научный журнал по химической технологии, химической промышленности Теоретические основы химической технологии ISSN: 0040-3571

ТОВБИН Ю.К., ТУГАЗАКОВ Р.Я. — 2010 г.

Обсуждается вопрос о корректности задания начальных условий при генерации молекулярного потока в узких порах. Исследовано влияние интенсивности начального возмущения равновесного состояния пара и жидкости в щелевидной поре шириной 15 нм с разным потенциалом взаимодействия молекул со стенками поры. Для расчета течений плотного газа и жидкости в узких порах использован микрогидродинамический подход, позволяющий исследовать влияние потенциала стенки на характеристики молекулярных потоков. Расчеты выполнены с помощью уравнений типа Навье–Стокса, в которых коэффициенты переноса и уравнение состояния вещества рассчитываются в рамках простейшей молекулярной модели – модели решеточного газа. Коэффициенты переноса и уравнение состояния зависят от локальных значений плотности пара и жидкости и от температуры. Показано, что при уменьшении интенсивности начального одномоментного возмущения динамическая картина течения пара качественно сохраняется: она имеет осциллирующий характер, как и при сильных начальных возмущениях. Слабое притяжение молекул к стенкам усиливает осцилляции на начальном этапе течения газа и жидкости вдоль оси поры. Сильное притяжение молекул малой плотности к стенкам поры формирует слоевой поток, и осцилляции заметно сглажены. Интенсивность возмущения меняет абсолютные значения параметров течений, в том числе средние скорости формирующихся молекулярных потоков. Средняя скорость гидродинамического потока в широких порах слабо зависит от энергии взаимодействия молекул со стенками поры.

ДВОРЕЦКИЙ Д.С., СТЕЛЬМАХ Л.С., СТОЛИН А.М. — 2010 г.

Проведено критическое обсуждение существующих методик расчета пресс-оснастки, общий недостаток которых состоит в том, что они не отражают особенностей процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), протекающих внутри пресс-формы: нестационарность и градиентность процесса теплообмена. Изложены результаты применения математического моделирования для исследования температурных полей, возникающих в пресс-оснастке при СВС-компактировании. Теоретически обоснована целесообразность использования метода теплового расчета пресс-оснастки, учитывающего кратковременность и неравномерность тепловой нагрузки на стенки пресс-формы. Приведены примеры расчета толщины стенки пресс-формы по стандартной и предложенной методикам. Показано, что расчет по неизотермической методике позволяет существенно уменьшить толщину стенки и, соответственно, массу пресс-формы.

НУРИСЛАМОВ О.Р., ШАГАПОВ В.Ш. — 2010 г.

В плоскоодномерной автомодельной постановке изучен процесс образовании газогидратов при инжекции газа в частично насыщенную водой пористую среду. Проанализировано влияние исходных параметров пористой среды (пористости, проницаемости и содержания влаги), температуры нагнетаемого газа и интенсивности нагнетания на картину гидродинамических и температурных полей в пористой среде. Показано, что в зависимости от интенсивности нагнетания холодного газа во влажную пористую среду процесс может происходить в нескольких режимах, с качественно различающейся структурой зон гидратообразования. Из-за образования газогидратов в объемных областях при нагнетании холодного газа может происходить нагрев пористой среды на десятки градусов, и тем самым процесс гидратообразования может служить неким механизмом для повышения температуры.

ДВОРЕЦКИЙ Д.С., ДВОРЕЦКИЙ С.И., МИЩЕНКО С.В., ОСТРОВСКИЙ Г.М. — 2010 г.

Формализованы задачи оптимизации конструктивных и режимных (управляющих) переменных при интегрированном проектировании гибких автоматизированных комплексов “химико-технологический процесс (ХТП) – система автоматического управления (САУ)” в условиях неопределенности физико-химических, технологических и экономических исходных данных. Выбор наилучшего варианта гибкого автоматизированного комплекса осуществляется путем попарного сравнения альтернативных вариантов автоматизированных комплексов по критериям, учитывающим как качество производимой продукции и показатели энерго- и ресурсосбережения, так и качество переходных процессов в САУ. Формулируется двухэтапная задача стохастической оптимизации гибких автоматизированных комплексов с “жесткими” и “мягкими” ограничениями и предлагается новый подход к ее решению. Демонстрируется пример интегрированного проектирования гибкого непрерывного процесса синтеза азопигментов и системы оптимальной стабилизации его режимов при наличии интервальной неопределенности кинетических коэффициентов химических реакций и отдельных технологических переменных.

