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

Засади інноваційної технології дражування насіння

2025-06-30T05:43:31+03:00

Збільшення чисельності населення на планеті до 9 млрд осіб приводить до загострення світової продовольчої кризи. Ключовим фактором у вирішенні цієї проблеми є застосування інноваційних технологій підготовки насіннєвого фонду, що дозволить підвищити врожайність сільгоспкультур і споживчі характеристики продуктивної частини урожаю при раціональному використанні земельного фонду України, яка входить до п’ятірки найбільших країн-експортерів сільськогосподарської продукції.

Проведено аналітичний огляд базових методів та обладнання для обробки насіння сільськогосподарських культур, які спрямовані на забезпечення високої врожайності, підвищення стійкості до несприятливих агрокліматичних умов та покращення споживчих характеристик продукції. Існуючі методи передпосівної обробки включають процеси сушіння, протруювання, інкрустації та дражування. Ці процеси зазвичай проводяться в апаратах чашового, барабанного типу або в апаратах з мішалками. Незважаючи на їх широке застосування, вони мають низку значних недоліків. До таких належать підвищений ризик утворення агломератів, механічне травмування насіння, що знижує його схожість, а також низький коефіцієнт використання теплоти, що впливає на енергоефективність процесу.

Для усунення зазначених недоліків запропоновано інноваційну технологію обробки насіння, яка базується на використанні апарату з неоднорідним струменево-пульсаційним режимом псевдозрідження. Ця технологія має низку переваг, серед яких зниження ризиків пошкодження насіння, забезпечення рівномірного розподілу покриття, а також значно вищий коефіцієнт теплового використання. Застосування цієї технології дозволяє ефективно здійснювати процес грануляції, що особливо важливо при виробництві гранульованих органо-мінеральних добрив. Результати досліджень свідчать, що використання апарату з псевдозрідженим шаром сприяє одержанню гранул сферичної форми з пошаровою структурою. До складу таких гранул входять поживні мінеральні речовини, кістяне борошно та гумінові сполуки, які забезпечують комплексне живлення рослин. Важливим показником ефективності процесу є низький коефіцієнт пилевинесення, що становить менше 12 %. Термічний коефіцієнт технології перевищує 50%, що свідчить про її високу енергоефективність.

Запропонована інноваційна технологія має високі адаптивні властивості для проведення повного циклу передпосівної підготовки насіння від сушіння, калібрування і протруювання до інкрустації та дражування. Це дозволить досягати високих результатів навіть за несприятливих агрокліматичних умов. Інноваційні рішення ґрунтуються на використанні оригінального струменево-пульсаційного режиму псевдозрідження, що дозволяє підвищити ефективність тепломасообміну в поєднанні з інтенсивним оновленням поверхні контакту фаз. Завдяки цій технології можливе проведення передпосівної підготовки за індивідуальною програмою, що сприятиме підвищенню споживчих характеристик сільськогосподарської продукції та збереженням екологічної рівноваги.

Вплив вуглецевих нанотрубок на характеристики течії розплаву полімеру під час екструзії двошарових труб

2025-06-30T05:56:29+03:00

У цій роботі представлено результати чисельного моделювання процесу екструзії двошарових полімерних труб у двовимірній осесиметричній постановці з використанням програмного комплексу ANSYS Polyflow. Досліджено вплив введення багатостінних вуглецевих нанотрубок (БВНТ) у поліпропілен (ПП) на реологічні властивості розплаву та характеристики течії в екструзійній голівці. Для опису в'язкості композиту ПП/БВНТ використовувалася модель Берда-Карро з урахуванням концентрацій БВНТ (0, 1, 2, 4 та 8 % мас.). Другий шар труби виготовлено з полівінілхлориду (ПВХ). Проведено аналіз розподілів тиску, швидкості течії розплаву та товщини шарів екструдованої труби. Встановлено, що зі збільшенням вмісту БВНТ в'язкість композиту ПП/БВНТ суттєво зростає, що призводить до зростання тиску в екструзійній голівці (від 91,3 кПа при 0 % мас. до 28,5 МПа при 8 % мас.) та впливає на розподіл товщини шарів: товщина шару ПП/БВНТ зменшується з 2,49 мм до 1,70 мм, тоді як товщина шару ПВХ збільшується з 2,50 мм до 3,45 мм. Оптимальна концентрація БВНТ становить 2 % мас., яка забезпечує збалансовані реологічні характеристики та стабільну геометрію труби (загальна товщина 5,23 мм). При концентрації 8 % мас. шар ПП/БВНТ залишається цілісним, але його товщина стає недостатньою для практичного використання. Отримані дані дозволяють оптимізувати склад полімерного нанокомпозиту та параметри процесу екструзії для виробництва двошарових труб із заданими властивостями.

