Вісник НТУУ “КПІ імені Ігоря Сікорського”. Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження

Обґрунтування методики розрахунку калібрувальної гільзи для виробництва труб з термопластів

Григорій Сергійович Подиман — 2024-06-29

Задача підвищення якості виготовлення труб для інженерних мереж різного призначення з прогнозованою продуктивність набуває особливого значення при підвищеному попиту в сучасних умовах. Значний вплив на вирішення цієї задачі знаходиться в організації теплообміну в каліброваному пристрої. На основі теоретичного аналізу теплообміну при калібруванні труб запропоновано удосконалену методику, яка полягає розрахунку поля температур в стінці трубної при русі трубної заготовки через різні зони калібратора при контрольованому термічному опору між поверхнями полімерної труби та калібратора.

Такий підхід дозволяє визначити інтенсивність відведення теплоти, в залежності від стану матеріалу труби при затвердінні при заданій швидкості руху заготовки, з урахуванням зміни теплофізичних властивостей матеріалу труби та більш точно визначити раціональну поверхню теплообміну в калібраторі, яка виражається в довжині його гільзи.

Запропоновану методику апробовано при розрахунку калібратора при виробництві труби з поліетилену діаметром 500 мм і товщиною стінки 30 мм з швидкістю виготовлення труб 8 м/хв. в якому розрахункова довжина становить 862 мм, робоча довжина гільзи становить 880 мм, збіжність становить 98 %.

Оцінка ризиків для здоров’я населення в зоні впливу викидів забруднюючих речовин підприємств вуглеграфітового виробництва

Олена Іванівна Іваненко — 2024-06-29

Вступ. Забруднення атмосферного повітря міста хімічними речовинами викликає негативні зміни в стані здоров'я людей, що в окремих випадках може спровокувати подальший розвиток патологічних станів та ускладнень хронічних захворювань. Метою роботи є оцінка ризиків для здоров'я населення, яке проживає в зоні впливу викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря від діючого підприємства з виробництва вуглецевих електродів, та узагальнення досвіду застосування порядку оцінки ризиків і шкоди здоров’ю населення в системі нових механізмів моніторингу та управління якістю атмосферного повітря.

Матеріали та методи. Оцінка ризику впливу запланованої діяльності на здоров’я населення від забруднення атмосферного повітря проводилася на основі розрахунків ризиків розвитку неканцерогенних і канцерогенних ефектів. Виконання оцінки ризику впливу на навколишнє середовище вiд стаціонарних джерел викидiв забруднюючих речовин в атмосферне повітря дiючого підприємства ПрАТ «Укрграфiт» відбувалось у відповідності до iснуючих на час розрахунку сировинних та енергетичних ресурсів, технологічних процесів виробництва, асортименту та об’єму продукції; якісного i кількісного складу викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря; потенцiйного впливу інших факторiв впливу на навколишнє середовище і здоров’я населення; з урахуванням існуючої планувальної інфраструктури промислових та селищних територій з використанням звіту з інвентаризації джерел викидів забруднюючих речовин в атмосферу від стаціонарних джерел ПрАТ «Укрграфіт».

