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:     | 1 | 2 || 4 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Сборник научных трудов студентов, магистрантов и молодых ученых ...»

-- [ Страница 3 ] --

Программа принимает исходные данные по составу перекачиваемой нефтяной смеси и физико-химическим свойствам потоков, входящих в смесь (плотность, вязкость, коэффициенты температурной зависимости вязкости) и рассчитывает молекулярную массу, плотность, вязкость и значение критерия Рейнольдса для смеси потоков.

Также программа принимает исходные производственные и технические пара метры процесса транспортировки нефтяной смеси и оборудования трассы:

- температуру на насосных станциях;

- расход нефтяной смеси;

- позиции пикетов;

- высотные отметки;

- местные сопротивления;

- позиции насосных станций;

- диаметр трубопровода, напор насосных станций.

Для определения параметров трассы трубопровода была составлена принципи альная технологическая схема нефтепровода с высотными отметками трассы.

В результате гидравлического расчета процесса транспортировки нефтяной см е си определяются:

- расстояние от начальной насосной станции до текущей расчетной п озиции пи кета (ПК) или насосной станции;

- абсолютные высотные отметки трассы;

- давление в трубопроводе.

В процессе расчета постоянно контролируется величина давления, которая сравнивается с заданным минимальным и максимальным давлением в трубопроводе.

При выходе расчетного давления за указанные пределы, на экран монитора выводится сообщение. Табличная и графическая информация о параметрах транспортировки нефти позволяет корректировать условия транспортировки, в частности напор насосных ста н ций.

Компьютерная программа позволяет:

- определять оптимальный расход нефтяной смеси для заданной температуры транспортировки;

- подбирать состав нефтяной смеси для заданной температуры транспортировки и производительности;

- оптимизировать количество, положение и режим работы насосных станций для заданных условий транспортировки.

Проверка адекватности расчетов Оценка точности расчетов, соответствия результатов расчетов действительным показателям проводилась на основе данных о фактических режимах работы ПНС неф тепровода Яракта - В.Марково – Усть-Кут. В модель системы транспорта нефти были заложены показатели: температура перекачки, среднесуточный расход перекачки, да в ление нагнетания насосов на начальной станции. В качестве характеристики нефти б ы ли приняты показатели плотности и вязкости скважины № 21. Расчетный перепад дав лений между начальной и станцией ПНС-1 сравнивался с реальными показаниями.

Среднее отклонение расчетных данных и действительных показателей оказалось на уровне относительной погрешности 5 %, что считается приемлемым для инженерных расчетов.

Условия проведения расчетов и анализ результатов Проверка работоспособности трубопровода при транспортировании нефтяной смеси необходимо выполнить на минимальной производительности 1000 м3/сут. и максимальной производительности 2000 м3/сут.

Дополнительными условиями являются:

- подача газового конденсата на смешение с нефтью в количестве, не превышающем 20 % от общего объема смеси;

- оборудование системы транспорта нефтяной смеси дополнительной насосной стан цией на ПК-162.

Надлежит также выполнить оценку возможности увеличения производительности системы транспорта нефти от площадки скважины № 8 в поселке Яракта до площадки сква жины № 200 в поселке Верхнее-Марково до 700 тыс. тонн в год.

Общими условиями для всех расчетов были следующие исходные данные:

- длина трубопровода: 95,484 км;

- внутренний диаметр трубопровода: 0,1456 м;

- разность высотных отметок между пунктом приема нефти и начальной насосной станцией: минус 166,55 м;

- качество нефти принято по показателям качества нефти из скважина № 21;

- максимально допустимое давление в трубопроводе: 4,8 МПа;

- минимально допустимое давление в трубопроводе: 0,2 МПа.

Определение режимов транспортирования нефтяной смеси выполнено по сетке па раметров:

- изменение расхода: от 1000 до 2000 м3/сут. с интервалом 100 м3/сут.;

- изменение температуры:

в интервалах (-47 -20) С и (+20 +35) С с шагом 10 С;

в интервале (-20 +20) С с шагом 5 С.

Содержание конденсата в смеси варьировалось от 20 до 0 % об. в зависимости от режима работы насосных станций. При транспортировке нефтяной смеси использовалось минимальное необходимое количество насосных станций и насосных агрегатов, работающих на них.

Результаты гидравлических расчетов Результаты расчетов сведены в таблицы. Для иллюстрации режимов работы насос ных станций составлены графики для каждого уровня производительности при экстремаль ных и средней температурах перекачки. На графиках по трассе трубопровода отражены вы сотные отметки, минимальный и максимальный допустимый напор в метрах столба жидко сти, а также профиль потерь напора нефтяной смеси в трубопроводе в метрах столба жидко сти.

Для примера в таблицах 1-2 и рисунках 1-2 приведены результаты расчетов при про изводительности перекачки 1000 и 1900 м3/сут.

Результаты расчета при производительности 1000 м3/сут.

Результаты гидравлического расчета транспортировки нефтяной смеси с подачей конденсата при заданных параметрах и суточной подаче 1000 м3/сут. сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Результаты гидравлического расчета транспортировки нефтяной смеси с подачей конденсата при заданном расходе 1000 м3/сут.

Потери напора Потребная величина напора, МПа конденсата, % об.

Плотность, кг/м Температура, °C Кинематическая P вязкость, мм2/с Содержание Станции общ., МПа удельн., кПа/км Общая ПК- ПК- ПК- ПК- ПК 0 162 320 536 -47 20 873,35 84,85 8,83 92,57 4,60 0 0 2,88 0 7, -40 20 866,47 54,77 7,99 83,84 4,30 0 0 2,35 0 6, -30 10 869,33 57,09 8,09 84,84 4,43 0 0 2,30 0 6, -20 5 866,09 45,67 7,70 80,73 4,08 0 0 2,30 0 6, -15 5 861,42 35,91 7,29 76,46 3,69 0 0 2,30 0 5, -10 5 856,80 28,74 7,17 75,12 3,59 0 0 2,30 0 5, -5 5 852,23 23,37 6,88 72,17 3,36 0 0 2,27 0 5, 0 18 831,54 10,52 5,97 62,57 2,40 0 0 2,40 0 4, 5 20 824,59 8,29 5,75 60,23 4,59 0 0 0 0 4, 10 20 820,19 7,18 5,62 58,93 4,49 0 0 0 0 4, 15 15 822,04 7,62 5,67 59,46 4,54 0 0 0 0 4, 20 10 823,92 8,14 5,73 60,05 4,58 0 0 0 0 4, 30 5 821,61 7,69 5,67 59,49 4,54 0 0 0 0 4, 35 5 817,44 6,80 5,57 58,38 4,46 0 0 0 0 4, Для транспортировки нефтяной смеси с расходом в 1000 м3/сут. достаточно работы двух насосных станций в диапазоне температур от минус 47 °C до 0 °C включительно, а от 5 °C до 35 °C транспортировка нефтяной смеси обеспечивается одной насосной станцией.

Режим:

- при температуре минус 47°C работа системы обеспечивается двумя насосными станциями: на ПК-0 и на ПК-536. На этих станциях работает по два насоса, для прокачки нефтяной смеси требуется максимальное количество конденсата – 20 %;

- в диапазоне температур от минус 40°C до минус 5°C включительно транспортиров ка нефтяной смеси обеспечивается двумя насосными станциями: на ПК-0 и на ПК-536, при чем на ПК-0 работает два насоса, а на ПК-536 достаточно работы одного насоса, подача кон денсата с повышением температуры постепенно снижается от 20 % до 5 %;

- при температуре 0 °C в работе должны быть две станции: на ПК-0 и на ПК-536, причем достаточно работы одного насоса на обеих этих станциях, количество конденсата – 18 %;

- в диапазоне температур от 5 °C до 35 °C достаточно работы одной насосной стан ции на ПК-0, на ней включены два насоса, количество конденсата понижается от 20 % до 5 % с повышением температуры.

Графики зависимости давления по трассе трубопровода при температуре минус 47 °C представлен на рисунке 1.

3 О Расход F = 1000 м /сут.;

Температура Т = - 47 С Высота (напор), м 0 10 000 20 000 30 000 40 000 50 000 60 000 70 000 80 000 90 000 100 Расстояние от начальной станции, м Н [м] Pmin [м] Pmax [м] P [м] Рисунок 1. График зависимости изменения напора по трассе трубопровода при температуре минус 47 °C. В работе насосные станции на пикетах: ПК-0, ПК-536.

Результаты расчета при производительности 1900 м3/сут.

Результаты гидравлического расчета транспортировки нефтяной смеси с подачей конденсата при заданных параметрах и суточной подаче 1900 м3/сут. сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Результаты гидравлического расчета транспортировки нефтяной смеси с подачей конденсата при заданном расходе 1900 м3/сут.

Потери напора Потребная величина напора, МПа Плотность, кг/м Температура, °C Содержание кон P Кинематическая вязкость, мм2/с денсата, % об.

