авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
-- [ Страница 1 ] --

В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть 15

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ. ХИМИЯ

УДК 663.48

И.Т. Кретов, С.В. Шахов, А.И. Потапов, Е.С.

Попов

Воронежская государственная технологическая академия

г. Воронеж, Россия

НОВОЕ В ТЕХНИКЕ И ТЕХНОЛОГИИ РЕКУПЕРАЦИИ ПИВА

ИЗ СУСПЕНЗИИ ОСТАТОЧНЫХ ДРОЖЖЕЙ

Суспензия остаточных дрожжей занимает особое место среди вторичных сырьевых ресурсов пивоваренной промышленности. В среднем ее объем составляет около 2 % от общего количества произведенного пива, огромная часть которой не утилизируется, хотя в ней содержится около 50% пива, которое можно вернуть в технологическую линию производства с использованием технологии мембранной фильтрации.

В настоящее время, как никогда, остро стоят экологические проблемы производства, особенно в пивоваренной промышленности, которая характеризуется большим количеством жидких и твердых отходов, среди которых особое место занимает суспензия остаточных дрожжей, общий объем которой составляет в среднем от 1,5 до 2 % от общего количества произведенного пива, которая собирается из бродильных цилиндроконических танков в виде «донных осадков» и в настоящее время не подвергает ся утилизации, а просто сливается в канализацию. Хотя суспензия остаточных содержит в среднем около 50 % пива, которое можно выделить с помощью микрофильтрационного разделения на полупро ницаемых мембранах и вернуть в технологическую линию производства, что представляет для пивова ренных заводов хорошую возможность снижения потерь экстракта и получения дополнительной при были [1, 2].

В процессе анализа литературы было установлено, что для выделения пива из суспензии оста точных дрожжей существуют два основных способа: осаждение в центробежном поле, т.е. применение сепараторов, декантеров и фильтрование через полупроницаемые перегородки – мембраны.

Способ осаждения требует закупки дорогостоящего оборудования, высоких затрат на эксплуата цию, не обеспечивает необходимого качества фильтрата и концентрата, т.е. дрожжевые клетки бук вально перетираются, что существенно ухудшает качество выделенного пива.

Метод мембранного фильтрования сохраняет целостную структуру дрожжевых клеток, т.е. со храняется биологическая ценность концентрата и обеспечивает высокое качество выделяемого пива из суспензии избыточных дрожжей, т.е. возможно отправление такого пива сразу на розлив.

Поэтому, по нашему мнению, именно мембранное фильтрование является наиболее целесооб разным для выделения такого пива из суспензии остаточных дрожжей.

В литературе отсутствуют четкие данные об объемах сбрасываемых суспензий остаточных дрожжей, количестве и периодичности сбросов за весь цикл брожения и созревания пива, в связи с чем были проведены экспериментальные исследования на ОАО «Пивоваренная компания «Балтика» «Балтика – Воронеж», с четырьмя вышеперечисленными сортами пива. Соответственно были выбраны четыре ЦКТ и экспериментально установлено, что сбросы суспензий остаточных дрожжей осуществ ляют трижды: через 5, 9 и 14 суток после начала брожения.

При этом проводили отборы проб суспензии остаточных дрожжей вначале сброса, его середине и конце в каждом из трех сбросов для четырех сортов пива. Полученные пробы разделяли на центри фуге периодического действия, взвешивали общую массу, сливали пиво и взвешивали массу оставших ся дрожжей. По полученным данным можно заключить:

- наибольшим объемом обладает суспензия остаточных дрожжей высокоплотного пива для креп ких сортов, общий объем которой за три сброса составляет 210,5 гл, а для высокоплотного пива для легких сортов этот объем составляет 105 гл, для пива «Кулер»- 78,5 гл, для пива «Tuborg»- 74 гл;

- наибольшим содержанием пива обладают суспензии остаточных дрожжей сортов пива «Кулер»

и «Tuborg», которое в среднем составляет 59,1 % мас. и 59,4 % мас., а для высокоплотного пива для крепких и легких сортов 43,6 % мас. и 55,3 % мас. соответственно.

На основании данных литературного анализа была спроектирована экспериментальная установка для микрофильтрационного разделения суспензии остаточных дрожжей в тангенциально-поточном режиме, основными частями которой являются: циркуляционная емкость, центробежный насос, фильт рационный аппарат, включающий в себя мембранный модуль, состоящий из восьми трубчатых кера мических мембранных фильтров, трубопроводы и контрольно-измерительные приборы.

-7 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть Экспериментальная установка работает следующим образом. Разделяемая пищевая среда из цир куляционной емкости по трубопроводу подается с помощью центробежного насоса в фильтрационный аппарат, через расходомер в мембранный модуль. Здесь разделяемая пищевая среда движется танген циально, т.е. параллельно фильтрующей поверхности трубчатых мембранных фильтров. При этом часть пищевой среды фильтруется через мембранные фильтры, а оставшаяся часть пищевой среды вы водится из фильтрационного аппарата в циркуляционную емкость, после чего ее цикл рециркуляции повторяется до достижения в ней заданного содержания сухих веществ.

Предлагаемые технические решения позволят получить предприятию производительностью 2000000 дал пива в год, при стоимости 1 дала восстановленного пива порядка 1000 руб (количество возможного получения 15000 дал) дополнительную прибыль в размере 15 млн. руб. в год, а также улучшить экологическую обстановку в зоне влияния предприятия.

Список использованных источников 1. Айвазян, С. С. Основные направления экологизации пивоваренной промышленности [Текст] / С. С. Айвазян, Е. Я. Чубакова, Т. А. Мануйлова // Пиво и напитки.– 2006.– № 2.- С. 8 – 10.

2. Бэмфорд, Ч. Новое в пивоварении [Текст] / Ч. Бэмфорд;

пер. с англ. И. С. Горожанкиной, Е. С.

Боровиковой.– СПб.: Профессия, 2007.– 520 с.

УДК 637. Л.В. Голубева, Е.А. Пожидаева, Е.А. Аникина, Е.П. Качанова Воронежская государственная технологическая академия г. Воронеж, Россия ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ЖИРА В ТЕХНОЛОГИИ МОРОЖЕНОГО С целью выявления общих закономерностей, сопровождающих процесс структурообразования в мороженом, исследовали влияние вида жира на качественные характеристика продукта. На основа нии экспериментальных данных установлено, что использование растительного заменителя молочно го жира «Бониграсса 55 РА.Н.» в производстве мягкого мороженого целесообразно.

Высокая стоимость молочного жира в России заставляют производителей искать более доступ ное сырье для его замены. Однако при этом должны учитываться научные принципы, разработанных Институтом питания РАМН. Главное требование – это сохранение пищевой ценности мороженого и его органолептических показателей с возможной коррекцией негативных свойств молочного жира та ких, как высокое содержание холестерина, недостаточная стойкость при хранении, дефицит полинена сыщенных жирных кислот [1, 2].

С целью изучения жирнокислотного состава жира «Бониграса 55РА.Н» проанализированы его хроматограммы и проведена сравнительная оценка с жирнокислотным составом молочного жира, ре зультаты приведены в таблице 1.

Таблица Сравнительная характеристика жирнокислотного состава растительного жира «Бониграсса 55РА.Н» и молочного жира Содержание жирных кислот, % Кислоты Бониграсса 55РА.Н Молочный жир Предельные жирные кислоты Лауриновая (С12:0) 0,29 1,7-3, Миристиновая (С14:0) 1,64 7,9-12, Пальмитиновая (С16:0) 41,93 25,3-31, Стеариновая (С18:0) 4,75 8,3-12, Непредельные жирные кислоты Пальмитинолеиновая (С16:1) 3,8 2,0-2, Олеиновая (С18:1) 38,67 26,6-28, Линолевая (С18:2) 9,43 2,5-4, Линоленовая (С18:3) 1,51 1,0-1, В результате проведенных исследований установлено, что жирнокислотный состав растительно го жира содержит полиненасыщенных жирных кислот в 1,5 раза больше молочного жира.

-8 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть При исследовании влияния вида жира на взбитость мороженого (рисунок 1) вырабатывали об разцы мороженого с 50% и 100% заменой молочного жира на растительный жир «Бониграсса 55 РА.Н.

В качестве контроля использовали мороженое с молочным жиром.

Таблица Влияние массовой доли растительного жира на взбитость мороженого Взбитость мороженого, % Смеси с 50% заменой мо- Смеси со 100 % заменой Продолжительность Смеси с мо лочного жира на расти- молочного жира на расти фризерования, мин лочным жи тельный жир «Бониграс- тельный жир «Бониграс ром са 55 РА.Н» са 55 РА.Н»

0 0 0 5 7 10 10 12 14 15 18 21 20 21 26 25 23 29 30 26 33 35 29 36 Лучшая взбитость определена в мороженом, содержащим растительный жир «Бониграса РА.Н.». Это связано с состоянием стенок воздушных пузырьков пены, которые покрываются жировы ми шариками и жировыми частицами. Так как силы сцепления между жиром и плазмой ниже, чем ме жду жировыми частицами, поэтому присутствие жира в смеси снижает прочность стенок воздушных пузырьков, что приводит к разрушению их во время фризерования [3, 4, 5].

Одним из основных показателей качества мороженого является определение скорости таяния (рис.2). Установлено, что этот показатель не имел существенных различий в образцах мороженого.

Однако время полного расплавления продуктов с использованием растительного жира «Бонигра са 55 РА.Н» превышало время плавления контрольного образца на 5-10 минут. Это можно объяснить разной степенью взбитости смесей.

Таки образом, что использование растительного жира «Бониграсса 55 РА.Н» в производстве мо роженого целесообразно.

Список использованных источников 1. Арсеньева, Т.П. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Т 4.

Мороженое: Справочник / Т.П. Арсеньева. – СПб: ГИОРД, 2002. – 544с.

