Основным источником загрязнения природных объектов ионами тяжелых металлов выступают сточные воды различных промышленных предприятий. Данная работа посвящена проблеме доочистки сточных вод промышленных предприятий, сбрасываемых после очистки, от ионов никеля. Главной задачей исследований являлась разработка метода получения биосорбента, способного извлекать ионы никеля из растворов, снижая при этом их концентрацию до уровня, не превышающего ПДК.

С этой целью из загрязненной почвы была выделена и всесторонне изучена культура микроорганизмов. Исследованы ее морфологические и физические свойства, а также особенности жизнедеятельности в присутствии ионов никеля. Выяснено, что ионы никеля не оказывают негативного воздействия на рост и жизнедеятельность культуры микроорганизмов. С помощью дискодиффузионного метода были определены границы устойчивости культур микроорганизмов к высоким концентрациям ионов никеля. Для практического применения культуры микроорганизмов в технологическом процессе была проведена ее иммобилизация на поверхность вермикулита – природного материала, находящего достаточно широкое применение в различных сферах человеческой деятельности, в том числе за счет сорбционных свойств.

Сорбцию ионов никеля проводили в динамическом режиме по общепринятым методикам. Было проведено 2 цикла сорбции-десорбции. В качестве сорбентов использовали чистый вермикулит и вермикулит с нанесенными на его поверхность микроорганизмами (биосорбент). Биосорбент был получен методом проточной иммобилизации, путем пропускания культуральной жидкости через колонку
с вермикулитом. Результаты эксперимента показывают, что иммобилизация клеток микроорганизмов на поверхности сорбента увеличивает его поглотительную способность по отношению к ионам никеля почти в 9 раз.
Во втором цикле наблюдается увеличение сорбционной емкости биосорбента на 20,5 %, в то время как сорбционная емкость чистого вермикулита снижалась на 15 %. Концентрацию ионов никеля в растворах определяли с помощью атомно-абсорбционного спектрометра. Остаточные концентрации ионов никеля в очищенных растворах не превышали уровень ПДК (0,02 мг/л). Таким образом, полученный биосорбент на основе вермикулита может быть использован для доочистки никельсодержащих сточных вод.

Ключевые слова: сточные воды, ионы никеля, культура микроорганизмов, иммобилизация, вермикулит, биосорбент, сорбция-десорбция.

Бахирева Ольга Ивановна (Пермь, Россия) – кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: bahirevy@mail.ru).

Соколова Мария Михайловна (Пермь, Россия) – кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: mmsokolova@mail.ru).

Маньковская Ольга Юрьевна (Пермь, Россия) – магистрант кафедры «Химия и биотехнология» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: manechkaolka2212@gmail.com).

Пан Лариса Сергеевна (Пермь, Россия) – кандидат химических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: pan.pstu2020@mail.ru).

1. Ворончихина Е.А., Блинов С.М., Меньшикова Е.А. Технофильные металлы в естественных и урбанизированных экосистемах Пермского края // Экология урбанизированных территорий. – 2013. – № 1. – С. 103–108.

2. Гусев М.В. Микробиология. – М.: Академия, 2003. – 464 с.

3. Войтюк Е. А. Аккумуляция тяжелых металлов в почве и растениях в условиях городской среды (на примере г. Чита): автореф. дис. … канд. биол. наук. – Улан-Удэ, 2011. – 22 с.

4. Алыков Н.М. Сорбционное удаление из воды тяжелых металлов // Безопасность жизнедеятельности. – 2010. – Вып. 4. – С. 17–20.

5. Практикум по микробиологии / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова,

Л.М. Захарчук, Н.Н. Колотилова. – М.: Академия, 2005. – 603 с.

6. Васильев Д.А., Золотухин С.Н., Корнеев Е.А. Руководство к практическим занятиям по микробиологии (малый практикум). – Ульяновск: Изд-во ГСХА, 2003. – 102 с.

7. Domingo J.W.S., Radway J.C., Wilde E.W. Industrial Microbiol. Biotech­nol. – 1997. – Vol. 18. – P. 389–395.

8. Изучение методов доочистки производственных растворов от ионов никеля / О.Ю. Маньковская, О.И. Бахирева, М.М. Соколова, Л.С. Пан // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. – 2019. – № 3. – С. 18–28.

9. Маньковская О.Ю., Бахирева О.И., Соколова М.М. Применение биологического метода для доочистки производственных растворов от ионов никеля // Химия. Экология. У рбанистика. – Пермь, 2019. – Т. 1. –

С. 425–428.

10. Маньковская О.Ю., Бахирева О.И., Соколова М.М. Изучение кинетики игибирующего действия ионов никеля на культуру микроорганизмов // Химия. Экология. Урбанистика. – Пермь, 2020. – Т. 2. – С. 18–22.

11. Куюкина М.С., Осипенко М.А., Няшин Ю.И. Кинетическая модель процесса иммобилизации бактериальных клеток а твердом носителе // Российский журнал биомеханики. – 2007. – № 2. – С. 79–87.

12. Демаков В.А., Максимова Ю.Г., Максимов А.Ю. Иммобилизация клеток микроорганизмов: биотехнологические аспекты // Биотехнология. – 2008. – № 2. – С. 30–34.

13. Синицын А.П., Райнин Е.И., Лозинский В.И. Иммобилизованные клетки микроорганизмов. – М.: Изд-во МГУ, 1994. – С. 50–55.

14. Салтыкова В.С., Захарова А.А., Юркова А.В. Использование природного сорбента для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов // Сборник научных трудов Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 105-летию со дня рождения А.Н. Плановского. – М., 2016. – С. 308–310.

15. Ю-Винг Май, Жонг-Жен Ю. Полимерные нанокомпозиты. – М.: Техносфера, 2011. – 688 с.

