Методическое пособие 802

для улучшения условий труда на производствах / В.С. Иванова, С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 1. - С. 48 -55.

16.Звягинцева, А.В. Мониторинг стихийных бедствий конвективного происхождения по данным дистанционного зондирования с метеорологических космических аппаратов: монография / А.В. Звягинцева, А.Н. Неижмак, И.П. Расторгуев. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013. - 162 с.

17.Звягинцева, А.В. Прогнозирование опасных метеорологических явлений в определении характера и масштабов стихийных бедствий»: монография под общ. ред. И.П. Расторгуева / А.В. Звягинцева, И.П. Расторгуев, Ю.П. Соколова. Воронеж: ГОУВПО «ВГТУ», 2009.

-247 с.

18.Сазонова, С.А. Особенности формулировки прикладных задач управления функционированием системами теплоснабжения / С.А. Сазонова // Моделирование систем и про-

цессов. - 2018. -Т. 11. - № 3. - С. 80-88.

19.Звягинцева, А.В. Структурные и примесные ловушки для точечных дефектов: монография / А.В. Звягинцева. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. 180 с.

20.Звягинцева, А.В. Моделирование воздействия ртутьсодержащих отходов объектов техносферы на окружающую среду и разработка мероприятий по охране атмосферного воздуха / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов.

-2019. - Т. 12. - № 3. - С. 17-26.

21.Звягинцева, А.В. Моделирование техногенного воздействия ТЭЦ на окружающую среду и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3.

-С. 27-34.

22.Звягинцева, А.В. Оценка процесса техногенного загрязнения атмосферы объектами теплоэнергетики и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, Н.В. Мозговой // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т.

12. - № 3. - С. 34-41.

23.Сазонова, С.А. Математическое моделирование параметрического резерва систем теплоснабжения с целью обеспечения безопасности при эксплуатации / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, А.В. Звягинцева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. -

С. 71-77.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ(грант № 18-08-00053А)

ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж

USEASANINFORMATIONINDICATOROFTHEVISIBILITYOFAREMOTE MONITORING OBJECT OF THE EFFECTIVE VALUE OF THE THERMAL CONDUCTIVITY

I.N. Ishchuk, A.A. Bebenin, A.A. Dolgov

Considered the use as an information and combat indicator of the visibility of a remote monitoring object (RMO) of the effective value of the thermal conductivity of the background and the object in order to further apply it to the tasks of improving the recognition efficiency of the object interpreting dynamic IR images.

Key words: object recognition, effective value of thermal conductivity, efficiency of Remote Monitoring.

The work is executed at financial support of RFBR (grant No. 18-08-00053 And)

Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named

after professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin», Voronezh

200

УДК 658.567

М.В. Енютина, О.Н. Филимонова

ВЛИЯНИЕ ВЯЗКОСТИ РЕАКЦИОННОЙ СРЕДЫ НА КИНЕТИКУ РЕАКЦИИ ЭТЕРИФИКАЦИИ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ

СМЕСЕВЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ

Рассмотрены особенности кинетики реакции этерификации отходов производства этилового спирта и винилацетата, определена константа скорости прямой реакции лимитирующей стадии процесса в зависимости от вязкости реакционной среды. Получены на основе экспериментальных измерений эмпирические соотношения, связывающие константу кинетики химической реакции с вязкостью реакционной среды, которые коррелируют с предложенной теоретической оценкой.

Ключевые слова: этерификация, кинетика, реакционная среда, состав растворителя, полимерные покрытия.

Применение полимерных лакокрасочных материалов (ЛКМ) в качестве защитных, антикоррозионных, декоративных покрытий предполагает использование растворителей, в том числе органических [1]. Растворение пленкообразующих веществ существенно определяет физико-химические, механические и адгезионные характеристики покрытий, зависит от состава растворной системы и свойств составляющих ее компонентов. Получение экономически выгодных растворителей из отходов производств позволяет также решить экологические проблемы утилизации отходов различных производств.

