CC BY
2УДК 66.081.6
DOI: 10.24412/CL-35807-2024-1-24-27
РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОДИАЛИЗНОГО АППАРАТА И ВИРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА НА ЕГО ОСНОВЕ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ РАБОТНИКОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Шестаков К. В., доцент кафедры «Механика и инженерная графика» ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов
DEVELOPMENT OF AN ELECTRODIALYSIS APPARATUS AND A VIRTUAL SIMULATOR BASED ON IT FOR TRAINING INDUSTRIAL WORKERS
Shestakov K. V., associate professor of Department «Mechanics and Engineering Graphics» Tambov State Technical University, Tambov
Аннотация. Разработана конструкция нового электромембранного аппарата, который предназначен для очистки, разделения и концентрирования промышленных растворов. Он обладает рядом преимуществ перед имеющимися аналогами. На его основе разработан виртуальный тренажер для обучения работников промышленных предприятий, который предоставляет не только теоретические знания, но и практические навыки по управлению промышленными установками электромембранного типа.
Annotation. The design of a new electromem-brane apparatus has been developed, which is designed for purification, separation and concentration of industrial solutions. It has a number of advantages over existing analogues. Based on it, a virtual simulator has been developed for training industrial workers, which provides not only theoretical knowledge, but also practical skills in managing industrial installations of the electromembrane type.
Ключевые слова: мембрана, аппарат, виртуальный тренажер, интерфейс, панель управления.
Keyword: membrane, apparatus, virtual simulator, interface, control panel.
Электромембранная очистка сточных вод широко применяется в различных отраслях, включая химическую, фармацевтическую, пищевую, нефтеперерабатывающую, электроэнергетику и другие [1—4]. Она может быть использована как самостоятельный этап очистки, так и в сочетании с другими методами, например, биологической очисткой или обратным осмосом.
Благодаря своим компактным размерам электромембранные очистные сооружения могут быть установлены на небольшой площади, что особенно важно в условиях ограниченного пространства в городских районах или на промышленных объектах. Они также м огут быть легко интегрированы в уже существующую инфраструктуру очистки сточных вод.
Важно непрерывно повышать эффективность электромембранных методов разделения. Многие исследователи и инженеры работают над оптимизацией процессов, связанных с мембранными технологиями, разрабатывают новые типы мембран, улучшают методы очистки, создают более эффективные системы рециркуляции и взаимодействия с другими элементами установок.
При этом не следует забывать про такой важный элемент эффективной деятельности, как высококвалифицированный персонал, способный работать на разрабатываемом оборудовании. Обучение персонала работе на электромембранном оборудовании имеет решающее значение для обеспечения безопасности, эффективности процессов и предотвращения потенциальных поломок оборудования. Электромембранные системы разделения очень чувствительны к изменениям условий эксплуатации, и правильное обучение персонала позволяет снизить риск ошибок при работе с этим типом оборудования.
Поэтому целью данной работы была разработка конструкции электромембранного аппарата (электро диализатора),
Рис. 1. Электродиализатор
имеющего ряд преимуществ перед имеющимися аналогами, и виртуального тренажера, который предоставляет обучающимся не только теоретические знания, но и практические навыки по управлению промышленными установками электромембранного типа.
В результате серии экспериментальных исследований [5, 6] была разработана конструкция нового электродиализатора (рис. 1), который предназначен для очистки, разделения и концентрирования промышленных растворов. Этот аппарат может быть использован в различных отраслях промышленности, включая химическую, нефтегазовую, пищевую и другие.
Отличительными особенностями аппарата являются утолщенные разделительные прокладки-спейсеры (рис. 2), увеличенная общая полезная площадь мембран, лабиринтное построение свободного пространства прокладок-спейсеров для дилюата и концентрата с помощью расположения в них двух коротких и двух длинных направляющих-держателей, охлаждение разделяемого раствора за счет расположенных в приэлектро-дных прокладках-спейсерах поперек направления сборки аппарата охлаждающих трубок, уменьшенная толщина плит корпуса с расположением входных и выходных каналов для подачи и вывода разделяемого раствора на их торцевой поверхности.