Станции общ., МПа ПК- ПК- ПК- ПК- ПК удельн., кПа/км 0 162 320 536 Общая -47 20 873,35 84,85 24,24 254,10 - - - - -40 20 866,47 54,77 22,54 236,28 - - - - -30 20 856,81 31,89 20,12 210,92 - - - - -20 20 847,36 20,15 18,42 193,13 - - - - -15 20 842,71 16,42 17,77 186,25 - - - - -10 20 838,10 13,59 17,21 180,39 - - - - -5 20 833,55 11,39 16,73 175,38 2,53 2,70 2,68 4,50 2,38 14, 0 15 835,27 12,00 16,87 176,89 2,56 2,74 2,70 4,54 2,40 14, 5 10 837,02 12,73 17,04 178,63 2,58 2,76 2,74 4,56 2,43 15, 10 10 832,60 10,84 16,61 174,16 2,51 2,69 2,66 4,45 2,37 14, 15 10 828,24 9,36 16,24 170,26 2,45 2,62 2,58 4,37 2,32 14, 20 5 830,11 10,05 16,41 172,05 2,49 2,64 2,62 4,42 2,33 14, 30 5 821,61 7,69 15,78 165,38 2,37 2,56 2,47 4,25 2,26 13, 35 5 817,44 6,80 15,51 162,58 2,33 2,54 2,40 4,18 2,21 13, В температурном диапазоне от минус 47 °C до минус 10 °C включительно насосные станции не обеспечивают транспортировку нефтяной смеси с заданной производительностью даже при подаче максимального количества конденсата.

Режим:

- при температурах минус 5 °C и 0 °C транспортировка нефтяной смеси обеспечива ется пятью насосными станциями, причем в работу включены по два насоса на каждой из станций, кроме ПК-773, где достаточно работы одного насоса, количество конденсата 20 % и 15 % соответственно;

- при температуре 5 °C транспортировка нефтяной смеси обеспечивается пятью на сосными станциями, на которых включены по два насоса, количество конденсата – 10 %;

- при температурах 10 °C, 15 °C и 20 °C включительно транспортировка нефтяной смеси обеспечивается пятью насосными станциями, причем в работу включены по два насо са на каждой из станций, кроме ПК-773, где достаточно работы одного насоса, количество конденсата 10 %, 10 % и 5 % соответственно;

- при температуре 30 °C транспортировка нефтяной смеси обеспечивается пятью на сосными станциями, причем в работу включены по два насоса на ПК-162, на ПК-320 и на ПК-536, а на ПК-0 и на ПК-773 достаточно работы одного насоса, количество конденсата – 5 %;

- при температуре 35 °C работа системы обеспечивается пятью насосными станция ми, причем в работу включены по два насоса на ПК-162 и на ПК-536, а на ПК-0, на ПК-320 и на ПК-773 достаточно работы одного насоса, количество конденсата – 5 %.

Графики зависимости давления по трассе трубопровода при температуре минус 5 °C, представлены на рисунке 2.

3 О Расход F = 1900 м /сут.;

Температура Т = - 5 С Высота (напор), м 0 10 000 20 000 30 000 40 000 50 000 60 000 70 000 80 000 90 000 100 Расстояние от начальной станции, м Н [м] Pmin [м] Pmax [м] P [м] Рисунок 2. График зависимости изменения напора по трассе трубопровода при температуре минус 5°C. В работе насосные станции на пикетах:

ПК-0, ПК-162, ПК-320, ПК-536 и ПК-773.

Выводы По результатам проведенных расчетов, максимальная производительность системы транспорта при указанном температурном режиме и включении в работу пяти насосных станций, оценивается в 591 тыс. тонн в год.

При этом не все насосные станции развивают полную мощность. Ограничением в данном случае является повышенное давление на всасе насосов на станциях ПК-162 и ПК-320, что в свою очередь определяет пониженный напор, создаваемый ими, из-за ограни чения по максимальному давлению в трубопроводе.

Решение данной проблемы возможно путем изменения положения насосных станций таким образом, чтобы потери давления на участках между станциями были максимально близки потенциальному напору насосных станций.

ПРОБЛЕМЫ ВНЕДРЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТРЕХМЕРНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

ЭТАПЫ ВНЕДРЕНИЯ САПР Минеев В.С.

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, Минеев В.С.- магистр 1 к. группы ОХПм-12- Бурный рост промышленности, открытие новых месторождений нефти, ввод в эксплуа тацию новых установок, быстрая модернизация производства, переход нефтеперерабаты вающих предприятий на нормы Евро-3, Евро-5 накладывает определенную нагрузку на про ектные организации в частности на инженеров- проектировщиков различных специально стей.

Переход от кульмана к современным 2D-системам облегчил труд проектировщиков, ко торые на сегодняшний день достигли своего совершенства, но сокращение сроков проекти рования, выход на более качественный уровень проектной продукции и многие другие пре имущества дают только современные трехмерные системы проектирования. Но в процессе внедрения современных 3D-систем возникает много сложностей, препятствий и трудностей.

Большинство систем зарубежного производства рассчитано на зарубежные стандарты и требуют доработки под наши требования. Некоторые программы вообще имеют интерфейс на английском языке и не русифицированы (такие как Smart Plant 3D фирмы «INTERGRAF»), что представляет определенную сложность для пользователя программы.

Обучение сотрудников английскому языку - это дополнительные затраты для предприятия.

Методические указания этой же фирмы также представлены на английском языке, к тому же сама по себе эта программа очень сложна и требует высокой квалификации.

Приобретение лицензированных трехмерных систем очень дорого (например, одна ли цензия фирмы«INTERGRAF» стоит 75 000 долларов США). К тому же требуется обучение персонала и что не маловажно, дальнейшее сопровождение, т.к. при применении данных систем проектирования инженер-проектировщик сталкивается с очень множеством проблем и задач, решение которых под силу только создателям данной продукции. Например, соеди нение трубопроводов под небольшим углом (применяется достаточно редко) программа не делает сварной шов и считает ошибкой – ставит разрыв трубопроводов.

Переход на 3D технологии требует серьезной технической базы – применение сверх мощных и производительных компьютеров т.к. проектирование например одного завода производиться в единой модели, и чем больше будет подключено компьютеров, тем ниже будет производительность. Мощность серверов также должна вырасти в разы.

Проектная документация, полученная в результате применения данных систем проек тирования, не всегда соответствует требованиям российского ГОСТ и требует доработки. И не каждому заказчику нужна проектная документация, выполненная по трехмерной техноло гии т.к. стоимость ее выше на 30% по сравнению с документацией выполненной обычным способом (но в дальнейшем из-за более высокого качества и уменьшения затрат на после дующее устранение ошибок 3D-технологии покрывают разницу в 30% стоимости проектных работ). После выполнения проектных работ заказчику также передается трехмерная модель, но возможности, заложенные для эксплуатации этой модели, используются только на 10%!

Не все системы 3D проектирования имеют совместимость с другими программами, на пример с программами на расчет трубопроводов. Хотелось бы также иметь программы об легчающие создания заданий другим отделам (уменьшают сроки проектирования).

Очень мало опыта у российских проектных организаций в 3D-моделировании, отдель ные предприятия добились очень неплохих результатов, но делятся опытом крайне неохотно.

К тому же работают в различных программах. Очень скудная информация по 3D моделиро ванию имеется в интернете.

В итоге получаем, что современные трехмерные системы проектирования нуждаются в дальнейшем совершенствовании, хотелось бы, чтобы в них учитывались пожелания и требо вания проектных организаций – основных «потребителях» данного программного обеспече ния.

Все стадии внедрения систем автоматического проектирования в проектные организа ции можно условно разбить на несколько этапов:

1. Этап определения с программным обеспечением 2. Этап тестирования (опытная эксплуатация) 3. Этап приобретения 4. Этап внедрения 5. Этап сопровождения и эксплуатации 6. Этап обновления версий Этап определения с программным обеспечением – на данном этапе проектная органи зация определяет, с каким программным обеспечением придется ей работать. На выбор ПО влияют такие факторы как стоимость, наличие русифицированной версии, распространен ность ПО, соответствие нашим стандартам, наличие документации, наличие сопровождения специалистов и многие другие.

Этап тестирования (опытная эксплуатация). Приобретаются несколько различных вер сий программного обеспечения для трехмерного моделирования различных фирм. Произво диться сравнительный анализ продукции, выявляются сильные и слабые места, выбирается программа наиболее подходящая предприятию.

Этап приобретения – между проектной организацией и фирмой-поставщиком про граммного обеспечения заключается договор на поставку, обслуживание и сопровождение продукции.

Этап внедрения – это и обучение персонала новым программам, организационные во просы, и выполнение так называемых «пилотных» проектов на которых происходит «отраба тывание» технологии проектирования, и многое другое.

Этап сопровождения и эксплуатации – некоторые фирмы, купив дорогостоящие лицен зии и обучив персонал, считают, что смогут в дальнейшем работать самостоятельно собст венными силами. Однако же инженер-проектировщик сталкивается с целым рядом трудно разрешимых проблем и задач, решить которые без помощи высококвалифицированных спе циалистов не в состоянии.

Этап обновления версий – программное обеспечение со временем «устаревает», на сме ну «устаревшим» версиям приходят более совершенные. Если обновленная версия в той или иной степени облегчает труд проектировщика, ускоряет процесс проектирования, повышает качество и количество выполняемых работ, то проектной организации следует обратить внимание на выпускаемые обновления и производить закупки. Если же обновленная версия отличается от базовой незначительными изменениями, не влияющими на производитель ность и другие важные факторы, то соответственно нет смысла приобретать такие «обновле ния».

УДК 669. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Н.П. Соловеенко Национальный исследовательский Иркутский государственный технический универси тет, химико-металлургический факультет, кафедра металлургии цветных металлов 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведены общие сведения об алюминии, некоторых его основных свойствах.

