Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 4 (21)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Ефективність видалення іонів магнію з води в процесах її пом’якшення(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Радовенчик, Я. В.; Гордієнко, К. Ю.; Крисенко, Т. В.; Радовенчик, В. М.Значні концентрації іонів кальцію та магнію в природних водах змушують піддавати попередньому пом’якшенню більшість господарсько-питних та енергетичних вод. Тому технології пом’якшення набувають сьогодні особливої гостроти, а дослідження в цій галузі щорічно нарощуються. Оскільки жорсткість води визначається сумарним вмістом іонів кальцію та магнію, то саме ці елементи знаходяться в центрі уваги таких досліджень. Традиційно вважається, що видаленню підлягають, перш за все, іони кальцію, а іони магнію менш схильні до утворення твердої фази. Однак, ефективність технології пом’якшення в однаковій мірі залежить від обох катіонів. Тому іонам магнію варто також приділяти достатньо уваги. Перспективним реагентом в цьому напрямку вважається фосфат натрію. Його використання в процесах видалення іонів кальцію дозволяє забезпечити в широкому діапазоні температур та водневого показника залишкову жорсткість води на рівні 0,1 – 0,2 мг-екв/дм3 . Детальні дослідження використання фосфату натрію в процесах видалення іонів магнію показали його недостатню ефективність. Ефективність содово-натрієвого пом’якшення дозволяє забезпечити при рН 11,0 – 11,5 залишкову жорсткість води на рівні 0,4 – 0,6 мг-екв/дм3 . Але необхідність корегування водневого показника та висока витрата реагентів роблять цю технологію мало придатною для широкого використання. Визначальним фактором в процесах пом’якшення води з використанням фосфат-іонів є співвідношення між концентраціями фосфат-іонів та іонів магнію K = [PO4 3-, мг-екв] / [Mg2+, мг-екв]. Зважаючи на жорсткі вимоги чинних нормативних документів до вмісту фосфатів в оброблених водах, обробку бажано проводити при стехіометричних співвідношеннях реагентів для більш повної реакції між компонентами. Перевагою фосфату натрію як реагенту для видалення іонів магнію можна вважати той факт, що в діапазоні рН 3,16 – 10,07 при К = 1 залишкова жорсткість коливається в межах 1,8 – 3,4 мг-екв/дм3 . При цьому мінімальне значення залишкової жорсткості зафіксовано на рівні 0,75 мг-екв/дм3 при рН 10,07 та К = 2. При зниженні рН спостерігається стабільне зниження ефективності, хоча і не дуже суттєве. Так, при переході з лужного в кисле середовище залишкові концентрації іонів магнію зростають в 2 рази незалежно від значення коефіцієнта К. Подібні тенденції зберігаються і у випадку зміни початкової жорсткості води. Найбільша різниця спостерігається при значеннях К 1, що пояснюється дефіцитом аніонів фосфату та неможливістю формування твердої фази стехіометричного складу. Проте, навіть при стехіометричному співвідношенні реагуючих речовин (К = 1) залишкова жорсткість обробленої води досить значна і коливається в межах 2,5 – 3 мг-екв/дм3 . Подальше збільшення дози фосфату натрію дозволяє дещо знизити залишкову жорсткість обробленої води. Так, мінімальна залишкова жорсткість обробленої води при К = 2,0 зафіксована на рівні 0,7 мг-екв/дм3 при початковій жорсткості 22,9 мг-екв/дм3 . Відмічено також зростання залишкової жорсткості обробленої води при зниженні початкової її жорсткості. Така ситуація викликана, на нашу думку, суттєвим збільшенням маси твердої фази та зростанням рН при збільшенні дози фосфату натрію. Суттєвою перевагою фосфату натрію в якості осаджувача іонів кальцію є той факт, що температура води практично не впливає на ефективність процесу в широкому діапазоні температур. Ця тенденція характерна і для іонів магнію. В діапазоні температур 5 – 70 С ефективність пом’якшення залишається стабільною. Причому, тверда фаза формується відразу після зливання розчинів. Якщо врахувати високу ефективність фосфатів при видаленні іонів кальцію, то в цілому застосування фосфатів для пом’якшення води може бути допустимим за умови повного відділення утвореної твердої фази від води. Детальні дослідження ефективності відділення часток фосфату магнію відстоюванням чи фільтруванням так само важливі, як і самі процеси формування твердої фази.