2022 № 2 Інтегровані технології та енергозбереження
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Пінч-інтеграційна оптимізація теплообмінної мережі процесу концентрування гідролізної сірчаної кислоти(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Ведь, Валерій Євгенович; Миронов, Антон Миколайович; Ільченко, Марія Володимирівна; Горбунов, Костянтин Олександрович; Пономаренко, Ганна Володимирівна; Скляров, І. С.У роботі розглядається питання можливості збереження теплової енергії на промисловому підприємстві. У якості засобу оптимізації енергоспоживання використаний один з методів інтеграції хіміко-технологічних процесів – пінч-аналіз. Встановлено, що проблеми значного споживання енергії є актуальними для дослідників та промисловців в усьому світі, а їх вирішення науковці бачать перш за усе у розвитку альтернативних джерел енергетики та сучасних способах енергозаощадження з добре прогнозованими результатами. Вказано, що цільові функції при цьому можуть бути комбінованими: фінансово-енергетичними та енерго-екологічними, оскільки саме такі результати забезпечуються самою сутністю енергоресурозбереження, яке застосовується до промислового процесу. На початковому етапі дослідження проведено аналіз структури споживання теплової енергії апаратами у процесі концентрування гідролізної сірчаної кислоти. За його результатами встановлено, що наявна мінімальна різниця температур у системі є далекою від оптимального та технічно досяжного значення. З огляду на підтверджений енергозберігаючий потенціал було оцінено його величину. Для цього розрахунковим шляхом встановлено значення присутньої у системі рекуперації тепла, а також визначено обсяг енергії, яка поступає від зовнішніх теплоносіїв та холодоагентів. За результатами обчислень побудовано сіткову діаграму та складові криві вказаного технологічного процесу. На другому етапі проведені оптимізаційні заходи, які почалися з вибору нового, меншого значення мінімальної різниці температур для усієї теплообмінної мережі цієї промислової установки. Для згаданого значення побудовано зрушені складові криві та розроблено оновлену сіткову діаграму. У інтегрованій мережі теплообміну присутні три додаткові рекуперативні теплообмінники та переглянуті режими роботи тих апаратів, які було прийнято рішення залишити. За результатами оптимізації спроектовано технологічну схему процесу концентрування гідролізної сірчаної кислоти зі збереженням ключових елементів виробничої технології. Підсумком роботи є оптимізована теплообмінна мережа відділення промислового підприємства, яка дозволяє підвищити рекуперацію теплової енергії на 32,7 %, при цьому зменшивши витрату зовнішніх гарячих теплоносіїв на 30,3 %, а також зовнішніх холодоагентів – на 50,1 %. Отримані результати свідчать про дуже високу економічну ефективність та перспективність запровадження означеного проекту до виробництва.Документ Вплив різноманітних факторів на ефективність циклу Майсоценка(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Ступак, О. С.; Доник, Тетяна Василівна; Халатов, Артем АртемовичВажливою проблемою теплоенергетики є значні витрати енергоресурсів при кондиціювання. Тому велике значення набувають енергоефективні системи холодопостачання на основі поновлювальних джерел енергії та випарного охолодження повітря, а також системи кондиціювання за циклом Майсоценка з використанням психрометричної енергії оточуючого середовища. В даній роботі представлені результати експериментального та розрахункового дослідження впливу різноманітних факторів на ефективність непрямого випарного тепломасообмінного апарату за М-циклом на базі нової елементарної комірки. Для експериментального дослідження був розроблений експериментальний стенд тепломасообмінного апарату з вертикально розташованими пластинчатими каналами. Експериментальні дослідження тепло- та масообміну в новій елементарній комірці проводились в широкому діапазоні числа Рейнольдса 200…1200, температури 16…30 °С, відносної вологості повітря 30…50 %. Розрахункове дослідження виконано за допомогою модифікованого ε-NTU метода. Дослідження показали, що термодинамічна ефективність по мокрому термометру при числі Рейнольдса нижче 500 перевищувала одиницю. За результатами розрахункових досліджень визначено вплив довжини комірки та інтенсифікації поверхні сухих каналів на термодинамічну ефективність. Показано, що вплив зміни термодинамічної ефективності в діапазоні 86…94 % підвищення ефективності на 1% призводить до збільшення довжини комірки на 7 %. Значення фактору інтенсифікації зростає із зростання режиму течії повітря, так при збільшенні поверхні тепломасообміну на 50% та числі Рейнольдса 200 термодинамічна ефективність зростає на 14%, а при числі Рейнольдса 800 – на 28 %. Залежність термодинамічної ефективності комірки по точці роси від відносної вологості повітря на вході мають максимум, який зі збільшенням числа Рейнольдса зміщується в сторону більших значень відносної вологості повітря. На відміну від традиційних пристроїв кондиціювання повітря, тепломасообмінний апарат на базі М-циклу не використовує парокомпресійний цикл, тому затрати енергії йдуть тільки на роботу вентилятора для прокачування повітря, що являється більш екологічним та енергоефективних способом кондиціювання приміщень.