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

ПОПОВ В.И. — 2015 г.

Исследуется возможность снижения сопротивления трения посредством реодинамического фактора. Рассматриваются задачи о напорном течении нелинейно-вязкой жидкости в каналах и безградиентном обтекании пластины с эластичными покрытиями. Предполагается, что система жидкость–стенка находятся в квазиравновесном деформируемом состоянии с учетом локально-неравновесного (релаксационного) изменения в стенке интенсивности внешнего возмущения. Выявлены внешние и внутренние параметры снижения сопротивления. Установлено, что эффект снижения сопротивления трения потока обусловлен нелинейно-вязкими свойствами жидкости и релаксацией напряженного состояния эластичной стенки.

КАПУСТИН Ю.И., КОЛЕСНИКОВ А.В., КОЛЕСНИКОВ В.А., КУЗНЕЦОВ В.В. — 2015 г.

Изучено влияние поверхностно-активных веществ различной природы на физико-химические параметры (размер частиц и электрокинетический потенциал) дисперсной фазы гидроксидов меди, никеля и цинка при концентрации поверхностно-активных веществ катионной, анионной и неионогенной природы 2, 10, 50 и 100 мг/л в интервале рН 9.5–10.5. Определена эффективность их электрофлотационного извлечения в пенный продукт при начальной концентрации 50 мг/л в виде флотошлама в лабораторном электрофлотационном модуле с малоизнашиваемыми оксидными электродами с эффективностью выше 95% при времени обработки не более 30 мин и плотности тока 0.2 А/л.

ЖУЧКОВ В.И., КРУПИНОВА О.Н., ФРОЛКОВА А.К. — 2015 г.

Проведен синтез возможных технологических схем разделения четырехкомпонентной смеси, образующейся в производстве метилтретбутилового эфира, с использованием различных специальных методов и осуществлен выбор наиболее энергетически выгодного варианта схемы.

ВАСИЛЬЕВ М.А., УЛЬЕВ Л.М. — 2015 г.

Анализируются процессы дистилляции бензола и перегонки каменноугольной смолы, которые являются типичными для стран Восточной Европы. Для выполнения проекта реконструкции был выбран метод пинч-анализа. В соответствии с принципами пинч-анализа разработаны новые схемы теплообменных сетей и рассчитано теплообменное оборудование. Применение комплексного метода для интеграции нескольких цехов предприятия “Total Site” показало возможность интеграции теплового насоса. Показаны пути уменьшения потребления внешних энергоносителей на коксохимическом заводе, а также предложены пути пошаговой модернизации завода.

БЕЛИКОВ В.А., ЗАХАРОВ С.С., КААБАК Л.В., ЧЕЛЮСКИНА Т.В. — 2015 г.

Представлены результаты термохимического анализа процесса получения 2,4,5-триметилбензойной кислоты путем окисления 1,2,4,5-тетраметилбензола водными растворами азотной кислоты в интервале концентраций 32.5-59.0 мас. %. На основании полученных данных выбраны условия проведения синтеза, которые экспериментально подтверждены и использованы при разработке нового способа получения 2,4,5-триметилбензойной кислоты.

ВЯЗЬМИН А.В., ПОЛЯНИН А.Д., СОРОКИН В.Г. — 2015 г.

Описаны новые классы точных решений нелинейных реакционно-диффузионных уравнений гиперболического типа с запаздыванием. Все рассматриваемые уравнения зависят от одной или двух произвольных функций одного аргумента, а полученные решения содержат свободные параметры (в некоторых случаях число таких параметров может быть любым). Найдены периодические решения по времени и по пространственной переменной, решения, описывающие нелинейное взаимодействие стоячей волны с бегущей волной, и др. Приведены также точные решения более сложных нелинейных уравнений, в которых запаздывание произвольным образом зависит от времени. Получены условия глобальной неустойчивости решений некоторых реакционно-диффузионных систем с запаздыванием. Решена обобщенная задача Стокса с периодическим граничным условием, описываемая линейным диффузионным уравнением с запаздыванием.

ПОЛЯНИН А.Д. — 2015 г.

Рассматриваются нелинейные одномерные реакционно-диффузионные уравнения с запаздыванием.

ПОЛЯНИН А.Д. — 2015 г.

Получены точные решения с обобщенным разделением переменных нелинейных реакционно-диффузионных уравнений с запаздыванием u_t = ku_{xx} + F(u,w), где u=u(x,t), w=u(x,t-t*), t* - время запаздывания. Все рассмотренные уравнения зависят от одной или двух произвольных функций одного аргумента. Найдены периодические решения по времени и по пространственной переменной; решения, описывающие нелинейное взаимодействие стоячей волны с бегущей волной; решения обобщенных уравнений Фишера с запаздыванием и др. Указаны условия неустойчивости некоторых решений. Приведены также точные решения более сложных реакционно-диффузионных уравнений c несколькими различными временами запаздывания и уравнений, в которых запаздывание произвольным образом зависит от времени. Полученные точные решения содержат свободные параметры (в ряде случаев число таких параметров может быть любым) и могут быть использованы для решения некоторых задач и тестирования приближенных аналитических и численных методов решения подобных и более сложных нелинейных уравнений с запаздыванием.

