Бетті белсенді заттардың
мөлшері минималды болу керек. Негіздердің жоғарғы жиегі сапалы болып
шығу үшін ванналардағы электролит деңгейі тұрақты болу керек.
Ұяқалыптар мен анодтар арасындағы қысқа тұйықтауды болдырмау
үшін олардың ара қашықтығын тауарлы серияларға қарағанда 8-10 мм
үлкейтеді.
Ұяқалыптар титаннан жасалған. Олар майлауды қажет етпейді,
өйткені жұқа тотық қабыршағымен қапталған титан бетінен мыс тұмбасы
оңай алынады. Ұяқалыптар қыры винипластпен жиектелген. Уақыт
өтісімен тотықты қабыршақтар жуандайды және ердарланады - мыс
қаңылтыры тор түрінде тұндырылады. Мұндай ұяқалыптар жөндеуге
жіберіледі, онда ажарлауға түседі.
Өз пішінін жоғалтпаған, толық анодтар жұмыс істегенде ғана
ұяқалыптарда катодты негіздер дұрыс болып шығады. Жаңа салынған
анодтар ұяқалыптарымен толық анодты операциясының тек жарты
уақытында жұмыс істейді, ал қалған уақытта тауарлы ванналар сериясында
жұмыс істейді.
Тұндырылған мыспен ұяқалыптарды оған тұндырылған мыспен бірге
жүккөтергіш арқылы негіздерді алу білдектеріне тасымалданады.
Түсірілген ұяқалыптық негіздерді айналмассоққыш білдектерде түзетеді.
Ең төзімді қаңылтырлардан құлақшаларды жасайды. Ол үшін
қаңылтырларды қалыңдығы 100-120 мм, ал ұзындығы электроттардың
орналасуына сәйкес келетіндей көлбеқайшымен кеседі. Құлақшалар
катодты қаңылтырларға әр қайсысына екіден білдектерде тойтарылады.
Катодты негіздерге келесі талаптар қойылады:
- қаңылтыр қатаң анықталған өлшемді болу керек;
- қаңылтыр қырлары тегіс болу қажет;
- қаңылтыр бетінде кедір-бұдырлар болмау тиіс;
- қаңылтырда қатаңдық қырлары болу керек;
- қаңылтыр коррозияға ұшырамау керек.
1.1.9 Тоқ бойынша шығыс
Мысты электролитті тазалау процесінің маңызды көрсеткіштерінің
бірі тоқ бойынша шығыс болып табылады. Тоқ бойынша шығыстың
16
өсуімен өнімділігі артады. Тоқ бойынша шығыстың кемуі тежейткіш
химиялық және электрохимиялық реакциялардың бар болуы, тоқтың жерге
ағып кетуі, қысқа тұйықталу нәтижесінде тоқтың ағып кетуінен болады.
Реакциялардың бар болуы тоқ бойынша шығыстың азғантай кемуіне
әкеледі.
Тоқтың жерге ағып кетуі ванналардың жаман оқшаулану себебінен,
жерге қосылатын өткізгіштердің қорғасын құбырларымен, шиналармен,
қаптаумен кездейсоқ жанасуынан болады. Сериялар мен оқшаулар
кедергілерін өлшеу арқылы тоқтың жерге кетіп отыру дәрежесін оңай
анықтауға болады. Тоқтың жер арқылы жоғалуын болдырмау үшін
оқшауды тазалықта сақтау
және
электролиттің ванналардан ағып
отыруынан сақтандыру.
Ванналар құрылымын және ванналарды ерітіндімен коректендіру
үшін қолданылатын материалдарды дұрыс таңдалмауынан тоқтың айналым
арқылы ағып кетуі едәуір болу мүмкін.
Тоқ бойынша шығыстың ең үлкен төмендеуі электродтардың қысқа
тұйықталуынан болады. Олар катодтарда кедір-бұдырлардың өсу нәтижесі
болып табылады, мұның нәтижесінде катод пен анод тікелей жанасады.
Қысқа тұйықтаулар мен электролиз цехындағы басқа да тоқ үлестіріміндегі
бұзушылықтармен
күресу мақсатында арнаулы кезекшілер
штаты
ұйымдастырылады.
Қысқа тұйықтауды бірқатар белгілерден анықтауға болады :
-ванналардағы жалпы кернеудің төмендеуі;
-тоқ күшінің өсуі;
-қысқа тұйықталған электродтардың қатты қызуы бойынша.
Қысқа тұйықтауды анықтаудың ең қарапайым әдісі - гаусеметр
көрсеткішінің ауытқуы бойынша. Бұдан басқа да әдіс бар, оның мәні
анодтар құлақшалары мен катодтар қарнақтарының температурасы өскен
кезде түсін өзгертетін жылу сезгіш бояумен сырлау.
Бірақ, цехта ондаған мың электродтар бар болған кезде қысқа
тұйықтауларды толығымен жою мүмкін емес, сондықтан қысқа тұйықтауды
анықтаудың ең ұтымды жүйесін таңдау қажет.
Тоқ бойынша шығыс қолданылатын тоқ тығыздығымен байланысты.
Тоқ тығыздығын жоғарғы тоқ тығыздықтарын қолдануға бөгет болатын
немесе мүмкіндік туғызатын факторларынан таңдайды. Тоқ тығыздығын
көтеруді шектейтін температуралық шектік шама болады. Сонымен қатар,
тоқ тығыздығы өседі.
Электр қуатының шығыны артады.
Қазіргі уақытта мыс электролизі кезінде 180-250 Ам2 аралығындағы
тоқ тығыздығы пайдаланылады.
1.1.10 Купоросты бөлімше
Купоросты бөлімшеге түсетін электролит екі бөлікке бөлінеді. Бір
бөлігі қорғасын анодтары бар электролиздеу ванналарда екі сатылы
17
электролитті мыссыздандыруға түседі. Бірінші кезеңде ванналардағы
мыстың шоғырлануы 25-50 гл ден 5гл дейін кеміп отырады. Бұл кезеңнің
катодтары күшәнмен ластанған, оларды анодты балқытуға қайта жібереді.
Мыс бойынша шекті тоқта жұмыс істейтін екінші кезең ванналарында
тығыз мыс емес, күшәнмен қатты байытылған мыс ұнтағын алады. Мыс
ұнтағын шикіқұрам дайындау цехына беріледі.
Мыссыздандырылған ерітіндіні катодты бөлімшеге қайтаруға немесе
бейтераптау станцияларына жіберуге болады. Оның құрамында күкіртті
қышқылы мен 10 гл дейін күшән бар. Бірінші кезең катодтарын өсіру
уақыты 100-120 сағ. Бірінші кезең ванналарында электролит айналымының
жылдамдығы 40-60 лмин. Екінші кезең ванналарынан ұнтақты шығару
жинағышқа вакуумды сорғыш арқылы орындалады. Екінші кез ең
ванналарында электролит айналымының жылдамдығы 6-12 лмин.
Мыссыздандыру процесі кезінде газ тәріздес сутегі мен мырышты
сутегі AsH3 бөлінгіндіктен, бұл өндіріс улы және жарылғыш болып
табылады. Электролиз бөлек бөлмеде өткізіледі. Оның ішіне бөлмені
желдетіп, атмосфераны тексергеннен кейін, тоқ өшірілгеннен кейін ғана
кіруге болады. Тоқ күші мен электролит температурасын бақылау басқа
бөлмеде орналастырылған аспаптар арқылы жүзеге асырылады.
Ерітіндінің екінші бөлігі мыс купоросын алу үшін купоросты
бөлімшеде өңделеді. Ол үшін ерітіндіні вакуум буландырғыштарында 90°С
температурада 1,25-1,28 гсм3 тығыздыққа дейін буландырылады. Кейін
жылытқыш арқылы кристализаторға түседі, мүнда 5-6 сағат ішінде
тоңазытқыш агрегаты аркылы жасалынатын -5°С температурасында мыс
купоросының кристалдары түседі. Кристалдарды қышқыл электролиттен
путч-сүзгісі арқылы айырады. Қайтадан реактор шанында конденсатпен
ерітеді де, 4-5 сағат бойы сепаритді бормен ауа үрлеу және 70-80°С
температурада өңдеу арқылы темір мен күшәннің көп бөлігінен ерітіндіні
тазартады.
Одан кейін ерітіндіні 10-15 гл дейін H2 SO4 қышқылдайды, қайтадан
вакуум буландырғыштарында 1,3-1,38 гсм3 тығыздыққа дейін
буландырылады, кристалдар түзілу үшін кристализаторда 3-4 сағат бойы
0°С қыздырады.
1.2 Электролиздің материалды балансын есептеу
1.2.1 Ванналар саны мен өлшемдерін анықтау
Еритін анодтың қалыңдығы оның массасы, тығыздығы мен қызмет
ету уақытына байланысты.
Анод массасы (М, кг) тең:
.
(1.2)
мұндағы, b,һ, η, D - анодтың ені, ұзындығы, тоқ бойынша шығыс пен
тоқ тығыздығы, η =1,02
18
М=347кг
Анод қалыңдығы (δ, мм), тең:
мұндағы,
-анодты қорытпа тығыздығы,гсм3;
δ =46,9 м м
Ваннаның ішкі сызықты өлшемдерін анықтаймыз - ұзындығын (L),
енін (В), тереңдігін (Н), мм
L=n Lцэ+2 Lmc;
B=bk+2 Lбс;
H=hk+Ld+∆h,
мұндағы, Lцэ, Lmc, L6c, Lд, ∆h - аттас электродтар, шеткі электродтар
мен бүйіржақ қабырғылары, катод қырлары мен бүйір қабырғалары,
катодтардың төменгі шеті мен ванна түбінің арасындағы қашықтық; п
ваннадағы барлық электродтар санын бірге кемітіп екіге бөлгенге тең.
Lmc=150 мм, L6c=55 мм, Lд =170 мм, Lцэ=100 мм,
L=4,50 м.
В=1,19 м.
Н=0,96м
1.2.2 Мысты тазарту цехтарында жаңғырту ванналарының саны
Тоқ күші 13000А; мыстың аноттардағы құрамы 99,48 пайыз; мыстың
катодтарға шығуы 84 пайыз, қарапайым ванналарда тоқты пайдалану
коэффициент 95 пайыз, жаңғырту ванналарында тоқты пайдалану
коэффициент 75 пайыз, сериялардың машиналық уақыты 98 пайыз,анодты
қалдықтардың шығысы 15 пайыз; тәуліктік өнімділігі 250-103кг.