2. Оленев, Ю.А. Справочник по производству мороженого / Ю.А. Оленев, А.А. Творогова, Каза кова Н.В., Соловьёва Л.Н.– М.: ДеЛи принт, 2004.-900с.

3. Вальстра, П. Роль молочного жира и белка в мороженом. / П. Вальстра, М. Джонкшен. - Мо лочная промышленность, 1999. - №10. – с. 31-33.

4. Нечаев, А.П. Пищевая химия / А.П. Нечаев. - СПб.: ГИОРД, 2003. – 592с.

5. Арсеньева, Т.М. Влияние массовой доли и типа жира на качество мороженого. / Т.М. Арсеньева, А.А. - Молочная промышленность, 2000. № 6. С. 40-41.

УДК 621.891;

621. С.Г. Бишутин Брянский государственный технический университет г. Брянск, Россия ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ ФИНИШНОЙ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ Описан методологический подход к выбору рациональных условий и режимов финишной абра зивной обработки для повышения износостойкости деталей машин. Определены основные условия формирования структурно-фазового состояния поверхностных слоев при абразивной обработке.

Непрерывно возрастающие требования к качеству выпускаемых машин определяет необходи мость повышения их долговечности. Многочисленные исследования показали, что до 70 % выходов из строя машин при их эксплуатации происходит из-за износа деталей пар трения. Значительное влияние на износ деталей оказывает состояние их поверхностных слоев, формируемых преимущественно при -9 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть финишной абразивной обработке. Поэтому повышение износостойкости деталей пар трения на фи нишных этапах их изготовления является актуальной задачей.

Долговечность деталей пар трения определяется интенсивностью изнашивания Ih в установив шемся режиме трения (в период нормального износа). Большинство деталей подвергается усталостно му износу. В соответствии с теорией фрикционной усталости [1] hd Аr Ih, (1) n lп А а где hd – глубина зоны деформации под фактическим пятном контакта;

lп – средний размер фактиче ского пятна контакта в направлении скольжения;

n – число воздействий, приводящих к отделению де формированного объема материала от поверхности трения;

Ar, Аа – соответственно номинальная и фактическая площади контакта поверхностей трения деталей.

Анализ уравнения (1) показывает, что наиболее широкий диапазон варьирования в ходе абразив ной обработки характерен для величины n. Значение n зависит от микро- и наноструктур поверхност ных слоев и напряжений в зонах деформаций под пятнами контакта поверхностей трения. Целенаправ ленное регулирование микро- и наноструктур поверхностного слоя позволяет значительно повысить из носостойкость поверхности [2].

Для приближенных расчетов величину n в период нормального износа можно определять по уравнению [1] t n о /, где 0 – напряжение разрыва материала поверхностного слоя;

– действующее амплитудное значение напряжения в поверхностном слое при эксплуатации детали;

t – показатель степени кривой фрикцион ной усталости материала поверхностного слоя.

Напряжение разрыва связано с истинным пределом прочности ви зависимостью [3] о ви 1 0,014 k.

Здесь k – относительное сужение поперечного сечения образца перед его разрывом.

Параметры ви, k и t зависят от материала поверхностного слоя и его структурно-фазового со стояния.

Структурно-фазовое состояние материала формируется в ходе термического и силового воздей ствий при абразивной обработке. К управляемым факторам формирования тонких поверхностных структур, влияющих на износостойкость, следует отнести температуру Тн нагрева поверхностного слоя, время tв нахождения поверхностных слоев при температурах Тн, скорости нагрева (Vн) и охлаж дения (Vо) поверхностных слоев, интенсивность деформаций (i) и скоростей деформаций ( ) обраба тываемого материала [4]. Величины Тн, tв, Vн, Vо характеризуют температурное воздействие абразив ной обработки, параметры i и – силовое воздействие. С помощью этих величин можно описать ос новные условия формирования поверхностных структур стальных деталей. Эти условия учитывают следующие параметры: Мн – температура начала мартенситного превращения;

Ас1 – температура пре вращения перлита в аустенит;

Ас3 – температура окончания превращения феррита в аустенит;

Аст – температура окончания растворения избыточных фаз;

Тв – температура начала возврата;

tз – время за вершения структурно-фазовых превращений;

Vк – критическая скорость охлаждения материала при закалке.

Величины Мн, Ас1, Ас3, Аст, Тв, tз, Vк характеризуют процесс формирования поверхностных структур каждого конкретного железоуглеродистого сплава при термическом и силовом воздействиях.

Анализ технологических операций финишной обработки заготовок деталей позволил выявить основные факторы абразивной обработки, варьируя которыми, можно управлять износостойкостью деталей пар трения путем регулирования термического и силового воздействий.

Силовое воздействие на заготовку усиливается при увеличении времени выхаживания обрабаты ваемой поверхности, шлифовании поверхности зернами с развитым микрорельефом и большой тепло проводностью (эльборовые и алмазные зерна). Режим правки инструмента (восстановление режущей способности) влияет на геометрическую форму вершин зерен и количество активных зерен, что приво дит к одновременному изменению термического и силового воздействий. Аналогично влияет и ско рость вращения инструмента. Повышение этой величины приводит к возрастанию скорости деформа ции обрабатываемого материала (усиление силового фактора) и увеличению числа зерен в контакте инструмента и заготовки, что способствует более интенсивному тепловыделению в процессе обработ ки.

- 10 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть Термическое воздействие на заготовку при шлифовании целесообразно регулировать путем вы бора рациональных условий охлаждения заготовки, режимов обработки и характеристик инструмента, применения инструментов с прерывистой рабочей поверхностью или со вставками из твердых смазоч ных материалов.

Необходимый математический аппарат для расчета характеристик силового воздействия абра зивной обработки и для оценки параметров термического воздействия представлен в [4].

Таким образом, можно констатировать следующее:

- повышение износостойкости деталей машин возможно посредством формирования требуемых микро- и наноструктур поверхностных слоев путем регулирования термического и силового воздейст вий при финишной абразивной обработке;

- предложенный методологический подход к выбору рациональных условий и режимов финиш ной абразивной обработки, обеспечивающих требуемое термическое и силовое воздействия, позволяет повысить износостойкость деталей пар трения до нескольких раз.

Список использованных источников 1. Крагельский, И.В. О расчете износа поверхностей трения/ И.В. Крагельский, Г.М. Ха рач//Расчетные методы оценки трения и износа: сб. науч. тр. – Брянск: Приок. кн. изд-во, Брян. отд ние, 1975. – С.5-47.

2. Бишутин С.Г. Повышение долговечности деталей пар трения при финишной абразивной обра ботке// Вестник Брянского государственного технического университета. – 2009. – № 4 (24). – C.4-7.

3. Крайнев, А.Ф. Конструирование машин: справ.-метод. пособие: в 2 т./ А.Ф. Крайнев, А.П.

Гусенков, В.В. Болотин [и др.];

под ред. акад. К.В. Фролова. – М.: Машиностроение, 1994. – Т.2. – 624 с.

4. Бишутин, С.Г. Структурирование поверхностных слоев деталей при финишной абразивной обработке/ С.Г. Бишутин. – Брянск: БГТУ, 2009. – 100 с.

УДК 669.713. В.В. Бочарова, Д.А. Матвеев, П.Б. Крайкивский, В.В. Сараев Иркутский Государственный Университет г. Иркутск, Россия ЦИКЛОДИМЕРИЗАЦИЯ НЕСОПРЯЖЕННЫХ ЦИКЛОДИЕНОВ НА КАТИОННЫХ КОМПЛЕКСАХ NI(I) Исследование возможности стабилизации ионов Ni(I) в каталитической системе Ni(COD)2/BF3·OEt2 молекулами субстрата без участия традиционных элементорганических лигандов.

Разработка принципиально нового подхода к созданию «безлигандных» каталитических систем пре вращения непредельных углеводородов на базе катионных комплексов Ni(I).

Ди – и трициклические олефины являются ценными продуктами органического синтеза, исполь зуются в производстве лекарственных и биологически-активных препаратов, реагентов для молекуляр ной биологии, высокомолекулярных циклосодержащих полиолефинов, являются стартовыми реаген тами в ряде тонких органических синтезов [1, 2]. Особая роль в настоящее время отводится цикличе ским олефинам в процессах сополимеризации с этиленом и пропиленом, с целью получения пластиков с повышенной адгезией, износостойкостью, фотостойкостью и другими специфическими свойствами из доступного и дешевого сырья. На сегодняшний день полициклические моноолефины относятся к синтетически малодоступным продуктам, что обуславливает актуальность исследований в области их высокотехнологичного получения.

С целью выяснения механизма превращения 1,5-циклооктадиена на каталитической системе Ni(COD)2/BF3·OEt2 в работе решали следующие задачи:

1. Изучить продукты, превращения 1,5-циклооктадиена на каталитической системе Ni(COD)2/BF3·OEt2.

2. Определить активность каталитической системы Ni(COD)2/BF3·OEt2 в реакциях циклоизоме ризации и циклодимеризации 1,5- циклооктадиена в зависимости от условий ее формирования.

3. Исследовать возможности стабилизации ионов Ni(I) в растворе без участия традиционных элементорганических лигандов.

Комплекс Ni(COD)2 в растворе цис-цис-1,5-циклооктадиена в диапазоне температур 0-400С в ат мосфере аргона по данным ГЖХ инертен по отношению к COD. При добавлении к этому раствору - 11 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть двух мольных частей BF3·OEt2 наблюдается быстрое изменение цвета со светло-желтого на ярко красный и происходит каталитическое превращение COD. Основным продуктом превращения COD является бициклический изомер бицикло-[3,3,0]-октен-2 (1, схема 1).

Схема Ni(COD)2 / BF3. OEt 1 + 3 4 Реакция циклоизомеризации цис-цис-1,5-циклооктадиена сопровождается [2+2] циклодимериза цией COD и его циклосодимеризацией с продуктами циклоизомеризации. Влияние условий формиро вания каталитической системы Ni(COD)2/BF3·OEt2 на ее активность и выход продуктов реакции ото бражено в таблице 1.