Вакуумная сепарация является в настоящее время наиболее энергоемким процессом производства губчатого титана. Проблема снижения энергетических затрат данного процесса является весьма актуальной. Известно, что вакуумная сепарация губчатого титана аналогична процессу сушки влажных пористых тел в вакууме. В этой связи в статье предлагается для решения названной проблемы применение известных методов теории сушки с целью исследования и эффективного управления тепломассопереносом в процессе вакуумной сепарации губчатого титана. Рассмотрены применяемые в теории сушки законы переноса тепла и влаги, основанные на явлении термической диффузии влаги в капиллярно-пористых телах. Исследованы основные закономерности тепломассопереноса, протекающего в блоке реакционной массы при очистке титановой губки от магния и хлорида магния. Проведен сравнительный анализ закономерностей тепломассопереноса при вакуумной очистке титановой губки от магния и хлорида магния и тепловлагопереноса при конвективной сушке капиллярно-пористых тел. Установлено, что известные законы переноса тепла и влаги при конвективной сушке капиллярно-пористых тел аналогичны законам переноса тепла и удаляемого из блока реакционной массы вещества (магния и его хлорида) в процессе вакуумной сепарации. Анализ известных методов построения энергосберегающих технологий в процессах конвективной сушки капиллярно-пористых тел показал, что при разработке таких технологий необходимо обеспечить интенсификацию переноса влаги из внутренних частей к поверхности тела. При этом наиболее эффективным управлением переносом влаги является изменение величины и направления температурного градиента внутри капиллярно-пористого тела. На практике такое управление реализуют уменьшением температурного градиента внутри капиллярно-пористого тела, а также изменением направления температурного градиента путем создания режимов конвективной сушки, при которых температура внутри тела больше температуры его поверхности. Аналогичные методы использованы в промышленной практике для интенсификации тепломассопереноса в процессе вакуумной сепарации путем управления величиной и направлением температурного градиента, возникающего в ходе процесса на стадиях нагрева и высокотемпературной выдержки между поверхностью и центром блока реакционной массы. Управление температурным градиентом реализовано применением программных регуляторов, обеспечивающих снижение рабочей температуры и энергозатрат процесса вакуумной сепарации губчатого титана.

Ключевые слова: вакуумная сепарация губчатого титана, энергозатраты, теория сушки, законы переноса тепла и влаги, тепломассоперенос, управление температурным градиентом.

Кирин Юрий Петрович (Березники, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии и экологии Березниковского филиала Пермского национального исследовательского политехнического университета (618404, г. Березники, ул. Тельмана, 7; e-mail: u.p.kirin@yandex.ru).

Тихонов Вячеслав Александрович (Березники, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии и экологии Березниковского филиала Пермского национального исследовательского политехнического университета (618404, г. Березники, ул. Тельмана, 7; e-mail: vtihonov@bf.pstu.ru).

Ангельхер Анна Юрьевна (Березники, Россия) – студент 2-го курса «Перспективные химические технологии» магистратуры кафедры химической технологии и экологии Березниковского филиала Пермского национального исследовательского политехнического университета (618404, г. Березники, ул. Тельмана, 7; e-mail: xt@bf.pstu.ru).

1. Тарасов А.В. Металлургия титана. – М.: Академкнига, 2003. – 328 с.

2. Резниченко В.А., Гончаренко Т.В., Резниченко Е.А. Металлотермическое получение титана // Технология металлов. – 2001. – № 11. – С. 2–7.

3. Кирин Ю.П., Беккер В.Ф., Затонский А.В. Некоторые результаты совершенствования процесса получения губчатого титана // Цветные металлы. – 2009. – № 12. – С. 91–94.

4. Кирин Ю.П., Кирьянов В.В. Робастное управление технологическими процессами производства губчатого титана // Проблемы управления. – 2017. – № 6. – С. 71–79.

5. Кирин Ю.П., Бильфельд Н.В., Тихонов В.А. Робастная настройка ПИ-регулятора температуры процесса вакуумной сепарации губчатого титана // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2019. – № 6. – С. 3–10.

6. Кук М., Уортман Ф. Очистка титановой губки методом вакуумной сепарации // Титан. – М.: Иностр. литература, 1954. – Вып. 3. – С. 69–82.

7. Кушкин Б.Н. Исследование процесса очистки магниетермической титановой губки методом вакуумной сепарации: автореф. дис. … канд. техн. наук / УПИ. – Свердловск, 1966. – 19 с.

8. Мальшин В.М., Кропачев В.К. Изучение теплопотерь при получении губчатого титана в аппаратах периодического действия // Химия и технология титана. Труды Института титана. – Запорожье, 1982. – С. 64–70.

9. Станет ли титан дешевле завтра? О перспективах разработки непрерывной технологии магниетермического производства титана / С.М. Лупинос, С.Б. Грищенко, Д.В. Прутцков [и др.] // Титан. – 2015. – № 3 (49). –
С. 14–21.

10. Байбеков М.К., Попов В.Д., Чепрасов И.М. Магниетермическое производство губчатого титана. – М.: Металлургия, 1984. – 96 с.

11. Лыков А. В. Теория сушки. – М.: Энергия, 1968. – 427 с.

12. Мартыненко О.Г. К 100-летию со дня рождения А.В. Лыкова. Научное наследие // Инженерно-физический журнал. – 2010. – Т. 83, № 4. –
С. 625–631.

13. Кульчицкий В.А., Пчелкина Л.Б. К 100-летию со дня рождения
А.В. Лыкова // Academia. Архитектура и строительство. – 2010. – № 3. –
С. 20–26.

14. Колесниченко В.И. Процессы тепло- и массопереноса при термовакуумной очистке титановой губки от наполнителей: препринт / УНЦ АН СССР. – Свердловск, 1983. – 55 с.

15. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Аз-book, 2009. – 469 с.

16. Данилов О.Л., Леончик Б.И. Экономия энергии при тепловой сушке. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 136 с.

17. Пат. 2070593 РФ. Способ вакуумной сепарации губчатого титана / Ю.П. Кирин. – № 93 93006574; опубл. 05.09.1996, Бюл. № 35.

18. Пат. 2061774 РФ. Способ вакуумной сепарации губчатого титана / Ю.П. Кирин. – № 93 93013415; опубл. 05.09.1996, Бюл. № 16.

19. Кирин Ю. П., Кирьянов В. В., Тихонов В. А. Низкотемпературная вакуумная сепарация губчатого титана // Научно-технический вестник Поволжья. – 2014. – № 5. – С. 227–229.

Дана оценка степени влияния изменения некоторых рецептурных и технологических факторов энергетических конденсированных систем на основе термопластичного каучука, наполненного аммониевой солью азотной кислоты, на его энергетические и эксплуатационные характеристики. В качестве метода оценки выбрана дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), отличающаяся информативностью результатов, экспрессностью опытов, высокой чувствительностью прибора при малых навесках. Для обработки результатов ДСК измерений использовали программу Proteus Analysis программного обеспечения NETZSCH Proteus. По величинам тепловых эффектов и температурам их проявления при термическом разложении смесей в условиях калориметрических экспериментов можно делать выводы о влиянии привносимых в систему изменений на ее баллистические характеристики. По воспроизводимости фиксируемых фазовых и структурных переходов смесей на основе нитрата аммония судили о стойкостных показателях энергетических конденсированных систем при вынужденных ее изменениях. В статье исследована зависимость теплового эффекта процесса термораспада от содержания нитрата аммония в смеси и определена эффективность взаимодействия газовой и каменноугольной сажи с аммониевой солью по значениям температур начала интенсивного разложения. Авторами проведена оценка влияния предварительного увлажнения нитрата аммония как на термораспад углеродсодержащих смесей на его основе, так и на величину теплового эффекта процесса, а также рассмотрено применение ДСК метода для оценки воспроизводимости фазовых переходов. В исследовании отмечен весомый вклад условий испытания композиции, а именно необходимость обеспечения замкнутого объема испытательного тигля с целью избежания возможного удаления аммиака из зоны реакции, что существенно влияет на скорость разложения нитрата аммония.

