Цели. Формализованная задача оптимального проектирования систем ректификационных колонн относится к классу задач дискретно-непрерывного нелинейного программирования. Дискретными поисковыми переменными являются число тарелок в укрепляющей и исчерпывающей частях колонн, а непрерывными – режимы работы колонн. Цель работы – разработать алгоритм и программный комплекс оптимального технологического проектирования системы простых тарельчатых ректификационных колонн по критерию суммарных приведенных капитальных и энергетических затрат на основе строгих математических моделей ректификации.

Методы. Решение поставленной задачи базируется на методе ветвей и границ. Компьютерная модель системы ректификационных колонн построена в среде программного комплекса Aspen Hysys. В качестве модели ректификации использован модуль Inside-Out. Разработанный алгоритм реализован в программной среде математического пакета Matlab. Для решения задачи условной оптимизации использован модуль, основанный на методе последовательного квадратичного программирования. Взаимодействие программной надстройки, построенной в Matlab, c Aspen Hysys реализовано c помощью COM-интерфейса.

Результаты. Разработаны подходы к получению нижних и верхних границ критерия оптимальности и способ ветвления при реализации метода ветвей и границ. Разработан алгоритм оптимального проектирования ректификационной колонны заданной топологии на основе метода ветвей и границ. В математическом пакете Matlab создан программный комплекс, реализующий предложенный алгоритм и интегрированный с универсальной моделирующей программной AspenHysys.

Выводы. Разработан алгоритм и реализован программный комплекс, позволяющий автоматизировать процесс проектирования систем ректификационных колонн и интеграцию с передовыми пакетами математического программирования. Работоспособность алгоритма и программного комплекса апробирована на примере оптимального проектирования колонны дебутанизации.

Цели. В последние годы прослеживается тенденция увеличения в общем объеме добываемой нефти высоковязких, тяжелых нефтей, переработка которых требует новых технологических подходов. Эта задача тесно связана с необходимостью повышения глубины переработки нефти. Среди подходов, предлагаемых для решения отмеченных задач, встречается метод механохимической активации, который основан на использовании эффекта кавитации, создаваемого ультразвуковым или гидродинамическим способами. Цель работы заключалась в исследовании возможности использования эффекта кавитации для повышения глубины переработки нефти.
Методы. В качестве сырья использовались прямогонные и «вторичные» нефтепродукты: вакуумный газойль, газойль каталитического крекинга, мазуты. Активация проводилась в дезинтеграторе высокого давления, принцип действия которого заключался в сжатии нефтепродукта с последующим его пропусканием через диффузор. При этом происходил резкий «сброс» давления до атмосферного, и в гидродинамическом потоке возникало явление кавитации. Градиент давлений на диффузоре варьировался от 20 до 50 МПа, а количество циклов обработки от 1 до 10. Определение плотности, коэффициента рефракции и фракционного состава нефтепродуктов осуществлялось с использованием стандартных и общепринятых методов.
Результаты. В работе представлены результаты влияния механохимической активации нефтепродуктов на изменение их физико-химических характеристик. Показано, что повышение градиента давлений и числа циклов обработки приводит к снижению температур начала кипения нефтепродуктов, их плотности и увеличению выхода фракций, выкипающих до 400 °C. Выход фракции с температурами кипения 400–480 °C и остатка при этом снижается. Отмечено снижение плотности и показателя преломления фракций с температурами кипения до 480 °C и повышение плотности остатка. Установлено, что эффект от явления кавитации (увеличение выхода фракций с температурами кипения до 400 °C, снижение плотности нефтепродукта) возрастал при увеличении градиента давлений и количества циклов обработки.
Выводы. Показано, что увеличение давления от 20 до 50 МПа и количества циклов гидродинамической кавитации способствует большему изменению плотности, температуры начала кипения и выхода фракций. Установлено, что повышение числа циклов обработки свыше 5 нецелесообразно. Отмечено, что с увеличением исходной плотности нефтепродукта эффективность воздействия возрастает. По плотностям и температурам кипения отдельных фракций нефтепродуктов оценена средняя молекулярная масса этих фракций. Расчет подтвердил предположение о протекании реакций крекинга нефтепродуктов под воздействием кавитации и свидетельствует о протекании процессов уплотнения.

