Тези Днів студентської науки 2012-2013

1. МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ТЕЗИ
ДНІВ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ ЧДТУ
2012-2013 рр.
Черкаси 2013

2. Рекомендовано до друку за рішенням оргкомітету
по проведенню Днів студентської науки ЧДТУ
О Р Г К О М І Т Е Т
Голова
оргкомітету професор Лега Ю.Г., ректор ЧДТУ
Заст. голови професор Качала Т.М.,
проректор з науково-дослідної роботи та міжнародних зв’язків
доц. Калейников Г.Є.,
відповідальний за наукову роботу на факультеті технологій машинобудування
і дизайну
Фоміна Н.М.,
відповідальна за наукову роботу на будівельному факультеті
проф. Стеценко І.В.,
відповідальна за наукову роботу на факультеті інформаційних
технологій і систем
Вяткін П.С.,
відповідальний за наукову роботу на факультеті економіки і управління
доц. Бережна Л.В.,
відповідальна за наукову роботу на фінансово-економічному факультеті
Кисельов В.Б.,
відповідальний за наукову роботу на факультеті електронних технологій
доц. Орлова М.В.,
відповідальна за наукову роботу на лінгвістичному факультеті
Члени оргкомітету:
- професор Діскант В.І., керівник секції природничих наук
- професор Шарапов В.М., керівник секції електронних технологій
- професор Донченко П.А., керівник секції промислового та цивільного будівництва
- професор Хомяков В.І., керівник фінансово-економічної секції
- професор Бушин М.І., керівник гуманітарної секції
- професор Тимченко А.А., керівник секції інформаційних технологій та систем
- професор Столяренко Г.С., керівник секції хімтехнологій та промислової екології
- доцент Хоменко О.М., керівник секції екології та збалансованого природокористування
- професор Поляков С.П., керівник секції машинобудування
- Мельник І.В., провідний фахівець НДІ
Відповідальний за випуск Мельник І.В.
Адреса університету: 18006, м. Черкаси, бульвар Шевченка, 460
тел. (0472) 73-02-29
Тези Днів студентської науки ЧДТУ 2012-2013 рр. / М-во освіти і науки України, Черкас.
держ. технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2013. – 111 с.
© Автори тез, 2013.

3. ХІМІЯ, ХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЯ
3
ХІМІЯ,
ХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЯ
УДК 663.5(075.8)
ВИВЧЕННЯ ПРАКТИЧНИХ ОСНОВ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛІЗУ
ПОЛІМЕРІВ ЗЕРНОВОЇ СИРОВИНИ У СПИРТОВОМУ ВИРОБНИЦТВІ
Люлька Н.О.1
Одним з основних споживачів сировинних та енергетичних ресурсів в Агропромисло-
вому комплексі України є спиртова промисловість.
Спиртова галузь належить до однієї з важливих і водночас матеріалоємних у харчовій
промисловості.
Сучасні ринкові стосунки вимагають створення і впровадження у виробництво техноло-
гій з низько енерго-, ресурсо- і капіталоємністю, які одночасно забезпечують високу якість і
конкурентоспроможність кінцевої продукції на внутрішньому та зовнішньому ринках.
На сьогоднішній день постає питання впливу комплексу ферментних препаратів на які-
сні і кількісні показники кінцевого продукту – спирту. Цей напрям являється перспектив-
ним, так як він обумовлений здешевленням готової продукції за рахунок повноти викори-
стання сировини. Концепція «технологічної адекватності зернової сировини» передбачає йо-
го переробку за сучасними передовими технологіями з максимальним виходом спирту, міні-
мальними технологічними і виробничими витратами, виробництвом спирту етилового рек-
тифікованого з високими органолептичними показниками і на його основі випуск якісної
лікеро-горілчаної продукції.
Метою дослідження є впровадження технології зброджування сусла високої концент-
рації (HGF), застосування сучасних ферментних препаратів, що дозволяє скоротити витрати
енергії при зброджуванні сусла високої концентрації.
Завданням дослідження є підбір комплексу ферментних препаратів та умов для їх вико-
ристання, тобто на якій стадії технологічного процесу, при яких температурах середовища та
при якій тривалості процесу доцільніше задавати цей комплекс ферментних препаратів.
В якості об’єктів дослідження використовували ферментні препарати «Віскоферм»,
«Термаміл SC», «Сан-Супер», «Новозим», зерно та помел зерна пшениці і жита та термото-
лерантні сухі дріжджі марки «Oenoferm C2».
Ферментні препарати «Термаміл SC» і «Віскоферм» було додано до замісу в різних
концентраціях, перед його розварюванням, та досліджено його вплив на тривалість розварю-
вання (рис. 1).
Ферментні препарати «Сан-Супер» та «Новозим» до замісу додали після його розва-
рювання та дослідженно їх вплив на обємну частку спирту в дистиляті (рис. 2).
Науковий керівник Яценко С.І.

