Технические науки/12. Автоматизированные системы управления на производстве

 

Д.т.н. Н.И. Жежера, магистрант Н.Г. Самойлов

Оренбургский государственный университет, Россия

Автоматизация интенсификации термообработки

углеродного остатка при производстве

гидрофобного порошка

 

В работе [1] предлагается автоматизацию движения рециркулируемых газов при пиролизе изношенных шин в реакторе и автоматизацию движения парогазовой смеси в термореакторе в процессе термообработки углеродного остатка при производстве гидрофобного порошка проводить путем подвода в эти реакторы рециркулируемых газов и парогазовой смеси под давлением, которое содержит статическую и переменную составляющие.

Теоретически обосновывается, что наличие переменной составляющей в давлении парогазовой смеси, подводимой в термореактор, обеспечивает изменение порового давления в каждой точке массы углеродного остатка термореактора и способствует парогазовому обмену между поровыми объемами и основными потоками парогазовой смеси в горизонтальном направлении. В результате изменения порового давления и расходов парогазовой смеси между поровыми объемами в горизонтальном направлении и основными потоками, происходит более интенсивное и равномерное превращение углеродного остатка в гидрофобный порошок (сорбент) органических соединений.

На рисунке 1 приведена схема модели парогазового потока 1, на линии которого имеются два пневматических сопротивления 2 и 3 и между этими сопротивлениями подключена газовая полость 5 (пора в углеродном остатке) через третье пневматическое сопротивление 4.

 

 

 


Рисунок 1 - Схема модели парогазового потока, на линии которого имеются два пневматических сопротивления и между сопротивлениями подключена газовая полость (пора) через третье пневматическое сопротивление

 


Принимаем, что давление P1(t)=(t) в точке А (рисунок 1) определяется по выражению

                            ,                                   (1)

 

где Р0 - статическая составляющая давления парогазовой смеси, подаваемой в термореактор;  - переменная составляющая парогазовой смеси,  - амплитуда переменой составляющей давления парогазовой смеси в термореакторе производства сорбента из углеродного остатка пиролиза изношенных шин.

После преобразования выражения (1) по Лапласу

 

                                  .                                       (2)

 

Расходы парогазовой смеси через пневматические сопротивления 2, 3 и 4, приведенных на рисунке 1, определяются соотношением

 

                                     ,                                             (3)

 

где  и  - расходы парогазовой смеси соответственно через пневматические сопротивления 2, 3 и 4 с проводимостью и .

После преобразования по Лапласу этого выражения получим

 

                                        .                                           (4)

 

Расход парогазовой смеси  через линейное пневматическое сопротивление 2 с проводимостью

 

                           .                             (5)

 

Преобразуем это выражение по Лапласу

 

                         .                            (6)

 

Если давление парогазовой смеси (рисунок 1) Р2(t) является переменной величиной, тогда расход через линейное пневматическое сопротивление 3  или после преобразования по Лапласу

 

                                    .                                     (7)

 

Для газовой полости 5 с давлением Pk(t)  и объемом Vk как пневматической емкости, уравнение Клапейрона-Менделеева имеет вид [2] Pk(t)·Vk = =mk(t)·R·T, где mk(t) – масса парогазовой смеси в полости 5 между крошками изношенных шин, кг; R – газовая постоянная парогазовой смеси, м2с-2 К-1; Т – абсолютная температура парогазовой смеси, К.

Дифференцируя по времени выше приведенное выражение по переменным величинам Pk(t)  и mk(t) применительно к пневматической схеме, приведенной на рисунке 1, получим

 

                                   .                                           (8)

 

Изменение массы парогазовой смеси по времени в газовой полости 5 равно расходу парогазовой смеси через пневматическое сопротивление 4 с проводимостью α3, то есть . С учетом этого выражения формула (8) принимает вид  или после преобразования по Лапласу

 

                                        .                                          (9)

 

После подстановки выражений (6), (7) и (9) в (4)

 

.     (10)

 

Расход через линейное сопротивление 4 с проводимостью , то есть расход  может быть определен по выражению  или после преобразования по Лапласу

 

                                .                                   (11)

 

Приравнивая выражения (9) и (11), получим  

 

                                    ,                                        (12)

 

где .

После подстановки (12) в (10)

 

                 ,                (13)

 

где  и  - размерные коэффициенты:  и       .

После перехода к оригиналу функции выражение (13) принимает вид

 

                        .                                (14)

 

Если в формуле (14) =0 и Т3=1, тогда ,  и .

 

Определим давление  парогазовой смеси в полости 5. Согласно выражению (12) , тогда после перехода к оригиналу функции

.                        (15)

 

где Т3 – размерные коэффициенты и постоянная времени.

Согласно выражению (11) расход парогазовой смеси через пневматическое сопротивление 4 (рисунок 1) проводимостью   . После подстановки в это выражение формул (12) и (13)

 

.                       (16)

 

Переходим к оригиналу функции по выражению (16)

 

.                                       (17)

 

Из выражения (17) следует, что расход парогазовой смеси в газовую полость 5 (рисунок 1) при подключении ее через три сопротивления зависит как от давления  перед сопротивлением 2 с проводимостью , так и от давления  после сопротивления 3 с проводимостью . Если частота ω изменения переменной составляющей парогазовой смеси равна нулю, тогда в соответствии с формулой (17), расход парогазовой смеси в газовую полость равен нулю и перемещения парогазовой смеси в горизонтальном направлении не будет происходить. Только при наличии переменной составляющей в давлении парогазовой смеси, подводимой в термореактор, происходит перемещение парогазовой смеси в горизонтальном направлении и интенсификация превращения углеродного остатка в гидрофобный порошок органических соединений.

 

Литература:

1. Патент на изобретение № 2339510 РФ. Способ термической переработки изношенных шин и резинотехнических изделий. Авторы изобретения Н.И. Жежера, С.А. Тямкин. Приоритет от 10.04.2007 г. Опубл. 27.11. 2008. Бюл. №33.

2. Емцев Б. Т. Техническая гидромеханика. Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1987. –440 с.