Цели. Синтез и изучение свойств сополимеров винилбензилового спирта (ВБС) со стиролом, обладающих антимикробными свойствами.
Методы. В работе использованы такие методы как ИК- и ЯМР-спектроскопия, тонкослойная хроматография, вискозиметрия и элементный анализ. Краевые углы смачивания и твердость пленок определяли методом сидячей капли и «методом карандаша», соответственно. Метод испытаний стойкости пленочных покрытий к воздействию плесневых грибов заключался в заражении пленочных покрытий, нанесенных на стекла, спорами плесневых грибов Всероссийской коллекции микроорганизмов в растворе минеральных солей без сахара (среда Чапека-Докса).
Результаты. В работе синтезированы гомополимеры винилбензилацетата и его сополимеры со стиролом. Их омылением получены гомо- и сополимеры ВБС. Состав сополимеров определен ИК- и ¹H ЯМР-спектроскопией. Степень омыления контролировали ИК-спектроскопией по появлению полосы поглощения гидроксильной группы и исчезновению полосы поглощения сложноэфирной группы. По данным ИК-спектроскопии в омыленных сополимерах остается лишь незначительное (~3%) количество сложноэфирных групп. Показано влияние состава сополимеров на их растворимость в растворителях различной природы. ИК-спектроскопией сополимеров показано образование водородных связей между непрореагировавшими сложноэфирными группами и образовавшимися в результате омыления гидроксильными группами. Этот вывод подтвержден вискозиметрией растворов смесей омыленного и неомыленного сополимеров, растворов смесей омыленного сополимера с поливинилацетатом и вискозиметрией омыленных сополимеров в растворителях различной природы. Концентрация этих связей зависит от состава сополимера и может регулироваться природой растворителя, из которого формируются пленки этих сополимеров. Из растворов омыленных сополимеров формируются гладкие прозрачные пленочные покрытия с высокой адгезией к поверхностям металлов и силикатного стекла. Краевой угол смачивания этих пленок, как и твердость, уменьшается с увеличением концентрации в сополимерах звеньев ВБС и зависит от полярности растворителя, из раствора в котором сформированы пленки. Показано, что увеличение концентрации звеньев ВБС приводит к подавлению роста микроорганизмов.
Выводы. Показано, что пленочные покрытия из сополимеров стирола с ВБС обладают высокой биоцидной активностью по отношению к плесневым грибам и могут быть использованы для защиты конструкционных материалов и изделий из них от воздействия микроорганизмов.

Цели. В работе приводятся данные по разработке и изучению структурных свойств полученных плазмохимическим методом наночастиц кремния nc-Si/SiO_x/Fe, легированных железом. Цель работы – исследование свойств наночастиц кремния, легированных железом, комплексом аналитических методов и их стабилизация цитрат-анионами для применения в диагностике методом магнитно-резонансной томографии и лечении онкологических заболеваний.
Методы. Наночастицы кремния, полученные плазмохимическим методом синтеза, были охарактеризованы лазерно-искровым эмиссионным методом, методом атомной эмиссионной спектроскопии, Фурье-ИК-спектроскопией, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией. Гидродинамический диаметр наночастиц оценивали методом динамического светорассеяния. Исследование токсичности наночастиц проводили с помощью колориметрического МТТ теста на метаболическую активность клеток. В исходное сырье при загрузке добавляли элементарное железо с разным атомным соотношением Fe/Si.
Результаты. Было показано, что частица имеет кремниевое ядро с аморфной оксидной оболочкой, представляющей собой оксиды кремния с разной степенью окисления SiO x (0 ≤ x ≤ 2). Содержание железа в образцах составило от 0.8 до 1.8 ат. %. Были получены и охарактеризованы коллоидные растворы наночастиц, стабилизированные цитрат-анионами. Анализ цитотоксичности модифицированных частиц нанокремния с использованием моноклонизированных клеток эритролейкоза человека К562 показал отсутствие токсичности для клеток в культуре при концентрации частиц до 5 мкг/мл.
Выводы. Полученные модифицированные частицы не обладают токсичностью, поэтому их можно рекомендовать для использования в in vivo приложениях для тераностики

