ИМИТАЦИОННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУЛЬФИРОВАНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ДОБАВОК ДЛЯ БЕТОНА

SIMULATION STUDY OF THE PROCESS OF SULFING IN THE PRODUCTION OF ADDITIVES FOR CONCRETE

Maxim Patsev

graduate student, Department of Information Processes and Management, Tambov State Technical University,

Russia, Tambov

Alexander Shitikov

graduate student, Department of Information Processes and Management, Tambov State Technical University,

Russia, Tambov

АННОТАЦИЯ

В статье представлены имитационные исследования процесса сульфирования при производстве химических добавок для бетона. Произведена оценка влияния входных параметров процесса на основной выходной параметр – температуру реакционной смеси в сульфураторе.

ABSTRACT

The article presents simulation studies of the sulfonation process in the production of chemical additives for concrete. An assessment was made of the influence of the input parameters of the process on the main output parameter - the temperature of the reaction mixture in the sulphurizer.

Ключевые слова: химические добавки для бетона, сульфуратор, имитационные исследования, динамические характеристики.

Keywords: chemical admixtures for concrete, sulfurizer, simulation studies, dynamic characteristics.

Повышение эффективности и качества бетона и железобетона возможно с использованием в технологии бетона химических добавок. Химические добавки, являясь одним из самых простых и доступных технологических приемов совершенствования свойств бетона, позволяют существенно снизить уровень затрат на единицу продукции, повысить качество и эффективность железобетонных конструкций, увеличить их срок службы [1].

Развитие строительной индустрии в последнее десятилетие обуславливает высокий спрос на данные добавки.

Задачу повышения эффективности производства невозможно решить без применения методов математического моделирования и имитационного исследования особенностей процесса сульфирования.

В процессе сульфирования протекает экзотермическая химическая реакция, в которой участвуют нафталин, серная кислота и получаются сульфосоединение и вода [2].

Математическое описание динамики процесса сульфирования в реакторе представляет собой систему алгебраических и дифференциальных уравнений, с соответствующими начальными условиями, описывающими [3, 4]:

• общий материальный баланс реакционной смеси;
• покомпонентный материальный баланс реакционной смеси;
• энергетический баланс для реакционной смеси;
• материальный баланс для охлаждающей воды и греющего пара;
• энергетический баланс для рубашки реактора.

Вследствие того, что процесс сульфирования является периодическим (отсутствует статика) то для определения характерных особенностей процесса воспользуемся динамическими характеристиками. При этом рассмотрим два периода процесса сульфирования: стабилизации температуры смеси и нагрев смеси. Построение динамических характеристик проведем для основной выходной переменной процесса – температуры реакционной смеси в сульфураторе.

Для получения динамических характеристик объекта управления входные воздействия изменялись на 20 % от их регламентных значений.

Графики динамических характеристик приведены на рисунке 1, 2.

1 – при фиксированных значениях входных параметров; 2 – при увеличении расхода воды G_в (DG_в =0.04 кг/с); 3 – при увеличении температуры воды на входе t_в^вх (Dt_в^вх =3 °С); 4 – при увеличении температуры окружающей среды t_ос (Dt_ос=4 °С); 5 – при увеличении расхода серной кислоты G₂ (DG₂=0.02 кг/с); 6 – при увеличении температуры серной кислоты на входе t₂^вх (Dt₂^вх =5 кг/с)

Рисунок 1. Переходные функции объекта управления в период охлаждения

Анализируя полученные динамические характеристики, можно сделать вывод, о наибольшем влиянии на температуру реакционной смеси расхода охлаждающей воды (регулирующее воздействие). Из возмущений наибольшее воздействие на температурный режим оказало изменение температуры охлаждающей воды на входе в рубашку реактора (основное возмущающее воздействие). Влияние остальных входных параметров на температуру смеси незначительно.

Из анализа рисунка 2 можно сделать вывод о том, что наибольшее влияние на температуру смеси оказывает изменение расхода греющего пара (регулирующее воздействие). Давление пара в магистрали практические не оказывает влияние на температурный режим сульфуратора.

Влиянием изменения температуры окружающей среды на температуру реакционной смеси можно пренебречь.

1 – при фиксированных значениях входных параметров; 2 – при увеличении расхода пара G_п (DG_п =0.002 кг/с); 3 – при увеличении давления пара на входе P_п (DP_п =60 кПа); 4 – при увеличении температуры окружающей среды t_ос (Dt_ос=4 °С)

Рисунок 2. Переходные функции объекта управления в период нагрева

Анализ процесса сульфирования, как объекта управления, и имитационные исследования позволили выбрать структуру системы управления технологическим процессом. Так как режимы функционирования на этапах стабилизации и нагрева процесса сульфирования различаются, для обеспечения необходимых качественных показателей продукта целесообразно использовать одноконтурную систему автоматического регулирования с регулятором переменной структуры.

Список литературы:

1. Изотов В.С., Соколова Ю.А. Химические добавки для модификации бетона: монография. М.: Казанский Государственный архитектурно-строительный университет: Издательство «Палеотип», 2006. - 244 с.
2. Технология органических полупродуктов: Учебное пособие / В.С. Орехов, Т.П. Дьячкова, М.Ю. Субочева, М.А. Колмакова. Тамбов: Издательство ТГТУ, 2007. – 140 с.
3. Данилина Ж.С., Третьяков А.А. Математическое моделирование и имитационное исследование процесса сульфирования при производстве сульфаминовой кислоты // В.И. Вернадский: устойчивое развитие регионов. Материалы Международной научно-практической конф. 2016. С. 174-180.
4. Фролов С.В., Третьяков А.А. Математическое моделирование и исследование процесса синтеза монометиланилина в трубчатом реакторе // Химическая промышленность. 2001. № 8. С. 35-45.