4. ТЕЗИ ДНІВ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ ЧДТУ 2012-2013 рр.
4
Рисунок 1 – Графік залежності часу гідролізу крохмалю до незабарвлених декстринів
від концентрації ферментного препарату
12,5
13
13,5
14
14,5
15
0 0,2 0,4 0,6
Концентрація ферментного препарату, мл
Об'ємначастка
спиртув
дистиляті,%об.
Пшениця
Жито
Рисунок 2 – Графік залежності об'ємної частки спирту в дистиляті
від концентрації ферментного препарату
Незважаючи на позитивний досвід від використання технології низькотемпературної
термоферментативної обробки сировини з використанням КФП, вона ще не знайшла широ-
кого впровадження. Викликано це тим, що залишається ціла низка питань, пов'язаних з оп-
тимальним її використанням. Насамперед, це – вибір ефективних композицій концентрова-
них ферментних препаратів (КФП) для забезпечення регламентованих показників спиртової
бражки та нормативного виходу спирту; визначення місця введення ферментних препаратів
у технологічному процесі при мінімальних їх витратах; вплив КФП та технології їх застосу-
вання (ступінь подрібнення зерна, гідромодуль, вид і якість сировини, рН, температура та
експозиція термоферментативної обробки, вибір місця оцукрення розрідженого сусла, засто-
сування після спиртової барди) на склад леткої частини спиртової бражки, тобто на якісні
показники ректифікованого спирту; особливості приготування виробничих дріжджів та
спиртового бродіння; забезпечення мікробіологічної чистоти виробництва тощо.

5. ХІМІЯ, ХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЯ
5
УДК 663.5
УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИСТКИ СОРТІВОК
НЕТРАДИЦІЙНИМИ СОРБЕНТАМИ
Купчинська М.А., Михайлова О.В., Плахотник Т.В.2
Виробництво етилового спирту та лікеро-горілчаних виробів посідає вагоме місце в
економіці держави. Лікеро-горілчані напої – одні із бюджетоформуючих продуктів. Тому до-
сить актуальними є удосконалення та впровадження нових технологій, спрямованих на по-
кращання якісних показників лікеро-горілчаних напоїв та здешевлення цих виробів.
Нормативні державні документи обмежують вміст домішок у спирті ректифікованому.
Та, часом, неякісна вихідна сировина, порушення технологічного регламенту виробництва
етанолу приводить до отримання етилового спирту зі збільшеним вмістом домішок.
Вміст тих або інших домішок, які формують смак спирту, а в подальшому і горілок,
можна знизити шляхом очищення їх адсорбентами. В якості адсорбентів для очищення ліке-
ро-горілчаних напоїв доцільно використовувати природні дисперсні глинисті мінерали.
Виходячи з цього, актуальним для розвитку спиртової промисловості України та її лі-
керо-горілчаної галузі є проведення комплексу теоретичних та експериментальних дослі-
джень з метою наукового обґрунтування та розроблення технологій очищення водно-
спиртових розчинів природними адсорбентами.
Найпопулярніший спосіб очистки водно-спиртової суміші є адсорбційна очистка на ак-
тивному вугіллі. Вугілля адсорбує домішки і одночасно каталізує окисно-відновлювальні
процеси, які сприятливо впливають на якість горілки.
Недоліком активного вугілля, як промислового адсорбенту, є його горючість, дорогови-
зна та підвищений вміст зольних елементів, що при високих температурах, характерних для
стадії десорбції, являються каталізаторами багатьох небажаних реакцій
Такий стан речей став передумовою для пошуків дешевих та ефективних матеріалів, які
б технологічно і економічно задовольняли б вимоги, що пред’являються до адсорбентів ліке-
ро-горілчаної галузі. Такими адсорбентами можуть слугувати природні дисперсні мінерали.
Одним із ефективних сорбентів є шунгіт.
Шунгітові породи є природніми композиційними матеріалами, склад яких різний по
вмісту вуглецю, мінеральних компонентів, та їхній структурі. Для вуглецю характерна прису-
тність глобул – фулереноподібних сполук, які містять пакети плавно вигнутих вуглецевих
шарів, які захоплюють нанопори.
У водорозчинній частині шунгіта міститься майже один відсоток фулеренів. Відмінною
особливістю вуглецю є не тільки те, що він може знаходитись в різних станах, що характери-
зує його алотропні різновидності, але й практична можливість штучного синтезу всіх його
валентних форм.
Зміну концентрації домішок досліджували хроматографічним методом за допомогою
хроматографа Agilent HP-6890. Метод ґрунтується на газохроматографічному розділення мі-
крокомпонентів у дослідній пробі і наступному їх детектуванні полум’яно-іонізаційним де-
тектором. Вимірювання виконувалось за методом абсолютного градуювання.
В лабораторних умовах було спроектовано установку, на якій проводили дослідження
зміни концентрації домішок у спирті етиловому ректифікованому і водно-спиртовій суміші
(сортівці) концентрацією 40 % об. Установка для проведення дослідження складалась з адсо-
рбційної колонки, в яку засипали адсорбент у кількості 230 г. Шунгіт попередньо просушу-
2
Наукові керівники: к.т.н., доцент Нагурна Н.А., Турчун О.В.