Прикладне застосування стрічки Мебіуса (Огляд)

2025-06-30T06:12:03+03:00

Однією з найважливіших характеристик різноманітних машин, апаратів, пристроїв і конструкцій, а також їхніх елементів є геометрична форма, що особливо проявляється в машинобудуванні, аеро- й гідродинаміці, тепло- й масообміні. Одним з геометричних об’єктів, що мають унікальні властивості, є стрічка Мебіуса (смужка, лист, кільце, петля Мебіуса) – топологічний об’єкт, який є найпростішою неорієнтованою поверхнею з однією стороною та одним краєм. Основною перевагою стрічки Мебіуса є саме наявність у ній однієї поверхні, що достатньо широко використовується в найрізноманітніших сферах людського життя, і насамперед у техніці й технології. Стрічка Мебіуса знайшла своє застосування в машино- та приладобудуванні, на транспорті, в хімічній технології й споріднених галузях промисловості, теплоенергетиці, відновлюваній енергетиці, будівництві, легкій промисловості, сільському господарстві, аерокосмічній і військовій техніці, електроніці, радіотехніці, комп’ютерній техніці, медицині, рекламній та ювелірній справах, сфері розваг і відпочинку, засобах особистої гігієни, а також у побуті. У розробленні інноваційних технічних рішень використання стрічки Мебіуса в різних галузях економіки та побуті може надати суттєву допомогу не лише наявний більше як півторастолітній досвід науковців, інженерів і винахідників у цьому питанні, але й унікальні можливості штучного інтелекту.

Моделювання об’єктів з розподіленими параметрами в середовищі COMSOL Multiphysics

2025-06-30T06:21:01+03:00

У статті розглянуто математичне моделювання процесу три-риформінгу метану (ТРМ) на основі феномену консервативно-збуреної рівноваги (CPE). Запропоновано комплексний підхід до моделювання реактора ТРМ в середовищі COMSOL Multiphysics з інтеграцією даних, отриманих у DWSIM та MATLAB. Отримано та досліджено модель реактора ідеального витіснення як об’єкту з розподіленими параметрами, що враховує тепломасообмінні процеси та кінетику хімічних реакцій. Продемонстровано досягнення надрівноважних концентрацій цільового продукту у перехідних CPE-режимах, що суттєво підвищує ефективність процесу. На основі отриманих температурних профілів та аналізу розподілу потоків розроблено стратегію автоматизованого керування реактором, спрямовану на підтримку оптимальних умов проведення реакцій. Встановлено, що застосування запропонованого підходу забезпечує стабільний температурний режим без різких перепадів температур по довжині реактора, що сприяє підвищенню продуктивності та енергоефективності процесу. Отримані результати мають практичне значення для автоматизації складних термохімічних систем з розподіленими параметрами та оптимізації їх температурних режимів.

Оцінка ефективності переробки розчинів хлориду натрію електродіалізом в трикамерному електролізері при використанні високоосновного аніоніту

