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

Математична модель одночасної нітрифікації-денітрифікації у реакторі циклічної дії з плаваючими біоплівковими носіями: програмна реалізація та оцінка параметричної чутливості (укр.)

Ігор Васильович Кобилко — 2026-06-26

Стічні води молокопереробних підприємств є висококонцентрованими та багатими на вуглець. Оскільки співвідношення хімічного споживання кисню до загального азоту тут є високим (ХСК/N_заг ≈ 90), процес денітрифікації не лімітується дефіцитом вуглецю. Проте класичні технологічні схеми з просторовим розділенням аеробної та аноксидної зон є дуже енерговитратними, адже потребують побудови окремих реакторів, постійної рециркуляції нітратів та високої інтенсивності аерації. Запропонована гібридна конфігурація SBR із плаваючим пінополістирольним завантаженням дозволяє подолати ці недоліки. У такій системі аеробні та аноксидні мікрозони одночасно співіснують у межах єдиної біоплівки за низького вмісту розчиненого кисню. Легкодоступний вуглець швидко споживається гетеротрофами у зовнішній (аеробній) оболонці плівки. Внаслідок цього всередині аноксидного ядра утворюється захищена ніша з локально низьким співвідношенням вуглець/азот, що забезпечує високу ефективність процесу денітрифікації.

У роботі описано програмну реалізацію двоступеневої моделі ASM3_2N з гомогенізованим описом біоплівки у середовищі Python (NumPy 2.2, SciPy 1.15). Модель відкалібровано за лабораторними даними. В опорному режимі (DO = 1,0 мг О₂/л; завантаження 30 % об'єму) вона відтворює видалення загального азоту 86,5 % для реактора з носіями проти 76,0 % для контрольного, з вираженим оптимумом за киснем у вікні 0,8–1,2 мг/л. Локальний аналіз чутливості (OFAT, ±20 %) показав, що серед десяти параметрів домінують максимальна швидкість росту AOB μ_max,AOB і гетеротрофний коефіцієнт виходу Y_H; константа напівнасичення нітрифікаторів за киснем K_O,AOB зберігає значущість у низькокисневому режимі. Модель і отримане ранжування придатні для попереднього проєктування біологічного блоку очищення та для планування експериментальної програми.

Тепломасообмінні насадки з формою тіл обертання (Класифікація та огляд конструкцій) (укр.)

Ігор Олегович Мікульонок — 2026-06-26

Одними з найбільш простих та ефективних контактних елементів тепломасобмінних колон, які використовуються насамперед у хімічній, нафтохімічній, нафтопереробній, харчовій, мікробіологічній і теплоенергетичній галузях промисловості, є насадки з формою тіл обертання, одними з основних переваг яких є обумовлений їхньою обтічною формою низький гідравлічний опір, а також відсутність застійних зон у шарі насадки. До цих насадок насамперед належать контактні елементи у вигляді прямих кругових циліндра й конуса, кулі (сфери), тора, еліпсоїда обертання, однопорожнинного гіперболоїда, бочки, тіл оживальної та іншої обтічної форми. Завдяки своїй симетричній та обтічній формі насадки з формою тіл обертання, насамперед у вигляді кулі (сфери), широко використовуються як рухома насадка, в апаратах рухомого, зокрема псевдозрідженого, шару. Останнім часом замість більш простої за конструкцією, але одночасно більш матеріалоємної суцільної насадці з великою масою й низькою питомою поверхнею, все частіше використовують більш легкі насадки у вигляді оболонок з елементами для збільшення питомої поверхні й турбулізації потоків оброблюваних фаз, зокрема у вигляді оболонок кістякової структури, які можна виготовляти 3D-друком з різноманітних конструкційних матеріалів.

Експериментальне дослідження оброблення дисперсних матеріалів в умовах механічного псевдозрідження (укр.)

Олександр Леонідович Сокольський — 2026-06-26

Останні досягнення в процесі оброблення дисперсних матеріалів в умовах механічного псевдозрідження зосереджені на підвищенні ефективності та контролю різних процесів, що використовуються практично у всіх галузях промисловості. У даній роботі буде представлено результати експериментального дослідження процесу оброблення дисперсних матеріалів у режимі механічного псевдозрідження. Розглянуто особливості формування псевдозрідженого шару та його вплив на енергоспоживання під час змішування. Експеримент показав, що механічне псевдозрідження починається за лінійної швидкості лопатей 2,5-3,3 м/с. Також під час експериментів спостерігався ефект дисипації, через який температура суміші протягом кількох хвилин відчутно зростала. Оброблення дисперсних матеріалів в умовах механічного псевдозрідження має великий потенціал для вдосконалення промислових процесів та розробки передових технолоргій у різних галузях промисловості.