Электролизді цехқа тәулік ішінде түсетін анодты мыс мөлшері:
Анодтың электролиз процесі кезінде еритін бөлігі
таза мысқа қайта есептеген кезде
19
Оның 2 пайызы ерітіндіде қалады
Жаңғырту ванналары арқылы электролиттен оралатын мыс мөлшері
жаңғырту ванналар саны
жай ванналарда өндірілген катодты мыс мөлшері
250-2,55=24,745 104 кг
цехтағы жай ванналар саны
жалпы цехта жұмыс істейтін ванналар саны
984+13=997
Жаңғырту ванналарының салыстырмалы саны
1.2.3 Купоросты бөлімшеге тазартуға жіберілетін ерітінді мөлшері
және зиянды қоспа мөлшері
Қоспалардың құрамы шектік мәніне дейін жиналу уақыты келесі:
мұндағы, Спр - қоспалардың шекті концентрациясы, кгм3;
20
N - жұмыс істейтін ванналар саны;
V - ваннадағы ерітінді көлемі, м 3;
1,2- ваннадан басқа ерітіндінің 2 0 пайыз цехтің басқа
бөліміндерінде сақталатынын ескеретін коэффициенті;
а - анодты мыс құрамындағы қоспалар мөлшері, пайыз;
К - қоспалардың қанша үлесі ерітіндіге өтетінін ескеретін
коэффициенті;
m - тәулік бойы барлық ванналардағы еріген анодтар
массасы, кг;
I - тоқ күші, кА;
q - электрохимиялық эквивалент;
К' - анодтың тоқ бойынша шығысы теориялықтан өзгеше
болатынын ескеретін коэффициент.
Сонымен, зиянды қоспа никель болып табылады. Никельдің шекті
концентрациясына жеткенде, 87-88 тәулік ішінде, ерітіндіде күшән
концентрациясы, кгм3
Электролиз цехындағы ерітінді көлемі (V, м 3) оның ванналардағы
көлемі мен ванналардан
1.2.4 Айналым жылдамдығы қажетті ерітінді мөлшерін анықтау
Бір ваннаға айналым жылдамдығын 0,1 л (А ч) тең деп алу керек.
Ерітіндінің сағаттық қажеттілігі (Z,
):
Z=I N v
= 13000 997 0,1 10-3 = 1296,1 м3;
мұндағы, v - айналым жылдамдығы
21
2 Электролиз процесін басқару объекті ретінде жазу
Мыс электролизінің процесі металургиялық өндірістің технологиялық
процестерімен әрекеттеседі.
Мысты электролиттік тазарту процесі таза емес мысты қоспалардан
тазарту мақсатында жүргізіледі. Процестің соңғы өнімдері катодты мыс
және құрамында бірқатар құнды металдары бар анодты шламдар болып
табылады.
Мыс
электролитті цехы (МЭЦ)
объект
ретінде оның күйін
анықтайтын ө зінің кіріс және шығыстары арқылы бағаланады.
Технологиялық процестің байланыстарын келесі түрде жіктеуге
болады:
-кірістері немесе бақыланатын тәуелсіз айнымалылар;
-басқарушы әсерлер немесе басқарушы байланыстар, олар сонымен
қатар кіріс айнымалылары болып табылады;
-ақпараттандыратын байланыстар немесе объект күйін сипаттайтын
кіріс айнымалылары.
МЭЦ-ң технологиялық процестерінің барлық байланыстарының үш
түрін ажыратады. Олардың біріншісі - басқарылмайтын, бірақ бақыланатын
байланыстар. Оларға анодтар сапасы жатады. Байланыстардың бұл түрін
кіріс параметрлері деп атауға болады. Екінші түрі - басқарылатын
байланыстар. Олар арқылы объект күйін өзгертуге, яғни басқарылмайтын
байланыстар әсерлерінің есесін қайыруға болады. Басқарушы байланыстар,
басқарылмайтын байланыстар сияқты, объектінің кіріс айнымалылары
болып табылады. Оларға жататындары: жылуалмастырғыштардағы бу
ағынын реттеу, ток күшін реттеу, қоспалардың, күкірт қышқылының
электролиттегі ағынын реттеу, электролит температурасын жөнге салу. Бұл
байланыстар электролиз процесінің басқарылуына нәтижелі әсер етеді.
Үшінші түрі - басқару объектісінің күйін анықтауға мүмкіндік беретін
объекттің кіріс айнымалылары: катодтар сапасы, ванналардағы кернеу
түсуі, ток мөлшері. Бұл байланыстар электролиз сапасы туралы мәлімет
береді, бірақ жеткіліксіз жедел және сенімсіз бақыланады.
Металлургиядағы барлық процестер сияқты, мыс электролизі нің
процесі ауытқушы әсерлерге ұшырайды. Олар сыртқы жә не ішкі болып
бөлінеді.
Процестің ішкі ауытқуларына процестің сапасымен байланысты қысқа
тұйықталуды жатқызуға болады.
Қысқа тұйықталулар
электролит
кедергісінің төмендеуі
мен
электродтар арасындағы электр тогының жоғары кернеулігінен пайда
болады және кернеудің кенет түсуі мен токтың жылдам осуімен
сипатталады. Бұл тәртіптің нәтижесінде өнімділік айтарлықтай төмендейді.
Катодты бөлімшеде технологиялық процесс үздіксіз болып келеді.
Процесс барысында бір түрлі технологиялық аппараттарды оқтын-оқтын
біртіндеп бөліктей өңдейді. Әр тәулік сайын 72 серияның 12-15 сериясы
22
өңдеуден өтеді. Осы себептер процесті үздіксіз процестер қатарына
жатқызуға мүмкіндік береді.
Температураның, мөлшерінің, кұрамының өзгеруінің кездейсоқ
сипаты, сонымен қатар электрлі тәртібінің өзгеруі электролиз процесін
тұрақты емес, кездейсоқ процесс ретінде сипаттайды. Процестің кездейсоқ
сипаты жиі
жұмыс істемей қалуына әкеледі. Осыған байланысты
электролиз процесін астатикалык объект деп санауға болады.
Сонымен басқару объектісі ретінде мысты электролитті тазарту
процесі үздіксіздігімен, көпөлшемділігімен, ауытқулардың жоғары
деңгейімен, көпбайланыстылығымен, процес өтуінің кездейсоқтығымен,
орнықсыздығымен сипатталады.
Келтерілген мыс электролитті цехының сипаттамалары
микропроцессорлық бақылау жүйесін жасау қажеттігін түсіндіреді.
2.1 Қолданылатын басқару және бақылау әдістері
Мыс электролизі өзара әрекеттесетін физикалық және химиялық
процестер жиынтығымен сипатталады. Мұндай объектіні басқару үшін
электрлі жөне материалдық шығыс пен кіріс параметрлерін автоматты
түрде бақылауды және тиімділеуді қамтамасыз ету керек. Автоматтандыру
жүйесі бүкіл технологиялық циклді қамту қажет.
Қазіргі кезде мыс электролитті цехының автоматтандыру деңгейі өте
төмен, оның негізгі себептері:
-өндірістің айтарлықтай көлемділігі;
-жабдықтардың сенімділігі мен механизациялау дәрежесі төмен
болуы.
Катодты бөлімшеде су мен қысылған ауа шығыны, қысымы,
ваннадағы кернеу, тізбектегі ток көрсеткіштерін бақылау тіркеусіз, тек
жергілікті орнатылған көрсеткіш құрылғылары арқылы іске асырылады.
Ванналардың тұрақты жұмыс істеуінің негізгі кедергісі қысқа
тұйықталу болып табылады. Бірақ бақылау тек қысқа тұйықталу кезінде
температура жоғарылауынан қараятын катодта орналасқан термосезімтал
элементтерінің түсі өзгеруі
бойынша
ғана жүргізіледі. Қысқа
тұйыкталуларды жою колмен орындалады.
Электролиз процесін бақылау мен басқару үшін әр кезек сайын
барлық айналымдардағы электролитте күкірт қышқылы мен мыс кұрамын
жедел химиялық талдау арқылы анықтап, талдау нәтижесі бойынша
электролит құрамын реттейді. Әр он күн сайын барлық айналымдардағы
электролитте Ғе, As, Ni, Sb, Zn, Pb, хлорид құрамы анықталады, ал
тоқсанда бір рет электролиттің толық талдауы жүргізіледі.
Цех экономистіне жабдықтың жүктелуі мен дайын өнім шығарылуы
жөнінде бөлімшенің кезекші шеберлерінің айлық мәлімдемелері беріледі.
Қойма басшысына күнделікті өнімді тиеп жөнелтіп жіберу жөнінде
мәлімдеме беріледі. РӨҚ шеберлері тәулік сайын бу, су, электр қуатының
23
шығыны бойынша мәлімдеме беріп отырады.
Электролитті талдау нәтижелері, серияларды іске қосу мен ажырату,
электролит пен шламды көршілес бөлімшелерге жіберу туралы мәлімет
бөлімше операторының журналында тіркеледі. Олардың негізінде цех
экономистіне берілетін әр тәулік бойынша технолониялық карталар
құрылады. Технологиялық
карталар
негізінде бөлімше басшысы
ванналарды өңдеу, келесі тәулікте электролитті реттеу мен басқа
бөлімшелерге берілетін тапсырмалар кестесін
құрастырады, олар
бөлімшенің бас
шеберінің бақылауында болады. Анод бөлімшесінде
анодты қалдықтар мен жиынды өлшеніп, ақпарат балансты құрастыру үшін
цех экономистіне беріледі.
Сонымен, технологиялық процестерді бақылау мен басқарудың
тәжірибесін талдау нәтижесінде қазіргі кезде қолданылатын басқару
әдістемелері мен әдістері технологиялық процесс күйінің ағымдық
өзгерістері бойынша басқарушы
шешімдерін
жедел
қабылдауды
қамтамасыз ете алмайтынын көрсетеді.
Бүгінгі күнде
есептеу
техникасының және
басқарушы
микропроцессорлардың өркендеуі жаңа басқару
жүйелерін қолдану
мүмкіндігін туғызады.
Бұл диплом жобасында "SIEMENS" фирмасының программаланатын
контроллерлерін қолдану негізінде басқару және реттеу жүйесін құрастыру
мәселелері қарастырылып отыр.
Микропроцессорлық жүйелер жұмыста өте икемді және олардың
құрылымын жеңіл өзгертуге болады, сондықтан реттеуіштердің тиімді
параметрлерін автоматты түрде есептеуге мүмкіндік туғызары және
басқару адамның қатысуынан тыс жүргізіледі.
