Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Хімія, хімічна технологія та екологія

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/79792

У збірнику публікуються статті, які створені за результатами нових наукових та практичних розробок у сфері хімії, хімічної технології, екології та ресурсозбереження.

Рік заснування: 1961. Періодичність: 2 рази на рік. ISSN 2079-0821(Print), ISSN 2708-5252 (Online)

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 25

Особливості отримання бензинової фракції термічним піролізом поліолефінової сировини
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Шевченко, Кирило Володимирович; Григоров, Андрій Борисович
В статті розглянуто особливості проведення процесу термічного піролізу вторинної полімерної сировини, спрямованого на отримання бензинової фракції – бази для отримання сумішевого або синтетичного автомобільного бензину. Спираючись на світовий досвід переробки полімерів, для дослідження було обрано поліолефіни, представлені поліетиленом високої густини (HDLP) та поліпропілен (РР). Термічний піроліз проводили при атмосферному тиску (0,10-0,12 МПа) на лабораторній установці реакторного типу з подальшим видаленням бензинової фракції (30-210 °С) із рідких продуктів піролізу за методом ASTM D 86. Встановлено, що температурний інтервал, в якому необхідно проводити піроліз поліолефінової сировини, складає для HDLP – 400-430°С (максимальний вихід бензинової фракції при 420°С); для РР - 350-370 °С (максимальний вихід бензинової фракції при 365 °С). Керуючи тривалість термічного піролізу можна збільшити вихід бензинової фракції у середньому на 15-17 %, що необхідно враховувати при промисловому впровадженні та подальшій експлуатації установок піролізу полімерної сировини. Збільшення температури кінця кипіння бензинової фракції з 150 °С до 210 °С дозволяє збільшити її вихід на 9 % (для HDLP) і на 12 % (для РР). Але відповідно спостерігається і збільшення вмісту у ній олефінів (на 13-14 %), що є позитивним моментом з точки зору стійкості до детонації бензинової фракції і негативним – з огляду на низьку її хімічну стабільність. Проведені дослідження показали, що вторинну поліолефінову сировину необхідно розглядати як альтернативну до класичної сировини (нафти та газового конденсату), а процес піролізу як основний технологічний процес отримання бензинової фракції – бази для отримання товарного автомобільного бензину. Перспективними місцями реалізації даної технології є як виробничі майданчики нафтопереробних заводів, так і майданчики, розташовані у безпосередньої близькості до місць накопичення сировини – портів, міських сміттєзвалищ, спеціальних полігонів.
Дослідження впливу в'язкості фрит на плавкісні характеристики глазурей для керамічної плитки одноразового випалу
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Саввова, Оксана Вікторівна; Покроєва, Яна Олександрівна
Проаналізована необхідність розширення асортименту керамічної плитки та керамограніту шляхом модифікації структури та текстури склопокриттів зі пеціальними властивостями за технологією одноразового випалу з урахуванням аспектів ресурсо та енергозбереження та екологічності оздоблювальних матеріалів широкого вжитку. Визначено необхідність створення нових видів керамічної плитки та керамограніту на вітчизняному виробництві з урахуванням потреб паливнонергетичного комплексу та вітчизняної сировинної бази в умовах надзвичайних ситуацій. Сформульовано мету та завдання роботи, які визначають необхідність дослідження плавкісних характеристик глазурей та їх в’язкості для керамічної плитки одноразового випалу. Проаналізовано особливості складів фрит та встановлено вимоги до властивостей поверхні для забезпечення бездефектного глазурного покриття для одностадійного випалу керамічної плитки. Розроблено висококальцієві цинкалюмосилікатні фрити з коротким інтервалом формування склокристалічного покриття при одинарному випалі з різною текстурою на ПрАТ «ХПЗ». Проаналізовано зміну особливості зміни в’язкості та плавкості фрит при формуванні склокристалічних покриттів в залежності від хімічного складу та фазових перетворень при термічній обробці. Визначено, що забезпечення кристалізаційної в’язкості η = 10⁸˒¹⁻⁸˒⁵ Па·с в області температур зародкоутворення 1050–1150 °С для дослідних фрит свідчить про інтенсивне формування та ріст кристалічних фаз, що є визначальним для забезпечення їх плавкості у області температур 1100–1200 °С. Встановлено, що швидке наростання в'язкості фрит визначає стрімку зміну характеристичних кривих плавкості у вузькому інтервалі температур при забезпеченні послідовних стадій розм’якшення, формування сфери, напівсфери та плавлення, що є показником можливості застосування розроблених фрит за технологією одинарного випалу. Застосування розроблених фрит за технологією одинарного випалу дозволить суттєво підвищити конкурентоздатність вітчизняної керамічної плитки та сприяти стабілізації ринку в умовах сталого розвитку держави.
До питання про співіснування нікелової і кобальтової шпинелі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Христич, Олена Валеріївна; Корогодська, Алла Миколаївна; Шабанова, Галина Миколаївна; Логвінков, Сергій Михайлович
Для розробки композиційних матеріалів на основі глиноземистих та високоглиноземистих цементів за ресурсоощадною технологію при заміні вихідних сировинних матеріалів на некондиційну сировину та відходи хімічних виробництв, виникає необхідність фізико-хімічного обґрунтування співіснування новоутворюваних фаз у складі в’яжучого матеріалу, це зумовило необхідність дослідження субсолідусної будови системи. У роботі наведено результати розрахунків, що характеризують елементи субсолідусної будови системи СоО - NiO - Al₂О₃. За результатами досліджень встановлено переважність преребігу твердофазних реакцій обміну та визначено будову системи СоО - NiO - Al₂О₃ у субсолідусній області. Встановлено, що субсолідусна будова системи проста і складається з трьох елементарних трикутників. Аналіз площі елементарних трикутників і невисокий ступінь асиметрії вказують на відсутність істотних ризиків відхилення від заданого фазового складу синтезованих матеріалів через підготовчі технологічні стадії, а під час синтезу матеріалів не потрібні спеціальні заходи щодо точності дозування вихідних інгредієнтів. За результатами розрахунків визначено найбільш термодинамічно стабільну сполуку в досліджуваній системі (алюмокобальтову шпінель), а також визначено максимальну ймовірність її існування. Алюмонікелева шпінель має меншу ймовірність існування, тому що не співіснує з СоО і не представлена в елементарному трикутнику з максимальною площею. Алюмонікелева шпінель має меншу ймовірність існування, а найменш вірогідною є ідентифікація Al₂O₃ у складі гетерофазних комбінацій. За результатами досліджень проаналізовано геометро-топологічні та статистичні характеристики субсолідусної будови системи, які мають значення для точності прогнозування комбінацій фаз при синтезі нових гетерогенних композиційних матеріалів.