БИЧУРОВ Г.В., РУБЦОВ Н.М., СЕПЛЯРСКИЙ Б.С., ЦВЕТКОВ Г.И., ЧЕРНЫШ В.И. — 2010 г.

ДИЛЬМАН В.В., КАШИРСКАЯ О.А., ЛОТХОВ В.А. — 2010 г.

На основании экспериментальных данных по нестационарному испарению и последующей конденсации паров вещества на плоской охлаждаемой поверхности в присутствии инертного газа впервые установлено существование молекулярного и конвективного режимов конденсации паров в зависимости от соотношения молекулярных масс компонентов парогазовой смеси. Показано, что кинетика процессов испарения–конденсации различается: если молекулярная масса пара МА больше молекулярной массы инертного газа МВ, то испарение проходит в молекулярном режиме, а конденсация – в конвективном; если МА меньше МВ, то режимы процессов изменяются на противоположные. Результаты опытов, проведенных на системах этилацетат–воздух, этанол–воздух, четыреххлористый углерод–воздух, метанол–воздух, вода–воздух, вода–гелий, находятся в удовлетворительном соответствии с вычисленными по предложенному уравнению. Описаны методики изучения динамики конденсации и испарения.

МЕДВЕДЕВ Д.В., СЕРАФИМОВ Л.А., ТАЦИЕВСКАЯ Г.И. — 2010 г.

Показано, что уравнение Гурикова, распространенное на многокомпонентные смеси, не является самостоятельной формой правила азеотропии, а лишь производной от формы Жарова. На основе уравнения Серафимова предложена новая форма правила азеотропии.

МОШИНСКИЙ А.И. — 2010 г.

Рассматриваются две модели для анализа процесса экстрагирования (и пропитки) из пористого образца. В моделях используются ячейки, т.е. дискретное описание в пространстве. Первая модель предполагает также дискретное описание по времени. Во второй время меняется непрерывно. Показано, что эти две модели и традиционная (диффузионная) образуют иерархическую цепочку моделей. Получены зависимости для определения количества целевого компонента в пористом теле.

КОЛЬЦОВА Э.М., СКУДИН В.В., ЦАПЛИН С.В. — 2010 г.

Изучен процесс дегидрирования пропана на молибденовом катализаторе и определены кинетические константы химических реакций. Разработанная математическая модель позволила определить лимитирующую стадию всего процесса, являющегося одним из промышленных методов получения пропилена и водорода.

АЛИЕВ А.М., ГУСЕЙНОВА А.М., ИСМАИЛОВ Н.Р., ТАИРОВ А.3., ШАХТАХТИНСКИЙ Т.Н. — 2010 г.

Проведено сравнение результатов расчета по математической модели промышленного процесса пиролиза этана, осуществляемого на заводе “Этилен-Полиэтилен” г. Сумгаита при средней постоянной теплонапряженности радиантного змеевика, с результатами расчета этого же процесса, но с использованием предлагаемого метода позонного подвода топливного газа. Приводится разработанное математическое описание промышленного процесса с обратной связью. По найденным согласно математической модели оптимальным значениям теплонапряженностей для каждой зоны определялись оптимальные количества топливного газа, которые необходимо подвести к каждой зоне для обеспечения максимальных выходов целевых продуктов. Результаты сравнения предлагаемого метода ведения процесса с принятым в промышленности говорят о преимуществах подвода топливного газа по зонам змеевика. При этом происходит значительная экономия топливного газа и более высокий выход целевых продуктов, что в итоге дает заводу ощутимую прибыль. Приводится выражение для определения оптимального количества топливного газа, подводимого к каждой зоне, даже при изменении условий на входе в реактор – загрузки и входной температуры, что позволит оперативно управлять процессом.

ЗИЯТДИНОВ Н.Н., ЛАПТЕВА Т.В., ОСТРОВСКИЙ Г.М., ПЕРВУХИН Д.Д. — 2010 г.

