Страница 22 из 31
Рассеяние фракций в аппарате всегда меньше при низких плотностях разделения, чем при более высоких. В то же время количество посторонних фракций в продуктах обогащения, полученных при высокой плотности разделения, даже при большем значении Еpm может быть меньшим, чем в случае низкой плотности разделения. Причиной этого является значительно меньшее содержание в исходном угле фракций повышенной плотности по сравнению с областью пониженной плотности. Следовательно, при одном и том же значении Еpm, т. е. при одинаковых числах разделения, содержание посторонних фракций в продуктах обогащения тем выше, чем выше их содержание в исходном угле. Это может быть при пониженной плотности разделения для одного и того же угля или при одинаковой плотности для того угля, где содержание смежных с плотностью разделения фракций выше.
Таким образом, по значениям Еpm можно оценить точность работы аппарата только величиной рассеяния или диапазоном посторонних фракций, попавших в продукты обогащения, но нельзя судить о качестве продуктов обогащения с точки зрения количества в них посторонних фракций. Последнее же не согласуется с изменением значений Еpm. Следует также иметь в виду, что этот способ определения показателей обогащения требует подробного фракционного состава продуктов обогащения.
1.5.4. Оценка эффективности энтропийным методом
Любая многокомпонентная смесь может быть охарактеризована степенью неопределенности. Возьмем, например, двухкомпонентную механическую смесь из черных зерен угля и белых зерен кварца. Точность предсказания результата извлечения какого-то числа зерен из этой смеси зависит от ее состава. Если бы исходный продукт состоял только из зерен черного цвета, то предсказание состава извлечения будет точным. В этом случае неопределенности системы нет (она равна нулю). По мере изменения состава смеси, например, уменьшения доли черных зерен до 50 % при соответственном увеличении белых, предсказать, какое зерно мы возьмем из смеси, будет труднее, т. е. неопределенность или неупорядоченность системы возрастает. Максимального значения неопределенность достигает в том случае, когда доли каждого компонента смеси равны.
Если процесс обогащения угля рассматривать как разделение смеси двух или более компонентов, то очевидно, что исходный уголь имеет свою степень неопределенности, а продукты обогащения – другую, значительно меньшую. Чем чище продукт, тем ближе неопределенность его к нулю.
Для количественной оценки неупорядоченности системы или смеси Укрнииуглеобогащение [79] предложено использовать функцию энтропии, так как из теории информации известно, что она лучше всего удовлетворяет условиям:
энтропия имеет максимальное значение при одинаковом участии компонентов в смеси и равна нулю, если смесь состоит из одного компонента;
энтропия смеси равна сумме энтропий каждой ее составной части.
В общем виде энтропия, являющаяся мерой неупорядоченности системы, выражается как
где п – число компонентов; Рi – доля i-го компонента.
При двухкомпонентной смеси энтропия
где Р1 и Р2 – доля первого и второго компонентов.
Логарифмы берутся при основании, равном 2, а единицу энтропии называют двоичной единицей, или бит.
При Р = 0 и Р = 1 Н → 0, а при Р1 = Р2 =1/2Н= Нmax=1 бит, т. е. равна одной единице неопределенности (энтропии).
Предложенная формула для определения энтропийной эффективности имеет вид
где γi – выхода продуктов; Hi – энтропия продуктов; Hи – энтропия исходного.
Эффективная энтропия выражается в долях единицы или процентах: ηэ= 0(0 %) при Hi = Hи т. е. разделения нет; ηэ =1(100 %) при Hi = 0 т. е. разделение идеальное.
Функции H=-Рlog2P и H=-Р1log2P1 +[(1- P1) log2(1- P1)] табулированы.
В общем виде порядок определения ηэ следующий:
– выбирается критерий разделения;
– определяются выхода продуктов обогащения;
– находятся по таблицам значения энтропии исходного материала и продуктов обогащения;
– определяется энтропийная эффективность по формуле (1.45).
Критерием разделения при оценке работы сепараторов с тяжелой суспензией, является плотность. Необходимыми данными для расчета являются выходы продуктов обогащения и содержание в них фракций выше и ниже плотности разделения.
Пример расчета коэффициента энтропийной эффективности
Даны результаты работы сепаратора СК-20 (табл. 1.33).
Принимая исходный за 1, выход концентрата γк=0,56 а породы γп=0,44.
Таблица 1.33
Результаты обогащения в сепараторе СК-20
Энтропия исходного (i = 1) и продуктов (i = 2,3) обогащения находится с помощью таблиц как суммарная энтропия долей Рi – фракции <1,8 г/см3 и (1-Рi) – фракции >1,8 г/см3.
Анализ получаемых для различных условий обогащения значений ηэ показывает, что энтропийная эффективность в какой-то мере характеризует качество разделения в данном обогатительном аппарате.
При отсутствии изменений в качестве продуктов на входе и выходе процесса ηэ = 0, а при идеальном разделении ηэ = 1. Показатель ηэ корреспондируется со значениями Ерm или J, т. е. для угля, например, постоянного фракционного состава с повышением Ерm или J снижается ηэ. Показатель ηэ изменяется также при изменении плотности разделения. Это обстоятельство должно непременно учитываться, т. е. для расчета ηэ необходимо по кривым дисперсии определять фактическую плотность разделения. Между тем авторы [26] способа оценки по энтропии принимают плотность разделения во всех случаях постоянной – 1,5 и 1,8 г/см3. Таким образом, расчетные значения ηэ будут отличаться от тех, которые бы имели место при фактической плотности разделения.
Расчеты показывают также, что при постоянных значениях плотности разделения, Ерm или J коэффициент энтропийной эффективности увеличивается с повышением содержания смежных или промежуточных фракций, т. е. ηэ в отличие от Ерm зависит от обогатимости угля. Таким образом, сравнение эффективности обогащения в различных аппаратах по показателю ηэ можно производить только в случае постоянства качества исходного угля и режима разделения.
При определении энтропийной эффективности уголь рассматривается как двух- или трехкомпонентная смесь, что является упрощением, которое приводит к искажению значений ηэ. Так, например, если подсчитать значения энтропии для угля постоянного состава, разделенного на узкие и укрупненные фракции, то в каждом ηэ случае они существенно различаются. Энтропия укрупненных фракций всегда ниже суммы энтропий, подсчитанной для отдельных фракций, входящих в укрупненную, а ηэ – выше.