Представлено краткое описание получения металла электротермическим способом, совре менное состояние производства, а также уровень механизации на заводах в данное время.

Показано значение автоматизации процесса для более эффективного его проведения и уменьшения количества рабочих в цехах электролиза, что как следствие приводит к мень шим денежным затратам и более рациональному использованию рабочего времени.

Ключевые слова: алюминий;

автоматизация;

электролиз;

глинозем.

Соловеенко Надежда Павловна, студентка кафедры металлургии цветных металлов, тел.:

89140075886, e-mail: kafmcm@istu.edu.

Введение Применение автоматизированных систем управления технологическими процессами позволяет более рационально использовать трудовые ресурсы предприятия. Использование автоматизированных рабочих мест повышает эффективность труда сотрудников предпри ятия, резко сокращая затраты на выполнение рутинных и трудоемких операций.

Большинство российских компаний разрабатывает АСУ ТП и программное обеспече ние для решения самых разных задач, стоящих перед предприятиями, используя при этом оборудование для промышленной автоматизации, технологии и среды разработки, созданные всемирно известными компаниями, благодаря этому наши решения надежны, просты в об служивании и соответствуют распространенным промышленным стандартам.

Часто перед предприятиями возникает необходимость модернизации оборудования или замены морально устаревших средств современными комплексами, с сохранением аппа ратной и программной совместимости между старыми и обновленными компонентами сис темы. В таких случаях также необходимо в кратчайшие сроки обучить сотрудников пред приятия эффективно использовать новое оборудование. [1] Общие сведения об алюминии.

Алюминий – химический элемент третьей группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Его порядковый номер 13, атомная масса 26,98. Устойчивых изотопов алюминий не имеет.

Алюминий обладает целым рядом свойств, которые выгодно отличают его от других металлов. Это – небольшая плотность алюминия, хорошая пластичность и достаточная меха ническая прочность, высокие тепло- и электропроводность. Алюминий нетоксичен, немагни тен и коррозионностоек к ряду химических веществ. Благодаря всем этим свойствам, а также относительно невысокой стоимости по сравнению с другими цветными металлами он нашел исключительно широкое применение в самых различных отраслях современной техники.

Значительная часть алюминия используется в виде сплавов с кремнием медью, магни ем, цинком, марганцем и другими металлами. Промышленные алюминиевые сплавы обычно содержат не менее двух-трех легирующих элементов, которые вводятся в алюминий главным образом для повышения механической прочности. [2] Наиболее ценные свойства всех алюминиевых сплавов – малая плотность (2,65 – 2,8), высокая удельная прочность (отношение временного сопротивления к плотности) и удовле творительная стойкость против атмосферной коррозии.

Роль автоматизации процесса получения алюминия В последнее десятилетие в связи с высокими темпами роста производства алюминия все больше и больше параметров технологического процесса электролиза контролируются и управляются автоматически. Современные серии электролиза оснащены автоматизирован ными системами контроля и регулирования различных параметров процесса, а также систе мами централизованного автоматического программного управления непрерывным питани ем ванн глиноземом или многооперационными машинами для обслуживания электролизе ров, сконструированными на базе малых электронно-вычислительных устройств специаль ного назначения. Намечается тенденция к объединению автоматизированных систем управ ления технологическими процессами и операциями в системе автоматического управления производством с применением современной стандартной электронно-вычислительной тех ники.

Традиционно в алгоритмах управления электролизом использовались статистические зависимости между параметрами. Коэффициенты таких зависимостей требуют постоянной настройки, так как зависят не только от конструкции, но и от срока службы электролизера, теплового состояния аппарата. Поэтому алгоритмы управления, построенные на статистиче ских зависимостях между переменными, не получили широкого распространения на произ водстве. [2,3] Для электролизных серий, оборудованных электролизерами с предварительно обож женными анодами, применяются более современные системы автоматизации процесса элек тролиза на базе стандартной электронно-вычислительной техники (системы типа Электро лиз). С помощью этих систем возможно осуществление контроля и управления значительно большим числом параметров;

системы обладают повышенной надежностью в эксплуатации.

Современное состояние механизации в электролизных цехах Современный корпус электролиза представляет собой высокомеханизированное про изводство, в котором персонал в основном занят управлением механизмами и наблюдением за ходом технологического процесса. Однако остается еще немало операций, требующих фи зических усилий, – съем угольной пены, расчистка подины, ликвидация анодных эффектов, подготовка леток к выливке металла, отбор проб металла и электролита, некоторые операции по обслуживанию анодов. Основные операции по обслуживанию электролизеров занимают 40 – 45 % общего баланса времени, а выполнение не механизированных операций, которые перечислены выше, занимают 25 – 35 % времени и в значительной степени зависят от конст рукции электролизеров, их расположения и конструкции корпусов.

Доставка глинозема на ванны и его раздача на корку практически полностью механи зированы на всех типах ванн. На некоторых сериях электролизеров с БТ работают системы автоматической подачи глинозема (АПГ), но на них отсутствует контроль концентрации глинозема в электролите, что, как будет показано ниже, резко снижает ее эффективность.

Несмотря на неоднократные и непрекращающиеся попытки создания АПГ для электролизе ров с ВТ, они пока не увенчались успехом, но появились обнадеживающие результаты. В то же время на всех заводах, оборудованных электролизерами с OA, системы АПГ не только обеспечивают доставку глинозема на ванны, но и позволяют регулировать концентрацию глинозема в электролите, что резко снижает частоту анодных эффектов, экономит затраты труда и снижает расход электроэнергии.

Полностью механизированы операции по пробивке корки электролита на электроли зерах всех типов, и для выполнения этой важной операции используются различные меха низмы, конструкция которых зависит от типа электролизеров. Практически все операции по перестановке штырей на ваннах с СОА механизированы, однако на электролизерах с БТ за траты ручного труда на выполнение этих операций значительно больше, чем на ваннах с ВТ.

Также полностью механизированы операции по загрузке анодной массы на электролизерах с СОА.

Используемое для производства алюминия сырье мелкодисперсно, и при обработке электролизеров определенная его часть распыляется и оседает на полу, производственных площадках и поверхностях оборудования. Площадь современных корпусов достигает 1,2 – 2,0 га, и поэтому уборка пыли представляет определенные трудности. Для механизации дан ного процесса и сбора дорогостоящего сырья используются самоходные пылеуборочные машины. Производительность машин при уборке полов и заводских территорий достигает 6750 и 13 500 м2/ч соответственно. [4] Выливка материалов из ванн на всех типах ведется вакуум-ковшами, транспортируе мыми мостовыми кранами или смонтированными на самоходных тележках. Металл из ваку ум-ковшей на среднем проходе корпуса переливается в литейные ковши и транспортируется в литейное отделение.

Автоматизация процесса электролиза Производительность электролизера, как следует из закона Фарадея, зависит от силы тока и выхода по току. Сила тока определяется при проектировании ванны и практически не изменяется. Следовательно, основным фактором, определяющим производительность ванны, является выход по току. Поэтому основная цель автоматизации – поддержание параметров работы ванны в таких пределах, которые обеспечивают максимальный выход по току при минимальном расходе электроэнергии и сырья. Выход по току в общем случае зависит от эффективности использования тока и величины потерь металла в ванне.

В промышленном электролизере основной ток проходит между анодом и катодом, и именно он определяет количество наработанного ванной алюминия. Однако имеют место и утечки тока: при нарушении изоляции между бортовым блоком и катодным кожухом и при растворении настыли часть тока проходит между анодами и бортовой футеровкой ванны.

Изоляция бортового блока от кожуха нарушается, как правило, на старых электролизерах вследствие пропитки бортовых блоков электролитом и механического воздействия машин по обработке корки электролита.

При нарушении изоляции электролизера по отношению к земле или между ваннами ток может стекать с элементов его конструкции на землю, обходить часть ванн и вновь воз вращаться в цепь. Все электролизеры по отношению к земле включены параллельно, и по этому эквивалентное сопротивление их изоляции обычно не превышает нескольких ом. От сюда ясно, что величина утечек тока может быть значительна. Помимо ущерба от недовыра ботки металла, утечки тока разрушают подземные сооружения – трубопроводы, кабели, ар матуру железобетонных конструкций и т.д. Для борьбы с утечками тока, прежде всего, необ ходим контроль за изоляцией серии.

Утечки тока имеют место и при несвоевременном снятии пены и накоплении ее в ме ждуполюсном пространстве. Основной же причиной снижения выхода по току являются по тери алюминия вследствие его растворения в электролите и последующего окисления анод ными газами, кислородом воздуха, углеродом, компонентами электролита, а также других причин. Таким образом, общее снижение выхода по току может достигать 9 – 11 %. На оте чественных заводах, оснащенных в основном электролизерами с самообжигающимися ано дами, потери выхода по току достигают 11 – 18 %.

На величину выхода по току влияют многие технологические параметры.

Влияние температуры электролита.

С повышением температуры электролита потери металла возрастают, так как увели чивается растворимость алюминия в электролите, снижается вязкость расплава, вследствие чего повышаются скорость его циркуляции и перенос алюминия к аноду, где он и окисляет ся. Промышленные электролиты кристаллизуются (плавятся) около 930 °С. Влияние на ве личину потерь металла оказывает степень перегрева электролита относительно его темпера туры плавления. Пропорционально увеличению перегрева возрастают и все последствия го рячего хода ванны: уменьшаются настыли, увеличивается растворение алюминия в электро лите, повышается его науглероженность, растут потери газообразных фторидов и т.д. Однако слишком низкая температура электролита недопустима, так как при этом ухудшается рас творимость глинозема в электролите и возрастает частота анодных эффектов, а вместе с ней и расход электроэнергии.