Дослідження температурного коефіцієнту лінійного розширення біосумісних склокристалічних матеріалів на основі системи Li₂O-СaO-ZrO₂-TiO₂-MgO-ZnO-Al₂O₃-B₂O₃-P₂O₅-SiO₂
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Бабіч, Олена Вікторівна; Саввова, Оксана Вікторівна; Фесенко, Олексій Ігорович; Гопко, Андрій Олексійович
Встановлена перспективність застосування біосумісних скаффолдів із архітектонікою кісткової тканини для заміщення значних ділянок кісткової тканини. Встановлена необхідність створення зміцнених пористих біоактивних склокристалічних матеріалів, які експлуатуються в умовах змінних навантажень та характеризуються високими остеокондуктивними та остеоіндуктивними властивостями. Визначено основні критерії формування зміцненої ієрархічної пористої структури біоактивних склокристалічних матеріалів в умовах термічної обробки. Обґрунтовано вибір системи Li₂O-СaO-ZrO₂-TiO₂-MgO-ZnO-Al₂O₃-B₂O₃-P₂O₅-SiO₂, в межах якої обрані склади стекол серії ОС з вмістом основних компонентів та модифікуючих добавок, у мас. %: CaF₂ 0,5-2,5; CeO₂ 0,01-0,05; SrO 0,01-0,05; Nb₂O₃ 0,01-0,1; SrO 0,01-0,1 та зі співвідношенням Са:P = 1,67 та SiO₂:Li₂O = 4,0 та розроблено склокристалічні матеріали, які характеризуються вмістом кристалічних фаз гідроксиапатиту та дисилікату літію для формування біоактивної зміцненої структури. Проаналізовано вплив хімічного та фазового складу модельних стекол на кристалізаційну здатність та термічні властивості склокристалічних матеріалів на їх основі. Визначено, що показник ТКЛР для дослідних скломатеріалів в температурному інтервалі 25-600°С складає 78-130,2·10⁻⁷°С⁻¹ і визнається видом та вмістом кристалічних фаз та складом склофази. Встановлено, що формування ситалізованої взаємозв’язаної структури з наявністю 50 об. % гідроксиапатиту та 10 об. % літію дисилікату з ТКЛР близько 100·10⁻⁷°С⁻¹, визначає можливість одержання якісних міцних та бездефектних пористимих біосумісних матеріалів та покриттів по сплавівам титану на основі кальційсилікофосфатних склокристалічних матеріалів для створення єдиної конструкції ендопротезу. Створення зміцнених наноструктурованих склокристалічних матеріалів з ієрархічною пористою структурою, здатністю до витримки термічного навантаження та формування міцного сполучення зі сплавами з титану дозволить вирішити нагальні проблеми заміщення значних ділянок кісткової тканини.
Методика та особливості досліджень фільтраційних властивостей ущільнених глибокозалягаючих гірських порід
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Зімін, Олег Леонідович; Зезекало, Іван Гаврилович
У результаті вичерпання традиційних запасів вуглеводнів постає необхідність розвідки покладів на великих глибинах та при складних геологічних умовах. Це передбачає удосконалення технологій вивчення гірських порід і флюїдів за допомогою систем комп’ютерного моделювання та лабораторного обладнання. Моделювання у лабораторних умовах процесів які відбуваються у гірських породах при бурінні, розробці, інтенсифікації чи різноманітних хімічних впливах відіграють значну роль при сучасному видобуванні вуглеводнів, оскільки дозволяє зменшити кількість помилок на стадії проектування розробки родовищ чи методів впливу на продуктивні пласти. В світі існує низка відомих виробників лабораторного обладнання, що моделюють фільтраційні процеси в гірських породах, проте будь яка система має як свої переваги так і недоліки. Для реалізації задач із вивчення фільтраційних процесів у гірських породах, технологій розробки ущільнених та традиційних колекторів, методів інтенсифікації та фізико-хімічного впливу при видобуванні вуглеводнів розроблено фільтраційне обладнання, яке дозволяє проводити стандартні та спеціальні дослідження кернового матеріалу гірських порід. Перша установка низького тиску дозволяє проводити швидкі та точні виміри пористості та проникності при тисках до 10 МПа та температурах до 120℃. Крім фільтраційних процесів обладнання дозволяє проводити оціночні дослідження впливу різноманітних хімічних розчинів, бурових та інших технологічних рідин на природні та штучні керни у наукових та промислових дослідженнях. Для досліджень гірських порід та флюїдів у пластових умовах розроблено фільтраційну систему, що дозволяє проводити всі вищевказані дослідження при тисках до 100 МПа та температурах до 200℃. Особливістю розробленого обладнання є висока точність вимірювань, автоматизація процесів моніторингу, корозійностійке виконання основних вузлів та агрегатів, що дозволяє проводити дослідження у будь якому агресивному середовищі. Лабораторні дослідження дозволяють уникати помилок при проектуванні розробки нових площ, зменшити аварійність буріння та підбирати ефективні технології впливу на гірські породи.
