لقد تعلم العلماء الروس حساب نقاط بداية ونهاية غليان المنتجات البترولية بدقة 3 درجات مئوية

هل تعلم أنه من برميل واحد من النفط – حوالي 159 لترًا – لا يمكنك إنتاج البنزين فحسب، بل أيضًا الكيروسين للطائرات ووقود الديزل للشاحنات والبلاستيك والبارافين والأسفلت وحتى أحمر الشفاه؟ النفط هو منشئ طبيعي حقيقي ذو ثروة هائلة مخبأة في داخله. ولكن من أجل الوصول إلى كل منتج مرغوب، يجب تفكيك هذا الخليط المعقد إلى أجزاء – لفصل الضوء عن الثقيل. وللقيام بذلك، قم بتسخينه. كل مكون بترولي له نقطة غليان خاصة به. الأخف منها يتحول إلى غاز عند درجة حرارة 30-180 درجة مئوية – ويتم الحصول على البنزين منها. تلك الأثقل تغلي عند درجة حرارة 150-250 درجة مئوية – وهذا هو الكيروسين. وعند درجة حرارة 200-350 درجة مئوية، تبدأ المواد التي يصنع منها وقود الديزل بالتبخر. في المصانع، يتم تسخين الزيت في أعمدة عملاقة بارتفاع مبنى مكون من 20 طابقًا: ترتفع الأبخرة الخفيفة إلى الأعلى، وتبقى الأبخرة الثقيلة في الأسفل. ويبدو أن العملية تسير من تلقاء نفسها، لكن في الواقع يمكن أن تختلط الفصائل. لتجنب ذلك، عليك أن تعرف بالضبط عند درجة الحرارة التي ينتهي بها تبخر بعض المكونات ويبدأ تبخر المكونات الأخرى. لا تزال هذه المعلمات محددة بطريقة تم تطويرها في القرن التاسع عشر. جوهر الطريقة هو أن المنتج البترولي يتم تسخينه في دورق مختبر، ويتم تسجيل درجة الحرارة التي يغلي فيها حجم معين من السائل – على سبيل المثال، 10٪، 50٪، 90٪. لكن هذا النهج له حدود أساسية. يكاد يكون من المستحيل قياس نقطة الغليان الأولية بدقة: تظهر الفقاعات الأولى غير مستقرة، وغالبًا ما ترتكب الأدوات أخطاء. وفي كثير من الحالات، لا يمكن تحديد نقطة الغليان النهائية بشكل مباشر على الإطلاق: تتبخر الأجزاء الخفيفة، مثل البنزين، بسرعة كبيرة حتى قبل بدء القياس، والأجزاء الثقيلة – الديزل وزيت الوقود – تبدأ في فحم الكوك عند ارتفاع درجة حرارتها، دون أن يكون لديها وقت لتتحول إلى بخار تمامًا. ونتيجة لذلك، فإن أهم المؤشرات التي تحدد الحدود بين البنزين والكيروسين والديزل، يتبين أنها إما غير دقيقة أو غير معروفة. والبيانات الواردة في منتصف عملية التسريع فقط هي التي تظل موثوقة. ومع ذلك، إذا لم تكن الحدود بين الأجزاء معروفة بدقة، فإن المكونات الثقيلة تنتهي حتمًا في البنزين، وتفقد المكونات الخفيفة في الديزل أو تتحول إلى زيت الوقود. بالنسبة للمصنع، يعد هذا خسارة للمواد الخام القيمة: مئات الآلاف من الأطنان سنويًا. لكن سائقي السيارات يعانون أيضًا من هذا: إذا دخلت المكونات الثقيلة في البنزين، فإن الوقود يتبخر بشكل أسوأ – في الشتاء لا يبدأ المحرك، وفي الصيف لا تحترق هذه الشوائب تمامًا، مما يترك رواسب الكربون ويزيد الاستهلاك. لحل هذه المشكلة، قام علماء من جامعة بيرم بوليتكنيك، بالتعاون مع متخصصين من شركة Industrial Cybernetics LLC، بتطوير طريقة رياضية جديدة تسمح بحساب نقاط غليان البداية والنهاية للمنتجات البترولية بدقة 3 درجات مئوية. يتيح ذلك للمهندسين تكوين العملية التكنولوجية بشكل