A platform for dynamic process simulation demonstrated with a Peirce-Smith converter model
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2017-06-12
Department
Major/Subject
Teollisuuden energiatekniikka
Mcode
K327
Degree programme
Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
53+3
Series
Abstract
Chemical process simulation gives the initial data required for process design and engineering. Process simulation also provides a safe environment that can be used to train operators and optimize processes. Applications such as the HSC Chemistry® simulation platform can be used to model the complex behavior of chemical processes. The target of this thesis is to develop a dynamic Peirce-Smith converter simulation model using the HSC Chemistry process simulation platform. This work consists of two parts. A dynamic calculation unit for pyrometallurgical applications is developed in the first part of the thesis. In the second part the new calculation unit is demonstrated with a Peirce-Smith converter model. In addition, a literature study is conducted in order to introduce the fundamental theories behind copper extraction and process simulation. The design of the newly developed dynamic HSC unit is based on HSC’s existing steady-state units, combined with new features essential for dynamic simulation. The new unit introduces tank layers that can be used to conserve mass and energy. Moreover, individual tanks can interact with the surrounding layers through separate operations. The Peirce-Smith converter is modelled using separate tanks for slag, matte, blister and scrap metals. Chemical equilibrium is used to describe the boundary area between the different tanks. In addition, heat transfer and heat losses are described through model-specific formulas. The new Peirce-Smith converter model is tested using data from a real-world smelter. The simulation results are compared to corresponding samples from the real-world smelter as well as previous Matlab and HSC models. The results suggest that the simulated composition of blister is relatively close to real-world samples. The model still requires development and tuning in order to accurately model slag.Kemisk processimulering ger de grundläggande uppgifterna för processdesign och planering. Processimulering erbjuder även en trygg omgivning som kan användas för att utbilda operatörer samt optimera olika processer. Applikationer så som simuleringsplattformen HSC Chemistry® kan användas till att modellera olika kemiska processers beteende. Målet med denna avhandling är att utveckla en dynamisk Peirce-Smith konverter simulerings modell med hjälp av simuleringsplattformen HSC Chemistry. Detta arbete består av två delar. En dynamisk beräkningsenhet för pyrometallurgiska ändamål är utvecklad i arbetets första del. I den andra delen demonstreras den nyutvecklade enheten med hjälp av en Peirce-Smith konverter modell. Dessutom utförs en litteratur studie som behandlar grunderna bakom koppar utvinning och process simulering. Designen på den nyutvecklade dynamiska HSC enheten baserar sig på HSCs existerande statiska enheter tillsammans med en del nya koncept som är nödvändiga för dynamisk simulering. Den nya enheten introducerar lagringstankar, som kan användas till att lagra massa och energi. De Individuella lagringstankarna kan växelverka med omgivande lager genom olika operationer. Peirce-Smith konvertern modelleras genom at använda olika lagringstankar för slag, skärsten, råkoppar och skrot metaller. Kemisk jämnvikt används till att beskriva området mellan de olika lagringstankarna. Värmeöverföring och värme förluster kan därtill beskrivas genom modell specifika formler. Den nyutvecklade Peirce-Smith konverter modellen testas med hjälp av data från ett riktigt smältverk. Simuleringsresultaten jämförs med de motsvarande analyserna från den verkliga processen samt äldre Matlab och HSC modeller. Resultaten indikerar att de simulerade sammansättningarna för råkoppar är relativt nära de mätta värdena. Modellen måste dock ännu förbättras och kalibreras för att noggrant kunna modellera slag.Description
Supervisor
Ahtila, PekkaThesis advisor
Korpi, MikkoHietala, Matti
Keywords
copper converting, Peirce-Smith converter, modelling, HSC chemistry, HSC sim, simulation