Особливості фазових діаграм двочастотного маятника в Ян-Теллерівському потенціалі та теплоємність води
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Малафаєв, Микола Тимофійович; Гапонова, Олена Олександрівна; Рябова, Ірина Борисівна
Проведено моделювання обертальних коливань молекули води із допомогою моделі двочастотного маятника у простому Ян-Теллерівському потенціалі (ЯТП), що має мінімум потенціалу при певному куті відхилення маятника від осі (куту вигину міжмолекулярного водневого зв'язку молекули води). Встановлено, що за малих початкових швидкостей в даном потенціалі спостерігається новий тип коливань – поперечні коливання маятника у круговому жолобі ЯТП, при середніх швидкостях – двочастотні незалежні коливання (НК) по двох осях і за великих – еліпсоподібні коливання (ЕПК) на однієї частоті. У роботі розглянуті фазові діаграми (ФД) та змішані ФД (ЗФД) за двома координатами для цих двовимірних коливань. Показано значну відмінність даних діаграм у ЯТП від стандартних ФД. Виявлено появу додаткових еліпсів, петель та хвиль на ФД внаслідок появи поперечних коливань у жолобі ЯТП. Для отримання еліпсів на фазових діаграмах від усіх поперечних коливань маятника запропоновано для аналізу коливань побудову ФД від радіусу (ФДР). Показано, що еліпси на ФДР для поперечних коливань маятника добре спостерігаються за малих початкових швидкостей, а для середніх і великих швидкостей поперечні коливання не виділяються незалежно з загальної швидкості. Наявність стійких поперечних коливань у жолобі ЯТП для обертальних коливань атомів водню молекул води навколо осей міжмолекулярних зв'язків можна розглядати як нові ступені свободи для її нових колективізованих поперечних коливань у цьому потенціалі. Їх існування може вести до пояснення наявності вкладу цих нових мод коливань у величину аномально великої теплоємності води в рідкій фазі. Однак, для наявності таких нових ступенів свободи для поперечних коливань молекул води необхідно, щоб їх коливання завжди проходили в області «малих» швидкостей – у жолобі ЯТП. Для цього необхідно збільшення цієї області коливань, щоб величина максимуму потенціалу на міжмолекулярної осі зв'язку була велика. Це має забезпечити наявність поперечних обертальних коливань у жолобі ЯТП для молекул води у рідкій фазі для всієї області її температур існування.
Вплив природних факторів підтримування пластового тиску на пізній стадії розробки газоконденсатних родовищ
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Фик, Ілля Михайлович; Римчук, Данило Васильович
Об’єктом дослідження є природні фактори, які можуть впливати як на підтримування пластового тиску в процесі розробки газоконденсатних родовищ, а також на відновлення запасів виснажених покладів. До таких факторів слід віднести: обводнення покладів, просідання поверхні, пружність породи, води і газу, початкові градієнти пластового тиску в покладах, капілярні сили. При вивченні відновлення запасів на виснажених газоконденсатних родовищах, найперше треба врахувати вплив вищенаведених факторів на підтримування пластового тиску, щоб виявити саме об’єми газу, які перетікають з глибоких горизонтів (сторонні джерела). В роботі показана динаміка обсягів обводнення та середні пластові тиски по рокам. Акцентовано, що обводнення суттєво не впливає на підтримування пластового тиску. Наведено кореляційні залежності об’ємів обводнення в часі, та залежність об’ємів обводнення від пластового тиску. Запропонована оригінальна система розрахунку об’єму водонапірної системи з метою прогнозу подальшого обводнення покладів. Враховано впливи всіх наведених вище факторів на процес підтримування пластового тиску. Показано, що для Шебелинського ГКР всі ці фактори суттєво не впливають на відновлення запасів. Вивчено вплив капілярних сил та випаровування води в покладах на процеси розробки з точкизору підтримування пластового тиску на пізній стадії експлуатації ГКР.
Peculiarities of ecologically oriented recreational complexes of Europe
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Levytska, Olena Hryhoriivna
The demand for safe recreation conditions is growing every day. Therefore, hotels, lodges which acquire ecological characteristics, improving the interiors of the premises, the exterior of the territories, causing green areas and growing organic products, supporting the ideas of resource conservation and remediation of territories. The purpose of this article is to evaluate the most successful tourism eco-projects in Europe, to identify environmental criteria that attract vacationers and improve the quality of the environment, to evaluate the service, natural attraction and creativity of holiday destinations, to make a comparative description of hotels and resorts located in different natural areas. Service, proximity to nature and the satisfaction of visitors with interaction of nature, design of the exterior and interior, the availability of exclusive decor items, and non-standard leisure activities are the three important criteria for choosing a hotel or resort today. These three criteria were studied by the method of manual analysis of visitor reviews. Most often vacationers mention natural beauty, somewhat less often – service, and quite rarely – creativity in the design and organization of recreation. For the first time, the most successfully functioning ecological resorts in Europe are divided into groups by location and natural resources. The requirements for resorts that are popular among the visitors have been formed. The criteria of service, natural advantages and creativity in different groups are compared.
Masstransfer features in the apparatuses with a moving nozzle in a three-phase foam layer
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Manoilo, Evgenia V.; Manoilo, Yuriy O.; Repko, Kalif Y.; Zhuha, Oleg O.; Davydov, Denis V.; Arslanaliiev, Tymur M.
The improvement of heat and mass exchange equipment for sorption processes in the countercurrent contact of gas and liquid in combined block elements with a weighted spherical nozzle, as well as a more in-depth study of this process, is an urgent task of chemical technology. A fundamentally new type of ball-shaped three-dimensional mesh fluidized nozzle was developed and researched, the bodies of which are made of polymer layers with holes, and a freely coiled metal or polymer mesh is located inside. The nozzle has a high specific surface area, developed free volume and low bulk density. The study of mass transfer in the liquid and gas phases was carried out and the corresponding calculation equations were obtained. Dependencies for the calculation of the mass transfer coefficients and the efficiency of the combined block element on the mode and design parameters are established. The results of calculations based on the obtained dependencies show a sufficient correlation with the experimental data. The proposed model of the desorption process of carbon dioxide from water, which allows predicting the values of the efficiency indicators of the decarbonization process. It was established that the use of a combined block element with a ball-shaped nozzle allows to increase the mass transfer coefficients compared to the failure plate. The industrial implementation of absorption processes in the foam layer and the use of the gas-liquid layer stabilization method significantly expands the scope of application of foam apparatuses and opens up new opportunities for intensifying technological processes. Previously expressed assumption about the perspective of using mesh materials for the manufacture of nozzle bodies was confirmed by experiments, but the peculiarity of the operation of devices with similar nozzles should be emphasized.
