Сборник 70 студ конференции БГТУ

551

Вторичными энергоресурсами называют энергоресурсы, получаемые в виде побочных продуктов производства.

Выработка электроэнергии на утилизационных электростанциях является достаточно выгодной и интересной идеей, как для стран с небольшими запасами горючей энергией, так и для богатых нефтью стран. Ведь данная технология сильно увеличивает коэффициент полезного действия всей электростанции, снижая затраты на топливо, также на утилизационных станциях может решаться одна из экологических проблем, выброс уходящих газов, например, с промышленного котла, можно использовать второй раз, дым, как источник тепла для производства.

Рассмотрим наиболее приемлемые варианты получения энергии из вторичных источников на примере альтернативных источников энергии.

Полезная модель утилизационной электростанции относится к области производства электроэнергии нетрадиционными методами, а конкретнее, к устройствам, использующим биометан, вырабатываемый из продуктов жизнедеятельности человека, животных, птиц, для производства электроэнергии и может найти применение в агропромышленных комплексах для производства электроэнергии. К недостаткам данной электростанции можно отнести низкую степень утилизации отходов, что снижает эффективность работы установки.

Новая технология производства электроэнергии из геотермальных источнико может быть использована для утилизации избытков углекислого газа в коре земной поверхности. Геотермальная электростанция обычно требует огромные объемы воды, которая играет роль теплоносителя, закачиваемого под землю для генерации водяного пара, приводящего в движение лопасти турбин генераторов. Суть идеи – вместо воды использовать в качестве рабочего тела углекислый газ, который частично будет адсорбироваться грунтом в процессе работы. CO2 под высоким давлением в «сверхкритическом» состоянии закачивается под землю.

Разогретый газ возвращается на поверхность и через теплообменник используется для генерации электроэнергии. После этого газ снова сжимается и отправляется «на работу» к неисчерпаемому источнику тепла. После каждого цикла часть углекислого газа неизбежно и надолго остается глубоко под поверхностью земли».

Новая технология хороша не только тем, что является углеродноотрицательным методом получения энергии, но и расширяет возможности использования геотермальной энергетики в засушливых регионах, сохраняя еще один бесценный природный ресурс – пресную воду.

Сегодня в различных отраслях промышленности, так же можно использовать утилизационные электростанции для выработки дополнительной энергии.

Так, на металлургических заводах можно использовать утилизационные бескомпрессорные газовые турбины (ГУБТ), которые работают на колошниковом газе доменных печей. Предназначены для выработки электроэнергии за счет использования перепада давления газа под

552

колошником и давления в общезаводском коллекторе колошникового газа, по которому газ поступает к потребителям. Практически без затрат топлива позволяет возвратить до 40 % энергии, затрачиваемой на доменное дутье. ГУБТ легко встраивается в технологический цикл как вновь вводимого, так и действующего доменного оборудования. Фактически развиваемая турбиной мощность зависит от режима работы доменной печи и определяется расходом и давлением проходящего через турбину газа.

Конструкция турбины позволяет сформировать проточную часть, работающую на газе от двух доменных печей, что обеспечивает сокращение капитальных затрат при сооружении газотурбинной расширительной станции.

Следует отметить, что особенностью утилизационных электростанций (УЭС) является полная зависимость их работы от основного технологического процесса промышленного предприятия. Если на теплоэлектростанциях производство электроэнергии является основным производством, то утилизация энергии пара или газа на промышленном предприятии — задача второстепенная. Типовые решения для крупных электростанций неприменимы к системам электроснабжения промышленных предприятий с генераторами УЭС, режим работы и допустимость перегрузки которых напрямую зависят от технологических процессов основного профиля промышленного предприятия.

В завершении хочу сказать, что выработка электроэнергии на утилизационных электростанциях является перспективной отраслью для всего человечества, нефтегазовые запасы к сожаленью не бесконечны, а о решении подобных проблем мы должны задумываться уже сейчас. Это достаточно новая отрасль и есть где “разгуляться” в плане идей тысячам заинтересованных учёных.

