Цели. Исследовать возможность разделения смеси гидроксиацетон–фенол (составляющей смеси производства фенола кумольным методом) в схемах, базирующихся на использовании специальных приемов ректификации: добавлении разделяющих агентов, повышающих относительную летучесть компонентов исходной смеси, и варьировании давления в колоннах.

Методы. В качестве метода исследования применялся вычислительный эксперимент в среде программного комплекса Aspen Plus®. Математическое моделирование равновесия жидкость–пар проводилось с использованием модели локальных составов Non-Random Two Liquid. Адекватность последнего подтверждена сравнением экспериментальных и расчетных данных о фазовом равновесии, данных об азеотропии; средняя относительная ошибка не превышала 3%.

Результаты. В вычислительном эксперименте определена зависимость состава и температуры кипения азеотропа гидроксиацетон–фенол от давления (при увеличении давления азеотроп обогащается фенолом), показана возможность использования комплекса колонн, работающих под разным давлением, для разделения смеси (сдвиг азеотропа составляет порядка 9%). Исследовано изменение относительной летучести пары компонентов исходной смеси в присутствии тяжело(диэтиленгликоль) и легкокипящего (ацетон) разделяющего агента. Оба растворителя являются селективными агентами для процессов экстрактивной и реэкстрактивной ректификации. Предложены три принципиальные технологические схемы разделения, содержащие две ректификационные колонны.

Выводы. Определены статические параметры работы колонн (число теоретических тарелок, номера тарелок подачи исходной смеси и разделяющего агента, флегмовое число) и энергозатраты (суммарные нагрузки на кипятильники колонн) трех схем разделения, обеспечивающие получение продуктов заданного качества (не ниже 0.99 мол. долей). Наименьшими энергозатратами характеризуется схема с диэтиленгликолем. Для дальнейшей оптимизации рекомендованы комплексы экстрактивной и реэкстрактивной ректификации. Последняя позволяет вовлечь в технологический цикл второй продукт кумольного производства – ацетон.

Цели. Изменения свойств воды, вызванные различными факторами, такими как давление или температура, могут объясняться только структурными изменениями воды. Ученые исследуют изменения свойств воды, происходящие исключительно из-за различных физических раздражителей и без добавления каких-либо веществ. Примерами таких раздражителей являются акустическое и тепловое воздействие, изменение давления, встряхивание, интенсивная вибрационная обработка с последующим разведением, вихревое перемешивание, образование пузырьков и т.д.

Целью данного обзора является обобщение имеющихся данных о том, как вышеуказанные процессы влияют на физико-химические и биологические свойства воды и водных растворов.

Результаты. Показано, что нагрев делает воду менее сжимаемой и снижает растворимость воздуха в воде, а охлаждение повышает ее вязкость. Акустическое воздействие приводит к тому, что структура воды становится крупнозернистой, что сопровождается увеличением количества крупных кластеров, рН и температуры внутри кавитационного пузыря. Высокое давление способствует увеличению таких физических свойств воды, как вязкость, самодиффузия и сжимаемость. Для воды, обработанной пузырьками, происходят изменения времен спин-спиновой и спин-решеточной релаксации, образуются активные формы кислорода, а также наблюдается повышенная растворимость газов в жидкостях наряду со снижением вязкости. Вихревой технологический процесс приводит к увеличению электропроводности воды и снижению вязкости. Интенсивная вибрационная обработка и процессы разбавления приводят к изменению некоторых характеристик воды, таких как электропроводность, концентрация растворенного газа, скорость ультразвуковой волны, рН, поверхностное натяжение, диэлектрическая проницаемость и спектральный отклик. В работе также представлены данные, подтверждающие биологические эффекты различных типов упомянутой физической обработки растворов.

Выводы. Данный обзор показывает, что физическая обработка воды может вызывать изменения как физико-химических, так и биологических свойств воды и водных растворов.

Цели. Определение физико-химических свойств (насыпной плотности, зольности, суммарного объема пор, истираемости, влажности, сорбционной емкости) сорбента на основе золошлаковых отходов теплоэнергетики, прокаленного и модифицированного кремнийорганическим гидрофобизатором Типром К.

Методы. Физико-химические свойства модифицированного сорбента определены экспериментальным методом по методикам нормативных документов на оборудовании, поверенном и аттестованном в установленном порядке.

