Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2025(16))

Введение Развитие информационных технологий связи, наукоемкого приборостроения, необходимость создания экологически чистых технологий, альтернативных источников энергии на современном этапе увеличили спрос в редкоземельных металлах (РЗМ), которые сегодня являются главными составляющими при создании новых материалов [1]. Целью работы является разработка программного комплекса, который позволяет для заданного типа и состава сырья, типа экстрагента, требований к производительности и степеням извлечения РЗМ выбрать оборудование, сформировать топологию каскада и выполнить его поверочный расчет для определения расходов потоков водной и органической фазы, обеспечивающих заданную производительность и степени извлечения РЗМ. Результаты Поставлены задачи технологического проектирования и эксплуатации каскада процессов экстракции РЗМ. Технологическое проектирование экстракционных каскадов для извлечения РЗМ осуществляется в соответствии с техническим заданием (ТЗ) на проектирование: TZ = {R, Tex,, Tsol, Tadd, G o ,If,j = 1, ... ,Nb}, (1) где R = { T r, CBxj,j = 1, . , Nb} — характеристики сырья; T r — тип сырья; CBxj — входная концентрация j -й базовой формы, моль/дм3; Te% — тип экстрагента; T o — тип растворителя; Tadd — тип солюбилизирующей добавки; Go — требуемая производительность каскада, дм3/ч; Ijo — требуемая степень извлечения j -й базовой формы, %. Задача технологического проектирования экстракционного каскада заключается в следующем. Для характеристик процесса экстракции РЗМ, указанных в техническом задании TZ : выбрать из базы данных оборудования экстрактор с характеристиками Hext = {Te, V, т}, рабочий объем V которого обеспечивает заданную производительность Go при времени пребывания т; сформировать топологию экстракционного каскада (схему соединения экстракторов по водной и органической фазам) M w o = {Mw , M o } , состоящего из Nap экстракторов с характеристиками Hext; выполнить поверочный расчет экстракционного каскада сформированной топологии, используя математическую модель процесса экстракции Y = F (X, U, A), которая позволяет, варьируя расходы входных и выходных потоков водной и органической фаз U = {Foinp, Foout, Fwinp, Fwout}, определить их значения, обеспечивающие выполнение требований ТЗ к степеням извлечения базовых форм, включая РЗМ, Ij > 1®,і = 1, ..., Nb [2]. Задача эксплуатации экстракционного каскада заключается в обеспечении таких расходов входных и выходных потоков водной и органической фаз, при которых в условиях заданной топологии каскада обеспечиваются степени извлечения всех базовых форм, включая РЗМ, не ниже требуемых значений, указанных в ТЗ. В постановке задачи проектирования использованы следующие обозначения: Te — тип экстрактора; V — рабочий объем экстрактора, дм3; т — время пребывания в экстракторе, ч; M w — матрица связей экстракторов по водной фазе; M o — матрица связей экстракторов по органической фазе; Nap — количество экстракторов; X — вектор входных параметров процесса; A — вектор коэффициентов математической модели; Foinp — вектор расходов входных потоков в органической фазе, дм3/ч; Foout — вектор расходов выходных потоков в органической фазе, дм3/ч; Fwinp — вектор расходов входных потоков в водной фазе, дм3/ч; FWout — вектор расходов выходных потоков в водной фазе, дм3/ч. Получены и обработаны экспериментальные данные по изотермам экстракции РЗМ с использованием ТБФ для определения коэффициентов математической модели экстракции — термодинамических констант образования химических форм и параметров неидеальности фаз экстракционной системы, на основе которых вычисляются концентрационные константы равновесия химических реакций (рис. 1). Полученные результаты являются основой для разработки подсистемы обработки экспериментальных данных по изотермам экстракции, позволяющей формировать значения коэффициентов математической модели для различных типов и компонентных составов сырья и экстрагентов [3-5]. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 1. С. 101-107. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 1. P. 101-107. © Федоров В. А., Афонин М. А., 2025 102