|
|
 |
|
|
 |
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: 66
Страна: Россия
| Исследование ученых Пермского Политеха улучшит долговечность 3D-изделий, ПНИПУ, 04:25, 18.12.2024, Россия |
17 |
| Аддитивные технологии широко используются в тяжелом машиностроении и позволяют создавать очень точные и сложные конструкции, что невозможно при традиционных методах. Однако неравномерные свойства этих материалов снижают срок их службы, поэтому изменения нужно отслеживать. Ученые ПНИПУ расширили экспериментальную базу программ жизненного цикла 3D-изделий, чтобы обеспечить их качество и долговечность. |
|
| Ученые Пермского Политеха улучшили модель беспламенного горения в двигателях, ПНИПУ, 03:43, 18.12.2024, Россия |
27 |
| Турбулентные завихрения, возникающие внутри авиадвигателя, перемешивают кислород с топливом, что увеличивает скорость реакции горения. Моделирование этих процессов может предсказать поведение материалов и улучшить работу двигателя. Ученые Пермского Политеха выяснили, какой показатель турбулентности корректно использовать для построения модели. |
 |
| Дан старт проекту «Наука от Первых»: площадка для прямого диалога науки, бизнеса и власти, Пресс-служба, 03:35, 18.12.2024, |
18 |
| 10 декабря 2024 года в Москве состоялся торжественный запуск проекта «Наука от Первых», ставший важным шагом на пути к объединению усилий науки, бизнеса и государства. Цель данного амбициозного проекта заключается в интеграции передовых научно-технологических решений в реальный сектор экономики России, что должно способствовать устойчивому развитию и технологическому прогрессу в стране. |
|
| Ученые Пермского Политеха предложили модель для оптимизации гибки стальных листов, ПНИПУ, 04:36, 12.12.2024, Россия |
553 |
| В строительстве часто используют холодную гибку: металлу под давлением придают определенную форму без применения высоких температур. Однако если неправильно задать условия процесса, то можно получить некачественную деталь. Ученые Пермского Политеха предложили модель для оптимизации этого метода, что поможет подобрать лучшие режимы изготовления. |
 |
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