6. ТЕЗИ ДНІВ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ ЧДТУ 2012-2013 рр.
6
вали при температурі 110-120 0
С протягом 12 год. З напірної ємкості сортівку відповідної
концентрації подавали у адсорбційну колонку з відповідною швидкістю, яку регулювали за
допомогою вентиля забезпечуючи тривалість контакту фаз сортівка-шунгіт та спирт етило-
вий ректифікований-шунгіт – 10, 20, 30, 60 хв.
Отримані дані наведено у таблиці 1 та таблиці 2.
Таблиця 1 – Концентрація домішок водно-спиртової суміші концентрацією 40 %
об. при різній тривалості контакту з шунгітом
Тривалість контакту фаз, хв
Концентрація домішки Вихідний спирт
10 20 30 60
Ацетальдегід, мг/дм3
0,8645 0,5779 0,6713 1,0321 1,0489
Метанол, мг/дм3
0,0005 0,0003 0,0004 0,0004 0,0005
2-пропанол, мг/дм3
1,69 0,7671 1,0211 1,1643 1,62
Таблиця 2 – Концентрація домішок спирту етилового ректифікованого з об’ємною
часткою спирту 96,3 % об. при різній тривалості контакту з шунгітом
Тривалість контакту фаз, хв
Концентрація домішки Вихідний спирт
10 20 30 60
Ацетальдегід, мг/дм3
0,2868 0,2338 0,2353 0,2816 0,8461
Метанол, мг/дм3
0,0005 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004
2-пропанол, мг/дм3
1,5399 1,4668 1,4189 1,4665 1,4709
З представлених даних можна зробити висновок, що в залежності від тривалості конта-
кту фаз шунгіт-водно-спиртова суміш концентрацією 40 % об., шунгіт-спирт етиловий рек-
тифікований з об’ємною часткою 96,3 % об. домішки абсорбуються по різному. Так, при три-
валості контакту з шунгітом протягом 10 хв. концентрація ацетальдегіду в сортівці і спирті
етиловому ректифікованому зменшилась на 33,2 і 18,5 % відповідно.
Вміст метанолу, який є шкідливою домішкою з ГДК – 1,0 мг/м3
, за таких же умов зміни-
вся наступним чином:
- у сортівці (водно-спиртовій суміші 40 % об.) – концентрація метанолу зменшилась
на 60 %;
- в спирті етиловому ректифікованому з об’ємною часткою спирту 96,3 % об. – кон-
центрація метанолу зменшилась на 20 %.
Адсорбція 2-пропанолу відбулась при тривалості контакту фаз шунгіт-спирт етиловий
ректифікований з об’ємною часткою спирту 96,3 % об. терміном 20 хв., зменшення концент-
рації 2-пропанолу склало 8 %. Для сортівки термін контакту із шунгітом склав 10 хв. і конце-
нтрація 2-пропанолу зменшилась на 54%.
Адсорбція домішок шунгітом із сортівки концентрацією 40 % об. більш ефективна, ніж
із спирту етилового ректифікованого міцністю 96,3% об.
Саме тому для певної групи домішок спирту необхідно підбирати оптимальні умови ро-
боти ректифікаційної колони і колони додаткового очищення спирту, які встановлюються ек-
спериментально за результатами досліджень.

7. ХІМІЯ, ХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЯ
7
УДК 577.16
РОЛЬ ВІТАМІНІВ В ЖИТТІ ЛЮДИНИ
Черкасова О.О.3
Людський організм постійно має потребу в найрізноманітніших хімічних сполуках. Це
білки, жири, вуглеводи, а також вітаміни та мінеральні речовини.
Часто через брак часу ми просто не встигаємо повноцінно і різноманітно харчуватися,
щоб забезпечити наш організм всіма необхідними мікроелементами і вітамінами. При нор-
мальному харчуванні та звичайному способі життя людина рідко згадує про вітаміни, але
при їх відсутності починаються проблеми зі здоров’ям. Розбитість, постійна втома – якраз
ознаки того, що у раціоні людини не вистачає вітамінів.
Вітаміни (від лат. vita – «життя») – низькомолекулярні органічні сполуки різної хімічної
природи, які є необхідні в невеликих кількостях для нормальної життєдіяльності організмів.
Вітаміни поділяють на дві групи:
1) Водорозчинні: С (аскорбінова кислота), В1 (тіамін), B2 (рибофлавін), B5 (пан-
тотенова кислота), B6 (пірідоксін) , B12 (кобаломін), РР (нікотинова кислота),
Bс (фолієва кислота), H (біотин).
2) Жиророзчинні: А (ретинол), D (кальцифероли), Е (токофероли), К (філохінон).
Основні види вітамінних комплексів.
Синтетичні вітаміни в таблетках. Синтетичні вітаміни синтезуються з кам'яновугіль-
них смол та інших похідних нафти. Переваги цього виду вітамінів – вони коштують набагато
дешевше інших видів, при цьому містять в собі всі необхідні компоненти. Але до недоліків
можна віднести те, що вони не здатні виконувати всі функції, які можуть виконувати натура-
льні вітаміни.
Натуральні вітаміни в продуктах. Ці комплекси вітамінів подаровані нам природою,
у вигляді овочів і фруктів. Але необхідно пам’ятати, що деякі фермерські господарства праг-
нуть підвищити їх врожайність за рахунок застосування технології швидкого дозрівання, че-
рез що рослини просто не встигають накопичити в собі необхідну кількість вітамінів. Тому
при дотриманні раціону, в яких присутні фрукти та овочі, можна відчувати брак у вітамінах.
Натуральні вітаміни в таблетках. Цей комплекс є найкращим варіантом. Натуральні
вітаміни в таблетках стали можливими завдяки видаленню води з живих плодів і трав.
Отримана суха маса, яка при цьому зменшується в розмірах у кілька разів, подрібнюється і
перетворюється в таблетки або капсули.
Наведу деякі види вітамінів, їх властивості, а також ті джерела, де їх може отримати людина.
Вітамін А є важливим для очей, формування та функціонування шкіряного покрову та
слизової оболонки. Потрібен для нормального розвитку яйцеклітин, росту та розвитку кісток,
загоювання переломів. Основні продукти, які містять вітамін А: яйце куряче, печінка ялови-
ча, печінка тріски, молоко, твердий сир. Добову потребу вітаміну А забезпечить
200-250 грамів твердого сиру.
Вітамін В1 бере участь в обміні білків, жирів та вуглеводів, які є необхідними для утво-
рення нових клітин організму та для передачі сигналів в нервовій системі. Основні продукти,
які містять вітамін В1: соя, крупа вівсяна, дріжджі пресовані, свинина. Добову потребу віта-
міну В1 забезпечить 30 грамів свинини.
Вітамін В6 бере участь в обміні білків та жирів, які є необхідними для синтезу гемо-
глобіну, прискорює хімічні реакції в організмі, підвищує імунітет. Основні продукти, які мі-
3
Науковий керівник к.т.н. доцент Ротте С.В.