Результаты. Золошлак, отобранный на золоотвале Новочеркасской ГРЭС, высушен, прокален при температуре 600 °С в течение 30 мин и модифицирован гидрофобизирующей кремнийсодержащей жидкостью (ГКЖ) марки Силор. Исследованы соотношения модификант/зола (по массе) 1:20, 1:10, 1:5, 1:3, 1:2. Оптимальным принято соотношение 1:5 при сорбционной емкости по отношению к н-гексану 0.86 г/г. Проведена оптимизация температуры модификации в интервале температур 110–200 °С. Наиболее оптимальным является высушивание образцов при 160 °С до постоянной массы. При температуре 200 °С наблюдалось спекание материала. Выполнен анализ модификаторов ГКЖ по соотношению цена/сорбционные свойства. В качестве ГКЖ рассмотрены марки: Силор, ГКЖ-11БСП, ГКЖ 136-157М, PROFILUX, Типром К, Типром У. Выбран оптимальный модификатор марки Типром К. Экспериментально определены физико-химические свойства модифицированного сорбента, полученного при соотношении 1:5 (по массе) и высушенного при 160 °С. Изучены его сорбционные свойства на водной поверхности по отношению к различным нефтепродуктам: мазуту, керосину, бензину марки АИ-92, нефрасу, нефтешламу и н-гексану. Наименьшая сорбционная емкость получена по отношению к н-гексану, которая составила 0.86 г/г. В ходе эксперимента установлено, что половина величины сорбционной емкости заполнена нефтепродуктом в первые минуты контакта. Время полной сорбции составило 30–40 мин для относительно легких углеводородов (н-гексан, бензин АИ-92, керосин, нефрас), 40–60 мин для нефтешлама и более 60 мин для мазута. Экспериментально выявлено, что процесс сорбции не зависит от матрицы (солености) воды. При визуальной оценке по интенсивности окраски остаточного пятна нефтешлама сделан вывод о значительном содержании нефтепродуктов в случае сорбции нефтешлама кварцевым песком на основе остаточного желтого слоя нефтешлама. В случае сорбции нефтешлама прокаленным и модифицированным сорбентами остаточные нефтепродукты незначительны. Приведен сравнительный анализ данных по эффективности разработанного сорбента и имеющихся в настоящее время аналогов на основе шламов и шлаков.

Выводы. Определены физико-химические свойства сорбента, модифицированного ГКЖ Типром К: насыпная плотность 0.621 г/см³, зольность 97.1%, суммарный объем пор по воде менее 0.05 см³/г, истираемость 8.8%, влажность менее 0.5%; сорбционная емкость, в г/г: по н-гексану 0.86, по бензину АИ-92 0.89, по нефрасу 0.93, по керосину 0.99, по нефтешламу 1.18, по мазуту 1.46. Эффективность очистки твердой поверхности от нефтешлама прокаленным сорбентом составила 97%, а модифицированным – 95%. Модифицированный сорбент обладает высокой плавучестью при насыщении нефтепродуктами и способностью их длительного удержания.

Цели. Исследование возможности предотвращения наводораживания функциональных конструкционных материалов мембранно-электродных блоков генерации водорода на основе пористого никеля, сажи и восстановленного оксида графена, модифицированных наночастицами платина-никель и палладий-никель.

Методы. Для оценки степени наводораживания материалов мембранно-электродных блоков щелочных электролизеров была использована установка электролизера с возможностью контроля температуры, скорости подачи реагентов и содержания газов.

Результаты. Обоснована необходимость применения восстановленного оксида графена с целью снижения наводораживания и деградации мембранно-электродных блоков генерации водорода.

Выводы. Результаты ресурсных испытаний и рабочие характеристики сконструированных вариантов макетов мембранно-электродных блоков с наноструктурированными электродами на основе восстановленного оксида графена, нивелирующие наводораживание и деградацию функциональных материалов, демонстрируют перспективность конструирования генераторов водорода с высокой энергоэффективностью.

Цели. Выявить предполагаемые эмерджентные (неожиданные) свойства магнитных материалов при их получении в водных мицеллярных растворах поверхностно-активных веществ (ПАВ) (водных квантовых материалах), которые можно использовать для тонких технологий.

