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

Хімічна небезпека повітряної складової агресії Росії

2025-03-30T17:31:02+03:00

В даній роботі проведений аналіз загроз хімічного забруднення територій від далекобійного озброєння, що застосовується Російською Федерацією проти України. Наведена статистична інформація щодо обстрілів з моменту повномасштабного вторгнення до 27 листопада 2024 року. За представленими статистичними даними розрізняються області, які характеризуються певними тенденціями щодо типу використаного озброєння, зокрема: переважання ракет певного типу, наявність чи відсутність повітряних атак безпілотними апаратами. З’ясовано, що найбільшою кількістю ракет та безпілотних апаратів були атаковані Харківська, Запорізька, Дніпропетровська та Львівська області, по 112–139 ідентифікованих цілей на кожну область. Найбільша кількість зафіксованих цілей за цей період часу припала на Київ та Київську область – 328 випадків.

Продемонстровано темпи нарощування обстрілів по території України за роками і підраховано, що кількість БПЛА, які були використані, у 7 разів більша, ніж кількість використаних ракет.

В роботі проведена оцінка різних типів балістичних та крилатих ракет, що атакували регіони України, щодо їх небезпеки хімічного забруднення довкілля через витік палива після падіння. Показано, що найбільш хімічно небезпечною є радянська крилата ракета Х-22, в якій в якості палива використовується двокомпонентна композиція: паливо – ТГ-02 (самін), окисник – АК-27І (меланж). І хоча в БПЛА використовуються менш агресивні палива, проте кількість їх застосування під час обстрілів підвищує рівень екологічної небезпеки.

Особливості пом’якшення води в двокамерному електролізері

2025-03-30T17:42:33+03:00

Сучасний стан гідросфери в значній мірі визначається антропогенною діяльністю людини. Недостатньо очищені або взагалі не очищені стічні води при скиді у поверхневі водойми суттєво погіршують якість води в них та перешкоджають їх прямому споживанню і використанню. Одним з важливих показників природних вод є їх жорсткість, підвищені рівні якої негативно впливають як на окремі органи людини, так і на можливість безпечної експлуатації технологічного обладнання в багатьох технологічних процесах. Традиційною технологією пом’якшення води сьогодні вважається реагентна содово-вапняна чи содово- натрієва технологія, суть котрої полягає в двоетапній обробці жорсткої води спочатку карбонатом кальцію, а потім – вапном чи гідроксидом натрію. Головним недоліком цієї технології є низька ефективність при звичайних температурах та значна витрата реагентів. Більш ефективною сьогодні вважається іонообмінна технологія на основі катіонітів, але її використання супроводжується скидом в довкілля значних об’ємів концентрованих розчинів хлориду натрію з домішками сполук кальцію та магнію. В результаті формується замкнутий кругообіг хлоридів натрію, кальцію і магнію. Тому практично завжди існувала потреба в зниженні масштабів цього кругообігу та скороченні об’ємів забруднень, що скидаються в гідросферу. Одним з можливих перспективних процесів пом’якшення жорстких вод сьогодні вважається електрохімічна технологія, котра дозволяє шляхом обробки розчинів електричним струмом при відповідних умовах корегувати водневий показник, трансформуючи іони кальцію та магнію в нерозчинні сполуки з їх подальшим відділенням від рідкої фази. Проведені нами дослідження показали, що для підтримання необхідної ефективності процесу пом’якшення значення водневого показника для трансформації іонів магнію необхідно тримати на рівні 11,5. Для іонів кальцію аналогічний показник потребує значення в 13,0 одиниць. Експерименти з двокамерним електролізером з діафрагмою показали, що визначальними в цьому процесі є подана на електроди напруга, котра визначає щільність струму на електродах, термін електролізу та початкова жорсткість води. Встановлено, що для отриманні в катодній камері необхідного значення водневого показника необхідно підвищеної жорсткості води та відповідної її провідності. Так, для іонів магнію прийнятні результати отримані вже при їх вмісті 10 мг-екв/дм³ з додаванням 10 мг-екв/дм³ сульфату натрію. Для іонів кальцію досягнення необхідного рівня водневого показника виявилося дуже проблематичним і в зазначених умовах він не перевищував 12,12, що недостатньо для ефективного пом’якшення води. Таким чином, видалення з розчину іонів кальцію у вигляді його гідроксиду електрохімічними методами досить проблематично і можливо, може бути реалізовано в електролізерах особливої конструкції або у вигляді інших сполук, як, наприклад, карбонату кальцію.

