Рассмотрен подход к автоматизации технологического процесса получения бентонит-содержащих ионообменных биполярных мембран. Приведены структуры автоматизированных систем, как с использованием локальных средств автоматизации, так и с применением промышленных контроллеров и рабочих станций. Описаны достоинства и недостатки каждой из структур. Предложена двухуровневая система управления с использованием датчиков, исполнительных механизмов и промышленного контроллера на нижем уровне и рабочей станции на верхнем. Реализована схема комплекса технических средств. Разработана информационная модель программного обеспечения верхнего уровня системы управления, учитывающая особенности технологического процесса. Описана диаграмма потоков данных и предложены принципы функционирования программного обеспечения верхнего уровня. На языке С++ разработан программный модуль, предназначенный как для расчета управляющих воздействий для нижнего уровня управления, так и для моделирования периодического лабораторного биполярного электродиализа раствора сульфата натрия с экспериментальными бентонит-содержащими биполярными мембранами для получения кислоты и щелочи. В ходе работы программного модуля возможно проследить зависимость технологических параметров электродиализа (потока ионов, выхода по току, энергетических затрат на производство целевого продукта) от вида используемого модификатора бентонита (алкилдиметилбензиламмония хлорида (ПАВ) и стеариновой кислоты) и его количества в мембранах (1, 2, 3% по мас.) при различной плотности тока. Программный модуль может быть использован в действующих производствах в рамках функционирующих АСУТП с целю оптимизации режимных параметров при управлении процессами электродиализа.

1. Al-Dhubhani E., Pärnamäe R., Post J.W. et. al. Performance of five commercial bipolar membranes under forward and reverse bias conditions for acid-base flow battery applications // J. Memb. Sci. 2021. V. 640. P. 1–12. doi: 10.1016/j.memsci.2021.119748

2. Нифталиев С.И., Козадерова О.А., Ким К.Б. Применение биполярного электродиализа с модифицированными мембранами при очистке хромсодержащих сточных вод гальванического производства // Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. № 10. С. 4–9. doi: 10.18412/1816–0395–2021–10–4–9

3. Козадерова О.А., Нифталиев С.И., Ким К.Б. Применение биполярных мембран МБ2, модифицированных гидроксидом хрома (III), для конверсии сульфата натрия // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2019. Т. 62. № 3. С. 30–36. doi: 10.6060/ivkkt201962fp.5811

4. Kozaderova O.A. Electrochemical characterization of an MB2 bipolar membrane modified by nanosized chromium (III) hydroxide // Nanotechnologies in Russia. 2018. V. 13. № 9–10. P. 508–515. doi: 10.1134/S1995078018050075

5. Kozaderova O.A., Kim K.B., Belousov P.E. et. al. Electrodialysis of a sodium sulphate solution with experimental bentonite-modified bipolar membranes // Condensed Matter and Interphases. 2021. V. 23. №. 4. P. 518–528. doi: 10.17308/kcmf.2021.23/3670

6. Нифталиев С.И., Козадерова О.А., Ким К.Б. и др. Получение бентонит-модифицированных биполярных ионообменных мембран и изучение их электрохимических характеристик // Вестник ВГУИТ. 2021. Т. 83. № 3. С. 216–225. doi: 10.20914/2310–1202–2021–3–216–225

7. Нифталиев С.И., Козадерова О.А., Ким К.Б. и др. Влияние гидрофобизатора на свойства экспериментальных бентонит-содержащих биполярных мембран // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. № 10. С. 120–127. doi: 10.6060/ivkkt.20226510.6686

8. Дворецкий Д.С., Дворецкий С.И., Островский Г.М. Интегрированное проектирование энерго-и ресурсосберегающих химико-технологических процессов в системе управления: стратегия, методы и применение // Теоретические основы химической технологии. 2008. Т. 42. № 1. С. 29–30.

9. Егошина О.В., Большакова Н.А. Разработка системы контроля и управления водным режимом с учетом влияния нарушений химико-технологических процессов // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии (Бенардосовские чтения): материалы международной научно-технической конференции. Иваново, 2019. С. 139–141.

10. Alekseev M.V., Kudryashov V.S., Gavrilov A.N. et al. Development and research of a digital control system for juice consumption after the diffusion apparatus in sugar production // International Conference on Production and Processing of Agricultural Raw Materials (P2ARM 2021). 2022. V. 1052. P. 1–7. doi: 10.1088/1755–1315/1052/1/012140

11. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н. и др. Геоинформатика. М.: МАКС Пресс, 2001.349 с.

12. Харазов В.Г. Интегрированные системы управления технологическими процессами. СПб.: Профессия, 2009. 592 с.

13. Кудряшов В.С., Иванов А.В., Алексеев М.В. и др. Поиск оптимальной тарелки питания колонны ректификации в производстве этилбензола при вариации расхода и состава питания // Автоматизация в промышленности. 2022. № 3. С. 32–37. https://doi.org/ 10.25728/avtprom.2022.03.05

14. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: Финансы и статистика, 1998. 288 с.

15. ГОСТ Р ИСО 10303–43–2002. Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными. Ч. 43. Интегрированные обобщенные ресурсы. Представление структур. М.: Госстандарт России, 2003. 12 с.

16. ГОСТ Р 50.1.031–2001. Рекомендации по стандартизации. Информационные технологии поддержки жизненного цикла продукции. Терминологический словарь. Ч. 1: стадии жизненного цикла продукции. М.: Изд-во стандартов, 2004. 18 с.

17. Свойства мембран. URL: http://www.ralex.eu/Membrany/Uvod.aspx

18. Нифталиев С.И., Козадерова О.А., Ким К.Б., Иванов А.В. и др. Программный модуль для расчета технологических параметров конверсии сульфата натрия с экспериментальными бентонит-модифицированными биполярными мембранами. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022664621. 2022.

19. Pärnamäe R., Mareev S., Nikonenko V., Melnikov S. et al. Bipolar membranes: A review on principles, latest developments, and applications // Journal of Membrane Science. 2021. V. 617. P. 118538. doi: 10.1016/j.memsci.2020.118538

20. Oener S.Z., Foster M.J., Boettcher S.W. Accelerating water dissociation in bipolar membranes and for electrocatalysis // Science. 2020. V. 369. №. 6507. P. 1099-1103. doi: 10.1126/science.aaz1487