Результати та обговорення. Проведенi розрахунки iндексiв небезпеки гострих та хронiчних iнгаляцiйних впливiв, що обумовленi викидами вiд дiючого пiдприємства ПрАТ «Укрграфiт», показали, що iндекси небезпеки для окремих речовин HQ (неканцерогенні ризики) та при комбінованій дії НІ при сумарному впливi монооксиду вуглецю, амiаку, фтору та його пароподiбних та газоподiбних сполук у перерахунку на фтористий водень, стиролу, фенолу, оксидiв азоту (оксид та дiоксид) у перерахунку на дiоксид азоту, дiоксиду сiрки (дiоксид та триоксид) у перерахунку на дiоксид сiрки, мангану та його сполук в перерахунку на дiоксид мангану, сiрководню, нафталiну, аценафтену, дибутилфталату, диметилсульфiду, залiза та його сполук у перерахунку на залiзо, речовин у виглядi суспендованих твердих частинок, недиференцiйованих за складом, ртутi та сполук в перерахунку на ртуть, вуглеводнiв граничних С₁₂-С₁₉ та масла мiнерального нафтового в атмосферному noвiтpi можна вважати допустимими, iснування виникнення ризику шкiдливих ефектiв вкрай малий. При аналiзi рівнів забруднення атмосферного повiтря хімічними канцерогенами, якi викидаються в атмосферне повiтря джерелами пiдприємства ПрАТ «Укрграфiт» після реконструкції, а саме: бензапiрен, бензол, свинець та його сполуки в перерахунку на свинець, хром та його сполуки в перерахунку на триоксид хрому, було встановлено, що величини iндивiдуального канцерогенного ризику ICR протягом всього перебування людини на територiї найближчої житлової забудови дорiвнює для бензапiрену ICR = 5,69·10^-9; бензолу ICR = 4,91·10^-9; свинцю та його сполук в перерахунку на свинець ICR =4,50·10^-12; хрому та його сполук в перерахунку на триоксид хрому ICR =3,03·10^-8. Подiбнi ризики не потребують додаткових заходiв щодо їx зниження.

Висновки. Оцiнка викидiв ПрАТ «Укрграфiт» з урахуванням їx токсичностi, яка використовується у методологiї оцiнки ризику для здоров’я населення, дозволяє визначити екологiчну ситуацiю, надати достатньо обгрунтовану, об’єктивну оцiнку шкiдливостi викидів в атмосферу, виробити рацiональний, науковообгрунтований пiдхiд до пом’якшення впливу викидiв на здоров’я населення щодо першочерговостi та нагальностi виконання природоохоронних завдань, що стоять перед підприємством та мiсцевою владою мiста.

Оцінка ризиків критичній інфраструктурі України в умовах російської військової агресії

Сергій Петрович Іванюта — 2024-06-29

Вступ. Руйнування інфраструктури населених пунктів відбувається з перших днів вторгнення рф в Україну як внаслідок безпосередніх бойових дій, так і внаслідок цілеспрямованих ракетних і артилерійських ударів по критичній інфраструктурі та об’єктам життєзабезпечення. Відповідно до Національного плану захисту та забезпечення безпеки та стійкості критичної інфраструктури необхідно проводити оцінку загроз та ризиків критичній інфраструктурі у відповідних сферах та оцінку загроз національній безпеці внаслідок реалізації загроз критичній інфраструктурі.

Матеріали та методи. Оцінка ризику втрат інфраструктури від ракетних і артилерійських обстрілів проводилася на основі обчислення ймовірності виникнення відповідних небезпечних ситуацій та ймовірності втрат від них для різних типів інфраструктури за моделлю. Ризик у роботі кількісно визначався як добуток ймовірності виникнення загрози артилерійських і ракетних обстрілів, експозиції та відповідного впливу на неї у вигляді економічних втрат. Ураховуючи отримані результати оцінки ймовірності ракетних і артилерійських обстрілів і втрат різних типів інфраструктури від них, було побудовано матрицю ризику відповідно до моделі, що використовується в ЄС.

