Коллектив научных сотрудников Южно-Уральского государственного университета занялся проектом по разработке устройства, не допускающего выброс вредных газов из промышленной печи. Он направлен на предотвращение и ликвидацию загрязнения окружающей среды и относится к одному из стратегических направлений университета в рамках программы «Приоритет 2030» – «Экосреда постиндустриальной агломерации».

Ранее результаты предварительных исследований по этой теме опубликованы в отраслевых изданиях и изданиях вузов.

Многие химические процессы на предприятиях нефтяной, металлургической, химической отраслей протекают в реакторах (печах), побочными продуктами работы которых являются агрессивные газы. Сегодня для предупреждения попадания газов в атмосферу используются механические запорные устройства — клапаны с большим количеством подвижных деталей. На момент порционной загрузки сырья в реактор клапаны находятся в открытом положении, что приводит к разгерметизации печи и выхлопу вредных газов. К тому же, под действием агрессивной среды клапаны подвержены износу.

В качестве альтернативы механическому устройству ученые ЮУрГУ предлагают установку пневматического запорного устройства, исключающего присутствие подвижных элементов. Абсолютное предотвращение выхлопа агрессивных газов в таких устройствах осуществляется противотоком воздуха извне под давлением, равным или превышающим давление в реакторе. Потоки воздуха или смеси воздуха и сырья попадают в реактор и, создавая перепад давления с помощью вихревого и/или эжекционного эффектов, обеспечивают задержание агрессивных газов внутри печи.

«Применение газодинамических запорных устройств обеспечивает непрерывное поступление сырья в реактор, и как следствие, повышает эффективность его работы. Отсутствие подвижных частей запорного устройства, исключает возможность их износа, что позволяет избежать вынужденного вывода реактора из эксплуатации», — поясняет автор исследования доктор технических наук, профессор кафедры «Гидравлика и гидропневмосистемы» ЮУрГУ Евгений Спиридонов.

Созданная в суперкомпьютерном центре ЮУрГУ физико-математическая модель запорного устройства, с применением методов численного моделирования, позволила определить область достижимых режимов работы и эксплуатационные характеристики устройства. Апробация действия работы устройства была проведена на газодинамическом стенде.

Разработка пневматического запорного устройства представляет интерес для предприятий Челябинска и Челябинской области: металлургических, электрометаллургических и цинковых производств, горнообогатительных комбинатов. Предположительно опытно-конструкторская работа будет осуществляться с комплексом предприятий металлургической и химической промышленности города Череповец. К концу 2023 года планируется, что финансирование проекта составит 1,4 миллионов рублей, которые проект получит от Российского научного фонда.

«Участие в конкурсах грантовой поддержки – это система стимулирования профессионального роста молодых ученых. Благодаря грантам открывается их потенциал, так подпитывается и наука, и молодежь. И конечно, материальная поддержка новых идей делает возможным разрешение востребованных задач в обществе», — рассказал о преимуществах грантовых конкурсов Евгений Спиридонов.

По результатам проекта и в ходе его реализации предполагается публикация не менее шести статей в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях, четыре из которых в изданиях, индексируемых в базах данных Web of Science и Scopus.