CC BY
1
Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2024. № 1
Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Management, computer science and informatics. 2024. N. 1 ISSN2072-9502 (Print), ISSN 2224-9761 (Online)
УПРАВЛЕНИЕ, МОДЕЛИРОВАНИЕ, АВТОМАТИЗАЦИЯ
CONTROL, MODELING, AUTOMATION
Научная статья УДК 004.9+ 66.011
https://doi.org/10.24143/2072-9502-2024-1-7-17
Автоматизация расчета реактора для синтеза серосодержащего сорбента, предназначенного для извлечения из сточных вод ионов тяжелых металлов
Вера Сергеевна Асламова1, Александр Анатольевич Асламов2, Елена Александровна Головкова3^, Евгения Александровна Шнейгельбергер4
1 4Иркутский государственный университет путей сообщения, Иркутск, Россия
2,3Ангарский государственный технический университет, Ангарск, Россия, 1етткт>а_ва@Ьк.гиш
4ООО «АйкьюЭколоджи», Иркутск, Россия
Аннотация. Представлен автоматизированный алгоритм расчета времени полного цикла работы, стадий термостабилизации и охлаждения реакционной смеси в реакторе, предназначенном для реактора синтеза серосодержащего сорбента, производимого на основе отходов производств металлургии, нефтехимии (сера), эпихлоргидрина (1, 2, 4-трихлорпропан) и целлюлозно-бумажной промышленности (лигнин) для извлечения из сточных вод ионов тяжелых металлов. Использование алгоритмов и программы автоматизированного расчета реактора способствует снижению трудоемкости производственных затрат и себестоимости готового сорбента, повышает надежность расчетов и качество проектных решений. Разработанные алгоритмы и программа включают в себя следующие подпрограммы расчета: физико-химических свойств компонентов реакционной смеси и выбора перемешивающего устройства (пропеллерная трехлопастная мешалка) с учетом вязкости смеси; гидродинамического расчета перемешивающего устройства и теплообмена при нагреве смеси от 20 до 45 °С; теплообмена при термостабилизации и охлаждении рабочей смеси, а также времени полного цикла работы реактора. В основе предлагаемого алгоритма теплообмена при термостабилизации реакционной массы лежит определение температурного диапазона водяного подогрева, компенсирующего тепловые потери. Для этого сформулирована и решена обратная задача теплообмена с неизвестными температурами по горячему теплоносителю, такими, что среднее значение между ними составляет термостабилизируемую величину. Приведен алгоритм расчета процесса охлаждения реакционной смеси в реакторе синтеза серосодержащего сорбента, учитывающий тепловые потери в окружающую среду в объеме 5 %. Разработана программа, реализующая представленные алгоритмы на языке С#, предназначенная для автоматизации расчета реактора синтеза серосодержащего сорбента, предназначенного для извлечения из сточных вод ионов тяжелых металлов.
Ключевые слова: алгоритм, охлаждение, термостабилизация, теплопотери, время полного цикла работы реактора
Для цитирования: Асламова В. С., Асламов А. А., Головкова Е. А., Шнейгельбергер Е. А. Автоматизация расчета реактора для синтеза серосодержащего сорбента, предназначенного для извлечения из сточных вод ионов тяжелых металлов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2024. № 1. С. 7-17. https://doi.org/10.24143/2072-9502-2024-1-7-17. ЕБЫ БМЛБ.
