Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Хiмiя, хiмiчнi технологiї та екологiя

ОСОБЛИВОСТІ МАСООБМІНУ В АПАРАТАХ З РУХОМОЮ НАСАДКОЮ В ТРИФАЗНОМУ ПІННОМУ ШАРІ

Євгенія Володимирівна Манойло — 2024-05-22

Удосконалення тепломасообмінного обладнання для сорбційних процесів при протитечійному контакті газу і рідини в комбінованих блочних елементах з обважненою сферичною насадкою, а також більш поглиблене дослідження цього процесу є актуальним завданням хімічної технології. Розроблено та досліджено принципово новий тип кулястої тривимірної сітчастої псевдозрідженої насадки, корпуси якої виконані з шарів полімеру з отворами, а всередині розташована вільно навита металева або полімерна сітка. Насадка має високу питому поверхню, розвинений вільний об'єм і низьку насипну густину. Проведено дослідження масообміну в рідкій і газовій фазах та отримано відповідні розрахункові рівняння. Встановлено залежності для розрахунку коефіцієнтів масовіддачі та ефективності комбінованого блочного елемента від режимних і конструктивних параметрів. Результати розрахунків за отриманими залежностями показують достатню кореляцію з експериментальними даними. Запропонована модель процесу десорбції діоксиду вуглецю з води, яка дозволяє прогнозувати значення показників ефективності процесу декарбонізації. Встановлено, що використання комбінованого блочного елемента з кулеподібною насадкою дозволяє підвищити коефіцієнти масопередачі в порівнянні з провальною тарілкою. Промислова реалізація процесів абсорбції в пінному шарі та використання методу стабілізації газорідинного шару значно розширює сферу застосування пінних апаратів і відкриває нові можливості для інтенсифікації технологічних процесів. Раніше висловлене припущення про перспективність використання сітчастих матеріалів для виготовлення корпусів насадок підтвердилося експериментами, але слід підкреслити особливість роботи апаратів з подібними насадками.

ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЕФІЦІЄНТУ ЛІНІЙНОГО РОЗШИРЕННЯ БІОСУМІСНИХ СКЛОКРИСТАЛІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ СИСТЕМИ Li2O–СaO–ZrO2–TiO2–MgO–ZnO–Al2O3–B2O3–P2O5–SiO2

Олена Вікторівна Бабіч — 2024-05-22

Встановлена перспективність застосування біосумісних скаффолдів із архітектонікою кісткової тканини для заміщення значних ділянок кісткової тканини. Встановлена необхідність створення зміцнених пористих біоактивних склокристалічних матеріалів, які експлуатуються в умовах змінних навантажень та характеризуються високими остеокондуктивними та остеоіндуктивними властивостями. Визначено основні критерії формування зміцненої ієрархічної пористої структури біоактивних склокристалічних матеріалів в умовах термічної обробки. Обґрунтовано вибір системи Li₂O–СaO–ZrO₂–TiO₂–MgO–ZnO–Al₂O₃–B₂O₃–P₂O₅–SiO₂, в межах якої обрані склади стекол серії ОС з вмістом основних компонентів та модифікуючих добавок, у мас. %: CaF₂ 0,5–2,5; CeO₂ 0,01–0,05; SrO 0,01–0,05; Nb₂O₃ 0,01–0,1; SrO
0,01–0,1 та зі співвідношенням Са:P = 1,67 та SiO₂:Li₂O = 4,0 та розроблено склокристалічні матеріали, які характеризуються вмістом кристалічних фаз гідроксиапатиту та дисилікату літію для формування біоактивної зміцненої структури. Проаналізовано вплив хімічного та фазового складу модельних стекол на кристалізаційну здатність та термічні властивості склокристалічних матеріалів на їх основі. Визначено, що показник ТКЛР для дослідних скломатеріалів в температурному інтервалі 25–600 °С складає 78–130,2·10^-7°С^-1 і визнається видом та вмістом кристалічних фаз та складом склофази. Встановлено, що формування ситалізованої взаємозв’язаної структури з наявністю 50 об. % гідроксиапатиту та 10 об. % літію дисилікату з ТКЛР близько 100·10^-7°С^-1, визначає можливість одержання якісних міцних та бездефектних пористимих біосумісних матеріалів та покриттів по сплавівам титану на основі кальційсилікофосфатних склокристалічних матеріалів для створення єдиної конструкції ендопротезу. Створення зміцнених наноструктурованих склокристалічних матеріалів з ієрархічною пористою структурою, здатністю до витримки термічного навантаження та формування міцного сполучення зі сплавами з титану дозволить вирішити нагальні проблеми заміщення значних ділянок кісткової тканини.

