employee
Russian Federation
Russian Federation
employee from 01.01.2018 until now
Angarsk, Irkutsk region, Russian Federation
graduate student
Russian Federation
The problem of automating the calculation of a reactor for the synthesis of a sulfur-containing sorbent used for wastewater treatment from heavy metal compounds during cooling of the reaction mixture is considered. The initial values for the automated calculation of a reactor with a propeller agitator have been determined, the choice of which is based on the results of calculations of the physical properties of ingredients and a review of the designs of mixing devices. A mathematical algorithm for calculating heat transfer during cooling of the reaction mixture is given, as well as the interface of a computer program written in C# with the results of automated calculations
sulfur-containing sorbent, mixture cooling, reactor thermal calculation algorithm, software application
Введение. Для эффективной очистки сточных вод от соединений тяжелых металлов предложено применять серосодержащий сорбент [1], технология и аппаратурное оформление процесса его получения подробно описаны в [3,4]. Процесс осуществляется в ёмкостном химическом реакторе идеального смешения периодического действия при непрерывном перемешивании ингредиентов, физические свойства которых автоматически рассчитаны в подпрограмме, которая также рекомендовала выбор перемешивающего устройства [5]. Масштаб производственной установки не отражается на соотношении ингредиентов, которые используются для получения серосодержащего сорбента [2], так как масса ингредиентов увеличивается согласно масштабу, а изменяется только время перешивания, нагрева рабочей смеси до 45 °С и последующего ее охлаждения до 20 °С.
Для расчета химического реактора использовались расчетные методы [6], базируемые на инженерном опыте. Известно, что правильно написанный алгоритм и программа автоматизированного теплового расчёта реактора – актуальная задача, решив которую можно снизить трудоемкость и продолжительность вычислений, повысить качество принимаемых проектных решений, и, как следствие, уменьшить производственные затраты.
Алгоритм теплового расчёта реактора при охлаждении реакционной смеси.
Охлаждению подвергается реакционная масса с температуры 45 °С до 20 °С.
При условии постоянства потока теплоносителя (вода 10 °С = 283 К, нагревающаяся до 15 °С = 288 К) и его неизменности термодинамических свойств, средняя разность температур 
определяется по формуле [7]:
где ΔT1 – разность начальных температур рабочей среды (45° С = 318 К) и охлаждающей воды; ΔT2 – разность конечных температур рабочей среды (20° С = 293 К) и охлаждающей воды.
Для режима охлаждения значение , К вычисляется по формуле:
При скорости воды W = 0,02 м/с критерий Рейнольдса в рубашке::
где 
– эквивалентный диаметр рубашки в цилиндрической части, равный 0,088 м.
Режим движения – ламинарный.
Значение критерия Прандтля Pr определяется по формуле:
где 
– удельная теплоёмкость, 
; динамическая вязкость, (
), 
; теплопроводность, 
.
Критерий Нуссельта для ламинарного режима:
Коэффициент теплоотдачи Вт/(м2.К) в рубашке от воды рассчитывается как отношение [12]:
Коэффициент теплопередачи k определяется по формуле [12]:
где αс – коэффициент теплоотдачи от суспензии к стенке реактора; αТ – коэффициент теплоотдачи от стенки реактора к охлаждающей воде; s – толщина стенки реактора (м); λм = 84,08 Вт/(м.К) – коэффициент теплопроводности стали 20.
Время охлаждения реакционной смеси τохл рассчитывается по формуле:
где Q – это тепловая нагрузка в кДж, Fохл – общая площадь теплообмена рубашки.
Массовый расход воды при охлаждении реакционной смеси вычисляется по формуле:
Затраты Z холодной воды с учетом 5% тепловых потерь составят:
Тогда можно определить значение объёмного расхода воды V и скорость воды W в рубашке:
м3/с.
где 
– плотность воды 
; Sж = 0,174 м2 – площадь кольцевого сечения рубашки с диаметрами 1,212 и 1,3 м.
Рисунок 1 – Интерфейс программы расчёта реактора при охлаждении реакционной смеси
Заключение
Описан алгоритм теплового расчёта реактора для производства серосодержащего сорбента при охлаждении реакционной смеси. Создана компьютерная программа, выполняющая автоматизированный расчёт реактора по заданным и вычисленным параметрам, а также расчёт времени полного цикла работы реактора.
1. Patent № 2558896. Rossiyskaya Federaciya. Sposob polucheniya sorbenta dlya ochistki stochnyh vod ot soedineniy tyazhelyh metallov / E.A. Chernysheva, V.A. Grabel'nyh, E.P. Levanova, O.N. Ignatova, I.B. Rozencveyg, N.V. Russavskaya [i dr.]; zayavl. 06.06.2014, opubl. 10.08.2015 g. Byul. № 22.
2. Domracheva, V. A. Modificirovanie uglerodnyh sorbentov dlya povysheniya effektivnosti izvlecheniya tyazhelyh metallov iz stochnyh vod i tehno-gennyh obrazovaniy / V. A. Domracheva, E. N. Vescheva // Vestnik IrGTU. - 2010. - № 4 (44). - S. 134-138.
3. Aslamova, V. S. Tehnologiya i oborudovanie proizvodstva seroderzhaschih sorbentov dlya izvlecheniya tyazhelyh metallov iz stochnyh vod / V. S. Aslamova, E. A. Shneygel'berger, A. A. Aslamov // Sb. statey mezhdun. nauch.-prakt. konf. «Problemy tehniko-tehnologicheskih si-stem i fiziko-matematicheskih modeley» (1 marta 2020, g. Samara). - Ufa: Aeter-na. - 2020. - S. 18-22.
4. Aslamova, V. S. Avtomatizirovannyy raschet trehlopastnoy propellernoy meshalki dlya proizvodstva sero-soderzhaschego sorbenta na osnove hlor-lignina, selektivnogo k ionam tyazhelyh metallov / V. S. Aslamova, A. A. Aslamov, E. A. Golovkova, E. A. Shnegel'berger // Sovremennye tehnologii. Sistem-nyy analiz. Modelirovanie. - 2021. - № 4(72). - S. 48-58.
5. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registracii programmy dlya EVM № 2022618080. Raschet fizicheskih svoystv geterogennoy rabochey sredy (zhidkost'-tverdoe) i vybor tipa meshal-ki / Aslamova V.S., Aslamov A.A., Golovkova E.A., Shnegel'berger E.A. ; patento-obladateli: FGBOU VO IrGUPS, FGBOU VO AnGTU, zayavka № 2022617237 ot 21.04.2022, zaregistrirovano v Reestre programm dlya EVM 27.04.2022.
6. Borisenko, A. B. Sistema avtomatizirovannogo vybora vspomogatel'nogo oborudovaniya mnogoassortimentnyh himicheskih proizvodstv / A. B. Borisenko, A. V. Antonenko, A. V. Osovskiy, O. A. Filimonova // Vestnik Tambovskogo GTU. - 2012. - T. 18. - № 3. - S. 569-572.
7. Nemtinov, V. A. Avtomatizirovannyy raschet zagotovok dnisch emkostnyh apparatov / V. A. Nemtinov, A. V. Mokrozub, I. N. Erohina // V.I. Vernad-skiy: ustoychivoe razvitie regionov. - 2016. - T. 1. - S. 151-154.