Среди преимуществ электродиализатора перед своими аналогами можно выделить повышенную производительность и эффективность разделения раствора на 40 и 15 % соответственно, снижен-
ные гидродинамическое сопротивление и кавитацию при движении разделяемого раствора внутри плит корпуса аппарата, охлаждение разделяемого раствора и внутренних элементов непосредственно в процессе разделения.
На основе полученных результатов и разработанной конструкции электродиализатора был разработан виртуальный тренажер для обучения работников промышленных предприятий. Тренажер предоставляет не только теоретические знания, но и практические навыки по управлению промышленными установками электромембранного типа. С его помощью они могут осуществлять виртуальную работу с аппаратами, моделировать и проводить различные операции и процессы. Такой подход позволяет им приобретать не только знания, но и опыт, а также снижает возможность ошибок и минимизирует риски.
Графический интерфейс тренажера (рис. 3) содержит индикаторы заполнения баков рабочими растворами, манометры, индикаторы измерения потока растворов и характеристик подаваемого тока, индикатор неисправности в работе установки, который сигнализирует о возможных проблемах в работе установки. На панели управления (рис. 4) отображены регуляторы давления, кнопки включения-выключения насосов, переключатели подачи и сброса рабочих растворов, переключатель воды для очистки и охлаждения, который определяет, используется ли вода для очистки или охлаждения системы, кнопки запуска и экстренной остановки виртуального тренажера.
Одним из способов контроля уровня освоения программы подготовки обучающихся является проверка их действий в случае экстренной ситуации, которая была заранее подготовлена. Такой подход позволяет обучающимся получить опыт
Рис. 2. Промежуточная (а) и приэлектродная (б) прокладки-спейсеры
Рис. 3. Графический интерфейс
Рис. 4. Панель управления
работы с установками электромембранного типа еще до начала реальной работы и готовить их к таким ситуациям. Во время обучения вы можете задавать вопросы, получать обратную связь и руководство от системы. Обучающая программа будет ориентирована на вашу скорость обучения и уровень понимания материала.
Выводы
Разработана конструкция нового электродиализатора, который предназначен для очистки, разделения и концентрирования промышленных растворов. На его основе разработан виртуальный тренажер для обучения работников промышленных предприятий.
Список литературы
1. Таздинова О. Ю. Применение технологии электродиализа для очистки сточных вод химической водоочистки с применением отечественного оборудования // Тенденции развития науки и образования. — 2023. — № 97-11. — С. 204—207.
2. Мавлетов М. Н. Регенерирование электролита никелирования из промывных вод гальванического производства с помощью электродиализа / М. Н. Мавлетов, А. Ф. Дресвянников // Успехи в химии и химической технологии. — 2023. — Т. 37, № 2 (264). — С. 125—126.
3. Краснов М. В. Получение гликолевой кислоты с применением электродиализа / М. В. Краснов, С. И. Фролова, С. И. Ильина, М. А. Носырев, Р. Б, Комляшев // Chemical Bulletin. — 2022. — Т. 5, № 1. — С. 37—53.
4. Исламов М. Н. Новая технология утилизации отходов винодельческого производства с использованием электромембранных методов разделения / М. Н. Исламов, Л. Р. Ибрагимова, Т. А. Исригова // Проблемы развития АПК региона. — 2023. — № 2 (54). — С. 159—169.
5. Лоза С. А. Электродиализное разделение и селективное концентрирование серной кислоты и сульфата никеля с мембранами, модифицированными полианилином / С. А. Лоза, Н. А. Романюк, И. В. Фалина, Н. В. Лоза // Мембраны и мембранные технологии. — 2023. — Т. 13, № 4. — С. 269—290.
6. Шестаков К. В. Восстановление железа, никеля и меди из сточных вод производства печатных плат методом электродиализа / К. В. Шестаков, С. И. Лазарев, К. К. Полянский, Н. Н. Игнатов // Журнал прикладной химии. — 2021. — Т. 94. — № 5. — С. 547—552.
7. Шестаков К. В. Влияние исходной концентрации ионов металлов в многокомпонентных растворах на процесс электродиализной очистки / К. В. Шестаков, С. И. Лазарев, А. В. Крылов, Д. С. Лазарев, О. В. Ломакина // Вестник Технологического университета. — 2023. — Т. 26, № 3. — С. 21—25.