© Асламова В. С., Асламов А. А., Головкова Е. А., Шнейгельбергер Е. А., 2024
w &
Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2024. № 1
ISSN 2072-9502 (Print), ISSN2224-9761 (Online)
Управление, моделирование, автоматизация
Original article
® Reactor calculation automation
I for the synthesis of a sulfur-containing sorbent
| intended for heavy metal ions extraction from wastewater
o
o -
s ____a A„1________1 41_______A A„1_______^ r-,,____ A /-.I I____T7._____i OL_______11.______4
Й ч
S3 О
Vera S. Aslamova1, Alexander A. Aslamov2, Elena A. Golovkova3M, Evgeniya A. Shneygelberger4
<u « 14Irkutsk State Transport University,
c ® Irkutsk, Russia
£ 0 2 3
<5 м , Angarsk State Technical University,
^ Angarsk, Russia, temnikova_ea@bk.ruB
о
§ 4LLC Aikyuekolodzhi,
Ц Irkutsk, Russia * _
& -
w
0 Abstract. An automated algorithm for calculating the time of the full cycle of operation, the stages of thermal stabiliza-^ tion and cooling of the reaction mixture in a reactor designed for the synthesis of a sulfur-containing sorbent produced on £ the basis of waste products from metallurgy, petrochemistry (sulfur), epichlorohydrin (1, 2, 4-trichloropropane) and the <3 pulp and paper industry (lignin) for extraction from wastewater of heavy metal ions. The use of algorithms and a program § for automated calculation of the reactor helps to reduce the complexity of production costs and the cost of the finished к sorbent, increases the reliability of calculations and the quality of design solutions. The developed algorithms and pro-^ gram include the following calculation routines: physico-chemical properties of the components of the reaction mixture ^ and the choice of a mixing device (propeller three-bladed agitator), taking into account the viscosity of the mixture; hy-g drodynamic calculation of the mixing device and heat transfer when heating the mixture from 20 to 45 °C; heat transfer & during thermal stabilization and cooling of the working mixture, as well as the time of the full cycle of the reactor. The Й proposed algorithm of heat transfer during thermal stabilization of the reaction mass is based on the determination of the
1 temperature range of water heating, compensating for heat losses. For this purpose, the inverse problem of heat transfer U with unknown temperatures over a hot heat carrier is formulated and solved, such that the average value between them is Ц a thermostabilizable value. An algorithm for calculating the cooling process of the reaction mixture in a sulfur-containing | sorbent synthesis reactor, taking into account heat losses to the environment in the amount of 5%, is presented. A pro-§ gram has been developed that implements the presented algorithms in C#, designed to automate the calculation of a sul-h fur-containing sorbent synthesis reactor designed to extract heavy metal ions from wastewater.
<< Keywords: algorithm, cooling, thermal stabilization, heat loss, full cycle time of the reactor
For citation: Aslamova V. S., Aslamov A. A., Golovkova E. A., Shneygelberger E. A. Reactor calculation automation for the synthesis of a sulfur-containing sorbent intended for heavy metal ions extraction from wastewater. Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Management, computer science and informatics. 2024;1:7-17. (In Russ.). https://doi.org/10.24143/2072-9502-2024-1-7-17. EDN EJAJIS.
Введение переход, используя физическое подобие, из-за
Эффективность извлечения ионов тяжелых ме- несовместности одновременного моделирования таллов из водных растворов предложенным серо- массообменных и химических процессов [4, 5]. содержащим сорбентом доказана в [1, 2], аппара- Актуальность работы обосновывается важностью турное оформление технологического процесса его и необходимостью автоматизированного расчета синтеза приводится в [3]. Для синтеза сорбента реактора, обеспечивающего сокращение трудоем-используется химический емкостной реактор пе- кости, времени разработки проекта установки, риодического действия с непрерывным перемеши- производственных затрат и себестоимости продук-ванием ингредиентов. Масштаб производственной та [6, 7]. установки не отражается на пропорциях ингредиентов, используемых при синтезе сорбента, т. к. их Алгоритм теплового расчета стадии термомасса повышается согласно масштабу [3]. Изменя- стабилизации реакционной смеси ется только время перемешивания, нагрева, термо- На рис. 1 приведена блок-схема алгоритма рас-стабилизации и охлаждения реакционной смеси. чета реактора, исполненного из стали 20, со стан-При расчете реактора использовались инженер- дартным эллиптическим днщш. Для шремеши-ные методы расчета, поскольку еще в XX в. было вания реакционной смеси используется пропел-
доказано, что невозможно выполнить масштабный лерная мешалка [3].
s
Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Management, computer science and informatics. 2024. N. 1 ISSN2072-9502 (Print), ISSN2224-9761 (Online)
Control, modeling, automation
Суммарный коэффициент теплоотдачи при теплопотерях
Расчет времени охлаждения смеси
массового расхода ее затраты
L Коэффициент теплоотдачи от рубашки к атмосферному воздуху
Рис. 1. Алгоритм расчета реактора с пропеллерной мешалкой Fig. 1. Calculation algorithm of a propeller stirrer reactor
r >
О оэ
s m
s §
t s
w .
< A
о
.
A.
R
o
Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2024. № 1
ISSN 2072-9502 (Print), ISSN2224-9761 (Online)
Управление, моделирование, автоматизация
Конструктивные размеры реактора приведены в [10] и табл. 1.