صحيح والحصول على وقود بجودة أكثر استقرارًا. تم نشر المقال في مجلة “نشرة PNIPU. التكنولوجيا الكيميائية والتكنولوجيا الحيوية “. — في المصنع، يعرفون دائمًا بالضبط، على سبيل المثال، عند درجة حرارة 10% و50% و90% من الوقود الذي يغلي. هذه نقاط موثوقة. قال سيرجي كوبيليف، طالب ماجستير في قسم أتمتة العمليات التكنولوجية في PNIPU، وهو متخصص في شركة Industrial Cybernetics LLC: “لقد طورنا صيغة رياضية تستخدمها لحساب درجة حرارة بداية ونهاية الغليان”. من خلال تطبيق الطريقة الجديدة على عينات حقيقية من الكيروسين والديزل، تمكن العلماء لأول مرة من حساب درجة الحرارة التي تبدأ فيها الأبخرة الأولى فعليًا في الظهور: بالنسبة للكيروسين تبلغ 144.1 درجة مئوية، الديزل هو 202.3 درجة مئوية، كما قاموا بحساب نقطة الغليان النهائية – عندما يغلي الوقود تمامًا، على سبيل المثال، بالنسبة للبنزين، لا يمكن الوصول إلى نهاية التبخر بسبب التحول السريع جدًا إلى البخار، وبالنسبة للديزل – بسبب خطر فحم الكوك عند ارتفاع درجة حرارته، والآن، بفضل الحسابات الرياضية، أصبحت هذه البيانات متاحة. وأضافت آسيا كوبيليفا، الأستاذة المشاركة في قسم التقنيات الكيميائية في PNRPU، والمرشحة للعلوم التقنية: “هذه العملية جعلت من الممكن تحديد مقدار “امتزاج” الكيروسين والديزل مع بعضهما البعض أثناء عملية التقطير. وكلما زاد تقاطعهما، كلما زادت الشوائب من جزء إلى آخر. وهذا يعني أن العمود يعمل بشكل غير فعال، وتنخفض جودة الوقود”. بفضل هذه الصيغ، يمكن للمهندسين حساب نقاط الغليان في البداية والنهاية بشكل مستقل، وذلك باستخدام البيانات الموثوقة فقط من منتصف العملية، والتي تكون معروفة دائمًا بدقة في المصنع. وتظهر المنحنيات التفاضلية المبنية بوضوح مدى نظافة العمود في فصل أنواع الوقود المختلفة. إجراء التجربة / © الخدمة الصحفية لـ PNRPU إذا حددت الأدوات التقليدية هذه المعلمات بخطأ يمكن أن يصل إلى 10-15 درجة مئوية أو أكثر، فإن النهج الجديد يسمح بحسابها بدقة 3 درجات مئوية. وهذا فرق كبير بالنسبة للعملية التكنولوجية: خطأ قدره 10 درجات مئوية عند حدود الكسر يمكن أن يعني أن آلاف الأطنان من البنزين أو الكيروسين أو الديزل تدخل إلى المنتج الخطأ كل عام. الطريقة الجديدة تقلل من هذه الخسائر إلى الحد الأدنى. وبالتالي، فإن التطور الذي توصل إليه العلماء يجعل من الممكن إجراء عمليات تكرير النفط بسرعة ودقة وبأقل قدر ممكن من مخاطر حدوث خلل. وهذا يعني أنه في مصافي النفط، سيكون المتخصصون قادرين على تحديد وضع التسخين للأعمدة، وتجنب فقدان المواد الخام القيمة عندما تدخل الأجزاء الخفيفة عن طريق الخطأ إلى زيت الوقود. بالنسبة للمستهلكين العاديين، فهذا يعني جودة وقود أكثر استقرارا في محطات الوقود: لن يحتوي البنزين على مكونات ثقيلة زائدة تضعف تشغيل المحرك، وسيحتفظ وقود الديزل بخصائص التشحيم اللازمة. على المدى الطويل، يمكن استخدام الطريقة المقترحة ليس فقط في تكرير النفط، ولكن أيضًا في الصناعات الأخرى التي تتطلب تحديد قوانين التوزيع، بدءًا من التكنولوجيا الكيميائية وحتى الأدوية.