CC BY
113
6. Организация и безопасность дорожного движения: учеб. для вузов /В.И.Коноплянко [и др.].- Кемерово: Кузбассвузиздат, 1998. - 236 с.
© Б.И. Борисов, 2015
УДК 537.525
Г.Р. Ганиева, аспирант, КНИТУ-КАИ им. АН. Туполева Б.А. Тимеркаев, д.ф.-м.н., профессор, КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева
Р.Г. Яхин, д.т.н., профессор, КГАСУ Э.М. Ягунд, к.х.н., доцент, КГАСУ Л.И. Потапова, к.х.н., доцент, КГАСУ г. Казань, Российская Федерация
ТЕХНОЛОГИЯ РАЗЛОЖЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ ДУГОВЫМ РАЗРЯДОМ.
Аннотация
Предложен оригинальный способ разложения тяжелых углеводородов на легкие фракции в плазме дугового разряда с вращающимися утопленными электродами. Показана эффективность данного способа для разложения жидких углеводородов и отходов нефтепереработки. В выделившихся газах содержатся около 40 процентов этилена и 25 процентов водорода. Проведен хроматографический анализ образовавшихся газов и твердых углеродистых отложений.
Ключевые слова
Плазма, плазмохимия, электрическая дуга, разложение мазута, тяжелое углеводородное сырье, вращающиеся электроды, утопленные электроды.
В данной работе предлагается разложение углеводородного сырья электродуговым разрядом. На сегодняшний день в литературе имеются публикации, посвященные разложению углеводородного сырья электрической дугой. В работе [1, с. 137] описывается взаимодействие плазменной струи инертного газа с распыленным жидким углеводородным сырьем. Данный способ разложения характеризуется ускоренной химической реакцией и глубиной переработки. Недостаток данного способа разложения углеводородного сырья заключается в сложности конструкции плазмотронов, подготовка сырья для разложения. Степень образования легких фракций и его качественный состав зависят от состава и состояния исходного сырья, от исходного состава и температуры плазмы, количественных соотношений между расходами сырья и плазмообразующего газа
В работах [2, с.1156; 3, с.184; 4, с.677] исследовалось воздействие электродуговой плазмы на углеводородное сырье с утопленными электродами. Разряд для этих случаев зажигался непосредственно в толще сырья. Мазут разлагали двумя способами. Первый способ, разложение дуговым разрядом. Второй способ, разложение микродуговым разрядом. В процессе горения разряда за счет высокой температуры высококипящие фракции тяжелых углеводородов оказываются в области плазмы и под действием быстрых электронов и высокоэнергетичных ионов разбиваются на мелкие фракции. Высокая температура электрической дуги создает давление, которое поддерживает внутри мазута плазменную область. Края этой области соприкасаются непосредственно с мазутом. Образовавшиеся газы и пары углеводородов под давлением вырываются из-под мазута на поверхность, и частично поглощаются обратно мазутом, насыщая рабочую жидкость. В области горения разряда мазут контактирует с дугой, и за счет высоких температур будет находиться в состоянии кипения, поставляя в область разряда разнообразные нефтяные фракции. Молекулы углеводородов, оказавшись в области электрического разряда, будут атакованы быстрыми электронами и ионами разряда, а также возбужденными атомами и молекулами углеводородных газов, что характеризует разложение молекул на более мелкие фракции. Под воздействием Архимедовой силы и высокой температуры образовавшиеся газы и пары углеводородов в виде газопарового пузырька быстро покидают область разряда, уступая место потоку новых углеводородов. Однако в ходе процесса разложения
на концах электродов образуются коксовые отложения. Эксперимент с микродуговым разрядом не исключает образование отложений, но кокса значительно меньше, чем при эксперименте с дуговым разрядом. В данной работе при разложении сырья применяются вращающиеся электроды для того, чтобы предотвратить коксование и залипание. Наросты с поверхности электродов счищаются с помощью скребка. Данная конструкция позволяет автоматизировать процесс разложения углеводородного сырья.
Лабораторная установка для разложения углеводородного сырья состоит из источника питания, вольтметра, амперметра, двух медных пластинчатых электродов, балластного сопротивления, скребка для чистки электродов от отложений, емкости для мазута и многофункциональной крышки.
Регулируемый источник электрического питания с выпрямленным напряжением до 50 В позволяет регулировать величину тока в пределах от 60 до 300А. Электроды в виде медных круглых дисков расположены параллельно на одной плоскости на небольшом расстоянии друг от друга и закреплены на металлическом стержне. Стержень во время эксперимента приводится во вращение с помощью электродвигателя, который расположен на поверхности емкости. Одна из пластин имеет небольшой острый выступ для поджига дуги за счет прикосновения электродов. Полное вращение составляет 1 оборот в минуту. Вращающийся механизм электродов способствует поддержанию разряда и охлаждению разрядов. В ходе эксперимента эрозия на электродах практически отсутствует.
В электрической дуге, утопленной в мазуте, устанавливается давление, которое, соответствует глубине погружения дуги. Так как глубина мазута всего несколько сантиметров, то и давление окажется порядка атмосферного. В ходе горения дуги электродуговой канал будет заполняться газами и парами углеводородов самых разнообразных фракций. Образовавшийся в ходе эксперимента газ через специальное отверстие в емкости выводится наружу и отбирается для проведения анализов по определению состава.