Таблица 1 Table 1
а
ч
tí &
&
tí ь
5
О
н
ш <
<
W
6
&
ю
А
4 «
и
5
W
4
о
<
ш о
5 tí
4
о и
Л м о
5
Л
ц
о
<
Конструктивные размеры реактора с рубашкой Structural dimensions of a jacket reactor
Показатель Обозначение Значение
Внутренний диаметр реактора, м D 1,20
Толщина стенки реактора, м s 0,006
Наружный диаметр реактора, м Di 1,212
Длина цилиндрической части реактора, м Ьц 1,214
Объем цилиндрической части реактора, м3 Уц 1,374
Объем реактора, м3 Ун 1,6
Площадь поверхности эллиптического днища реактора, м2 Рд 1,786
Объем эллиптического днища реактора, м3 Уд 0,226
Внутренний диаметр цилиндрической обечайки рубашки, м d2 1,300
Внешний диаметр рубашки, м D3 1,308
Объем донной части рубашки, м3 Уруб.д 0,054
Полный объем рубашки, м3 Уруб 0,265
Площадь теплообмена рубашки с реактором при охлаждении смеси, м2 F 1 охл 6,444
Площадь рубашки при термостабилизации смеси, м2 Fруб 7,054
Этап формирования полимерной молекулы сорбента характеризуется изотермичностью реакционной зоны при / = 45 °С (318 К). Для обеспечения изотермичности вода в рубашке должна иметь среднюю температуру, равную этому значению. При этом на внешней стенке рубашки будут иметь место теплопотери в окружающую среду (ОС). Исходя из сказанного, вода изменяет температуру от (318 + х) до (318 - х) К, где х - отклонение температуры относительно среднего значения, являющегося целевым при термостабилизации реакционной смеси. Таким образом, технология термостабилизации заключается в регулировке температуры воды, поступающей в рубашку, на уровне (318 + х) К при заданном ее расходе.
Примем температуру ОС 20 оС (293 К). Оценим значение х при скорости теплоносителя Ж = 0,001 м/с.
Средняя разность температур ДТ^р определяется по формуле среднелогарифмической разности температур [11]
При этом тепловые потери через стенку рубашки в окружающую среду Q1, Дж, составят
qi = ккуб aT = kfv
2x
AT =
cp
aT -aT2
Inl^^I
at2
(1)
руб, ( 25 + x ln.
25 - x
где к - коэффициент теплопередачи через стенку рубашки, Вт/(м2-град).
Источником теплопотерь является охлаждение воды в рубашке:
02 = срМвД/ = срМв [(318 + х) - (318 - х)] = 2срМвх,
где 02 - объем тепла, отдаваемого водой в рубашке, Дж; ср - удельная теплоемкость воды в рубашке, Дж/(кгград); Мв - массовый расход воды на термостабилизацию, кг/с; Д - изменение температуры воды от входа в рубашку до выхода из нее, К.
Тепловой баланс в данной ситуации выражается равенством 0! = 02, которое приводит к уравнению относительно неизвестного х:
^ = 2СРМвх .
1п
25 - x
где ДТ - разность температур теплоносителя на входе в рубашку (318 + х) и ОС (293), К; ДТ2 - разность температур теплоносителя на выходе из рубашки (318 - х) и температуры ОС:
Решение данного уравнения:
x = 25
aTcp =
(318 + x - 293) - (318 - x - 293)
2x
exp
kF
руб
c M v p в
-1
exp
kF
руб
c M
v p в
+1
ln
318 + x - 293 318 - x - 293
ln
25 + x 25 - x
Для оценки х необходимо определить входящие в формулу параметры. При средней температуре
Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Management, computer science and informatics. 2024. N. 1 ISSN2072-9502 (Print), ISSN 2224-9761 (Online)
Control, modeling, automation
t = 45 oC (318 К) вода в рубашке имеет свойства, приведенные в табл. 2 .
Свойства воды и воздуха при заданной средней температуре Water and air properties at a given average temperature
Таблица 2 Table 2
Свойства Значение свойств воды Значение свойств воздуха при средней температуре 318 К
при средней температуре 288,4 К при средней температуре 318 К
Плотность р, кг/м3 999,325 990,1 1,1105
Динамическая вязкость ц, Па-с 1 228,75 • 10-3 601,35 • 10-3 19,35 • 10-6
Кинематическая вязкость V, м2/с 1,231 • 10-6 0,6075 • 10-6 17,455 • 10-6
Теплопроводность X, Вт/(мград) 0,5755 0,6415 0,02795
Удельная теплоемкость ср, Дж/(кгград) 4 189 4 177,5 1 005
Скорость воды в рубашке W, м/с 0,02 0,001 -
3
0
v p
A
1
o
о <
M G
<
рэ M
Поскольку задача не имеет однозначного решения, каким-то параметром необходимо задаться априори. Для этого удобно задаться скоростью потока теплоносителя. Примем скорость воды в рубашке W = 0,001 м/с. Тогда критерий Рейнольдса в рубашке составит
Re = D3KS ■ W / v = 0,1
• 0,001/(0,6075 ■ 10-6) = 144,6,
где Бэкв - эквивалентный диаметр рубашки в цилиндрической части, м, равный
П ( D22 - D2 )/ 4
D =4S = 4 экв П п ((2 + D1 ) D2 + D 1,3 + 1,212
=DtDÍ==0,088,
где 5, П - площадь и смоченный периметр попе- Вычислим Мв, кг/с: речного сечения потока жидкости.