Таблица Активность и селективность системы Ni(COD)2/BF3·OEt по превращению COD в атмосфере аргона Ni(COD)2: Конверсия TOF* № Ni : B COD COD % 1 2 3 4 1 1:400 1:15 97,3 657 85,7 8,5 4,8 0,4 0, 2 1:400 1:10 98,2 680 90,7 7,4 1,3 0, 100** -** -** 3 1:400 1:5 630 98,4 1,1 0, 100** 4 1:400 1:2 540 97,0 1,8 0,5 0.3 0, 5 1:1000 1:5 98,5 230 96,4 2,2 0,7 0,3 0, -** -** -** 6 1:2000 1:5 57,6 300 98, -** 1:400*** 100** 1:5 650 99, -** -** -** -** * - TOF – (mol COD/mol Ni·h ) ** методом ГЖХ не обнаруживается *** в растворе толуола, толуол:COD = 1: Анализ данных таблицы 1 позволяет заключить, что каталитическая система Ni(COD)2/BF3·OEt2, приготовленная в смеси толуол - COD (опыт №7), превосходит по активности и селективности, опи санные в литературе катализаторы циклоизомеризации COD [3].

Если после полного исчерпания COD в систему ввести новую порцию COD, наблюдается возоб новление реакции, что характерно для «живых» каталитических реакций [4].

С целью увеличения димеризующей способности каталитической системы Ni(COD)2/BF3·OEt реакцию превращения COD исследовали в атмосфере этилена (P = 0.2 мПа).

Комплекс Ni(COD)2 в растворе COD в диапазоне температур 0-400С по данным ГЖХ инертен по отношению к превращению COD и этилена. При добавлении BF3·OEt2 к этому раствору в атмосфере этилена происходит каталитическое превращение 1,5-циклооктадиена. При мольном отношении B:Ni = 2 основным продуктом превращения COD является тетрациклический димер 2 (70%) при конверсии мономера 95%. Кроме продуктов 1 и 2, а также побочных продуктов 4 и 5, идентифицированы мето - 12 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть дом хромато-масс спектрометрии, препаративной хроматографии в сочетании с ЯМР- и ИК- спектро скопией насыщенные углеводороды 6 и 7 [2+3]циклосодимеризации этилена с продуктами циклоизо меризации и циклодимеризации COD (схема 2).

Схема Ni(COD)2 / BF3. OEt C2H 1+2 +4 +5 + + 6 Таблица Активность и селективность системы Ni(COD)2/nBF3·OEt по превращению COD в атмосфере этилена Выход продуктов, % Ni(COD)2 : Конверсия TOF* № Ni:B COD COD % 1 2 6 7 4, 1 1 : 400 1:2 95,6 20,5 70,2 5,5 2,1 ~ 1,5 2 1 : 400 1:5 97,2 58,4 34,7 4,7 1,2 ~1 -** 3 1 : 400 1:10 98,6 82,6 13,0 4,3 ~1 -** -** 4 1 : 400 1:15 97,8 90,1 9,6 0,2 -** -** 5 1:1000 1:5 56,0 64,2 33,2 1,4 1 : 400** 100** -** -** 6 1:5 30,6 66,1 0,8 * TOF – (mol COD/mol Ni·h-1) ** методом ГЖХ не обнаруживается *** в растворе толуола, толуол:COD = 1: Влияние условий формирования каталитической системы Ni(COD)2/BF3·OEt2 на ее активность и состав продуктов превращения COD в атмосфере этилена отображены в таблице 2.

Анализ данных позволяет сделать заключение, что с ростом мольного отношения B:Ni выход циклодимера 2 уменьшается, а выход циклоизомера 1, наоборот, увеличивается, и при отношении B:Ni15 влияние этилена на соотношение продуктов 1 и 2 практически нивелируется.

Если после полного исчерпания COD в систему ввести новую порцию COD, то также наблюда ется возобновление реакции, как и в атмосфере аргона. Соотношение продуктов 1 и 2 в последующих циклах остается практически неизменным.

- 13 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть Список использованных источников 1. Gunther H. Proton nuclear magnetic resonance spectra of cyclic monoenes: hydrocarbons, ketones, heterocycles, and benzo derivatives/ H.Gunther, J.Gunther // Chem. Rev. – 1977.- v. 77, No 4.- p. 599-637.

2. Leitich J. The absolute configuration of e, trans- 1,5-cyclcgctadiene. Determination of enantiomeric purity without knowledge of the maximum optical rotation and without the aid of an auxiliary optically active substance/ J. Leitich // Tetrahedron Letters- No. 38.- p. 3589 – 3592 (димер 2).

3. Surface-Mediated Reactions. 6. Effects of Silica Gel and Alumina on Acid-Catalyzed Reactions/ P.

J.Kropp, G. W.Breton, S. L.Craig, S. D.Crawford, W. F.Durland, J. E.Jones, J. S.Raleigh // J. Org. Chem. 1995.- vol.60.- p. 4146-4152.

4. Kamigiato M. Metal-Catalyzed Living Radical Polymerization / M.Kamigiato, T.Ando, M.Sawamoto // Chem. Rev.- 2001.- vol. 101, No 12.- p.3689-3745.

УДК 661.723- Е.С. Вязова Волгоградский государственный технический университет г. Волгоград, Россия ВАРИАНТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИЛЕНХЛОРИДА ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ РЕАКТОРА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИСПАРЕННОГО ХЛОРА Рассмотрены варианты повышения эффективности работы установки по производству мети ленхлорида. Предложен способ совершенствования процесса за счет изменения конструкции реактора ии использовании испаренного хлора, что снижает количество примесей в реакционном газе.

В настоящее время на установке получения метиленхлорида применяется реактор, представ ляющий собой вертикальный цилиндрический аппарат Хлоратор изготовлен из углеродистой стали, футерован в два слоя диабазовой плиткой и в один слой шамотным кирпичом. Имеет шамотный стол бик размером 500х500 мм. Наличие футеровки и кумулятивного столбика из шамотного кирпича огра ничивает снижение температур в реакционной зоне и кладке ниже 150-200 C. Снаружи реактор по крыт теплоизоляционным материалом. Имеющийся шамотный столбик предлагается заменить на внут реннюю циркуляционную трубу. Также для улучшения показателей необходимо проводить процесс под небольшим избыточным давлением, что сократит время пребывания смеси в реакторе до 2 с, таким образом уменьшится образование побочных продуктов.

Также для повышения селективности предлагается использование испаренного хлора, который не содержит ингибирующие примеси: при очистке необходимы дополнительные затраты сырья, энер гии, оборудования, но при этом селективность образования метиленхлорида и его качество растет, а при отсутствии этой очистки, нет никаких дополнительных затрат, но больше побочных продуктов, меньше селективность.

Экономический эффект ожидается от уменьшения затрат на очистку реакционного газа от при месей.

УДК 661. А.В. Панасенко, В.О. Буравлев, А.Ю. Лубнина, Е.В. Кондратюк Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова г. Барнаул, Россия БАЗАЛЬТОВОЕ ВОЛОКНО КАК МАТРИЦА ПРИ СОЗДАНИИ НОВЫХ ФИЛЬТРОВАЛЬНО-СОРБЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ АРТЕЗИАНСКИХ ВОД Рассматривается проблема обезжелезивания - деманганации артезианской воды путем исполь зования новых материалов, в качестве которых предложены базальтовые волокна, модифицирован ные бентонитовой глиной и каталитической оксидной пленкой. В работе приводятся способы их по лучения, а также сравнение с аналогом. Основываясь на полученных результатах, можно судить о перспективности создания технологий водоподготовки и водоочистки с применением материалов из модифицированных базальтовых волокон.

- 14 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть В последнее время потребление артезианских вод стремительно возрастает. Это связано с их вы соким качеством и, как следствие, малыми затратами на очистку. Однако, множество источников арте зианских вод непригодно для использования в качестве промышленного и питьевого водоснабжения ввиду высокого содержания ионов железа и марганца. Железо приводит к образованию отложений на внутренних стенках аппаратов, выводит из строя запорную арматуру. Присутствие же марганца в воде способствует образованию осадка гидроксида четырехвалентного марганца Mn(ОH)4, который имеет буро-черную окраску и остается в виде пятен на стенках трубопроводов, вызывая их коррозию. Не ме нее опасны эти загрязнители и для человека. Попадая в организм, ионы железа и марганца негативно влияют на кровеносную и нервную системы человека, а также накапливаются в мышцах, печени, поч ках.

Фильтрование с применением каталитических загрузок – наиболее распространенный метод удаления железа и марганца, применяемый в высокопроизводительных компактных системах. Это обу словлено как коммерческими аспектами, так и высокой технологичностью процессов. Каталитические наполнители – природные материалы, содержащие диоксид марганца, или загрузки, в которые диоксид марганца введен при соответствующей обработке, например: дробленый пиролюзит, «черный песок», сульфоуголь и МЖФ (отечественные загрузки);

Manganese Green Sand (MGS), Birm, МТМ (зарубежные наполнители). Однако многие из них не позволяют исчерпать проблему обезжелезивания деманганации воды.

Перспективным сорбентом для очистки воды является базальтовое волокно, которое можно мо дифицировать под определенные условия применения, что делает его более универсальным по сравне нию с аналогами.

Возможна модификация базальтового волокна пленкой из оксидов марганца, которая обладает высокой каталитической активностью по отношению к процессам окисления ионов металлов раство ренным в воде кислородом. Способы нанесения данной пленки на волокно выбираются в зависимости от расчетных технико-экономических показателей и имеющегося оборудования. Пленка, дающая наи больший эффект очистки (до 98 % по ионам марганца и до 90 % по ионам железа), была получена пу тем предварительной обработки базальтового волокна марганецсодержащими солями с последующим осаждением хлопьев оксидов марганца из реакционной смеси.