2 . 2 Мақсаттар құрылымын жасау және критерияларды таңдау
Мыс электролитті цехы - дайын өнім шығаратын зауыттың негізгі
өндіруші бөлімдерінің қатарына
жатады. Цехтың технологиялық
құрылымына катодты, шламды және купоросты бөлімдері кіреді. Ал,
цехтың тауар өнімдері келесі: катодты мыс, эликтролитті шламдар, мыс
купоросы.
Катодты мысты алудың негізгі шикізаты ретінде анодты мыс
қолданылады. Ол катод бөліміне мыс балқыту цехының анод жасау
бөлімінен келіп түседі.
Қарастырылып отырған технологиялық кешен - мыс электролизі
өзінің стационарлы еместігімен ерекшеленеді, яғни электролиз процесі
дискретті - периодты уақытта өткізіледі. Кешеннің жұмысын анықтайтын
негізгі техника-экономикалық көрсеткіштер келесі:
Металдың ток шығымы:
[
24
]
мұндағы, GCu - катодты мыстың мөлшері;
I - электролиз тогы;
q - мыстың электрохимиялық парапарлығы;
- электролиз процесінің ұзақтығы.
Бір тонна катодты мыстың цехтық өз құны:
мұндағы, GCu - катодты мыстың мөлшері;
- мысты электролитті тазалауға кететін шығындар;
Токтың экономикалық тығыздығы:
√
[(
)
]
мұндағы,
- есепті тоқ тығыздығы;
T - өндіріске тікелей қатысы бар жұмысшылар жалақысы;
R - цехтық шығындар;
С - жабдықтарды пайдалануға кететін шығындар;
бу шығыны;
Кз - ғимарат бағасы;
мөлшерлік көрсеткіш;
А - технологиялық мақсаттарға жұмсалған электр
қуатының шығыны;
S1 мен S2 - алтын мен күміс құны;
N1 мен N2 - тоқтың есептік және базалық тығыздығы
кезіндегі алтын шығыны;
М1 мен М2 - тоқтың есептік және базалық тығыздығы
кезіндегі күміс шығыны;
КН П - аяқталмаған өндіріс;
Мысты жоспарлы түрде алудың ығысымы:
∫ (
)
мұндағы, GCuH - нақты алынған катодты мыс мөлшері;
GCuЖ - мыс алудың жоспарлы көрсеткіші;
Электролиз процесінің келтірілген экономикалық тиімділігі:
∑
мұндағы, GCu мен Gшл - алынатын катодты мыс пен шлам мөлшері;
25
Цси мен Цшл - шлам мен катодты мыстың бағасы;
∑ электролизге кеткен электр қуатының мөлшері;
ЦЭн - электр қуатының бағасы;
Ццех - цехтық шығындар;
Электролиз процесінің келтірілген көрсеткіштерінен глобальды
басқару мақсаты (Ц0) ретінде (2.5) деген көрсеткішті алайық , өйткені ол
технологиялық процестің тиімділігін толықтай көрсетеді.
Өндірістік-технологиялық құрылымның талдауына
және
МЭЦ
басқару тәжірибесіне сүйеніп, объектінің үш деңгейлі иерархиялық
құрылымын қабылдап, басқарудың келесі деңгейлерін
анықтаймыз:
технологиялық кешен, ішкі кешен, агрегат. Объектінің үш деңгейлі
иерархиялық құрылымын ескере отырып, сәйкесінше басқару жүйесінің үш
деңгейлі құрамын анықтаймыз.
Мұндай құрылым декомпозиция принципіне негізделіп алынған, яғни
МЭЦ басқарушы жүйесі бір-бірімен байланысқан ішкі жүйелерге және
жалпы тиімділеу есебі кіші өлшемді бағынқы есептерге сәйкесінше
бөлінген. Осылайша көп деңгейлі иерархиялык құрылым қалыптастырады.
Мұнда жоғарғы деңгейде кешеннің бөлек бөлімшелерінің жұмысы
бойынша сәйкестендірілген тапсырмаларды табумен бірге технологиялық
кешенді жедел басқарудың есебі шешіледі. Ортаңғы деңгейде түрлі
агрегаттарды тиімді басқару есептері шешіледі. Төменгі деңгейде есептік
тәртіптерді тұрақтандыру және бөлек агрегаттарды басқару мәселелері
шешіледі.
Қабылданған басқару есебінің құрылымына сәйкес МЭЦ-тің ТҮАБЖ-
де келесі ішкі жүйелер белгіленген:
МЭЦ технологиялық кешенін жедел басқару;
- айналым процестерін басқару;
- электр тәртібін басқару;
- шлам бөлімшесінің процестерін басқару;
- купоросты бөлімшенің процестерін басқару.
Технологиялық кешенді басқарудың ішкі жүйесі
электролиз
технологиялық процесінің тиімділігін толықтай түсінуге негізделген.
Кешенді басқару мақсаты Ц0 келесі түрде қалыптастырылады: ванна
сериялары бойынша анодтарды ұтымды үлестіру.
Айналым процесін басқарудың мақсаты - электролизді жүргізудегі
электролиттің тиімді құрамын дайындау.
Ванна
серияларының
электр
тәртібін басқарудың мақсаты
-
максималды ток шығымын қамтамасыз ететін ванна сериясының желісінде
ұтымды токты ұстап тұру.
2.3 Электролиз процесін басқару есебінің сипаттамасы
Электролиз процесіне көптеген басқарылатын және басқарылмайтын
әсерлер ықпал етеді. Олардың ішінде процестің мөлшерлік және сапалық
26
көрсеткіштеріне аса әсер ететіндері:
- электролитті жылытуға кететін бу мөлшері;
- электр қуатының шығыны;
- күкірт қышқылының электролиттегі ағыны;
- жаңғыртуга алынатын электролиттің ағыны;
- электролиттің айналым жылдамдығы;
- қоспалардың электролиттегі ағыны;
- анодты мыс құрамы;
- катодты өсіру уақыты.
Бұл кіріс әсерлерінің ішінде өзгерісі процес жүрісіне лезде әсер
ететіндері бар (мысалы: электр қуатының шығыны), олардың процес
айнымалыларымен байланысы статикалық түрде бейнеленуі мүмкін .
Процеске әсері уақытта дамитындары да бар (мысалы: күкірт қышқылының
электролиттегі
ағынының
өзгерісі
немесе
электролитті жылытуына
жұмсалатын бу шығынының өзгерісі), олардың процес күйінің
айнымалыларымен байланысы динамикалық сипатта болады.
Т е х н икалық
тапсырмамен ескерілгендей,
электролиз
процесін
басқару есебі екі кезеңде шешіледі. Алғашқы кезеңде процесті өткізу
сапалығының таңдалған критериясын максимумға жеткізетін процестің
тәртіптік айнымалыларының мүмкін болатын мәндерін есептейді. Екінші
кезеңде тәртіптік процес айнымалыларын автоматты тұрақтандырудың
жергілікті жүйелері тәртіптік айнымалылары бойынша алғашқы кезеңдегі
табылған мәндерді минималды уақыт ішінде қамтамасыз ете алатын,
басқарушы әсерлерінің өзгеру заңын табады. Бұл басқарушы әсерлер
басқару каналдары арқылы процес динамикасымен сәйкестікте болады.
Сонымен, электролиз процесінің динамикасы кіріс басқарушы әсерлер
арқылы жергілікті тұрақтандыру есептерінде ескеріледі.
Сонымен,
алдымызда
тәртіптік айнымалыларды,
бізді
қызықтандыратын, шығыс шамаларымен байланыстыратын процестің
статикалык моделін құру есебі тұр. Процестің басқарылатын тәртіптік
айнымалылары келесі:электролитте мыстың шоғырлануы - U1; күкірт
қышқылының шоғырлануы - U2; электролит температурасы - U3; ток күші -
U4; қарастырылатын ванналар сериясындағы кернеу - U5. Электролитте
түрлі қоспалар концентрациясы, .айналым жылдамдығы және т.б. тәртіптік
айнымалылар басқарылмайтын және бақыланбайтын болып келеді. Бірақ,
бұл шамалар уақыт өтісімен өзгермейді немесе шамалы өзгереді, сондықтан
оларды тұрақты деп қабылдаймыз. Мұндай қабылдау, моделді үнемі
процеске бейімдеу ұйғарылғандықтан, оған үлкен қателік ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
В настоящее время республика Казахстан переживает сложный
процесс своего становления как независимого и суверенного государства,
стремиться осуществить глубокие экономические преобразования.
В этих условиях актуальными становится задач экономии средств и
энергоресурсов.
Решение этих задач предполагает неуклонное повышение
производительности оборудования, это усложняет задачи управления на
различных уровнях производственного процесса.
Эти задачи управления могут быть решены на основе широкого
внедрения в производство средств автоматики и вычислительной техники,
путем создания автоматизированной системы управления
технологическими средствами сбора, передачи и обработки информации.
Аңдатпа
Қазіргі таңда Қазақстан Республикасы өзінің егемендігін алған
күннен бастап барлық салада маңызды экономикалық түрлендірулер
жасауға ұмтылуда.
Әсіресе энергия мен шикізатты үнемдеуге көп көңіл бөлуде.
Осы ұмтылуға жету үшін құрылғылардың өнім өндіруін, технологиялық
процесстерді интенсификациясын жасауда, еңбек өнімділігін жоғарлату
қажет.
Бұл
проблеманы шешу технологиялық процесті толықтай
автоматтандыру арқылы жүзеге асады. Ол үшін өндіріске автоматтандыру
құрылғыларын және есептеу техникасын енгізу керек.
Annotation
Now the Republic of Kazakhstan endures difficult process of the formation
as independent and sovereign state, to seek to carry out deep economic
transformations.
In these conditions actual becomes problems of economy of means and
energy resources.
The solution of these tasks assumes steady increase of productivity of the
equipment, it complicates problems of management at various levels of production.
These problems of management can be solved on the basis of widespread
introduction in production of means of automatic equipment and computer facilities,
by creation of an automated control system by technological means of collecting,
transfer and information processing.