Мв = п(D22 -D12) р W / 4 = п(1,32 -1,2122) • 990,1 • 0,001 / 4 = 0,081.
Число Прандтля Pr для воды в рубашке [12]:
Pr = ^ • c / X = 601,35 • 10-3 • 4177,5 / 0,6415 « 3916,04.
Так как значение критерия Рейнольдса суще
Nu = 0,66 ■ Re°'5Pr°'33 = 0,66 ■ 144,8605■ 3 916,04033 = 121,8.
ственно меньше 2 000, то режим движения воды в рубашке ламинарный. Для ламинарного режима критерий Нуссельта Ми определяется по формуле [12]
M
M R
s h
Коэффициент теплоотдачи в рубашке от воды, Вт/(м2К):
Nu ■ X 3916,04 ■ 0,6415 00„ „ аТ =-=-« 887,9.
D„
0,088
Стенка рубашки выполнена из стали 20 толщиной 4 мм с внутренним диаметром 1,3 м и диамет-
ром наружной поверхности 1,308 м. При средней температуре t = 45 °С (318 К) сталь 20 имеет теплопроводность Хст = 84,08 Вт/(мград) На наружной поверхности происходит охлаждение воздухом. Воздух при средней температуре t = 45 °С (318 К) имеет свойства, значения которых приведены в табл. 2. Высота реактора с двумя стандартными эллиптическими днищами, м, равна
И = Ьц + 2Иэл = Ьц + 2 • Б/4 = 1,214 + 2 • 1,312 / 4 = 1,868,
где иэл = Б / 4 - высота стандартного эллиптиче- Грасгофа равен [12] ского днища, м. Для стенки такой высоты критерий
Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2024. № 1
ISSN 2072-9502 (Print), ISSN2224-9761 (Online)
Управление, моделирование, автоматизация
ß• h3 • я•at 1,8683 • 9,81 -(318-293) Gr = = j-:-V-_J_ = i,79i - io
10
v
293 -117,455 • 10
,-6
S3 s
a
w &
где параметр в = 1 / 293, К-1; g - ускорение свободного падения, м/с2.
Охлаждение рубашки происходит путем свободной конвекции атмосферного воздуха вдоль вертикальной стенки, для которой в ламинарном режиме критерий Нуссельта равен [12]:
Nu = 0,695 • Gr0'25 = 0,695 (1,791 • 1010
0,25
= 254,24.
Тогда коэффициент теплоотдачи от рубашки к атмосферному воздуху, Вт/(м2К), равен
Nu • 1в 254,24 • 0,02795
D3KB 1,308
: 5,433,
где Х - теплопроводность воды, Вт/(мград).
Суммарный коэффициент теплопередачи при теплопотерях от рубашки в окружающий атмосферный воздух, Вт/(м2К), равен
к =-
1
1
1 5 1
-+-+-
1 0,004 1
■ + —-+ -
= 5,386.
aT 1ст ав 887,9 84,08 5,433
Возвращаясь к определению неизвестного значения х, °С, получим:
x = 25
x 5,386 • 7,054 1 eXP| 4 177,5 • 0,0814
5,386 • 7,054 ^ ,
exp I —----1 +1
1 4 177,5 • 0,0814 I
= 2,032.
Тогда A?CP между рубашкой и ОС, °С, составит
AT;p =
2 • 2,032
25 + 2,032
ln
25 - 2,032
* 24,96.
Массовый расход воды для термостабилизации смеси Мв = 0,081 кг/с. Температура воды на входе в рубашку должна быть 46,81 °С, а на выходе 43,19 °С.
Таким образом, применительно к тепловому расчету химического реактора для синтеза серосодержащего сорбента получен новый алгоритм, описывающий процесс термостабилизации реакционной смеси при подаче теплоносителя в рубашку с заранее заданной скоростью 0,001 м/с и вычисленной входной и выходной температурами, такими, что теплопотери от рубашки в окружающую среду сбалансированы таким образом, что средняя температура в рубашке была равна стабилизируемой температуре реакционной смеси.