Учитывая большую зависимость выхода по току от температуры расплава, ее следует принять за регулируемый параметр. Однако организация постоянного измерения температу ры расплава наталкивается на ряд непреодолимых трудностей, главной из которых является растворение в электролите практически всех материалов, идущих на изготовление чехлов для термопар. Практически температура электролита контролируется эпизодически перенос ными термопарами и с соблюдением особых мер, повышающих точность измерений, и по этому использовать температуру как параметр для регулирования, к сожалению, не пред ставляется возможным.

Влияние катодной плотности тока.

С увеличением катодной плотности тока выход по току, при прочих неизменных ус ловиях, возрастает. Это объясняется тем, что абсолютная величина потерь металла при элек тролизе не зависит от плотности тока, но с ее повышением выделение алюминия на катоде возрастает, а величина потерь металла остается неизменной, благодаря чему наблюдается рост выхода по току. Плотность тока определяется конструктивными размерами электроли зера и силой тока серии, т.е. является величиной практически постоянной, и поэтому не мо жет быть использована для регулирования электролизера.

Влияние междуполюсного расстояния.

От расстояния между электродами, т.е. между подошвой анода и "зеркалом" металла, в значительной степени зависит выход по току. При прочих неизменных условиях выход по току возрастает с увеличением МПР и падает с его уменьшением.

На промышленных электролизерах МПР находится в пределах 4,5 – 5,0 см, но с уве личением МПР выше оптимального значения выход по току растет незначительно, а расход электроэнергии и перегрев электролита возрастают в прямой пропорции, снижая производи тельность электролизера. Поскольку МПР легко изменяется перемещением анода, этот пара метр может быть применен в качестве регулирующего в системах АСУТП.

Состав электролита и расход электроэнергии.

Влияние химического состава электролита на выход по току определяется свойствами компонентов, входящих в его состав. Наиболее существенное влияние на выход по току ока зывают такие свойства электролита, как температура его кристаллизации, растворимость в нем глинозема и алюминия, а также электрическая проводимость. Чем ниже температура плавления электролита, тем при более низкой температуре можно вести процесс электролиза с большим выходом по току. Однако невозможность непрерывного измерения состава элек тролита не позволяет использовать его в качестве регулирующего параметра.

Эффективность работы электролизера в значительной степени зависит от расхода электроэнергии на производство 1 т алюминия, поскольку в себестоимости алюминия затра ты на электроэнергию нередко достигают 30 – 45 %. Поэтому одна из основных задач авто матизации производства – поддержание на ванне оптимального напряжения, так как сниже ние, например, величины МПР приведет к снижению выхода по току и потере производи тельности.

Расход электроэнергии определяется средним напряжением. Напряжение на электро лизере практически определяет расход электроэнергии на производство алюминия. Таким образом, единственным параметром, в решающей степени определяющим выход по току и расход электроэнергии, является значение МПР, которое измерить непосредственно не пред ставляется возможным. Одним из самых трудных процессов при создании систем регулиро вания является постоянное измерение величины междуполюсного расстояния, так как элек тролиз ведется при высоких температурах в весьма агрессивной среде, зеркало металла под действием электромагнитных и газогидравлических сил находится в движении. Непосредст венное измерение величины междуполюсного расстояния практически неосуществимо, по этому применяются косвенные методы измерения. Так, междуполюсное расстояние в элек тролизере рассчитывают по результатам измерения электрического сопротивления электро лита в междуполюсном зазоре. Чтобы постоянно определять это сопротивление, необходимо измерять потенциалы подошвы анода и поверхности металла с помощью специальных зон дов, пропущенных через тело анода и слой электролита. На практике вследствие высокой аг рессивности расплава вместо потенциала жидкого металла измеряют потенциал катодных шин. В этом случае пренебрегают падением напряжения в слое жидкого металла из-за высо кой электропроводности алюминия и предусматривают в системе регулирования специаль ные устройства, позволяющие по данным разовых измерений на каждом конкретном элек тролизере вносить коррекцию в прибор для определения электросопротивления междупо люсного расстояния. Системы, автоматически измеряющие и поддерживающие заданные па раметры, разработаны и успешно эксплуатируются до сих пор на ряде алюминиевых заводов.

При этом поддержание концентрации глинозема в оптимальных границах позволяет снизить вероятность возникновения анодных эффектов.

Электромагнитная стабильность электролизера.

Решающее значение на выход по току оказывает и электромагнитная стабильность электролизера, т.е. отсутствие волн на поверхности жидкого металла. Это возможно обеспе чить лишь при условии стабильного тока серии.

Вот почему в последние годы стабилизации тока уделяется повышенное внимание, несмотря на то, что это снижает коэффициент мощности. В настоящее время ведущими спе циалистами в области автоматизации электролиза алюминия рассматриваются вопросы мо дернизации действующих на отечественных заводах систем и совершенствования блок-схем будущих систем АСУТП. Блок-схемы систем автоматического регулирования алюминиевых электролизеров имеют некоторые особенности. Изменения значения МПР происходят мед ленно, так что нет необходимости постоянно следить за величиной – достаточно проводить эти измерения и регулировать МПР один или два раза в час. Поэтому один регулятор с по мощью обегающего устройства может быть использован для ванн корпуса. Именно по тако му принципу строились первые модификации систем автоматизации – КУА-670 "Алюминий 1", "Алюминий-2" и "Алюминий- 3". Более совершенные системы типа "Электролиз" строят ся многоуровневыми. Развитие и совершенствование средств полупроводниковой техники позволили в качестве первого уровня использовать один регулятор (контроллер) для обслу живания одного или двух электролизеров, которые размещаются в непосредственной близо сти от ванн и осуществляют измерение и управление МПР и системами АПГ без вмешатель ства головного компьютера, установленного на центральном пункте управления (ЦПУ), ко торый собирает и обрабатывает технологическую информацию о состоянии всех ванн корпу са. Комплекс средств, расположенных на ЦПУ, представляет собой второй уровень, который в свою очередь передает необходимые данные в вычислительный центр завода – третий уро вень системы управления производством. На заводах России реализуются различные конфи гурации системы АСУТП, которые имеют достаточно высокую надежность в работе, сравни тельно низкие эксплуатационные затраты, но, к сожалению, требуют значительных капи тальных вложений.

Пробивка корки электролита Данная операция необходима для погружения очередной порции глинозема в элек тролит, и она связана с выделением большого количества тепла и газа. Поэтому ее механиза ции с самого начала было уделено основное внимание. В настоящее время операция осуще ствляется передвижными машинами или стационарными устройствами, смонтированными на электролизерах (АПГ).

В отечественной промышленности наибольшее распространение получили машины с пневматическим приводом типа МПК-75 и самоходные машины типа МПК-5 с дизельным двигателем. Машины с пневмоприводом менее маневренны, так как подключаются к сети сжатого воздуха гибким шлангом, но они не выбрасывают в атмосферу корпуса вредные ве щества. Использование машин для обработки глиноземной корки приводит к тому, что кон центрация глинозема в электролите колеблется в пределах 1 – 8 %. Нестабильность электро сопротивления электролита снижает выход по току и повышает расход электроэнергии. По этому в течение многих лет велись работы по созданию механизмов для непрерывного пита ния ванн глиноземом (АПГ), которые позволяют поддерживать изменение концентрации глинозема в электролите в пределах 1 %. В настоящее время создано большое количество разнообразных конструкций АПГ, которые нашли применение на мощных электролизерах с OA. Для пробивки корки используется шток, оканчивающийся бойком. Шток приводится в действие электромагнитными кранами, автоматически управляемыми с пульта управления.

Глинозем из бункера, смонтированного на ванне, засасывается в дозатор через патрубок бла годаря разрежению, создаваемому вихревым насосом в дозаторе. Высыпается доза глинозема в отверстие, пробитое бойком, при подъеме диафрагмы. Необходимая для ванны доза глино зема регулируется частотой срабатывания пробивного и дозирующего устройств.

Механизация доставки глинозема Обслуживание электролизеров сводится к доставке на ванны глинозема и фторидов, обработке корки электролита, проведению ряда операций на аноде (перестановка штырей, загрузка анодной массы, перемещение анодной рамы и рубашки и т.д.), выливке металла, гашению анодных эффектов и ряду других операций. Здесь приведены лишь краткие сведе ния по механизации основных процессов на электролизерах.

Для доставки глинозема на электролизеры с широко используются саморазгружаю щиеся бункеры, которые загружаются самотеком под силосами глинозема и затем мостовы ми кранами доставляются на электролизеры, где автоматически разгружаются в стационар ные бункеры, смонтированные на электролизах.

На электролизерах, где нет стационарных бункеров, глинозем доставляется непосред ственно на корку электролита с помощью самоходных бункеров. На некоторых заводах еще используются самотечные бункеры, смонтированные на электрокарах, с экологической точ ки зрения эксплуатация таких машин из-за отсутствия выбросов предпочтительна, но для их работы требуется большое аккумуляторное хозяйство. В настоящее время наибольшее рас пространение получили самоходные машины типа МРГ-4. [5] Заключение Эксплуатация современных мощных электролизеров, модификация существующего производства и внедрение новых технологий предполагает улучшение качества управления процессом получения алюминия. Процесс не является полностью автоматизированным.