Результати та обговорення. Результати оцінки показують, що практично для всіх регіонів держави існує ризик ураження інфраструктури російськими обстрілами. При цьому найвищий рівень ризику втрат інфраструктури від ракетних і артилерійських обстрілів у регіонах України відмічається у Харківській і Донецькій областях. Високий рівень ризику характерний для Запорізької, Луганської, Херсонської, Чернігівської, Миколаївської областей. Середній рівень ризику втрат інфраструктури від ракетних і артилерійських обстрілів відмічається для Київської, Дніпропетровської, Сумської, Одеської, Житомирської областей. Низькій рівень ризику більшою мірою відноситься до Черкаської, Полтавської, Вінницької, Львівської, Івано-Франківської, Хмельницької областей. Оцінка ризику втрат інфраструктури за категоріями проводиться згідно з даними Київської школи економіки щодо формування прямих втрат для різних типів об’єктів інфраструктури, відтак будується матриця ризику. При цьому за статистичними даними обчислюється ймовірність виникнення небезпечних подій та ймовірність економічних втрат від них і на цій основі формується відповідна залежність, що й було зроблено для вирішення мети цієї публікації. Результати оцінки свідчать про найбільші значення ймовірності обстрілів для об’єктів критичної інфраструктури (37 %), житлових будівель (25 %) та закладів освіти (8 %). Значно нижчу ймовірність ураження мають об’єкти енергетики (6 %), АПК та промислові підприємства, що складає також 6 %. Оцінюючи ймовірність втрат об’єктів інфраструктури від обстрілів аналогічним чином, було отримано розподіл ймовірності за різними типами інфраструктури. Результати оцінки свідчать про те, що найбільша ймовірність втрат інфраструктури в умовах України характерна для житлових будівель, об’єктів інфраструктури, енергетики, АПК. Разом з тим, найбільшою ймовірністю обстрілів характеризуються житлові будівлі, об’єкти інфраструктури, активи підприємств, промисловість. Ураховуючи отримані результати оцінки ймовірності ракетних і артилерійських обстрілів і втрат різних типів інфраструктури від них, далі побудовано матрицю ризику відповідно до моделі, що використовується в ЄС. Аналіз отриманих результатів показує, що високий ризик прямих втрат характерний для житлових будівель та об’єктів критичної інфраструктури. Підвищений рівень ризику мають активи підприємств, промисловість, АПК, освіти та енергетики. Середній рівень ризику мають об’єкти лісового фонду, торгівлі, ЖКГ, культури, туризму, спорту, охорона здоров'я, а також транспорту. Інші типи об’єктів інфраструктури, що розглядаються в цьому дослідженні, у т. ч. адміністративні будівлі, об’єкти цифрової інфраструктури, соціальної сфери, фінансового сектору характеризуються низьким рівнем ризику.

Висновки. Отримані результати щодо обґрунтованої оцінки ризиків і збитків об’єктам інфраструктури України від російської військової агресії є важливою передумовою для розробки обґрунтованих заходів із запобігання загроз та притягнення агресора до відповідальності для подальшого відшкодування збитків.