Алгоритм теплового расчета стадии охлаждения реакционной смеси
Охлаждению подвергается реакционная масса с температуры 45 до 20 °С.
При условии постоянства потока теплоносителя (вода 10 °С = 283 К, нагревающаяся до 15 °С = 288 К) и неизменности его термодинамических свойств ДТср определяется по формуле (1), где ДТ - разность начальных температур рабочей среды (45 °С = = 318 К) и охлаждающей воды (10 °С = 283 К); ДТ2 -разность конечных температур рабочей среды (20 °С = = 293 К) и охлаждающей воды (15 °С = 288 К).
Для режима охлаждения значение ДТср, К, вычисляется по формуле
AT =
cp
(318 - 283) - (293 - 288) 35 - 5
ln
318 - 283 293 - 288
inlf
= 15,41695 и15,42.
Критерий Рейнольдса в рубашке в режиме охлаждения реакционной смеси вычисляется по формуле
Яе = Л • Ж/V = 0,088 • 0,02 / 1,231 • 10-6 = 1 429,7.
Так как критерий Рейнольдса менее 2 000, режим движения ламинарный.
Значение критерия Прандтля Рг определяется по формуле [12]
Pr = д • cp / 1 = 1 228,75 • 10 3 • 4 189 / 0,5755 и 8 943,9.
Критерий Нуссельта для ламинарного режима [12]:
ав =
Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Management, computer science and informatics. 2024. N. 1 ISSN2072-9502 (Print), ISSN 2224-9761 (Online)
Control, modeling, automation
Nu = 0,66 ■ Re0,5 Pr0,33 = 0,66 ■ 1 429,7 0,5 ■ 8 943,90,33 « 502,5.
Коэффициент теплоотдачи в рубашке от воды, Вт/(м2К), рассчитывается как отношение [12]
Ми • X 502,5 • 0,5755
аТ =■
0,088
3 286,5 .
Коэффициент теплопередачи к, Вт/(м2 К), опре- | . деляется по формуле [12] И ,
<
>
к=
1
1 5 1
- + - + -
ac Хм От
1
0,006 + —-+ -
1
: 216,6,
235,7 84,08 3 286,5
где а^ - коэффициент теплоотдачи от реакционной Хм = 79,64 Вт/(мК) при 353 К.
смеси к стенке реактора; аТ - коэффициент Время охлаждения реакционной смеси тохл, ч,
теплоотдачи от стенки реактора к охлаждаю- рассчитывается по формуле
щей воде; коэффициент теплопроводности стали 20
1 000 ■ Q
к ■ F-охл ■ Alcp
1 000 ■ 97 086
-= 4 512,8 с « 1,254 ч ,
где 0> - тепловая нагрузка, кДж.
Массовый расход воды при охлаждении смеси, кг/ч,
M в =
1 000 ■ Q =_
ср ■ АТср ■ тохл = 4 189 ■ 15,42 ■ 4 512,8 '
216,6 ■ 6,444 ■ 15,42
вычисляется по формуле
1 000 ■ 97 086 , 0,333 кг/с « 1199,2 кг/ч.
Затраты 2 холодной воды, кг, при учете 5 % тепловых потерь составят
Z = Mв ■ тохл
0,95
0,365 ■ 4 512,8 0,95 '
1 582,4.
Тогда можно определить значения объемного расхода воды V в рубашке, м3/с, ее скорость ^ мм/с:
V=Мв / р = 0,333 / 999,325 = 0,000333;
W = V /5ж = 0,000333 / 0,174 = 0,00192 м/с = 1,9.
Здесь 5ж = 0,174 м2 - площадь кольцевого сечения рубашки с диаметрами 1,212 и 1,3 м.
Таким образом, применительно к тепловому расчету химического реактора для синтеза серосодержащего сорбента разработан алгоритм для расчета стадии охлаждения реакционной смеси, реализующий задачу теплопередачи через стенку реактора. Для оценки сопутствующих теплопотерь в окружающую среду на внешней границе рассматриваемой системы теплоносителей взята приемлемая величина в 5 % от общего теплового потока в процессе охлаждения реакционной смеси.