Документ Відкритий доступ Характеристика нанорозмірних композитів на основі ортоферитів рідкоземельних елементів і гематиту(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Лавриненко, О. М.; Павленко, О. Ю.; Оліфан, О. І.Фотокаталізатори на основі ортоферитів рідкісноземельних елементів (РЗЕ) використовуються для знешкодження ряду шкідливих речовин та органічних барвників під впливом видимого світла, що робить їх перспективним з точки зору впровадження ресурсозберігаючих технологій водоочищення. Методами термально-гравіметричного аналізу, рентгенофазового аналізу, сканувальної електронної мікроскопії та енерго-дисперсійної спектроскопії проведено дослідження нанорозмірних зразків ортоферитів рідкісноземельних елементів та гематиту, отриманих при хімічному осадженні водних розчинів неорганічних солей феруму з лантаноїдами (La, Er, Sm, Dy, Nd, Yb) та Y в слабко лужному середовищі та подальшій термічній обробці осадів при 800 і 1100 С. Встановлено, що при сумісному осадженні гідроксидних фаз феруму і РЗЕ їх перетворення під впливом температури проходить просторово-розділено, що обумовлено відмінностями температур фазових перетворень і водневим показником осадження зародкових фаз. Показано, що в залежності від хімічного складу вихідних розчинів гетит утворюється в діапазоні температур 190-250 С, а утворення гематиту проходить при 425-450 С. Дегідроксилювання гідроксиду лантану спостерігається при 300-330 С, а формування оксидів лантану триває в діапазоні від 390 до 900 С. Фаза перовскіту кристалізується при 960 С. Методом рентгенофазового аналізу встановлено, що в осадах, термооброблених при 800 С наявний гематит і суміш кисневих фаз РЗЕ, а при 1100 С в складі порошків ідентифіковано структуру перовскіту і гематит з розмірами частинок від 25 до 40 нм. Визначено, що видалення допоміжних речовин проходить за температур 650-770 С і в прожарених при 1100 С порошках відсутні домішки К, Na, S, Cl, C. Частинки гематиту і перовскіту добре окристалізовані та утворюють крихкі агрегати, площа питомої поверхні зразків складає кілька м2 /г.Документ Відкритий доступ Залежність ефективності іонообмінного виділення іонів марганцю із води від типу і форми іоніту та її жорсткості(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Гомеля, М. Д.; Трус, І. М.; Твердохліб, М. М.; Камаєв, В. С.В роботі розглянуті результати, отримані при вилученні іонів марганцю із дистильованої та водопровідної води на сильнокислотному катіоніті КУ-2-8 та слабокислотному катіоніті Dowex MAC-3. Катіоніти використовували в Na+ та Са2+ формі. Концентрацію іонів марганцю (Mn2+) змінювали від 5 до 500 мг/дм3 . Було показано, що сорбційна здатність катіоніту КУ-2-8 залежала від концентрації іонів марганцю, форми іоніту, присутності іонів жорсткості у воді і мало залежала від рН середовища. Сорбційна здатність слабокислотного катіоніту зростала із підвищенням концентрації іонів марганцю та при підвищенні pH середовища, яке змінювалось при зміні концентрації сульфату магнію у дистильованій воді. Сорбція іонів марганцю із водопровідної води знижується для сильнокислотного та слабокислотного катіонів, в порівнянні із розчинами в дистильованій воді, що пов'язано із конкуруючою сорбцією іонів жорсткості. Особливо це помітно при використанні іонітів в Са2+ формі в розчинах у водопровідній воді. Застосування іонітів в Са2+ формі до певної міри знижує їх сорбційну ємність по Mn2+ і в дистильованій воді. Але цей ефект менший у порівнянні з водопровідною водою. В роботі використано модель Томаса для оцінки повної обмінної ємності слабокислотного катіоніту за низьких концентрацій розчину MnSO4 у дистильованій воді.