8. ТЕЗИ ДНІВ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ ЧДТУ 2012-2013 рр.
8
стять вітамін В6: куряче філе, банани, картопля, горіхи волоські. Добову потребу вітаміну В6
забезпечить 1 банан.
Вітамін В12 бере участь в утворенні нових клітин крові, шкіри та слизової кишечника,
входить у склад оболонки нервових клітин. Основні продукти, які містять вітамін В12: мо-
люски, риба, молоко. Добову потребу вітаміну В12 забезпечить 80 грамів молока.
Вітамін С виробляє колаген, який забезпечує пружність і еластичність шкіри. Має фу-
нкцію загоювання, зміцнює сосуди. Підвищує імунітет, попереджує старіння. Основні про-
дукти, які містять вітамін С: картопля, цитрусові фрукти, петрушка, білокачанна капуста,
шипшина. Добову потребу вітаміну С забезпечить 50 грамів петрушки.
Вітамін D прискорює всмоктування магнію та кальцію в кишечнику, попереджує
втрату фосфору з кісткової тканини. Основні продукти, які містять вітамін D: ультрафіоле-
тові промені сонця, риба, шпроти в олії, вершкове масло. Добову потребу вітаміну D забез-
печить 70 грамів малосольного оселедця.
Вітамін Е забезпечує нормальне поглинання кисню, перешкоджає процесам старіння,
необхідний при вагітності, поліпшує стан шкіри. Основні продукти, які містять вітамін Е:
яйця, арахіс, мигдаль, олія, гречка. Добову потребу вітаміну Е забезпечить 25 грамів олії.
Вітамін Н регулює рівень цукру в крові, важливий для вуглеводного обміну. Грає ва-
жливу роль в діяльності нервової системи та в засвоєні білку, спалюванні жиру. Основні про-
дукти, які містять вітамін Н: варені яйця, печериці, горіхи, йогурт, сир. Добову потребу ві-
таміну Н забезпечить 200 грамів печериць.
Вітамінні комплекси направлені на певну вікову групу споживачів.
Вітаміни для дитячого організму. У дитячих комплексах повинні міститися вітаміни і
мінерали, дозування яких повинні відповідають віку дитини. Вітамін А відповідає за добрий
зір, ріст зубів і волосся, за роботу клітин шкіри. Щоб відновити енергію, слід приймати віта-
міни С та Е. Група вітамінів В зміцнює нервову систему малюка, пригнічує плаксивість і ка-
призи. Кальцій необхідний дітям в період прорізання зубів та в підлітком віці.
Вітаміни для жіночого організму. Для здоров’я шкіри в раціоні повинні бути вітаміни
А, Е та С. Жінкам старше сорока років потрібно звернути увагу на споживання вітаміну D,
оскільки він впливає на засвоєння кальцію в організмі. Вітамін В12 бере участь в регуляції
вуглеводного та жирового обмінів в організмі, а також важливий для кровотворення.
Вітаміни для вагітних жінок. Незамінною є фолієва кислота – вітамін Bс, яка необ-
хідна для ділення клітин, для нормального розвитку органів і тканин плоду, в останнього
зменшується ризик розвитку пороку серця та інших дефектів організму.
Вітаміни для чоловічого організму. Дуже важливий для чоловічого організму вітамін
А, який підвищує імунітет, має протиракову дію, а також відіграє роль у продукуванні тестос-
терону. Для уникнення серцево-судинних захворювань потрібен вітамін С. Нестача вітаміну Е
призводить до порушень статевої функції. Вітамін N зменшує рівень холестерину в крові. Для
росту м'язів необхідні вітаміни групи В. За стан шкіри, волосся і нігтів відповідає вітамін Н.
Вітаміни для похилого віку. У літніх людей знижена здатність до всмоктування хар-
чових інгредієнтів. А постійний прийом лікарських препаратів призводять до того, що люди-
на регулярно недоотримує необхідні йому речовини. У літніх людей споживання групи ві-
тамінів В нижче рекомендованого. Дефіцит вітаміну Е виявлений у 80% літніх пацієнтів, ві-
таміну С – у 60%, вітаміну А – до 40%. Літні люди, які регулярно приймають вітамінні пре-
парати, ведуть більш активний спосіб життя.
Висновок: вітаміни обов’язково нам необхідні для нормальної життєдіяльності органі-
зму. Вони є незамінними харчовими речовинами, які надходять головним чином з продукта-
ми харчування. А людині, що живе в міських умовах, вітамінні комплекси рекомендується
вживати цілий рік.
Також не треба забувати, що вітаміни – це не тільки необхідні для нашого організму
компоненти харчування, вони також є ліками, які регулюють порушення функції організму.
Це засоби профілактики багатьох захворювань та старіння.