Работа выполнена под руководством доц. каф. «Безопасность жизнедеятельности и химия» Е.В. Удовенко

А. А Шмиголь ГМО – СПАСЕНИЕ ИЛИ УГРОЗА?

Объект исследования: генетически модифицированный организм(ГМО). Результаты, полученные лично автором:проанализированы общемировые данные о влиянии ГМО на здоровье населения и состояние

окружающей среды.

Генетически модифицированный организм (ГМО) – организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии.

Миллионы людей по всему миру каждый день потребляют пищу, содержащую ГМО, несмотря на то, что её безопасность для здоровья не оценивалась в необходимом объёме и последствия её потребления не изучены.

553

Самая главная проблема российского потребителя состоит в отсутствии возможности и права выбора той продукции, которую он предпочитает. Так как маркировка «содержит ГМО» на товарах практически не ставится, на данный момент избежать употребления ГМО в пищу почти невозможно.

Цель данного проекта: изучениепроблемы возможного влияния ГМО на здоровье населения и состояние окружающей среды.

Практически все исследования в области безопасности ГМО финансируются заказчиками –зарубежными корпорациями «Монсанто», «Байер». На основании именно таких исследований лоббисты ГМО утверждают, что ГМ – продукты безопасны для человека. Однако, это не внушает доверия независимым экспертам и общественности из – за очевидной предвзятости таких исследований. Предпочтительным подходом корпораций – разработчиков к тестированию ГМ – продуктов на безопасность для здоровья человека являются маломасштабные кратковременные испытания на животных. Зачастую, именно на их основании ответственными организациями и должностными лицами принимаются важные решения.

Результаты независимых исследований многих отечественных и зарубежных учёных (И. В. Ермаковой, Ж. – Э. Сералини) указывают на достоверное негативное влияние ГМ – продуктов на здоровье мышей, проявляющееся внарушении репродуктивной функции, задержке роста и развития, появлении злокачественных опухолей. Эту проблему необходимо исследовать, прежде чем внедрять ГМ – продукцию в массовое потребление человеком.

В России не выдано ни одного разрешения на коммерческое выращивание ГМ – культур, таким образом, всё сырьё, содержащее ГМкомпоненты, на российский рынок поставляется из – за рубежа.

Чаще всего модифицируют сою - 80%, кукурузу - 70%, картофель - 60%, рис - 50%, свеклу - 30%. Ежегодный прирост площадей под посевы ГМО составляет 10 млн. га. Основные мировые производители продукции, содержащей ГМО по данным на 2006 г.: США – 68%, Аргентина – 11,8%, Канада – 6%, Китай – 3%.

Эта проблема очень глобальна, поскольку затрагивает жизнь и здоровье большинства граждан. Производство качественной, безопасной и экологически чистой продукции должно стать приоритетным направлением для России.

Работа выполнена под руководством проф. каф. «БЖДиХ» А. В. Корсакова

К. О. Шуршалова ВЛИЯНИЕ ФАСТФУДА НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Объект исследования: влияние еды быстрого приготовления на организм человека и его последствия.

Результаты, полученные лично автором: проведён анализ состава продуктов фастфуда, выявлены последствия в употреблении продуктов

554

быстрого питания для здоровья человека, систематизированы знания о возможных решениях смягчения вреда для организма.

Фастфуд - общее название, данное любой пище, которую можно быстро приготовить и подать клиенту. Это пища, которая может продаваться как в ресторанах, кафе, закусочных, так и в магазинах.

Еще в древнем Риме на торговых площадях торговали лепешками с овощами, сыром и жареным мясом. Лепешки использовались в качестве съедобных тарелок, и посетители базаров были избавлены от необходимости вытирать руки о тоги и туники. С течением времени человечество становилось все изобретательнее. Но настоящего процветания система быстрого питания достигла с появлением сети ресторанов Макдоналдс.