Аналіз перспектив застосування методів виявлення витоків природного газу для підвищення ефективності моніторингу атмосферного повітря на об'єктах ГТС
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Палєєва, Катерина Миколаївна
Діяльність підприємств нафтогазової галузі, зокрема об’єктів газотранспортних систем (ГТС), супроводжується суттєвим антропогенним впливом на довкілля. Значного впливу зазнає саме атмосферне повітря, оскільки багато технологічних процесів супроводжується викидами природного газу (організованими, неорганізованими та аварійними) і, як наслідок, потраплянням в атмосферу суттєвої кількості летючих речовин, багато з яких є небезпечними та шкідливими. Для виявлення витоків газу з елементів газотранспортних систем існує широкий діапазон методів. Способи класифікації методів напряму залежать від ознак, що покладені в основу їх розподілу. Однак недостатня визначеність класифікаційних ознак, їх "однобічність" не дозволяють в повному обсязі оцінити недоліки та переваги тих чи і нших методів та засобів, а , отже, і можливість їх застосування для підвищення ефективності моніторингу атмосферного повітря на об’єктах ГТС з метою забезпечення екологічної безпеки. Основними завданнями, що вирішуються в даній статті, є формулювання оптимальної з точки зору застосовності в системах екологічного моніторингу атмосферного повітря класифікації існуючих методів контролю наявності витоків газу; аналіз їх переваг та недоліків; обґрунтування доцільності та перспективності застосування даних засобів та методів для забезпечення постійного моніторингу за станом атмосферного повітря на об’єктах ГТС. Запропоновано класифікацію методів та засобів контролю основану на рівні застосування технічних засобів, згідно якій усі методи поділені на органолептичні, апаратні та обчислювальні (програмно-математичні). За результатами аналізу даних груп визначено, що з точки зору перспектив застосування в системах моніторингу якості атмосферного повітря на об’єктах ГТС найбільше переваг мають апаратні засоби, а саме газоаналізатори.
Підвищення змащувальних властивостей водноглинистих бурових розчинів під час похило-скерованого та горизонтального буріння
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Дмитренко, Вікторія Іванівна; Дяченко, Юлія Григорівна
У роботі представлені результати експериментальних досліджень антифракційних властивостей природних рослинних олій: рицинової, конопляної, рапсової, соєвої, гірчичної, соняшникової та кукурудзяної. Наведено результати дослідів, що дозволяють оцінити вплив досліджуваних природних олій на параметри прісного, мінералізованого та соленасиченого водоглинистого бурового розчинів, таких як густина, реологічні та структурно-механічні властивості, рівень рН, показник фільтрації, товщина та липкість глинистої кірки, коефіцієнт змащування. Експеримент було проведено з використанням методики Американського нафтового інституту (за стандартами API). Встановлено, що у прісному розчині найбільш ефективно виявили змащувальні властивості рапсова олія в концентраціях 1 і 3 % та соняшникова олії в концентрації 1 %, у мінералізованому розчині – соняшникова олія концентрацією 0,5 % та рапсова олія концентрацією 3 %, в соленасиченому розчині – рапсова олія концентрацією 1 %. Добавки соняшникової олії показали задовільні результати тестувань лише для прісного і мінералізованого водоглинистих розчинів. Порівняно з соняшниковою олією рапсова олія виявила себе при додаванні до всіх досліджуваних зразків розчинів. Можна зробити висновок, що введення рапсової олії забезпечує задовільні антифракційні та технологічні показники для всіх типів розчинів, тому як основу змащувальної добавки обрано рапсову олію. Технологічно доцільні концентрації олій знаходяться в діапазоні від 1 до 3 %. За цих концентрацій олії меншою мірою виявляють негативний побічний ефект, зокрема на спінювання розчину, розчини характеризуються стабільною в часі консистенцією та покращуються їх змащувальні властивості. Розроблено склад змащувальної добавки на основі рапсової олії для обробки різних типів водоглинистих бурових розчинів на водній основі.
Характеристика субсолідусної будови системи CaO - Al2O3 – CoO – NiO
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Христич, Олена Валеріївна; Корогодська, Алла Миколаївна; Шабанова, Галина Миколаївна; Логвінков, Сергій Михайлович; Ворожбіян, Роман Михайлович
У работі наведено результати розрахунків, що характеризують елементи субсолідусної будови системи CaO – Al2O3 – CoO – NiO, перспективною для отримання модифікованих глиноземистих цементів та гетерофазних матеріалів з комплексом унікальних властивостей. Недостатньо відомостей про будову чотирикомпонентної діаграми стану визначеної багатокомпонентної системи, ускладнює одержання таких матеріалів. Для прогнозування фазового складу матеріалів проведено теоретичні дослідження будови системи. Виконано аналіз особливостей співіснування гетерофазних комбінацій з урахуванням геометротопологічних та статистичних характеристик. Визначено технологічні ризики прогнозування фазового складу матеріалів, що виникають у певних концентраційних областях досліджуваної системи. Розрахунки проводилися у всьому температурному інтервалі, як до температури плавлення потрійного оксидного з'єднання Ca3CoAl4O10 при 1439 К, так і більш високотемпературної області. За відомими методиками розраховані характеристики евтектик у деяких перерізах досліджуваної системи, що становить інтерес для технологічного проектування матеріалів. Результати розрахунків характеристик евтектик показують, що серед аналізованих тетраедрів мінімальна температура евтектики (1367 К) відзначається між оксидами кобальту, нікелю, кальційкобальтовим алюмінатом та моноалюмінатом кальцію, що може бути реалізовано для синтезу гетерофазних матеріалів з високим вмістом Ca3CoAl4O10. The paper presents the results of calculations characterizing the elements of the subsolidus structure of the CaO– Al2O3 – CoO – NiO system, which is promising for the production of modified aluminous cements and heterophase materials with a complex of unique properties. Insufficient information about the structure of the four-component phase diagram of a certain multicomponent system makes it difficult to obtain such materials. To predict the phase composition of materials, theoretical studies of the structure of the system were carried out. An analysis of the features of the coexistence of heterophase combinations was carried out, taking into account geometric-topological and statistical characteristics. The technological risks of predicting the phase composition of materials that arise in certain concentration regions of the system under study are shown. Calculations were carried out over the entire temperature range, both up to the melting point of the ternary oxide compound Ca3CoAl4O10 at 1439 K, and in a higher temperature region. Using known methods, the characteristics of eutectics in some sections of the system under study, which is of interest for the technological design of materials, were calculated. The results of calculations of the characteristics of eutectics show that among the analyzed tetrahedra, the minimum eutectic temperature (1367 K) is observed between the oxides of cobalt, nickel, calcium-cobalt aluminate and calcium monoaluminate, which can be realized for the synthesis of heterophase materials with a high content of Ca3CoAl4O10.