9. ХІМІЯ, ХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЯ
9
УДК 546; 541.49
НИЗЬКОТЕМПЕРАТУРНИЙ ПЛАЗМОВИЙ КАТАЛІЗ
В ПРОЦЕСАХ ЗНИЖЕННЯ ТОКСИЧНОСТІ ВІДХІДНИХ ГАЗІВ
Дузь О.А., Шмиголь С.О.4
Проблема захисту навколишнього середовища від токсичних компонентів вихлопних
газів двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ) стає дедалі все більш актуальною. Широке засто-
сування таких двигунів у всьому світі сприяло значному забрудненню відпрацьованими га-
зами повітря міських та промислових районів.
Небезпека дії відпрацьованих газів двигунів збільшується внаслідок того, що компоне-
нти вихлопних газів здатні взаємодіяти із складниками повітря, утворюючи хімічні комплек-
си, що є шкідливими для флори та фауни планети, а також не можна не брати до уваги зрос-
тання кількості авто в світі.
Основними шляхами зниження токсичності вихлопних газів двигуна внутрішнього зго-
рання є:
- попередження утворення токсичних компонентів (зміна параметрів роботи двигуна за
рахунок регулювання системи живлення; зміна конструкцій камер спалювання палива; пода-
ча палива безпосередньо в камеру згоряння. тощо);
- нейтралізація утворених токсичних домішок (рециркуляція відпрацьованих газів; вог-
нева нейтралізація відпрацьованих газів; каталітична нейтралізація; використання присадок).
На сьогоднішній день широкого застосування набули системи нейтралізації та очистки
вихлопних газів. Відомі рідинні, термічні, каталітичні, електрокаталітичні та комбіновані
нейтралізатори та уловлювачі сажі.
Сьогодні додаткової привабливості набувають розробки з використання магнітних, еле-
ктромагнітних полів та різних видів газових електричних розрядів для підготовки палива до
згорання або зниження вмісту у відпрацьованих газах таких токсичних сполук як вуглеводні,
оксид вуглецю (ІІ) та оксиди азоту.
Існує декілька видів розрядів, але особливу увагу хочеться звернути саме на «бар’єрний
розряд».
Бар’єрний розряд отримують за досить не складною схемою при прикладанні напруги
на пластинах, що розміщені між діелектриком. Іонізуємий газ знаходиться в розрядному
проміжку. Молекули газу в розрядному проміжку набувають дуже високих енергій і тому
розвиваються високі швидкості реакцій. Внаслідок цього окремо взятий мікророзряд має си-
льну деструктивну дію, руйнуючи молекули газу на радикали і вільні атоми.
На кафедрі хімії та хімічної технології неорганічних речовин проведено дослідження
на базі автомобіля ГАЗ 3110 по вивченню впливу електричного поля на вміст у
відпрацьованих газах таких токсичних сполук як вуглеводні, оксид вуглецю (ІІ) та оксиди
азоту. Для цього у вихлопній системі автомобіля було встановлено пристрій електрокаталі-
тичної нейтралізації відпрацьованих газів з використанням бар’єрного розряду.
Аналізуючи отримані експериментальні дані, можна зробити висновки. Вміст токсич-
них компонентів відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згорання змінюється від кіль-
кості обертів двигуна, тобто від його навантаження, співвідношення кількості повітря до кі-
лькості палива у паливо-повітряній суміші, що подається у циліндри двигуна, від температу-
ри у циліндрах двигуна та у випускному колекторі автомобіля та від інших факторів.
Наукові керівники: к.т.н., доцент Громико А.В., д.т.н., професор Столяренко Г.С.

10. ТЕЗИ ДНІВ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ ЧДТУ 2012-2013 рр.
10
Розглядаючи результати проведених експериментів (рис. 1) можна констатувати, що
основна тенденція зміни вмісту у відпрацьованих газах оксиду вуглецю (II), вуглеводнів па-
лива, оксидів азоту із зміною частоти обертів двигуна в режимі холостого ходу зберігається.
Рисунок 1 – Залежність концентрації забруднювачів від густини струму
(при обробці бар’єрним розрядом)
Для бар’єрного розряду максимальний ступінь очищення від оксиду вуглецю (ІІ) (42%)
припадає на середнє значення густини струму (2,28 мА·год/м3
), що пояснюється мінімальним
вмістом вуглеводнів у відпрацьованих газах.
Максимальний вміст вуглеводнів припадає на найменше і найбільше число обертів.
Найменший вміст вуглеводнів при 1500 об/хв. Через те, що при цих обертах коефіцієнт над-
лишку повітря α ≈ 1, що дозволяє ефективно здійснювати процес горіння.
В ході проведених експериментів було встановлено, що оптимальним режимом зни-
ження токсичності відпрацьованих при роботі електрокаталітичного реактора є кількість
обертів двигуна на рівні 1000-1500 об/хв., так як за таких умов густина струму в розрядному
проміжку максимальна, що максимально ініціює електрокаталітичні процеси в реакторі та
знижує вміст токсичних сполук у відпрацьованих газах. Максимально досягнуті показники
очистки : зниження вмісту СО на 42 % при 1500 об/хв., температура 300о
С; зниження вмісту
СnHm при 1000 об./хв. та коефіцієнту надлишку повітря 0,88; зниження вмісту NОx на 9%,
при 1000 об./хв. та температурі 260о
С.
Література
1. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды / Ю. Якубовский ;
[пер. с пол.]. – М. : Транспорт, 1979. – 198 с.
2. Малов Р.В. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды / Малов Р.В.,
Ерохов В.И., Щетина В.А. – М. : Транспорт, 1982. – 200 с.
3. Равич М.Б. Эффективность использования топлива / М.Б. Равич. – Изд-во «Наука», 1977.
– 344 с.
4. Солдинг Д.Б. Основы теории горения / Д.Б. Солдинг ; пер. с англ. Л.А. Клячко, М.П. Само-
званцева [под ред. Д. Н. Вырубова]. – М. : «Государственное энергетическое издательство»,
1959. – 320 с.
5. Столяренко Г.С. Теоретические основы гетерофазных озонных процессов и технология
денитрации газовых потоков : дис… доктора технических наук / Г.С. Столяренко. – Черкас-
сы, 2000. – 440 с.