Этому препятствует затрудненность или невозможность измерений большинства параметров работы алюминиевого электролизера, а также недостаточное понимание протекающих в ап парате физико-химических процессов. Поэтому перспективным направлением является раз работка новых алгоритмов управления, построенных на понимании и моделировании этого сложного технологического процесса. Это дает возможность автоматизировать отдельные контуры управления и оказывать поддержку технологу при принятии решений.

При разработке автоматизированной системы должны учитываться специфические особенности ведения технологического процесса производства алюминия, такие, как возник новение анодных эффектов, необходимость периодического выполнения различных опера ций обслуживания электролизеров и др. Необходимо предусматривать устройства, исклю чающие возникновение аварийных ситуаций, и позволяющие учитывать индивидуальные особенности электролизера.

Для качественного и оптимального управления технологией необходимо использова ние комплексной динамической математической модели процесса электролиза, адекватно описывающей тепло- и массообмен в электролизере, изменения электробаланса, гидродина мику расплавов.

Библиографический список 1. Минцис, М. Я. Электрометаллургия алюминия / М. Я. Минцис, П. В. Поляков, Г. А. Сиразутдинов. Новосибирск: Наука, 2001. - 368 с.

2. Теоретические основы электрометаллургии алюминия / Абрамов, Г. А. и др. М.:

Металлургиздат, 1953. - 583 с.

3. Беляев, А. И. Физико-химические процессы при электролизе алюминия / А. И.

Беляев. М.: Металлургиздат, 1947. - 248 с.

4. Белолипецкий В.М., Пискажова Т.В., Емельяшин М.В. Тепловая динамическая модель для управления технологией электролиза алюминия. Вестник Сибирского государст венного аэрокосмического университета имени академика М.Ф.Решетнева. 2006. Вып. 5 (12).

С. 19-24.

5. Пискажова, Т.В. Методы эффективного управления технологическим процес сом электролитического получения алюминия. Вестник Сибирского Федерального универси тета. Техника и технологии. – 2010. – Т.3, №2. – С. 159-170.

УДК 621.315. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРЕМНИЯ И ЕГО ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С.Н. Федоров Национальный исследовательский Иркутский государственный технический универси тет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Кремний – полупроводниковый материал. Распространен в природе в виде кремнезема и си луминов. Кремний используется во многих сферах нашей жизнедеятельности. Является ос новой для производства солнечных батарей.

Ключевые слова: кремний, кремнезем, силумин, карбид кремния, солнечная энергетика, по ликремний.

Федоров Сергей Николаевич – студент 3 курса гр. МЦ–10–1 специальности «Металлургия цветных металлов» химико-металлургического факультета НИ ИрГТУ;

Телефон:

+79526288011;

E-mail: fedorov.sn29@gmail.com.

Научный руководитель – Немчинова Нина Владимировна, д.т.н., заведующая кафедрой ме таллургии цветных металлов НИ ИрГТУ.

Ил. 4. Табл. 1. Библиогр. 4 назв.

Кремний (лат. Silicium) – хрупкий материал серо-стального цвета, занимающий по распространенности в земной коре второе место (после кислорода).

Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезма – соеди нений на основе диоксида кремния (IV) SiO2 (около 12 % массы земной коры).

Основные минералы и горные породы, образуемые диоксидом кремния – это песок (речной и кварце вый), кварц и кварциты, кремень, поле вые шпаты. Вторую по распространн ности в природе группу соединений кремния составляют силикаты и алю мосиликаты [1].

В настоящее время (в зависимо сти от предназначения) различают не Рис. 1 Кремний.

сколько видов кремния:

1) Технический кремний (содержание кремния больше 98 % по весу);

2) Кремний солнечного качества или «солнечный кремний» (кремния больше 99,99 %) 3) Кремний электронного качества, т.н. «электронный кремний» (содержание кремния свыше 99,999 %).

Таблица 1. Марки технического кремния [4].

Марка Массовая доля, % кремния Кремний, Примеси, не более не менее Железо Алюминий Кальций Сумма определяемых примесей Кр 00 99,0 0,4 0,3 0,4 1, Кр 0 98,8 0,5 0,4 0,4 1, Кр 1 98,0 0,7 0,7 0,6 2, Кр 2 97,0 1,0 1,2 0,8 3, Кр 3 96,0 1,5 1,5 1,5 4, Кремний используется в сплавах на основе железа для изготовления стойких к корро зии труб, при получении кремнистой стали для электротехнической промышленности (из данной стали делают сердечники для трансформаторов и электродвигателей переменного тока). Поскольку кремний – очень слабый проводник, введение его в количестве 10-12% в сталь значительно повышает е электрическое сопротивление, при этом за счт уменьшения вихревых токов уменьшаются потери электроэнергии. Кроме того, при добавлении кремния сталь становится настолько пластичной, что е можно штамповать слоями из тонких листов без механической обработки, что позволяет снизить е себестоимость. Именно поэтому во всем электрооборудовании переменного тока используется кремнистая сталь.

Кремний входит в состав алюминиевых сплавов, которые применяются в космической и авиационной, автомобильной, приборостроительной и других отраслях промышленности.

Чистый алюминий является мягким металлом, а добавление кремния повышает его меха ническую прочность. Кремний незначительно растворяется в расплавленном алюминии, особенно в присутствии меди и магния. Обычно термически обрабатываемый сплав содер жит 0,8% Si, 4,4% Сu, 0,4% Mg и 0,8% Мn. После отливки или горячей штамповки сплав подвергают термообработке для выкристаллизации зрен силицида и упрочнения алюминие вой матрицы. Фактически получается композиционный материал.

Для производства волоконных световодов для оптической связи – одна их новейших облас тей применения чистого кремния. Чистые органи ческие полимеры, применяемые в производстве пластмасс, – это сткла, которые также подверже ны разрушению вследствие образования тре щин. Поэтому с целью рассеивания напряжения их упрочняют, вводя порошки или волокна, пре вращая тем самым в намного более прочные ком позиционные материалы. В этих гетерогенных композитах распространение поверхностной тре щины исключено, так как вскоре она встречается Рис. 2 Ультрафиолетовый светодиод.

с неоднородностью и напряжение рассеивается.

В случае модуляции когерентного света от лазеров в направлении смодулированного света по волокнам такое сверхпрозрачное стекловолокно может стать носителем цифровой информации, что уже используют в виде компактных пучков тонкого стекловолокна, кото рые заменили намного более габаритные и тяжлые медные кабели для телефонных линий.

Широко известны также кремнистые бронзы – кремнистые сплавы на основе меди, в которых присутствие кремния увеличивает прочность, уменьшает газонасыщение, повышает жидкотекучесть и способствует получению плотных отливок. В деталях, работающих на трение при средних нагрузках и скоростях, кремнистые бронзы со свинцом не уступают оло вяннофосфористой бронзе. Бронзы с кремнием и марганцем обладают хорошей коррозион ной стойкостью.

Карбидокремниевые огнеупоры, представляющие собой спрессованную обожжнную смесь SiC на пековой или глинистой связке, могут работать при температуре 2000 0С и ис пользуются в самых ответственных узлах высокотемпературных печей. Абразивы на основе карбида кремния – широко используемые материалы в отечественной промышленности (из готавливают из SiC на связке). Данные абразивы используются в машиностроении и других отраслях для шлифовки, точки, обработки, полировки различных изделий из металлов, спла вов и других материалов.

Самосвязанный карбид кремния – формованная и прокаленная при высокой темпера туре смесь SiC, порошка кремния и сажи. Готовое изделие представляет собой монолитный материал на основе карбида кремния с почти нулевой пористостью, который используется для изготовления деталей, работающих при температуре до 2000 0С: трубы, тигли, стаканы, чехлы термопар, диски сцепления, особо стойкие детали печей, огнеупоры и т.д.

Кремний используется для производства широкого спектра кремнийорганических со единений. Тысячи тонн кремния перерабатывают в лету чие метилхлорсиланы. Полученные хлориды отделяют перегонкой, а затем используют в производстве уникаль ных силоксановых каучуков, масел и смол;

растворите лей, хладагентов, антисептиков;

при производстве тек стиля, бумаги, красителей, парфюмерии.

Сверхчистый кремний – основной полупроводни ковый материал для транзисторов, выпрямителей тока (диодов), усилителей радиоволн (триодов), микропроцес соров (контроллеров) и интегральных схем для ЭВМ.

Кремний служит материалом и для изготовления фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Для сол нечных батарей (СБ) применяют кремниевые фотоэле менты, предназначенные для непосредственного превра щения солнечной энергии в электрическую (ФЭП на ос нове кремния лучше других подходят по своей спек тральной чувствительности для использования солнечно го света) [2].

Используют солнечную энергию в основном дву мя методами – в виде тепловой энергии или посредством фотохимических реакций.

Более эффективный путь использования солнеч Рис. 3 Микроконтроллер 1993 г. ной энергии – это непосредственное преобразование ее в европейской фирмы электрическую в фотоэлементах. Фотоэлементы пред STMicroelectronics. За окошеч- ставляют собой светочувствительные пластины из полу ком виден кристалл микросхемы проводникового материала: селена, кремния, арсенида – кремниевая подложка с выпол- галлия, диселенида кремния и т.д. Фотоэлектричество ненной на ней схемой. производится, когда частицы света (фотоны), поглощен ные полупроводником, создают электрический ток. Сол нечные батареи могут быть различной мощности - от портативных установок в несколько ватт до многоваттных электростанций, покрывающих миллионы квадратных метров площа ди.