Про механізм плавлення льоду
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Малафаєв, Микола Тимофійович; Гапонова, Олена Олександрівна; Школьнікова, Тетяна Василівна
На основі теорії ефекту Яна – Теллера (ЕЯТ) запропоновано модель можливого механізму плавлення льоду. Зростання теплоємності льоду поблизу 0 ⁰С у півтора рази, порівняно із законом Дюлонга та Пті, дозволяє припустити, що в ньому відбувається початкове збудження обертальних коливальних мод молекул води. Спочатку відбувається збудження обертальної низькочастотної моди, потім – збудження проміжної обертальної моди. Ефект зв’язаності мод та нестійкості обертальних мод коливань молекули на проміжній обертальній частоті пов’язаний з наявністю зв’язку між усіма низькочастотними та високочастотними обертальними модами молекули через рівняння Ейлера. Тому збудження проміжної частоти у льоду призводить до можливості збудження всіх обертальних коливальних мод, що відбувається в ньому при температурі 0 ⁰С після отримання ним теплоти плавлення. Збудження обертальних коливальних мод веде до появи можливостей складання коливальних мод та їх синхронізації. Зростання амплітуди обертальних коливань, зближення при цьому частот цих двох мод коливань та їх подальша синхронізація призводить до появи обертань атомів водню молекули води навколо осей міжмолекулярних зв’язків, до стійкого вигину водневих зв’язків та їх подальшого ослаблення у воді. Внаслідок цього ослаблення сил зв’язків маємо зниження обертальних частот коливань для молекул води та їх локальних зарядів. Внаслідок цього зниження частот, коливання локальних зарядів молекул води стають менш випромінюючими та менш загасаючими. Тому в рідкій фазі води ці обертальні коливальні моди стають новими незатухаючими та незалежними модами коливань її молекул. Based on the theory of the Jahn-Teller effect (JTE), a model of a possible mechanism of ice melting is proposed. The increase in the heat capacity of ice near 0 ⁰C by 1.5 times, compared with the Dulong and Petit law, suggests that the initial excitation of rotational vibrational modes of water molecules occurs in it. First, the excitation of the rotational low-frequency mode occurs, then the excitation of the intermediate mode. The effect of mode coupling and instability of rotational modes of molecule vibrations at an intermediate rotational frequency is associated with the presence of a connection between all low-frequency and high-frequency rotational modes of the molecule through the Euler equations. Therefore, excitation of the intermediate frequency in ice leads to the possibility of excitation of all rotational vibrational modes, which occurs in it at a temperature of 0 ⁰C after it receives the heat of fusion. Excitation of rotational vibrational modes leads to the emergence of possibilities for the addition of vibrational modes and their synchronization. The increase in the amplitude of rotational oscillations, the convergence of the frequencies of their oscillation modes and their subsequent synchronization leads to the appearance of rotations of hydrogen atoms of a water molecule around their axes of intermolecular bonds, to a stable bending of hydrogen bonds and their subsequent weakening in water. As a result of this weakening of the bond forces, we have a decrease in the rotational frequencies of oscillations for water molecules and their local charges. As a result of this decrease in frequencies, oscillations of local charges of water molecules become less radiating and less damped. Therefore, in the liquid phase of water, these rotational oscillation modes become new undamped independent oscillation modes of its molecules.
Analysis of pollutants emissions in the conditions of combustion of alternative and traditional solid fuels
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Levytska, O. H.; Tsarenko, V. V.
The problem of pollutant emissions and the correlation of emission values with climate change is an extremely urgent task today. Climate change is causing glaciers to melt, which is causing water levels in reservoirs to rise. The issues of environmental pollution by the products of combustion of solid fuels are becoming more and more relevant. Among the pollutants that enter the air after the combustion of fuel in the furnaces of boiler units, there are also greenhouse gases that stimulate the greenhouse effect, causing climate change. The work determines emission indicators and emissions of pollutants into the atmospheric air. The task of the work is to identify and recommend the use of modern and effective methods for reducing emissions of pollutants into the atmosphere. The work uses analytical articles and sites that raise the problem of climate change. The work also shows the results of calculating pollutant emissions from combined heat and power boilers, carried out according to the recommendations of national guidelines. A high value of dust emission is typical for straw and flax fescue. In terms of nitrogen oxide emissions, wood waste has the highest values. Slightly lower values for the emission of carbon dioxide, methane, NMVOC are determined for wood waste. It is important to note that when gaseous fuels are burned, there will be no emissions of suspended particulate matter. It should also be noted that natural gas and wood waste do not contain sulfurcontaining compounds, which ensures the absence of sulfur dioxide in flue gases when fuels are burned. However, when gases are burned, mercury compounds can be released in trace amounts. One of the options for solving the problem is the transition to alternative energy sources. Проблема викидів забруднюючих речовин та кореляція значень викидів зі зміною клімату є надзвичайно актуальним завданням сьогодення. Зміна клімату спричиняє танення льодовиків, що веде до підвищення рівня води у водоймах. Питання забруднення навколишнього середовища продуктами згоряння твердого палива стають все більш актуальними. Серед забруднюючих речовин, які потрапляють в повітря після згоряння палива в топках котельних агрегатів, є і парникові гази, що стимулюють парниковий ефект та можуть бути причиною зміни клімату. В роботі визначаються показники емісії та викиди забруднюючих речовин в атмосферне повітря. Завданням роботи є виявлення та рекомендація до використання сучасних та ефективних методів зменшення викидів забруднюючих речовин в атмосферу. У роботі використані аналітичні статті та сайти, які порушують проблему зміни клімату. У роботі також наведено результати розрахунку викидів забруднюючих речовин від комбінованих теплоенергетичних котлів, виконаних відповідно до рекомендацій національних методик. Високе значення викиду пилу характерно для костриці солом'яної і льняної. За рівнем викидів оксидів азоту деревні відходи мають найвищі значення. Дещо нижчі значення викиду вуглекислого газу, метану, НМЛОС визначаються саме для деревних відходів. Важливо відзначити, що при спалюванні газоподібного палива не буде викидів зважених твердих частинок. Також слід зазначити, що природний газ і деревні відходи не містять сірковмісних сполук, що забезпечує відсутність діоксиду сірки в димових газах при спалюванні палива. Однак при спалюванні газів сполуки ртуті можуть виділятися в незначних кількостях. Одним з варіантів вирішення проблеми є перехід на альтернативні джерела енергії.