В качестве объекта исследования использовали отход производства пищевого этилового спирта – сивушное масло, содержащий в своем составе помимо алифатических спиртов альдегиды, муравьиную кислоту и ее сложные эфиры, простые эфиры, и отход производства винилацетата, содержащий в своем составе уксусную кислоту, кротоновый альдегид и высококипящие органические соединения.

Технологические особенности получения растворителей ЛКМ сложноэфирного типа из отходов и побочных продуктов различных производств предполагают всесторонний анализ факторов, влияющих на протекание химических процессов. Многокомпонентный состав отхода и его изменение в ходе процесса не позволяют использовать для описания протекающих реакций закономерности, присущие чистым веществам [2]. Следовательно, для обоснования оптимальных условий получения целевого продукта необходимо исследование кинетики и термодинамики химических реакций, лежащих в основе процесса этерификации спиртосодержащих компонентов отходов производств карбоновыми кислотами. Реакция включает несколько обратимых стадий: [3]:

Сложность поставленной задачи определяется тем, что химические реакции протекают в среде переменного состава, включающего соединения с функциональными группами - СНО, -СООН, -ОН, -СООR и другие.

Получение сложных эфиров карбоновых кислот можно рассматривать как трехстадийную реакцию, протекающую с образованием промежуточных комплексов:

_________________________________

© Енютина М.В., Филимонова О.Н., 2019

202

+Kt-

К + Ω ↔ КМ1,

медл.

КМ1 + Сп ↔ КМ2 + В,

-Kt-

КМ2 ↔ Э + Ω,

где К – карбоновая кислота; Kt – катализатор реакции; KM1, KM2 – промежуточные комплексы; В – вода; Э – сложный эфир карбоновой кислоты; Ω = H+ – протон сильной минеральной кислоты, являющейся катализатором процесса.

Анализ разработанной модели проводился в предположении, что реакция осуществляется в изотермическом реакторе периодического действия [3]. При решении математической модели в условиях, что стадия образования иона карбония и распада промежуточного комплекса находится в равновесии, а также имеется избыток кислоты в реакционной смеси по отношению к спирту, установлена следующая функциональная зависимость:

где – концентрация спирта в момент времени t=0, моль/дм3; сKt0 – концентрация катализато-

ра в момент времени t=0, моль/дм3; k2 – кинетическая константа прямой реакции самой медленной стадии процесса, дм3/(моль·моль).

На рис. 1 представлен характер изменения логарифма концентрации спирта во времени в одном из экспериментов.

Согласно формуле (1) на начальном участке не наблюдается прямой зависимости, следовательно полученный график можно условно разделить на три участка: I – начальный нелинейный; II – линейный; III – нелинейный. Таким образом, на кинетику реакции этерификации оказывают влияние факторы, неучтенные при разработке модели. Согласно литературным данным, одним из этих факторов является вязкость реакционной среды [3]. При увеличении динамической вязкости уменьшается при прочих равных условиях константа скорости процесса, в связи с этим нелинейность участка I (рис. 1) становится вполне объяснимой.

Рис. 1. Зависимость логарифма концентрации спирта от времени

С учетом данных закономерностей разбавление реакционной смеси инертным растворителем должно приводить к сокращению первого участка и увеличению второго, что подтверждено экспериментально при изучении кинетики реакции в двукратном избытке кислоты в среде инертного растворителя – толуола, концентрация которого в реакционной смеси

203

составляла 75 % мас. и 90 % мас. Зависимости логарифма концентрации спирта от времени для вышеуказанных условий приведены на рис. 2.

При анализе полученных зависимостей установлено, что с разбавлением реакционной смеси инертным растворителем начальный нелинейный участок сокращается, а в случае десятикратного его избытка первый участок практически не наблюдается, при этом длительность второго участка увеличивается во времени. Результаты свидетельствует о правомерности предположения о влиянии вязкости на кинетику реакции на первом участке и, следовательно, на кинетическую константу. Это дает основание исследовать функциональную зависимость логарифма концентрации спирта от вязкости (рис.3).