Время полного цикла работы реактора
Целесообразность использования химического реактора периодического действия обусловливается его КПД [13]:
КПД = тр/тц = тр/ (тр + Тв)= 0,7 ^ 0,8, (2)
где тр = 9 ч - продолжительность химических реакций [1]; тц - время полного цикла работы химического реактора; тв - время проведения вспомогательных операций:
т = т + т + т
в п.зп нагр охл '
(3)
где тп.зп - время подготовки реактора, заполнения его суспензией и выгрузки продукта; тнагр = 0,88 ч -время нагрева суспензии [10]; тохл = 1,254 ч - время охлаждения суспензии.
Примем КПД = 0,7. Тогда из (2) получаем:
0,7 = 9 / (9 - тв); тв = 3,857 ч.
Тогда из формулы (3) следует:
M
M R
t h
тп.зп = тв - тнагр - т0хл = 3,857 - 0,88 - 1,254 = 1,723 ч.
а
ч
tí &
&
tí ь w F
5
O H
Ш
<
<
w
6
w &
w IQ hQ
4
w «
и
5
<i w
4 o u
<i Ш
o
s tí 4
o
PQ
л
M
o
s
л 4
o <
Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2024. № 1
ISSN 2072-9502 (Print), ISSN2224-9761 (Online)
Управление, моделирование, автоматизация
Время полного цикла работы реактора, ч, составит:
: 12,86.
тц = тр + тв = 9 + 3,857 = 12,857 ¡
ц р в
В данном разделе, исходя из взятого КПД = 0,7 для химического реактора периодического действия и вычисленных продолжительностей основных стадий синтеза серосодержащего сорбента,
получена оценка времени полного цикла работы реактора на одну загрузку.
Программа автоматизированного расчета
На рис. 2, 3 представлен интерфейс программы, реализованной на языке С#, с результатами автоматизированного теплового расчета реактора по описанным алгоритмам.
Рис. 2. Интерфейс программы расчета реактора при термостабилизации реакционной смеси Fig. 2. Interface of the reactor calculation program at reaction mixture thermal stabilization
Рис. 3. Интерфейс программы расчета реактора при охлаждении реакционной смеси Fig. 3. Interface of the reactor calculation program at reaction mixture cooling
Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Management, computer science and informatics. 2024. N. 1 ISSN2072-9502 (Print), ISSN 2224-9761 (Online)
Control, modeling, automation
Работоспособность программы расчета реактора для синтеза серосодержащего сорбента подтверждается совпадением ее результатов расчета с результатами ручного расчета.
Заключение
Предложены новые алгоритмы расчета теплообмена при термостабилизации и охлаждении ре-
акционной массы, а также времени полного цикла работы реактора синтеза серосодержащего сорбента периодического действия. Создана компьютерная программа, выполняющая автоматизированный расчет реактора по заданным и вычисленным параметрам, а также расчет времени полного цикла работы реактора.
r >
о l a
a o
av
e m
S .
<
>
Список источников
1. Пат. № 2558896. Российская Федерация. Способ получения сорбента для очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов / Чернышева Е. А., Грабельных В. А., Леванова Е. П., Игнатова О. Н., Розенцвейг И. Б., Руссав-ская Н. В., Дронов В. Г., Гоготов А. Ф., Корчевин Н. А.; заявл. 06.06.2014, опубл. 10.08.2015. Бюл. № 22.
2. Aslamova V. S., Chemysheva E. A., Grabelnykh V. A., Levanova E. P., Russavskaya N. V. Regression analysis of zinc and cadmium ion extraction from aqueous solutions using a lignin-based sulphur-containing sorbent // Изв. вузов. Приклад. химия и биотехнология. 2018. Т. 8, № 4. С. 174-183. DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-4-174-183.
3. Асламова В. С., Асламов А. А., Головкова Е. А., Шнегельбергер Е. А. Автоматизированный расчет трехлопастной пропеллерной мешалки для производства серосодержащего сорбента на основе хлорлигнина, селективного к ионам тяжелых металлов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2021. № 4 (72). С. 48-58.
4. Розен А. М., Мартюшин Е. И., Олевский В. М. и др. Масштабный переход в химической технологии: разработка промышленных аппаратов методом гидродинамического моделирования. М.: Химия, 1980. 320 с.
5. Боресков Г. К. Моделирование химических процессов // Вестн. Акад. наук СССР. 1964. № 5. С. 47-56.
6. Борисенко А. Б., Антоненко А. В., Осовский А. В., Филимонова О. А. Система автоматизированного выбора вспомогательного оборудования многоассортиментных химических производств // Вестн. Тамбов. гос. техн. ун-та. 2012. Т. 18, № 3. С. 569-572.