11. ХІМІЯ, ХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЯ
11
УДК 621.433:662.767.2
НОВІ ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ ВІДПРАЦЬОВАНИХ ГАЗІВ
ДВИГУНА ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРАННЯ ВІД САЖІ
Дубина В.І., Захарчук В.М.5
На сьогоднішній день одним з головних забруднювачів атмосфери дисперсними част-
ками (сажею) великих міст є автомобільний транспорт. У зв'язку із цим екологічні вимоги до
сучасного автомобіля являються сьогодні пріоритетними. Ведуться спроби розробки повніс-
тю екологічно безпечного автомобіля [1].
Всі відомі винаходи у вигляді способів і пристроїв екологічного очищення відпрацьо-
ваних газів ДВЗ можна розділити на внутрішні (безпосередньо в самому ДВЗ) і зовнішні
(очищення відпрацьованих газів, у випускному тракті ДВЗ) [2]. Внутрішні способи очищення
досягаються шляхом зміни конструкції двигуна та пов’язані з оптимізацією робочого проце-
су. Зовнішні методи очищення відпрацьованих газів ДВЗ, як і в промисловому очищенні, у
більшості випадків засновані на використанні різних фізичних принципів. Багато з них оріє-
нтовані саме на вловлювання й/або утилізацію часток сажі. Проведемо короткий аналіз відо-
мих винаходів і патентів по цій темі.
Відомі нові способи й пристрої механічного сепарування твердих і рідких домішок від-
працьованих газів, характерних для дизельного транспорту, шляхом обертання потоку від-
працьованих газів, з наступним нагромадженням сажі й мастила в спеціальних бункерах із
систематичним видаленням. Відпрацьований газ двигунів містить забруднення в дрібнодис-
персному стані, тому для ефективного їхнього осадження необхідні досить великі відцентро-
ві сили. Крім того, для забезпечення досить великої пропускної здатності пристрою потрібна
і висока вертикальна швидкість газів всередині корпуса пристрою. Для обертання ротора
пристрою можуть використовуватися електродвигун постійного струму або магнітодроти.
Недоліками даного способу є складність реалізації, значні енерговитрати і велика матеріало-
ємність, оскільки об'єм сажі, яка сепарується, є досить великий через її низьку густину. Тер-
мічне ж розкладання сажі економічно недоцільне й приводить до збільшення обсягу оксиду
вуглецю у відхідних газах.
Відомі плазмові способи й пристрої допалювання відпрацьованих газів, шляхом про-
пущення відпрацьованих газів через факел низькотемпературної плазми. Пристрій реалізує
плазмовий спосіб очищення відпрацьованих газів.
Реакції, що відбуваються при змішанні низькотемпературної повітряної плазми з дода-
тковим паливом, приводять до утворення надрівноважних концентрацій атомів і радикалів, а
також великої кількості продуктів неповного перетворення вуглеводнів. Наявність таких час-
тинок у зоні хімічних реакцій дозволяє різко інтенсифікувати процес нейтралізації відпра-
цьованих газів.
Утворення заряджених і хімічно активних частинок відбувається в турбулізованому по-
тоці відпрацьованих газів, що сприяє інтенсивному розподілу центрів хімічної реакції по об'-
єму потоку, а також збільшує швидкість реакції й сприяє більш повному її протіканню, тобто
підвищує ефективність нейтралізації відпрацьованих газів.
Недоліками даного способу є значні енерговитрати при використанні додаткового па-
лива, несприятливі температурні режими вихлопної труби при її перегріві плазмою. Крім то-
го, зростає обсяг окислювача, що призводить до збільшення об’ємів відпрацьованих газів.
5
Науковий керівник к.т.н., доцент Громико А.В.