Сучасні тенденції у виробництві кераміки: створення алюмосилікатних виробів за допомогою 3D-друку та вплив інноваційних підходів на галузь
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Кривобок, Руслан Вікторович; Рябінін, Олександр Сергійович; Рищенко, Олександр Сергійович; Лебедєв, Володимир Володимирович; Воронкін, Андрій Анатолійович
У статті розглянуто сучасні тенденції у виробництві кераміки при створенні алюмосилікатних керамічних виробів за допомогою 3D-друку або аддитивного виробництва. Кераміка є матеріалом з високою продуктивністю, оскільки вона має тверді, механічно-міцні властивості, відмінну стійкість до зношування, а також високий температурний і корозійний опір. Також розглянуто традиційні методи виробництва кераміки, які складаються з трьох етапів: підготовки матеріалу, формування (може бути виконане за допомогою різних методів, таких як ізостатичне пресування, пресування під тиском, лиття під тиском, стрічкове лиття, гелеве лиття, відливання суспензії та ін.) та спікання. Технологія 3D-друку – це ефективний та перспективний метод виробництва, який продовжує розвиватися і знаходити нові застосування в різних галузях: медична, хімічна, біохімічна, екологічна, технічна, радіотехнічна промисловості та ін. Нові дослідження і розробки дозволяють вдосконалювати якість і точність друку, а також розширювати можливості використання керамічних матеріалів. Особливе значення надано перевагам використання 3D-друку для виготовлення керамічних виробів, зокрема можливості створювати індивідуальний дизайн продукції та досягати потрібної форми, складу, мікроструктури і властивостей. Використання технології 3D-друку також допомагає зменшити відходи та знизити витрати на матеріали, що робить виробничий процес більш екологічним та економічно вигідним. The article discusses modern trends in the production of ceramics in the creation of aluminosilicate ceramic products using 3D printing or additive manufacturing. Ceramic is a high-performance material because it has hard, mechanically strong properties, excellent wear resistance, and high temperature and corrosion resistance. Traditional methods of ceramic production are also considered, which consist of three stages: material preparation, molding (can be performed using various methods, such as isostatic pressing, pressure pressing, pressure casting, tape casting, gel casting, suspension casting, etc.) and sintering. 3D printing technology is an effective and promising production method that continues to develop and find new applications in various fields: medical, chemical, biochemical, environmental, technical, radio engineering, etc. New research and development allow to improve the quality and accuracy of printing, as well as to expand the possibilities of using ceramic materials. Special importance is given to the advantages of using 3D printing for the manufacture of ceramic products, in particular, the ability to create an individual product design and achieve the desired shape, composition, microstructure and properties. The use of 3D printing technology also helps to reduce waste and lower material costs, making the production process more environmentally friendly and cost-effective.
Особливості розкриття циклу в гем-дигалогенциклопропілпохідних тіоанізолу в системі CuSO4/DMSO/H2O
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Міхедькіна, Олена Йосипівна; Циганков, Олександр Валерійович; Ларіна, Ганна Іванівна
Наведено результати досліджень розкриття циклопропанового кільця в 2,2-дихлор(дибром)циклопропілметил(феніл)сульфідах під дією Купрум сульфату в водному диметилформаміді. Показано, що за цих умов при нагріванні за температури 100-105 °С протягом 10-11 годин утворюються суміші трьох ізомерних хлоро(бромо)-алілових спиртів. Співвідношення цих спиртів визначені співставленням інтегральних інтенсивностей сигналів протонів в спектрах ЯМР 1 Н та інтегральних інтенсивностей хроматограм і приблизно складає 3,54:3,15: 1 для дихлоро- та 5,1:3,9:1 для дибромоциклопропілпохідних. Будову ізомерних спиртів доведено за результатами аналізу спектрів ЯМР 1 Н та фрагментації в мас-спектрах. При дії ioну Cu(II)+ за тих же умов на продукти окиснення сульфідів 2,2-дихлоро- та 2,2-дибромоциклопропілметилфенілсульфонів розкриття циклу за даними тонкошарової хроматографії не спостерігали. При досягненні температури вище 150 °С відбувається осмолення відповідних сульфонів. Проаналізовано вплив природи галогену на регіоселективність реакції. Вірогідний механізм реакції, який передбачає утворення алільного катіону як ключового проміжного продукту. Отримані результати розширюють уявлення про реакційну здатність гемдигалогенциклопропанів та відкривають нові перспективи для синтезу функціоналізованих органічних сполук, зокрема, потенційних біологічно активних. The results of studies on the cleavage of the cyclopropane ring in 2,2-dichloro- and 2,2-dibromocyclopropylmethyl(phenyl)sulfides under the action of copper sulfate in aqueous dimethylformamide are presented. It is shown that under these conditions, when heated at 100-105 °C for 10-11 hours, mixtures of three isomeric chloro(bromo)-allyl alcohols are formed. The ratios of these alcohols were determined by comparing the integral intensities of the proton signals in the 1H NMR spectra and the integral intensities of the chromatograms and are approximately 3.54:3.15:1 for dichloro- and 5.1:3.9:1 for dibromocyclopropyl derivatives. The structure of the isomeric alcohols was proved by the results of NMR 1 H analysis and fragmentation in the mass spectra. Under the same conditions, the action of Cu(II)+ ion on the oxidation products of 2,2-dichloro- and 2,2-dibromocyclopropylmethylphenylsulfonyl sulfides did not show ring cleavage according to thin layer chromatography. When the temperature reaches above 150 °C, the corresponding sulfones are charred. The influence of the nature of the halogen on the regioselectivity of the reaction was analyzed. A likely reaction mechanism involves the formation of an allylic cation as a key intermediate. The obtained results expand the understanding of the reactivity of heme-dihalogencyclopropanes and open new perspectives for the synthesis of functionalized organic compounds, in particular, potential biologically active ones.