7. Немтинов В. А., Мокрозуб А. В., Ерохина И. Н. Автоматизированный расчет заготовок днищ емкостных
аппаратов // В. И. Вернадский: устойчивое развитие регионов: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (Тамбов, 07-09 июня 2016 г.): в 5 т. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2016. Т. 1. С. 151-154.
8. Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2022618080. Расчет физических свойств гетерогенной рабочей среды (жидкость-твердое) и выбор типа мешалки / В. С. Асламова, Е. А. Головкова, Е. А. Шнегельбергер. Заяв. № 2022617237 от 21.04.2022, зарег. в Реестре программ для ЭВМ 27.04.2022.
9. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2023666764. Гидродинамический расчет трехлопастной пропеллерной мешалки и тепловой расчет реактора при разогреве реакционной смеси для производства серосодержащего сорбента / В. С. Асламова, Е. А. Головкова, Е. А. Шнегельбергер. Заяв. № 2023666087 от 24.07.2023, зарег. в Реестре программ для ЭВМ 04.08.2023.
10. Асламова В. С., Асламов А. А., Головкова Е. А., Шнейгельбергер Е. А., Истомина А. А. Автоматизация теплового расчета реактора для производства серосодержащего сорбента при разогреве реакционной смеси // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Управление, вычислительная техника и информатика. 2023. № 1. С. 7-15.
11. Kurmanova D. Y., Jaichibekov N. Zh., Karpenko A. G., Volkov K. N. Numerical modeling and calculation of heat transfer between heat carriers in heat exchangers // Вестн. Караганд. ун-та. Сер.: Физика. 2023. № 1 (109). С. 59-70.
12. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 344 с.
13. Доманский И. В., Исаков В. П. и др. Машины и аппараты химических производств: примеры и задачи. Л.: Машиностроение, 1982. 384 с.
M
M R
t
h
References
1. Chemysheva E. A., Grabel'nykh V. A., Levanova E. P., Ignatova O. N., Rozentsveig I. B., Russavskaia N. V., Dronov V. G., Gogotov A. F., Korchevin N. A. Sposob polu-cheniia sorbenta dlia ochistki stochnykh vod ot soedinenii tiazhelykh metallov [A method for obtaining a sorbent for wastewater treatment from heavy metal compounds]. Patent № 2558896. Rossiiskaia Federatsiia, 10.08.2015.
2. Aslamova V. S., Chernysheva E. A., Grabelnykh V. A., Levanova E. P., Russavskaya N. V. Regression analysis of zinc and cadmium ion extraction from aqueous solutions using a lignin-based sulphur-containing sorbent. Izvestiia vuzov. Prikladnaia khimiia i biotekhnologiia, 2018, vol. 8,
no. 4, pp. 174-183. DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-4174-183.
3. Aslamova V. S., Aslamov A. A., Golovkova E. A., Shnegel'berger E. A. Avtomatizirovannyi raschet trekhlopast-noi propellernoi meshalki dlia proizvodstva serosoderzhash-chego sorbenta na osnove khlorlignina, selektivnogo k ionam tiazhelykh metallov [Automated calculation of a three-bladed propeller agitator for the production of sulfur-containing sorbent based on chlorolignin, selective to heavy metal ions]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie, 2021, no. 4 (72), pp. 48-58.
4. Rozen A. M., Martiushin E. I., Olevskii V. M. i dr. Masshtabnyi perekhod v khimicheskoi tekhnologii:
Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2024. № 1
ISSN 2072-9502 (Print), ISSN2224-9761 (Online)
Управление, моделирование, автоматизация
S3 s
a s
razrabotka promyshlennykh apparatov metodom gidro-dinamicheskogo modelirovaniia [Large-scale transition in chemical technology: development of industrial devices by hydrodynamic modeling]. Moscow, Khimiia Publ., 1980. 320 p.
5. Boreskov G. K. Modelirovanie khimicheskikh protsessov [Modeling of chemical processes]. Vestnik Aka-demii nauk SSSR, 1964, no. 5, pp. 47-56.
6. Borisenko A. B., Antonenko A. V., Osovskii A. V., Fi-limonova O. A. Sistema avtomatizirovannogo vybora vspo-mogatel'nogo oborudovaniia mnogoassortimentnykh khimicheskikh proizvodstv [The system of automated selection of auxiliary equipment for multiassortment chemical production]. Vestnik Tambovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2012, vol. 18, no. 3, pp. 569-572.