Для того, чтобы не зависеть от суточ ного и сезонного солнечного цикла и состоя ния атмосферы существуют технические ме тоды накопления энергии такие как: электро химическое накопление аккумуляторами, ме ханическое накопление (с помощью вра щающихся маховиков) и в форме водорода.

Также возможно сочетание фотоэлементов с другими источниками энергии, например, наиболее вероятно сочетание с ветровыми установками, а также с системами на иско паемом топливе.

Фотоэлектрические системы (солнеч ные батареи) требуют минимального обслу живания, в них не используется вода, и по этому они хорошо приспособлены для отда- Рис. 4 Дом, на крыше которого установлены солнечные батареи ленных и пустынных районов. Этот способ преобразования солнечной энергии является долговечным и экологически чистым, а также сам может быть использован для улучшения экологической обстановки в месте использова ния, а в перспективе - и для регулирования экологических условий на больших территориях.

В настоящее время принято различать три поколения ФЭП:

ФЭП первого поколения:

Кристаллические:

монокристаллические кремниевые;

поликристаллические (мультикристаллические) кремниевые;

технологии выращивания тонкостенных заготовок: EFG (Edgedefinedfilm fedcrystalgrowthtechnique), S-web (Siemens), тонкослойный поликремний (Apex).

ФЭП второго поколения:

Тонкоплночные:

кремниевые: аморфные, микрокристаллические, нанокристаллические;

на основе теллурида кадмия (CdTe);

на основе селенида меди-индия-(галлия) (CI(G)S);

ФЭП третьего поколения:

фотосенсибилизованные краситилем;

органические (полимерные) ФЭП;

неорганические ФЭП;

ФЭП на основе каскадных структур.

В 2005 году на тонкоплночные фотоэлементы приходилось 6 % рынка. В 2006 го ду тонкоплночные фотоэлементы занимали 7 % долю рынка. В 2007 году доля тонкопл ночных технологий увеличилась до 8 %. В 2009 году доля тонкоплночных фотоэлементов выросла до 16,8 %.

За период с 1999 года по 2006 год поставки тонкоплночных фотоэлементов росли ежегодно в среднем на 80 %.

Поликристаллический кремний («поликремний») – наиболее чистая форма промыш ленно производимого кремния – полуфабрикат, получаемый очисткой технического кремния хлоридными и фторидными методами и используемый для производства моно- и мультикри сталлического кремния.

В настоящее время различают поликремний «электронного» (полупроводникового) качества (более дорогой и чистый) и поликремний «солнечного» качества (более дешвый и содержащий больше примесей).

Традиционно поликристаллический кремний получают из техническо го кремния путм перевода его в летучие силаны (моносилан, хлорсиланы, фторсиланы) с последующими разделением образующихся силанов, ректификационной очисткой выбран ного силана и восстановлением силана до металлического кремния.

Изначально при промышленном производстве поликремния использовались хлорси ланы. На 2011 год технологии на основе трихлорсилана остаются доминирующими. Идущие на смену хлорсилановым, фторсилановые технологии считаются более дешвыми, но менее экологичными.

Известны, но пока не получили широкого применения методы получения поликри сталлического кремния через аморфную фазу методами гидролиза силанов, а также восста новления силанов в плазме ВЧ и СВЧ разрядов в связи с легкой загрязняемостью и сложно стью перевода аморфного кремния в кристаллическую фазу [3].

Кремний находит применение во многих сферах нашей жизнедеятельности, от косме тики до солнечной энергетики. Последнее является перспективным развитием его примене ния, так как переход на альтернативный источник энергии (экологичный и экономичный) есть актуальная проблема современности.

Библиографический список 1. http://ru.wikipedia.org 2. Немчинова Н.В., Клц В.Э. Кремний: свойства, получение, применение: учеб. посо бие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. – 272 с.

3. http://silumin.ru/gost УДК 669. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМИНИЯ М.С. Леонова Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, Кафедра металлургии цветных металлов. 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, В статье описана роль использования алюминия в различных отраслях промышленности, а также важнейшие экологические проблемы, вызванные производством алюминия.

Описаны причины возникновения негативного воздействия алюминиевого производства на окружающую среду и варианты их разрешения.

Также описана положительная роль алюминиевого производства.

Ключевые слова: выброс;

экологический риск;

промышленные отходы;

вредные вещества;

технология Содерберга.

Леонова Мария Сергеевна, студентка кафедры металлургии цветных металлов, тел.:

89503832267, e-mail: kafmcm@istu.edu Производство алюминия в мире неуклонно растет. Благодаря своим конструкционным и эксплуатационным качествам использование алюминия увеличивается во всех отраслях мировой экономики. Сегодня спектр применения алюминия это машиностроение, аэрокосмический комплекс, производство упаковки и тары, судостроение, промышленное и гражданское строительство. Например, в современном строительстве используются самые разные виды продуктов из алюминия, а в качестве материала для высоковольтных линий электропередачи алюминий практически вытеснил медь. Половина посуды для приготовления пищи, продаваемой во всем мире каждый год, сделана из алюминия.

В условиях растущих конструкционных и экологических требований алюминий часто оказывается вне конкуренции по техническим, технологическим и экономическим показателям. Алюминий вытесняет черные металлы в тех отраслях, где высокие требования к снижению массы продукции. Так, увеличивается использование этого металла в автомобильной промышленности. К примеру, Европейский Союз рассматривает возможность ужесточения требований к выбросам углекислого газа автомобильным транспортом, что неизбежно приведет к увеличению спроса на легкий металл. Один килограмм алюминия, использованного в автомобильной конструкции вместо другого, более тяжелого металла, снижает общее потребление бензина на 8,5 литра, а выбросы CO2 – на кг. 10-процентное снижение массы машины дает в результате 9-процентное улучшение в динамике потребления ей топлива.

Любое промышленное производство, особенно металлургия, сопряжено с экологическими рисками. Это и выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, приводящие к изменению климата, и образование отходов, и высокое потребление энергии. В отходящих газах и пыли, а также промышленных твердых отходах содержится большое количество вредных веществ (соединения фтора, углерода, серы, кремния и полициклических ароматических углеводородов — ПАУ), загрязняющих окружающую среду и негативно воздействующих на людей, растительность и животный мир. В ряде крупных экономически развитых государств общественность осознала, насколько катастрофичен путь развития, когда экономический рост продолжается за счет разрушения окружающей среды.

Решение возникших проблем по оздоровлению окружающей среды возможно только усилиями всего мирового сообщества. При этом производство алюминия, пожалуй, является одним из самых безопасных. Выбросы загрязняющих веществ в алюминиевой промышленности связаны, в основном, с получением необходимой электроэнергии из органического топлива, а не с производством как таковым. Если предприятие использует энергию ГЭС, как большинство российских алюминиевых заводов, эта проблема отпадает.

Основные по объему основные отходы, выделяемые в процессе производства алюминия, а точнее, при получении глинозема — это так называемый «красный шлам», густая суспензия из нерастворимых в воде силикатов, алюмосиликатов и окислов металлов.

Смесь, имеющая красный цвет благодаря высокому содержанию железа, образуется в ходе процесса Байера. На каждую тонну полученного оксида алюминия приходится от до 800 кг шлама. Многие специалисты не считают его отходом, поскольку, теоретически, он может служить сырьем для переработки. Однако пока это экономически невыгодно, и шлам складируют на тщательно изолированных территориях — шламохранилищах.

Их обустраивают таким образом, чтобы содержащиеся в отходах щелочи не проникали в грунтовые воды. Как только хранилище отрабатывает свой потенциал, территорию можно вернуть в первоначальный вид, покрыв ее песком, золой или дерном и посадив определенные виды деревьев и трав. На полное восстановление могут уйти годы, но в итоге местность возвращается в изначальное состояние.

Источником экологических рисков остается эффективная во многих отношениях и широко применяемая в России технология Содерберга. Ее использование приводит к выделению значительного количества вредных газов с примесями. Но и эта проблема сейчас активно решается с помощью внедрения коллоидных анодов. Электролизер, работающий по этой технологии, не менее герметичен, чем тот, что использует обожженные аноды.

В то же время, самым важным преимуществом алюминия с точки зрения защиты окружающей среды является тот факт, что этот металл отлично поддается переработке.

Старые алюминиевые предметы можно использовать для производства новых неограниченное число раз и без каких-либо потерь в качестве. Переработка 1 килограмма алюминия экономит 8 килограммов бокситов. Кроме того, происходит огромная экономия электроэнергии: для переплавки и производства вторичного алюминия требуется всего 5% энергии, необходимой для выработки первичного алюминия.

Для наглядности достаточно сказать, что одна сданная в переработку алюминиевая банка экономит энергию, необходимую для работы телевизора в течение трех часов. Кстати, тонна использованных банок стоит около 15 000 рублей. Неудивительно, что в нашей стране растет число автоматов, позволяющих сдать ценное вторсырье.


Чем больше алюминия применяется при производстве средств транспорта, тем легче они становятся и тем меньше топлива необходимо на то, чтобы привести их в действие.

А значит, снижаются риски для окружающей среды.

