Разработка автоматизированного комплекса процесса



Pdf просмотр
Дата04.02.2017
Размер0.53 Mb.
Просмотров354
Скачиваний0

УДК 66.097:629.113.115
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА ПРОЦЕССА
ПРОИЗВОДСТВА АВТОМОБИЛЬНЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ
Батурина А.Ю., Рыбакова И.Н.
Научный руководитель канд. техн. наук

Тинькова С.М.
Сибирский федеральный университет

На дороги ежедневно выезжают миллионы автомобилей, и каждый из них - ис- точник загрязнения воздуха. Особенно это чувствуется в крупных городах, где выхлоп- ные газы автомобилей могут создавать большие проблемы.
По мере старения и износа деталей двигателя топливо начинает сгорать хуже и в выхлопных газах увеличивается концентрация вредных веществ. Но на помощь людям и экологии в 1975 году появи- лось новое устройство, называемое каталитическим преобразователем или просто ката- лизатором
(англ. catalytic converter) - это устройство в выхлопной системе, предназна- ченное для снижения выбросов вредных веществ. Основным требованием к успешной работе катализатора, является сте- хиометрическое соотношение топлива и кислорода.
Принцип работы автомобильного катализатора, основан на способности веществ-катализаторов к ускорению реакций, при этом эффективность работы достигается при нагреве свыше 300
(рисунок 1).
Рисунок 1 - Раскаленный катализатор в процессе работ
При работе автомобильного двигателя, наряду с относительно безвредными продуктами сгорания (N
2
, СО
2,
H
2
O) выделяются токсичные вещества:

окись углерода (СО) - ядовитый газ без цвета и запаха;

углеводороды (HC) также известные как летучие органические соединения - один из главных компонентов смога, образуется за счет неполного сгорания топли- ва;

оксиды азота (NO и NO
2
, которые часто объединяют под обозначением NO
x
) - также являются компонентом смога, кислотных дождей, оказывающие влияние на слизистую человека.
Современные катализаторы для удаления этих веществ, чаще всего являются трехкомпонентными, т.е. они оснащены тремя ка- талитическими преобразователями, по одному на каждое вещество, которое необходимо удалить.
Трехкомпонентный катализатор представ- ляет собой металлический корпус из нержавеющей стали, в котором находится "сотовая" конструкция или реже конструкция типа "керамические буси- ны"(рисунок 2).
Рисунок 2 -Трехкомпонентный катализатор
В каталитических преобразователях используются два вида катализаторов: вос- станавливающий - на основе платины и родия и окислительный - на основе платины и палладия.
Процессы, протекающие на поверхности этих катализаторов, можно описать ре- акциями:


CH+O
2
→ CO
2
+H
2
O;

NO+CO → N
2
+CO
2
;

CO+O
2
→ CO
2
;

NO+H
2
→ N
2
+H
2
O.
Вследствие этих реакций токсичные, вредные вещества CO, CH
x и NO
x восста- навливаются или окисляются в безвредную воду H
2
O, азот N
2
и углекислый газ CO
2
(рисунок3).
Рисунок 3- Принцип работы автомобильного катализатора
При этом сам катализатор, не участвует в реакции. Он только ускоряет протека- ние реакций.
По результатам проведенных испытаний и общему мнению водителей, эксплуа- тирующих автомобили, катализатор может быть полезен при эксплуатации как с точки зрения улучшения экологических показателей автомобилей, так и с точки зрения улуч- шения эксплуатационных динамических и экономических показателей двигателей
(табл.1).
Таблица 1- Показатели эффективности автомобильного катализатора
В работе катализатора в принципе все выглядит идеально. А вот сам процесс из- готовления довольно сложный. Процесс производства автомобильных катализаторов осуществляется в разных странах и практически не отличается по способу изготовле- ния смеси, видам сырья и оборудования. Процесс производства разделен на несколько основных этапов:
- приготовление базовых и финальных суспензий с МПГ(МПГ - металлы платиновой группы );
- точное нанесение суспензии с одной стороны на керамический субстрат;
- температурная обработка катализатора;
- далее проверка субстрата и второе нанесение с другой стороны;
- температурная обработка катализатора сушка, кальцинация и охлаждение.
В настоящее время, эти процессы осуществляются в многозонной печи. Печь со- стоит из зоны сушки и следующей за ней зоны кальцинации, которые в свою очередь также делятся на зоны. Технология изготовления предусматривает первичное нанесе- ние суспензии, затем сушку, при этом зона кальцинации не работает, она включается только после второго нанесения и законченной второй сушки.
Наименование показате- лей
ГАЗ г/н Н345ВН
ГАЗ г/н А522 ВУ
ВАЗг/н Х9215МО до установки после установки до установки после установки до установки после установки
СОхх
1,2%
0,6%
5,15%
2,5%
5,8%
0,7%
СНхх
950 820 180 140 380 140
СО
2 ,
2000 об/мин
-
-
2,9%
1,7%
-
-
СН , 2000об/мин
-
-
130 130
-
-
Дымность, 2000 об/мин
-
-
-
-
10 2,1
Повышение оборотов холостого хода
-
+10%
-
+10%
-
+15%
Улучшение динамических характеристик автомоби- ля
-
+10%
-
+10%
-
+15%
Снижение расхода топлива при движении
-
+10%
-
-
-
12-15%