Дослідження впливу іонів заліза та міді на процеси знекиснення води при різних температурах з використанням реагенту гідразину

2025-03-30T17:57:09+03:00

Вивчено кінетику процесів видалення кисню із води за допомогою гіразин гідрату. Показано, що швидкість та ефективність процесу зростає при підвищенні концентрації реагенту та підвищенні температури водного середовища. Вихідна концентрація кисню у воді в даному випадку залежала від температури середовища. Процес контролювали киснеміром по зміні концентрації кисню, що знаходились у герметично закритій ємності. За температури 20 °С процес зв’язування кисню тривав понад 60 хв та за низьких температур досягти повного знекиснення так і не вдалося. Суттєвого зростання швидкості знекиснення при застосуванні гідразин гідрату та при додаванні у воду сульфату заліза (II) та оксиду міді (І) в концентраціях 0,1–1,0 мг/дм³ так і не вдалося досягти.

Неткані фільтрувальні матеріали з полілактиду та поліпропілену із застосуванням мінерального наповнювача

2025-03-30T18:15:54+03:00

Метою цієї статті є вивчення можливостей виготовлення нетканих матеріалів на основі полілактиду, модифікованого наповнювачем на основі карбонату кальцію, та аналіз їхніх властивостей.

Полімерні неткані матеріали з високотекучого поліпропілену та термопластичної полілактидної кислоти було виготовлено із застосуванням методу аеродинамічного розпилення розплаву на лабораторній установці для створення полімерних нетканих матеріалів. Розподіл розмірів волокон за їхнім уявним діаметром вивчали за допомогою програмного аналізу зображень, отриманих через оптичну мікроскопію. Для отримання зображень використовували мікроскоп МБС-10 із 15-кратним збільшенням, а їхній аналіз здійснювали за допомогою програмного забезпечення ImageJ зі спеціалізованим плагіном DiameterJ. Здатність нетканого матеріалу затримувати частинки оцінювали в умовах повітряного середовища на стенді для випробувань, оснащеному лічильником аерозольних частинок Temtop PMD331 (ISO-21501).

Експериментально підтверджено, що виготовлення нетканих матеріалів із композитного полілактиду та поліпропілену можливе з використанням обладнання, призначеного для переробки поліпропілену. Було проведено аналіз структурних параметрів волокон та їхніх затримуючих властивостей. Зразки нетканих матеріалів із полілактиду показали середній діаметр волокон, який на 13 % менший, ніж у матеріалів із поліпропілену при введенні в обидва матеріали 15 % наповнювача на основі карбонату кальцію. Нетканий матеріал на основі полілактиду демонструє покращену фільтраційну здатність та зменшення середнього діаметра волокон за умов додавання до 45 % наповнювача на базі карбонату кальцію.

Встановлено, що волокна полілактиду, наповненого карбонатом кальцію, мають вищу кількість перехресть і менший уявний діаметр, що забезпечує покращені фільтраційні властивості матеріалів.

Визначено технологічні умови переробки полілактиду, модифікованого карбонатом кальцію, що дозволяють регулювати структурні характеристики нетканого матеріалу в широкому діапазоні.

Алгоритми підтримки прийняття рішень з керування водно-хімічним режимом атомної електростанції

2025-03-30T17:10:12+03:00

У роботі досліджено комплекс показників, що характеризують умови реалізації водно-хімічного режиму другого контуру вітчизняних атомних електростанцій із водо-водяними енергетичним реакторами типу ВВЕР-440 та ВВЕР-1000.

Розроблено для потреб комп’ютерних тренажерів з метою оцінки впливу відхилень водно-хімічного режиму та відпрацювання алгоритмів прийняття оперативним персоналом атомних електростанцій рішень у процесі керування водно-хімічним режимом. З метою використання в складі комп’ютерних тренажерів для навчання оперативного персоналу, виконано структурну та параметричну ідентифікацію математичних моделей показників функціонування водно-хімічного режиму в часі. Моделювання виконано насамперед за каналами «концентрація спеціальних агентів (гідразин-гідрату, морфоліну) – концентрація домішок (сполук феруму тощо) у теплоносії» (як такими, що найбільш тісно пов’язані з процесами корозії трубопроводів, основного та допоміжного обладнання другого контуру атомних електростанцій). Додатково, моделювання умов виникнення порушень водно-хімічного режиму другого контуру електростанцій виконано за такими показниками, як електропровідність, масова концентрація кисню, масова концентрація купруму, масова концентрація натрію. Проведено експериментально-статистичну перевірку зазначених моделей. На основі отриманого математичного опису (сімейства математичних моделей у вигляді звичайних диференціальних рівнянь) побудовано комп’ютерні моделі, які дають змогу спрогнозувати зміну показників функціонування досліджуваного процесу у часі.