Дослідження ефективності процесів пом’якшення води силікатом натрію

Ярослав Вячеславович Радовенчик — 2024-06-29

Сучасний стан природних вод вимагає попереднього пом’якшення більшості господарсько-питних та енергетичних вод. Тому пошук ефективних технологій та реагентів пом’якшення сьогодні особливо актуальний, а дослідження в цій галузі, зважаючи на інтенсивне погіршення якості природних вод, щорічно нарощуються. Центральне місце в таких дослідженнях займають процеси видалення з води іонів кальцію та магнію. Традиційно вважається, що іони магнію важче піддаються видаленню із води, ніж іони кальцію, оскільки утворюють менше нерозчинних сполук. Загальна ефективність процесів пом’якшення води одночасно залежить від залишкового вмісту обох катіонів. Тому дослідниками іонам магнію також приділяється достатньо уваги. Перспективними реагентами в таких процесах вважається гідроксид та фосфат натрію. Однак, використання першого пов’язано із значним зростанням водневого показника, а використання другого – із перевитратою реагенту та необхідністю підтримання для достатньої ефективності лужного середовища. Тому нами в межах даної роботи було досліджено ефективність силікату натрію в процесах видалення з водного середовища іонів магнію та кальцію. Характерною особливістю реакції утворення твердої фази між катіонами магнію та силікат – аніонами є значна залежність від водневого показника. В нейтральному середовищі утворення твердої фази в модельних розчинах візуально не фіксуються. Разом з тим, деяке зниження жорсткості після фільтрування через «синю стрічку» все ж спостерігається. І із збільшенням рН таке зниження зростає. Найбільша ефективність пом’якшення забезпечується при рівнях рН > 10. Не вдалося отримати якихось позитивних результатів і при вивченні процесів відстоювання та фільтрування сформованої твердої фази. При цьому співвідношення між компонентами та початкова жорсткість води на процес освітлення практично не впливає. Разом з тим, силікат натрію може бути досить ефективним при стехіометричних або більших співвідношеннях. Але суттєвим недоліком є значне підвищення водневого показника після змішування компонентів, що вимагає корегування рН в обробленій воді. А це ще один етап обробки води. Не вдалося отримати позитивні результати і при використанні в якості інтенсифікатора відстоювання та фільтрування гідроксиду алюмінію. При співвідношенні К = [SiO₃^2-, мг-екв]/[Mg²⁺, мг-екв] = 1 і різних дозах іонів алюмінію значної інтенсифікації процесів відстоювання в діапазоні доз іонів алюмінію 10–70 мг/дм³ не спостерігається. А при дозах алюмінію менше 30 мг/дм³ навіть спостерігається гальмування процесу відстоювання. Як і у випадку обробки силікатом натрію магній містких розчинів, осадження силікату кальцію в значній мірі залежить від водневого показника. Висока ефективність спостерігається лише в сильнолужному середовищі. За інших умов ефективність пом’якшення суттєво знижується. При надлишку чи нестачі осаджувача формуються більш компактні частки, що швидше осідають. В той же час, при стехіометричному чи близькому до нього співвідношенні між компонентами формуються частки розвиненої структури, котрі осідають в два рази повільніше і займають більший уявний об’єм. При стехіометричному співвідношенні компонентів швидкість суттєво гальмується, а при перевищенні К = [SiO₃^2-, мг-екв]/[Ca²⁺, мг-екв] ≥ 1,0 протягом перших 10 хв всі пори фільтру виявляються перекритими і транспортування рідкої фази припиняється. Зменшення початкової жорсткості до 20 мг-екв/дм³ суттєво картину не змінює. Освітлення суспензії відбувається частково. Значна кількість завислих часток залишається в маточному розчині. Флокулююча здатність сполук кремнію в даних умовах не проявляється. При зниженні вмісту іонів кальцію до 10,2 мг-екв/дм³ обробка еквівалентною кількістю силікату натрію не супроводжується утворенням твердої фази, котру можливо зафіксувати візуально. Хоча після фільтрування через «синю стрічку» жорсткість води знижується. Разом з тим, фільтраційні властивості твердої фази, що формується в процесі пом’якшення, мало відрізняються від фільтраційних властивостей карбонатів, фосфатів та гідроксидів, тому реагент не може бути рекомендований для застосування в системах малої та середньої продуктивності, де основним процесом розділення фаз є фільтрування.

Вплив циклічності перероблення напівфабрикатів із деревини павловнії на показники міцності паперу для гофрування

Романія Іванівна Черьопкіна — 2024-06-29

Папір для гофрування є складовою частиною гофрованого картону, що відіграє важливу роль у формуванні показників міцності і його виробництво в останнє десятиліття входить до найбільш розвинених секторів світової целюлозно-паперової промисловості.

У статті науково-обґрунтовано відмінності між первинними та повторно переробленими волокнами, а також дано пояснення суті «незворотного ороговіння» волокна.

У роботі досліджено використання листяних напівфабрикатів, отриманих із деревини павловнії лужно-сульфітним та натронним способами для виготовлення паперу для гофрування з вивченням потенціалу повторного його перероблення. Отримано закономірності зниження показників міцності паперу зі збільшенням циклів перероблення, що пояснюється незворотнім ороговінням. Показано, що використання волокнистих напівфабрикатів, отриманих лужно-сульфітним способом у папері забезпечує значення міцності за всіма показниками для марок Б-2 та Б-3 після чотирикратного перероблення даних волокон. Слід наголосити, що за показником абсолютного опору продавлюванню паперу отримані значення забезпечують норми найвищої марки Б-0 після трикратного циклу перероблення.

Отриманими даними щодо повторного перероблення паперу із натронних ВНФ показано, що найбільше зниження показників механічної міцності спостерігається після першого циклу перероблення, особливо абсолютного опору продавлюванню. Однак після другого циклу перероблення за даним показником зберігається запас міцності, якого вистачає для норм марки Б-2 та Б-3. Після п’ятикратного перероблення такого паперу показники міцності зберігаються майже на 50 % від початкових, на противагу для лужно-сульфітних – після чотирикратного перероблення потенціал складає приблизно одну третю.

Мікрофотографіями поверхні паперу та зміною структури волокон від кількості циклів перероблення підтверджено отримані у ході дослідження закономірності.