Еще одним способом модификации базальтового волокна является нанесение на его поверхность методом механосинтеза бентонитовой глины [1]. При этом увеличивается доступная сорбционная по верхность бентонита, а также армирование и прошивка всех ее компонентов, что создает высокоразви тую однородную структуру. В итоге получается очень стабильный, прочный композит, способный со хранять свое состояние длительное время. Проведенные исследования показывают высокую эффектив ность извлечения ионов железа (до 90 – 98 %) на полученным данным способом композите.

Сравнение эффективности работы полученных материалов (соотношение композит на основе бентонитовых глин: каталитически активный композит – 1:1) и зернистого сорбента «Birm» проводи лось при одинаковых высоте загрузок и скорости фильтрования (5 м/ч). Концентрация ионов железа и марганца в растворе составляла 1 мг/л и 0,5 мг/л соответственно. Результаты эксперимента показали, что «Birm» по качеству очистки уступает материалам на основе базальтовых волокон на 20 – 30%.

Высокие сорбционно-окислительные свойства волокнистых сорбентов позволяют рекомендовать их для применения в различных отраслях:

- в домах отдыха, санаториях пансионатах, частных домах, не имеющих возможности использо вать воду, прошедшую соответствующую предварительную обработку;

- на производствах, которые используют воду из артезианских скважин как сырье для производ ства конечного продукта, так и для технологических целей (ТЭЦ, предприятия пищевой, химической, фармацевтической промышленности);

- на станциях водоподготовки, водоочистки.

Список использованных источников 1. Пат. 2345834 Российская Федерация, МПК51 B01J20/16, B01D39/06. Способ получения фильтровально-сорбционного материала / Кондратюк Е. В., Комарова Л. Ф., Лебедев И. А, Сомин В.

А.;

заявл. 23.07.2007;

опубл. 10.02.2009.

- 15 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть УДК 544.723.21:546. Е.В. Иканина, В.Ф. Марков, Л.Н.Маскаева Уральский государственный технический университет – УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина г. Екатеринбург, Россия ИЗОТЕРМЫ СОРБЦИИ МЕДИ (II) КОМПОЗИЦИОННЫМ ИОНИТОМ Исследована сорбция ионов меди (II) из растворов CuSO4 композиционным сорбентом на основе катионита КУ-28 и гидроксида железа (III). Установлено, что процесс сорбции наилучшим образом описывается моделью Ленгмюра, определена удельная поверхность ионита.

Сорбенты на основе пористых носителей и гидроксидов поливалентных металлов являются но вой разновидностью композиционных материалов. Гидроксид железа (III) относится к ионообменни кам высокой селективности, но из-за ряда присущих ему недостатков: неудовлетворительные гидроди намические, механические и кинетические свойства, сложность гранулирования – соединение не на шло широкого применения в производственном секторе. Авторами была разработана технология полу чения сорбента на основе универсального катионита КУ-28 и гидроксида железа (III) [1, 2], которая позволяет в значительной мере устранить перечисленные выше недостатки ионита.

Для изучения сорбции ионов Cu2+ в статических условиях 1 г образца ионита заливали раствора ми сульфата меди (II) известной концентрации с величиной рН 5,2, соотношение твердой и жидкой фаз 1 : 250. Процесс проводили в температурном диапазоне от 25 до 60 °C с использованием водяного тер мостата, настроенного на нужную температуру. Перемешивание системы осуществляли механической мешалкой со скоростью 150 об/мин. Равновесную жидкую фазу анализировали на содержание сорбата фотоколориметрическим методом с помощью гексацианоферроата калия [3].

На основании полученных данных рассчитывали статическую емкость сорбента по меди (II) (мг экв/г) С С равн СОЕ V р ра m, (1) где С0 и Сравн – исходная и равновесная концентрация меди (II) в растворе (мг-экв/л);

Vр-ра – объем рас твора (л);

m – навеска ионита (г). Результаты расчетов представлены в таблице 1.

Таблица Статическая обменная емкость композиционного сорбента при извлечении меди (II) из растворов CuSO4 (рН = 5,2) С0, мг-экв/л 1 3 7 10 15 Сравн, мг-экв/л 0,01 0,03 0,08 0,15 1,11 4, СОЕ, мг-экв/г 0,24 0,74 1,69 2,36 3,38 3, Для описания сорбционного процесса было использовано несколько моделей, приведенных в таблице 2, где A – количество сорбированной меди (II) (ммоль/г), kL и A, kF и n, kT и – константы изо термы Ленгмюра, Фрейндлиха и Темкина соответственно. Модель Ленгмюра основана на предположе нии, что все активные центры однородной поверхности ионита обладают раной энергией и энтальпией сорбции, а между адсорбированными молекулами, образующими мономолекулярный слой, нет взаи модействия. В модели Фрейндлиха допускается, что распределение числа адсорбционных центров на энергетически неоднородной поверхности сорбента носит экспоненциальный характер. Теплота ад сорбции в изотерме Фрейндлиха находится в логарифмической зависимости от степени заполнения поверхности, в отличие от модели Темкина, в которой данная зависимость линейная [4].

Из значений коэффициентов корреляции (таблица 2) видно, что полученные данные по сорбции меди (II) наилучшим образом описываются моделью Ленгмюра. Предельная адсорбция A равна 1, ммоль/г, константа адсорбционного равновесия kL, характеризующая энергию взаимодействия сорбата с поверхностью сорбента, составляет 19,73 л/ммоль.

- 16 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть Таблица Модели изотерм сорбции Коэффициент Изотерма Линейная форма корреляции C равн С равн k L C равн 1 0, A A Ленгмюра A A A k L 1 k L C равн 1n 1 0, A k F C равн Фрейндлиха lg A lg k F lg C равн n 1 1 0, A ln k T ln C равн A ln(k T C равн ) Темкина Экспериментально определенная емкость монослоя A позволяет вычислить удельную поверх ность сорбента:

S уд А N A S 0, (2) 2 - где S0 – площадь, занимаемая одной молекулой сорбата (м ), NA – число Авогадро (ммоль ). Значение удельной поверхности, рассчитанное с использованием гидратированного радиуса иона меди (II), ко торый равен 4,19 [5], составляет 614 м2/г. Следовательно, сорбент имеет развитую удельную поверх ность, свойственную синтетическим органическим катионитам.

Список использованных источников 1. Марков В.Ф., Маскаева Л.Н., Иканина Е.В. Композиционный сорбент для извлечения из сто ков тяжелых металлов и влияние природы щелочи на его сорбционные свойства: Тез. докл. науч. практ. конф. «Инновационные технологии в промышленности Уральского региона» в рамках Между нар. выст. «Industry Expo», 5-7 ноября 2008 г. – М.: РХТУ. – С. 48-49.

2. Иканина Е.В., Марков В.Ф., Маскаева Л.Н. Влияние природы аниона на обменную емкость полимернеорганического сорбента: Тез. докл. XIX Всерос. студен. науч. конф. «Проблемы теоретиче ской и экспериментальной химии», 27–29 апреля 2009 г. – Екатеринбург: УрГУ. – С. 90-91.

3. Шарло Г. Методы аналитической химии. Количественный анализ неорганических соедине ний. Ч. 2. М.: Химия, 1969. 1206 с.

4. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.:

Альянс, 2004, 463 с.

5. Nightingale E.R. Phenomenological theory of ion solvation. Effective radii of hydrated ions. // J. of Phys. Chem. 1959. V. 63. Iss. 9. P. 1381-1387.

УДК 621.794.4.025.3:[546.56:621.3.035. О.В. Кирсанова, Н.В. Климова, А.Ю. Винокуров, К.Ю. Фроленков Орловский государственный технический университет (ОрелГТУ) г. Орел, Россия ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТРАВЛЕНИЯ МЕДИ В ПРИСУТСТВИИ ИНГИБИТОРА Разработана технология травления припоя, которая отличается повышенной селективностью и скоростью по сравнению с традиционными составами (борфтористоводородная кислота + пере кись водорода). Проведено исследование процесса травления меди в присутствии ингибитора.

В настоящее время весьма актуальна проблема снятия с медной основы гальванического припоя из сплава олово-свинец, применяемого в качестве металлорезиста в процессах производства печатных плат по технологии SMOBC (solder mask over bare copper). Растворы для травления сплава олово свинец также широко применяются в большинстве технологий печатных плат, где необходимо удалять бракованное оловянно-свинцовое покрытие.

Стравливание сплава олово-свинец производят химическим растворением покрытия [1], при этом медная основа тоже травится, но гораздо медленнее. Чтобы еще более затормозить реакцию рас творения меди, в качестве ингибитора вводили фторид калия [2]. KF добавляют для введения в трави - 17 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть тель ионов F, которые снижают скорость травления меди. При этом, согласно [3], медь покрывается пленками чрезвычайно инертных фторидов, которые экранируют ее от HBF4 и H2O2, препятствуя даль нейшему растворению.

Для подтверждения последнего было проведено исследование травления меди в растворах HBF + H2O2 и HBF4 + H2O2 + KF. Измерение массовой концентрации ионов меди осуществляли методом инверсионной вольтамперометрии с помощью анализатора «Экотест-ВА». В табл. 1 представлены по лученные данные.

Таблица Зависимость массы стравленной меди от времени травления Масса меди, стравленной в растворе, кг/м Время травления t, с HBF4 + H2O2 HBF4 + H2O2 + KF 300,0 5 5,48·10 4,54· 600,0 4 1,20·10 8,81· 900,0 4 3,31·10 2,55· Таким образом, результаты исследования показали, что фторид калия может быть использован в качестве ингибитора в процессе травления олова-свинца с медной основы. Сведения о разработанном травителе могут быть весьма полезными для широкого круга производственников, занимающихся из готовлением печатных плат.

Список использованных источников 1. Матушкевич Э.А., Игнатова Н.Н. Раствор для стравливания гальванических покрытий спла вами олово-свинец//Авторское свидетельство СССР № 398702. 1973. Бюл. № 38.