Методы. Химический синтез магнитных наночастиц в водных мицеллярных растворах ПАВ различной природы; характеризация магнитных растворов и наночастиц методами магнитных измерений, спектроскопии, дифрактометрии, малоугловой рентгеновской дифракции, сканирующей зондовой микроскопии и другими.

Результаты. Термин «водный квантовый материал» относится к материалам (мицеллярным растворам), свойства которых в основном определяются ядерным квантовым эффектом в макроскопических масштабах (эмерджентное свойство). Мицеллярные растворы демонстрируют явления и функциональные возможности, не всегда соотносимые с классической теорией мицеллобразования. В статье подробно представлены экспериментальные результаты, которые позволяют предположить проявление эмерджентных свойств магнитных материалов, получаемых в водных мицеллярных растворах ПАВ. В частности, ионы гадолиния Gd³⁺ в водно-мицеллярном растворе додецилсульфата натрия проявляют парамагнитные свойства, что, возможно, указывает на их беспорядочное расположение в растворе вопреки классической теории мицеллообразования с адсорбционным упорядоченном слое на мицеллах. Гибридные наночастицы Gd–Pt образуются в квантовом материале с хлоридом цетилпиридиния в качестве матрицы, хотя ионы Gd³⁺ должны отталкиваться ионами цетилпиридиния ЦП+ на  мицеллах. Наноразмерные порошоки феррита кобальта и феррита никеля, получаемые в мицеллярном растворе додецилсулфата натрия, обладают суперпарамагнитными свойствами, хотя присутствие их прекурсорных ионов в адсорбионном слое в классических мицеллах должно было бы привести к ферромагнитным свойствам.

Выводы. Синтез наночастиц в квантовом материале открывает возможность восстановления ионов разных знаков за одну стадию при переработке отходов металлургии с целью получения наночастиц различных металлов и их композитов. Магнитные наночастицы, получаемые в квантовом материале ПАВ, самоорганизуются на различных подложках, что позволяет создавать материалы, остаточная намагниченность и коэрцитивное поле которых можно регулировать при комнатных температурах. Таким образом, показано, каким образом эмерджентные свойства квантовых материалов можно применять для тонких технологий.

Цели. Выявление принципов создания цифровых двойников реально действующей технологической установки на примере процесса жидкофазного алкилирования бензола пропиленом и установление последовательности этапов формирования цифрового двойника, которая может быть применима для оптимизации работы нефтегазохимического производства.

Методы. Рассмотрена в целом химико-технологическая система, состоящая из реактора, смесителя, теплообменников, сепаратора, ректификационных колонн и насоса, как система высокого уровня. Выполнен сбор данных, описывающих функционирование установки получения изопропилбензола алкилированием бензола пропиленом путем расчета основных параметров процесса с помощью имитационного моделирования с применением специализированного программного обеспечения UniSim® Design. Разработана и обучена нейросетевая модель, учитывающая влияние различных факторов реакционного процесса алкилирования, разделения продуктов реакции и оценки экономических факторов, обеспечивающих рыночную привлекательность рассматриваемого промышленного процесса. Определена адекватность результатов расчетов оптимальных параметров процесса методами математической статистики. Создан прототип цифрового двойника процесса, реализованной на микроконтроллере.

Результаты. Создана прогностическая нейросетевая модель и алгоритм ее построения для процесса алкилирования бензола пропиленом, позволяющая при загрузке ее в микроконтроллер обеспечить в режиме реального времени определение экономической эффективности работы установки и автоматическую оптимизацию работы установки в зависимости от состава поступающего сырья технологического режима системы, температурного режима проведения процесса и давления в реакторе.

Выводы. Созданная модель сложной химико-технологической системы производства кумола, откалиброванная на основании промышленных данных длительного пробега технологической установки и результатов расчетов выходных параметров процесса при помощи нейронной сети, реализованной на микроконтроллере, позволяет рассчитать параметры технологического процесса алкилирования (выход продуктов реакции, энергетические затраты, условную прибыль при выпуске готовой продукции). В процессе разработки прототипа программно-аппаратного комплекса управления установкой алкилирования бензола пропиленом на основе данных, адаптированных к работе реальной установки, были выявлены и сформулированы принципы и этапы создания цифрового двойника производственных систем отраслей химической технологии.