Мазмұны
Кіріспе
1 Мыс және оның қорытпаларының қасиеттері
1.1 Мысты электролитті тазалаудың негіздері
1.2 Электролиздің материалды балансын есептеу
2 Электролиз процесін басқару объекті ретінде жазу
2.1 Қолданылатын басқару және бақылау әдістері
2.2 Мақсаттар құрылымын жасау және критерияларды таңдау
2.3 Электролиз процесін басқару есебінің сипаттамасы
2.4 Ванналардағы электр тәртібін бақылаудың ішкі жүйесі
2.5 Алгоритмдік қамтамасыз ету. Ванналардағы қысқа
тұйықтауларды анықтайтын жүйенің жұмыс істеу алгоритмі
2.6 Микропроцессорлы басқару жүйесін жасау
2.7 Микропроцессорлы жүйенің жұмыс істеуін бейнелеу
3 Микропроцессорлы контроллердің функционалды құрылымын жасау
3.1 Контроллер блоктарының сипаттамасы
3.2 Жасалған программаның құрылымы
3.3 Автоматтандырудың функционалды сүлбесінің сипаттамысы
4 Мыс электролиз процесін автоматтандыруды экономикалық дәлелдеу
4.1 Жезқазған мысэлектролитті цехына жаңа есептеу техникасын
ендірудің экономикалық тиімділігін негіздеу
4.2 Пайда өсімшесін анықтау
4.3 "Siemens" фирмасының құралдарын сатып алужәне орнатуға
кететін негізгі шығындарды анықтау
4.4 Құралдарды пайдалануға кететін шығындарды анықтау
4.5 Мысэлектролитті цехта еңбекті ұйымдастыру
4.6 Экономикалық тиімділік пен өтелу мерзімін есептеу
5 Өндірістегі еңбек қорғау мен қауіпсіздік шараларын ұйымдастыру
5.1 Өндірістік қауіптер мен зияндарды талдау
5.2 Еңбек қорғау бойынша ұйымдастыру шаралары
5.3 Техникалық шаралар
5.4 ЭЕМ машиналық залында өндірістік шуды төмендету шаралары
Қорытынды
Әдебиеттер тізімі
8
8
9
9
17
21
22
23
25
31
32
37
37
39
42
45
49
51
51
52
52
53
54
57
59
59
60
61
67
69
70
Кіріспе
Мысты балқыту өндірісі көптеген проблемаларға келіп тіреледі.
Мыс электролит цехында электр тәртібін бақылау проблемасы қазіргі
уақытта бірінші орында тұр, өйткені қысқа тұйықталу әсерінен электр
энергиясының шығыны көбейеді де осыдан катодтың сапасы төмендейді.
Бұл мәселелерді шешу үшін басқару жүйелерін автоматтандыру
мақсатымен өндіріске автоматика және есептеу техникасының құралдарын
енгізген жөн.
Осыдан біз шығынды қысқартып өнім сапасын жоғарлатумен қатар
көлемін де ұлғайтамыз.
Бұл дипломдық жоба ЖМЗ-ң мыс балқыту цехының электр тәртібін
автоматты түрде бақылау және басқару жүйесін өңдеуге арналған.
Диплом
жобасының бірінші бөлімінде мысты электролитті
тазалаудың технологиясының негіздері сипатталады.
Екінші бөлімді МЭЦ-ң катодты бөлімшесінің электр тәртібін
микропроцессормен бақылау және жүйесі қарастырылған.
Бұл келесі мәселелерді шешумен байланысты.
- Басқару есебін шешу үшін басқару объектісін иденцификациялау
және алынған модельді адаптациялау;
- Электролиз процесінің электр тәртібі арқылы сандык басқару
жүйесінің құрылымын таңдау.
- Қысқа тұыйқталуды анықтау арқылы жүйенің жалпы
функционалдық алгоритмін жасау;
Төртінші бөлімде "Siemens" фирмасының микропроцессорын
енгізгендегі экономикалық тиімділігі көрсетілген.
Бесінші бөлімді өндірістегі еңбек қорғау және қауіпсіздік шараларын
ұйымдастырылу қарастырылған.
Сонымен қатар
VISSIM
қолданбалы бағдарламаның пакетінде
динамикалық бағдарламалау есебінің көмегімен АРЖ параметрлерін
таңдаудың жиіліктік әдістері қарастырылған.
9
1 Мыс және оның қорытпаларының қасиеттер
1.1 Мысты электролитті тазалаудың негіздері
1.1.1 Мыс электролизі процесінің шарттары
Электролиз кезінде еритін анодтарды пайдаланғанда катодта бөлінген
электр қуатының мөлшері анодтан электрондарды айыруға жұмсалған
энергиямен тең. Онда электр қуаты электролит, шиналар мен түйіспелер
кедергісінен өтуіне жұмсалады.
Фарадей
заңы бойынша, катодта
тұндырылған грамм - баламалары металл мөлшері тізбекте өтетін электр
тоғының мөлшеріне тура пропорционал.
Ерітіндіде бір ампер тоқпен катодта тұндырылған металл массасы
металдың электрохимиялық парапарлығы деп аталады.
Ерітінді арқылы өтетін электр қуатының мөлшері 1 ампер*сағ тең
болғанда, катодта 1.183 грамм мыс тұну қажет. Әдетте металл массасы бұл
шамадан кіші болады. Катодта тұндырылған нақты металл массасының
тұндырылуы теориялық массаға қарағанда кіші келеді. Бұл қатынасты тоқ
бойынша шығысы деп атайды. Қалыпты жағдайда, яғни қысқа тұйықталу
жоқ және процесс электрохимиялық кинетика бойынша өткен кезде,
катодта
тоқ
бойынша
шығыс
100 % жақын екендігі тәжірибемен
анықталған.
1.1.2 Мыс электролиз процесінің технологиясы
Мыс электролитті цехы дайын өнім шығаратын, зауыттың негізгі
өндірістік бөлімшесінің бірі.
Мысты электролитті тазартудың мақсаты - мыс анодтарын зиянды
қоспаларынан тазарту, асыл және сирек металлдарды шығару.
Жезқазған мыс электролитті цехінің технологиялық құрылымына
катодты, шламды және тотияйынды бөлімшелер кіреді.
Мысты электролитті тазарту өндірісінің бастапқы материалы -
катодты бөлімшеге мыс балқыту цехтан түскен мыс анодтары болып
табылады.
Көпірлі жүккөтергіш арқылы анодтар
электролиз ванналарына
арнаулы айлабұйым арқылы тиеледі. Сонымен бірге ванналарға катодты
негіздері орнатылады. Анодты тұтының сапасы қысқа тұйықталу немесе
қабырғалармен жанасу ықтималдығын жою қажет.
Анод
және
катод
негіздерін тиеп, серияны электролитпен
толтырғаннан кейін серияны жылытады.
Мысты электролитті тазарту барысында сериялар 3 мерзімде жұмыс
істейді, яғни бір анодтар тобын өңдеп бітіргенше катодтарды үш рет
түсіреді.
Жұмыс істейтін ванналарда әр аттты электродтар арасындағы қысқа
тұйықталудың болмауы қатаң бақылау қажет.
Серияны ажыратқаннан кейін, катодтарды түсіру міндетті түрде бас
10
тоқ өткізуші шиналар жағынан басталады.
Катодтарды түсіргеннен кейін, катоджуғыш машинаға жібереді. Онда
катодтар екі шынжырға қойылып, шашырағыштары бар галерея арқылы
өтеді. Катодтарды көптеген ағыншалармен ыстық суда 10 минут бойы
жуады. Жуылған катодты мысты дайын өнім қоймасына тасымалдағаннан
кейін, өлшейді және кіріске тіркейді.
Шаю суы шаю шанына жиналады да, электролиті сұйылту үшін
қолданылады.
Анодты қалдықтар конденсатпен шламнан жуылатын себезгілеуші
ваннаға тасымалданады. Жуылғаннан кейін
анодты қалдықтар
күрекшелерге тиеліп,
анод
бөлімшесіне қайта балқыту үшін
платформалармен шығарылады.
Толығымен босатылған сериядан электролит сифондармен ағызушы
құбыржолдар арқылы шығарылады.
Ванна түбінен жиналған шлам алдымен шлам жинаушыға, кейін шлам
бөлімшесіне жіберіледі.
1.1.3 Анодты мыс
Мыс электролитті тазалау процесінің бастапқы материалы - катодты
бөлімшеге мысбалқыту цехтан шыққан вагонатекаларда электродтар
осьтерінің арасында ара қашықтығы 110 мм вертикаль ілінген анодтар
болып табылады.
Анодтар топтармен қабылданады. Топ бір балқыма анодтарынан тұру
қажет.
Анодты мыс қаңылтырының қисықтығы тік бойынша 7мм-ден аспауы
қажет.
Мыс анодтарының бетіндегі шұңқырлар, томпақтар
және
көпіршіктердің биіктігі 7мм және диаметрі 30мм - ден аспау керек.
Күлашалар бетінді жарық болмауы тиіс. Мыс анодының бетінде қожы
және басқа мысты емес қосылыстарының болуы жіберілмейді. Анодтар
өлшемдері талапқа сай болу қажет. Процес үшін қажетті күкірт қышқылы
күкірт қышқылды цехтан қабылдауыш сиымдылыққа 1 т катодты мысқа
6,17кг есебімен күкірт жолы арқылы беріледі.
1.1 кесте - Анодты мыс құрамы
Бетті-белсенді элементтер ретінде электролитке тионесепнәр және
желатин
қосылады.
Хлор
иондарының мөлшерін
реттеу
үшін
электролитке тұз қышқылын қосады.
Купоросты бөлімшеде ерітіндіден қышан мен желатинді шығару
11 Элемент
Cu
Pb
As
Ni
Sb
Fe
S
Zn
Sn
Au
A
g
Құрамы,
%
99,
6
0,
1
0,
1
0,01
7
0,001
3
0,00
6
0,00
5
0,00
4
0,00
1
0,0
3
0,
4
үшін сепаритді бор қолданылады.
Купоросты бөлімінің шикізат ретінде катодты бөлімшенің жұмсалған
электролиті болса, шламды бөлімшенің шикізаты мысты электролиз
арқылы тазалаған кезде алынған анодты шлам. Шлам ванна түбінде
сонымен қатар анодтарда тұнатын майда ұнтақ болып келеді. Оның
құрамында 40% дейін РЬ, 12 пайызға дейін Сu, алтын, күміс, селен және
теллур болады.
Технологиялық процесте ауа арнасы және бу құбырлары арқылы
берілетін қысымы 4 атм бу және қысылған ауа қолданылады. Технологияда
бу конденсатының ерітінділерін сұйылту, катодтарды жуу және де басқа
технологиялық қажеттіліктерде пайдаланады.