12. ТЕЗИ ДНІВ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ ЧДТУ 2012-2013 рр.
12
Відомі способи й пристрої електрофільтрування відпрацьованих газів двигунів [3] шля-
хом впливу електричним полем на електрично заряджені частки (тверді та рідкі) відпрацьо-
ваних газів з їхнім електростатичним осадженням на спеціальних електродах з наступним
систематичним видаленням осаду.
Недоліками способу є низька надійність через труднощі забезпечення надійної електро-
ізоляції різноіменно заряджених пластин електрофільтру в умовах осадження сажі та кіптяви
на внутрішній поверхні пластин і високих температур, а також значне додаткове викорис-
тання електричної енергії мережі автомобіля.
Відомі також способи очищення відпрацьованих газів від сажі шляхом її электротермі-
чного розкладання. Однак даний спосіб є енергозатратним і неприйнятний для автотранспор-
ту з зв’язку з низькою потужністю електрогенератора на автомобілі.
Особливу увагу пригортають комбіновані системи очищення відпрацьованих газів ав-
томобільних двигунів. Прикладом такого пристрою може служити пристрій, що комбінує в
собі сажовий каталітичний фільтр, каталітичний блок відновлення оксидів азоту і каталітич-
ний блок окислювання оксиду вуглецю й вуглеводнів [4].
Цікавим моментом у конструкції пристрою є те, що на внутрішню поверхню корпуса й
у сажових фільтрах грубого та тонкого очищення даного, а також на поверхні каталітичного
блоку відновлення оксидів азоту й каталітичного блоку окислювання оксиду вуглецю й вуг-
леводнів нанесено каталізатори, які виконані на основі складного оксиду
CuxCo2+
yCo3+
2ySrzZr0,5zTi1-(0,5x+2y+z)О2.
Проводилися експериментальні дослідження показників роботи пристрою для очищен-
ня відпрацьованих газів, двигунів внутрішнього згоряння марок Д2500.И, ДТ2500.И,
Д4000.И, ДТ4000.И, у процесі яких вимірювалися питомі викиди токсичних компонентів,
таких як СО, СНх, NOx і дисперсних частинок (сажі).
Порівняльні дані для зазначених двигунів при їхній роботі без пристрою для очищення
відпрацьованих газів та із запропонованим пристроєм показують, що питомі викиди сажі
(г/кВт·год) при застосуванні пристрою знижують на 16 – 20% в залежності від потужності
двигуна. З таблиці видно, що показники викиду сажі в відпрацьованих газах двигунів внут-
рішнього згоряння із встановленим на них пристроєм для очищення, значно покращенні в
порівнянні із викидами сажі відпрацьованих газів, які не фільтрувалися даним пристроєм.
Незважаючи на численні позитивні показники даного пристрою, він все-таки не є ідеа-
льним. Адже ресурс роботи пристрою та показники зниження питомих викидів дисперсних
часток (сажі) і інші показники вимагають покращення, що дозволить не тільки поліпшити
показники фільтрування відпрацьованих газів ДВЗ від частинок сажі, але й збільшити ресурс
і показники окисно-відновлювальних каталізаторів, оскільки вони будуть менш забруднені
даними частинками під час роботи.
Література
1. Пат. 2023179 Российская Федерация МПК2
F 02 M 27/04. Нейтрализатор отработанных
газов дизеля / Новоселов А.Л.; Мельберт А.А.; Синицын В.А.; Пыжанкин Г.В. ; заявл.
15.11.94, опубл. 27.01.97.
2. Токсичность двигателей внутреннего сгорания и пути её снижения / [Сокольский Д.В.,
Попова Н.Н., Ракумбаева Г.Д. и др. ] // Симпозиум в участием специалистов стран СЭВ, 6-10
декабря 1976 г. Москва – 1976. – С. 63.
3. Пат. 18193 Україна. Способ очистки газовых выбросов и устройство для его осуществле-
ния / Макаров А.А., Макаров А.М. – № 2003068710; заявл. 04.11.2002, опубл. 12.07.2004.
Бюл. № 31.
4. Пат. 73368 Україна. Спосіб каталітичної нейтралізації газів, що відходять від автотранс-
порту / Г.С. Столяренко, Н.М. Фоміна, В.М. Вязовик, М.В. Галенко. – заявл. 14.02.2003,
опубл. 15.07.2005. Бюл. № 32.

13. ХІМІЯ, ХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЯ
13
УДК 504.5:629.33
ШЛЯХИ ЗНИЖЕННЯ ТОКСИЧНОСТІ АВТОМОБІЛІВ
В ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ УМОВАХ
Гайдар Ю.В., Голодович М.Ю.6
Підвищений викид токсичних речовин на одиницю транспортної роботи або перевезен-
ня одного пасажира зумовлений порушенням оптимальних характеристик автомобілів і не-
досконалістю системи керування транспортним процесом. Тому питома величина викиду то-
ксичних речовин за одних і тих же умов експлуатації змінюється в широких межах.
Основними причинами підвищеного вмісту токсичних речовин у відпрацьованих газах
автомобілів є порушення складу горючої суміші на основних експлуатаційних режимах; по-
гіршення процесу запалювання горючої суміші.
Викиди токсичних речовин автомобіля в різних експлуатаційних умовах змінюються
залежно від швидкості руху автомобіля. У міських умовах експлуатації при невисоких швид-
костях руху викиди CO в 1,46...2,2 і СН в 2,1...2,8 разу вищі порівняно з вільним рухом на
міжміських дорогах і маршрутах. При підвищенні швидкості ця різниця значно зменшується.
При збільшенні швидкості руху вантажного автомобіля середньої вантажності з карбю-
раторним двигуном з 20 до 60 км/год кількість токсичних речовин зменшується: CO з 83 до
27 г/км, а СН з 10 до 5,8 г/км. Збільшення тривалості роботи двигуна на холостому ходу і при
гальмуванні сприяє збільшенню викиду токсичних речовин в 1,5-2 рази. За всіх однакових
умов збільшення кількості магістралей швидкісного руху забезпечує зниження продуктів не-
повного згоряння CO і СН, але збільшує вміст NOX в атмосфері на 20...30%.
Конструктивні особливості автомагістралей суттєво впливають на режим руху автомо-
біля і відповідно на викиди токсичних речовин. Навіть наявність на автомагістралях невели-
ких схилів збільшує викиди CO на 15...25%, а СН на 10...20%.
Між концентрацією CO в атмосфері та інтенсивністю руху транспортних засобів існує
безпосередній зв'язок. Для його визначення доцільно використати залежність викиду токсич-
них речовин окремим автомобілем під час руху його в транспортному потоці від середньої
швидкості на ділянці між двома перехрестями. Правильне планування та регулювання місь-
кого руху забезпечує скорочення числа й тривалості зупинок автомобілів, зменшує трива-
лість їх роботи на токсичних режимах, запобігає скупченню транспортних засобів на пере-
хрестях. Резервом ефективного зниження забруднення атмосфери є забезпечення оптималь-
ного руху всього транспортного потоку, регулювання тривалості зупинок автомобіля і швид-
кості його руху на окремих перегонах.
Вивчення режимів руху автотранспортних засобів свідчить, що у великих містах трива-
лість роботи вантажних автомобілів становить на холостому ходу 17%, у режимах приско-
рення 42%, постійної швидкості 16% і режимах сповільнення 25%. В умовах руху автомобі-
лів на заміських автомагістралях тривалість роботи двигуна автомобіля на холостому ходу
збільшується залежно від щільності транспортних потоків від 1 до 3%. Співвідношення за-
значених режимів в балансі часу роботи автомобіля несприятливі і з точки зору токсичності
відпрацьованих газів. Найважливішим фактором зниження токсичних викидів у відпрацьо-
ваних газах є прийоми керування автомобілем. Точне визначення положення та інтенсивнос-
ті відкриття дросельної заслінки, забезпечення рівномірного руху на правильно вибраній пе-
6
Науковий керівник к.т.н., доцент Громико А.В.