Документ Повторне використання гуматів лужних металів при очистці слабокислих вод, які містять Сu²⁺, Pb²⁺(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Руднєва, Катерина ЄвгенівнаЗруйновані військові та промислові об'єкти мають тяжкі наслідки не тільки для економіки країни, але також для довкілля та природних ресурсів. На даний час гумінові кислоти є досить добре відомим та в достатній мірі дослідженим природним сорбентом. Завдяки широкому спектру функціональних груп вони виконують акумулятивну, транспортну, регуляторну, протекторну та фізіологічну функцію. Взаємодія іонів металів з гуматами не має єдиного описаного чіткого механізму. Цьому сприяють складність та різноманітність структури гумінових кислот, а також різні умови протікання реакцій в лабораторних та природних умовах. Тому шляхи підвищення ефективності сорбції, вдосконалення та пошук нових властивостей цих речовин все ж таки залишаються актуальними. У даній роботі показані можливості зворотнього зв'язування іонів міді та свинцю у слабокислих водних розчинах при значеннях рН 4,4-6,3. Гумінові кислоти були виділені з торфу та бурого вугілля, а також використовувалися гумати калію виробництва Китай. У наведеному досліджені використовувалися модельні розчини сульфату міді (II) й ацетату свинцю (II) з розрахунковою концентрацією в перерахунку на мідь та свинець близько 400 та 1000 мг/дм3 відповідно. Регенерація комплексів гуматів металу проводилася шляхом зниження pH середовища до 2,1–2,2. Ступінь сорбції по свинцю становив 97–99 % для розчинів Pb²⁺ з концентрацією 216 мг/дм3. Дослідження показали ефективність повторного застосування регенерованих гуматів зі ступенем виділення металів 85–91 % щодо сорбованої кількості. Вміст металів в експерименті визначався методом атомної спектроскопії з індутивно-зв'язаною плазмою. Також встановлено, що відношення середніх значень питомої сорбції свинцю та міді склало від 2,8 до 3,1 для різних типів гумінових кислот (гуматів). Близькість вказаних значень до відношення атомних мас свинця й міді (3,3), на думку автора, пов'язане із взаємодією іонів міді та свинцю з гуматами в стехіометричному співвідношенні за рахунок хімічної реакції (реакцій). Сорбція наведена в експерименті описується лінійною залежністю в системі координат маса сорбованого металу (іонів) – маса гуматів. Ключові слова: гумати лужних металів, гумінові кислоти, сорбція металів, регенерація гуматів, виділення міді, виділення свинцю, очистка води, механізм сорбції.Документ Термодинамічний аналіз хімічної стійкості керамічних матеріалів на основі системи RO-Al₂O₃-SiO₂(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Лісачук, Георгій Вікторович; Кривобок, Руслан Вікторович; Шумейко, Віта Миколаївна; Тур, Ю. І.; Волощук, Валентина ВасилівнаЕксплуатаційні властивості сучасних літальних та аерокосмічних пристроїв та їх технічні характеристики багато у чому зобов’язані радіотехнічним системам, які на них встановлено. Тому їх захист та вибір необхідного керамічного матеріалу, який забезпечить захист електронних приладів від взаємодії з зовнішнім середовищем, є важливим завданням сучасного матеріалознавства. Для обґрунтування вибору кристалічної фази, як основи радіопрозорого керамічного матеріалу який буде експлуатуватися в агресивних середовищах доцільним є проведення термодинамічних розрахунків, а саме змін вільної енергії Гіббса хімічних реакції взаємодії кристалічної фази з агресивним середовищем. Для проведення термодинамічних розрахунків реакцій хімічної стійкості була обрана трикомпонентна система RO-Al₂O₃-SiO₂(RО – SrО, BaО) та визначено кристалічні фази, які можуть існувати в їх межах. При виборі дослідних кристалічних фаз враховувався комплекс фізико-хімічних та експлуатаційних вимог до радіопрозорих матеріалів. З точки зору термодинаміки в роботі розглянуто корозійну поведінку обраних кристалічних фаз: цельзіану BaO·Al₂O₃·2SiO₂, славсоніту SrO·Al₂O₃·2SiO₂, SrO·SiO₂ та 2SrO·SiO₂. В роботі представлено результати термодинамічних розрахунків змін ентальпії, ентропії та вільної енергії Гіббса реакцій для визначення кислотостійкості (HСl, H₂SO₄, HNO₃) та лугостійкості (NaОН, Na₂CO₃) даних сполук в стандартних умовах. Встановлено, що усі розглянуті сполуки мають термодинамічну вірогідність корозійного супротиву до дії лужних реагентів. По відношенню до кислотного середовища за нормальних умов цельзіан та славсоніт проявляють кислотостійкість до соляної кислоти, найменш схильні до взаємодії з сірчаною кислотою, проте здатні активно взаємодіяти з HNO₃. Щодо досліджених бінарних сполук SrO·SiO₂ та 2SrO·SiO₂, всі розраховані реакції є термодинамічно вигідними, тобто відбувається взаємодія з кислотними реагентами. Проаналізовано одержані результати та наведено кореляцію розрахунків реакції цельзіану та хлоридної кислоти з експериментальними даними. Зроблено висновок, що раціонально планувати отримання керамічних виробів на основі цельзіану та славсоніту або їх гетерофазної суміші з мінімальним вмістом бінарних оксидів стронцію та барію.