При проектировании технических систем в условиях частичной неопределенности исходной физической, химической и экономической информации важной задачей является определение такой конструкции, при которой ее система управления будет гарантировать выполнение всех ограничений (точно или с некоторой вероятностью) несмотря на изменение внутренних и внешних факторов во время стадии функционирования. В статье рассматривается одна из задач, которую приходиться при этом решать, а именно – одностадийная задача с вероятностными ограничениями. Предложен подход к решению таких задач, основанный на преобразовании вероятностных ограничений в детерминированные.

ДИЛЬМАН В.В., КАШИРСКАЯ О.А., ЛОТХОВ В.А. — 2010 г.

С помощью вычислительного эксперимента показано существование аномальных режимов неэквимолярной диффузии в трехкомпонентных парогазовых смесях: ацетон–метанол–воздух, водород–вода–диоксид углерода, водород–аммиак–азот. За счет осмотической и реверсивной диффузии на отдельных участках трубки Стефана может быть достигнуто более чем двукратное повышение мольных долей водяных паров и аммиака по сравнению с их концентрацией на входе.

ГИМАЛТДИНОВ И.К., СТОЛПОВСКИЙ М.В., ХАСАНОВ М.К. — 2010 г.

Представлена математическая модель процесса образования газовых гидратов в пористой среде при инжекции холодного газа. Рассмотрены случаи, когда образование гидрата лимитируется кинетикой процесса, а также тепломассопереносом в пористой среде. Исследовано влияние исходных параметров пористой среды, а также интенсивности инжекции газа на динамику процессов образования гидрата. Установлены критические условия, разделяющие разные режимы образования гидрата.

КОРЖ Н.Н., КРИВАНДИН А.В., СОЛОВОВА Ю.В., ШАТАЛОВА О.В., ШИБРЯЕВА Л.С. — 2010 г.

Проведен анализ кинетики поглощения кислорода и накопления нелетучих продуктов окисления маслонаполненных образцов с разным содержанием масла. С помощью рентгеновского дифракционного анализа, дифференциальной сканирующей калориметрии, инфракрасной спектроскопии определены закономерности изменения структурных и теплофизических параметров маслонаполненных образцов в ходе окисления. Показано, что концентрация масла определяет фазовую структуру, и это оказывает влияние на механизм и кинетику термоокисления полимерной матрицы. Выделение масла в отдельную фазу приводит к замедлению окисления и ускорению деструкции полимерных цепей, чему способствуют напряжения, возникающие в проходных цепях.

2010

БОЯРИНОВ Ю.Г., МЕШАЛКИН В.П. — 2010 г.

Рассмотрены общие подходы к построению полумарковских моделей химико-технологических систем. Показаны основные направления развития аппарата полумарковского моделирования, используемого для определения рационального набора мероприятий по обеспечению и их экономически эффективного функционирования. Предложены выражения для определения основных характеристик системы технического обслуживания и ремонта сложного химико-технологического оборудования.

ЧЕРНЯКОВ А.В. — 2010 г.

Предложены два метода приближенной декомпозиции и композиции пространственных течений. Методы позволяют, во-первых, оценить влияние отдельных воздействий на пространственное течение жидкой или газовой среды; во-вторых, восстановить полную картину поля давлений пространственного течения по фрагментарным двумерным расчетам. Проведены соответствующие компьютерные расчеты и натурные эксперименты. Сравнение результатов экспериментов и расчетов показало эффективность предложенных методов.

ТАРАСОВ В.В. — 2010 г.

Рассмотрено применение метода гидродинамической гетероадагуляции для очистки воды от микрокапель органических жидкостей размером 0.8–10 мкм и концентрацией 0.02–2.0%. Предложена математическая модель процесса. Обсуждена роль материала для гетероадагуляции, частоты вращения роторов диспергатора и мешалки гетероадагулятора, а также водородного показателя. Установлено, что очистка от микрокапель происходит на 93 99 за 5–25 мин. Обнаружена и объяснена причина ступенчатости “кинетических” кривых гидродинамической гетероадагуляции, а также значительное ускорение или замедление ее при введении второго множества капель, которые в 300–500 раз крупнее первых.