Математична модель процесу очищення газопилового потоку в циклоні з сітчастими вставками та впорскуванням води (укр.)

Максим Валерійович Дишкант — 2026-06-26

Розроблено комплексну математичну модель процесу очищення газопилового потоку в циклонному апараті модифікованої конструкції, обладнаному сітчастими вставками конусного типу та системою зрошення через форсунки. Модель інтегрує три фізичні підсистеми: турбулентну аеродинаміку закрученого потоку з урахуванням впливу сітчастих елементів як пористого середовища за моделлю Дарсі-Форхгеймера, кінетику гетерогенної конденсації водяної пари на поверхні крапель зрошувальної рідини за дифузійним рівнянням Максвелла та динаміку інерційної сепарації полідисперсних твердих частинок за модифікованою моделлю Лейта-Ліхта. Уведено коефіцієнт підвищення ефективності сепарації, що кількісно описує стабілізуючий вплив сітчастих вставок. Проведено параметричний аналіз, який показав зменшення критичного діаметра уловлювання з 4–8 до 1–3 мкм при комбінованому застосуванні сітчастих елементів та впорскування води.

Числове дослідження міцності формувальної головки екструдера з конструктивними вдосконаленнями (укр.)

Віктор Миронович Витвицький — 2026-06-26

Проведено числове моделюванню напружено-деформованого стану формувальної головки черв'ячного екструдера для виробництва полімерних труб. Конструкція проточної частини головки визначає гідродинамічний опір, рівномірність розподілу потоку розплаву, геометрію та якість екструдату, тоді як наявність застійних зон і ліній зварення призводить до деструкції матеріалу та зниження експлуатаційних властивостей виробів. Об’єктом дослідження є базова та вдосконалена конструкції головок для труб діаметром 54 мм із товщиною стінки 2 мм, виготовлені з легованої сталі з границею текучості 620 МПа. Мета роботи полягає в оцінці міцності цих конструкцій та обґрунтуванні доцільності застосування запропонованих модернізацій.

Числове моделювання виконано методом скінченних елементів (МСЕ) у середовищі SolidWorks Simulation за умов внутрішнього тиску 40 МПа та температур 170–172 °C. Вдосконалена головка містить тіла обертання між дорнотримачем та вихідною ділянкою каналу для інтенсифікації деформації та злиття ліній зварення, а також отвір у дорнотримачі з поперечними канавками для підведення та розподілу змащувального агента. Максимальні еквівалентні напруження за Мізесом становлять 238 МПа (запас міцності 2,6) для базової та 249 МПа (2,48) для вдосконаленої конструкції, що перевищує допустиме значення 1,6. Максимальні переміщення для обох варіантів не перевищують 0,02 мм, пружні деформації становлять 0,0008 та 0,0007 мм/мм відповідно.

Новизна роботи полягає у комплексному порівняльному аналізі міцності базової та вдосконаленої екструзійних головок. Вдосконалена конструкція зберігає необхідний запас міцності та одночасно орієнтована на усунення ліній зварення й стабілізацію течії розплаву, що дозволяє рекомендувати її до практичного впровадження.

Полімерні мембрани на основі полісахаридів для очищення води (англ.)

Валерій Леонідович Демченко — 2026-06-26

У сучасних умовах зростаючого антропогенного навантаження на довкілля проблема очищення водних ресурсів набуває особливої актуальності. Забруднення природних вод промисловими та побутовими відходами призводить до погіршення якості води та створює загрозу для екосистем і здоров’я людини. У зв’язку з цим розробка ефективних матеріалів для очищення води є важливим напрямом сучасних наукових досліджень.

Одним із перспективних підходів до вирішення цієї проблеми є використання мембранних технологій. Вони дозволяють ефективно видаляти широкий спектр забруднювачів, однак традиційні мембранні матеріали часто мають обмежену селективність, недостатню механічну міцність або схильність до забруднення, що знижує їх ефективність у довготривалій експлуатації.

У цьому контексті особливу увагу привертають поліелектролітні комплекси на основі природних полімерів. Поєднання карбоксиметилцелюлози та хітозану дає змогу формувати структуровані матеріали з регульованими фізико-хімічними властивостями. Такі системи характеризуються біосумісністю, екологічною безпечністю та здатністю до утворення стабільних мембранних структур.

Було встановлено, що вихідні поліелектроліти Na-карбоксиметилцелюлоза та хітозан характеризуються аморфною та напівкристалічною структурою відповідно, тоді як сформовані мембрани мають нову аморфну структуру, яка відрізняється від структури окремих поліелектролітів.

