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

Оцінка ефективності пом’якшення водопровідної води на зворотньоосмотичних мембранах низького тиску (укр.)

Микола Дмитрович Гомеля — 2025-12-29

Робота присвячена визначенню ефективності застосування зворотньоосмотичних мембран низького тиску на прикладі комерційних мембран Filmtec TW30-1812-75 для пом’якшення прісних вод, а також оцінці впливу жорсткості води на осадкоутворення на мембрані в залежності від об’ємів фільтратів та ступеню відбору перміату. В ході роботи експериментально досліджено процеси пом’якшення водопровідної води.

Було вивчено процеси очищення води при заданих значеннях ступеню відбору перміату та визначено зміну характеристик води від об’єму відібраного перміату при стабільному робочому тиску 6,1 атмосфери та при продуктивності мембрани 0,0289 м/год. Процеси досліджували у широкому діапазоні ступеню відбору перміату 40, 50, 65, 75 та 90%. При проведенні досліджень контролювали зміну жорсткості води, концентрації іонів кальцію та магнію, лужності, провідності води та рН перміату і концентрату.

За результатами аналізу показано, що при фільтруванні води характеристики перміату мало змінювалися при збільшенні ступеню відбору перміату. В більшій мірі при цьому змінювались характеристики концентрату. Окремо було визначено залежність селективності мембрани Filmtec TW30-1812-75 по іонах жорсткості та гідрокарбонат-аніонах. Встановлено, що мембрана є більш селективною по іонах жорсткості в порівнянні з гідрокарбонатами, що обумовлюють лужність води.

Водночас виявлено, що за даних умов значно відрізнялись значення виміряних параметрів жорсткості і лужності від розрахованих теоретично за матеріальним балансом. Це свідчить про часткове вилучення із концентратів іонів жорсткості та карбонатів у вигляді твердих осадів на поверхні мембрани.

Оцінка ефективності амідомісного інгібітора корозії в мінералізованих водно-нафтових середовищах (англ.)

Микола Миколайович Космина — 2025-12-29

В даній роботі було детально досліджено ефективність інгібування корозійних процесів у мінералізованих водно-нафтових середовищах при використанні інгібітора тіосечовина. Актуальність дослідження обумовлена тим, що обладнання нафтогазової промисловості постійно працює в агресивних умовах, де присутні солі, кисень, сірководень, зміни температури та рН, що в комплексі значно прискорює руйнування металевих конструкцій. Використання ефективних і доступних інгібіторів корозії дозволяє подовжити експлуатаційний строк обладнання, знизити витрати на ремонт і технічне обслуговування, а також підвищити безпеку промислових процесів.

У дослідженні визначення ефективності інгібування та швидкості протікання корозії проводилося за допомогою масометричного методу. Цей метод, заснований на вимірюванні втрати маси металу після перебування у корозійному середовищі протягом певного періоду, дозволяє безпосередньо оцінити рівень захисної дії інгібітора. Дослідні зразки сталі піддавалися впливу середовищ з різною концентрацією хлориду натрію (NaCl), змінними показниками рН та температурою. Такий підхід відтворює умови, максимально наближені до експлуатаційних у свердловинах та трубопровідних системах.

За результатами проведених експериментів встановлено, що найефективніше інгібітор тіосечовина проявив себе у середовищі з концентрацією NaCl 3 % і 10 % при рН 6–7 та дозах 10–50 мг/дм³. Саме за таких умов спостерігалося суттєве зниження швидкості корозії порівняно з контрольними зразками без інгібітора. Пояснення цього явища може бути пов’язане з формуванням щільної захисної плівки на поверхні металу, що перешкоджає контакту з агресивними іонами хлоридів.

Крім того, важливим фактором виявився вплив температури та кислотності середовища. Показано, що при слабкокислому рН та підвищеній температурі 80 °С тіосечовина демонструвала підвищені інгібуючі властивості. Це свідчить про її здатність активно взаємодіяти з поверхнею металу й стабілізувати захисний шар навіть в умовах високої кінетичної активності корозійних реакцій. У промислових умовах такі параметри є типовими, що робить результати дослідження особливо цінними для практики.

Водночас отримані результати вказують на те, що інгібітор ефективний і при нижчих температурах. Зокрема, частина експериментальних даних демонструє високий рівень захисту металу в середовищах із фіксованим значенням рН при температурі 20 °С. Це може бути важливим для систем з менш інтенсивним нагріванням або при транспортуванні нафти й води на поверхневих ділянках обладнання.

Загалом експеримент довів, що тіосечовина є перспективним інгібітором корозії для використання в мінералізованих водно-нафтових системах. Вона здатна забезпечити ефективний захист як при варіюванні температурних та кислотно-лужних умов, так і при різній концентрації солей у середовищі. Таким чином, використання тіосечовини як інгібітора корозії може суттєво підвищити надійність металевого обладнання в нафтогазовидобувній галузі й знизити технологічні ризики, пов’язані з руйнуванням матеріалів.