Рассмотрим некоторые особенности системы быстрого питания. 1.Калории. Типичный обед в кафе быстрого питания утолит голод и

обеспечит вам больше половины калорий, необходимых для нормальной жизнедеятельности. Но полезно ли это.

2.Жиры. Повышают уровень холестерина в крови человека, приводят к ухудшению обмена веществ, вредно действуют на сердце, печень и другие органы человека. Они часто повышают уровень онкологических заболеваний.

3.Соль. Очень вредна для сердца, почек.

4.Пищевые добавки. Диоксиды, консерванты и липиды. Пользы для здоровья от них мало.

5.Пищеварение. Употребление пищи на ходу не позволяет тщательно пережевывать пищу, как это надо для лучшего пищеварения.

Рассмотрим последствия употребления фастфуда.

Стремительный набор веса, инфаркты и диабет, все чаще встречающиеся у европейцев, побудили диетологов изучить состав и калорийность наиболее популярных блюд быстрого питания. Ученые пришли к неутешительному заключению: всего в одной порции фастфуда содержится дневная норма жиров.

Любитель перекусить на ходу в несколько раз повышает риск возникновения инфаркта и гарантирует себе через десять лет такого питания возникновение сердечно-сосудистой патологии. Дело в том, что жир, содержащийся в фастфуде, состоит преимущественно из насыщенных жирных кислот, которые при попадании в организм откладываются на стенках сосудов и способствуют развитию атеросклероза, а также повышению уровня холестерина в крови.

Причем особо опасны продукты окисления жира, возникающие после его обжаривания. Эти вещества повреждают мембраны клеток сердца, печени

исосудов, изменяют состав крови и нарушают липидный обмен, что, в конечном итоге, приводит к поражению сердечно-сосудистой системы.

Еще одним риском для людей, регулярно питающихся фастфудом, называют необратимые изменения в печени.

Исследования ученых из Принстонского университета в Нью-Джерси показали, что продукты быстрого приготовления вызывают у человека зависимость сродни наркотической. Доктор Джон Хебель выявил, что

555

питание жирными и сладкими продуктами активизирует выработку вещества допамина, которое связано как с ощущением удовольствия, так и с чувством сильнейшего влечения к чему-то. Например, подопытные крысы, выбиравшие между жирной и сладкой пищей и нормальным, сбалансированным питанием, отказывались от привычной для них еды и переходили на фастфуд.

Рассмотрим возможные варианты уменьшения вреда от блюд быстрого приготовления.

Полностью исключить вредное влияние блюд быстрого питания невозможно, но можно хотя бы постараться уменьшить вред для своего здоровья. Для этого старайтесьвыбирать фастфуды, где выполняются санитарные нормы и используются качественные продукты. Тщательно выбирайте и сами блюда, считайте калории.

Не употребляйте блюда с повышенным содержанием жиров, соли, пейте только напитки без применения сахара и различных красителей. Старайтесь посещать заведения быстрого питания реже. Посетив его, заказывайте небольшие порции, старайтесь есть больше овощных и фруктовых салатов, которые в избытке предлагают многие "правильные" фастфуды, не спешите, тщательно пережевывайте пищу. Используя такие советы, можно значительно уменьшить вред от еды быстрого приготовления.

Работа выполнена под руководством асс.кафедры «Безопасность жизнедеятельности и химия»Е. С. Зябловой

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Е. А. Буданова

КОНТОРОЛИРУЕМЫЕ АТМОСФЕРЫ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЯ

Объект исследования: контролируемые атмосферы в термических печах.

Результаты, полученные лично автором: проанализированы теоритические и практические аспекты получения оптимального состава контролируемой атмосферы, способы ее контроля и методы приготовления.

Контролируемая атмосфера, состоящая из одного или нескольких газов, оказывает направленное контролируемое воздействие на поверхностный слой металлов и сплавов в процессе их термической обработки. При взаимодействии поверхности стали с окружающей ее в печи газовой средой происходит окисление, обезуглероживание или цементация.

556

Состав газовой атмосферы должен обеспечить выполнение требований к поверхностному слою изделия.

По характеру взаимодействия с обрабатываемыми металлами и сплавами контролируемые атмосферы делятся на нейтральные (N2, Ar, He), восстановительные (H2, CO), окислительные (O2, CO2и H2O), науглероживающие (CH4и СО), обезуглероживающие (CO2, H2, H2O), специальные для азотирования (NH3), нитроцементации (NH3 и науглероживающие газы), хромирования, борирования и пр.

Из газов, противоположно взаимодействующих с нагретыми металлами, можно составить необходимые для данных условий и требований смеси (например, обезуглероживающие и науглероживающие и др.)

Анализ имеющихся сведений показал, что для определения состава атмосферы применительно к условиям термообработки разработаны теоретические кривые равновесия реакции взаимодействия металла с газовой средой. Эти кривые позволяют в зависимости от концентрации газов (O, CO2, CO, H2O, Н2, СН4) определить окислительную или восстановительную области для железа и стали при различных температурах. Пользуясь этими кривыми, можно определить равновесные составы газовых сред, которые не взаимодействуют с углеродистыми сталями (не окисляют и не обезуглероживают их при температуре термообработки). Однако теоретические кривые построены для чистых железоуглеродистых сплавов, дают достаточно точные результаты применительно к технологическим сортам стали и мало пригодны по отношению к легированным сталям. Поэтому на практике пользуются эмпирическими кривыми равновесия печной атмосферы с углеродистой сталью.

Оптимальный состав контролируемой атмосферы достигается регулированием углеродного потенциала за счет изменения содержания одного из обезуглероживающих газов – Н2О и СО2. Наиболее надежным способом регулирования углеродного потенциала печной атмосферы являются контроль влажности атмосферы по точке росы.

Для получения контролируемой атмосферы применяют аммиачные, углероводородные, азотные, водородные и др. установки.

Аммиачные установки служат для получения контролируемой атмосферы из азота и водорода при расщеплении аммиака.

В углеводородных эндогазовых и экзогазовых установках в качестве сырья чаще всего используют природный газ, состоящий в основном из метана.

Эти установки применяются для получения защитной атмосферы, содержащей СО и Н2, которые образуются при неполном сгорании метана при недостатке воздуха. При коэффициенте расхода воздуха n=0,25…0,28 реакция является эндотермической, а продукты горения называются эндогазом. Его состав: 20,5%СО, 41%H2, до 1% CO2 и CH4, 0,4…1,3%H2O,

остальные азот. Эндогаз обычно прямо направляют в печь.

Экзогазовые установки подразделяются на два типа в зависимости от необходимого состава защитного газа – для богатого и бедного экзогаза.

557

При n=0,55…0,6 реакция становится экзотермической, а продукты горения называются экзогазом. В экзогазе, полученным при n=0,55…0,6, содержится еще достаточное количество H2 и СО, и его называют богатым экзогазом.Окончательный состав богатого экзогаза направляемого в печь,

следующий: 5%CO2, 1% H2O, 14% CO, 18% H2, остальное N2.

При n=0,8…0,9 в экзогазе содержится незначительное количество H2 и СО2 и он называется бедным экзогазом.Установка для получения бедного экзогаза снабжены блоком очистки CO2и H2O. В очищенном экзогазе содержится 3…4% CO, 3…4%H2, менее 0,1% H2O и остальное N2/

Эндогенный газ используется также в качестве газа-носителя при создании атмосферы для цементации. В качестве добавок к газу-носителю используют углеводородные газы (чаще всего природный газ).

При создании атмосферы для нитроцементации используют смесь эндогаза, природного газа и аммиака.

Аргоновую атмосферу получают путем сжатия, сжижения и разделения воздуха. Аргон полностью нейтрален и его применяют при термической обработке специальных сортов коррозионностойкой и инструментальных сталей. Применение аргона обязательно при отжиге и других видах термической отработки титана, тантала, циркония и их сплавов. При применении аргона должна быть обеспечена герметизация печного пространства, так как попадание в печь даже небольшого количества кислорода резко снижает качество термической обработки.

Установки для получения контролируемых атмосфер постоянно совершенствуются.

Таким образом, рассмотренные материалы показывают пути выбора и создания контролируемой атмосферы, для приведения термически обеспечивающей выполнение требований к поверхностному слою изделия.

Работа выполнена под руководством проф. кафедры «Машиностроение и материаловедение» В.И. Хенкина

А.В. Галчинская ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПОСЛЕ ОТПУСКА СТАЛИ

Объект исследования: отпуск закаленной стали.

Результаты, полученные лично автором: рассмотрены стадии превращений, изменения структур и свойств после отпуска стали.

Отпуском называется нагрев закаленной стали до температур ниже критической точки Ас1 выдержка при этой температуре с последующим охлаждением (обычно на воздухе). Отпуск является окончательной термической обработкой.

После быстрого охлаждения с критическими скоростями в стали содержаться мартенсит и остаточный аустенит, представляющие типичную структуру закаленной стали. Данные фазыявляются метастабильными. При нагреве они переходят в более стабильное состояние, распадаясь на ферритно-цементитнуюсмесь. Поскольку этот распад определяется

558

диффузией компонентов стали, особенности его протекания будут зависеть от температуры. Фактически, можно выделить четыре типа превращений, каждое из которых протекает в определенном интервале температур.

Первое превращение заключается в двухстадийномраспаде мартенсита. На первой стадии, при температурах до 150°С, происходит выделение из α - твердого раствора (мартенсита) углерода в виде частиц ε-карбидов с гексагональной решеткой (FехС - предположительно Fе2С). Процесс зарождения карбидов начинается в районах структуры с повышенной концентрацией углерода. Источником углерода при образовании карбидов является α-фаза, т.е. мартенсит. Поэтому концентрация углерода в участках мартенсита, окружающих частицы карбидов, резко уменьшается, в то время как в более удаленных участках она сохраняется исходной.

После низкотемпературного отпуска в стали присутствуют, кроме ε- карбидов, два типа мартенсита - низко- и высокоуглеродистый. Образование ε-карбидов вместо более стабильного цементита Fе3С обусловлено тем, что сопряжение решеток α-фазы и ε-карбида наилучшее. Они когерентно связаны между собой. Поэтому образование критического зародыша ε-карбида более вероятно по сравнению с цементитом Fе3С.

На этой стадии отпуска аустенит в структуре сохраняется и изменений не претерпевает. На второй стадии распада мартенсита, протекающей при 150-350°С, в условиях возросшей подвижности атомов углерода, продолжается выделение карбидов. Одновременно происходит их укрупнение и превращение ε-карбидов в цементит. В конечном счете при температуре около 350°С содержание углерода в α-фазе становится близким к равновесному, а степень тетрагональности(с/а) - к единице. Структуру, которую получают в результате отпуска ниже 350°С, называют мартенситом отпуска. От мартенсита закалки мартенсит отпуска отличается меньшей концентрацией в нем углерода, включением дисперсных ε-карбидов, когерентно связанных с решеткой мартенсита и имеющих форму тонких пластинок. В результате распада мартенсита при отпуске егообъемуменьшается.

Второе превращение при отпуске связано с распадом остаточного аустенита. Температурный интервал этого превращения сильно зависит от марки стали и колеблется в широких пределах: от 200-300°С при отпуске высокоуглеродистых и некоторых легированных среднеуглеродистых сталей до 500-600°С для высоколегированных сталей. Остаточный аустенит превращается в нижний бейнит, т.е. структуру, состоящую из низкоуглеродистого мартенсита и частиц карбидов. Эта структура аналогична структуре, образующейся при тех же температурах при отпуске закаленного мартенсита.

Третье превращение протекает при 300-450°С. На этой стадии завершается выделение углерода из мартенсита, и тетрагональная структура переходит в феррит. Кроме того, завершается карбидное превращение, приводящее к полному переходу ε-карбид (FexC) Fe3С. Когерентность решеток феррита и карбида нарушается и происходит обособление фаз.

559

Полученная в результате отпуска при 300-450°С структура представляет дисперсную ферритно-цементитную смесь, по свойствам и морфологии соответствующая трооститу отпуска.

При нагреве выше 450°С интенсифицируются процессы сфероидизации и коагуляции карбидов. Это четвертое превращение при отпуске стали. Очень тонкая феррито-цементитная структура - троостит отпуска при 500600°С превращается в более грубую - сорбит отпуска. Форма ферритных зерен также становится более равноосной. При температурах 650-700°С, близких к критической точке Ас1, сорбит отпуска превращается в еще более грубую структуру, получившую название перлит отпуска или зернистый перлит (зернистый цементит).

Таким образом, изменяя температуру отпуска закаленной стали, можно получать различные структуры - от мартенсита до перлита и управлять свойствами стали. Образование зернистых структур способствует повышению предела текучести, ударной вязкости и улучшению других свойств стали. Во время отпуска происходит снятие внутренних напряжений.

Работа выполнена под руководством доц., каф. «Машиностроение и материаловедение» К.В. Макаренко

С.С.Лаврик ВРЕДНЫЕ ВЫБРОСЫ ГАЗОВ И ПЫЛИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

ВАГРАНОК И СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ВАГРАНОЧНЫХ ГАЗОВ

Объект исследования: очистка ваграночных газов.

Результаты, полученные лично автором: проанализированы химический состав ваграночных газов и пыли, способы очистки ваграночных газов, применяемые газоочистные устройства и их возможности.

Работа вагранок сопровождается значительными выбросами вредных газов и пыли.

Колошниковые газы коксовых вагранок характеризуются следующим химическим составом, об. %: СО2 5,2…16; СО 5,5…24; H2O до 1,2; SO2 0,025…0,5; H2 0,5…0,7; О2 0,4…1,3.В незначительных количествах в газах содержится SO3, NO, пары масел и пр.Состав колошниковых газов зависит от типа вагранки, качества кокса, его расхода, интенсивности и температуры дутья, состава шихты.

Количество пыли, выбрасываемой вагранками, зависит от технологических параметров их работы. Концентрация пыли в отходящих ваграночных газах колеблется в диапазоне 2…7 г/м3, кратковременно увеличиваясь до 12…20 г/м3. Химический состав ваграночной пыли зависит от состава металлозавалки, топлива, условий работы вагранки и в среднем он составляет, мас. %: С около 50; SiO2 20…45; CaO 2…12; Al2O30,5…0,6; MgO0,5…4,0; (FeO+Fe2O3) 10…36; MnO 0,5…2,5. Дисперсность ваграночной пыли колеблется в широких пределах, причём содержание частиц размером

560

менее 5 мкм составляет 10…20%. Пыль с такими размерами наиболее опасна для здоровья человека.

Для очистки ваграночных газов применяются различные газоочистительные аппараты. В них производится очистка газов от пыли, COи SO2.

Очистка газов от пыли производится в сухих и мокрых пылеуловителях.

Сухой способ улавливания частиц пыли основан на инерционном осаждении их в пылеуловителях путём изменения направления движения газов, уменьшения скорости их движения, создания искусственных препятствий и т.д. К аппаратам сухой очистки относятся пылеосадительные камеры, инерционные пылеуловители, циклоны. Их часто используют в качестве первой ступени очистки перед более эффективными газоочистительными аппаратами. Рукавные фильтры применяют для тонкой очистки газов от мелкой и сухой пыли. Эти фильтры непригодны для очистки горячих газов, температура которых превышает температуру разрушения ткани, а также для агрессивных газов, разрушающих ткань.

Для тонкой очистки газов от мелкодисперсной пыли используют мокрые пылеочистители ( пенные пылеуловители, центробежные скрубберы, скрубберы Вентури и др. ), а также электрофильтры. Мокрые пылеочистители применяются в тех случаях, когда допустимо охлаждение газов.

Некоторые усреднённые характеристики газоочистительных аппаратов приведены в таблице.