Вплив наноцелюлози із різної рослинної сировини на показники якості електроізоляційного паперу

Ольга Сергіївна Якименко — 2024-06-29

Стаття присвячена дослідженням впливу наноцелюлози (НЦ) із різної рослинної сировини – волокон конопель (ВК) і хвойної деревини (ХД) на показники якості електроізоляційного паперу. Встановлено, що витрата НЦ від 1 % до 5 % від маси паперу позитивно впливають на показники його якості, що сприяє вирішенню технологічних питань щодо досягнення вимог стандартів. Доведено зростання механічної і електричної міцності паперу та збереження їх значень після проведення термічного старіння. Показано, що введення НЦ у композицію маси призводить до незначного зростання тангенсу кута діелектричних втрат електроізоляційного паперу та його зростання в процесі термічного старіння паперу. Встановлено, що вплив НЦ із ВК на показники якості електроізоляційного паперу не поступається дії на них НЦ із ХД. Підтверджено суттєве збільшення значень діелектричної проникності та незначне зростання рН і зниження електропровідності водної витяжки паперу з додаванням НЦ у волокнисту масу. Показано, що введення НЦ у композицію паперу практично не знижує його ступінь полімеризації, що має практичне значення для підтримання високої надійності та довгої тривалості роботи паперової ізоляції.

Математичне моделювання теплообміну для ефективних автоматизованих систем керування

Дмитро Васильович Гутовський — 2024-06-29

Стаття розглядає проблему математичного моделювання процесів теплообміну з урахуванням великої кількості факторів, що впливають на ці процеси, та різноманіття методів математичного моделювання. У статті розглядається ідея розробки універсальної та гнучкої моделі, яка могла б швидко адаптуватись до різних початкових умов моделювання та враховувати різноманітні параметри для подальшого використання математичної моделі в синтезі автоматичних систем керування.

У роботі розглядається основні аспекти математичного моделювання теплообміну та створення математичної моделі в розподілених параметрах теплообмінника з можливістю зміни властивостей та параметрів обладнання.

У роботі проводиться аналіз попередніх досліджень і виявляє проблеми існуючих методів математичного моделювання теплообміну, такі як недостатня універсальність, складність та недостатня точність. Далі стаття оглядає різні підходи до математичного моделювання теплообміну, такі як моделі з групою параметрів, моделі в розподілених параметрах та моделі на основі штучного інтелекту.

Стаття надає огляд методів реалізації моделей та їх переваги та недоліки. На основі цього аналізу, автори статті пропонують нову математичну модель теплообміну в розподілених параметрах, яка має бути універсальною, простою у використанні та точною відповідно до вимог синтезу автоматизованих систем керування. Автори також намічають методику роботи для досягнення цієї мети, яка включає в себе реалізацію геометрії теплообмінного апарату, реалізацію умов та проведення математичного моделювання, а також дослідження впливу параметрів та формування перехідних процесів.

Загальний висновок статті полягає в тому, що розроблена математична модель теплообміну може бути використана для синтезу автоматичних систем керування теплообмінними процесами в різних галузях промисловості.

Оптимізація технологічних параметрів процесу три-риформінгу метану на основі феномену консервативно збуреної рівноваги

Віталій Русланович Тріщ — 2024-06-29

Розглянуто процес три-риформінгу метану та його перебіг за умови феномену консервативно збуреної рівноваги (CPE). Показано, що екстремум виходу цільового компоненту відбувається в певний момент часу, після чого концентрація повертається до свого рівноважного значення. Проведено математичне моделювання процесу, досліджено вплив таких факторів як тиск та температура на положення точки «надрівноважної» концентрації. Виконано порівняння програмних засобів для моделювання процесу за різних початкових умов. Сформульовано задачу оптимізації початкового складу суміші для процесу три-риформінгу метану з використанням CPE: визначено цільову функцію та обмеження, обрано метод розв’язання. Виконано програмну реалізацію задачі оптимізації на основі Optimization Toolbox Matlab. Результати досліджень свідчать про підвищення ефективності процесу (збільшення виходу цільового компоненту) та можливість реалізації оптимальних рішень у реальному часі, що відкриває перспективи для впровадження в існуючі системи керування та розробки систем прийняття рішень.