1.1.4 Катодты бөлімше
Көлемі
5м3
(4350x1160x1500)
іші
қорғасынмен шегенделген
электролитті тазалау ванналары катодты бөлімшенің негізгі жабдығы болып
табылады. Әр ваннаға 35 анод және 36 катодты негіздері немесе 34 титанды
ұяқалып ілінеді. Электролизді ванналар алты технологиялық өткелдерде 26
ванна (13 ваннадан екі жарты серия) серияларымен орналастырылған. Олар
6 сериядан 12 циркуляциялық жүйелерге
біріктірілген. Сонымен бірге технологиялық өткелдерде катод негіздерін
сыдыру жабдықтары, катод негіздерін автоматты өндеу желісі,катоджуғыш
машиналары, анод қалдықтарын жуатын себезгілеуіш ванналар орналасқан.
Ортаңғы өткелде айналымды жабдықтар, жылу алмастырғыштар,
реагенттерді санайтын сыйымдылықтар және белсенді бетті қоспалар
ерітінділерін дайындау жабдықтары орналасқан.
Электролит циркуляциялық сорғылармен көлемі 20м 3 айналымды
шаннна жылу алмастырғыштар және газсыздандырғыш арынды шан арқылы
таратушы коллекторларына беріледі, ал коллекторлардан құлақша арқылы
ваннаның қабылдауыш қалталарына беріледі. Ваннаның қарама-қарсы
жағынан ағынды науа арқылы электролит ағынды шанға құйылады да, өз
ағысымен айналымды шанға оралады. Ванна арқылы электролиттің
айналым жылдамдығы 15-25 лмин. Электролиттің айналым жылдамдығы
бақыланбайды және басқарылмайды, ол арынды шан мен таратушы
коллектордағы қысымға байланысты болады. Келтірілген
айналым
3
толығымен ауысады.
Электролит
температурасы жылу алмастырғыштың шығысында
басқарылады және жылу алмастырғашқа бу беруді өзгерту арқылы 50-60°С
деңгейінде ұстап тұрады.
Бұдан басқа, импульсті дозаторлармен ерітіндегі үнемі желатин мен
тионесепнәрдің есептеулі мөлшері (өндірілген катодты мыс тоннасына
60-100г және 50-90г сәйкесінше) беріледі. Электролиттегі күкірт
қышқылының мөлшерін реттеу, су немесе күкірт қышқылын қосу, кезек
сайын жүргізілетін талдау нәтижелері бойынша өзгертіледі. Электролиз
12жылдамдықта ваннаның толық көлемінде (5м ) электролит 3-5 сағат ішінде
кезінде ерітінділерде мыс құрамы анодты мыстың күкірт қышқылындағы
химиялық еруінен әрдайым артып тұрады. Электролиттің тұрақты
құрамын ұстап тұру үшін кейбір серияларда ванналардың бірі (14-ші
ванна)
жаңғыртқышты
ванна
ретінде
жұмыс
істейді. Оған мыс
анодтарының орнына қорғасыннан жасалған анодты орналастырады, ал
катодтар өскен кезде электролит мыс бойынша кедейленеді (≈5гл). Бұл
электролитті айналымға қайтару бүкіл айналымның мыс бойынша
кедейленуіне әкеледі.
1.2 кесте - Электролиттің орта құрамы
Тұрақты электр тоғымен қөректендіру үшін ванналар әр қайсысында 4
айналымнан 3 тізбекке бөлінген. Онда сериядағы әр ванна, айналымдағы әр
серия және қоректендіру тізбегіндегі айналымдар ізбе-із байланысқан, ал
бір ваннадағы анодтар мен катодтар параллель жалғасқан.
Бірінші тізбек
(1...4 айналымдар) пен
екінші тізбекті (5...8
айналымдар) қоректендіру үшін екі түзеткіш агрегат параллель қосылған.
Бұл тоқ күшін 26000А дейін көтеруге мүмкіндік береді. Ал үшінші тізбек
(9... 12 айналымдар) бір агрегаттан қоректендіріледі (тоқ күші 13000А).
Электролиз процесі келесі әрекеттерден тұрады:
- серияларды өңдеу - жаңа катодтар мен анодтар тобын тиеумен,
оларды біржолата түсіру;
- электролиздің өз процесі - тоқ желісінде жұмыс істеуі;
- серияны қайта тиеу, жаңа катодтар негіздерін тиеумен бірге.
Ванналарды өңдеу толық сериялармен ғана жүзеге асырылады. Өңдеу
кезінде серияны шығыс және кіріс шиналарды шунттерін тұйықтау арқылы
электр желісінен ажырату. Анодты компания 20-21 тәулік бойы жалғасады,
бұл уақыт аралықта катодтарды үш рет ауыстырады.
1.1.5 Анод қоспалары және олардың электролиз процесіне әсері
Анодтар құрамында азғантай қоспалардың электролитте жинақталуы
күрделі қиындықтар туғызуы мүмкін.
Қоспалар электролиз процесіне әсері бойынша үш топқа бөлінеді.
Бірінші топқа электр терістігі мысқа қарағанда көбірек металлдар жатады:
Ni, Zn, Co, Fe. Бұл металлдар ерітіндіге толығымен өтеді. Олар ерітіндіге
өтіп, катодта тұнбағандықтан, бірте-бірте электролитте жиналады.
Электролит құрамындағы Nі, Ғе және Zn салыстырмалы көп
мөлшерінде де катодтар құрамына әсер етпейді, бірақ теріс құбылыстарды
қоздырады.
Электролитте никель, темір және мырыш сульфаттарының үлкен
мөлшері мыс сульфатының ергіштігін кемітеді, бұл мыс кристалдарының
13 Компонент
Cu
Ni
As
Fe
Sb
H2SO4
Ci
Құрамы,г
л
30-50
5-8
18-20
0,3-0,7
0,7-1,2
130-180
30-70
түсуіне әкелуі мүмкін. Нәтижесінде катод жанындағы қабатта мыс
иондарының құрамы тіпті аз болып қалады да, сутегі бөліне бастайды.
Екінші топқа Au, Ag, Se, Те жатады. Анодтар құрамындағы күмістің
мөлшері көп болғанда, оның бір бөлігі ерітіндіге Ag2 S0 4 түрінде өте алады.
Электролитте күмістің жиналуын болдырмау үшін, хлор иондарын (СІ-)
қосу арқылы күмісті шламға тұтындырады. Алтын электролитте ерімейді
және толығымен шламға тұнады.
Үшінші топ қоспаларының потенциалдары мысқа жақын: Sb, Ві, As.
Бұл қоспалар ең зиянды болып келеді, себебі олар ерітіндіге оңай өтіп,
катодта тұна алады. Катодты мыста бұл металлдардың тіпті аз мөлшерінің
бар болуы, оның негізгі қасиеттерін нашарлатады.
Сүрме, мырыш пен висмуттың катодта тұнуын болдырмау үшін
электролит құрамындағы олардың мөлшерін мүмкіндігінше аз деңдейде
ұстап тұру қажет; электролитте күкірт қышқылының едәуір үлкен
концентрациясын ұстап тұру қажет, өйткені Sb3+ және Ві3+ концентрациясы
S042- иондар концентрациясы артқан сайын кемиді; электролитте СІ-
жеткілікті концентрациясын ұстап тұру керек, өйткені ол мырыш пен
сүрменің шламға өтуіне мұмкіндік туғызады. Сонымен қатар электролитті
оқтын - оқтын сүзгілеу қажет.
1.1.6 Электролитттің жаңғыртылуы
Мыс электролизінің процесі өткен кезде
электролитте мыс
сульфатының
концентрациясы
артады,
ал
күкірт қышқылының
копцентрациясы кемиді.
Электролиттегі мыс сульфаты концентрациясының өсу деңгейі бір
қатар себептерге байланысты болады. Жоғары температуралар мен
қышқылдық кезінде анодтардың химиялық еруі өседі. Сол кезде бір
валентті мыстың пайда болу дәрежесі арта түседі, одан CuS04
концентрациясы артады. Электролит құрамының тұрақтылығын
қамтамасыз ету үшін, оны жаңғыртуға ұшыратады. Жаңғыртуды әдетте
ерімеген анодтары бар ванналарда электролизбен жүзеге асырады.
Жаңғыртуға арналған электролизді ваннада (әдетте анодты шинада
шеткі және ажыратқыш жағынан қарама-қарсы ванна) мыс анодтары
қорғасынмен ауыстырылған. Анодтарды қалыңдығы 8 -10мм қорғасын
қаңылтырларынан жасайды, ал электрод ұстағыштары ретінде катодты
сүймендер пайдаланылады.
Жаңғыртушы ванналар катодтарындағы процес анодтары мыстан
жасалған ванналарда сияқты өтеді, яғни Сu2 + иондарының бейтарапталуы:
2Н2O - 4е --O2 + 4Н+.
(1.1)
Жұмыстың алғашқы кезеңдерінде бөлінетін оттегі қорғасынды
тотықтырады. Нәтижесінде анодтар қорғасынның әрі қарай жемілуіне
кедергі жасайтын тотық қабыршағымен қапталады. Анодта тотық
14
қабықшасы түзілгеннен кейін оттегі атмосфераға бөлінеді, ал сутегі
иондары ерітіндіде жиналады. CuS04 диссоциясы және Сu2+ иондарының
катодта бейтарапталуының арқасында электролитте S042- иондары
жиналады.
Бұл процестердің нәтижесінде ерітіндіде мыс
сульфатының
концентрациясы кемиді, ал күкірт қышқылының концентрациясы артады.
Түзілетін газ және ауа булары көпіршік түрінде ванна айнасы арқылы
сыртқа шығады. Ваннадан шыққан кезде көпіршіктер беттік қабыршықты
тесіп шығып, электролитті шашыратып жібереді. Электролит шашырамау
үшін ванна айнасын жұқа минералды май (солидол, трансформаторлары
май) қабатымен қаптайды. Ол электролиттің беттік тартылысын азайтып,
ваннада түзілетін газдарды оңай өткізеді. Майды ұстап қалу үшін ваннаның
шығыс науасында бөгеттеуіш қалқанша орналастырылған.
Электролитті жаңғырту кезінде алынған катодтар құрамында 99,90-
99,95 Сu бар. Мұндай катодтар жалпы ванналар катодтарымен бірдей
қолданылады. Құрамында Сu 99,90% кем катодтар анодты пешке қайта
балқытуға немесе тотияйын өндіру үшін түйіршіктер жасауға жұмсалады,
сонымен қатар Вейебарсты балқыту шикіқұрамның ішіне кіруі мүмкін.
1.1.7 Қоспалардың катодты тұмбасына әсері
Катодты тұмба құрамына электролитке енгізілетін беттік белсенді
заттар оң әсер етеді.