Ключевые слова: дифференциальная сканирующая калориметрия, термический анализ, нитрат аммония, высокоэнергетические конденсированные системы (ВЭКС), тепловой эффект, углерод, сажа, фазовый переход, термическое разложение, температура плавления.

Зиновьев Василий Михайлович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: suzuk47@mail.ru).

Новоточинова Екатерина Алексеевна (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: novo-katerina@yandex.ru).

Котельников Сергей Александрович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология полимерных материалов и порохов» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: ksa76@mail.ru).

Садилова Алена Владимировна (Пермь, Россия) – аспирант 3-го курса аэрокосмического факультета Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: alexandrasadilova2012@yandex.ru).

1. Талин Д.Д. Прогнозирование сроков служебной пригодности зарядов из порохов и ТРТ: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2006. – 141 с.
2. Косточко А.В., Казбан Б.М. Пороха, ракетные твердые топлива и их свойства. Физико-химические свойства порохов и ракетных твердых топлив: учеб. пособие. – М.: ИНФРА-М, 2013. – 400 с.
3. Олевский В.Н., Ферд М.Л. Технология аммиачной селитры. – М.: Химия, 1978. – 312 с.
4. Рогов Н.Г., Ищенко М.А. Смесевые ракетные твердые топлива: Компоненты. Требования. Свойства: учеб. пособие / СПбГТИ (ТУ). – СПб., 2005. – 195 с.
5. Окислители гетерогенных конденсированных систем / Н.А. Силин, В.А. Ващенко, Н.И. Зарипов [и др.]. – М.: Машиностроение, 1978. – 456 с.
6. Бабкина Т.С. Фазовые равновесия в бинарных и тройных системах на основе нитрата аммония и мочевины: автореф. дис. … канд. хим. наук. – М., 2014. – 145 с.
7. Роль сажи при горении БП с Pb-содержащими катализаторами / А.П. Денисюк, А.Д. Марголин, Н.П. Токарев [и др.] // Физика горения и взрыва. – 1977. – № 4. – С. 576–584.
8. Рубцов Ю.И., Казаков А.И., Шведов К.К. Исследование кинетических закономерностей и механизма разложения бинарных смесей на основе нитрата аммония с экзо и эндотермическими превращениями компонентов // Химическая физика. – 2007. – Т. 26, № 5. – С. 70–77.
9. Берштейн В.А., Егоров В.М. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физикохимии полимеров. – Л.: Химия, 1990. – 254 c.
10. Уэндланд Т. Термические методы анализа. – М.: Мир, 1978. – 407 с.
11. Берг Л.Г. Введение в термографию. – М.: Наука, 1969. – 395 с.
12. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ и порохов / Г.Б. Манелис, Г.М. Назин, Ю.И. Рубцов, В.А. Струнин. – М.: Наука, 1996. – 400 с.
13. Ситникова В.Е., Пономарева А.А., Успенская М.В. Методы термического анализа. – СПб.: Университет ИТМО, 2021. – 152 с.
14. Лыков А.В. Теория теплопроводности. – М.: Высшая школа, 1967. – 599 с.
15. Исследование кинетики термического разложения нитрата аммония в неизотермических условиях в открытой системе / К.Г. Горбовский, А.И. Казаков, А.М. Норов, А.И. Михайличенко // Химическая технология. – 2020. – Т. 21, № 2. – С. 50–56.
16. Попок В.Н. Применение термических методов анализа к исследованию фазовой стабильности нитрата аммония // Ползуновский вестник. – 2011. – № 3–1. – С. 70–75.

Конструкционные графиты находят широкое применение во многих областях современной техники. Основная их сфера применения – атомная энергетика, помимо этого, они пользуются спросом в металлургии и металлообработке. Основное их преимущество как конструкционного материала – высокая удельная прочность, сохраняющаяся в условиях экстремально высоких температур, вплоть до 2000 °С, а также удовлетворительная степень устойчивости в условиях сильных температурных перепадов. Такие свойства определяются микроструктурой графита, его структурные элементы малы и не имеют взаимной ориентации, что затрудняет распространение трещин в материале. Для получения такого типа искусственного графита порошок кокса смешивают со специальным битумом (пеком), имеющим высокий выход коксового остатка, и затем обрабатывают при температурах порядка 2500 °С (данный процесс называют графитацией). При этом описанная микроструктура графита определяется микроструктурой кокса, используемого как наполнитель, а также способом формования. В частности, кокс-наполнитель с мелкозернистой однородной микроструктурой (изотропный кокс) при помоле в меньшей степени образует частицы, вытянутые в каком-либо направлении, благодаря чему при получении заготовок не возникает взаимного упорядочения частиц.
В связи с этим изотропный кокс остается одним из предпочтительных наполнителей при получении конструкционных графитов.

В настоящей работе рассматривается влияние давления в процессе коксования на микроструктуру изотропного кокса, получаемого из термоокисленного остатка атмосферной дистилляции сланцевой смолы (ОАД). Повышение давления приводит к росту среднего балла микроструктуры кокса, а также к росту действительной плотности кокса. Данные изменения, по-видимому, обусловлены вовлечением в процесс коксования при повышенном давлении дополнительного количества фракций термоокисленных ОАД, которые в случае коксования при атмосферном давлении испаряются из реакционной зоны.

Ключевые слова: карбонизация, углеродная мезофаза, термоокисление, изотропный кокс, действительная плотность кокса, мелкозернистый графит.

Шубин Кирилл Александрович (Пермь, Россия) – инженер Института технической химии УрО РАН (614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 3,
e-mail: k_shubin98@mail.ru).

Абатуров Александр Леонидович (Пермь, Россия) – аспирант Института технической химии УрО РАН (614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 3, e-mail: sasha6592@mail.ru).

Москалев Илья Валерьевич (Пермь, Россия) – инженер Института технической химии УрО РАН (614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 3,
e-mail: moskaleviv@yandex.ru).

Кисельков Дмитрий Михайлович (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института технической химии УрО РАН (614013, г. Пермь, ул. Академика Королева, 3, e-mail: dkiselkov@yandex.ru).