Документ Відкритий доступ Method for PID-tuning via feedback control system pole placement(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Zhuchenko, A. I.; Putiatin, R. O.Pole placement is the only PID-tuning technic that allows one to obtain a control system with desired, and, moreover, highly predictable performance and control quality. Number of controller tuning parameters is equal to number of poles closed-loop poles it can precicely place, so that PID-controller can place exactly three poles, and PI- can place only two. For this reason PI-controller is best used with first-order processes (second-order closed loop system), and PID-controller with second-orded ones (third-order closed loop system). However, many processes have higher order than two, and still are controlled with PID-controllers. To tune it using pole placement techniques, it is necessary to consider only dominant poles, which affect performance of the system to the greatest extent. First, it is necessary to study a PI-controller with a second-order process, which is the most basic case. Tuning is performed using global optimization methods to fit dominant poles of a tuned system to dominant poles of a reference system.Документ Відкритий доступ Алгоритм координованого керування напірним ящиком відкритого типу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Жученко, А. І.; Піргач, М. С.; Жураковський, Я. Ю.; Садовничий, Р. В.Система керування напірним ящиком відкритого типу має високу складність, що пов'язано із необхідністю не тільки стабілізувати параметри об’єкта, але й здійснювати координоване керування ним у випадку автоматичного переведення папероробної машини з одного виду продукції на інший за мінімальний час. Розроблено математичну модель напірного ящика відкритого типу як об’єкта керування рівнем маси. У моделі вихідною змінна об’єкта керування є рівень маси у напускній камері, а керувальним діянням є витрата маси, що подається до напускної камери. В моделі враховано збурювальне діяння – площу випускальної щілини. На основі розробленої моделі розглядається два варіанти побудови алгоритму керування напірним ящиком під час переведення його із одного режиму у інший. Розроблено структуру алгоритму координованого керування напірним ящиком. Наведено ілюстративний приклад застосування розробленого алгоритму. Здійснено розрахунки оптимального перехідного процесу в об’єкті які підтверджують ефективність розробленого алгоритму керування. Алгоритм координованого керування застосовано для стандартного напірного ящика ЯНО-180. Продемонстровано розробку алгоритму переведення напірного ящика з робочої (0,485 м) на максимальну (0,575 м) висоту рівня маси у напірному ящику за час 180 с. Результати розрахунків показують, що алгоритм координованого керування забезпечує переведення рівня маси на максимальну висоту за заданий час. Розроблений на основі отриманої математичної моделі алгоритм дозволяє здійснювати керування рівнем маси у такому складному об’єкті, як напірний ящик відкритого типу при переведенні папероробної машини з одного режиму роботи на інший за час, вказаний системою координованого керування.Документ Відкритий доступ Аналітична модель контактного апарату у виробництві циклогексанолу гідруванням фенолу під тиском(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Данькевич, А. О.; Баранівський, Д. М.Сучасний світ неможливий без використання полімерних матеріалів. Одним з них є нейлон що дуже широко увійшов до системи міжнародного товарообороту. Однією з складових виробництва нейлону є виробництво циклогексанолу гідруванням фенолу під тиском. Тому дослідження цього процесу є надзвичайно актуальним. Розвиток сучасних систем неможливий без розвитку сучасних цифрових технологій. Для їх впровадження необхідно проводити велику кількість дослідів на обладнанні, що витрачає багато промислових і людських ресурсів. Альтернативним рішенням є застосування аналітичних математичних моделей, що можуть не тільки зекономити матеріальні втрати, а й прискорити темпи дослідження оскільки одночасно можна здійснювати стільки досліджень скільки дозволяють обчислювальні властивості