Выбросы вредных веществ в атмосферу от стационарных промышленных источников на территории России превосходят разумные размеры. Воздух 48 городов России и среди них: Братск, Красноярск, Новокузнецк и Шелехов, в которых расположены крупные алюминиевые заводы, загрязнен веществами первого класса опасности с превышением санитарных норм в 10 раз и более. В связи с изложенным вопросы экологической подготовки выпускников вузов, специализирующихся в металлургии цветных металлов, в производстве первичного алюминия и в области охраны окружающей среды, приобретают первостепенное значение. Решение их должно обеспечить подготовку инженерных кадров, способных проектировать, создавать и эксплуатировать экологически безопасные производства, широко внедрять элементы безотходных технологий и утилизации техногенного сырья, прогнозировать возможность экологических катастроф и т.п. Предусмотренная в настоящее время действующим Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования программа экологической подготовки инженеров металлургов базируется на изучении таких учебных курсов, как "Экология", "Охрана труда и безопасность жизнедеятельности", требующих обязательного дополнения и конкретизации при изучении специальных курсов, выполнении курсового и дипломного проектирования.

Библиографический список Сугак Е.В., Поляков П.В. Экологические проблемы алюминиевой промышленности 1.

(по материалам TMS 2008) - Сборник статей международной конференции «Алюминий Си бири 2008»/.

Костюков А.А., Киль И.Г., Никифоров В.П. Справочник металлурга по цветным ме 2.

таллам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971. 560 с.

Беляев А.И., Студенцов Я.В. Электролиз глинозема с несгораемыми (металлическими) 3.

анодами. Легкие металлы. 1936. № 3. С. 15-24.

Галевский Г.В., Кулагин М.Н., Минцис М.Я. Экология и утилизация отходов в произ 4.

водстве алюминия: Учебное пособие для вузов. Новосибирск: Наука, 1997. 159 с.

Работа выполнена по НИР № 14.В37.21.1064 в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы УДК 669. КОНСТРУКЦИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ Е.А. Потапова Национальный исследовательский Иркутский государственный технический универси тет, химико-металлургический факультет, кафедра металлургии цветных металлов 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Описаны методы производства алюминия. Приведены примеры электролизеров: с самообжи гающимся анодом, с обожженным анодом, а также ванн с непрерывными обожженными анодами.

Ключевые слова: алюминий, электролиз, конструкция электролизеров..

Потапова Екатерина Александровна, студентка кафедры металлургии цветных металлов, тел.: 89526196281, e-mail: kafmcm@istu.edu Алюминий используется в различных отраслях промышленности и народного хозяй ства (конструкционные материалы, тепловое оборудование, криогенная техника, производ ство строительных материалов, пиротехника и др.), что требует больших объемов его произ водства.

Получают алюминий из глинозема путем его электролиза. Электролиз – физико химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворнных веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо рас плав электролита. Этот процесс осуществляется в специальных аппаратах – электролизерах.

Электролизеры – аппараты для электролиза, состоящие из одной или мно гих электролитических ячеек. Электролизр представляет собой сосуд (или систе му сосудов), наполненный электролитом с размещенными в нм электродами – катодом и анодом, соединнными соответственно с отрицательным и положительным полю сами источника постоянного тока. В промышленности и лабораторной практике применяют электролизры различных типов и конструкций (например, открытые и герметически закры тые, для периодической и непрерывной работы, с неподвижными и движущими ся электродами, с различными системами разделения продуктов электролиза).

Современные промышленные ванны сохранили основные конструктивные черты пер вых электролизеров 80-х годов прошлого столетия. За восьмидесятилетний период развития электролитического способа производства алюминия были увеличены лишь размеры ванн и усовершенствованы те или иные их детали.

Любая электролизная ванна, предназначенная для производства алюминия, состоит из металлического кожуха, футерованного внутри огнеупорным и углеродистым материалами, проводящей ток угольной подины, которая служит катодом, и угольных анодов, погружен ных в расплавленный электролит.

Промышленные алюминиевые ванны питаются постоянным электрическим током не только для осуществления электрохимического процесса, но и для внутреннего нагрева джо улевым теплом, развиваемым током при прохождении через слой электролита.

В этих условиях на боковой поверхности рабочего пространства ванны образуется гарниссаж из твердого электролита, который предохраняет футеровочный материал от раз рушающего влияния расплавленных фтористых солей, а также предупреждает утечку тока через угольную футеровку.

Ванны, применяемые для электролитического производства алюминия, бывают двух основных видов: с прессованными обожженными анодами и с непрерывными самообжи гающимися анодами.

Существуют электролизеры с самообжигающимся и с обожженным анодом.

В алюминиевой промышленности России преобладают электролизеры с самообжи гающимся анодом (рис. 1). Они представляют собой железный кожух, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Дно (под), собранное из блоков спрессованного угля, служит като дом. Аноды (один или несколько) располагаются сверху: это – алюминиевые каркасы, запол ненные угольными брикетами. На современных заводах электролизеры устанавливают се риями;

каждая серия состоит из 150 и большего числа электролизеров.

Рис 1. – Схема конструкции электролизера с самообжигающимся анодом и верх ним токоподводом:

1 – катодное устройство: 2 – анодное устройство;

3 – горелка газосборной систе мы;

4 – анодная ошиновка;

5 – механизм перемещения анодного устройства;

6 – газосборный колокол;

7 – токоподводящие штыри Непрерывный самообжигающийся анод по высоте можно схематически разделить на три зоны, которые отличаются одна от другой физическим состоянием анодной массы в за висимости от температуры и степени обжига:

зону 1 – нижнюю часть анода, ограниченную сверху изотермой 400° С и представ ляющую собой твердую скоксованную массу;

в верхних слоях этой зоны (между изотермами 520-400° С) еще частично идут процессы коксования связующего;

зону 2 – небольшую, ограниченную сверху изотермой 360 и снизу 400° С: в этой зоне происходит образование коксовой решетки, и масса находится в вязком состоянии;

зону 3 – ограниченную изотермами 360-100° С и представляющую собой размягчен ную массу, состоящую из расплавленного связующего и твердых углеродистых частиц;

по мере приближения к зоне коксования здесь происходит разложение связующего.

По мере сгорания анода в зону высоких температур поступают все новые и новые слои анодной массы. По достижении ими зоны коксования (360-400° С) начинается форми рование коксовой решетки за счет пирогенетического разложения связующего, находящего ся в расплавленной анодной массе.

При нормальной работе непрерывного анода скоксованная часть массы (конус спека ния) ограничивается изотермой 400° С, выше которой расположена тестообразная и жидкая массы. Высота конуса спекания при нормальной работе (по центру анода) составляет не ме нее 80 см от низа анода.

Слой нескоксованной анодной массы над спекшейся частью должен быть таким, что бы на его верхнем уровне температура была равна примерно 100° С. Такая температура не обходима для полного размягчения массы в верхней части анода, способствующего схваты ванию его с новыми порциями анодной массы. Эта температура обеспечивается при высоте заполнения кожуха 1200-1500 мм от низа (подошвы) анода.

При несвоевременной загрузке сырой анодной массы получается неоднородного каче ства анод, так как вследствие пониженного уровня массы конус спекания оказывается от нее очень близко и спекание (коксование) происходит без слоя размягченной массы, который должен быть высотой не менее 25 см.

При электролизе на катоде выделяется алюминий, а на аноде – кислород. Алюминий, обладающий большей плотностью, чем исходный расплав, собирается на дне электролизера, откуда его периодически выпускают. По мере выделения металла, в расплав добавляют но вые порции оксида алюминия. Выделяющийся при электролизе кислород взаимодействует с углеродом анода, который выгорает, образуя CO и CO2.

Общее количество мощностей с самообжигающимися анодами Содерберга составляет в России около 88%. При этом выход по току на сегодняшний день редко достигает 90%, а удельный расход электроэнергии на 12-15% выше, чем на электролизерах с ОА.

Электролизеры с самообжигающимся анодом за рубежом рассматриваются как уста ревшие. Серии таких электролизеров старой постройки подвергаются реконструкции с уста новкой электролизеров с обожженными анодами (ОА) (рис. 2).

Рис. 2 – Алюминиевая ванная с обожженными анодами (вид сбоку):

1 – анодная шина;

2 – обожженные аноды;

3 – катодные блоки;

4 – кожух ванны Электролизеры с обожженными анодами в сравнении с электролизерами с само обжигающимся анодом имеют следующие преимущества:

меньшее электросопротивление анодного узла;

отсутствие необходимости в формировании однородного, крупногабаритного самообжигающегося анода;

лучшие условия отвода тепла, газов из расплава;

более симметричное магнитное поле меньшей напряженности;

более высокая плотность тока и повышенный съем металла с единицы площади анода и катода;

более высокое качество металла;

более высокий выход по току;

меньший удельный расход электроэнергии.

Главное преимущество указанных электролизеров заключается в том, что при их экс плуатации значительно улучшаются условия труда производственного персонала и защиты окружающей среды, так как исключается источник выделения смолистых веществ, содержа щих канцерогенные вещества. Газосборные укрытия просты по конструкции и надежны в ра боте, обеспечивают высокую степень эффективности улавливания выделяющихся техноло гических газов.