Зависимость логарифма концентрации спирта от кинематической вязкости имеет на начальном участке почти линейный характер и может быть описана следующим уравнением:

lncCп = lnA + aυ

где А – предэкспоненциальный множитель; а – эмпирическая константа, мин/дм2; υ – кинематическая вязкость реакционной смеси, дм2/мин.

Рис. 2. Зависимость от времени реакции, протекающей в среде инертного растворителя

Постоянная А может быть найдена с учетом начальных условий (υ=υ0, cСп=1), тогда:

204

свойства, что позволяет изменением количественного соотношения компонентов в растворителе осуществить подбор оптимальных значений физико-химических показателей растворной системы и способствует получению лакокрасочных покрытий высокого качества.

Литература

1.Дринберг, А.С. Растворители для лакокрасочных материалов : Справочное пособие

/А.С. Дринберг, Э.Ф. Ицко. – 3-е изд. – М.: ООО Гамма, 2003. – 216 с.

2.Днепровский, А.С. Теоретические основы органической химии / А.С. Днепровский, Т.И. Темникова. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1991. – 558 с.

3.Березин, Б.Д. Курс современной органической химии / Б.Д. Березин, Д.Б. Березин.

– М.: Высшая школа, 2003. – 768 с.

4.Артемьев, А.С. Возможности геоинформационного моделирования при прогнозировании распространения загрязняющих веществ промышленных выбросов объектов техносферы в окружающей среде / А.С. Артемьев, А.В. Звягинцева // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2011. - Т. 7. - № 11. - С. 106-110.

5.Иванова, В.С.Физическое моделирование аппарата пылеочистки скруббер Вентури для улучшения условий труда на производствах / В.С. Иванова, С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 1. - С. 48 -55.

6.Сазонова, С.А. Решение задачи статического оценивания систем теплоснабжения / Сазонова С.А. // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2011. - Т. 7. - № 5. - С. 43-46.

7.Звягинцева, А.В. Современные накопители водорода на основе гибридных функциональных материалов / А.В. Звягинцева, А.О. Артемьева // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2017. - Т. 13. - № 5. - С. 133-138.

8.Колодяжный, С.А.Решение задачи статического оценивания систем газоснабжения / С.А. Колодяжный, Е.А. Сушко , С.А. Сазонова, Седаев А.А. // Научный журнал строительст-

ва и архитектуры. № 4 (32). - 2013. - С. 25-33.

9.Чабала, Л.И. Экологическая безопасность человека / Л.И. Чабала, А.В. Звягинцева, В.А. Чабала // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. -

Т. 6. - № 2. - С. 100-102.

10.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и совершенствование мероприятий по улучшению условий труда на горно-обогатительном комбинате / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. - С. 10-16.

11.Звягинцева, А.В. Моделирование неорганизованных выбросов пыли и газов в атмосферу при взрывных работах на карьерах горно-обогатительных комбинатов / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т.

12. - № 2. - С. 17-25.

12.Звягинцева, А.В. Моделирование процессов и разработка мероприятий по сокращению пылегазовыделения на карьерах горно-обогатительного комбината / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 2. -

С. 26-32.

13.Асминин, В.Ф. Функциональные и конструктивные особенности облегченных звукоизолирующих панелей / В.Ф. Асминин, Е.В. Дружинина, С.А. Сазонова, Д.С. Осмоловский // Вестник Воронежского института высоких технологий. - 2019. - № 2 (29). - С. 4-7.

14.Иванова, В.С. Физическое моделирование аппарата пылеочистки скруббер Вентури для улучшения условий труда на производствах / В.С. Иванова, С.Д. Николенко, С.А. Сазонова, В.Ф. Асминин // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 1. - С. 48 -55.

15.Zvyagintseva, A.V. Increase of solubility of hydrogen in electrolytic alloys NI-B / A.V. Zvyagintseva, Y.N. Shalimov // NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security. - 2011. - Т. 2. - С. 519-528.