2025-06-30T06:37:42+03:00

Досліджено процеси переробки розчинів хлориду натрію, близьких за складом до концентратів зворотньоосмотичного знесолення води електродіалізом у трикамерному електролізері при використанні катіонної мембрани МА-40 та аніонної мембрани МА-41. Катодна камера заповнена розчином лугу концентрацією 50 мг-екв/дм³, анодна камера заповнена розчином хлориду натрію та високоосновним аніонітом АВ-17-8, робоча – розчином хлориду натрію. Показано, що ефективність окислення хлоридів зростає при підвищенні їх концентрації, збільшенні часу електролізу. Процес електролізу проходить з утворенням активного хлору та гіпохлориту . Крім даних речовин можливе утворення хлориту, хлорату та діоксиду хлору. Дегазація активного хлору та діоксиду хлору призводить до значних втрат окислених сполук хлору та до зниження виходу за струмом даних продуктів. Процес супроводжується суттєвим підкисленням аноліту, що сприяє прискоренню дегазації активного хлору, зниженню його виходу за струмом, зниженню інтенсивності дифузії хлоридів з робочої камери в анодну зону. Зменшенню втрат окислених сполук хлору сприяє використання високоосновного аніоніту який сорбує гіпохлорит-аніони, а також, в разі утворення, хлорит- та хлорат-аніони.

Стратегія мінімізації екологічних ризиків від ПрАТ «Укрграфіт» в контексті сталого розвитку

2025-06-30T06:51:37+03:00

Дослідження спрямоване на аналіз рівня забруднення атмосфери підприємством ПрАТ «Укрграфіт», визначення канцерогенних та неканцерогенних ризиків для здоров’я населення, а також розробка рекомендацій щодо мінімізації шкідливого впливу в умовах сталого розвитку та поствоєнного відновлення промислового сектору.

Об’єктом дослідження є вплив викидів забруднюючих речовин ПрАТ «Укрграфіт» на навколишнє середовище в м. Запоріжжя. Математичне моделювання розсіювання викидів виконувалося за допомогою програмного середовища у ISC-AERMOD View. Оцінка ризиків для здоров’я населення проводилася відповідно до методології оцінки ризику для здоров’я населення (Human Health Risk Assessment). Для визначення оптимальних шляхів мінімізації забруднення було здійснено порівняльний аналіз міжнародного досвіду впровадження екологічних технологій у вуглеграфітовій промисловості.

Результати дослідження показали, що одною з найбільш вагомих забруднюючих речовин викидів ПрАТ «Укрграфіт» є пил недиференційований за складом (НДЗС), зокрема, суспендовані частинки PM10 і PM2.5. Загальний обсяг викидів дисперсних частинок 250,76 т/рік. При моделюванні інгаляційного впливу пріоритетних забруднюючих речовин у 80 рецепторних вузлах і 11 контрольних точках не зафіксовано перевищень допустимих рівнів концентрацій. Перевищення мінімального рівня сумарного неканцерогенного ризику (НІ) від викидів усіх пріоритезованих забруднюючих речовин у вузлах рецепторної сітки та контрольних точках за умови гострого інгаляційного впливу спостерігаються на відстані 500 м в усіх напрямках за румбами сторін світу, окрім західного та північно-західного напрямків. Коефіцієнти небезпеки (HQ) для окремих речовин не перевищували рівень HQ ≤1, що свідчить про мінімальний ризик для здоров’я населення. Канцерогенний ризик, обумовлений присутністю бенз(а)пірену, оцінено на рівні ICR_total <1×10^-6, що відповідає мінімальному ризику згідно класифікації Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ). Рівні індивідуального ризику смерті (IRM) від впливу твердих частинок PM10 у рецепторних вузлах та контрольних точках відповідає умовно прийнятному ризику, що потребує постійного контролю. Аналіз концентрацій забруднюючих речовин у приземному шарі атмосфери не виявив значних перевищень допустимих норм, проте показав потенційний вплив на стан здоров’я населення, яке проживає в зоні впливу підприємства. Це підкреслює необхідність підвищення ефективності екологічного контролю та вдосконалення газоочисних систем підприємства для забезпечення сталого розвитку та зменшення техногенного навантаження на довкілля. Для мінімізації негативного впливу підприємства запропоновано комплекс заходів, які включають модернізацію газоочисних систем, посилення екологічного моніторингу та адаптацію до міжнародних екологічних стандартів. Впровадження регенеративного термічного окислення (РТО) дозволить знизити концентрацію органічних сполук у викидах на 90 %. Додаткове встановлення рукавних фільтрів сприятиме зменшенню рівня твердих частинок PM10 та PM2.5 на 99 %. Для забезпечення прозорості екологічного моніторингу необхідно розширити мережу автоматизованих постів контролю якості повітря, що дозволить в реальному часі отримувати дані про рівень забруднення та оперативно вживати відповідні заходи.