Катодты тұмба кристалдар қырларында қоспалардың молекулалары
мен иондары шоғырланады - абсорбацияланады. Алдымен заттар үлкен
дөңестіктерде, қабырғаларда абсорбацияланады. Бұл катодты тұмбаның
ердарлауына және кейбір дәрежеде оның оқшаулануына әкеледі. Мұның
нәтижесінде көптеген
кристалл
туынтектерінің түзілуіне мүмкіндік
туғызатын үйектелу өседі. Демек, катодта ұсақ кристалды тығыз тұмба
түзіледі.
Қоспалар ретінде желатинді, тионесепнәрді (CH2 N2 S) және тұз
қышқылын пайдаланады.
Енгізілетін қоспалар мөлшері электролит құрамына пайдаланылатын
тоқ тығыздағына және кейбір басқа факторларға тәуелді болып, тәжірибе
жүзінде анықталады.
Электролитке енгізудің алдында қоспаларын 16-20 сағат бойы жылы
суда (25-30°С) жібітеді. Одан кейін 60-70°С дейін жылытып, сол суда
ерітеді. Ерітіндіні сұйылтып, импульсті дозалауыштамен электролитке
енгізеді.
Қоспарлармен бірге хлор иондарын электролитке ас тұзы немесе тұз
қышқылы түрінде қосады.
Түзетуші ерітінділерді бір мезетте қосу электролиттің кіші бөлігінде
ғана шоғырлануына көп есе артуына әкеледі, сондықтан жарамсыз. Түзету
кезек сайын жүргізілетін аналитикалық бақылаумен бір немесе бірнеше
кезектер бойы орындалады.
15
1.1.8 Катодты негіздерді жасау
Тауарлы катодтар үшін негіздерді, яғни электролитті мыстың жұқа
қаңылтырлары қажет. Катод негіздерін қажетті мөлшерде жұмыс істейтін
ванналар санымен, онда ілінген катодтар санымен және катодтарды өсіруге
керекті уақытпен анықталады.
Катод негіздерін жасау үшін электролитті цехта арнайы ванналар
серияларын бөледі. Мұндай серияларды ұяқалыптық деп атайды.
Ұяқалыптық сериялардағы ерітіндідегі қоспалары мү мкіндігінше аз,
мыстың құрамы біршама үлкен, никель мен қышқыл концентрациясы төмен
бөлек ерітінді айналымы бар. Ұяқалыптық
сериялардың электролитін
дайындау әдісі сериялармен ұқсас болады. Бетті белсенді заттардың
мөлшері минималды болу керек. Негіздердің жоғарғы жиегі сапалы болып
шығу үшін ванналардағы электролит деңгейі тұрақты болу керек.
Ұяқалыптар мен анодтар арасындағы қысқа тұйықтауды болдырмау
үшін олардың ара қашықтығын тауарлы серияларға қарағанда 8-10 мм
үлкейтеді.
Ұяқалыптар титаннан жасалған. Олар майлауды қажет етпейді,
өйткені жұқа тотық қабыршағымен қапталған титан бетінен мыс тұмбасы
оңай алынады. Ұяқалыптар қыры винипластпен жиектелген. Уақыт
өтісімен тотықты қабыршақтар жуандайды және ердарланады - мыс
қаңылтыры тор түрінде тұндырылады. Мұндай ұяқалыптар жөндеуге
жіберіледі, онда ажарлауға түседі.
Өз пішінін жоғалтпаған, толық анодтар жұмыс істегенде ғана
ұяқалыптарда катодты негіздер дұрыс болып шығады. Жаңа салынған
анодтар ұяқалыптарымен толық анодты операциясының тек жарты
уақытында жұмыс істейді, ал қалған уақытта тауарлы ванналар сериясында
жұмыс істейді.
Тұндырылған мыспен ұяқалыптарды оған тұндырылған мыспен бірге
жүккөтергіш арқылы негіздерді алу білдектеріне тасымалданады.
Түсірілген ұяқалыптық негіздерді айналмассоққыш білдектерде түзетеді.
Ең төзімді қаңылтырлардан құлақшаларды жасайды. Ол үшін
қаңылтырларды қалыңдығы 100-120 мм, ал ұзындығы электроттардың
орналасуына сәйкес келетіндей көлбеқайшымен кеседі. Құлақшалар
катодты қаңылтырларға әр қайсысына екіден білдектерде тойтарылады.
Катодты негіздерге келесі талаптар қойылады:
- қаңылтыр қатаң анықталған өлшемді болу керек;
- қаңылтыр қырлары тегіс болу қажет;
- қаңылтыр бетінде кедір-бұдырлар болмау тиіс;
- қаңылтырда қатаңдық қырлары болу керек;
- қаңылтыр коррозияға ұшырамау керек.
1.1.9 Тоқ бойынша шығыс
Мысты электролитті тазалау процесінің маңызды көрсеткіштерінің
бірі тоқ бойынша шығыс болып табылады. Тоқ бойынша шығыстың
16
өсуімен өнімділігі артады. Тоқ бойынша шығыстың кемуі тежейткіш
химиялық және электрохимиялық реакциялардың бар болуы, тоқтың жерге
ағып кетуі, қысқа тұйықталу нәтижесінде тоқтың ағып кетуінен болады.
Реакциялардың бар болуы тоқ бойынша шығыстың азғантай кемуіне
әкеледі.
Тоқтың жерге ағып кетуі ванналардың жаман оқшаулану себебінен,
жерге қосылатын өткізгіштердің қорғасын құбырларымен, шиналармен,
қаптаумен кездейсоқ жанасуынан болады. Сериялар мен оқшаулар
кедергілерін өлшеу арқылы тоқтың жерге кетіп отыру дәрежесін оңай
анықтауға болады. Тоқтың жер арқылы жоғалуын болдырмау үшін
оқшауды тазалықта сақтау
және
электролиттің ванналардан ағып
отыруынан сақтандыру.
Ванналар құрылымын және ванналарды ерітіндімен коректендіру
үшін қолданылатын материалдарды дұрыс таңдалмауынан тоқтың айналым
арқылы ағып кетуі едәуір болу мүмкін.
Тоқ бойынша шығыстың ең үлкен төмендеуі электродтардың қысқа
тұйықталуынан болады. Олар катодтарда кедір-бұдырлардың өсу нәтижесі
болып табылады, мұның нәтижесінде катод пен анод тікелей жанасады.
Қысқа тұйықтаулар мен электролиз цехындағы басқа да тоқ үлестіріміндегі
бұзушылықтармен
күресу мақсатында арнаулы кезекшілер
штаты
ұйымдастырылады.
Қысқа тұйықтауды бірқатар белгілерден анықтауға болады :
-ванналардағы жалпы кернеудің төмендеуі;
-тоқ күшінің өсуі;
-қысқа тұйықталған электродтардың қатты қызуы бойынша.
Қысқа тұйықтауды анықтаудың ең қарапайым әдісі - гаусеметр
көрсеткішінің ауытқуы бойынша. Бұдан басқа да әдіс бар, оның мәні
анодтар құлақшалары мен катодтар қарнақтарының температурасы өскен
кезде түсін өзгертетін жылу сезгіш бояумен сырлау.
Бірақ, цехта ондаған мың электродтар бар болған кезде қысқа
тұйықтауларды толығымен жою мүмкін емес, сондықтан қысқа тұйықтауды
анықтаудың ең ұтымды жүйесін таңдау қажет.
Тоқ бойынша шығыс қолданылатын тоқ тығыздығымен байланысты.
Тоқ тығыздығын жоғарғы тоқ тығыздықтарын қолдануға бөгет болатын
немесе мүмкіндік туғызатын факторларынан таңдайды. Тоқ тығыздығын
көтеруді шектейтін температуралық шектік шама болады. Сонымен қатар,
тоқ тығыздығы өседі.
Электр қуатының шығыны артады.
Қазіргі уақытта мыс электролизі кезінде 180-250 Ам2 аралығындағы
тоқ тығыздығы пайдаланылады.
1.1.10 Купоросты бөлімше
Купоросты бөлімшеге түсетін электролит екі бөлікке бөлінеді. Бір
бөлігі қорғасын анодтары бар электролиздеу ванналарда екі сатылы
17
электролитті мыссыздандыруға түседі. Бірінші кезеңде ванналардағы
мыстың шоғырлануы 25-50 гл ден 5гл дейін кеміп отырады. Бұл кезеңнің
катодтары күшәнмен ластанған, оларды анодты балқытуға қайта жібереді.
Мыс бойынша шекті тоқта жұмыс істейтін екінші кезең ванналарында
тығыз мыс емес, күшәнмен қатты байытылған мыс ұнтағын алады. Мыс
ұнтағын шикіқұрам дайындау цехына беріледі.
Мыссыздандырылған ерітіндіні катодты бөлімшеге қайтаруға немесе
бейтераптау станцияларына жіберуге болады. Оның құрамында күкіртті
қышқылы мен 10 гл дейін күшән бар. Бірінші кезең катодтарын өсіру
уақыты 100-120 сағ. Бірінші кезең ванналарында электролит айналымының
жылдамдығы 40-60 лмин. Екінші кезең ванналарынан ұнтақты шығару
жинағышқа вакуумды сорғыш арқылы орындалады. Екінші кез ең
ванналарында электролит айналымының жылдамдығы 6-12 лмин.
Мыссыздандыру процесі кезінде газ тәріздес сутегі мен мырышты
сутегі AsH3 бөлінгіндіктен, бұл өндіріс улы және жарылғыш болып
табылады. Электролиз бөлек бөлмеде өткізіледі. Оның ішіне бөлмені
желдетіп, атмосфераны тексергеннен кейін, тоқ өшірілгеннен кейін ғана
кіруге болады. Тоқ күші мен электролит температурасын бақылау басқа
бөлмеде орналастырылған аспаптар арқылы жүзеге асырылады.
Ерітіндінің екінші бөлігі мыс купоросын алу үшін купоросты
бөлімшеде өңделеді. Ол үшін ерітіндіні вакуум буландырғыштарында 90°С
температурада 1,25-1,28 гсм3 тығыздыққа дейін буландырылады. Кейін
жылытқыш арқылы кристализаторға түседі, мүнда 5-6 сағат ішінде
тоңазытқыш агрегаты аркылы жасалынатын -5°С температурасында мыс
купоросының кристалдары түседі. Кристалдарды қышқыл электролиттен
путч-сүзгісі арқылы айырады. Қайтадан реактор шанында конденсатпен
ерітеді де, 4-5 сағат бойы сепаритді бормен ауа үрлеу және 70-80°С
температурада өңдеу арқылы темір мен күшәннің көп бөлігінен ерітіндіні
тазартады.
