Совершенствование математической модели получения мелкодисперсного материала для создания автоматизированной системы управления процессом производства

С. С. Закожурников, Г. С. Закожурникова, Т. А. Горшунова, О. А. Пихтилькова, Е. В. Пронина

Аннотация: Основные требования, предъявляемые к крупным промышленным предприятиям, заключаются в повышении энергетической эффективности технологических процессов и повышении экологичности производства. Одним из возможных решений этих проблем являются моделирование основных процессов, протекающих в установках, и создание автоматизированной системы управления на основе математических моделей. Рассмотрен промышленный процесс производства карбида кремния. Повышение эффективности данного процесса происходит за счет создания более совершенных режимов работы печей сопротивления на основе полученной в ходе математического моделирования информации о процессах, оказывающих наибольшее влияние на плавку. На основе математической модели можно построить автоматизированную систему управления процессом производства, которая на основе данных о температуре в различных точках печи сопротивления будет поддерживать наиболее эффективные режимы плавки карбида кремния. В математической модели учтены основные процессы, протекающие в печи сопротивления в течение плавки, а именно: химические реакции, фильтрация газовой компоненты, сушка материала, энерговыделение, приходящееся на нагреватель печи сопротивления. Усовершенствована математическая модель технологического процесса производства карбида кремния за счет учета влияния на распределение температуры теплоты химических реакций. Предложены теоретические основы построения автоматизированной системы управления процессом производства на основе данных о температуре в различных точках печи. В работе изложено современное состояние промышленного производства карбида кремния. Рассмотрена математическая модель процессов тепломассообмена в высокотемпературной печи сопротивления на примере технологического процесса производства SiC. Работоспособность разработанной математической модели проверена путем сопоставления проведенных экспериментов и численных расчетов. Применение автоматизированной системы управления на основе усовершенствованной математической модели возможно на промышленных предприятиях, занимающихся производством мелкодисперсных материалов, например, карбида кремния. Достоверность полученных результатов подтверждается сопоставлением экспериментальных данных и данных, полученных с помощью  математического  моделирования,  в  наиболее  важных  точках  (у  поверхности  керна и у периферии) без учета этапов нагрева и остывания печи сопротивления. Расхождение данных в точке, близкой к керну, составило максимум 15 %, в точке на периферии – 5 %, что является удовлетворительным результатом.

Ключевые слова: карбид кремния, математическая модель, система управления.

Для цитирования. . Закожурников С. С., Закожурникова Г. С., Горшунова Т. А., Пихтилькова О. А., Пронина Е. В. Совершенствование математической модели получения мелкодисперсного материала для создания автоматизированной системы управления процессом производства // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2024. Т. 26. № 2. С. 11–25.  DOI: 10.35330/1991-6639-2024-26-2-11-25