Досліджувані мембрани продемонстрували високий рівень розривної міцності на рівні 48 МПа та невисоку деформацію, порядку 2 %. Такі значення показують достатню механічну стабільність мембран для застосування їх у мікрофільтрації.

Продуктивність мембран визначали за допомогою баромембранної установки під тиском 3, 4 та 5 атм. Досліджувані мембрани були стабільними за цих значень тиску під час випробування. Було проведено розрахунок основних параметрів мембран: cелективність по каламутності та кольоровості. Ефективність процесу очищення зростає з часом та збільшенням тиску.

Біосумісні гідрогелі на основі композицій полівініловий спирт/крабоксиметилкрохмаль: властивості та перспективи використання (укр.)

Ірина Олександрівна Ляшок — 2026-06-26

Предметом дослідження є полімерні композиції на основі полівінілового спирту та карбоксиметилкрохмалю. Мета роботи полягає у комплексному визначенні реологічних, сорбційних та фізико‑механічних характеристик полімерних систем для встановлення оптимальних співвідношень компонентів, що забезпечують формування біосумісних гідрогелевих матеріалів із високою сорбційною здатністю, структурною стабільністю та достатньою механічною міцністю, придатних для перспективного застосування у стоматології та регенеративній медицині.

Методологія роботи включає кріоструктурування водних розчинів ПВС/КМК, визначення реологічних параметрів за допомогою ротаційного віскозиметра, оцінку сорбційних властивостей шляхом вимірювання водопоглинання та дослідження механічних характеристик (міцність, еластичність, відносне подовження) відповідно до міжнародних стандартів ISO та ASTM. Актуальність дослідження зумовлена потребою у створенні нових біосумісних перев’язувальних матеріалів, здатних підтримувати оптимальну вологість, абсорбувати ексудат та забезпечувати бар’єрний захист. Наукова новизна полягає у використанні КМК замість традиційної карбоксиметилцелюлози, що відкриває нові можливості для регулювання властивостей кріогелів.

Основні результати показали, що системи з високим вмістом КМК у співвідношенні ПВС/КМК 0/10–7/3 мають псевдопластичну поведінку, тоді як композиції з переважанням ПВС 8/2–10/0 характеризуються дилатантними властивостями. Встановлено, що найбільший ступінь набрякання ~3900 % спостерігається для складу 3/7, проте такі зразки швидко висихають. Перспективними за поєднанням сорбційних та механічних властивостей визначено композиції 5/5 та 6/4, які демонструють високу міцність 0,31–0,37 МПа та відносне видовження до 457 %.

Галузь застосування отриманих матеріалів охоплює сучасну медицину, зокрема створення перев’язувальних засобів, стоматологічних матеріалів та біосумісних матриць для регенеративної медицини. Практичне значення роботи полягає у визначенні складів, що поєднують високу початкову вологість, контрольовану десорбцію та механічну стійкість, що є критично важливим для процесів загоєння ран та відновлення тканин.

Вплив ступеня млива і вмісту листяної целюлози на властивості санітарно-гігієнічного паперу (укр.)

Валерій Анатолійович Барбаш — 2026-06-26

Визначено показники руйнівного зусилля і капілярного поглинання хвойної і листяної целюлози в залежності від ступеня їх млива. Виготовлено лабораторні зразки санітарно-гігієнічного паперу за різного вмісту хвойної і листяної целюлози у композиції паперу за різних значень ступеня млива листяної целюлози та з додаванням у волокнисту масу водозміцнюючої добавки за витрати 18 кг і 32 кг на тонну паперу. Визначено, що із збільшенням вмісту листяної целюлози в композиції паперу руйнівне зусилля закономірно зменшується для зразків паперу у сухому стані та у вологому стані за низького ступеня млива листяної целюлози. Встановлено, що збільшення ступеня млива листяної целюлози призводить до зменшення капілярного поглинанння за рахунок утворення більш щільної структури паперового аркуша. Показано, що збільшення витрати водозміцнюючої добавки з 18 кг/т до 32 кг/т призводить до зменшення капілярного поглинання зразків паперу за рахунок створення нею додаткового гідрофобного ефекту. Для мінімізації витрат хвойної целюлози у волокнистій композиції паперу і скорочення витрат електроенергії на розмелення хвойної целюлози за рахунок зменшення ступеня її млива рекомендується розмелювати хвойну целюлозу до 25 ^оШР і листяну целюлозу до 35–40 ^оШР, а у виробництві паперу використовувати композицію 30–40 % хвойної целюлози і 60-70 % листяної целюлози з додаванням 18 кг/т водозміцнюючої добавки.