7. Nemtinov V. A., Mokrozub A. V., Erokhina I. N. Avtomatizirovannyi raschet zagotovok dnishch emkostnykh apparatov [Automated calculation of billets of the bottoms of capacitive devices]. V. I. Vernadskii: ustoichivoe razvitie re-gionov: materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Tambov, 07-09 iiunia 2016 g.): v 5 t. Tambov, Izd-vo TGTU, 2016. Vol. 1. Pp. 151-154.
8. Aslamova V. S., Golovkova E. A., Shnegel'berger E. A. Raschet fizicheskikh svoistv geterogennoi rabochei sredy (zhidkost'-tverdoe) i vybor tipa meshalki [Calculation of the physical properties of a heterogeneous working medium (liquid-solid) and selection of the type of agitator]. Svi-detel'stvo o gosudarstvennoi registratsii programmy dlia EVM N. 2022618080; 27.04.2022.
9. Aslamova V. S., Golovkova E. A., Shnegel'berger E. A. Gidrodinamicheskii raschet trekhlopastnoi propellernoi
meshalki i teplovoi raschet reaktora pri razogreve reaktsion-noi smesi dlia proizvodstva serosoderzhashchego sorbenta [Hydrodynamic calculation of a three-bladed propeller agitator and thermal calculation of the reactor during heating of the reaction mixture for the production of sulfur-containing sorbent]. Svidetel'stvo o registratsii programmy dlia EVM N. 2023666764; 04.08.2023.
10. Aslamova V. S., Aslamov A. A., Golovkova E. A., Shneigel'berger E. A., Istomina A. A. Avtomatizatsiia tep-lovogo rascheta reaktora dlia proizvodstva se-rosoderzhashchego sorbenta pri razogreve reaktsionnoi smesi [Automation of the thermal calculation of the reactor for the production of sulfur-containing sorbent during heating of the reaction mixture]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Upravlenie, vychislitel'naia tekhnika i informatika, 2023, no. 1, pp. 7-15.
11. Kurmanova D. Y., Jaichibekov N. Zh., Karpenko A. G., Volkov K. N. Numerical modeling and calculation of heat transfer between heat carriers in heat exchangers. Vestnik Ka-ragandinskogo universiteta. Seriia: Fizika, 2023, no. 1 (109), pp. 59-70.
12. Mikheev M. A., Mikheeva I. M. Osnovy teplop-eredachi [Basics of heat transfer]. Moscow, Energiia Publ., 1977. 344 p.
13. Domanskii I. V., Isakov V. P. i dr. Mashiny i appa-raty khimicheskikh proizvodstv: primery i zadachi [Chemical production machines and apparatuses: examples and tasks]. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1982. 384 p.
w &
Статья поступила в редакцию 25.10.2023; одобрена после рецензирования 30.11.2023; принята к публикации 15.01.2024 The article was submitted 25.10.2023; approved after reviewing 30.11.2023; accepted for publication 15.01.2024
Информация об авторах / Information about the authors
Вера Сергеевна Асламова - доктор технических наук, профессор; профессор кафедры техносферной безопасности; Иркутский государственный университет путей сообщения; as1amovav@yandex.ru
Vera S. Aslamova - Doctor of Technical Sciences, Professor; Professor of the Department of Technosphere Safety; Irkutsk State Transport University; aslamovav@yandex.ru
Александр Анатольевич Асламов - кандидат технических наук, доцент; доцент кафедры машин и аппаратов химических производств; Ангарский государственный технический университет; aaa_mx@angtu.ru
Alexander A. Aslamov - Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Machinery and Apparatus of Chemical Production; Angarsk State Technical University; aaa_mx@angtu.ru
Елена Александровна Головкова - кандидат технических наук; доцент кафедры промышленной электроники и информационно-измерительной техники; Ангарский государственный технический университет; temnikova_ea@bk.ru
Elena A. Golovkova - Candidate of Technical Sciences; Assistant Professor of the Department of Industrial Electronics and Information and Measuring Technique; Angarsk State Technical University; temnikova_ea@bk.ru
Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Management, computer science and informatics. 2024. N. 1 ISSN2072-9502 (Print), ISSN 2224-9761 (Online)
Control, modeling, automation
Евгения Александровна Шнейгельбергер - соискатель ученой степени кандидата технических наук; Иркутский государственный университет путей сообщения; инженер-эколог; ООО «АйкьюЭколоджи»; chern5218@yandex.ru
Evgeniya A. Shneygelberger - Applicant for the degree of Candidate of Technical Sciences; Irkutsk State Transport University; Environmental Engineer; LLC Aikyuekolodzhi; chern5218@yandex.ru
a
a o
av
e m
S .
< >
M
M R
t
h