После проделанного эксперимента вязкость мазута становится больше. Это явление можно объяснить тем, что в первую очередь в область горения разряда попадают более легкие фракции, тем самым обеспечивается углубление переработки мазута.
Образованный газ в ходе эксперимента исследован хроматографическим методом, и в выделившемся газе порядка четверти процентного состава приходится на водород, более 40% - на этилен, около 7% - на метан.
Твердый остаток переработки мазута, отложившийся на электродах был исследован методом ИК-спектроскопии. В спектре появились сигналы, характеризующие наличие элементов химических соединений. ИК-спектр не имеет большого числа ярко выраженных полос поглощения, однако наличие широкой полосы указывает на наличие сигнала элементов графена или нанотрубок. В образцах углеродных материалов, полученных в ходе эксперимента регистрируется полоса при 1578 см-1, отвечающая валентному колебанию связи С-С в структуре графена, из которого состоит и графен, и фуллерен, и тело нанотрубки. Из литературных данных полоса при 1577 см-1 отвечает колебаниям атомов углерода в плоскости графенового слоя, из которого свернута нанотрубка, или сшит фуллерен. Идентифицирована также широкая полоса с максимумом при 1200 см-1, отвечающая валентному колебанию связей С-О-С, обусловленная дефектностью нанотрубок.
Спектр на рисунке 1 приведены в масштабе пропускания (transmission) поэтому они зеркально «перевернуты».
Заключение. Таким образом, создана лабораторная установка непрерывного действия по разложению жидкого углеводородного сырья электродуговым разрядом, целевыми продуктами которого являются этилен, метан и водород, а также технический углерод с высоким содержанием графена, фуллеренов и нанотрубок. Изменяя параметры и условия горения разряда, время обработки и вид используемого сырья можно добиться увеличения выхода определенного продукта.
Рисунок 1 - ИК - спектр образовавшихся углеродистых отложений.
Список использованной литературы.
1. Арсланов А. Ш., Залялетдинов Ф. Д., Закиров И. М., Тимеркаева Д. Б. Разложение углеводородов в потоке электродуговой плазмы. Вестн. КГТУ им. А. Н. Туполева. 2010. № 3. С. 137-142.
2. Ганиева Г. Р., Галеев И. Г., Гисматуллин Н. К. и др. Разложение тяжелых углеводородов в свободной электрической дуге. Изв. Самарского науч. центра РАН. 2011. Т. 13, № 4. С. 1156-1159.
3. Ганиева Г. Р., Галеев И. Г., Гисматуллин Н. К. др. Разложение тяжелых углеводородов в утопленной дуге. Вестн. КГТУ им. А. Н. Туполева. 2012. № 4. С. 184-188.
4. Timerkaev B.A., Ganieva G.R.,Ziganchin D.I., AuhadeevM.M. Электрические микроразряды в жидкостях и перспективы их применения в плазмохимии Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 87, No.3, 2014.Инженерно-физический журнал. Т.87. №3. Май-июнь. С.677 -681. 2014.
© Г.Р. Ганиева, Б.А. Тимеркаев, Р.Г. Яхин, Э.М. Ягунд, Л.И. Потапова, 2015
УДК 004.92
И.М. Грядунов
канд. техн. наук, доцент кафедры «Техническая механика и инженерная графика» ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК» г. Орел, Российская федерация
ФОРМАЛИЗАЦИЯ ПОДХОДА К ОЦЕНКЕ ТЕКУЩЕГО УРОВНЯ ЗНАНИЙ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПРИ ОБУЧЕНИИ СИСТЕМАМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ БАЛЛЬНО-РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЫ
Аннотация
В статье рассмотрены недостатки существующего подхода к оценке знаний обучающихся технических специальностей и направлений на примере дисциплины «Системы автоматизированного проектирования». Предлагается формализация подхода к оценке текущего и рубежного контроля знаний, умений и навыков. Предложенный подход показал свою эффективность в сравнении с существующим, что подтверждается соответствующими показателями количественной оценки.
Ключевые слова
Балльно-рейтинговая система, оценка знаний, системы автоматизированного проектирования,
обучение, образование
Современная машиностроительная отрасль ставит всё более высокие требования к уровню подготовки инженерных кадров. Это вызвано непрерывно растущей конкуренцией, стремительными темпами развития техники и технологии, а так же подходов к созданию и проектированию нового оборудования. В связи с этим встаёт потребность в модернизации методик подготовки будущих профессионалов.
В большинстве случаев в такой ситуации рассматриваются вопросы разработки кардинально новых методик обучения [1 - 4], однако, опускается аспект, связанный с оценкой текущих и итоговых знаний.
Особенно трудно выставлять оценки обучающемуся в дисциплинах, имеющих значительную творческую составляющую, например - системы автоматизированного проектирования.
До появления балльно-рейтинговой системы (БРС) оценки текущего и рубежного (итогового) уровня знаний и её внедрения в учебных заведениях господствовал подход - «нравится - не нравится». При таком подходе оценка «отлично» выставлялась при полностью выполненной работе или при наличии незначительных недочётов. Однако, в силу наличия творческой составляющей, как при выполнении работы, так и при её оценке одни и те же, с формальной точки зрения, недочёты при оценке разных работ носят различный «вес» и, тем самым, в значительной степени влияют на выставление итоговой оценки. Обобщённая схема такого процесса представлена на рисунке 1.