Документ Дослідження біодеградабельних плівок на основі етерів целюлози з бактерицидними властивостями(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Лебедєв, Володимир Володимирович; Мірошниченко, Денис Вікторович; Савченко, Дмитро Олександрович; Тихомирова, Тетяна Сергіївна; Забіяка, Наталія АнатоліївнаУ статті показані дослідження щодо розроблення новітніх біодеградабельних плівок з бактерицидними властивостями на основі гідроксипропілметилцелюлози, модифікованих гуміновими кислотами бурого вугілля. Гібридні біодеградабельні плівки з бактерицидними властивостями отримували методом поливу розчинів гідроксипропілметилцелюлози з концентрацією 2 % мас., до яких додавали різну кількість гумінової кислоти. При одержані біодеградабельних плівок з бактерицидними властивостями використовували гідроксипропілметилцелюлозу марки Walocel™ виробництва Dow Corning (США). Як гібридні модифікатори використовували гумінові кислоти, які отримували при екстракції бурого вугілля лужним розчином пірофосфату натрію з подальшою екстракцією 1 %-вим розчином гідроксиду натрію і осадженням мінеральної кислотою. Визначення водопоглинання зразків біодеградабельних плівок у холодній воді проводили згідно ISO 62:2008, міцностні властивості при розтягуванні біодеградабельних плівок визначали згідно ISO 527-2:2021, для вимірювання газопроникності біодеградабельних плівок по кисню використовували метод диференціального тиску та вакуумний тестер VAC-V1. Ефект гібридної модифікації гідроксипропілметилцелюлози гуміновими кислотами бурого вугілля з точки зору досліджених експлуатаційних характеристик збільшувався в напрямі типів гумінових кислот бурого вугілля №3>№2>№1. Показано, що гібридна модифікація за механізмом матричного синтезу біодеградабельних плівок з бактерицидними властивостями на основі гідроксипропілметилцелюлози гуміновими кислотами бурого вугілля дозволяє знизити їх водопоглинання, збільшити основні міцності характеристики та надати їм антибактеріальні властивості, що підтверджується даними за показником часу появи плісняви у плівках. Оптимальним з погляду міцностних та експлуатаційних характеристик є біодеградабельні плівки з бактерицидними властивостями при вмісті 10 % мас. гумінових кислот №3. Загалом встановлено, що гібридна модифікація гуміновими кислотами за механізмом матричного синтезу біодеградабельних плівок на основі гідроксипропілметилцелюлози дозволяє отримати міцні водорозчинні плівки з антибактеріальними властивостями для використання, як пакування для сухих харчових продуктів (хліб, крупи, горіхи та т.п.) з подовженим терміном зберігання.Документ Synthesis of highly efficient sorbents from plant waste(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Elnaggar, EssamThe possibility of creating a wide range of carbon adsorbents is greatly facilitated by the variety of the initial carbon-containing raw materials and technologies for its processing. At present, the main raw materials for the industrial production of adsorbents are wood, fossil coal, peat, remnants of processing of agricultural raw materials, and some polymeric materials. Lignin and carbon black (soot) are used much less frequently. However, potentially carbon adsorbents can be obtained from a much wider range of solid, liquid and gaseous carbonaceous substances, many of which are currently considered only useless domestic and industrial waste. Thus, adsorbents with satisfactory characteristics, active in specific technological processes, can be synthesized from waste wood and bark, lignin and the pulp and paper industry, activated sludge, associated gases, etc. On the basis of it was received by the sorbent capable to catch oil. Its capacity is 1–2 g/g, but the cleaning efficiency can reach 90 %. The black ash walnut shell has excellent absorption properties and is not inferior in quality to the best brands of activated carbon. Surface treatment of water or wastewater proposed sorbent was carried out at 0–100 °C. Regeneration of used sorbent spend its processing hydrocarbon solvents (gasoline, kerosene, etc.) or organic solvents (alcohols, etc.) or mixtures thereof.