Цель. Пентафтордистаннаты щелочных элементов являются перспективными материалами для практического применения в качестве электролитов во фторионных аккумуляторах за счет своих электрофизических характеристик, а именно высокой фторионной проводимости. Цель работы заключается в синтезе из раствора и рентгенографическом изучении кристаллов пентафтордистаннатов щелочных металлов MеSn₂F₅ (Mе = Na, K, Rb, Cs) и исследовании возможности получения фторстаннатов лития.
Методы. Синтезировали кристаллы из пересыщенных водных растворов. Исследование проводили методом рентгенофазового анализа (РФА).
Результаты. Получены мелкокристаллические порошки пентафтордистаннатов натрия, калия, рубидия и цезия. Исследование методом РФА синтезированных порошков показало их однофазность и соответствие составу MеSn₂F₅ (Mе = Na, K, Rb, Cs). Анализ данных рентгеновской дифрактометрии и литературных данных показал, что соединения MеSn₂F₅ (Mе = K, Rb, Cs) являются флюоритоподобными – катионы образуют трехслойную плотнейшую упаковку. Было выявлено, что RbSn₂F₅ изоструктурен KSn2F5, на основании чего выполнено переиндицирование на гексагональную ячейку: a = 7.40(3) Å, с = 10.12(6) Å (KSn₂F₅ P3, a = 7.29(3) Å, с = 9.86(2) Å). Соединение CsSn₂F₅ переиндицировано на моноклинную ячейку (a = 10.03(4) Å, b = 5.92(7) Å, c = 11.96(9) Å; β = 107.4(5)°). Проведен кристаллохимический анализ указанных пентафтордистаннатов, выявлены общие структурные мотивы, подобные лучшему фторионному проводнику – тетрафторстаннату свинца PbSnF₄, и рассмотрено влияние строения пентафтордистаннатов на ионную проводимость. В системе LiF–SnF₂ соединений не обнаружено, взаимодействие исследовали сплавлением исходных фторидов.
Выводы. Синтезированы и охарактеризованы методом РФА пентафтордистаннаты MеSn₂F₅ (Mе = Na, K, Rb, Cs). Для соединений RbSn2F5 и CsSn₂F₅ переопределены структурные характеристики. Проанализировано кристаллохимическое строение в приложении к электрофизическим свойствам пентафтордистаннатов щелочных металлов. Пентафтордистаннаты MеSn₂F₅ (Mе = K, Rb, Cs) имеют флюоритоподобный структурный мотив с приведенным параметром ячейки куба а = 5.694 Å (KSn₂F₅), a = 5.846 Å (RbSn₂F₅), a = 6.100 (CsSn₂F₅) Å, при этом катионы образуют трехслойную плотнейшую упаковку. Слои катионов чередуются в последовательности Me–Sn–Sn–Me (Mе = K, Rb, Cs) в случае KSn₂F₅ и RbSn₂F₅ перпендикулярно оси третьего порядка, а в случае CsSn₂F₅ – оси четвертого порядка.

Цели. Выявить закономерности электрохимической переработки жаропрочного сплава ЖС32-ВИ, проводимой в импульсном режиме в сернокислом электролите с концентрацией 100 г/дм3 под действием импульсного тока.
Методы. Снятие поляризационных и деполяризационных кривых с изменением длительности импульса и паузы между ними проводили с помощью электрохимического технологического комплекса ЭХК-1012 (разработан ООО ИП «Тетран»), использующего некомпенсационный способ измерения потенциала. Амплитуда импульсов тока находилась в диапазоне значений от 0 до 3.5 А (при снятии поляризационных и деполяризационных кривых), длительности импульсов изменялись от 200 до 1200 мс, пауза (задержка) между импульсами – от 50 до 500 мс, импульсы реверсивного тока отсутствовали.
Результаты. Определены параметры токовой программы, обеспечивающие максимальные значения скорости растворения сплава и выхода по току. При амплитуде импульса тока 2 А, длительности импульса тока 500 мс и продолжительности паузы между импульсами 250 мс максимальная скорость растворения сплава 0.048 г/ч·см2, при этом выход по току для никеля равен 61.6% при площади анода 10 см2. Предложена принципиальная технологическая схема переработки жаропрочного сплава ЖС32-ВИ, включающая анодное растворение сплава в импульсном режиме.
Выводы. Электрохимическое растворение сплава ЖС32-ВИ под действием импульсного тока способствует оптимальному соотношению скоростей растворения составляющих сплава, что обеспечивает получение катодного осадка с суммарным содержанием никеля и кобальта 97.5%.

 Г.Я. Кабо, Л.А. Кабо, Л.С. Карпушенкова, А.В. Блохин
Тонкие химические технологии = Fine Chemical Technologies. 2021;16(4):273–286 

 Оригинальная статья может быть найдена https://doi.org/10.32362/2410-6593-2021-16-4-273-286