Одан кейін ерітіндіні 10-15 гл дейін H2 SO4 қышқылдайды, қайтадан
вакуум буландырғыштарында 1,3-1,38 гсм3 тығыздыққа дейін
буландырылады, кристалдар түзілу үшін кристализаторда 3-4 сағат бойы
0°С қыздырады.
1.2 Электролиздің материалды балансын есептеу
1.2.1 Ванналар саны мен өлшемдерін анықтау
Еритін анодтың қалыңдығы оның массасы, тығыздығы мен қызмет
ету уақытына байланысты.
Анод массасы (М, кг) тең:
.
(1.2)
мұндағы, b,һ, η, D - анодтың ені, ұзындығы, тоқ бойынша шығыс пен
тоқ тығыздығы, η =1,02
18
М=347кг
Анод қалыңдығы (δ, мм), тең:
мұндағы,
-анодты қорытпа тығыздығы,гсм3;
δ =46,9 м м
Ваннаның ішкі сызықты өлшемдерін анықтаймыз - ұзындығын (L),
енін (В), тереңдігін (Н), мм
L=n Lцэ+2 Lmc;
B=bk+2 Lбс;
H=hk+Ld+∆h,
мұндағы, Lцэ, Lmc, L6c, Lд, ∆h - аттас электродтар, шеткі электродтар
мен бүйіржақ қабырғылары, катод қырлары мен бүйір қабырғалары,
катодтардың төменгі шеті мен ванна түбінің арасындағы қашықтық; п
ваннадағы барлық электродтар санын бірге кемітіп екіге бөлгенге тең.
Lmc=150 мм, L6c=55 мм, Lд =170 мм, Lцэ=100 мм,
L=4,50 м.
В=1,19 м.
Н=0,96м
1.2.2 Мысты тазарту цехтарында жаңғырту ванналарының саны
Тоқ күші 13000А; мыстың аноттардағы құрамы 99,48 пайыз; мыстың
катодтарға шығуы 84 пайыз, қарапайым ванналарда тоқты пайдалану
коэффициент 95 пайыз, жаңғырту ванналарында тоқты пайдалану
коэффициент 75 пайыз, сериялардың машиналық уақыты 98 пайыз,анодты
қалдықтардың шығысы 15 пайыз; тәуліктік өнімділігі 250-103кг.
Электролизді цехқа тәулік ішінде түсетін анодты мыс мөлшері:
Анодтың электролиз процесі кезінде еритін бөлігі
таза мысқа қайта есептеген кезде
19
Оның 2 пайызы ерітіндіде қалады
Жаңғырту ванналары арқылы электролиттен оралатын мыс мөлшері
жаңғырту ванналар саны
жай ванналарда өндірілген катодты мыс мөлшері
250-2,55=24,745 104 кг
цехтағы жай ванналар саны
жалпы цехта жұмыс істейтін ванналар саны
984+13=997
Жаңғырту ванналарының салыстырмалы саны
1.2.3 Купоросты бөлімшеге тазартуға жіберілетін ерітінді мөлшері
және зиянды қоспа мөлшері
Қоспалардың құрамы шектік мәніне дейін жиналу уақыты келесі:
мұндағы, Спр - қоспалардың шекті концентрациясы, кгм3;
20
N - жұмыс істейтін ванналар саны;
V - ваннадағы ерітінді көлемі, м 3;
1,2- ваннадан басқа ерітіндінің 2 0 пайыз цехтің басқа
бөліміндерінде сақталатынын ескеретін коэффициенті;
а - анодты мыс құрамындағы қоспалар мөлшері, пайыз;
К - қоспалардың қанша үлесі ерітіндіге өтетінін ескеретін
коэффициенті;
m - тәулік бойы барлық ванналардағы еріген анодтар
массасы, кг;
I - тоқ күші, кА;
q - электрохимиялық эквивалент;
К' - анодтың тоқ бойынша шығысы теориялықтан өзгеше
болатынын ескеретін коэффициент.
Сонымен, зиянды қоспа никель болып табылады. Никельдің шекті
концентрациясына жеткенде, 87-88 тәулік ішінде, ерітіндіде күшән
концентрациясы, кгм3
Электролиз цехындағы ерітінді көлемі (V, м 3) оның ванналардағы
көлемі мен ванналардан
1.2.4 Айналым жылдамдығы қажетті ерітінді мөлшерін анықтау
Бір ваннаға айналым жылдамдығын 0,1 л (А ч) тең деп алу керек.
Ерітіндінің сағаттық қажеттілігі (Z,
):
Z=I N v
= 13000 997 0,1 10-3 = 1296,1 м3;
мұндағы, v - айналым жылдамдығы
21
2 Электролиз процесін басқару объекті ретінде жазу
Мыс электролизінің процесі металургиялық өндірістің технологиялық
процестерімен әрекеттеседі.
Мысты электролиттік тазарту процесі таза емес мысты қоспалардан
тазарту мақсатында жүргізіледі. Процестің соңғы өнімдері катодты мыс
және құрамында бірқатар құнды металдары бар анодты шламдар болып
табылады.
Мыс
электролитті цехы (МЭЦ)
объект
ретінде оның күйін
анықтайтын ө зінің кіріс және шығыстары арқылы бағаланады.
Технологиялық процестің байланыстарын келесі түрде жіктеуге
болады:
-кірістері немесе бақыланатын тәуелсіз айнымалылар;
-басқарушы әсерлер немесе басқарушы байланыстар, олар сонымен
қатар кіріс айнымалылары болып табылады;
-ақпараттандыратын байланыстар немесе объект күйін сипаттайтын
кіріс айнымалылары.
МЭЦ-ң технологиялық процестерінің барлық байланыстарының үш
түрін ажыратады. Олардың біріншісі - басқарылмайтын, бірақ бақыланатын
байланыстар. Оларға анодтар сапасы жатады. Байланыстардың бұл түрін
кіріс параметрлері деп атауға болады. Екінші түрі - басқарылатын
байланыстар. Олар арқылы объект күйін өзгертуге, яғни басқарылмайтын
байланыстар әсерлерінің есесін қайыруға болады. Басқарушы байланыстар,
басқарылмайтын байланыстар сияқты, объектінің кіріс айнымалылары
болып табылады. Оларға жататындары: жылуалмастырғыштардағы бу
ағынын реттеу, ток күшін реттеу, қоспалардың, күкірт қышқылының
электролиттегі ағынын реттеу, электролит температурасын жөнге салу. Бұл
байланыстар электролиз процесінің басқарылуына нәтижелі әсер етеді.
Үшінші түрі - басқару объектісінің күйін анықтауға мүмкіндік беретін
объекттің кіріс айнымалылары: катодтар сапасы, ванналардағы кернеу
түсуі, ток мөлшері. Бұл байланыстар электролиз сапасы туралы мәлімет
береді, бірақ жеткіліксіз жедел және сенімсіз бақыланады.
Металлургиядағы барлық процестер сияқты, мыс электролизі нің
процесі ауытқушы әсерлерге ұшырайды. Олар сыртқы жә не ішкі болып
бөлінеді.
Процестің ішкі ауытқуларына процестің сапасымен байланысты қысқа
тұйықталуды жатқызуға болады.
Қысқа тұйықталулар
электролит
кедергісінің төмендеуі
мен
электродтар арасындағы электр тогының жоғары кернеулігінен пайда
болады және кернеудің кенет түсуі мен токтың жылдам осуімен
сипатталады. Бұл тәртіптің нәтижесінде өнімділік айтарлықтай төмендейді.
Катодты бөлімшеде технологиялық процесс үздіксіз болып келеді.
Процесс барысында бір түрлі технологиялық аппараттарды оқтын-оқтын
біртіндеп бөліктей өңдейді. Әр тәулік сайын 72 серияның 12-15 сериясы
22
өңдеуден өтеді. Осы себептер процесті үздіксіз процестер қатарына
жатқызуға мүмкіндік береді.
Температураның, мөлшерінің, кұрамының өзгеруінің кездейсоқ
сипаты, сонымен қатар электрлі тәртібінің өзгеруі электролиз процесін
тұрақты емес, кездейсоқ процесс ретінде сипаттайды. Процестің кездейсоқ
сипаты жиі
жұмыс істемей қалуына әкеледі. Осыған байланысты
электролиз процесін астатикалык объект деп санауға болады.
Сонымен басқару объектісі ретінде мысты электролитті тазарту
процесі үздіксіздігімен, көпөлшемділігімен, ауытқулардың жоғары
деңгейімен, көпбайланыстылығымен, процес өтуінің кездейсоқтығымен,
орнықсыздығымен сипатталады.
Келтерілген мыс электролитті цехының сипаттамалары
микропроцессорлық бақылау жүйесін жасау қажеттігін түсіндіреді.
2.1 Қолданылатын басқару және бақылау әдістері
Мыс электролизі өзара әрекеттесетін физикалық және химиялық
процестер жиынтығымен сипатталады. Мұндай объектіні басқару үшін
электрлі жөне материалдық шығыс пен кіріс параметрлерін автоматты
түрде бақылауды және тиімділеуді қамтамасыз ету керек. Автоматтандыру
жүйесі бүкіл технологиялық циклді қамту қажет.
Қазіргі кезде мыс электролитті цехының автоматтандыру деңгейі өте
төмен, оның негізгі себептері:
-өндірістің айтарлықтай көлемділігі;
-жабдықтардың сенімділігі мен механизациялау дәрежесі төмен
болуы.
Катодты бөлімшеде су мен қысылған ауа шығыны, қысымы,
ваннадағы кернеу, тізбектегі ток көрсеткіштерін бақылау тіркеусіз, тек
жергілікті орнатылған көрсеткіш құрылғылары арқылы іске асырылады.
Ванналардың тұрақты жұмыс істеуінің негізгі кедергісі қысқа
тұйықталу болып табылады. Бірақ бақылау тек қысқа тұйықталу кезінде
температура жоғарылауынан қараятын катодта орналасқан термосезімтал
элементтерінің түсі өзгеруі
бойынша
ғана жүргізіледі. Қысқа
тұйыкталуларды жою колмен орындалады.
Электролиз процесін бақылау мен басқару үшін әр кезек сайын
барлық айналымдардағы электролитте күкірт қышқылы мен мыс кұрамын
жедел химиялық талдау арқылы анықтап, талдау нәтижесі бойынша
электролит құрамын реттейді. Әр он күн сайын барлық айналымдардағы
электролитте Ғе, As, Ni, Sb, Zn, Pb, хлорид құрамы анықталады, ал
тоқсанда бір рет электролиттің толық талдауы жүргізіледі.
