Вербальне моделювання мікропроцесів неперервної адсорбційної регенерації олив та мастил

Анотація

Використання олив та мастил у різних галузях діяльності людей призводить до їх забруднення небезпечними речовинами. Відновлення властивостей виконують за різними технологіями, зокрема, шляхом неперервного адсорбційного очищення. Для автоматичного керування багатокомпонентним очищенням треба знати механізми взаємодії речовин в адсорбері. Математична модель, адекватна дійсному перебігу адсорбції, дозволить забезпечити високу ефективність керування завдяки виконанню вимог до якості матеріалів та зменшенню викидів виробництва у довкілля.

Важливо створити математичну модель процесів в адсорбері, яка б давала адекватне відображення поведінки речовин у ньому при зміні властивостей сировини та адсорбенту, що неперервно надходять у цей апарат. Основні сучасні методи моделювання використовують узагальнені властивості вхідних матеріальних потоків і базуються на апроксимації емпіричних даних про перебіг адсорбції. Нами було вибрано метод опису поведінки речовин в адсорбері, який полягає у визначенні таких рушійних сил, які мають місце між молекулами забруднених олив або мастил (ОМ) з одного боку та адсорбенту з іншого. Існуючі дослідження щодо властивостей забруднених матеріалів як наносистем дають на це підстави.

Запропоновано розглядати адсорбент та забруднені ОМ, що надходять в адсорбер, як окремі об’єкти з рисами наносистем. Середовище в адсорбері досліджено як сукупність цих систем та нової – «адсорбент – забруднені ОМ», – властивості якої формуються не адитивно, а динамічно в результаті дій міжмолекулярних сил.

Визначено властивості кожної з наносистем та сили, які запропоновано розглядати як рушійні в цих системах. Очищення забрудненої ОМ виконують на полярних адсорбентах. Важливим в адсорбенті є розміри вхідних вікон, будова гранул (елементарних комірок) та елементарний склад, який впливає на його полярність, а в адсорбтиві – розміри молекул та їх компонентний склад. Найбільш впливовими силами, які діють під часу процесу, є електростатичні – орієнтаційні та індукційні.

Показано, за якими сценаріями може відбуватися заповнення гранул адсорбенту за наявності декількох забруднювачів. Визначено, що спочатку має місце адсорбція молекул смол, потім сірки й ароматичних вуглеводнів. Парафіни, які є основою мастильних матеріалів, не поглинаються гранулою адсорбенту через властивість вибірковості адсорбції, яку характеризують сили притягання між молекулою та поверхнею адсорбенту. Ступінь поглинання таких компонентів буде низьким порівняно із забруднювачами через вплив теплоти адсорбції, яка у випадку парафінів є найменшою.

Багатокомпонентну адсорбцію автори пропонують розглядати як явище, що передбачає наявність незліченої кількості випадкових мікропроцесів. Така вербальна модель дозволила визначити методи математичного моделювання, які доцільно використати при створенні моделі для системи керування.

Розроблена модель дає уяву про взаємозв’язки між частинками адсорбенту та забрудненої ОМ на молекулярному рівні й дозволяє розглядати багатокомпонентне адсорбційне очищення олив та мастил як випадкові процеси. Показано, що створення систем керування зазначеним процесом вимагатиме такого математичного забезпечення, яке повинно використовувати методи теорії ймовірностей, адаптації та штучного інтелекту.