Features of using surfactants to intensify the operation of watered wells
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Burova, M. Y.; Yatskevych, O. O.; Varavina, O. P.
At the late stage of field development, the reservoir pressure drops. For various reasons, liquid begins to rise into the bottomhole zone of the formation, which may entail a sharp drop in the gas well production rate and a reduction in the well life. There are many methods of flooded wells operating, among which the method of using foaming surfactants has recently become increasingly widespread. This paper examines the reasons for the influx of liquid into the wellbore, as well as the features of the use of foaming surfactants to intensify gas production from flooded wells. In addition, an overview was made of various types of foaming surfactants used to intensify gas production by removing liquid from flooded wells, their advantages and disadvantages, and the feasibility of using certain types of foaming surfactants was considered, depending on the mineralization of the liquid and the presence of gas condensate in its composition. An algorithm for selecting foaming surfactants to remove liquid from the bottomhole is presented. The requirements for foaming surfactant compositions are set forth. Processes occurring at application of foaming surfactants for liquid removal from wellbore are described. Parameters characterizing properties of foaming surfactants solutions and factors influencing foaming properties of surfactants are indicated. Methods of injecting aqueous solutions of surfactants into production wells are described. The technology of gas well bottomhole treatment with liquid surfactants, methods of process control, as well as problems that may arise when using surfactants are described. На пізній стадії розробки родовищ відбувається падіння пластового тиску в покладі. За різноманітних причин починається підйом рідини в привибійну зону пласта, що може спричинити різке падіння дебіту свердловини по газу і скорочення терміну функціонування свердловини..Існують багато методів експлуатації обводнених свердловин, серед яких останнім часом все більше розповсюджується метод застосування пінотворних поверхнево-активних речовин. У даній роботі розглядаються причини надходження рідини у стовбур свердловини, а також особливості використання піноутворюючих поверхнево-активних речовин для інтенсифікації видобутку газу з обводнених свердловин. Крім цього зроблено огляд різноманітних типів пінотворних поверхнево-активних речовин, що застосовуються для інтенсифікації видобутку газу шляхом винесення рідини з обводнених свердловин, їх переваг та недоліків і розглянута доцільність використання тих чи інших типів пінотворних поверхнево-активних речовин в залежності від мінералізації рідини і наявності газоконденсату у її складі. Наведений алгоритм вибору пінотворних поверхнево-активних речовин для видалення рідини із вибою свердловин. Викладені вимоги до композицій пінотворних поверхнево-активних речовин. Описані процеси, які відбуваються під час застосування пінотворних поверхнево-активних речовин для виносу рідини зі стовбуру свердловини. Зазначені показники, що характеризують властивості розчинів пінотворних поверхнево-активних речовин, та чинники, що впливають на пінотворні властивості поверхнево-активних речовин. Описані методи закачування водних розчинів поверхнево-активних речовин в експлуатаційні свердловини. Описана технологія обробки вибоїв газових свердловин рідкими поверхнево-активними речовинами, методи контролю за веденням процесу а також проблеми, що можуть виникати під час використання поверхнево-активних речовин.
Дослідження фазоутворення в прозорих склокристалічних протекторних покриттях для керамограніту
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Покроєва, Яна Олександрівна; Саввова, Оксана Вікторівна; Фесенко, Олексій Ігорович
Встановлено перспективність розробки та впровадження керамограніту вітчизняними виробниками із застосуванням природної сировини надр України з потреб сировинного та паливно-енергетичного комплексу в умовах воєнних дій. Визначено необхідність створення нових видів керамограніту з урахуванням нових підходів, щодо використання альтернативної сировини та сучасних технологічних принципів створення наноструктурованих скломатеріалів. Сформульовано мету та завдання роботи, які визначають необхідність дослідження структури та фазового складу керамограніту в умовах швидкісної термічної обробки. Сформульовано гіпотезу щодо одержання прозорих зносостійких протекторних покриттів на основі висококальцієвих лужноалюмосилікатних фрит, яка полягає у можливості формування зміцненої оптично прозорої ситалізованої структури скла при швидкісному режимі термообробки та протіканні поверхневої кристалізація для забезпечення зносостійкої структури 4 ступеня. Досліджено процеси фазоутворення, які протікають при термічній обробці фрити – основи та протектрного покриття для керамограніту й визначено пріоритетну роль метастабільного фазового розділення скла при формуванні ситалізованої структури. Встановлено, що формування зародків кристалізації шляхом метастабільного фазового розділення дозволяють сформувати ситалізовану структуру протекторного покриття для керамограніту з вмістом кристалічних фаз анортиту з розміром менше довжини хвилі у видимій частині спектру та α-корунду в приповерхневих шарах глазурі, що одночасно забезпечує оптичну прозорість та зносостійкості розробленого покриття. Розроблені та впроваджені на виробництві в умовах ПрАТ «ХПЗ» прозорі склокристалічні покриття з високими експлуатаційними властивостями у дозволять суттєво підвищити конкурентоздатність вітчизняної керамічної плитки та сприяти стабілізації ринку в умовах сталого розвитку держави. The perspective of the development and introduction of porcelain stoneware by domestic producers using natural raw materials from the subsoil of Ukraine for the needs of the raw material and fuel-energy complex in the conditions of military operations has been established. The need to create new types of ceramic granite was determined, taking into account new approaches, regarding the use of alternative raw materials and modern technological principles of creating nanostructured glass materials. The purpose and tasks of the work are formulated, which determine the need to study the structure and phase composition of porcelain stoneware under the conditions of high-speed heat treatment. A hypothesis has been formulated regarding the production of transparent wear-resistant protective coatings based on high-calcium alkaline aluminosilicate frits, which consists in the possibility of forming a strengthened optically transparent sytalized glass structure with a high-speed heat treatment mode and the flow of surface crystallization to ensure a wear-resistant structure of the 4th degree. The processes of phase formation that take place during the heat treatment of the base frit and the protective coating for porcelain stoneware have been studied and the priority role of the metastable phase separation of glass in the formation of the sytalized structure has been determined. It was established that the formation of crystallization nuclei by means of metastable phase separation allows for the formation of a sytalized structure of the protective coating for ceramic granite with the content of crystalline phases of anorthite with a size smaller than the wavelength in the visible part of the spectrum and α-corundum in the near-surface layers of the glaze, which simultaneously ensures optical transparency and wear resistance of the developed coating. Transparent glass-ceramic coatings with high operational properties, developed and implemented in the production conditions of PrJSC «KhPZ», will significantly increase the competitiveness of domestic ceramic tiles and contribute to the stabilization of the market in the conditions of sustainable development of the state.