2. Кирсанова О.В., Фроленков К.Ю. Селективный травитель гальванических оловянно свинцовых покрытий с медной основы//Патент РФ №2351689. 2009. Бюл. № 10.

3. Пахотник В. Н. Фториды вокруг нас. Соросовский образовательный журнал, №2, 1998. с. 95 – 100.

УДК 546.831:544.08:544. Ю.И. Сухарев, Т.И. Пролубникова ГОУ ВПО «Челябинский государственный университет»

г. Челябинск, Россия ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ «ШУМОВЫХ»

ВЯЗКОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЛОИДНЫХ ОКСИГИДРАТНЫХ СИСТЕМ Исследование реологических свойств оксигидратов в рамках нелинейной динамики показало, что данные системы эволюционируют во времени вследствие развития в системе физико-химических «шумовых» явлений. Сам реологический метод можно использовать как фазовый цифровой микроскоп для наблюдения структуры оксигидрата. Подобных исследовательских подходов в мировой практике коллоидных исследований нет.

Объектом исследования являются гели оксигидратов d– и f– элементов на примере оксигидрата циркония (ОГЦ). Гель – коллоидная система, образование макромолекул в ней происходит за счет по лимеризации гидратированных частиц. Присоединение и элиминирование мономерного фрагмента, гидратация и дегидратация, протонирование и депротонирование, присоединение и отщепление анио на гидроксила – все эти процессы сопровождают рост полимерных цепей оксигидратных форм d– и f– элементов [1]. Полимеризация приводит к образованию термодинамически метастабильных полимер ных фрагментов. При определенной длине полимерной цепи происходит ее разрыв, получившиеся фрагменты являются более стабильными и могут вновь продолжить рост. Наблюдается пульсационный характер данных явлений, а процессы, протекающие в геле при его старении, обеспечивают временную периодичность свойств геля. Если рассматривать периодичность свойств с энергетической точки зре ния, то мы имеем шумовые силовые пульсации в гелевых системах. «Шумоподобные» колебания сис темы вызывают периодическое временное изменение динамической вязкости (рис.1). Установлено, что на вязкость оказывает также существенное влияние взаимодействие молекулярных и ионных потоков со стенкой вращающегося коаксиального цилиндра: вращающийся цилиндр, контактирующий с геле вой фазой, адгезионно захватывает ламинарные макромолекулярные слои оксигидратного геля, а - 18 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть именно, - диффузные их части и, вследствие действия сил вязкостного трения, начинает эти слои пере мещать в пространстве по плоскости скольжения. При этом электростатическое притяжение между диффузной частью ДЭС и потенциалопределяющим слоем макромолекул противодействуют сдвиго вым силам вязкого трения Ван-дер-Ваальса. В момент выравнивания сил наблюдается эффект про скальзывания вращающегося цилиндра с контактирующим гелем, т.е. отмечается разрыв межконтакт ной сплошности. При этом диффузная часть ДЭС вновь возвращается (стягивается) на свое прежнее место, мгновенная динамическая вязкость закономерно периодически изменяется.

График вязкости Вязкость в интервале 120 – 140 мин.

Рис. 1. Динамика колебательного вязкого движения ОГЦ в процессе старения (7 сутки). Синтезирован 27.01.09;

С=0.28 моль/л, рН=8. ОГЦ на разных стадиях старения помещали в систему коаксиальных цилиндров в объеме 10 мл и подвергали механическому воздействию в ротационном вискозиметре «Rheotest–2» в условиях термо статирования (Т=303±0,5 К). Скорость сдвига составляла 1.4 м/с. Снятие показаний проводили в тече ние 5 часов при помощи аналогово-цифрового преобразователя Е-270 с частотой опроса исследуемой системы 5 раз в секунду.

Коллоидная гелевая система является динамической стохастической пульсирующей системой.

Такая динамическая система со временем будет эволюционировать. Закон эволюции в общем виде для dxi динамических систем запишется: xi f i ( x1, x2,...., x N ), i 1, 2,...., N., где xi – геометрическое dt представление состояния динамической системы (фазовая точка) в N-мерном пространстве [2].

Фазовое пространство геля, как системы стремящейся к равновесию, представляет собой аттрак тор – притягивающее предельное множество, к которому стремятся со временем все траектории дина мической системы [2].

Орбита изменения некоторой мгновенной вязкости не материальна, она отражает результат оп ределенного молекулярно-электрического силового взаимодействия, т.е. экспериментально мы фикси руем изменения состояния системы во времени. Математическое моделирование подобных систем осуществляется путем экспериментальной записи отображений [2]:

xi ( k 1) T ( xi ( k )), i 1, 2,...

Был проведен анализ экспериментальных сечений Пуанкаре изменения мгновенной вязкости ОГЦ и реконструированы отображения динамической системы путем восстановления модельной сис (it ) i, i 1,..., N. В качестве темы по экспериментальному одномерному временному ряду а недостающих координат вектора состояния используется тот же самый ряд i, взятый с некоторым запаздыванием. Оптимальные величины задержки расчитаны с использованием теоремы Такенса [2] в программе Fractan (программа для вычисления корреляционной размерности, корреляционной энтропии по временному ряду данных). Некоторые экспериментальные реконструированные аттракто ры гелей ОГЦ приведены на рис. 2. При внимательном рассмотрении фигуры на рис.2 представляют не что иное, как фазовое кластерное отображение макромолекул ОГЦ в полимеризующейся среде. На рис.2б отчетливо прослеживается пространственное конфигурирование основных связей структуры гидратированного тримера (ZrO2(Н2О)3)2·ZrO2(Н2О)6, показанного на рис.3. Приведенные структуры расчитаны в [3].

- 19 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть б) в) а) Рис. 2. Изменение реологических свойств ОГЦ в процессе старения (с учетом ). Синтезирован 27.01.09;

С=0.28 моль/л, рН=8.0.

а – 7 сутки;

б –22 сутки;

в – 29 сутки.

Рис. 3. Структура гидратированного тримера (ZrO2(Н2О)3)2 ZrO2(Н2О) (тонкие линии – связи молекул воды) Т.е. у нас имеется фактически фазовый цифровой молекулярно-силовой микроскоп для изучения коллоидо-химического состояния на совершенно новом принципе – стохастических шумовых поч ти периодических колебаниях этих систем. Подобное отображение макромолекул ОГЦ получено нами впервые и представляет собой уникальное явление, требующее дальнейшего детального изуче ния.

Список использованных источников 1. Сухарев Ю. И., Марков Б. А. Нелинейность гелевых оксигидратных систем. – Екатеринбург:

УрО РАН, 2005. – С. 468.

2. Анищенко В.С. Знакомство с нелинейной динамикой: лекции соросовского профессора:

Учебн. пособие. – Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002. – 143 с.

3. Сухарев Ю.И., Потемкин В.А., Курмаев Э.З., Марков Б.А., Апаликова И.Ю. Автоволновые особенности полимеризации оксигидратных гелей тяжелых металлов // Журн. неорганич. химии, 1999.

– 44. – № 6. – С. 917-924.

УДК 542.943- Д.П. Тучапская1, А.М. Бескопыльный1, Ю.В. Попов2, З.П. Пай Учреждение Российской академии наук Волгоградский филиал Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН Волгоградский Государственный Технический Университет г. Волгоград, Россия Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН г. Новосибирск, Россия КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ПЕРВИЧНЫХ АЛИФАТИЧЕСКИХ СПИРТОВ ПЕРОКСИДОМ ВОДОРОДА Изучено окисление изоамилового спирта до изовалериановой кислоты, 30%-ным водным рас твором пероксида водорода в присутствии активного пероксополиоксокомплекса вольфрама в ком бинации с катализатором межфазного переноса.

Целью данной работы является поиск альтернативных путей окисления спиртов различного строения до моно- и дикарбоновых кислот – ценных продуктов основного органического синтеза.

- 20 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть Общеизвестно, что при получении карбоновых кислот путем окисления соединений, содержа щих первичную спиртовую, альдегидную или метильную группы, в качестве окислителей в большин стве случаев применяют перманганат калия в щелочной среде, кислородсодержащие соединения хрома или азотную кислоту. К недостаткам этих способов следует отнести: большой расход сравнительно дорогого перманганата калия, использование токсичных соединений хрома, образование оксидов азота, поступающих в атмосферу, и в некоторых случаях неуправляемое, глубокое окисление с образованием нецелевых продуктов. В связи с этим изучение возможности использования для этих целей экологиче ски благоприятного, доступного в промышленном масштабе и недорогого окислителя - пероксида во дорода является актуальной задачей.

В настоящее время одним из перспективных направлений для осуществления реакций окисления различных органических субстратов является применение метода межфазного катализа с использова нием бифункциональных гомогенных наноструктурированных катализаторов на основе пероксополи оксовольфраматов [1]. Использование катализаторов такого типа позволяет проводить реакции окис ления в двухфазных системах (органическая фаза – водная фаза) в одну стадию.

Исследование проводили на примере реакции окисления 3-метил-1-бутанола (изоамиловый спирт) 30%-ным раствором H2O2 в присутствии гомогенного катализатора на основе пероксополиоксо комплекса вольфрама в сочетании с катализатором межфазного переноса с получением изопентановой (изовалериановой) кислоты. Изоамиловый спирт является побочным продуктом производства этанола, но в 10 - 12 раз токсичнее, чем этанол. Обладая наркотическим свойством, он действует на централь ную нервную систему человека. Поэтому проблема утилизации таких промышленных отходов с полу чением такого востребованного продукта, как изовалериановая кислота, которая применяется в произ водстве валидола, бромизовала, корвалола, валокордина и других лекарственных веществ, является актуальной.

Изовалериановую кислоту синтезируют окислением изоамилового спирта, например оксидами никеля в условиях их электрохимической регенерации [2], а также при нагревании (285-295°С) на воз духе в присутствии щелочи и воды. Кроме того, окисление изоамилового спирта в изовалериановую кислоту может быть осуществлено с применением таких окислителей, как перманганат и бихромат калия [2].