Проактивне керування мобільними роботами у динамічному виробничому середовищі (укр.)

Андрій Олексійович Носов — 2025-12-29

Сучасне виробництво дедалі більше спирається на використання мобільних роботів для автоматизації логістичних і технологічних операцій. Проте динамічний характер виробничого середовища створює складні наукові проблеми для систем керування мобільними платформами, оскільки існуючі алгоритми навігації часто не забезпечують належного балансу між швидкістю виконання завдань, енергоефективністю та безпекою руху. Метою дослідження є узагальнення сучасних методів проактивного керування мобільними роботами на основі формалізації задачі через багатовимірний POMDP, впровадження генеративних моделей для прогнозування динаміки та багатокритеріальної оптимізації з адаптивним балансуванням цілей. Проведено комплексний аналіз наукових публікацій 2016–2025 років та використано методи системного аналізу для синтезу нової архітектури керування.

Виявлено, що оптимальне проактивне керування досягається через інтеграцію трьох ключових компонентів: прогнозування майбутніх станів середовища, багатокритеріального планування з урахуванням продуктивності, безпеки та енергоефективності, а також адаптивного балансування цілей у реальному часі. Запропоновано трирівневу архітектуру системи керування та розроблено математичну модель, яка формалізує процес адаптивного проактивного керування з урахуванням прогнозованої динаміки середовища. Запропонована архітектура створює теоретичну основу для розробки нового покоління автономних робототехнічних систем, здатних ефективно функціонувати у складних виробничих умовах.

Удосконалення розрахунку технологічних трубопроводів (укр.)

Ігор Анатолійович Андреєв — 2025-12-29

Раціональне використання ресурсів при проектуванні технологічних трубопроводів та забезпечення їх зростаючих потреб вимагає виконання розрахунків на міцність, які потребують використання відповідних значень температурних коефіцієнтів сталей Аt. Метою статті є удосконалення знаходження температурних коефіцієнтів сталей, значення яких визначаються чинними в Україні нормативними документами.

В результаті встановлено, що залежність Аt = f(t) для сталей Ст.3, 10, 20, 09Г2С, 10Г2С1, 15ГС, 16ГС, 17ГС, 17Г1С в діапазоні зміни t від 200 ^oС до 300 ^oС описується простою квадратичною регресією Аt = – 0,00001t² + 0,0025t + 0,9, а при зміні t від 300 ^oС до 450 ^oС – кубічною регресією Аt = – 0,00000007t³ + 0,00006696t² – 0,02197070t + 3,29876905. У наведених формулах температура t підставлена в °C.

Залежність Аt = f(t) для сталі 15Х5М в діапазоні зміни t від 200 ^oС до 390 ^oС можна описати квадратичною регресією Аt = – 0,00000794t² + 0,00336599t + 0,64421053, а при зміні t від 390 ^oС до 450 ^oС – квадратичною регресією Аt = – 0,00007917t² + 0,06266667t – 11,64875000.

Залежності Аt = f(t) для інших сталей апроксимуються єдиними математичними рівняннями на всьому діапазоні змінювання температур.

Значення температурного коефіцієнта Аt для сталей 08Х18Н10Т, 08Х22Н6Т, 12Х18Н12Т, 12Х18Н10Т, 45Х14Н14В2М, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 08Х17Н15М3Т описується кубічною регресією. Аt = 0,00000002t³ – 0,00001870t² + 0,00493000t + 0,61799999.

Залежність Аt = f(t) для сталей 12Х1МФ, 15Х1МФ описується квадратичною регресією Аt = – 0,00000128t² – 0,00016667t + 1,08461538.

Значення температурного коефіцієнта Аt для сталі 20Х3МВФ описується квадратичною регресією Аt= – 0,00000453t² + 0,00182667t + 0,8160.

Середнє значення похибки виконаних апроксимацій знаходиться в діапазоні від 0 % до 1,27 %, що свідчить про високий рівень збігу рівнянь регресії з фактичними значеннями.

Використання запропонованих формул для розрахунку температурного коефіцієнта сталей дає змогу спростити розрахунок технологічних трубопроводів на міцність.

Чисельне моделювання процесу перемішування полімернї композиції в каналі статичного змішувача (укр.)

Володимир Іванович Сівецький — 2025-12-29

Наведено порівняльні результати чисельного моделювання процесу перемішування двофазної полімерної композиції у пропорції 50/50 в каналах базового статичного змішувача типу Kenics та розробленого лопатевого статичного змішувача в різних його конфігураціях, які дають уявлення щодо ефективності запропонованого змішувача в порівнянні із базовим. Для опису реологічних властивостей полімерного розплаву використано модель в’язкості Берда-Карро, яка найбільш адекватно відображає неньютонівську поведінку полімерів. Система рівнянь, що включає рівняння імпульсу, енергії, нерозривності та об’ємної частки вторинної фази, була реалізована у програмному середовищі ANSYS Fluent із застосуванням методу скінченних елементів. Базовим об’єктом порівняння виступав статичний змішувач Kenics із традиційними геометричними параметрами, а саме: кут повороту елементів 120°, розташування сусідніх елементів під кутом 90°. Для лопатевого статичного змішувача розглядався більш широкий різновид конфігурації геометрії: товщина елементів (10, 15 та 20 мм) та кути їх взаємного повороту (45° і 90°).

