 |
Ученые Пермского Политеха разработали схему автоматизации экологичного производства сажи
Сажу используют в производстве резины, шин, печатных красок и лакокрасочных изделий. Но при ее изготовлении выделяется большое количество соединений, вредящих экологии. Этот процесс также необходимо автоматизировать для большей эффективности. Ученые Пермского Политеха разработали схему автоматизации безопасного для природы производства сажи.
Сажу (в науке – технический углерод) используют в изготовлении резины и шин, а также как цветовой пигмент в печатных красках и лакокрасочных изделиях. Ее мировое производство превышает 11 миллионов тонн в год. При этом в процессе ее получения выделяется большое количество вредных соединений окислов углерода и азота, которые образуют «парниковый эффект» и, как следствие, повышение температуры поверхности Земли. Важным вопросом производства сажи является не только ее экологичность, но и автоматизация: этому требованию в полной мере не соответствует ни одно из 10-ти российских химических предприятий, которые изготавливают технический углерод. Ученые Пермского Политеха разработали схему автоматизации эффективного и безопасного для природы производства сажи.
Статья опубликована в журнале «Инженерный вестник Дона», №7, 2024. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Технический углерод производится с помощью специальной установки – печного реактора. В нем исходное сырье (парафин) распадается на составляющие химические соединения под действием высоких температур (от 1400 до 1700 С), источником которых служит природный газ с высоким содержанием метана.
Печной способ получения сажи теряет в своей эффективности, если технология недостаточно автоматизирована. В настоящее время процесс производства в камере перемешивания контролируется специальным температурным датчиком. Также в камеру горения реактора подается азот, который, смешиваясь с кислородом, образует вредные соединения окиси азота и углерода. Все эти вещества, попадая в атмосферу, снижают ее прозрачность, увеличивают «парниковый эффект» и разрушают озоновый слой Земли.
Ученые Пермского Политеха разработали схему автоматизации печного реактора. Помимо увеличения эффективности и скорости производства, она позволит сократить вероятность ошибок из-за человеческого фактора, которые снижают качество продукции и безопасность технологического процесса. Настройка оборудования по предложенной схеме автоматизирует основные этапы производства сажи – подачу топлива, воздуха для проведения реакции окисления и нейтрализацию вредных соединений.
– В условиях реального производства невозможно заранее точно определить значения всех переменных, задействованных в предстоящих химических реакциях: температуру, скорость перемещения и концентрацию сырья, конкретное содержание метана в природном газе, влаги в воздухе, примесей в сырье и т.д., хотя это позволило бы лучше регулировать и контролировать получение сажи. Наша схема учитывает эти условия неопределенности. Управление подачей топлива, окислителя и других веществ будут выполнять специальные датчики – ПИ-регуляторы нечеткой логики. Они способны работать с переменными коэффициентами, которые не заданы заранее, и принимают значения на основе входных данных, которые получают здесь и сейчас, – рассказывает Юрий Хижняков, профессор кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ, доктор технических наук.
У нечетких ПИ-регуляторов есть несколько задач. Во-первых, они управляют расходом топлива на основе измерений содержания метана природного газа. Во-вторых, контролируют подачу воздуха. Для этого регулятор сравнивает заданную температуру с той, что в камере горения, чтобы определить, насколько хорошо перемешивается природный газ с кислородом. Если процесс нарушен, то регулятор добавляет воздух. Еще одна функция – автоматическая подача, например, аммиака, который нейтрализует вредные соединения (окислы азота), образующиеся в процессе производства.
– На финальных этапах нужно остановить химическую реакцию восстановления. Она происходит при высокой температуре. Для ее снижения впрыскивают воду в камеру закалки печного реактора. Наша схема предполагает, что в этой зоне можно, как вариант, расположить лазерный измеритель мелких частиц аэрозоли углерода. Когда луч проходит через него, мелкие компоненты рассеивают свет, измеритель фиксирует это и определяет концентрацию частиц. Информация подается на устройство, которое впрыскивает воду под давлением 2 МПа. Температура в камере закалки снижается и активность химической реакции восстановления прекращается. В итоге в процессе гранулирования получается твердый углерод с требуемыми физико-химическими свойствами, – дополняет Павел Ефимов, ассистент кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ.
Ученые Пермского Политеха разработали схему автоматизации экологически чистого производства сажи с применением ПИ-регуляторов нечеткой логики. Она универсальна и не зависит от структуры реактора. Разработка поддерживает экологичность производства и эффективную охрану окружающей среды, что крайне важно для предотвращения глобального потепления.
Контактное лицо: Лидия Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 03:20, 19.12.2024
Количество просмотров: 476
Страна: Россия
| От него зависит работа сердца и мозга: ученые Пермского Политеха рассказали, что важно знать о гемоглобине, ПНИПУ, 17:57, 30.10.2025, Россия |
336 |
| Анемия является самым распространенным заболеванием крови у россиян и диагностируется у 15% человек. Ученые ПНИПУ рассказали, почему гемоглобин понижается не только из-за дефицита железа, чем опасна анемия, почему она возникает у спортсменов, как этот повышенный белок приводит к инсульту, как регулировать его уровень. |
|
| Ученые ПНИПУ рассказали, что скрывается в некачественной косметике, ПНИПУ, 17:19, 30.10.2025, Россия |
47 |
| Покупая косметику, мы часто не знаем, на что обращать особое внимание в составе. Ученые ПНИПУ рассказали, почему в нанесении SPF-крема зимой больше вреда, чем пользы, а шампуни без SLS раздражают кожу, как кремы с маслами разрушают защитный барьер и какие отдушки являются аллергенами. |
|
|
|