1. Новые высокопрочные углеродные материалы для традиционных технологий / В.И. Костиков, В.М. Самойлов, Н.Ю. Бейлина, Б.Г. Остронов // Рос. хим. журн. – 2004. – Т. 158, № 5. – С. 64.
2. Искусственный графит / В.С. Островский, Ю.С. Виргильев, В.И. Костиков, Н.Н. Шипков. – М.: Металлургия, 1986. – 272 с.
3. Knibbs R.H. Fracture in polycrystalline graphite // Journal of Nuclear Materials. – 1967. – Vol. 24, № 2. – P. 174–187.
4. Влияние структуры и свойств кокса на свойства конструкционного графита / Н.Н. Шипков [и др.] // Химия и технология топлив и масел. – 1980. – Т. 3. – С. 59–61.
5. Marsden B.J., Hall G.N. Graphite in gas-cooled reactors // Comprehensive nuclear materials. – 2012. – Vol. 4. – P. 325–388.
6. Middleton P.M., Moore R.W. Role and development of nuclear graphite for gas cooled reactors, with particular reference to the high temperature reactor // International Nuclear Industries Fair. – Basel, Switzerland, 1972. – P. 16.
7. Бейлина Н.Ю., Петров А.В. Особенности разработки требований к физико-химическим свойствам, нормативным показателям качества и оформлению технической документации для коксов из модифицированных гудронов // Сборник тезисов докладов Международной конференции молодых ученых, работающих в области углеродных материалов. – М.; Троицк: Тровант, 2017. – С. 21–22.
8. Preparation and characterization of coal pitch-based needle coke (Part I): the effects of aromatic index (fa) in refined coal pitch / Y. Zhu [et al.] // Energy & Fuels. – 2019. – Vol. 33, № 4. – P. 3456–3464.
9. Preparation and characterization of mosaic coke from heavy‐phase coal pitch / Y. Zhu [et al.] // Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering. – 2019. – Vol. 14, № 6. – P. 2369.
10. Получение изотропного кокса из сланцевого сырья: анализ характеристик изотропных коксов из термоокисленного остатка дистилляции сланцевой смолы / А.Л. Абатуров [и др.] // Кокс и химия. – 2019. – № 1. – С. 8–15.
11. Получение изотропного кокса из сланцевого сырья: исследование особенностей структурно-групповых составов продуктов термоокисления остатков дистилляции сланцевой смолы / А.Л. Абатуров [и др.] // Кокс и химия. – 2018. – № 12. – С. 32–41.
12. Получение изотропного кокса из сланцевого сырья: исследование особенностей микроструктуры коксов из термоокисленного остатка дистилляции сланцевой смолы / А.Л. Абатуров [и др.] // Кокс и химия. – 2018. – № 11. – С. 15–28.
13. Белкина Т.В., Лурье М.В., Степаненко М.А. Исследование кинетики изменения группового состава антраценовой фракции при термообработке // Химия и технология топлив. – 1981. – № 4. – С. 143.
14. Air-blowing reactions of pitch: I. Oxidation of aromatic hydrocarbons / C. Yamaguchi [et al.] // Carbon. – 1995. – Vol. 33, № 2. – P. 193–201.
15. Сидоров О.Ф. Современные представления о процессе термоокисления каменноугольных пеков. Ч. 3. Влияние условий окисления на характер термохимических превращений и структуру пека // Кокс и химия. – 2004. – № 6. – С. 24–31.

Одним из распространенных способов улучшения качества дорожных битумов является модифицирование дорожных вяжущих полимерными добавками. Основной целью введения полимера в битум является расширение его температурного интервала эксплуатации. Полимерный модификатор загущает битум, повышая температуру размягчения и эластичность, улучшая низкотемпературные характеристики. При этом в качестве одного из главных компонентов получаемого полимерно-битумного вяжущего (ПБВ), как правило, рассматривается окисленный битум.

В то же время особый интерес представляют технологии получения дорожных битумов на базе неокисленных продуктов нефтепереработки, поскольку такой подход не только не требует наличия на предприятии установки окисления битумов, но и способствует улучшению стабильности вяжущего против старения и совместимости с минеральными материалами кислотного характера при производстве асфальтобетонов.

В данных обстоятельствах весьма актуальным является изучение возможности производства ПБВ на основе неокисленных высоковязких нефтепродуктов – гудронов или асфальтов деасфальтизации гудрона.

Основной целью настоящего исследования был поиск возможности получения дорожных ПБВ, соответствующих нормам ГОСТ 33133–2014 на дорожные битумы востребованных марок БНД 50/70, БНД 70/100 и БНД 100/130 без применения технологии окисления.

Изучено введение в нефтяную основу как индивидуальных модификаторов битума (СБС-модификатора ДСТ-30-01В, полиэтилена высокого давления – ПЭВД), так и их композиций. Показана возможность скомпенсировать недостатки использования одного полимерного модификатора преимуществами другого при получении ПБВ с применением композиционных добавок.

Показано, что на основе утяжеленных гудронов и асфальтов деасфальтизации, являющихся малоподходящим сырьем для традиционной технологии производства битумов окислением, возможно получение продукта, полностью соответствующего нормам ГОСТ 33133–2014 на марки БНД 50/70 и БНД 100/130. Использование композиционного полимерного модификатора позволило заместить часть дорогостоящего СБС-сополимера в составе ПБВ на значительно более дешевый полиэтилен высокого давления.

Исключение необходимости использования окисленной нефтяной основы и введения каких-либо пластификаторов дает возможность производить такие ПБВ на нефтеперерабатывающих заводах, не имеющих блока получения масел и установки окисления битума.

Ключевые слова: дорожный битум, гудрон, полимерно-битумное вяжущее, полиэтилен высокого давления, бутадиен-стирольный термоэластопласт.

Герман Анна Мироновна (Пермь, Россия) – студент кафедры химических технологий Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: anmgerman@gmail.com).

Ширкунов Антон Сергеевич (Пермь, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры химических технологий Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: sas@pstu.ru).

Рябов Валерий Германович (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, декан факультета химических технологий, промышленной экологии и биотехнологий Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, e-mail: rvg@pstu.ru).

