ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ПЛАСТИФИКАТОРА НА СТАДИИ СУЛЬФИРОВАНИЯ

STUDY OF THE PRODUCTION PROCESS OF PLASTICIZER AT THE SULFONATION STAGE

Kirill Ilyin

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

Russia, Tambov

Artem Kvitko

 master's student, Department of Information Processes and Management, Tambov State Technical University,

Russia, Tambov

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты имитационных исследований процесса производства пластификатора на стадии сульфирования. Произведена оценка влияния входных параметров процесса на основной выходной параметр – температуру реакционной смеси в сульфураторе.

ABSTRACT

The article presents the results of simulation studies of the plasticizer production process at the sulfonation stage. The influence of the input process parameters on the main output parameter – the temperature of the reaction mixture in the sulfurizer – is assessed.

Ключевые слова: пластификаторы для растворов и бетонов, сульфуратор, математическое описание, имитационные исследования.

Keywords: plasticizers for solutions and concretes, sulphurizer, mathematical description, simulation studies.

Повышение эффективности и качества бетона и железобетона возможно добавления в бетон химических добавок - пластификаторов. Пластификатор для бетонной меси – это специальная добавка, которая улучшает удобоукладываемость бетонной смеси. Кроме того, она предотвращает расслаивание смеси при её перевозке и длительном хранении, регулирует скорость отвердения, повышает устойчивость бетонных конструкций к воздействию влаги, низких температур.

Бурное развитие строительной индустрии в последние годы обуславливает высокий спрос на такие добавки.

Задачу повышения эффективности производства пластификатора невозможно решить без применения методов математического моделирования и имитационного исследования.

На стадии сульфирования протекает экзотермическая химическая реакция, в которой участвуют нафталин, серная кислота и получаются сульфосоединение и вода [2]. Данная стадия протекает в реакторе – сульфураторе.

Математическое описание динамики процесса сульфирования в сульфураторе 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 сульфуратора.

Так как стадия сульфирования является периодической. то определение особенностей технологического процесса возможно по динамическим характеристикам.

Рассмотрим два периода стадии сульфирования: охлаждение реакционной смеси и нагрев реакционной смеси. Построение динамических характеристик проведем для основной выходной переменной процесса – температуры реакционной смеси в сульфураторе.

Для получения динамических характеристик 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

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

Анализируя динамические характеристики на рисунке 1, 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.

Проведенные имитационные исследования позволяют выбрать структуру системы управления технологическим процессом производства пластификатора на стадии сульфирования. Так как режимы функционирования на этапах охлаждения и нагрева реакционной смеси 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.