Запропоновані заходи дозволять суттєво знизити рівень забруднення та адаптувати підприємство до міжнародних екологічних стандартів, сприяючи сталому розвитку промислового сектора України.

Особливості реакції різних ланок ґрунтової мікробіоти на нафтове забруднення

2025-06-30T07:01:32+03:00

Нафта та її похідні є одними з найбільш небезпечних забруднювачів навколишнього середовища, що можуть впливати на всі етапи техногенного впливу на екосистеми. Особливу загрозу вони становлять для ґрунтів, які відіграють ключову роль у біогеохімічних кругообігах і підтримці екологічної рівноваги. Усвідомлення характеру змін, які відбуваються у ґрунтовому середовищі під впливом різних концентрацій нафти, а також реакцій ґрунтових мікроорганізмів на ці зміни, є надзвичайно важливим для адекватного оцінювання стану ґрунтових екосистем та обґрунтування вибору ефективних технологій ремедіації.

Метою даної роботи було дослідити реакцію представників ґрунтової мікробіоти, зокрема різних фізіологічних груп бактерій і мікроскопічних грибів, на нафтове забруднення у широкому концентраційному діапазоні. Експериментальні дослідження проводилися на зразках ґрунтів, до яких додавали нафту в концентраціях 1; 5; 10; 50; 100; 200; 300 та 500 см³/кг.

Аналіз результатів показав, що при підвищенні концентрації нафти до 100 см³/кг спостерігалося достовірне лінійне зростання чисельності мікроорганізмів різних екологічних та фізіологічних груп. Однак при подальшому зростанні нафтового навантаження спостерігалося пригнічення мікробної активності — чисельність бактерій значно знижувалася, за винятком вуглеводнеокиснювальних форм, які демонстрували відносну стійкість. При концентрації нафти 500 см³/кг ґрунтова мікрофлора була майже повністю пригнічена, і домінуючими залишалися лише спороутворюючі та вуглеводнеокиснювальні бактерії, здатні до виживання в умовах токсичного навантаження.

Мікроскопічні гриби відрізнялися від бактерій своєю чутливістю на ранніх етапах забруднення: при концентраціях 10–100 см³/кг їх чисельність, за показником КУО, значно зменшувалася. Водночас, у діапазоні високих концентрацій кількість грибів залишалася на стабільному рівні, і при максимальному нафтовому навантаженні (500 см³/кг) вдвічі перевищувала чисельність бактеріальних клітин. Це може свідчити про наявність у частини мікроміцетів адаптаційних механізмів до екстремальних умов нафтового забруднення.

Залежність швидкості знекиснення води від концентрації метабісульфіту натрію в присутності іонів заліза

2025-06-30T07:10:18+03:00

Досліджено процеси знекиснення води при використанні метабісульфіту натрію в присутності катіонів заліза. Показано, що швидкість знекиснення води в статичних умовах залежить від концентрації сульфіт-іонів та концентрації іонів заліза. Залізо, яке використовували в концентраціях від 0,1 до 0,5 мг/дм³ в даному процесі є каталізатором. В роботі показано, що процес окиснення сульфіт-іонів досить чутливий як до концентрації відновника, так і до вмісту каталізатора. Механізм зв’язування кисню залежить від концентрації відновника та від вмісту каталізатора. За низьких концентрації відновника та каталізатора при вихідній концентрації кисню у воді на рівні 6,6 мг швидкість реакції зв’язування кисню залежить як від концентрації компонентів, так і від концентрації каталізатора. Тому реалізуються процеси окиснення сульфіт-іонів третього порядку. З підвищенням концентрації сульфіту в залежності від концентрації каталізатора реалізуються процеси 2-го та 1-го порядків. За нижчих концентрації заліза швидкість процесу залежить від концентрації кисню та концентрації відновника (процеси 2-го порядку), за вищих концентрацій заліза швидкість процесу визначається концентрацією визначається концентрацією кисню (процес 1-го порядку).