1. Гуреев А.А. Проблемы производства и применения дорожных битумов (ГОСТ 33133) и их технологические решения // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. – 2016. – № 10. – С. 10–14.
2. Евдокимова Н.Г. Разработка научно-технологических основ производства современных битумных материалов как нефтяных дисперсных систем: дис. … д-ра техн. наук. – М., 2015. – 417 с.
3. Тюкилина П.М. Производство нефтяных дорожных битумов на основе модифицированных утяжеленных гудронов: дис. … канд. техн. наук. – Самара, 2015. – 185 с.
4. Егорова Н.А. Совершенствование технологии производства нефтяных битумных вяжущих: дис. … канд. техн. наук. – Уфа, 2021. – 149 с.
5. Старение битум-полимерных вяжущих / Д.А. Аюпов, А.В. Мурафа, Ю.Н. Хакимуллин, В.Г. Хозин // Вестник Казанского технологического университета. – 2013. – Т. 16, № 15. – С. 126–129.
6. К выбору технологии производства полимерно-битумных вяжущих как инновационных наносвязующих для устройства асфальтобетонных покрытий / Н.Г. Евдокимова, Н.Н. Лунева, Н.А. Егорова, А.Р. Махмутова, Ю.А. Байгузина, Э.А. Имангулова // Нанотехнологии в строительстве. – 2018. – Т. 10, № 5. – С. 20–37.
7. Загородняя А.В. Современная и перспективная технология использования пластификаторов для литых асфальтобетонных смесей // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. – 2017. – Т. 17, № 4. – С. 21-23.
8. Лазарева Т.Л., Цупикова Л.С. Расширение температурного интервала работоспособности вяжущего для асфальтобетонных дорожных покрытий Дальнего Востока // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения. – 2017. – № 1. – С. 335–344.
9. Разработка полимерных добавок для модификации дорожного битума. Исследование эксплуатационных характеристик составов битум полимерных вяжущих / С.И. Вольфсон, Ю.Н. Хакимуллин, Л.Ю. Закирова, А.Д. Хусаинов, И.С. Вольфсон, Д.Б. Макаров, В.Г. Хозин // Вестник Казанского технологического университета. – 2016. – Т. 19, № 19. – С. 95–98.
10. Галдина В.Д. Влияние полимерных добавок на свойства битума и асфальтобетона // Вестник СибАДИ. – 2009. – № 2 (12). – С. 32–36.
11. Лазарева Т.Л., Ярмолинская Н.И. Выбор полимерного модификатора с целью получения полимерно-битумного вяжущего для дорожных покрытий Дальнего Востока // Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса. – 2017. – № 1. – С. 70–74.
12. Строкин А.С., Калгин Ю.И. Дорожный асфальтобетон с повышенными деформативно-прочностными показателями // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. – 2016. – № 2 (42). – С. 74–82.
13. О возможности использования полимерно-битумных вяжущих на основе асфальтов в дорожном строительстве / О.И. Навотный, А.А. Стекольников, В.А. Решетов, Д.А. Тиховский, С.Б. Ромаденкина, А.М. Козлов // Известия Саратовского университета. Химия. Биология. Экология. – 2013. – Т. 13, № 4. – С. 25–29.
14. Вяжущее (полиэтилен-гудроновое вяжущее с резиновой крошкой – ПЭГВ-Р) для дорожных покрытий: пат. 2519214 Рос. Федерация / А.А. Гуреев, Е.Н. Симчук, М.В. Самсонов, Д.И. Оверин, К.С. Иконникова. – № 2012156986/05; заявл. 26.12.2012; опубл. 10.06.2014, Бюл. № 16. – 6 с.
15. Модификация дорожных битумов смесевыми термоэластопластами / А.И. Минхаирова, Л.Ю. Закирова, И.С. Вольфсон, Д.А. Аюпов, А.В. Мурафа, В.Г. Хозин, Ю.Н. Хакимуллин // Вестник Казанского технологического университета. – 2012. – Т. 15, № 17. – С. 120–122.
16. Технология производства нефтяных дорожных битумов, модифицированных нефтешламом и СБС-полимером / Р.Н. Ахметзанова, Н.А. Федотова, Е.А. Емельянычева, Р.Р. Бикмуллина, А.И. Абдуллин // Вестник Казанского технологического университета. – 2019. – Т. 22, № 12. – С. 88–92.
17. Технология улучшения свойств дорожного битума модификацией вторичным полиэтиленом / К.К. Сырманова, Д.Б. Тлеуов, Е.Т. Боташев, Т.В. Ривкина, Ж.Б. Кадыбекова // Научные труды ЮКГУ им. М. Ауэзова. Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова. – 2016. – № 2 (37). – С. 20–24.
18. Полимерно-битумное вяжущее: пат. 2573012 Рос. Федерация / А.М. Сыроежко, В.В. Васильев, Ю.А. Урчева, А.М. Герасимов, Н.В. Майданва, Д.А. Панфилов, И.М. Дворко, О.М. Флисюк, Н.В. Лукьянов. – № 2015101201/05; заявл. 19.01.2015; опубл. 20.01.2016, Бюл. № 2. – 7 с.

Реакцией алкилирования аминов синтезированы гидрохлориды 2-арилокси-N-алкилэтанаминов. Структура соединений доказана с помощью спектров ЯМР 1Н. Активность веществ при поверхностной анестезии изучали в опытах на роговице глаза кролика. Определяли глубину анестезии (индекс Ренье) водных растворов веществ в разных концентрациях. Экспериментальные данные обработаны статистически. Рассчитаны эквивалентные концентрации веществ, при которых индекс Ренье равен 1 % раствору тримекаина. Липофильность заместителя при атоме азота существенно влияет на глубину анестезии исследуемых соединений. Установлено, что при удлинении алкильного заместителя, увеличении молекулярной массы и увеличении концентрации раствора происходит усиление местноанестезирующей активности.

Были рассмотрены как линейная, так и нелинейные (квадратичная и кубическая) КССА (количественная связь структура – активность) модели местноанестезирующей активности 2-арилокси-N-алкилэтанаминов. В результате проведенного регрессионного анализа составлены три уравнения линейной, квадратичной и кубической регрессии, связывающие липофильные константы заместителей (p), концентрацию раствора и глубину поверхностной анестезии (индекс Ренье). По статистическим параметрам квадратичная и кубическая модели превосходят линейную модель.

С целью проверки прогнозирующей способности составленных уравнений был синтезирован 2-(2'-метилфенокси)-N-циклогексилэтанамина гидрохлорид. Индекс Ренье 0,1 % водного раствора синтезированного вещества составил 471,9 ± 47,10. Были вычислены прогнозируемые значения lg(1/С), соответствующие прогнозируемые величины концентрации С% по каждому предложенному уравнению, найдены доверительные интервалы, вычислены значения средней квадратичной ошибки прогноза. Экспериментальное значение концентрации 0,1 % входит в доверительный интервал индивидуального предсказанного значения по каждому из уравнений. При сопоставлении расчетного значения индекса Ренье с экспериментальным выявлено, что уравнение линейной регрессии не подтверждается экспериментальными данными. Уравнения квадратичной и кубической регрессии согласуются с результатами, полученными на практике.

Ключевые слова: местноанестезирующая активность, индекс Ренье, липофильные константы заместителей, эквивалентная концентрация веществ, линейные и нелинейные КССА модели, уравнение регрессии.

Баньковская Екатерина Владимировна (Пермь, Россия) – кандидат фармацевтических наук, доцент кафедры химических технологий Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: albit2302@mail.ru).

Тонкоева Ирина Валерьевна (Пермь, Россия) – старший преподаватель кафедры высшей математики Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: irinatonkoeva@yandex.ru).