апаратури. Побудова моделі що може продемонструвати як близькість поводження до реального об’єкту так і її відносна простота для відтворення, програмування та застосування – надзвичайно складна інженерна задача. Контактний апарат є основним апаратом технологічного виробництва, відповідно до цього було створено динамічну аналітичну модель контактного апарату. Дана модель може застосовуватись як для синтезу систем так і для візуалізації роботи обладнання або ж для аналізу надійності обладнання чи ліній зв'язку. У подальших дослідженнях планується розробка багатопараметричної системи керування контактним апаратом.Документ Відкритий доступ Числовий аналіз термо-пружно-пластичного стану електроконтактних прокладок, виготовлених з дисперсно-армованих композитних матеріалів методом пошарового наплавлення(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Соловей, В. В.У статті наведено результати теоретичного дослідження з визначення придатності застосування електроконтактних прокладок (ЕКП) у промислових умовах (печах прямого графітування Кастнера), виготовлених з коксо-пекового композиту з використанням адитивних технологій на базі методу моделювання пошаровим наплавленням (МПН). Числовий аналіз фізичного стану ЕКП за умов промислового застосування виконано на підставі математичної постановки задачі термо-пружно-пластичності та алгоритму неявного зворотного відображення її розв’язання на базі методу скінченних елементів у середовищі програмування Mathcad. Для побудови геометрії та тетраїдної сітки моделі ЕКП використано вільно відкритий програмний код – CAD-систему для сіткової генерації Gmsh, а для візуалізації результатів розрахунків фізичних полів – вільно відкритий програмний код ParaView. Моделювання термо-пружно-пластичного стану ЕКП проведено за умов процесу графітування в печах Кастнера на інтервалі температур до 900 С, на якому проявляються термопластичні властивості матеріалу, за умов силового навантаження зовнішнім тиском на бічній поверхні прокладки величиною 2,5 МПа та різних значень радіального перепаду температур в діапазоні 15–90 С. На підставі аналізу отриманих результатів числового моделювання обґрунтовано можливість застосування ЕКП, виготовлених з дисперсно-армованих композитних матеріалів (коксо-пекових сумішей) методом МПМ, у технології графітування електродних виробів за методом Кастнера.Документ Відкритий доступ Особливості тріщиноутворення в системі «нанотрубка-полімер» за умов її асиметричного навантаження(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Гондлях, О. В.; Мамчур, О. В.В даний час елементи конструкцій з полімерних і гумових матеріалів набули широкого застосування в різних галузях машинобудування. Одним із провідних напрямів покращення властивостей таких елементів є процедура їх зміцнення шляхом наномодифікації вуглецевими нанотрубками. Аналіз літературних джерел дозволяє стверджувати, що процес наномодифікації є надійним інструментом підвищення параметрів міцності та тріщиностійкості полімерних виробів. Метою даної роботи є побудова та чисельна реалізація моделі для фізичного прогнозування властивостей наномодифікованих матеріалів з метою визначення параметрів міцності наномодифікованих об’єктів. Для аналізу механізмів утворення та поширення дефектів на нано-, мікро- та макрорівнях використано метод дискретно-віртуального просування тріщин, який дозволяє ефективно досліджувати міцність просторових систем полімерних нанокомпозитів. В результаті проведених чисельних експериментів встановлено, що процес витягування вуглецевої нанотрубки, яка знаходиться під дією асиметричного навантаження, супроводжується складним процесом накопичення дефектів, який залежить від зміни умов навантажень та суттєво впливає на еволюційну схему руйнування нанокомпозиту. Розроблені методи дозволяють достовірно оцінити міцність наномодифікованих полімерних матеріалів і можуть бути використані при розробці та впровадженні систем інформаційного забезпечення їх життєвого циклу елементів машинобудівного обладнання.