Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження»: збірник наукових праць, № 3 (22)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Використання флокулянтів в процесах пом’якшення води(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Гордієнко, К. Ю.; Радовенчик, Я. В.Погіршення якості природних вод з кожним роком викликає все більшу стурбованість фахівців та пересічних громадян. Дефіцит води в окремих регіонах та невтішні прогнози на забезпеченість людства водою в майбутньому переводять проблеми гідросфери в категорію катастрофічних. Мінералізація природних вод в результаті антропогенних та природних факторів складає сьогодні одну з найбільш гострих проблем водозабезпечення. Пом’якшення води шляхом видалення іонів кальцію та магнію дозволяє частково вирішувати цю проблему. Найбільшого поширення сьогодні отримали реагентні методи пом’якшення, в яких в якості осаджувача застосовують фосфати, здатні утворювати з іонами кальцію та магнію малорозчинні у воді сполуки. Зважаючи на високу дисперсність частинок твердої фази, утворених в результаті такої обробки, виникають проблеми ефективного розділення рідкої та твердої фаз. Використання флокулянтів дозволяє інтенсифікувати процес фільтрування, попередити закупорювання пор фільтру твердими частками, скоротити тривалість технологічного процесу. В процесі дослідження нами вивчено вплив на розділення фаз різних типів флокулянтів - поліакриламіду – як неіоногенного флокулянту, Magnofloc – 336 фірми Ciba – як флокулянту аніонного типу, Zetag – 7692 фірми Ciba – як флокулянту катіонного типу. Модельні розчини містили приблизно однакову кількість іонів кальцію та магнію загальною жорсткістю 27 мг-екв/дм3 і оброблялися еквівалентною кількістю фосфату натрію в суміші з флокулянтом дозою 1 – 80 мг/дм3. Проведені дослідження показали, що при відстоюванні додавання поліакриламіду в концентраціях 1 – 10 мг/дм3 не супроводжується позитивним ефектом. Після відстоювання протягом 1 год уявний об’єм твердої фази на 30 – 40 % перевищує аналогічний показник без обробки флокулянтом. Відчутний ефект спостерігається лише при дозах флокулянту 30 – 80 мг/дм3. Причому, в останньому впадку освітлення відбувається досить швидко і протягом 10 хв уявний об’єм твердої фази досягає свого мінімуму і при подальшому відстоюванні змінюється дуже мало. При фільтруванні ж додавання флокулянту лише гальмує процес відділення твердої фази і значно подовжує отримання пом’якшеної рідкої фази. Додавання флокулянта навіть в концентраціях 1 мг/дм3 негативно впливає на параметри процесу фільтрування. Тому можливо однозначно стверджувати, що для систем малої та середньої продуктивності (а в них передбачається використовувати саме фільтрування) поліакриламід в якості інтенсифікатора процесу розділення фаз використовуватися не може. За тих же умов ефективність флокулянту аніонного типу Magnofloc – 336 при відстоюванні дещо вища в порівнянні з поліакриламідом. При дозі флокулянту 30 – 80 мг/дм3 основна маса твердої фази осідає протягом 5 хв і формує об’єм біля 30 см3. Без флокулянта пом’якшені води такої жорсткості освітлюються дуже повільно. Тому очевидно, що при відстоюванні цей флокулянт може бути використаний при умові відповідного співвідношення в початковому розчині іонів кальцію та магнію. Флокулянт даного типу виявився більш ефективним і при фільтруванні. Традиційно значні дози флокулянту (30 – 80 мг/дм3) гальмують процес фільтрування. При менший концентраціях ефект спостерігається суттєвіший. Так, при концентраціях флокулянту 1 – 10 мг/дм3 спостерігається збільшення швидкості фільтрування і наближення її значення до параметрів фільтрування дистильованої води. Такий результат можна вважати позитивним як з точки зору підвищення ефективності процесу, так і з точки зору меншої витрати реагентів. Флокулянт катіонного типу Zetag – 7692 при відстоюванні позитивним ефектом не відзначився. В порівнянні з іншими флокулянтами, Zetag – 7692 не забезпечує різниці в швидкостях відстоювання для різних концентрацій. Фактично, вплив флокулянта на утворену тверду фазу досить незначний. Те ж можна сказати і про вплив даного флокулянту на швидкість фільтрування. В діапазоні концентрацій флокулянта 1 – 80 мг/дм3 всі точки графіків на 5 – 10 % відрізняються від кривої швидкості фільтрування без флокулянта і далекі від кривої фільтрування дистильованої води. Таким чином, флокулянт даного типу не забезпечує позитивного ефекту в процесі розділення рідкої та твердої фаз і його використання в процесах пом’якшення є мало перспективним. Таким чином, в процесах пом’якшення рекомендується використання флокулянту аніонного типу Magnofloc – 336 в концентраціях 1 – 10 мг/дм3для інтенсифікації процесу розділення фаз.