Мишарин Константин Дмитриевич – студент механико-технологи­ческого факультета Пермского национального исследовательского политехнического университета (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: misharinkd@mail.ru).

1. Раевский О.А. Дескрипторы молекулярной структуры в компьютерном дизайне биологически активных веществ // Успехи химии. – 1999. –
Т. 68, № 6. – С. 555–575.

2. Ендальцева О.С., Вейхман Г.А., Коркодинова Л.М. Исследование взаимосвязи структуры с противовоспалительным действием амидов N-ацил­замещенных антраниловых кислот с использованием коэффициента распределения октанол – вода // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). – 2014. – Т. 126, № 3. – С. 39–41.

3. Пыжьянов И.В., Петрунин В.А., Кондратьев В.Б. Метод референтных ионов. II. Количественная зависимость «структура – свойство» коэффициента распределения октанол-вода // Химия и технология органических веществ. – 2020. – № 1 (13). – С. 62–70.

4. Kubinyi H. QSAR: Hansc h Analisys and Related Approaches. Wiley-VCH, Weinheim, 1993. – 251 p.

5. Григорьев В.Ю. Количественные модели «структура-свойство» органических соединений: автореф. дис. … д-ра хим. наук. – Черноголовка,
2013. – 46 с.

6. Petrow V., Stephenson O., Thomas A.J. Aryloxypropane derivatives.
Part II. The synthesis of some aryloxypropanolamines for study as local anaesthetics // J. Pharmacy and Pharmacol. – 1956. – Vol. 8, no. 9. – Р. 666–675.

7. Баньковская Е.В., Тонкоева И.В. Исследование корреляционной зависимости местноанестезирующей активности веществ от липофильных констант заместителей // Химия. Экология. Урбанистика: материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов, студ. и шк. (с междунар. участием): в 4 т. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2019. – Т. 2. – С. 245–249.

8. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ / под ред. Р.У. Хабриева; Минздрав РФ. – М., 2005. – 832 с.

9. Колла В.Э., Сыропятов Б.Я. Дозы лекарственных средств и химических соединений для лабораторных животных. – М.: Медицина, 1998. – 263 с.

10. Беленький М.Л. Элементы количественной оценки фармакологического эффекта. – 2-е изд. – М., 1963. – 152 с.

11. Пойлов В.З. Основы научных и инженерных исследований. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 344 с.

12. Гланц С. Медико-биологическая статистика. – М.: Практика, 1998. – 459 с.

13. Hansch C., Leo A., Hoekman D. Exploring QSAR. Hydrophobic, Electronic, and Steric Constants. – Wash.: ACS, 1995. – 347 p.

14. Айвазян С.А., Мхитарян В.С. Теория вероятностей и прикладная статистика. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. – 656 с.

15. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: учеб. пособие. – 12-е изд., перераб. – М.: Юрайт, 2010. – 479 с.

Виртуальный анализатор – это модель связи показателя качества технологического процесса или производимой продукции с текущими значениями измеряемых параметров.

Рассмотрен метод решения задачи оперативного мониторинга степени адекватности работы центральной экспериментально-статистической модели виртуального анализатора путем использования в его составе вспомогательной модели.

Факторное пространство вспомогательной модели практически совпадает с факторным пространством центральной модели виртуального анализатора. Отличие заключается в том, что в качестве выходного параметра вспомогательной модели используется измеряемый технологический параметр процесса, являющийся входным параметром центральной модели.

С помощью инструментов среды MATLAB разработана имитационная модель технологического процесса сушки KCl в промышленной печи кипящего слоя.

В результате вычислительного эксперимента на основе данных процесса одного из производств калийной отрасли исследована связь точности работы центральной модели виртуального анализатора и точности работы вспомогательных моделей с различным факторным пространством. Рассмотренное решение может также использоваться в задачах оперативного мониторинга оценки степени адекватности работы других статистических моделей, функционирующих в составе АСУ ТП.

Ключевые слова: сушка, кипящий слой, хлористый калий, остаточная влажность, виртуальный анализатор, центральная модель, вспомогательная модель, адекватность модели.

Дадиомов Роман Юрьевич (Пермь, Россия) – руководитель направления «Цифровое производство», ООО «Спутник-2» (614036, г. Пермь, ул. Рязанская, 105; e-mail: roman.dadiomov@sputnic2.ru).

Шумихин Александр Георгиевич (Пермь, Россия) – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Оборудование и автоматизация химического производства» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614013, г. Пермь, ул. ПрофессораПоздеева, 9; e-mail: atp@pstu.ru).

Корнилицин Дмитрий Константинович (Пермь, Россия) – аспирант кафедры «Оборудование и автоматизация химического производства» Пермского национального исследовательского политехнического университета (614013,
г. Пермь, ул. Профессора Поздеева, 9; e-mail: kornilitsin.dima@mail.ru).

1. Бахтадзе Н.Н. Виртуальные анализаторы (идентификационный подход) // Автоматика и телемеханика. – 2004. – Вып. 11. – С. 3–24.
2. Рылов М.А. Информационная система контроля качества продукции на установке каталитического риформинга бензина: дис. … канд. техн. наук: 05.13.06 / МАМИ. – М., 2015. – 356 с.
3. Самотылова С.А. Разработка виртуальных анализаторов для системы управления массообменными технологическими процессами производства метилтретбутилового эфира: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Ин-т автоматики и процессов управления ДО РАН. – Владивосток, 2020. – 132 с.
4. Гурьева Е.М., Ибатуллин А.А. Виртуальные анализаторы качества в нефтепереработке // Автоматизация, мехатроника, информационные технологии: материалы VI междунар. науч.-техн. интернет-конф. молодых ученых / Ом. гос. техн. ун-т. – Омск, 2016. – С. 181–186.
5. Александров И.М. Построение виртуального датчика на примере датчика концентрации этан-этиленовой колонны // Вестник АГТА. – 2011. – № 5. – С. 45–51.
6. Системы управления качеством производства минеральных удобрений на основе виртуальных анализаторов / Н.А. Туманов, Д.Н. Туманов, В.М.Чадаев, Н.Н. Бахтадзе // Автоматизация в промышленности. – 2003. – № 8. – С. 33–35.
7. Козлов А.И., Гаранин С.А. Принципы построения статистических моделей естественного изменения во времени параметров навигационных систем // Научный вестник МГТУ ГА. – 2005. – № 96. – С. 117–122.
8. Богатова М. Ж., Чибизова С. И. Статистическое моделирование температурных режимов работы нагревательных печей листовых станов горячей прокатки // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2021. – Т. 64, № 5. – С. 374–381.
9. Коченгин А.Е., Леонов А.В., Барбасова Т.А. Применение методов кластеризации для определения рабочих режимов доменной печи // Новое слово в науке: перспективы развития: материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. – Чебоксары: Интерактив плюс, 2015. – С. 152–153.
10. Wold S. Exponentially weighted moving principal components analysis and projections to latent structures // Chemometrics and intelligent laboratory systems. – 1994. – Vol. 23, № 1. – P. 149-161.
11. Kadlec P., Grbić R., Gabrys B. Review of adaptation mechanisms for data-driven soft sensors // Computers & chemical engineering. – 2011. – Vol. 35, № 1. – P. 1–24.
12. Дадиомов Р.Ю., Шумихин А.Г., Корнилицин Д.К. Виртуальный анализатор влажности KCl на основе аналитической модели сушки в печи с кипящим слоем // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. – 2020. – № 3. – С. 95–109.
13. Higham D.J., Higham N.J. MATLAB guide. – Society for Industrial and Applied Mathematics, 2016. – 476 p.
14. Etter D.M., Kuncicky D.C., Hull D.W. Introduction to MATLAB. – Prentice Hall, 2002. – 221 p.
15. Каганович Ю.Я. Промышленное обезвоживание в кипящем слое. – Л.: Химия, 1990. – 144 с.
16. Сокольчик П.Ю., Сташков С.И., Малимон М.В. Прогноз и управление качеством гетерогенных сыпучих смесей // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. – 2013. – № 1. – С. 64–83.