В данной работе показана реализация метода межфазного катализа в двухфазных системах для исследования возможности получения изовалериановой кислоты из изоамилового спирта.

O CH3 CH H2O CH CH2 CH2 OH CH CH2 C OH Cat CH3 CH Были проведёны эксперименты, в ходе которых выяснены различные факторы, влияющие на вы ход изовалериановой кислоты. Определены оптимальные условия проведения каталитической реакции окисления:

испытан ряд каталитических систем и выбраны наиболее активные;

определено влияние режима перемешивания реакционной смеси на выход изовалериановой кислоты во времени;

выявлены зависимости степени конверсии изоамилового спирта и выхода изовалериановой кислоты от времени проведения реакции;

установлены оптимальные значения соотношений [Sub]/[Cat] и [H2O2]/[Sub];

исследована зависимость выхода целевого продукта от температуры.

Таким образом, с использованием метода межфазного катализа в двухфазной системе без приме нения органического растворителя показана возможность получения востребованного продукта - изо валериановой кислоты. Реакция окисления изоамилового спирта пероксидом водорода протекает в мягких условиях: при атмосферном давлении, умеренных температурах (до 100С), низких концентра циях катализатора. Определены оптимальные условия протекания данного процесса с максимальным выходом (87%) целевого продукта.

Работа выполнена при финансовой поддержке Отделения химии и наук о новых материалах РАН (проект №5.7.3).

Список использованных источников 1. З. П. Пай, А. Г. Толстиков, П. В. Бердникова, и др., Изв. АН. Сер. хим., 8 (2005) 1794.

2. Патент РФ № - 21 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть УДК 542.943- Ю.Л. Зотов, А.М. Бескопыльный*, Д.А. Мартынов, С.Б. Таловеров Волгоградский Государственный Технический Университет Учреждение Российской Академии Наук Институт катализа им.Г.К. Борескова Сибирское Отделение РАН Волгоградский филиал * г. Волгоград, Россия - ОЛЕФИНОВ В ПРИСУТСТВИИ КАТАЛИЗАТОРА ОКИСЛЕНИЕ МЕЖФАЗНОГО ПЕРЕНОСА Представлены результаты изучения процесса каталитического окисления -олефинов с при менением в качестве окисляющей системы перекиси водорода и катализатора межфазного переноса.


Одной из проблем процессов нефтепереработки и органического синтеза является побочное об разование длинноцепочных (С8 и более) -олефинов, которые не находят квалифицированного при менения в промышленности.

Известные способы утилизации олефиновых фракций направлены на получение высших жирных спиртов (ВЖС) по двухстадийной технологии (оксосинтез) протекающей при значительных темпера турах (100-2000С) и давлении (100-250 атм).[1] Достоинство этих методов заключается в получении ВЖС заданного состава, а недостатками – высокая энергоемкость и образование большого количества опасных отходов. [2] Поэтому поиск экологически безопасных и экономически целесообразных способов переработки таких олефиновых фракций является актуальной задачей для предприятий, стремящихся к глубокой переработке сырья и соответственно к снижению себестоимости основного товарного продукта.

Из литературных данных [3] известно, что например н-бутилен путем прямого каталитического окисления кислородом воздуха превращается в метилэтилкетон и при этом наблюдается дальнейшее окисление кетона до кислоты.

В зависимости от характера исходного олефина и главным образом от условий процесса окисле ния олефинов может протекать по нескольким направлениям и образованием следующих продуктов:

- эпоксисоединения;

- спирты;

- кетоны;

- кислоты.

При окислении высших углеводородов в жидкой фазе в зависимости от выбранного окислителя образование промежуточных соединений (перекиси спирта кетона кислоты СО2+Н2О) про текает не мгновенно, а с измеримыми скоростями, что дает возможность регулировать процесс, на правляя его в сторону преимущественного образования требуемого соединения.[4] Поэтому наши усилия в исследовании процесса окисления -олефинов были направлены на изучение возможности получения соответствующих спиртов используя «мягкий», доступный окисли тель - перекись водорода.

Кроме того практическая цель исследований направлена на получение ВЖС и других кислород содержащих соединений (кислот), которые могли бы найти промышленное применение, например в качестве пластификаторов, при производстве поверхностно-активных веществ и др. [5] В связи с поставленной задачей были изучены образцы промышленных отходов содержащих не предельные соединения, и в частности -олефины (С8 – С12). Характеристики образцов представле ны в таблице 1.

Образцы №1 и №4 по нашему мнению наиболее пригодны для изучения процесса окисления, т.к.

содержат практически индивидуальные соединения состава С8, С12, что подтверждается хроматографи ческим анализом.

В качестве окислителя использовали пероксид водорода в присутствии катализатора межфазного пе реноса, представляющего собой наноструктурированный бифункциональный металлокомплексный катали затор.

- 22 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть Таблица Свойства образцов непредельных соединений Показатель Образец №1 Образец №2 Образец №3 Образец № (олефин С8 ) (олефин С10) (смесь С8-С10) (олефин С12) Цвет прозрачный прозрачный прозрачный с прозрачный желтоватым от тенком Йодное число 220 160 100 Содержание 97,0 96,0 С8 – 40,0 97, основного ве- С10 – 12, щества, % Плотность, 0,72 0,725-0,74 - кг/м Массовая доля 96,0 94,0 95,0 92, линейных оле финов, % Эксперименты проводились в реакторе периодического типа с мешалкой. После удаления из ре акционной массы водорастворимых продуктов и высушивания реакционная масса исследовалась ИК спектроскопией и газо-жидкостной хроматографией. В ИК-спектрах продуктов окисления присутствуют характеристические полосы поглощения, соответствующие группе -ОН, ( 3320см-1);

СН- группе ( см-1), -С=О группе ( 1700-1710см-1 ). По данными ГЖХ в реакционной присутствуют высшие жирные спирты с содержанием основного вещества 10 %. В качестве образцов для сравнения использовались индивидуальные спирты октанол -1 (С8) и деканол-1(С10).

Таким образом, показана принципиальная возможность окисления -олефинов, являющихся от ходами производства нефтепереработки до ВЖС при использовании окисляющей системы, состоящей из перекиси водорода и катализатора межфазного переноса.

Список использованных источников 1. Высшие жирные спирты/ под ред. С.М. Локтева. - М.: Химия.-1970г.-324с 2. Давыдов А.Н., Колесов М.Л., Цыркин Е.Б., Штерман В.С. и др. Основные тенденции развития производства высших жирных спиртов С10-С20 /А.Н. Давыдов, М.Л. Колесов, Е.Б. Циркин// Химиче ская промышленность. – 1977. -№11.-с.44-46.

3. Жижина Е.Г., Одяков В.Ф., Балашов А.Л., Матвеев К.И. Разработка новой технологии катали тического синтеза метилэтилкетона окислением н-бутиленов/Е.Г. Жижина, В.Ф. Одяков, А.Л. Балашов, К.И. Матвеев// Катализ в промышленности.-2005. - №5. – с.28-35.

4. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза /И.И. Юкельсон. – М.:Химия,1968.-848с.

5. Патент № 2094420 Российская Федерация, МПК, С07С31/125, С07С29/16. способ получения смеси С9 – спиртов для пластификаторов/Жак Мари Мишель Хамар;

заявлено 04.02.1992г., регистра ционный номер №903051536/04;

опубликовано 27.10.1997г.

УДК 547. Л.Ю. Дорофеева1, И.В. Кузнецов1, Л.Е. Никитина1, В.А. Старцева1, Н.П. Артемова1, А.В. Бодров1, С.А. Лисовская2, Н.И. Глушко Казанский государственный медицинский университет Казанский НИИ эпидемиологии и микробиологии г. Казань, Россия СИНТЕЗ И ПРОТИВОГРИБКОВАЯ АКТИВНОСТЬ МОНОТЕРПЕНОИДОВ И ИХ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ПРОИЗВОДНЫХ На основе серии моно- и бициклических терпенов получен ряд терпенсульфидов. Проведены скрининговые исследования противогрибковой активности природных монотерпенов, а также их се росодержащих производных в отношении широкого спектра плесневых и дрожжеподобных грибов.

Известно, что многие природные монотерпеноиды обладают широким спектром биологической активности: проявляют противогистаминное, ранозаживляющее, антимикробное, иммуномодулирую - 23 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть щее [1,2], антимикотическое [3] и противоопухолевое [4] действие. Эффективность биологического действия этих соединений, как правило, повышается при их химической модификации.

С другой стороны, некоторые современные противогрибковые средства представляют собой се роорганические соединения 5]. В связи с этим, можно было ожидать, что объединение в одной моле куле терпенового фрагмента и серосодержащих функциональных групп приведет к получению биоло гически активных соединений с противогрибковыми свойствами.

Нами синтезирована серия серосодержащих терпеноидов пинанового, каранового и ментанового рядов. Полученные соединения были протестированы на антимикотическую активность. Исследования антимикотической активности проводились в лаборатории микологии Казанского НИИ эпидемиологии и микробиологии Роспотребнадзора. Испытания проводились дисковым методом на агаризованной среде с использованием 10 видов грибов. Эффективность антимикотического действия соединений оценивалась по зоне лизиса в соответствии с общепринятой методикой [6].

Терпены (-)--пинен, (-)- и (+)-цис-вербенолы, (-)- и (+)-транс-вербенолы, миртенол, (+)-3-карен, - и -оксиды 3-карена, карвеол, (-)-карвон, лимонен, 1,2-оксид лимонена, -терпинеол и их серосо держащие производные были изучены на противогрибковую активность в отношении мицеллиальных и дрожжеподобных грибов.

Тиотерпеноиды синтезированы реакциями терпенов с тиолами в присутствии катализатора (хло рида цинка или эфирата трехфтористого бора), или реакциями оксидов терпенов с тиолами или солями изотиурония в присутствии основания [7-9]. Строение выделенных колоночной хроматографией целе вых продуктов было установлено с использованием спектральных данных.