Документ Відкритий доступ Концентрування розчинів хлориду натрію при переробці концентратів зворотньоосмотичного опріснення води(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Гомеля, М. Д.; Крижановська, Я. П.В роботі досліджено процеси концентрування розчинів хлориду натрію методом електродіалізу. Суть процесу полягає у використанні розчинів хлориду натрію, що утворюється при знесоленні води зворотнім осмосом у вигляді концентратів. Процес концентрування реалізовували у трикамерному електролізері, в катодній, анодній та робочій областях було розміщено розчин хлориду натрію, концентрацією 360 ммоль/дм3. В анодній області було використано розчин лугу концентрацією 480 мг-екв/дм3. При проведенні електролізу в катодній області утворювався луг, за рахунок дифузії натрію у робочій області та катодного відновлення води. Хлориди із робочої області переходили в анодну область. Гідроксид-аніони на аноді окислювались до кисню, хлориди з натрієм утворювали хлористий натрій, концентрація якого зростала до 660 мг-екв/дм3. Лужність знижувалась до 68-70 мг-екв/дм3. При зміні катодів і анодів місцями процес повторювали до підвищення лужності в катодній зоні та концентрації хлоридів в анодній зоні. В робочу зону, де відбувалось знесолення води, додавали розчин хлориду натрію, концентрацією 360 ммоль/дм3. Після дев’яти циклів електролізу отримували розчин хлориду натрію з концентрацією 100-150 г/дм3. Залишковий вміст хлориду натрію у знесоленій воді сягав 50-100 мг/дм3. Для концентрування можна використовувати розчини хлориду натрію з концентрацією від 4 до 30 г/дм3.Документ Відкритий доступ Evaluation of the electroflotation efficiency for the oil-containing shipping waters treatment(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Vozniuk, Marta; Shabliy, TetianaThe article describes the problems of formation and purification of ship oil-containing waters. The effectiveness of electroflotation using aluminum and iron anodes for the extraction of oil from water-oil emulsions with different mineralization was assessed. Electroflotation treatment of water-oil solutions provides 98.6–99.9 % oil removal using aluminum or iron electrodes at an anodic current density of 1.65–7.39 A/dm2 for highly mineralized waters and 0.07–0.50 A/dm2 for fresh water. Water treatment during the first 15 minutes provides a sharp decrease in oil content from 100 mg/dm3 to 1.31–2.52 mg/dm3, almost regardless of the type of anode metal. The efficiency of oil extraction from water mainly depends on its mineralization. In mineralized (salty) water, the treatment process is more efficient. In fresh waters, aluminum anode provides higher water purification efficiency compared to iron anode. However, in the case of pre-treatment of the iron anode with an alkali solution with the formation of a magnetite layer on it, this anode is characterized by the highest purification efficiency for low-salt waters, providing a degree of water purification at the level of 99.9 %.Документ Відкритий доступ Керування адсорбційним відновленням відпрацьованих олив і мастил в умовах нестаціонарностей(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Ярощук, Л. Д.; Тюріна, Є. О.У різних галузях виробництва та транспорту постійно зростає попит на оливи та мастильні матеріали, які є шкідливими для довкілля складними речовинами, їх виготовлення вимагає суттєвих фінансових витрат. Актуальною задачею є створення систем керування адсорбційним очищенням відпрацьованих олив і мастил, які зможуть забезпечити вимоги до якості їх регенерування в умовах недостатнього інформаційного забезпечення та нестаціонарності значної кількості характеристик технологічної системи. Виконано аналіз властивостей сировини, адсорбенту та адсорбера з точки зору необхідного і потенційно можливого інформаційного забезпечення. Виокремлено три основні джерела нестаціонарностей: періодичне надходження нової за властивостями сировини; випадкові зміни властивостей поточної сировини та адсорбенту; поступові зміни робочих поверхонь адсорбера від взаємодії з адсорбентом та адсорбатом. Перше джерело визнано найбільш суттєвим, тому для загального алгоритму керування передбачено дві складові – керування в режимах змінної та сталої сировини (суттєві та не суттєві зміни властивостей сировини відповідно). Для кожного джерела нестаціонарності запропоновано відповідний блок адаптування для систем керування тиском і температурою в адсорбері з ПІ-регуляторами. Визначено властивості речовин, які будуть використані для корегування завдань регуляторам і параметрів їх налаштування. Створено систему взаємодії окремих блоків