Рециклінг побутових та промислових стічних вод з використанням технології верміфільтрації
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Зінченко, Марія Георгіївна; Букатенко, Наталія Олексіївна; Місик, Ярина Тарасівна
Однією з найбільш масштабних проблем сучасності є дефіцит прісної води, що наростає. За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я до середини 21 століття половина жителів планети відчуватиме гостру нестачу прісної води. Одночасно зі зростаючим споживанням чистої води зростає і обсяг стічних вод комунальних, сільськогосподарських і промислових підприємств. При цьому обсяги води, що щорічно використовуються, більш, ніж на порядок перевищують обсяги стічних вод, що очищаються. Неочищені стічні води характеризуються високим вмістом органічних домішок та хвороботворних мікроорганізмів, здатних викликати захворювання, небезпечні для життя людини. У зв’язку з викладеним надзвичайно важливим завданням є забезпечення ефективного очищення стічних вод від забруднень з подальшим рециклінгом очищених стоків – повторним їх використанням для інших цілей: в оборотній системі промислових підприємств, системах сільськогосподарського та ландшафтного зрошення. З цього погляду великий інтерес викликає процес верміфільтрації – очищення стічних вод з використанням дощових черв’яків. Технологія заснована на здатності черв’яків працювати, як «біофільтри». Черв’яки поглинають органічні та неорганічні полютанти зі стічних вод, перетравлюють їх і виділяють у вигляді своїх екскрементів (копролітів) у навколишнє середовище. При такій переробці відбувається очищення, дезінфекція, детоксикація стічних вод; очищені стоки придатні для повторного використання. Також відбувається трансформація органічних та неорганічних компонентів стічних вод у вермикомпост, що має властивості органо-мінерального добрива, та біомасу дощових черв’яків, яка може служити сировиною для кормової та фармацевтичної промисловості. One of the biggest problems of our time is the growing shortage of fresh water. According to the World Health Organization, by the middle of the 21st century, half of the planet's inhabitants will experience an acute shortage of fresh water. Simultaneously with the growing consumption of clean water, the annual volume of wastewater from municipal, agricultural and industrial enterprises also increases. At the same time, the volume of water used annually is more than an order of magnitude higher than the volume of treated wastewater. Untreated wastewater is characterized by a high content of organic impurities and pathogenic microorganisms capable of causing diseases that are dangerous for human life. In connection with the outlined extremely urgent task is to ensure effective purification of wastewater from pollution with subsequent recycling of purified effluents - their reuse for other purposes: in the circulating system of industrial enterprises, agricultural and landscape irrigation systems. From this point of view, the process of vermifiltration - wastewater treatment using earthworms - is of great interest. The technology is based on the ability of worms to work as "biofilters". Worms absorb organic and inorganic pollutants from wastewater, digest them and release them in the form of their excrement (coprolites) into the environment. With such processing, wastewater is cleaned, disinfected, and detoxified; treated effluents are suitable for reuse. There is also a transformation of organic and inorganic components into organo-mineral fertilizer - vermicompost and biomass of earthworms, which can serve as raw materials for the fodder and pharmaceutical industry.
Властивості бітуму, модифікованого адгезійними добавками на основі відновлюваної сировини
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Поляк, Ольга Євгенівна; Гунька, Володимир Мирославович
Основними характеристиками якості дорожніх нафтових бітумів є: адгезійні властивості, що визначають зчеплення в'яжучих із мінеральними матеріалами; реологічні властивості, що обумовлюють технологічні та експлуатаційні параметри; фізико-хімічні властивості, що визначають стійкість до впливу погодно-кліматичних і експлуатаційних чинників впродовж терміну служби (стійкість до старіння). Бітум являється основним в’яжучим матеріалом асфальтобетонних покриттів, тому саме властивості бітуму визначають показники асфальтобетонів. Зчеплюваність бітуму з мінеральним матеріалом, таким як щебінь або скло, є одним з головних показників при проектуванні та будівництві автомобільних доріг. Даний показник визначає міцність та тривалість експлуатації дорожнього покриття. Тоді як відсутність зчеплюваності може призвести до значного пошкодження асфальтобетону. Оскільки більшість дистиляційних та окиснених бітумів володіють низькими адгезійними властивостями, то необхідним є введення до них адгезійних добавок. Найбільш поширеним методом покращення зчеплюваності бітумних в’яжучих із кам’яними матеріалами, що містяться в складі асфальтобетонних сумішей, є використання адгезійних домішок (поверхнево-активних речовин – ПАР): катіонних, аніонних та неіоногенних. The main quality characteristics of road petroleum bitumen are: adhesive properties that determine the adhesion of binders to mineral materials; rheological properties that determine technological and operational parameters; physical and chemical properties that determine resistance to weather, climate and operational factors during the service life (aging resistance). Bitumen is the main binder of asphalt pavements, so it is the properties of bitumen that determine the performance of asphalt concrete. The adhesion of bitumen to mineral material, such as crushed stone or glass, is one of the main indicators in the design and construction of roads. This indicator determines the strength and service life of the road surface. Whereas a lack of cohesion can lead to significant damage to asphalt concrete. Since most distillation and oxidised bitumen have low adhesive properties, it is necessary to introduce adhesive additives to them. The most common method of improving the adhesion of bitumen binders to stone materials contained in asphalt mixtures is the use of adhesive additives (surfactants): cationic, anionic and non-ionic.