БОЖЕВОЛЬНОВ В.Е., МЕЛИХОВ И.В., РУДИН В.Н., СИМОНОВ Е.Ф. — 2010 г.

Проанализирована возможность рассматривать создание функционального материала как реализацию стадии выделения вещества, образующего материал, из пересыщенной среды и стадий физического и химического модифицирования выделившегося вещества. Сформулировано основное кинетическое уравнение изменения функции распределения частиц вещества по состояниям на каждой стадии, учитывающее дискретный характер зарождения, роста и агрегирования частиц. Приведены решения континуальных вариантов кинетического уравнения применительно к каждой стадии. Введено представление о маршруте () получения материала в виде функции связи целевых свойств вещества с характеристиками реакторов, в которых создается материал. Рассмотрены условия, при которых маршрут на каждой стадии можно считать оптимальным, и введены критерии оптимальности маршрутов. Проанализирована возможность рассматривать создание функционального материала как реализацию стадии выделения вещества, образующего материал, из пересыщенной среды и стадий физического и химического модифицирования выделившегося вещества. Сформулировано основное кинетическое уравнение изменения функции распределения частиц вещества по состояниям на каждой стадии, учитывающее дискретный характер зарождения, роста и агрегирования частиц. Приведены решения континуальных вариантов кинетического уравнения применительно к каждой стадии. Введено представление о маршруте () получения материала в виде функции связи целевых свойств вещества с характеристиками реакторов, в которых создается материал. Рассмотрены условия, при которых маршрут на каждой стадии можно считать оптимальным, и введены критерии оптимальности маршрутов. Проанализирована возможность рассматривать создание функционального материала как реализацию стадии выделения вещества, образующего материал, из пересыщенной среды и стадий физического и химического модифицирования выделившегося вещества. Сформулировано основное кинетическое уравнение изменения функции распределения частиц вещества по состояниям на каждой стадии, учитывающее дискретный характер зарождения, роста и агрегирования частиц. Приведены решения континуальных вариантов кинетического уравнения применительно к каждой стадии. Введено представление о маршруте () получения материала в виде функции связи целевых свойств вещества с характеристиками реакторов, в которых создается материал. Рассмотрены условия, при которых маршрут на каждой стадии можно считать оптимальным, и введены критерии оптимальности маршрутов. Проанализирована возможность рассматривать создание функционального материала как реализацию стадии выделения вещества, образующего материал, из пересыщенной среды и стадий физического и химического модифицирования выделившегося вещества. Сформулировано основное кинетическое уравнение изменения функции распределения частиц вещества по состояниям на каждой стадии, учитывающее дискретный характер зарождения, роста и агрегирования частиц. Приведены решения континуальных вариантов кинетического уравнения применительно к каждой стадии. Введено представление о маршруте () получения материала в виде функции связи целевых свойств вещества с характеристиками реакторов, в которых создается материал. Рассмотрены условия, при которых маршрут на каждой стадии можно считать оптимальным, и введены критерии оптимальности маршрутов. реакторов, в которых создается материал. Рассмотрены условия, при которых маршрут на каждой стадии можно считать оптимальным, и введены критерии оптимальности маршрутов.

ЖУКОВ В.Е., ПАВЛЕНКО А.Н., ПЕЧЕРКИН Н.И., САНДЕР С., ХОУПТОН П., ЧЕХОВИЧ В.Ю. — 2010 г.

Экспериментально исследовано распределение состава разделяемой смеси фреонов R114 и R21 в поперечном сечении структурированной насадки дистилляционной колонны. Приведены результаты по эффективности разделения смеси фреонов, перепаду давления на насадке, распределению локальной концентрации легкокипящего компонента по сечению и высоте структурированной насадки в диапазоне изменения фактора нагрузки по паровой фазе вплоть до гидравлического захлебывания. Результаты экспериментов показали, что внутри насадки формируется крупномасштабная неравномерность распределения состава смеси по сечению колонны даже в случае достаточно эффективного разделения смеси в колонне. Показано, что неравномерность наблюдается по всей высоте колонны. Расположение крупномасштабных зон неравномерности существенным образом зависит от нагрузки колонны по жидкости и пару.