ИВАНОВ И.В., КУЛОВ Н.Н., ЛОТХОВ В.А., ТИХОНОВ А.Ю. — 2015 г.

Экспериментально изучено фазовое равновесие жидкость–пар в четырехкомпонентной системе бензол–гептан–N-метилпирролидон–сульфолан, в том числе в областях расслоения жидкой фазы. Выполнено моделирование фазового равновесия жидкость–жидкость–пар в исследуемой системе при помощи программы расчета, составленной на базе уравнения NRTL. Проведена сравнительная оценка эффективности N-метилпирролидона, сульфолана и их смеси в качестве разделяющих агентов в процессе экстрактивной ректификации бинарной смеси бензол–гептан.

ДОЦЕНКО С.М., КАЛЕНИК Т.К., МЕДВЕДЕВА Е.В., СКРИПКО О.В. — 2015 г.

Изучена кинетика процесса получения концентрированных форм поликомпонентных систем на основе физико-химических методов обработки сырья и материалов, который включает такие операции как замачивание семян сои с целью их набухания, приготовление белковой дисперсной системы путем измельчения семян сои и экстракции белковых веществ из них, термокислотную коагуляцию белков, отжим влаги из коагулята, формование коагулята и сушка гранул. Экспериментальным путем и с помощью математического моделирования обоснована кинетика изучаемого процесса по приведенным операциям, а также химический состав исходного сырья в виде семян сои и других материалов.

ВОЛКОВ Р.С., КУЗНЕЦОВ Г.В., СТРИЖАК П.А. — 2015 г.

Разработана экспериментальная методика и выполнены исследования с использованием высокоскоростной (105 кадров в секунду) системы кросскорреляционной видеорегистрации изменения формы капель наиболее типичных и широко используемых в различных химических технологиях жидкостей (вода, керосин, этиловый спирт) при их движении с существенно дозвуковыми скоростями (до 5 м/с) в воздушной среде под действием гравитационных сил. Начальные размеры капель варьировались в диапазоне от 3 мм до 6 мм. Установлен циклический характер изменения форм капель в процессе движения. Измерены характерные времена переходов от одной формы капель к другой. Определены характерные времена “существования” капель в форме сфер и эллипсоидов. Сформулированы рекомендации по использованию геометрических моделей капель жидкостей при теоретическом исследовании тепломассопереноса и гидродинамики в процессе их перемещения через газовые среды в условиях умеренных чисел Вебера.

GROSSMANN IGNACIO E. — 2014 г.

Enterprise-wide optimization (EWO) has become a major goal in the process industries due to the increasing pressures for remaining competitive in the global marketplace. EWO involves optimizing the supply, manufacturing and distribution activities of a company to reduce costs, inventories and environmental impact, and to maximize profits and responsiveness. Major operational items include planning, scheduling, real-time optimization and control. We provide an overview of EWO in terms of a mathematical programming framework. We first provide a brief overview of mathematical programming techniques (mixed-integer linear and nonlinear optimization methods), as well as decomposition methods, stochastic programming and modeling systems. We then address some of the major challenges involved in the modeling and solution of these problems. Finally, we describe several applications to show the potential of this area.

MALL I.D., SRIVASTAVA V.C., THAKUR C. — 2014 г.

The present study deals with the adsorptive removal of phenol and resorcinol from aqueous solution onto rice husk ash. The competitive adsorption equilibrium of the binary mixtures (phenol/resorcinol) was determined by conducting batch experiments with initial concentration varying in the range of 50 to 1000 mg/L. In order to evaluate multicomponent adsorption isotherm parameters, individual adsorption equilibrium studies were also carried out. Langmuir, Freundlich and Redlich–Peterson equilibrium isotherm models were used for single compound equilibrium sorption data modeling. All three models give almost similar fit for single compound equilibrium data. Binary equilibrium adsorption data and the parameter evaluated from single adsorption data were fitted in various multicomponent isotherm models by minimizing the sum of square of error. The extended Langmuir model gave the better fit to the experimental adsorption data of phenol and resorcinol from binary systems onto rice husk ash. It seems that both phenol and resorcinol compete for the same adsorption sites on rice husk ash. The net interactive effect of phenol and resorcinol on the adsorption of resorcinol by rice husk ash was found to be antagonistic.

YABLONSKY G.S. — 2014 г.

Three approaches for grasping chemical complexity using data of kinetic measurements are presented, i.e. ‘gray-box approach, non-steady-state kinetic monitoring (“chemical calculus”) and pattern analysis. All approaches are illustrated by original results.

BIEGLER LORENZ T. — 2014 г.

Problem formulations and algorithms are considered for optimization problems with differential-algebraic equation (DAE) models. In particular, we provide an overview of direct methods, based on nonlinear programming (NLP), and indirect, or variational, methods. We further classify each method and tailor it to the appropriate applications. For direct methods, we briefly describe current approaches including the sequential approach (or single shooting), multiple shooting method, and the simultaneous collocation (or direct transcription) approach. In parallel to these strategies we discuss NLP algorithms for these methods and discuss optimality conditions and convergence properties. In particular, we present the simultaneous collocation approach, where both the state and control variable profiles are discretized. This approach allows a transparent handling of inequality constraints and unstable systems. Here, large scale nonlinear programming strategies are essential and a novel barrier method, called IPOPT, is described. This NLP algorithm incorporates a number of features for handling large-scale systems and improving global convergence. The overall approach is Newton-based with analytic second derivatives and this leads to fast convergence rates. Moreover, it allows us to consider the extension of these optimization formulations to deal with nonlinear model predictive control and real-time optimization. To illustrate these topics we consider a case study of a low density polyethylene (LDPE) reactor. This large-scale optimization problem allows us to apply off-line parameter estimation and on-line strategies that include state estimation, nonlinear model predictive control and dynamic real-time optimization.

MICHAEL MANGOLD, RENE SCHENKENDORF — 2014 г.

The concept of differential flatness has been widely used for nonlinear controller design. In this contribution, it is shown that flatness may also be a very useful property for parameter identification. An identification method based on flat inputs is introduced. The treatment of noisy measurements and the extension of the method to delay differential equations are discussed. The method is illustrated by two case studies: the well-known FitzHugh–Nagumo equations and a virus replication model with delays.

DONG X.C., SUN Y.C., XIN F., ZHU J.M. — 2014 г.

Phosphonium-based ionic liquids with varied alkyl chain lengths bearing different anions (Cl-, BF and PF ) were prepared and grafted on the commercial silica surface. The modified particles were characterized via FTIR spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA) and CO2 sorption/desorption. The effects of the type and activation temperature of silica support, the mole fraction and structure of the grafted ionic liquids on CO2 sorption were discussed in detail. The results indicated that CO2 sorption capacity of the sorbents had little impact on the chain length of the cation, while mainly depended on the anion types. The relationship between the initial mole fraction of ionic liquids and CO2 sorption properties had a non-linear character. Phosponium-cation hexafluorophosphate grafted on type A SiO2 activated under 426 K at ionic liquids/SiO2 feed ratio of 1/1 showed the highest CO2 sorption capacity (6.35 wt %) at 273 K and 100 kPa.

FARSI M., JAHANMIRI A., RAHIMPOUR M.R. — 2014 г.

In this study, performance of hydrogen–permselective membrane fixed bed reactors to produce isobutene is studied at steady state condition. The proposed reactors have been modeled heterogeneously based on the mass and energy conservation laws. The considered reaction networks in the model are isobutene dehydrogenation as the main reaction, and hydrogenolysis, propane dehydrogenation as well as coke formation as side reactions that all occur on the catalyst surface. The coke deposition on the catalyst surface results an activity profile along reactors. The reactions occur in the tube side and the hydrogen permeates from the reaction zone to the sweep gas stream. Decreasing the hydrogen concentration over the catalyst pellets improves isobutane conversion and isobutene selectivity. To prove the performance of the proposed configuration, simulation results for membrane process are compared with the conventional process at the same operating condition. In this configuration, the isobutene production rate is enhanced about 10.81% compared to the conventional process at the same catalyst loading.

МЕШАЛКИН В.П., МОШЕВ Е.Р. — 2014 г.

Представлена концепция автоматизированной системы для интегрированной логистической поддержки оборудования и трубопроводов химических производств на всех этапах жизненного цикла. Описаны структура и режимы функционирования автоматизированной системы при решении задач информационной поддержки технологических трубопроводов на этапе эксплуатации. Рассмотрен механизм обмена данными по трубопроводам с внешними информационными системами. Приведен способ реализации автоматизированного обмена данными между участниками жизненного цикла трубопроводов.

ГАРТМАН Т.Н., ДЕДОВ А.Г., КОЗЛОВСКИЙ Р.А., ЛОКТЕВ А.С., ПРОСКУРО Е.А., САПУНОВ В.Н., СОВЕТИН Ф.С., СУЧКОВ Ю.П., ШВЕЦ В.Ф. — 2014 г.

Разработан алгоритм расчета стационарных режимов автотермических гетерогенно-каталитических процессов на тонком слое катализатора с последовательно-параллельными реакциями. В его основу положен псевдогомогенный подход к описанию химических превращений на катализаторе, позволяющий рассчитывать процессы с произвольными стехиометрическими схемами реакций. Корректность и сходимость алгоритма проверена на конкретном примере с одной экзотермической и двумя параллельными эндотермическими реакциями.