В настоящее время крупнейшие нефтяные компании России сталкиваются с проблемой истощения эксплуатируемых нефтяных скважин, что обусловливает повышение себестоимости добываемого сырья. Это стимулирует к необходимости внедрения более качественных инструментов повышения эффективности работы скважинного оборудования электроцентробежных насосов.

В данной работе рассмотрено построение автоматизированного программного комплекса для подбора характеристик электроцентробежного насоса к скважине на основе искусственных нейронных сетей на языке программирования Python с использованием технологий машинного обучения Tensorflow. Для анализа и формирования обучающих выборок взяты данные добывающих скважин Ванкорского месторождения. Сформированная выборка включает в себя следующие переменные: дебит добывающей скважины, подача насоса, обводненность, плотность нефти, плотность воды, глубина верхних дыр перфорации, глубина забоя, глубина спуска насосно-компрессорных труб, динамический уровень, пластовое давление, устьевое давление, вязкость жидкости, коэффициент подачи, внешний диаметр насосно-компрессорных труб, шероховатость насосно-компрессорных труб, толщина стенок труб. Эти данные непосредственно влияют на выбор типоразмера и характеристик электроцентробежных насосов и оказывают взаимное влияние друг на друга. Создан расчетный алгоритм. Данные описаны, обработаны и подготовлены. Рассмотрено влияние оптимизации путем подбора оптимальных характеристик насоса на экономию электроэнергии. С помощью библиотек машинного обучения Tensorflow в программной PyCharm создана модель нейронной сети, прогнозирующая оптимальные характеристики подходящего электроцентробежного насоса с учетом влияющих параметров.

Данная работа позволит автоматизированно определять оптимальный типоразмер насоса, за счет чего можно увеличить экономическую целесообразность добычи нефти в обедневших скважинах нефтяных месторождений.

Ключевые слова: дебит скважины, добывающая скважина, забойное давление, нейронная сеть, машинное обучение, нагнетательная скважина, алгоритм, пластовое давление, разработка.

Коннов Виктор Андреевич (Стерлитамак, Россия) – магистрант кафедры автоматизированных технологических и информационных систем, Уфимский государственный нефтяной технический университет, филиал
в г. Стерлитамак (453118, г. Стерлитамак, Проспект Октября, 2, e-mail: konnov.victor@gmail.com).

Муравьева Елена Александровна (Стерлитамак, Россия) – доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой автоматизированных технологических и информационных систем, Уфимский государственный нефтяной технический университет, филиал в г. Стерлитамак (453118,
г. Стерлитамак, Проспект Октября, 2; e-mail: muraveva_ea@mail.ru).

Шарипов Марсель Ильгизович (Стерлитамак, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных технологических и информационных систем, Уфимский государственный нефтяной технический университет, филиал в г. Стерлитамак (453118, г. Стерлитамак, Проспект Октября, 2; e-mail: muraveva_ea@mail.ru).

1. Алпайдин Э. Машинное обучение: новый искусственный интеллект. – М.: Точка, 2017. – 208 с.
2. Вьюгин В.В. Математические основы машинного обучения и прогнозирования. – М., 2013. – 391 с.
3. Ивановский В.Н. Одновременно-раздельная эксплуатация и «интеллектуализация» скважин: вчера, сегодня и завтра // Инженерная практика. – 2010. – № 1. – С. 4–15.
4. Кубряк А.И., Муравьева Е.А. Способ повышения эффективности многомерного четкого логического регулятора // Сб. материалов 71-й всерос. науч.-техн. конф. студ., магистрантов и аспирантов высших учеб. заведений с междунар. участием: в 3 ч. – Ярославль, 2018. – Ч. 2. – С. 290–293.
5. Муравьева Е.А., Абдрафикова Ф.Ф., Газизова Г.И. Система управления технологическим процессом бродильного отделения на основе нечеткого регулятора // Информационные технологии. Проблемы и решения. – 2020. – № 3 (12). – С. 136–141.
6. Разработка автоматической системы поддержания оптимального уровня жидкости с использованием поплавкового уровнемера на основе переменного резистора / Е.А. Муравьева, Э.Р. Еникеева, Р.Р. Нургалиев, А.И. Кубряк // Достижения, проблемы и перспективы развития нефтегазовой отрасли: материалы междунар. науч.-практ. конф. / Альмет. гос. нефт. ин-т. – Альметьевск, 2018. – С. 238–243.
7. Муравьева Е.А., Зайнуллина Д.Р. Разработка алгоритма автоматизированной системы управления силосом для сыпучих материалов // Современные технологии: достижения и инновации: сб. материалов II Всерос. науч.-практ. конф. – Уфа, 2020. – С. 414–416.
8. Муравьева Е.А., Радакина Д.С. Разработка алгоритма настройки адаптивного нечеткого регулятора с двойной базой правил // Информационные технологии интеллектуальной поддержки принятия решений: тр. VI Всерос. конф. (с приглашением зарубежных ученых). – Уфа, 2018. – С. 36–41.
9. Муравьева Е.А., Столповская Ю.В. Система управления электрообогревом реактора с применением нейронной сети и нечеткого регулятора // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2020. – № 1. – С. 3–8.
10. Остроумова Е.Г. Интеллектуальное месторождение: мировая практика и современные технологии // Газовая промышленность. – 2012. – № 7 (677). – С. 10–11.
11. Абдрафикова Ф.Ф., Муравьева Е.А., Кулакова Е.С. Анализ видов и последствий отказов процесса добычи нефти // Химия. Экология. Урбанистика: сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. (с междунар. участием). – 2020. – Т. 4. – С. 242–245.
12. Абдрафикова Ф.Ф., Муравьева Е.А. Анализ причин и последствий отказов процесса нефтедобычи // Актуальные проблемы науки и техники: материалы XIII Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых. – Уфа, 2020. – Т. 2. – С. 121–122.
13. Коннов В.А., Муравьева Е.А. Анализ эффективности современных методов моделирования нефтяных месторождений // Химия. Экология. Урбанистика: сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. (с междунар. участием). – 2020. – Т. 4. – С. 250–253.
14. Коннов В.А., Муравьева Е.А., Шарипов М.И. Исследование эффективности построения моделей нефтяных месторождений в условиях недостатка информации // Актуальные проблемы науки и техники: сб. материалов XIII Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. – Уфа, 2020. – Т. 2. – С. 137–139.
15. Коннов В.А., Муравьева Е.А., Шарипов М.И. Современные проблемы моделирования нефтяных месторождений // Современные технологии: достижения и инновации: сб. материалов II Всерос. науч.-практ. конф. – Уфа, 2020. – С. 458–460.