МЕТОДИКА ТА ОСОБЛИВОСТІ ДОСЛІДЖЕНЬ ФІЛЬТРАЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ УЩІЛЬНЕНИХ ГЛИБОКОЗАЛЯГАЮЧИХ ГІРСЬКИХ ПОРІД

Олег Леонідович Зімін — 2024-05-22

У результаті вичерпання традиційних запасів вуглеводнів постає необхідність розвідки покладів на великих глибинах та при складних геологічних умовах. Це передбачає удосконалення технологій вивчення гірських порід і флюїдів за допомогою систем комп’ютерного моделювання та лабораторного обладнання. Моделювання у лабораторних умовах процесів які відбуваються у гірських породах при бурінні, розробці, інтенсифікації чи різноманітних хімічних впливах відіграють значну роль при сучасному видобуванні вуглеводнів, оскільки дозволяє зменшити кількість помилок на стадії проектування розробки родовищ чи методів впливу на продуктивні пласти. В світі існує низка відомих виробників лабораторного обладнання, що моделюють фільтраційні процеси в гірських породах, проте будь яка система має як свої переваги так і недоліки. Для реалізації задач із вивчення фільтраційних процесів у гірських породах, технологій розробки ущільнених та традиційних колекторів, методів інтенсифікації та фізико-хімічного впливу при видобуванні вуглеводнів розроблено фільтраційне обладнання, яке дозволяє проводити стандартні та спеціальні дослідження кернового матеріалу гірських порід. Перша установка низького тиску дозволяє проводити швидкі та точні виміри пористості та проникності при тисках до 10 МПа та температурах до 120℃. Крім фільтраційних процесів обладнання дозволяє проводити оціночні дослідження впливу різноманітних хімічних розчинів, бурових та інших технологічних рідин на природні та штучні керни у наукових та промислових дослідженнях. Для досліджень гірських порід та флюїдів у пластових умовах розроблено фільтраційну систему, що дозволяє проводити всі вищевказані дослідження при тисках до 100 МПа та температурах до 200℃. Особливістю розробленого обладнання є висока точність вимірювань, автоматизація процесів моніторингу, корозійностійке виконання основних вузлів та агрегатів, що дозволяє проводити дослідження у будь якому агресивному середовищі. Лабораторні дослідження дозволяють уникати помилок при проектуванні розробки нових площ, зменшити аварійність буріння та підбирати ефективні технології впливу на гірські породи.

АНАЛІЗ ПЕРСПЕКТИВ ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ ВИЯВЛЕННЯ ВИТОКІВ ПРИРОДНОГО ГАЗУ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ МОНІТОРИНГУ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ НА ОБ’ЄКТАХ ГТС

Катерина Миколаївна Палєєва — 2024-05-22

Діяльність підприємств нафтогазової галузі, зокрема об’єктів газотранспортних систем (ГТС), супроводжується суттєвим антропогенним впливом на довкілля. Значного впливу зазнає саме атмосферне повітря, оскільки багато технологічних процесів супроводжується викидами природного газу (організованими, неорганізованими та аварійними) і, як наслідок, потраплянням в атмосферу суттєвої кількості летючих речовин, багато з яких є небезпечними та шкідливими.

Для виявлення витоків газу з елементів газотранспортних систем існує широкий діапазон методів. Способи класифікації методів напряму залежать від ознак, що покладені в основу їх розподілу. Однак недостатня визначеність класифікаційних ознак, їх «однобічність» не дозволяють в повному обсязі оцінити недоліки та переваги тих чи інших методів та засобів, а, отже, і можливість їх застосування для підвищення ефективності моніторингу атмосферного повітря на об’єктах ГТС з метою забезпечення екологічної безпеки.

Основними завданнями, що вирішуються в даній статті, є формулювання оптимальної з точки зору застосовності в системах екологічного моніторингу атмосферного повітря класифікації існуючих методів контролю наявності витоків газу; аналіз їх переваг та недоліків; обґрунтування доцільності та перспективності застосування даних засобів та методів для забезпечення постійного моніторингу за станом атмосферного повітря на об’єктах ГТС.

Запропоновано класифікацію методів та засобів контролю основану на рівні застосування технічних засобів, згідно якій усі методи поділені на органолептичні, апаратні та обчислювальні (програмно-математичні). За результатами аналізу даних груп визначено, що з точки зору перспектив застосування в системах моніторингу якості атмосферного повітря на об’єктах ГТС найбільше переваг мають апаратні засоби, а саме газоаналізатори.

ОСОБЛИВОСТІ ФАЗОВИХ ДІАГРАМ ДВОЧАСТОТНОГО МАЯТНИКА В ЯН-ТЕЛЛЕРІВСЬКОМУ ПОТЕНЦІАЛІ ТА ТЕПЛОЄМНІСТЬ ВОДИ

Микола Тимофійович Малафаєв — 2024-05-22

Проведено моделювання обертальних коливань молекули води із допомогою моделі двочастотного маятника у простомуЯн-Теллерівському потенціалі (ЯТП), що має мінімум потенціалу при певному куті відхилення маятника від осі (куту вигину міжмолекулярного водневого зв'язку молекули води). Встановлено, що за малих початкових швидкостей в даном потенціалі спостерігається новий тип коливань – поперечні коливання маятника у круговому жолобі ЯТП, при середніх швидкостях – двочастотні незалежні коливання (НК) по двох осях і за великих – еліпсоподібні коливання (ЕПК) на однієї частоті. У роботі розглянуті фазові діаграми (ФД) та змішані ФД (ЗФД) за двома координатами для цих двовимірних коливань. Показано значну відмінність даних діаграм у ЯТП від стандартних ФД. Виявлено появу додаткових еліпсів, петель та хвиль на ФД внаслідок появи поперечних коливань у жолобі ЯТП. Для отримання еліпсів на фазових діаграмах від усіх поперечних коливань маятника запропоновано для аналізу коливань побудову ФД від радіусу (ФДР). Показано, що еліпси на ФДР для поперечних коливань маятника добре спостерігаються за малих початкових швидкостей, а для середніх і великих швидкостей поперечні коливання не виділяються незалежно з загальної швидкості. Наявність стійких поперечних коливань у жолобі ЯТП для обертальних коливань атомів водню молекул води навколо осей міжмолекулярних зв'язків можна розглядати як нові ступені свободи для її нових колективізованих поперечних коливань у цьому потенціалі. Їх існування може вести до пояснення наявності вкладу цих нових мод коливань у величину аномально великої теплоємності води в рідкій фазі. Однак, для наявності таких нових ступенів свободи для поперечних коливань молекул води необхідно, щоб їх коливання завжди проходили в області «малих» швидкостей – у жолобі ЯТП. Для цього необхідно збільшення цієї області коливань, щоб величина максимуму потенціалу на міжмолекулярної осі зв'язку була велика. Це має забезпечити наявність поперечних обертальних коливань у жолобі ЯТП для молекул води у рідкій фазі для всієї області її температур існування.

ПІДВИЩЕННЯ ЗМАЩУВАЛЬНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ВОДНОГЛИНИСТИХ БУРОВИХ РОЗЧИНІВ ПІД ЧАС ПОХИЛО-СКЕРОВАНОГО ТА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО БУРІННЯ

Вікторія Іванівна Дмитренко — 2024-05-22

У роботі представлені результати експериментальних досліджень антифракційних властивостей природних рослинних олій: рицинової, конопляної, рапсової, соєвої, гірчичної, соняшникової та кукурудзяної. Наведено результати дослідів, що дозволяють оцінити вплив досліджуваних природних олій на параметри прісного, мінералізованого та соленасиченого водоглинистого бурового розчинів, таких як густина, реологічні та структурно-механічні властивості, рівень рН, показник фільтрації, товщина та липкість глинистої кірки, коефіцієнт змащування. Експеримент було проведено з використанням методики Американського нафтового інституту (за стандартами API). Встановлено, що у прісному розчині найбільш ефективно виявили змащувальні властивості рапсова олія в концентраціях 1 і 3 % та соняшникова олії в концентрації 1 %, у мінералізованому розчині – соняшникова олія концентрацією 0,5 % та рапсова олія концентрацією 3 %, в соленасиченому розчині – рапсова олія концентрацією 1 %. Добавки соняшникової олії показали задовільні результати тестувань лише для прісного і мінералізованого водоглинистих розчинів. Порівняно з соняшниковою олією рапсова олія виявила себе при додаванні до всіх досліджуваних зразків розчинів. Можна зробити висновок, що введення рапсової олії забезпечує задовільні антифракційні та технологічні показники для всіх типів розчинів, тому як основу змащувальної добавки обрано рапсову олію. Технологічно доцільні концентрації олій знаходяться в діапазоні від 1 до 3 %. За цих концентрацій олії меншою мірою виявляють негативний побічний ефект, зокрема на спінювання розчину, розчини характеризуються стабільною в часі консистенцією та покращуються їх змащувальні властивості. Розроблено склад змащувальної добавки на основі рапсової олії для обробки різних типів водоглинистих бурових розчинів на водній основі.

ДО ПИТАННЯ ПРО СПІВІСНУВАННЯ НІКЕЛЕВОЇ І КОБАЛЬТОВОЇ ШПІНЕЛІ

Олена Валеріївна Христич — 2024-05-22

Для розробки композиційних матеріалів на основі глиноземистих та високоглиноземистих цементів за ресурсоощадною технологію при заміні вихідних сировинних матеріалів на некондиційну сировину та відходи хімічних виробництв, виникає необхідність фізико-хімічного обґрунтування співіснування новоутворюваних фаз у складі в’яжучого матеріалу, це зумовило необхідність дослідження субсолідусної будови системи. У роботі наведено результати розрахунків, що характеризують елементи субсолідусної будови системи СоО - NiO - Al₂О₃. За результатами досліджень встановлено переважність перебігу твердофазних реакцій обміну та визначено будову системи СоО - NiO - Al₂О₃ у субсолідусній області. Встановлено, що субсолідусна будова системи проста і складається з трьох елементарних трикутників. Аналіз площі елементарних трикутників і невисокий ступінь асиметрії вказують на відсутність істотних ризиків відхилення від заданого фазового складу синтезованих матеріалів через підготовчі технологічні стадії, а під час синтезу матеріалів не потрібні спеціальні заходи щодо точності дозування вихідних інгредієнтів. За результатами розрахунків визначено найбільш термодинамічно стабільну сполуку в досліджуваній системі (алюмокобальтову шпінель), а також визначено максимальну ймовірність її існування. Алюмонікелева шпінель має меншу ймовірність існування, тому що не співіснує з СоО і не представлена в елементарному трикутнику з максимальною площею. Алюмонікелева шпінель має меншу ймовірність існування, а найменш вірогідною є ідентифікація Al₂O₃ у складі гетерофазних комбінацій. За результатами досліджень проаналізовано геометро-топологічні та статистичні характеристики субсолідусної будови системи, які мають значення для точності прогнозування комбінацій фаз при синтезі нових гетерогенних композиційних матеріалів.

ВПЛИВ ПРИРОДНИХ ФАКТОРІВ ПІДТРИМУВАННЯ ПЛАСТОВОГО ТИСКУ НА ПІЗНІЙ СТАДІЇ РОЗРОБКИ ГАЗОКОНДЕНСАТНИХ РОДОВИЩ

Ілля Михайлович Фик — 2024-05-22

Об’єктом дослідження є природні фактори, які можуть впливати як на підтримування пластового тиску в процесі розробки газоконденсатних родовищ, а також на відновлення запасів виснажених покладів. До таких факторів слід віднести: обводнення покладів, просідання поверхні, пружність породи, води і газу, початкові градієнти пластового тиску в покладах, капілярні сили. При вивченні відновлення запасів на виснажених газоконденсатних родовищах, найперше треба врахувати вплив вищенаведених факторів на підтримування пластового тиску, щоб виявити саме об’єми газу, які перетікають з глибоких горизонтів (сторонні джерела).

В роботі показана динаміка обсягів обводнення та середні пластові тиски по рокам. Акцентовано, що обводнення суттєво не впливає на підтримування пластового тиску. Наведено кореляційні залежності об’ємів обводнення в часі, та залежність об’ємів обводнення від пластового тиску. Запропонована оригінальна система розрахунку об’єму водонапірної системи з метою прогнозу подальшого обводнення покладів. Враховано впливи всіх наведених вище факторів на процес підтримування пластового тиску. Показано, що для Шебелинського ГКР всі ці фактори суттєво не впливають на відновлення запасів. Вивчено вплив капілярних сил та випаровування води в покладах на процеси розробки з точкизору підтримування пластового тиску на пізній стадії експлуатації ГКР.

ОСОБЛИВОСТІ ЕКОЛОГІЧНО ОРІЄНТОВАНИХ РЕКРЕАЦІЙНИХ КОМПЛЕКСІВ ЄВРОПИ

Олена Григоріївна Левицька — 2024-05-22

Попит на безпечні умови відпочинку зростає з кожним днем. Тому готелі, лоджі набувають екологічних характеристик, покращуючи інтер'єри приміщень, екстер'єр, озеленюючи території та вирощуючи органічну продукцію, підтримуючи ідеї ресурсозбереження та оздоровлення територій. Мета цієї статті - оцінити найбільш успішні туристичні екопроєкти в Європі, виявити екологічні критерії, що приваблюють відпочиваючих, та покращити якість довкілля, оцінити сервіс, природну привабливість та креативність місць відпочинку, провести порівняльний аналіз готелів та санаторіїв, розташованих у різних природних зонах. Сервіс, близькість до природи та задоволеність відвідувачів взаємодією з природою, дизайном екстер'єру та інтер'єру, наявністю ексклюзивних предметів декору, нестандартністю дозвілля – три важливі критерії вибору готелю чи курорту сьогодні. Ці три критерії було вивчено методом неавтоматизованого аналізу відгуків відвідувачів. Найчастіше відпочиваючі відзначають природну красу, трохи рідше – сервіс і дуже рідко – креативність у дизайні та організації відпочинку. Вперше найбільш успішно функціонуючі екологічні курорти Європи поділені на групи за розташуванням та природними ресурсами. Сформовано вимоги до курортів, які користуються популярністю у туристів. Порівнюються критерії сервісу, природних переваг та креативності у різних групах.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ В’ЯЗКОСТІ ФРИТ НА ПЛАВКІСНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЛАЗУРЕЙ ДЛЯ КЕРАМІЧНОЇ ПЛИТКИ ОДНОРАЗОВОГО ВИПАЛУ

Оксана Вікторівна Саввова — 2024-05-22

Проаналізована необхідність розширення асортименту керамічної плитки та керамограніту шляхом модифікації структури та текстури склопокриттів зі спеціальними властивостями за технологією одноразового випалу з урахуванням аспектів ресурсо- та енергозбереження та екологічності оздоблювальних матеріалів широкого вжитку. Визначено необхідність створення нових видів керамічної плитки та керамограніту на вітчизняному виробництві з урахуванням потреб паливно-енергетичного комплексу та вітчизняної сировинної бази в умовах надзвичайних ситуацій. Сформульовано мету та завдання роботи, які визначають необхідність дослідження плавкісних характеристик глазурей та їх в’язкості для керамічної плитки одноразового випалу. Проаналізовано особливості складів фрит та встановлено вимоги до властивостей поверхні для забезпечення бездефектного глазурного покриття для одностадійного випалу керамічної плитки. Розроблено висококальцієві цинкалюмосилікатні фрити з коротким інтервалом формування склокристалічного покриття при одинарному випалі з різною текстурою на ПрАТ «ХПЗ». Проаналізовано зміну особливості зміни в’язкості та плавкості фрит при формуванні склокристалічних покриттів в залежності від хімічного складу та фазових перетворень при термічній обробці. Визначено, що забезпечення кристалізаційної в’язкості η = 10^8,1-8,5Па·с в області температур зародкоутворення 1050–1150 °С для дослідних фрит свідчить про інтенсивне формування та ріст кристалічних фаз, що є визначальним для забезпечення їх плавкості у області температур 1100–1200 °С. Встановлено, що швидке наростання в'язкості фрит визначає стрімку зміну характеристичних кривих плавкості у вузькому інтервалі температур при забезпеченні послідовних стадій розм’якшення, формування сфери, напівсфери та плавлення, що є показником можливості застосування розроблених фрит за технологією одинарного випалу. Застосування розроблених фрит за технологією одинарного випалу дозволить суттєво підвищити конкурентоздатність вітчизняної керамічної плитки та сприяти стабілізації ринку в умовах сталого розвитку держави.

ОСОБЛИВОСТІ ОТРИМАННЯ БЕНЗИНОВОЇ ФРАКЦІЇ ТЕРМІЧНИМ ПІРОЛІЗОМ ПОЛІОЛЕФІНОВОЇ СИРОВИНИ

Кирило Володимирович Шевченко — 2024-05-22

В статті розглянуто особливості проведення процесу термічного піролізу вторинної полімерної сировини, спрямованого на отримання бензинової фракції – бази для отримання сумішевого або синтетичного автомобільного бензину. Спираючись на світовий досвід переробки полімерів, для дослідження було обрано поліолефіни, представлені поліетиленом високої густини (HDLP) та поліпропілен (РР). Термічний піроліз проводили при атмосферному тиску (0,10-0,12 МПа) на лабораторній установці реакторного типу з подальшим видаленням бензинової фракції (30-210 °С) із рідких продуктів піролізу за методом ASTM D 86. Встановлено, що температурний інтервал, в якому необхідно проводити піроліз поліолефінової сировини, складає для HDLP – 400-430°С (максимальний вихід бензинової фракції при 420°С); для РР - 350-370 °С (максимальний вихід бензинової фракції при 365 °С). Керуючи тривалість термічного піролізу можна збільшити вихід бензинової фракції у середньому на 15-17 %, що необхідно враховувати при промисловому впровадженні та подальшій експлуатації установок піролізу полімерної сировини. Збільшення температури кінця кипіння бензинової фракції з 150 °С до 210 °С дозволяє збільшити її вихід на 9 % (для HDLP) і на 12 % (для РР). Але відповідно спостерігається і збільшення вмісту у ній олефінів (на 13-14 %), що є позитивним моментом з точки зору стійкості до детонації бензинової фракції і негативним – з огляду на низьку її хімічну стабільність. Проведені дослідження показали, що вторинну поліолефінову сировину необхідно розглядати як альтернативну до класичної сировини (нафти та газового конденсату), а процес піролізу як основний технологічний процес отримання бензинової фракції – бази для отримання товарного автомобільного бензину. Перспективними місцями реалізації даної технології є як виробничі майданчики нафтопереробних заводів, так і майданчики, розташовані у безпосередньої близькості до місць накопичення сировини – портів, міських сміттєзвалищ, спеціальних полігонів.