206

16.Zvyagintseva, A.V. Laws of diffusion of hydrogen in electrolytic alloys on the basis of nickel / A.V. Zvyagintseva, Y.N. Shalimov // NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security. - 2011. - Т. 2. - С. 529-534.

17.Сазонова, С.А. Итоги разработок математических моделей анализа потокораспределения для систем теплоснабжения / С.А. Сазонова // Вестник Воронежского государственного технического университета. - Том 7, № 5, 2011 - С. 68-71.

18.Звягинцева, А.В. Современные проблемы оценки последствий лесных пожаров и методы их решений / А.В. Звягинцева, В.И. Федянин, Д.В. Яковлев // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2007. - Т. 3. - № 2. - С. 98-102.

19.Звягинцева, А.В. Моделирование воздействия ртутьсодержащих отходов объектов техносферы на окружающую среду и разработка мероприятий по охране атмосферного воздуха / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов.

-2019. - Т. 12. - № 3. - С. 17-26.

20.Звягинцева, А.В. Моделирование техногенного воздействия ТЭЦ на окружающую среду и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, В.В. Кульнева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3.

-С. 27-34.

21.Звягинцева, А.В. Оценка процесса техногенного загрязнения атмосферы объектами теплоэнергетики и разработка инженерно-технических природоохранных мероприятий / А.В. Звягинцева, С.А. Сазонова, Н.В. Мозговой // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. - С. 34-41.

22.Сазонова, С.А. Математическое моделирование параметрического резерва систем теплоснабжения с целью обеспечения безопасности при эксплуатации / С.А. Сазонова, С.Д. Николенко, А.В. Звягинцева // Моделирование систем и процессов. - 2019. - Т. 12. - № 3. -

С. 71-77.

ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж

M.V. Enyutina, O.N. Filimonova

INFLUENCE OF VISCOSITY OF REACTION MEDIUM ON THE REACTION KINETICS ESTERIFICATION UPON RECEIPT OF MIXED SOLVENTS POLYMER COATINGS

Peculiarities of the kinetics of esterification of ethanol production waste vinyl acetate is the rate constant for the direct reaction process limiting depending on the viscosity of the reaction media. Obtained on the basis of experimental measurements of the empirical ratio, binding constant of chemical reaction kinetics with a viscosity of the reaction media, which correlate with the proposed theoretical assessment.

Key words: esterification, kinetics, reaction media, the composition of the solvent, the polymer coating.

Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named

after professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin», Voronezh

207

УДК 681.2:331.451

В.С. Иванова1, С.Д. Николенко1, С.А. Сазонова1, Н.В. Мозговой1, В.Ф. Асминин2, Звягинцева А.В.1

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АППАРАТА ПЫЛЕОЧИСТКИ СКРУББЕР ВЕНТУРИ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ УСЛОВИЙ ТРУДА НА ПРОИЗВОДСТВАХ

Описаны и систематизированы принципы работы систем пылеочистки, применяемые в настоящее время на производствах с целью улучшения условий труда. Рассмотрены принципы работы аппаратов для очистки газов от пыли с помощью мокрого метода. Выявлены способы повышения эффективности аппаратов, использующих мокрую очистку газов от пыли, недостатки существующих конструкций. Как физическая модель разработана конструкция аппарата для очистки газов от пыли с повышенной эффективностью скруббер Вентури разборный с внутренней обработкой поверхности. Обсуждаются пути дальнейшего совершенствования конструкции и ее применения.

Ключевые слова: физическое моделирование, аппарат для очистки газов, мокрые методы очистки, скруббер Вентури, эффективность пылеочистки.

В современных условиях интенсивно развиваются технологии промышленного производства и увеличиваются объемы производств, влекущие за собой необходимость совершенствования технических средств для улучшения условий труда в рабочих зонах, а также в целом обеспечение безопасности труда и экологической безопасности. Многие производственные процессы происходят с выбросами промышленной пыли, оказывающей негативное воздействие на работников, задействованных на производстве.