Сравнительный анализ противогрибковой активности исходных терпенов показал, что противо грибковые свойства (+)-транс-вербенола, 3-карена, -терпинеола и лимонена выражены в большей степени, чем у остальных исследованных терпенов.

Введение тиоалкильных фрагментов (-SMe, -SEt, -S-i-Pr, -S-n-Bu и -S-i-Bu) в молекулы терпенов, в целом, приводит к снижению противогрибковой активности, за исключением продукта -оксида 3 карена с метилизотиурониевой солью, который проявил умеренную активность против Candida albi cans (непатоген.), Candida albicans (патоген.), Aspergillus niger, Candida krusei, Penicillium chrisogenum, а также высокую активность в отношении Epidermophyton flocossum.

Нами была изучена взаимосвязь структура-действие в серии соединений “сульфид - сульфоксид сульфон”, полученных на основе (-)--пинена с меркаптоэтанольной и метилмеркаптоацетатной функ циями. Введение серосодержащих заместителей в молекулу (-)--пинена приводит к повышению про тивогрибковой активности соединений. Исключением является сульфид со сложноэфирной группой, который не проявил антимикотической активности. Сульфон отличается от него в лучшую сторону, проявляя умеренную активность против грибов Penicillium tardum, а сульфоксид оказался наиболее активным антимикотиком в этом ряду.


Предположение о том, что введение в карановую структуру фармакофорных групп (-S-allyl, -SO allyl, -S-S-allyl, -S-benzyl) может способствовать повышению противогрибковой активности соедине ния, не подтвердилось. Сравнение противогрибковой активности полученных соединений и исходных оксидов свидетельствует о значительном снижении противогрибкового эффекта у сульфидов.

Отметим, что реакции (-)--пинена, -терпинеола, (-)- и (+)-цис-вербенолов, (-)- и (+)-транс вербенолов с бифункциональными тиолами (этандитиолом, меркаптоэтанолом и 2 меркаптоэтилсульфидом) приводят к соединениям не обладающим противогрибковой активностью.

Введение фрагмента меркаптоуксксной кислоты в (+)- и (-)-цис-вербенолы также не приводит к повышению активности соединений по сравнению с соответствующим терпенами, а в некоторой сте пени даже снижает ее. Вместе с тем, замена протона в -СООН группе на метильный фрагмент (если сравнить соединения, содержащие, соответственно, фрагмент меркаптоуксусной кислоты и ее метило вого эфира) приводит к значительному повышению противогрибковой активности соединения в отно шении практически всех видов исследуемых грибов. Соединение на основе (+)-цис-вербенола оказа лось исключительно активным в отношении Aspergillus niger, Candida crusei и Penicillum chrisogenum [10].

Кроме того, были протестированы производные (-)--пинена, -оксида -пинена, (+)-миртенола, карвеола и (+)-лимонена. Ни одно из этих соединений, содержащих фрагмент метилового эфира меркаптоуксусной кислоты, не обладает ярко выраженной противогрибковой актив ностью. В то же время, соединение, являющее продуктом раскрытия 1,2-оксида лимонена метиловым эфиром меркаптоуксусной кислоты, проявляет исключительно высокую антимикотическую активность в отношении шести видов грибов.

Таким образом, установлено, что фрагмент метилового эфира меркаптоуксусной кислоты явля ется наиболее эффективным для повышения противогрибковой активности монотерпеноидов. Пер спективными противогрибковыми агентами среди терпенсульфидов являются продукт пиненовой - 24 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть структуры, полученный на основе (+)-цис-вербенола и сульфид ментановой структуры, содержащие метилмеркаптоацетатный фрагмент.

Список использованных источников 1. Патент РФ № 2197994 (2003).

2. С.А. Вичканова, В.В. Адгина, С.Б. Изосимова Эфирные масла как источник новых противо грибковых препаратов, Киев: Наук. думка, 1972.

3. S.Shapiro, B.Guggenheim Oral Microbiol. Immunol. V. 10(4) (1995), p. 241-246.

4. C.F. Carson, T.V. Riley J. of Appl. Bacteriology. V. 78 (1995), p. 264.

5. М.Д. Машковский Лекарственные средства: пособие для врачей - 15-е изд., перераб., испр. и доп. М.: РИА Новая волна, 2007.– 1206 с.

6. Н.Б. Градова, Е.С. Бабусенко, И.В. Горнова Лабораторный практикум по общей микробиоло гии - М.: ДеЛипринт, 2004, с.111-113.

7. Н.П. Артемова, Г.Ш. Бикбулатова и др. ЖОХ Т.60(10) (1990), с.2374-2381.

8. E.V. Sirazieva, V.A. Startseva et al. Int. Conf. “Organic chemistry since Butlerov and Beilstein until present”, St. Petersburg, (2006), p. 447.

9. Л.Е. Никитина, И.А. Вакуленко и др. ХПС, Т. 42(6) (2006), с. 565-567.

10. В.А. Старцева, Л.Е. Никитина и др. Химия в интересах устойчивого развития, № 17 (2009), с.

539-545.

УДК 621.311. Б.Ж. Кулжабаев Казахский Государственный Женский Педагогический Университет г. Алматы, Республика Казахстан КОМПЛЕКСНЫЕ СИСТЕМЫ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ МИКРОЭНЕРГЕТИКИ В докладе сообщается о разработанных системах микроэнергетики основанных на комплекс ном использовании возобновляемых и альтернативных источников энергии для снабжения локальных объектов необходимыми видами энергии.

В настоящее время остро стоит проблема экологически чистого снабжения теплом и электро энергией санаторий, спортивных комплексов, домов отдыха, жилых и промышленных объектов Рес публики Казахстан, особенно расположенных в предгорных регионах.

Особенностью горных рек и водосбросов по трубопроводам этих предгорных районов заключа ется в их малой локальной гидравлической мощности. Поэтому строительство традиционных гидро электростанций плотинного типа с экономической и экологической точек зрения нецелесообразно. А предварительная оценка гидроэнергетического потенциала в районе гор Заилийского и Жетысуйского Алатау по заключению немецких специалистов, составляет не менее 4 гигаватт, это примерно четверть общего объема потребляемой в республике энергии. При этом в настоящее время используется только около 5 % этой природной энергии.

Традиционные тепловые станции, работающие на твердом, жидком и газообразном топливе ста новятся все менее привлекательными не только с точки зрения постоянного роста цен на топливо, но и с позиции охраны окружающей среды. Обеспечение экологической безопасности этих станций требует огромных капиталовложений и не всегда приводит к допускаемой эффективности.

В связи с этим разработка новых альтернативных энергетических установок работающих на во зобновляемых источниках энергии является весьма актуальной. Особый интерес и перспективность представляет собой развитие комплексных систем микроэнергетики для локальных объектов.

Идея комплексных систем возобновляемой энергетики сводится к предпроектному комплексно му анализу оптимального использования сочетаний конкретных мощностей возобновляемых источни ков энергии (водосбросов, ветра, солнца, низкотемпературного тепла и других) с устройствами аль тернативной энергетики (вихревые, инерционные, вибрационные и другие) для максимального удовле творения потребностей локального объекта. В этом случае для конкретной энергетической установки, использующей альтернативно-возобновляемые источники энергии, максимальная мощность N, полно стью обеспечивающая локальный объект всеми видами энергии можно записать в виде N = Ni = NBj + NAk, где Ni – сумма мощностей всех необходимых видов энергии, NBj – сумма мощностей всех возобновляемых источников энергии, NAk – сумма мощностей всех альтернативных источников энергии.

- 25 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть На основе этого положения разработаны комплексные системы на основе энергетических уст ройств, использующих вихревой эффект и возобновляемые источники энергии [1, 2, 3]. Энергия от различных возобновляемых источников суммируется и преобразуется в разнообразные виды энергии:

при помощи вихревых, роторно-вихревых теплогенераторов в тепло, при помощи компрессора в сжа тый воздух, при помощи водяного насоса в напорное движение жидкости, при помощи генератора в электрический ток. Отличительной особенностью разработанных роторно-вихревых теплогенераторов является то, что они позволяют преобразовывать энергию возобновляемого источника непосредствен но в тепло. На их конструкцию подана заявка на предполагаемое изобретение. Теплогенератор состоит из корпуса в виде цилиндрической обоймы, вала с жестко насаженными модульными роторами с системой отверстий и опорных фланцев, в которых установлены подшипниковые опоры вала и под пружиненные манжеты. Конструкция теплогенератора настолько проста, что производство его можно организовать на базе любого механического предприятия.

Опытные образцы теплогенератора с приводом от электродвигателей номинальной мощностью и 11 кВт изготовлены и последний испытан в аккредитованной лаборатории испытательного центра ТОО «Центр сертификации продукции и услуг» (Протокол испытания № К15/2006 от 12 октября года) в г. Алматы. Испытания производились в сравнении с аналогичной мощности электроТЭНовым котлом производства фирмы «КЕЛЕТ». Испытания показали, что эффективность выработки тепловой энергии роторно-вихревым теплогенератором на 7% выше, чем у традиционного электроТЭНового котла.

Например, в предгорьях Заилийского Алатау много горных рек и водосбросов по трубам, но очень малый ресурс ветра. Поэтому в этих районах целесообразно использовать энергию горных пото ков воды, солнца, низкотемпературную энергию водоема. Энергия воды при помощи вихревой гидро турбины [4] преобразуется во вращательное движение и посредствам кинематических связей переда ется через управляемые муфты компрессору, роторно-вихревому теплогенератору и электрическому генератору. В зависимости от нужд потребителя при помощи управляемых муфт можно перераспреде лять энергию на выработку определенного вида. В зимнее время требуется большее количество тепло вой энергии, поэтому система настраивается на максимальную выработку тепла роторно-вихревым теплогенератором. При этом и сжатый воздух включается в систему выработки тепла путем подачи его в воздушную вихревую трубу [1]. В этой трубе происходит разделение потока воздуха на холодный и горячий. Горячий поток идет в систему отопления, а холодный поступает в систему отбора тепла от водоема с низкотемпературным градиентом температуры и возвращается в вихревую трубу несколько нагретым, где повторяется цикл разделения потока воздуха с положительным тепловым градиентом.