адаптування в обох режимах загального алгоритму керування. Для режиму сталої сировини наведено загальний вид передавальних функцій для каналів керування та запропоновано структуру системи адаптивного керування з виконанням поточної ідентифікації моделі каналу керування та перерахунку параметрів налаштування відповідних ПІ-регуляторів. Отримані результати дозволять зменшити тривалість та амплітуди відхилень показників якості регенерованих речовин від заданих значень, що підвищить ефективність роботи системи керування в цілому. Запропоновані методи можна застосувати для тих технологій, де існує проблема стабілізації властивостей вхідних матеріальних потоків, зокрема в технологіях з використанням вторинної сировини.Документ Відкритий доступ Development of a spray dryer’s mathematical model for control tasks(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Sytnikov, Oleksii; Skladannyy, Denys; Sokolov, KostiantynThe sustainable development paradigm includes the most efficient material and energy resources using in production processes. One of the ways to achieve this goal is creating the effective automated control systems. At the same time, such systems effective functioning is impossible without adequate mathematical models for control objects. Thus, the actual task of this study is to create the control object – a spray dryer -model-, which could be used in the control system. It was established that one of the main devices in the sodium tripolyphosphate production is a spray dryer in which the aqueous salts suspension is dried by flue gases. The obtained powdery product which is fed into the calcination furnace. The work investigated convective drying, where the material is in direct contact with the drying agent – furnace gas. To drying process control by the drying agent temperature. The existing works analysis showed that the mathematical model developing process of a spray dryer requires in-depth research into the physical nature of processes which taking object's operation’s various factors into account. The object presentation can be carried out with different approaches taking into account various important production factors, but at the same time it should be as close as possible to the nature of process. The development of the spray drying process model is carried out for regulation the moisture at the finished product. The beginning of the research is the structural and parametric diagram creation of a spray dryer taking into account all input and output values which allow to determine the control disturbance channels. A material balance based on the moisture and loose matter amount and a gas environment heat balance is compiled. The transfer functions component calculation is carried out using the Kramer method. The presented results of the research make it possible to build and analyse the spray dryer mathematical model taking into account the requirements for the substance moisture content be dried and the control process analysis by the drying agent temperature changing. The transient characteristics of the spray dryer by the disturbance and control channels, which are calculated and presented in the research make it possible to compare the control object behaviour with and without taking heat loss into the environment the assumptions into account.Документ Відкритий доступ Використання технології регенерації тепла для підвищення теплової ефективності обертових печей(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Щербина, В. Ю.; Іваненко, О. І.; Сокольський, О. Л.; Васильченко, Г. М.Розглянуто проблему підвищення енергетичної ефективності обертових печей, які використовуються в різних галузях промисловості для термічної обробки матеріалів. Одним з важливих аспектів їх експлуатації є енергетична ефективність, яка залежить від багатьох факторів і загалом характеризує ступень використання теплоти палива для нагрівання матеріалу. Тому вкрай актуальною є проблема пошуку та використання методів зменшення теплових втрат і використання теплоти. У цьому контексті, підігрів вторинного повітря може виявитися одним з важливих методів для підвищення теплової ефективності обертових печей особливо тих, які працюють в режимі для піролізного випалювання таких матеріалів як вугілля, деревина, торф тощо. У роботі досліджена можливість підвищення енергетичної ефективності обертових печей за допомогою підігріву вторинного повітря шляхом регенерації використаного тепла. Запропоновано використання спірального теплообмінника, який дозволяє передавати тепло від корпусу печі до вторинного повітря без перешкоджання обертанню печі. Розроблено математичну модель для числового розрахунку спірального теплообмінника, що дозволяє оцінювати теплові і температурні характеристики теплообмінника.