Компьютерная система для технологического проектирования цифровых информационных моделей экстракционных каскадов по извлечению и разделению редкоземельных металлов

Предложена компьютерная система, позволяющая для заданного типа сырья и экстрагента определять параметры лабораторного каскада (число ступеней, расходы потоков водной и органической фаз), обеспечивающие требуемую производительность и степень экстракции, для последующего формирования проектной документации и перехода к промышленному масштабу. Представлено описание этапов технологического проектирования на основе технического задания. Приведена математическая модель процесса экстракции редкоземельных металлов в водной и органической фазах в каскаде реакторов. Выполнена апробация компьютерной системы на примере проектирования лабораторных каскадов по извлечению и разделению La и Ce из нитратного раствора с помощью три-н-бутилфосфата. Полученные результаты подтвердили возможность применения компьютерной системы для сокращения сроков проектирования и снижения числа ошибок инженерных расчётов.

Аффилиация авторов
Чистякова Тамара Балабековна – д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой систем автоматизированного проектирования и управления (САПРиУ) и руководитель (гл. науч. сотр.) Лаборатории мирового уровня (ЛМУ).
СПбГТИ(ТУ).
Нечаев Андрей Валерьевич – канд. техн. наук, генеральный директор.
Жуков Станислав Викторович – канд. техн. наук, зам. начальника научно-технологического центра по науке и инновациям.
АО ≪ГК ≪Русредмет≫.
Афонин Михаил Александрович – канд. хим. наук, ст. науч. сотр., доцент кафедры химической технологии редких элементов (ХТРЭ) и ст. науч. сотр. ЛМУ.
Семенков Даниил Ильич – студент кафедры САПРиУ, инженер-исследователь,
СПбГТИ(ТУ), АО ≪ГК ≪Русредмет≫.
Федоров Виталий Александрович – аспирант кафедры САПРиУ.
e-mail: nov@spbti.ru, СПбГТИ(ТУ).

Список литературы
1. Дозорцев В.М. Цифровые двойники в промышленности: генезис, состав, терминология, технологии, платформы, перспективы. Ч. 3. Прикладные платформы, практические примеры, прогнозы развития, вызовы // Автоматизация в промышленности. – 2021. – № 1. – С. 3–12.
2. Чистякова Т.Б., Фураев Д.Н., Шишкин А.Н. Компьютерная система проектирования и анализа цифровых моделей промышленных объектов вторичной переработки нефти // Автоматизация в промышленности. – 2021. – № 9. – С. 47–52.
3. Srivastava V. et al. Design of Multi-Stage Solvent Extraction Process for Separation of Rare Earth Elements // Mining, 2023, vol. 3, pp. 552–578.
4. Боровков А.И., Рождественский О.И., Павлова Е.И. и др. Функциональные характеристики отечественных систем автоматизированного проектирования CAD-систем // Экспертно-аналитический доклад по состоянию на март 2024 г. : СПбПУ Петра Великого, 2024. –216 с.
5. Федоров В.А., Афонин М.А. Программный комплекс для расчета экстракционных каскадов по получению редкоземельных металлов // Тр. Кольского научно-го центра РАН. Серия: Технические науки. – 2025. – Т. 16, № 1. – С. 101–107.
6. Чистякова Т.Б., Полосин А.Н., Федоров В.А., Плонский В.Ю. Цифровые информационные модели для проектирования экстракционных каскадов по получению редкоземельных металлов // Математические методы в технологиях и технике. – 2025. – № 12-2. – С. 88–96.
7. Мошев Е.Р., Мешалкин В.П., Ромашкин М.А. Разработка моделей и алгоритмов интеллектуальной поддержки жизненного цикла оборудования химических производств // Математические методы в технологиях и технике. – 2019. – Т. 6. – С. 94–99.
8. Афонин М.А., Шатов В.В., Сибилев А.С. и др. База данных и математическая модель экстракции РЗЭ цериевой подгруппы в системе NH4NO3-HNO3-H2O-ТБФ с учетом ассоциации экстрагента и диссоциации азотной кислоты // Тр. Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение. Спецвыпуск. – 2015. – Вып. 5. – С. 53–57.
9. Heppner K.L., Schug B.W. Thermodynamic Modelling of Rare Earth Solvent Extraction // In: Proceedings of the ALTA 2024 Conference. ALTA Metallurgical Services, 2024, pp. 208–223.
10. Lion K.L. et al. Dynamic Modelling of Rare Earth Element Separation by Solvent Extraction Using Laboratory Equilibrium Data // Industrial & Engineering Chemistry Research, 2017, vol. 56, no. 4, pp. 1048–1056.