Сферичні насадки тепломасообмінних колон (Класифікація та огляд конструкцій) (укр.)

Ігор Олегович Мікульонок — 2025-12-29

Одними з найбільш поширених контактних елементів колонних тепломасобмінних апаратів, які використовуються в хімічній, нафтохімічній, нафтопереробній, харчовій, мікробіологічній, теплоенергетичній галузях промисловості, а також системах очищення рідких і газових промислових потоків є насадки, чи не найбільш простими серед яких є сферичні насадки – виготовлені зазвичай з фарфору, скла, кераміки, металу або полімерного матеріалу кулі чи сферичні оболонки. Як і більш поширена кільцева циліндрична сферична насадка характеризується високою технологічністю та універсальністю, проте одночасно вона має такі недоліки як низькі питому поверхню й вільний об’єм, а також високу матеріалоємність. Завдяки своїй симетричній та обтічній формі сферична насадка в цілому або сферичні компоненти насадки широко використовуються як рухлива насадка, зокрема в тепломасобмінних апаратах псевдозрідженого шару. Останнім часом на заміну більш простій сферичній насадці у вигляді суцільних куль, які вирізняються високою матеріалоємністю, приходять більш легкі насадки у вигляді сферичних оболонок з різноманітними елементами для турбулізації та збільшення питомої поверхні.

Дослідження руху частинок матеріалу в трубних обертових апаратах (укр.)

Валерій Юрійович Щербина — 2025-12-29

Робота присвячена комплексному аналізу гідродинаміки та кінематики руху гранульованого сипкого матеріалу у трубних обертових апаратах. Метою дослідження є виявлення закономірностей поведінки дисперсного потоку шляхом зіставлення експериментальних даних і числового моделювання. Проведені дослідження руху частинок різної форми та типів, характерних для широкого спектра промислових процесів. На лабораторній установці було здійснено відеозапис, а наступна цифрова обробка даних дозволила чітко визначити координати, траєкторії та локальні швидкості частинок. Розмір гранул в експериментальних дослідженнях становив 3–6 мм при заповненні барабана 4–32 % та швидкості 4–85 об/хв проаналізовано траєкторії й поля швидкостей частинок. Виявлено структуру шару з активною та пасивною зонами та формування циркуляційного ядра із замкнутими контурами руху. Максимальні швидкості (0,82–2,2 м/с) спостерігаються у відкритому шарі, мінімальні (~0,041 м/с) – у пасивній зоні. Порівняння з математичною моделлю показало збіжність із похибкою 4–15 %, що підтверджує адекватність моделювання. Розроблена методологія, що поєднує відеоаналіз, інтерполяцію, числове моделювання та статистичну обробку, забезпечує отримання точних кінематичних характеристик руху сипких матеріалів у барабані, що обертається. Результати підтверджують інформативність та практичну придатність методики для інженерної практики та наукових досліджень, зокрема для оптимізації конструкцій, режимів роботи, удосконалення моделей та прогнозування поведінки матеріалів у промислових умовах.

Врахування ефекту дисипації під час оброблення в’язких речовин (укр.)

Олександр Леонідович Сокольський — 2025-12-29

Неньютонівські рідини мають велике значення в багатьох промислових секторах, таких як харчова промисловість та виробництво синтетичних полімерів. Реологічна реакція неньютонівських рідин є досить складною, включаючи поєднання в’язких та пружних ефектів та нелінійних явищ. У разі оброблення високов’язких речовин суттєвий вплив на процес та розподіл властивостей речовини у часі та просторі мають ефекти дисипації та пристінного ковзання. Дослідницька робота спрямована на виявлення раніше ігнорованих миттєвих впливів в'язкої дисипації на споживання електроенергії, швидкість технологічних процесів, якість продукції та загальну продуктивність обладнання хімічної промисловості, зокрема, обладнання для перекачування та змішування в'язких неньютонівських рідин. У статті представлено математичне формулювання та основні аспекти, пов'язані з моделюванням неізотермічного потоку за допомогою пакету програмного забезпечення для числового моделювання CFD «Ansys Fluent». Результати математичного моделювання були перевірені фізичним експериментом у ротаційному віскозиметрі типу «циліндр-циліндр». Експериментальне дослідження підтвердило числове моделювання та показало, що протягом 5 хвилин обробки температура робочої речовини збільшилася на 6 °C через в'язку дисипацію енергії. Показано, що гідрофобізація та модифікуючі фрикційні добавки впливатимуть на рівень дисипативного нагрівання речовин.