Документ Відкритий доступ Зовнішні знімні елементи труб для інтенсифікації теплообміну (Огляд конструкцій)(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Мікульонок, І. О.; Карвацький, А. Я.; Іваненко, О. І.; Лелека, С. В.Предмет дослідження – зовнішні знімні засоби теплообмінних труб для інтенсифікації процесу теплообміну в технологічному обладнанні та трубопроводах різних галузей економіки. Дослідження стану питання й тенденцій розвитку конструктивно-технологічного оформлення зовнішніх знімних елементів труб для інтенсифікації теплообміну ґрунтуються на критичному аналізі науково-технічних джерел інформації й передусім – патентної інформації провідних країн світу, оскільки саме в патентній документації наводяться відомості про інноваційні розробки у відповідній галузі техніки й технології. За допомогою методів аналізу й синтезу систематизовано зовнішні знімні елементи труб для інтенсифікації теплообміну обладнання та трубопроводів хімічної і споріднених галузей технології. Для кожного виду елементів розроблено ґрунтовну класифікацію, на основі якої докладно розглянуто найбільш цікаві конструкції, запропоновані науковцями, конструкторами й винахідниками провідних країн світу. Надано критичну оцінку більшості наведених конструкцій, обговорено їхні переваги й недоліки. Перевагу надано джерелам інформації кінця другого й початку третього тисячоліття. Конструкції зазначених елементів проаналізовано залежно від режиму руху текучого теплоносія, наявності зміни агрегатного стану теплоносія, характеру дії на потік у часі, характеру зміни гідродинаміки потоку, ступеня зміни гідродинаміки потоку, відносної довжини, орієнтації труб у просторі, ступеня кривизни каналу, матеріалу, ступеня складання, ступеня рухливості складових частин, кількості охоплюваних елементами труб, а також типу заготованки. Показано, що, незважаючи на значну різноманітність конструкцій зовнішніх знімних елементів труб для інтенсифікації теплообміну, найбільш затребуваними промисловістю залишаються апробовані у виготовленні та експлуатації металеві пластинчасті елементи. Проте завдяки успіхам матеріалознавства та комп’ютерного моделювання пошуки нових конструкцій елементів труб для інтенсифікації теплообміну тривають.Документ Відкритий доступ Імітаційне моделювання кожухотрубного теплообмінника у нафтогазовій промисловості(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Кубах, С. О.; Цапар, В. С.З погляду літературного аналізу, найбільш оптимальним методом впровадження теплообмінників у виробничі процеси є використання обчислювальної гідродинаміки для моделювання. В контексті промисловості, досягнення енергоефективності, безпеки та забезпечення стабільної функціональності установок є критично важливими завданнями. Використання комп'ютерного моделювання розширює можливості дослідження процесів теплообміну, зокрема в теплових установках, таких як кожухотрубні теплообмінники. Імітаційне моделювання дозволяє передбачати процеси, створювати точні моделі об'єктів, аналізувати їх та досліджувати параметри системи. Воно покращує процеси прийняття рішень, зменшує ризики і сприяє розвитку всієї нафтогазової промисловості. Комп'ютерні моделі легше і зручніше вивчати, вони дозволяють проводити обчислювальні експерименти, реальна реалізація яких є складною або може призвести до непередбачуваних результатів. Усі ці аспекти спрямовані на більш глибоке і детальне розуміння процесів теплообміну, що відкриває можливості для їх подальшого вдосконалення у майбутньому. Попередні дослідження вказують на відсутність рекомендацій щодо оптимізації теплобмінних систем та недостатню деталізацію важливих параметрів під час моделювання, а саме розміри моделі, властивості матеріалів. У цьому контексті дана робота акцентує увагу на налаштуванні моделі реального масштабу з основним акцентом на аспектах теплообміну та впливі турбулентності на зміну температури нафти та пари. Окрім того, отримано загальний коефіцієнт теплопердачі та визначено, як його зміна корелює з швидкістю потоку. Ця робота підкреслює важливість моделювання в хімічних процесах як важливого інструменту для підвищення ефективності, забезпечення безпеки та надійності операцій. Отримані результати аналізу і налаштування надають інформацію про процес конфігурації моделі та її оптимальний режим роботи. На сьогоднішній день, перспективи досліджень представляють великий потенціал для вдосконалення процесу підігріву нафти. Оптимізація конструкції теплообмінника, програмне забезпечення та автоматизований контроль неперервно зазнають покращень.