Пылью называют мелкие части твердых веществ, находящихся в воздухе во взвешенном состоянии. На наличие и количество пыли, находящей в воздухе рабочих помещений, влияет характер и организация технологического процесса, степень герметичности оборудования, наличие или отсутствие вентиляционных установок, эффективность их работы. Производственная пыль является достаточно распространенным опасным и вредным производственным фактором [1].

Что касается неблагоприятного воздействия пыли на организм человека, то оно оказывает значительное влияние на здоровье и может стать причиной возникновения серьезных заболеваний.

Обеспечение чистоты воздуха на производстве создает благоприятные условия труда, что влияет на качество и эффективность выполняемых работ. В результате сохраняется здоровье работников, приостанавливается развитие профессиональных заболеваний и обеспечивается чистота окружающей среды.

Цель работы - разработка конструкции аппарата с повышенной эффективностью пылеочистки. Задачи: систематизация принципов работы существующих пылеулавливающих аппаратов, выявление их недостатков и способов повышения их эффективности.

Работа выполнена с учетом предписаний нормативной и научной литературы, на основе произведенного патентного поиска. По результатам патентного поиска с целью усовершенствования конструкции, выбрано устройство для очистки газов типа трубы Вентури в соответствии с патентом RU 2413571 C1, кл. B01D 47/10, 2009 г.

На многочисленных производствах осуществляют борьбу с пылью. С целью уменьшения воздействия пылей на здоровье работающих на производствах, проводят профилактику профессиональных заболеваний. На предприятиях традиционно реализуют комплекс мероприятий, способствующих снижению опасного воздействия пыли на здоровье людей в рабочих зонах [2].

_________________________________

© Иванова В.С., Николенко С.Д., Сазонова С.А., Мозговой Н.В., Асминин В.Ф., Звягинцева А.В., 2019

208

К наиболее часто используемым в таких случаях технологическим мероприятиям относят организацию приточно-вытяжной или вытяжной вентиляции и местных вентиляционных отсосов. При использовании таких способов пыль удается удалять в непосредственной близости к местам пылеобразования.

Необходимо отметить, что атмосфера обладает способностью к самоочищению. Данный процесс возможен в связи с тем, что пылевые частицы вымываются осадками, а на поверхности земли пылевые частицы поглощаются некоторыми видами растений.

Однако, в настоящее время процессов естественного самоочищения атмосферы уже недостаточно. Это связано с наличием большого количества промышленных загрязнений, а также со стремительным увеличением их количества.

Из-за загрязнения воздуха происходит повышение скорости коррозии железа в промышленных городах в 3 раза быстрее, чем в городах, в которых промышленность развита слабо. При сравнении с сельской местностью выявляется превышение загрязненности в 20 раз. Из-за содержания вредных веществ в воздухе требуется постоянная очистка и окраска таких материалов как дерево, хлопок, кожа и т.д., а это дополнительные расходы для экономики.

Для уборки территорий выгрузки транспорта и переработке сыпучих материалов требуются дополнительные непроизводительные затраты труда.

Проведенные исследования показывают, что общая запыленность атмосферного воздуха за последние пятьдесят лет значительно возросла.

Степень очистки воздуха от пыли различается на грубую, среднюю и тонкую. Степень очистки выбирается в зависимости от количества содержащейся в воздухе пыли, ее дисперсного состава, а так же целесообразности возврата пыли производство.

Источники вредных выбросов на производстве разделяются на виды: стационарные (организованные и неорганизованные источники) и передвижные. На рисунке 1 показана классификация видов источников загрязнения [1].

Рис. 1. Классификация видов источников загрязнения

Процесс обеспыливания характеризуется тремя элементами: пылеулавливанием, пылеочисткой и рассеиванием пыли [3].

На практике применяют большое количество аппаратов пылеочистки, которые отличающихся друг от друга по принципу действия и по конструкции, что существенно затрудняет проведение их точной классификации.

Наиболее полная классификация аппаратов для пылеочистки строится на использовании способов обеспыливания. На рисунке 2 приведена классификация пылеулавливающих аппаратов [1].

209