Цех экономистіне жабдықтың жүктелуі мен дайын өнім шығарылуы
жөнінде бөлімшенің кезекші шеберлерінің айлық мәлімдемелері беріледі.
Қойма басшысына күнделікті өнімді тиеп жөнелтіп жіберу жөнінде
мәлімдеме беріледі. РӨҚ шеберлері тәулік сайын бу, су, электр қуатының
23
шығыны бойынша мәлімдеме беріп отырады.
Электролитті талдау нәтижелері, серияларды іске қосу мен ажырату,
электролит пен шламды көршілес бөлімшелерге жіберу туралы мәлімет
бөлімше операторының журналында тіркеледі. Олардың негізінде цех
экономистіне берілетін әр тәулік бойынша технолониялық карталар
құрылады. Технологиялық
карталар
негізінде бөлімше басшысы
ванналарды өңдеу, келесі тәулікте электролитті реттеу мен басқа
бөлімшелерге берілетін тапсырмалар кестесін
құрастырады, олар
бөлімшенің бас
шеберінің бақылауында болады. Анод бөлімшесінде
анодты қалдықтар мен жиынды өлшеніп, ақпарат балансты құрастыру үшін
цех экономистіне беріледі.
Сонымен, технологиялық процестерді бақылау мен басқарудың
тәжірибесін талдау нәтижесінде қазіргі кезде қолданылатын басқару
әдістемелері мен әдістері технологиялық процесс күйінің ағымдық
өзгерістері бойынша басқарушы
шешімдерін
жедел
қабылдауды
қамтамасыз ете алмайтынын көрсетеді.
Бүгінгі күнде
есептеу
техникасының және
басқарушы
микропроцессорлардың өркендеуі жаңа басқару
жүйелерін қолдану
мүмкіндігін туғызады.
Бұл диплом жобасында "SIEMENS" фирмасының программаланатын
контроллерлерін қолдану негізінде басқару және реттеу жүйесін құрастыру
мәселелері қарастырылып отыр.
Микропроцессорлық жүйелер жұмыста өте икемді және олардың
құрылымын жеңіл өзгертуге болады, сондықтан реттеуіштердің тиімді
параметрлерін автоматты түрде есептеуге мүмкіндік туғызары және
басқару адамның қатысуынан тыс жүргізіледі.
2 . 2 Мақсаттар құрылымын жасау және критерияларды таңдау
Мыс электролитті цехы - дайын өнім шығаратын зауыттың негізгі
өндіруші бөлімдерінің қатарына
жатады. Цехтың технологиялық
құрылымына катодты, шламды және купоросты бөлімдері кіреді. Ал,
цехтың тауар өнімдері келесі: катодты мыс, эликтролитті шламдар, мыс
купоросы.
Катодты мысты алудың негізгі шикізаты ретінде анодты мыс
қолданылады. Ол катод бөліміне мыс балқыту цехының анод жасау
бөлімінен келіп түседі.
Қарастырылып отырған технологиялық кешен - мыс электролизі
өзінің стационарлы еместігімен ерекшеленеді, яғни электролиз процесі
дискретті - периодты уақытта өткізіледі. Кешеннің жұмысын анықтайтын
негізгі техника-экономикалық көрсеткіштер келесі:
Металдың ток шығымы:
[
24
]
мұндағы, GCu - катодты мыстың мөлшері;
I - электролиз тогы;
q - мыстың электрохимиялық парапарлығы;
- электролиз процесінің ұзақтығы.
Бір тонна катодты мыстың цехтық өз құны:
мұндағы, GCu - катодты мыстың мөлшері;
- мысты электролитті тазалауға кететін шығындар;
Токтың экономикалық тығыздығы:
√
[(
)
]
мұндағы,
- есепті тоқ тығыздығы;
T - өндіріске тікелей қатысы бар жұмысшылар жалақысы;
R - цехтық шығындар;
С - жабдықтарды пайдалануға кететін шығындар;
бу шығыны;
Кз - ғимарат бағасы;
мөлшерлік көрсеткіш;
А - технологиялық мақсаттарға жұмсалған электр
қуатының шығыны;
S1 мен S2 - алтын мен күміс құны;
N1 мен N2 - тоқтың есептік және базалық тығыздығы
кезіндегі алтын шығыны;
М1 мен М2 - тоқтың есептік және базалық тығыздығы
кезіндегі күміс шығыны;
КН П - аяқталмаған өндіріс;
Мысты жоспарлы түрде алудың ығысымы:
∫ (
)
мұндағы, GCuH - нақты алынған катодты мыс мөлшері;
GCuЖ - мыс алудың жоспарлы көрсеткіші;
Электролиз процесінің келтірілген экономикалық тиімділігі:
∑
мұндағы, GCu мен Gшл - алынатын катодты мыс пен шлам мөлшері;
25
Цси мен Цшл - шлам мен катодты мыстың бағасы;
∑ электролизге кеткен электр қуатының мөлшері;
ЦЭн - электр қуатының бағасы;
Ццех - цехтық шығындар;
Электролиз процесінің келтірілген көрсеткіштерінен глобальды
басқару мақсаты (Ц0) ретінде (2.5) деген көрсеткішті алайық , өйткені ол
технологиялық процестің тиімділігін толықтай көрсетеді.
Өндірістік-технологиялық құрылымның талдауына
және
МЭЦ
басқару тәжірибесіне сүйеніп, объектінің үш деңгейлі иерархиялық
құрылымын қабылдап, басқарудың келесі деңгейлерін
анықтаймыз:
технологиялық кешен, ішкі кешен, агрегат. Объектінің үш деңгейлі
иерархиялық құрылымын ескере отырып, сәйкесінше басқару жүйесінің үш
деңгейлі құрамын анықтаймыз.
Мұндай құрылым декомпозиция принципіне негізделіп алынған, яғни
МЭЦ басқарушы жүйесі бір-бірімен байланысқан ішкі жүйелерге және
жалпы тиімділеу есебі кіші өлшемді бағынқы есептерге сәйкесінше
бөлінген. Осылайша көп деңгейлі иерархиялык құрылым қалыптастырады.
Мұнда жоғарғы деңгейде кешеннің бөлек бөлімшелерінің жұмысы
бойынша сәйкестендірілген тапсырмаларды табумен бірге технологиялық
кешенді жедел басқарудың есебі шешіледі. Ортаңғы деңгейде түрлі
агрегаттарды тиімді басқару есептері шешіледі. Төменгі деңгейде есептік
тәртіптерді тұрақтандыру және бөлек агрегаттарды басқару мәселелері
шешіледі.
Қабылданған басқару есебінің құрылымына сәйкес МЭЦ-тің ТҮАБЖ-
де келесі ішкі жүйелер белгіленген:
МЭЦ технологиялық кешенін жедел басқару;
- айналым процестерін басқару;
- электр тәртібін басқару;
- шлам бөлімшесінің процестерін басқару;
- купоросты бөлімшенің процестерін басқару.
Технологиялық кешенді басқарудың ішкі жүйесі
электролиз
технологиялық процесінің тиімділігін толықтай түсінуге негізделген.
Кешенді басқару мақсаты Ц0 келесі түрде қалыптастырылады: ванна
сериялары бойынша анодтарды ұтымды үлестіру.
Айналым процесін басқарудың мақсаты - электролизді жүргізудегі
электролиттің тиімді құрамын дайындау.
Ванна
серияларының
электр
тәртібін басқарудың мақсаты
-
максималды ток шығымын қамтамасыз ететін ванна сериясының желісінде
ұтымды токты ұстап тұру.
2.3 Электролиз процесін басқару есебінің сипаттамасы
Электролиз процесіне көптеген басқарылатын және басқарылмайтын
әсерлер ықпал етеді. Олардың ішінде процестің мөлшерлік және сапалық
26
көрсеткіштеріне аса әсер ететіндері:
- электролитті жылытуға кететін бу мөлшері;
- электр қуатының шығыны;
- күкірт қышқылының электролиттегі ағыны;
- жаңғыртуга алынатын электролиттің ағыны;
- электролиттің айналым жылдамдығы;
- қоспалардың электролиттегі ағыны;
- анодты мыс құрамы;
- катодты өсіру уақыты.
Бұл кіріс әсерлерінің ішінде өзгерісі процес жүрісіне лезде әсер
ететіндері бар (мысалы: электр қуатының шығыны), олардың процес
айнымалыларымен байланысы статикалық түрде бейнеленуі мүмкін .
Процеске әсері уақытта дамитындары да бар (мысалы: күкірт қышқылының
электролиттегі
ағынының
өзгерісі
немесе
электролитті жылытуына
жұмсалатын бу шығынының өзгерісі), олардың процес күйінің
айнымалыларымен байланысы динамикалық сипатта болады.
Т е х н икалық
тапсырмамен ескерілгендей,
электролиз
процесін
басқару есебі екі кезеңде шешіледі. Алғашқы кезеңде процесті өткізу
сапалығының таңдалған критериясын максимумға жеткізетін процестің
тәртіптік айнымалыларының мүмкін болатын мәндерін есептейді. Екінші
кезеңде тәртіптік процес айнымалыларын автоматты тұрақтандырудың
жергілікті жүйелері тәртіптік айнымалылары бойынша алғашқы кезеңдегі
табылған мәндерді минималды уақыт ішінде қамтамасыз ете алатын,
басқарушы әсерлерінің өзгеру заңын табады. Бұл басқарушы әсерлер
басқару каналдары арқылы процес динамикасымен сәйкестікте болады.
Сонымен, электролиз процесінің динамикасы кіріс басқарушы әсерлер
арқылы жергілікті тұрақтандыру есептерінде ескеріледі.
Сонымен,
алдымызда
тәртіптік айнымалыларды,
бізді
қызықтандыратын, шығыс шамаларымен байланыстыратын процестің
статикалык моделін құру есебі тұр. Процестің басқарылатын тәртіптік
айнымалылары келесі:электролитте мыстың шоғырлануы - U1; күкірт
қышқылының шоғырлануы - U2; электролит температурасы - U3; ток күші -
U4; қарастырылатын ванналар сериясындағы кернеу - U5. Электролитте
түрлі қоспалар концентрациясы, .айналым жылдамдығы және т.б. тәртіптік
айнымалылар басқарылмайтын және бақыланбайтын болып келеді. Бірақ,
бұл шамалар уақыт өтісімен өзгермейді немесе шамалы өзгереді, сондықтан
оларды тұрақты деп қабылдаймыз. Мұндай қабылдау, моделді үнемі
процеске бейімдеу ұйғарылғандықтан, оған үлкен қателік ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz