Глава 2. Концепции проектов ресурсосбережения

2.1. Использование отходов газов. Концепции проектов «Газовое азотирование -Получение азотсодержащих соединений»

В главе 1 дана краткая информация о промышленной переработке отходов оксидов азота и серы в соответствующие кислоты.

На кафедре ИНЭБ МГТУ «Станкин» разработана концепция проектов по использованию отходов аммиака и водорода, образующихся в существенном объеме при газовом азотировании. Результаты поиска концепции проектов с по алгоритмическим и эвристическим методам и методу «разрыва» Ж.-М.Дрю. представлены на рис.2.1 и в табл.2.1 и 2.2.

Оставшиеся 40% аммиака не участвуют в процессе азотирования и для обезвреживания отходящий газовый поток (смесь 40% аммиака, ≈ 45% водорода и ≈12% азота) сжигали без использования тепла реакции и продуктов сгорания . Тем не менее, следует отметить, что при таком подходе выполняются требования охраны труда персонала и защиты техносферной среды, так как обезвреживаются токсичные отходы аммиака и взрывоопасного водорода. На наш взгляд, с позиции ресурсосбережения этого не достаточно, поскольку из этих отходов можно получать ценную продукцию и энергию.

Нами разработан вариант интегрированной технической системы «Газовое азотирование - Получение производных аммония» (рис.2.1).

Данные табл.2.1 показывают, что вместо сжигания отходов аммиака можно получать ценные производные аммония, обладающие высокой коммерческой ценностью и пользующейся спросом как эффективные удобрения , такие как аммофос, аммонийная селитра.

Результаты проведенного исследования дают основание предлагать предприятиям агротехнического профиля целесообразность изучения возмож-

ности создания интегрированных производств, которые способны производить как работу по упрочнению деталей машин и другого оборудования при изготовлении и ремонту техники, так и производить из отходов удобрения и другую коммерчески выгодную продукцию. Это позволит использовать более эффективно не только материальные и энергетические ресурсы, но также повысить производительность работы персонала предприятия и соответственно уровень их доходов.

Разработаны варианты автоматизации комбинированных систем газового азотирования. Для прогресса в области приборостроения и информационных технологий, ориентированных на решение проблем автоматизации в настоящее время характерно использование программируемых логических контроллеров. ПЛК представляют собой устройства, предназначенные для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления.

Рис.2.1. Блок-схема интегрированных технических систем

На основе газового азотирования (получения производных аммония как интегрируемых в систему процессов)

Они реализованы на базе микропроцессорной техники и работают в локальных и распределенных системах управления в реальном времени в соответствии с заданной программой (рис.2.2).

В качестве устройства для программирования используют программаторы, которые являются дорогостоящими и сложными аппаратно-программными комплексами. Поэтому один программатор может использоваться для обслуживания нескольких ПЛК определенного типа.

В последнее время в качестве программатора используют ноутбук или персональный компьютер с установленным специальным программным обеспечением (например, CoDeSys, MicroWIN, ISaGRAF и др.), выполняющим

трансляцию языка в исполняемый код процессора, который загружается в ПЗУ ПЛК, например, через порт Ethernet. В нашей стране распространены контроллеры SIMATIC S7-200, S7-300 фирмы Siemens, с помощью которых можно решать широкий спектр задач автоматизации.

Таблица 2.1 Оценка потенциальной стоимости продукции интегрированного производства «Газовое азотирование — получение соединений аммония», которую можно получить из непрореагировавшего аммиака процесса газового азотирования)

Исходные данные: время 1 цикла газового азотирования —12 часов, время вспомогательных операций —12часов, расход — 7200 л аммиака за 1 цикл, количество отходов аммиака —2880 л за 1цикл;

Программируемые контроллеры семейства SIMATIC S7-200 имеют модульную конструкцию и возможность наращивания количества входов-

выходов. Они представляют собой идеальное средство для построения эффективных систем автоматического управления. И это при минимальных затратах на приобретение оборудования и разработку самой системы [ 29 ].

Нами предложена следующая система ПЛК S7-200 фирмы Siemens,

представленная на рис. 2.3. Эта система включает центральное устройство S7-200 CPU, персональный компьютер, программное обеспечение STEP7–MicroWIN 32 и соединительный кабель.

Учитывая периодичность процесса азотирования (чередование стадий загрузки и выгрузки упрочняемых изделий), нами далее рассматривается вариант химико-термического производства на основе двух линий газового азотирования аммиаком, с основной стадией работы которых интегрированы два

Рис. 2.2. Функциональная схема ПЛК

Рис.2.3. Система ПЛК с персональным компьютером

скруббера, которые попеременно включают в систему в зависимости от концентрации производного аммония в растворе.(рис.2.4).

Модель автоматизации. Технологическая система «Газовое азотирование – Получение производных аммония» представлена нами графом операций, в основе которого используется сложная иерархическая сеть Петри (рис.2.5). Позиции моделируют операции технологического процесса, а переходы – усло-

вия смены операций. Маркировка (точка в позиции) означает, что соответствующая операция выполняется. Таким образом, движение точки по позициям сети моделирует последовательность и параллельность выполнения операций в технологическом процессе. Переходам приписываются сигналы с датчиков, сигнализирующих об окончании выполнения текущей операции и определяющих условия перехода к следующей операции.

Возможны также так называемые пустые позиции, которые не содержат технологических действий, а используются для удобства описания, например

Рис. 2.4. Схема организации непрерывной работы технической системы