Кроме того, энергия солнца в дневное время аккумулируется и также подается в систему отопления.

Летом ситуация меняется, необходимо больше холода, например для овощехранилища или холодиль ника. В этом случае система переводится на максимальную выработку холода. При этом роторно вихревой теплогенератор отключается, а холодный поток воздуха из воздушной вихревой трубы пода ется в овощехранилище или холодильник. При этом горячий поток воздуха подается в систему тепло обмена низкотемпературного тепла водоема, где отдает тепло и возвращается в вихревую трубу, где повторяется цикл разделения потока воздуха с отрицательным тепловым градиентом.

В зависимости от геологии местности и климатических условий можно разработать схемы ком плексных систем альтернативной энергетики, максимально удовлетворяющие потребности конкретно го потребителя всеми видами энергии без дополнительных преобразований, которые всегда связаны с потерями.

Одним из преимуществ комплексных систем является возможность аккумулирования наиболее выгодного в этом отношении вида энергии. Например, аккумулировать тепловую энергию и сжатый воздух значительно дешевле, чем электрическую энергию.

Чтобы установки альтернативной энергетики были доступными самым широким слоям населе ния и чтобы они пользовались спросом, они должны быть дешёвыми. Само по себе создание гибрид ных систем альтернативной энергетики, является достаточно эффективным средством снижения себе стоимости систем альтернативной энергетики в целом.

Конечно же, дешевле и проще, в одной установке собирать энергию от самых различных источ ников, нежели на каждый вид энергии делать свою установку, которая сначала будет преобразовывать эту энергию в электричество, а затем это электричество будет, где-то собираться, и где-то накапливать ся в аккумуляторах. Преобразование в электричество, приводит к неизбежным потерям и в электроге нераторе и в преобразователе и в аккумуляторе. Кроме того, электрогенератору, для того чтобы он на чал работать, нужна определённая скорость, а для работы пневмокомпрессора вполне достаточно, лишь бы скорость была больше нуля.

- 26 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть Так, например, ветрокомпрессор, в отличие от ветрогенератора, уже начинает давать энергию после того, как только ветроколесо начнёт вращаться. Что касается стоимости, то пневмокомпрессор на порядок дешевле электрогенератора аналогичной мощности.

Если учесть и то, что для привода ветрокомпрессора, можно использовать и возвратно поступательное движение, то от дорогостоящего ветроколеса, можно будет вообще отказаться и заме нить его ветропарусом, который, под воздействием ветра будет создавать колебательные движения.

Следующим путём снижения себестоимости комплексных установок энергетики, является соз дание стандартных модулей и агрегатов, из которых и будет собираться система в целом, в зависимо сти от её назначения.

Список использованных источников 1. Лысенко В.С. Теплогенератор и устройство для нагрева жидкости. Предварительный патент РК № 11877. Опубликованный 15.08.2002, бюл. № 8.

2. Лысенко В.С. Теплоэлектростанция. Предварительный патент РК № 13829. Опубликованный 15.12.2003, бюл. № 12.

3. Лысенко В.С. Способ преобразования энергии и энергетическая установка для его осуществ ления. Предварительный патент РК № 17475. Опубликованный 15.06.2006, бюл. № 6.

4. Кулжабаев Б.Д., Лысенко В.С. Вихревая гидротурбина. Инновационный патент РК № 21232.

Опубликованный 15.05.2009, бюл. № УДК 621.311. В.С. Лысенко Казахский национальный педагогический университет им. Абая г. Алматы, Республика Казахстан МИКРОГИДРОТУРБИНА И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ВОДОСБРОСОВ В докладе сообщается об экологическом воздействии традиционных водосбросов на структуру воды, экспериментальных данных влияния формы водовода на скорость течения воды и конструкции вихревой микрогидротурбины, которая наряду с преобразованием энергии воды от напорных водо сбросов предназначена для восстановления её структуры.

В предгорных районах Казахстана проблема снабжения экологически чистой тепловой и элек трической энергией жилых и промышленных объектов стоит очень остро. В тоже время в этих районах находится густая сеть водосбросов для технических и бытовых нужд. Конструкция существующих во досбросов и их техническое состояние не соответствует современным требованиям экологии в аспекте сохранения естественной структуры воды. Материалы водоводов и их геометрия оказывают негативное влияние на воду, разрушая ее природную структуру и физико-химический баланс [1].

С другой стороны существующие водосбросы являются источником возобновляемой энергии, которую можно использовать для снабжения теплом и электричеством локальные объекты в предгор ных районах.

Традиционные радиально-осевые, пропеллерные и ковшовые турбины [2] микрогидростанций, использующие энергию водосброса по трубопроводам, создают в воде интенсивную кавитацию. Это приводит не только к быстрому износу лопаток турбин, но и к снижению качества воды. Последнее обусловлено разрушением естественной внутренней молекулярной структуры воды. Причина разру шения воды кавитацией связана с эмиссией элементов и излучением кавитационных таверн. При этом механически вызванное давление и градиенты температур вызывают вибрации в воде на уровне моле кулярных структур, которая при этом разрушаются [1].

Современные исследования структуры воды, наиболее полный анализ которых проведен в рабо те [3], базируются в основном на изучении химического состава и водородных связей в структуре во ды. Влияние на структуру воды физических процессов было исследовано Виктором Шаубергером [1], который представлял воды как биоэнергетическую субстанцию и транспортную среду. В зависимости от физических градиентов и контактирующего окружения структура воды приобретает соответствую щую конкретным условиям композицию и форму движения. Например, при свободном течении в воз духе струя воды формируется в пространственную конусно-винтовую спираль. Тоже происходит в объеме воды при опорожнении любых емкостей через отверстия в нижней части. Вода завихряется в объеме и образуется воронка. Формы этих пространственных водяных струй и их энергетический по тенциал являются функциями целого ряда физических (температура, давление, скорость, магнитные - 27 В мире научных открытий, 2010, №4 (10), Часть поля и др.), геометрических (форма и размеры емкости и выпускного отверстия) и химических (состав воздуха, материал емкости и выпускного отверстия) аргументов.

Таким образом, комплексные исследования свободного течения воды и влияния геометрии водо водов и их материала на её структуру и энергетический потенциал являются весьма актуальными как с позиции рационального использования водных ресурсов, так и для разработки эффективных и эколо гически чистых гидротурбин малой мощности.

В лаборатории инновационных технологий Казахского национального педагогического универ ситета им. Абая разработана перспективная программа комплексных поэтапных исследований влияния геометрической формы и материала водоводов на структуру и энергетический потенциал водосбросов.

А также исследований с целью создания микро гидравлических энергетических станций основанных на использовании естественного потока воды. Эти станции наряду с преобразованием потенциальной и кинетической энергии воды от напорных водоводов предназначены для восстановления её природной структуру.

В соответствии с этой программой проведены предварительные эксперименты по исследованию влияния пространственной конфигурации водовода на скорость истечения воды. Эксперименты пока зали, что конусно-винтовая конфигурация водовода приводит к увеличению скорости течения воды на 6% по сравнению с прямым водоводом [4].

Анализ исследований и современных тенденций решения указанной проблемы позволили разра ботать конструкцию вихревой гидротурбины [5] и на ее базе энергетических гидравлических установок для преобразования энергии течения воды в тепло и электричество [6].

Вихревая гидротурбина состоит из вихревой камеры, диффузора, турбины, сливной емкости и подшипниковых опор, в которой вращается вал жестко соединенный с турбиной. Подача воды в вих ревую камеру осуществляется напорным водоводом через инжектор, а отбор воды из сливной емкости производится по сливному водоводу. Турбина выполнена в форме конуса со спиральными лезвиями или канавками, переходящими у основания в форсунки.

Особенностью турбины является то, что она не имеет лопастей. Спиральные лезвия или канавки выполнены по коническим винтовым линиям в виде штопора. Эти лезвия или канавки ввинчиваются в вихревой поток воды, не разрывая его и не создавая кавитации. В обычных турбинах лопасти пересе кают поток воды и разрывают его. При этом много энергии расходуется впустую на преодоление сил поверхностного натяжения и сцепления молекул воды. Это ведет к потерям энергии и к появлению кавитационных явлений. Последние обуславливают эрозию металла турбины и значительно сокращают срок её эксплуатации. Предлагаемая конструкция турбины стимулируют естественные формы движе ния воды. Это позволяет снимать механическую энергию воды и сохранять ее природную структуру за счет обеспечения естественного течения.

В настоящее время проводятся комплексные исследования и опытно-конструкторские работы по изготовлению опытно-промышленного образца вихревой гидротурбины мощностью 10 кВт. Работы финансируются за счет гранта ректора Казахского национального педагогического университета им.

Абая.

Список использованных источников 1. Шаубергер В. Энергия воды. – М.: Яуза, Эксмо, 2008. – 320 с.

2. Ковалев Н.Н., Гидротурбины. Конструкции и вопросы проектирования. Гидротурбины. Л., Машиностроение, 1971.- 584с.

3. Маленков Г.Г. Структура и динамика жидкой воды. Журнал структурной химии. 2006. том 47. С. 5-35.

4. Кулжабаев Б.Ж. Исследование конструкторско-технологических особенностей изготовления вихревой турбины микрогидростанции. Автореферат дисс. к.т.н., Алматы. 2009 г. 26 с.

5. Кулжабаев Б.Д., Лысенко В.С. Вихревая гидротурбина. Инновационный патент РК № Опубликованный 15.05.2009, бюл. № 5.

6. Лысенко В.С. Способ преобразования энергии и энергетическая установка для его осуществ ления. Предварительный патент РК № 17475. Опубликованный 15.06.2006, бюл. № 6.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.