Теоретические основы химической технологии

Установлен качественный и количественный состав магнита NdFeB, изучены особенности выщелачивания металлов раствором азотной кислоты. Подобраны оптимальные условия процесса наиболее полного выщелачивания металлов. Для выделения ряда металлов из азотнокислого раствора выщелачивания неодимовых магнитов был предложен в качестве экстрагента гидрофобный глубокий эвтектический растворитель на основе ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновой кислоты (ДТМПФК) и фенола. Получены экспериментальные данные по экстракции ионов Ni, Fe, Al и Cu из модельных индивидуальных и смешанных растворов глубоким эвтектическим растворителем ДТМПФК/фенол при варьировании ключевых условий проведения процесса: кислотности среды, концентрации высаливателя, соотношения компонентов в эвтектическом растворителе, концентрации металла и др. Полученные результаты указывают на перспективность применения глубокого эвтектического растворителя ДТМПФК/фенол для извлечения катионов Ni, Fe, Al и Cu в процессах переработки отходов магнитных материалов.

Проведено сравнение температурной и ультразвуковой интенсификации сверхкритической флюидной экстракции на примере семян пастернака посевного, источника растительного масла и фурокумариновых фотосенсибилизаторов. Обнаружено, что даже при давлении 300 бар влияние температуры на процесс экстракции пастернака имеет так называемый ретроградный характер, то есть изобарическое повышение температуры ведет к уменьшению общего массового выхода экстракции и скорости извлечения. Выдвинутая ранее гипотеза о хроматографоподобном протекании процесса сверхкритической экстракции позволяет объяснить закономерности ретроградного поведения, нехарактерного для столь высоких давлений экстракции. Показано, что общий паттерн ультразвуковой интенсификации экстракции подобен температурной. При малом давлении экстракции (100 бар) в условиях принципиальной возможности кавитации поступающего в экстракционную зону субкритического флюида, ультразвуковая обработка приводит к росту скорости извлечения экстрактивных веществ на начальном, линейном этапе экстракции. При высоком рабочем давлении экстракции (300 бар) эффект ультразвуковой обработки фактически тождественен эффекту температурной интенсификации. Методом сверхкритической флюидной хроматографии показано, что фурокумариновые профили экстрактов пастернака, полученных с температурной и ультразвуковой интенсификацией, идентичны на качественном уровне, и что ультразвуковая обработка даже при давлении 100 бар не приводит к нежелательным сонохимическим эффектам.

В работе впервые показана возможность использования сорбционных технологий для разделения смеси радиоактивных катионов ниобия и циркония, входящих в состав отходов, образующихся в ядерном топливном цикле. Разделение этих элементов позволит значительно снизить затраты на захоронение отходов, а также даст возможность повторного использования ионов циркония. В работе детально исследован процесс разделения ионов с использованием анионообменника АВ-17-8, подобраны условия для более эффективного проведения процесса в динамических условиях и предложен его механизм.

Представлены результаты математического моделирования нестационарной задачи всплытия газового пузырька в вязкой жидкости с растворенным в ней поверхностно-активным веществом (ПАВ). Постановка задачи записана с учетом эффектов адсорбции и десорбции ПАВ на межфазной границе и зависимости коэффициента поверхностного натяжения от концентрации по закону Ленгмюра. Численный алгоритм решения основан на оригинальной методике Лагранжа-Эйлера, позволяющей явно выделять свободную поверхность на дискретном уровне и реализовывать естественные граничные условия на ней. Изучен процесс установления стационарной скорости всплытия пузырька и выполнены параметрические исследования влияния объемной концентрации ПАВ и размера пузырька на стационарную скорость и структуру течения в его окрестности. Представлены распределения компонент вектора скорости и поверхностной концентрации вдоль межфазной границы, демонстрирующие влияние эффекта Марангони на процесс всплытия.

В работе представлена попытка формирования общего подхода к математическому моделированию бинарной коалесценции, возникающей за счет осаждения капель в гравитационном поле, основанному на уравнении популяционного баланса, который в дальнейшем может быть применен для прогнозирования условий расслоения водонефтяных эмульсий. С использованием экспериментальных кривых изменения содержания воды во времени в водонефтяных эмульсиях, измеренных при разных температурах, произведено сравнение четырех разных способов расчета эффективности бинарной коалесценции.

Рассматривается задача повышения точности моделей для оценки показателей низкотемпературных свойств, показателей воспламеняемости и противоизносных свойств целевых продуктов колонны фракционирования в условиях малого объема данных аналитического контроля. Для решения рассматриваемой задачи предложен метод построения моделей, в составе которого используется алгоритм расширения малой обучающей выборки по данным фракционного состава, отличающийся способом отбора дополнительных данных, учитывающим показатель разреженности, что позволило включить в обучающую выборку недостающее количество данных, и в итоге обеспечить повышение качества модели. Использование предложенного метода позволило повысить точность моделей в среднем на 18% в сравнении с известными методами и в среднем на 6% в сравнении с методом на основе расширения обучающей выборки без учета показателя разреженности. Результаты представлены на примерах построения моделей показателей качества предельной температуры фильтруемости, температуры вспышки, кинематической вязкости при 40ºC и цетанового числа среднего дистиллята (фракции дизельного топлива) и температуры вспышки керосиновой фракции промышленной колонны фракционирования технологической установки гидрокрекинга.