Алюминиевая ванна с обожженными анодами работает при силе тока 40000 А. Ванна имеет жесткий прямоугольный кожух из швеллерного железа, закрепленный на фундаменте анкерными болтами. На фундаменте из шести рядов огнеупорного кирпича выложен цоколь ванны;

на поверхность цоколя нанесен слой углеродистой массы, на которую установлены в четыре ряда 32 подовых (катодных) блока. Промежутки между блоками и стенками ванны также заполнены углеродистой массой. В каждые два блока залито чугуном по одному стальному катодному стержню (блюму) сечением 140x140 мм. Противоположным концом каждый стержень пропущен через отверстие в кожухе и присоединен к катодным шинам.

В самое последнее время в практике алюминиевой промышленности появились также ванны, в конструкции которых как бы сочетаются черты двух типов ванн – с обожженными и непрерывными самообжигающими анодами. Эти ванны являются, таким образом, ваннами с непрерывными обожженными анодами (рис. 3). Непрерывные аноды в них с помощью спе циальных устройств монтируют из отдельных обожженных блоков и по мере сгорания нара щивают этими блоками.

Преимущества таких ванн – высокое качество материала анода и малое газовыделе ние. Основной же недостаток – высокая стоимость анода, так как необходимо иметь специ альное оборудование для прессования и обжига блоков, из которых монтируется тело анода.

Кроме того, через большую теплопроводную массу обожженного анода ванна теряет значи тельное количество тепла.

При сооружении мощных алюминиевых ванн приходится иметь в виду, что на их ра боту сильное влияние оказывает взаимодействие магнитных полей ошиновки с током, проте кающим через электролит и слой металла. Это приводит к искривлению поверхности жидко го алюминия на подине ванны и затрудняет поддержание постоянного междуполюсного рас стояния. Под влиянием указанного взаимодействия при одностороннем подводе тока к аноду происходит смещение металла к одному из торцов ванны, т. е. возникает перекос металла.

Подошва анода с течением процесса электролиза также принимает соответствующий наклон, и анодные газы устремляются к приподнятому торцу анода, усиленно перемешивая электро лит в этом месте.

При двустороннем же подводе тока к аноду величина магнитных полей ослаблена вследствие уменьшения силы тока в шинах. Металл испытывает здесь усилия, направленные к середине от торцов анода. Поверхность алюминия принимает поэтому выпуклую, а подош ва анода – вогнутую форму. При двустороннем подводе тока к аноду искривление металла более симметрично, но оно затрудняет выход газов и способствует более энергичному взаи модействию газов с металлом.

Для уменьшения влияния магнитных полей ошиновки на слой катодного алюминия катодные шины стремятся размещать выше его, т. е. на уровне междуполюсного пространст ва, по возможности удаляя шины от стенок ванны и сокращая протяженность ошиновки.

Рис. 3 – Схема поперечного разреза электролизера с непрерывным блочным ано дом:

1 – цоколь;

2 – подовые блоки;

3 – катодный стержень;

4 – штырь;

5 – блочный анод;

6 – анодная шина По ходу процесса электролиза в ванны периодически загружают глинозем;

контроли руют состав электролита, вводя корректирующие добавки;

с помощью регуляторов поддер живают оптимальное расстояние между анодами и жидким алюминием (в пределах 40- мм). Глинозем загружают в ванны сверху, пробивая для этого корку спекшегося электролита с помощью передвигающихся вдоль ванн машин. Жидкий алюминий извлекают из ванн один раз в сутки или через 2-3 сут с помощью вакуум-ковшей. Выделяющиеся анодные газы вна чале направляют в горелки, где сжигают СО и возгоны смолы, а затем в газоочистку, где улавливают пыль и фтористые соединения.

УДК 66.091. РАДИКАЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ 3-АЛКЕНИЛПИРАЗОЛОВ Е.В. Рудякова, Е.И. Сауло, Самульцев Д.О.

Иркутский государственный технический университет.

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рудякова Елена Владимировна, кандидат химических наук, доцент кафедры химической технологии, тел.: 89643546763, e-mail: rudlenka@list.ru Сауло Елена Игоревна, студентка группы ОХПм-11, тел.:89086612673, e-mail: LSaulo@bk.ru Самульцев Дмитрий Олегович, аспирант ИрИХ имени Фаворского СО РАН, тел.: 89643546763, e mail: rudlenka@list.ru Проведена исследовательская работа по фосфорилированию 3-алкенилпиразолов фосфин халкогенидами, в результате чего были синтезированы фосфинсульфиды и фосфиноксиды.

Табл. 3 Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: фосфины, фосфорилирование, фосфинсульфиды, фосфиноксиды.

В конструировании металлокомплексных катализаторов нового поколения широко используются P,N-лиганды, в том числе, имеющие азотсодержащие гетероциклические за местители, которые успешно применяются во многих реакциях, катализируемых переход ными металлами [1, 2]. Поэтому разработка простых подходов к синтезу новых полидентат ных P,N-лигандов является важной задачей.

Присоединение фосфинов к кратным связям – удобный и простой путь синтеза тре тичных фосфинов. Известно что, N-винилпирролы успешно реагируют с вторичными фос финами в условиях радикального инициирования (ДАК, 0.5-1.5 масс %, 65-70С), образуя аддукты против правила Марковникова с высоким выходом (88-91%) [3]. Авторы также про вели реакции производных пиррола, индола и N-изо-пропенильных 2-метил-4,5,6,7-тетрагидроиндола с дибензил-, бис(фенилэтил)- и бис[2-(пиридин-2 ил)этил]фосфинами, в присутствии ДАК и получили, как и в случае N-винилпирролов, аддукты с хорошим препаративным выходом [4].

Реакции пиразолилалкенов с РН-кислотами до нашей работы не были изучены, что связано не только с малой доступностью алкенилпиразолов, но также и с тем, что до работ сотрудников лаборатории непредельных гетероатомных соединений ИрИХ СО РАН первич ные и вторичные фосфины и фосфинхалькогениды были труднодоступными продуктами.

Мы исследовали взаимодействие 3-алкенил-5-хлорпиразолов с вторичными фосфин халькогенидами в условиях приближенных к установленным ранее авторами для реакции N винилпирролов с вторичными фосфинами [3]. Но более эффективными, позволяющими по лучить целевые продукты с большим выходом, являются условия приближенные к опти мальным для реакций радикального халькогенирования 3-алке-нилпиразолов. Условия реак ций и выходы продуктов приведены в табл. 1.

Реакции проводили при нагревании (65-80С) смесей реагентов в присутствии 1- масс % ДАК в тетрагидрофуране или бензоле, или при ультрафиолетовом облучении реаген тов в бензоле. Фосфинхалькогениды были взяты в эквимольным отношении к алкенилпира золу.

Вначале реакционные смеси нагревали при 65С, периодически отбирая пробы и ана лизируя их методом ЯМР 31P. Если конверсия исходных реагентов была мала, то через 3.5 ч температуру повышали до 80С и продолжали нагревание до максимальной конверсии N алкенилпиразола.

Установлено, что 1-бензил-3-винилпиразол (1а) вступает в реакцию с дифенилфосфи ноксидом как при УФ облучении, так и в присутствии каталитических количеств ДАК (табл.

1), образуя продукт присоединения по винильной группе против правила Марковникова (2а) с выходом до 78%.

O P Ph2P(O)H + N N N N Bn Bn 2а 1а Аналогично реагируют с дибензилфосфинсульфидом 1-метил- и 1-пропил-3-винил-5-хлорпиразолы с образованием целевых третичных фосфинсульфидов с несколько большими выходами (табл. 1).

S CH2CH2Ph P (PhCH2CH2)2P(S)H + CH2CH2Ph N N Cl N Cl N R 1б, 1в 2б, 2в R R = Me (2б), Pr (2в) Логично было ожидать, что в результате отталкивания метильной группы, 3-изо пропенилпиразолы труднее, чем 3-винилпиразолы вступают в реакцию с объемными вто ричными фосфинхалькогенидами. Тем не менее, нам удалось осуществить реакцию 1-этил-3 изо-пропенил-5-хлорпиразола (1г) с дифенилфосфиноксидом, в присутствии ДАК и полу чить -аддукт (2г) с хорошим выходом.

O P Ph2P(O)H + N N Cl Cl N N Bn Bn 2г 1г Аналогично 1-пропил-3-изо-пропенил-5-хлорпиразол (1д) вступает в реакцию с ди бензилфосфинсульфидом.

S CH2CH2Ph P CH2CH2Ph (PhCH2CH2)2P(S)H + N N Cl Cl N N Pr Pr 1д 2д Таким образом, как и предполагалось, 3-винилпиразолы более реакционноспособны чем 3-изо-пропилпиразолы.

В процессе проведения экспериментов нами установлено, что дифе-нилфосфиноксид не реагирует с 1-бензил- - и 1-метил-3-винил-5-хлорпира-золами, но взаимодействует с 1 этил-3-изо-пропил-5-хлорпиразолом (1г).

В то же время реакция 1-пропил-5-хлор-3-изо-пропенилпиразола (1д) с бис(2 фенилэтил)фосфинсульфидом не идет до конца в течение 20 ч, а полная конверсия в реакци ях дифенилфосфиноксида с 1-этил-3-изо-пропенил-5-хлорпиразолом (1г) была достигнута за 10 ч.

Таким образом, в данных реакциях необычно сильно сказываются структурные эф фекты. Несмотря на то, что радикалы, генерируемые из вторичных фосфинхалькогенидов более объемны чем халькогенильные, реакции 3-алкенилазолов с вторичными фосфинсуль фидами и фосфиноксидами протекают аналогично взаимодействию пиразолилалкенов с тио лами. Но для получения более полной картины требуются дополнительные исследования.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 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.