Проблемы оптимизации являются важнейшими для функционирования технологических схем химической технологии и биотехнологий. Нередко именно цели оптимального управления процессами являются главными в постановке задач исследования. Известен широкий набор методов оптимизации различных проблем естествознания (метод множителей Лагранжа, вариационное исчисление, динамическое программирование, принцип максимума Понтрягина и др.). Однако в ряде примеров использование некоторых из перечисленных методов требует кропотливой, сложной работы, что может приводить к ошибкам и неверным выводам. Поэтому целесообразно при возможности проводить исследование как можно более простыми методами, когда выводы о правильности нахождения оптимума являются легко проверяемыми.

В данной работе показано, что в ряде задач весьма эффективным является метод, основанный на классическом неравенстве между средним арифметическим и средним геометрическим набора неотрицательных величин. Рассмотрены каскады химических реакторов, в которых протекает реакция первого порядка. В качестве критерия оптимальности выбраны случаи: максимальной степени превращения в каскаде при фиксированном суммарном объеме реактора; минимального суммарного объема аппаратов каскада при заданной степени превращения. В частности рассмотрены случаи, когда константы скорости реакции различны в каждом аппарате каскада. Отмечены случаи, когда использование классического неравенства заметно проще, чем применение более сложных методов, зачастую затрудняющие получение исчерпывающего решения задачи, как это имеет место в некоторых литературных источниках. Подробно рассмотрен пример двух реакторов при протекании в них реакции второго порядка. В этом варианте выяснено, что при оптимальной организации процесса объемы химических реакторов каскада не обязательно должны быть одинаковыми.

Ключевые слова: реактор, степень превращения, среднее арифметическое, оптимизация.

Александрова Любовь Юрьевна (Санкт-Петербург, Россия) – преподаватель кафедры процессов и аппаратов химической технологии Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета (197376, Санкт-Петербург, Аптекарский пр., 6; e-mail: lubov.aleksandrova@ pharminnotech.com).

Рубцова Лариса Николаевна (Санкт-Петербург, Россия) – кандидат фармацевтических наук, доцент кафедры процессов и аппаратов химической технологии Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтичес­кого университета (197376, Санкт-Петербург, Аптекарский пр., 6; e-mail: larisa.rubtsova@pharminnotech.com).

Мошинский Александр Иванович (Санкт-Петербург, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры процессов и аппаратов химической технологии Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевти­ческого университета (197376, Санкт-Петербург, Аптекарский пр., 6; e-mail: alexander.moshinsky@pharminnotech.com).

Ганин Павел Георгиевич (Санкт-Петербург, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры процессов и аппаратов химической технологии Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета (197376, Санкт-Петербург, Аптекарский пр., 6; e-mail: pavel. ganin@pharminnotech.com).

Маркова Алла Валентиновна (Санкт-Петербург, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры процессов и аппаратов химической технологии Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета (197376, Санкт-Петербург, Аптекарский пр., 6; e-mail: alla.mar­kova@pharminnotech.com).

Сорокин Владислав Валерьевич (Санкт-Петербург, Россия) – кандидат фармацевтических наук, доцент, заведующий кафедрой процессов и аппаратов химической технологии Санкт-Петербургского государственного химико-фармацевтического университета (197376, Санкт-Петербург, Аптекарский пр., 6; e-mail: vladislav.sorokin@pharminnotech.com).

1. Ефремов Г.И. Оптимизация каскада реакторов идеального смешения // Теоретические основы химической технологии. – 2016. – Т. 50, № 6. – С. 714–719.
2. Байтимерова А.И., Мустафина С.А., Спивак С.И. Алгоритм решения задачи оптимизации процесса с переменным реакционным объемом в каскаде реакторов // Вестник Башкирского университета. – 2008. – Т. 13, № 3–1. – С. 855–858.
3. Байтимерова А.И., Мустафина С.А., Спивак С.И. Поиск оптимального управления в каскаде реакторов для процессов с переменным реакционным объемом // Системы управления и информационные технологии. – 2008. – № 2 (32). – С. 38–42.
4. Володин В.М., Мокрова Н.В. Способы построения математической модели каскада реакторов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2006. – Т. 12, № 2. – С. 323–328.
5. Янчуковская Е.В. Математическое моделирование химического реактора идеального перемешивания // Изв. вузов. Прикладная химия и биотехнология. – 2014. – № 6(11). – С. 74–80.
6. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. – М.: Химия, 1985. – 448 с.
7. Арис Р. Анализ процессов в химических реакторах. – Л.: Химия, 1967. – 328 с.
8. Тихомиров В.М. Рассказы о максимумах и минимумах. – М.: Наука, 1986. – 192 c.
9. Зорич В.А. Математический анализ. Ч. I. – М.: Наука, 1981. – 544 с.
10. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. – М.: Химия, 1975. – 576 с.
11. Моисеев Н.Н., Иванилов Ю.П., Столярова Е.М. Методы оптимизации. – М.: Наука, 1978. – 352 с.
12. Босс В. Лекции по математике. Т.7. Оптимизация. – М.: КомКнига, 2007. – 216 с.
13. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1981. – 384 с.
14. Мошинский А.И Введение в математическое моделирование химико-технологических и биотехнологических процессов. - СПб.: Изд-во СПХФУ, 2018. - 176 с.
15. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. – М.: Химия, 1969. – 624 с.
16. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Методы теории функций комплексного переменного. – М.: Наука, 1973. – 736 с.
17. Курош А.Г. Курс высшей алгебры. – М.: Наука, 1968. – 431 с.