Комп’ютерні моделі нестаціонарних процесів водно-хімічного режиму другого контуру атомної електростанції з реактором ВВЕР-1000, побудовані на основі ідентифікації множини промислових даних, дозволяють включити до складу комп'ютерного тренажера для навчання операторів нові підсистеми моделювання режимів керування складом теплоносія у другому контурі електростанції. Комп’ютерний розрахунок показав достатню точність запропонованих моделей в робочому діапазоні концентрацій.

Порівняння програмних реалізацій алгоритму Bundle Adjustment для задачі SLAM

2025-03-30T17:18:49+03:00

В статті розглянуто задачу SLAM, зокрема один з головних її етапів Bundle Adjustment – відновлення тривимірної структури сцени та параметрів камери. Наведено існуючі бібліотеки, що реалізують даний алгоритм. Запропоновано програмне рішення для порівняння бібліотек Bundle Adjustment. В результаті досліджено швидкодію, кількість ітерацій, абсолютну помилку позиції (APE) та значення помилки. Здійснено візуалізацію розв’язку задачі Bundle Adjustment. Проведено порівняльний аналіз ефективності бібліотек Ceres, GTSAM та SymForce на наборах даних Ladybug, Trafalgar Square, Dubrovnik. Результати експериментів показали, що SymForce забезпечує найкращий баланс між швидкістю, точністю та збіжністю, тоді як Ceres демонструє високу швидкодію для окремих сценаріїв, а GTSAM поступається за всіма критеріями. Отримані висновки є важливими у виборі оптимального інструменту для розв’язання задач SLAM та нелінійної оптимізації.

Використання методу джерел для розв’язання практичних задач теплопровідності

2025-03-30T16:23:46+03:00

У статті наведено приклади використання методу джерел для аналітичного дослідження задач теплопровідності, який отримав широкого застосування для проєктування процесів зміцнення та зварювання матеріалів під дією інфрачервоного випромінювання, а також для дослідження термопружної взаємодії і теплофізичних властивостей матеріалів. Проаналізовано фундаментальний розв’язок Кельвіна для тривимірного нестаціонарного рівняння теплопровідності у разі дії точкового миттєвого джерела теплоти та різновиди фундаментального розв’язку для одновимірних і двовимірних задач теплопровідності, які є прикладами функцій Гріна. Отримано та проаналізовано аналітичні розв’язки нестаціонарного рівняння теплопровідності за граничних умов І і ІІ родів напівобмеженого стрижня для режимів охолодження/нагрівання, що є зручними для практичного застосування в інженерних розрахунках. Показано, що функціональні залежності для визначення температури та густини теплового потоку під час нагрівання за граничних умов І і ІІ родів можна отримати з розв’язку рівняння теплопровідності для режиму охолодження за умов І роду за допомогою простої заміни змінної. З використанням отриманих розв’язків можна відслідковувати координату і час настання максимальної швидкості нагрівання в напівобмеженому стрижні, або максимальну швидкість охолодження під час охолодження. Отримані розв’язки нестаціонарного рівняння теплопровідності напівобмеженого стрижня можуть бути застосовані для оперативного визначення раціональних термічних параметрів під час лазерного зміцнення та дослідження температурних залежностей теплофізичних властивостей матеріалів.

Розміщення орієнтованої кільцевої насадки в колонних тепломасообмінних апаратах (Огляд)

2025-03-30T16:35:49+03:00

Одними з найбільш поширених, конструктивно простих та універсальних контактних елементів колонних тепломасобмінних апаратів є кільцева насадка, класичним представником якої є запатентоване 1914 року кільце Рашига, безумовними перевагами якого є висока технологічність та універсальність, а недоліками – відносно низька питома поверхня та різні гідродинамічні умови оброблюваних фаз усередині та ззовні кільця, що особливо стає відчутним в разі завантаження кільцевої насадки не внавал (насипом), а орієнтовано – у вертикальному положенні. Орієнтована (або регулярна, структурована) насадка має менший гідравлічний опір і більшу допустиму швидкість легкої фази. При цьому можливі різні способи її укладки як у межах окремого шару, так і сусідніх шарів: впорядкована щільна або вільна по вершинах правильних трикутників, впорядкована щільно-вільна по концентричних колах, хаотична, впорядкована вільна нерівномірна, з утворенням прямолінійних або ступінчастих каналів, впорядкована щільно-вільна нерівномірна, а також розміщення за принципом «матрьошки». Незважаючи на більш ніж сторічний термін використання кільцевої насадки, удосконалення її конструкцій та способів розміщення в тепломасообмінних апаратах тривають. У розробленні інноваційних конструкцій кільцевих насадок істотну допомогу можуть надати досягнення матеріалознавства й технології, а також штучний інтелект, що дає змогу їм успішно конкурувати з іншими типами контактних пристроїв тепломасообмінного обладнання.