Недостатком этого технологического процесса является то, что зона кальцина- ции работает в периодическом режиме и из-за аккумуляции тепла кладкой ведет к по- вышенным энергозатратам.
В своей работе мы рассматриваем возможность использования дополнительной сушильной печи с тем, чтобы первоначальную сушку проводить в этой печи, а вторая сушка будет проводиться в существующей печи. Для этого сделаны расчеты геометри- ческих размеров сушильной ленточной печи, с учетом необходимой производительно- сти: длина печи 10 м, высота 2,5 м, ширина 2 м. Определена мощность нагревательной печи 500 кВт, с учетом мощности одного двигателя 11 кВт - 380 В.Тип нагревателя: те- ны по 3кВт. С учетом типа нагревателей, время сушки будет варьироваться от 20 до 50 минут. Температура в печи постоянная, не более 95 0
С
Система обдува при сушке и охлаждении осуществляется вентиляторами. Также определена мощность вентилятора охладителя 5,5 кВт-380 В.Теплоизоляционный слой печи: пенные блоки , либо каучу- ковая стекловата, кожух - нержавеющая сталь. Система вентиляции будет приточная и вытяжная (рисунок 4).



1- загрузка-выгрузка катализаторов; 2- конвейер; 3- нагреватель;4- двигатель;
5- вентилятор;6- зона охлаждения.
Рисунок 4 - Проектируемая сушильная печь
Аналогичные расчеты сделаны для совмещенной печи кальцинации, которая в данном случае будет работать непрерывно. Длина печи 20 м, ширина 2,5 м, глубина
3,5м. Также определена мощность печи 1500 кВт. Тип нагревателя, является аналогич- ным - тены по3 кВт. Длительность процесса кальцинации 40-45 м, температура 450 -
500 0
С. Обдув продукции при кальцинации и охлаждении, также осуществляется вен- тиляторами. Для перераспределения теплового воздуха имеется теплообменник. Мате- риал самой печи нержавеющая сталь.
Для согласованной работы всего технологического процесса, была выбрана сис- тема автоматизированного управления SKADA. Система позволит осуществить кон- троль и регулирование ритмичной загрузки и выгрузки сушильной и комбинированной печи. Регулировать температуру в этих тепловых устройствах, а также скорость и рас- ход сушильного агента. Подготовить и генерировать отчет о ходе технологического процесса. Также, возможно логическое управление обработки информации в реальном времени и контроль работы газоочистных сооружений, управление аварийной сигнали- зацией и тревожными сообщениями. Отображаться вся информация, будет на экранах мониторов в удобной и понятной для человека форме.
Таким образом, использование автоматизированной независимой проходной сушильной печи и печи кальцинации позволит увеличить выпуск катализаторов, обес- печить бесперебойную работу печи кальцинации и снизить энергозатраты. Такая схема разделения, может использоваться на аналогичных производствах, где применяется многократная сушка.
4 5
1 2
3 1
6

Каталог: sites -> mn2013 -> thesis
sites -> Ларцева А. 1 Перевод имен собственных на примере книги ховарда рейнголда
sites -> Памятка для родителей подростков и старших школьников
sites -> Занятие №18 Здравствуйте, участники программ личностного развития для детей!
sites -> Программа кружка «Юный журналист»
sites -> Шелакина А. А. Студентка 2 курса атп 921 ппк сгту имени Гагарина Ю. А
sites -> Культурного и природного наследия имени д. С. Лихачева
sites -> Безопасность детей в образовательных учреждениях России
thesis -> Разработка компьютерных тренажеров-симуляторов
thesis -> Рис. 1 Неклассические логические элементы и квантовые компьютеры


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал