ИМИТАЦИОННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУЛЬФИРОВАНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ДОБАВОК ДЛЯ БЕТОНОВ

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

Dmitry Uvarov

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

Russia, Tambov

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты имитационных исследований процесса сульфирования при производстве добавок для бетонов. Проводится анализ полученных результатов.

ABSTRACT

The article presents the results of simulation studies of the sulfonation process in the production of additives for concrete. The analysis of the received results is carried out.

Ключевые слова: добавки для бетонов, сульфирование, имитационные исследования.

Keywords: additives for concrete, sulfonation, simulation studies.

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 бетонов, позволяют существенно снизить уровень затрат на единицу продукции, повысить качество и эффективность железобетонных конструкций, увеличить их срок службы [1].

Одними из таких добавок для бетонов являются пластифицирующие-водоредуцирующие химические добавки, получаемые в результате органического синтеза и представляющие собой смесь натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот с высоким содержанием высокомолекулярных фракций.

Одним из наиболее сложных, длительных и трудоемких процессов при производстве добавок для бетонов является процесс сульфирования нафталина, протекающий в сульфураторе, который представляет собой реактор с мешалкой и рубашкой. Данный технологический процесс определяет количество и качество готового продукта.

Задачу повышения эффективности данного 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.

Для разработки математической модели и имитационного исследования процесса сульфирования необходимо выявить существенные входные и выходные переменные процесса. Рассмотрим сульфуратор как объект управления. К входным параметрам процесса сульфирования относятся: температура окружающей среды, давление греющего пара в заводской сети, температура охлаждающей воды на входе в рубашку сульфуратора, масса и температура исходных компонентов реакции, расход серной кислоты в сульфуратор.

К основным выходным переменным можно отнести температуру реакционной смеси, масса и концентрации веществ в сульфураторе.

Таким образом, сульфуратор как ОУ может быть проиллюстрирован следующим образом (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема сульфуратора как объекта управления

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

- 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.

Построение динамических характеристик проведем для основной выходной переменной процесса – температуры реакционной смеси в сульфураторе для периода нагрева, для этого входные воздействия менялись на 20 % от их регламентных значений.

Графики динамических характеристик приведены на рисунке 2.

1 – при регламентных значениях входных параметров; 2 – при увеличении расхода воды G_в; 3 – при увеличении температуры воды на входе t_в^вх; 4 – при увеличении температуры окружающей среды t_ос; 5 – при увеличении расхода серной кислоты G₂; 6 – при увеличении температуры серной кислоты на входе t₂^вх

Рисунок 2. Переходные функции объекта управления в период нагрева

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.

Список литературы:

1. Технология органических полупродуктов: Учебное пособие / В.С. Орехов, Т.П. Дьячкова, М.Ю. Субочева, М.А. Колмакова. Тамбов: Издательство ТГТУ, 2007. – 140 с.