14. ТЕЗИ ДНІВ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ ЧДТУ 2012-2013 рр.
14
редачі, а також раціональне дотримання умов проїзду перехресть і тунелів забезпечує міні-
мальне забруднення навколишнього середовища. Водій повинен завжди підтримувати по-
стійну швидкість руху автомобіля на вищій передачі, допустимій в конкретних дорожніх
умовах.
Вплив технічного стану автомобілів на кількість викиду токсичних речовин залежить
від двох основних причин — порушення складу горючої суміші та її запалювання. При три-
валій експлуатації автомобіля регулювання двигуна та його систем з різних причин значно
змінюється і спричинює підвищений вміст CO і СН у відпрацьованих газах. Викид токсич-
них речовин у відпрацьованих газах під час експлуатації внаслідок зміни технічного стану
карбюратора, підвищення гідравлічного опору повітряного фільтра, відкладення нагару на
стінках камери згоряння і порушення зазорів в газорозподільному механізмі безперервно
збільшується. Нещільне прилягання випускних клапанів і порушення зазорів в клапанному
механізмі передусім свідчить про збільшення кількості вуглеводнів у відпрацьованих газах.
При негерметичному випускному клапані на такті стиску частина незгорілої суміші потрап-
ляє в систему випуску відпрацьованих газів, вони надходять у картер двигуна через збільше-
ні зазори циліндропорпіневої групи двигуна з відкритою вентиляцією картера і забруднюють
атмосферу СН. Таким чином, під час тривалої експлуатації автомобілів зміни кількості ток-
сичних речовин у продуктах згоряння зумовлені такими основними причинами: зміною тех-
нічного стану та регулювальних параметрів карбюратора і повітряного фільтра; порушенням
регулювальних параметрів системи запалювання; спрацюванням циліндропоршневої групи і
клапанної групи двигуна.
Порушення роботи свічок запалювання також є найпоширенішим дефектом системи
запалювання. Збільшення зазору між електродами свічки призводить до збільшення ступеня
концентрації викиду СН до 24%. Збільшення зазору на 20% проти нижньої оптимальної гра-
ниці (0,85 = 1 мм автомобіля ЗІЛ—130 і ГАЗ-53А) підвищує концентрацію СН до 40%.
Одна із непрацюючих свічок восьмициліндрового двигуна або дві, що працюють з пе-
ребоями, свічки можуть спричинити збільшення викиду СН у 1,8-2,6 разу. Під час роботи з
перервами свічки запалювання чотирициліндрового двигуна викид СН збільшується
до 200%.
Тривала експлуатація автомобіля спричинює збільшення у відпрацьованих газах про-
дуктів неповного згоряння CO і СН. Кількість автомобілів автопідприємств великих міст, які
контролюють періодично на вміст CO, становить тільки 20%, а тих, що підлягають вибірко-
вому контролю, дещо більше − близько 30%. Середній викид токсичних речовин CO і СН у
автомобілів з несправним і не відрегульованим двигуном і його системами у 2-3 рази вищий,
ніж при його технічно справному стані.
Таким чином, забезпечити зниження викиду шкідливих сполук у відпрацьованих газах
ДВЗ неможливо без правильної організації експлуатації автомобільних двигунів, підтриман-
ня їх нормального технічного стану і регульованих параметрів роботи.
Література
1. Колесник С.І. Статистична оцінка забруднення атмосферного повітря автомобільним
транспортом: автореф. дис. на зздобуття наук. ступ. канд. економ. наук : 08.03.01 / Київ.
нац. екон. ун-т // УРЖ "Джерело". – 2004. – № 6.
2. Марков В.А. Токсичность отработавших газов дизелей и возможности ее снижения /
В.А. Марков // Грузовик . – 2009. – № 8.
3. Двигатели внутреннего сгорания / [ под ред. А.Ф. Шеховцева]. – Х., 2001. – 124 с. –
(Вестн. Нац. техн. ун-та "ХПИ"; № 2). – рус.
4. Канило П.М. Автомобиль и окружающая среда: учеб. пособие / Канило П.М., Бей И.С.,
Ровенский А.И. – Харьк. гос. автомоб.-дор. техн. ун-т. – Х. : Прапор, 2000. – 304 с.

15. ХІМІЯ, ХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЯ
15
УДК 541.128:542.973
РОЗРОБКА КОГЕНЕРАЦІЙНИХ ДВИГУНІВ
ЯК СПОСІБ ЗНИЖЕННЯ ТОКСИЧНОСТІ ДВИГУНІВ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРАННЯ
Семенюк В.В., Хітров В.В.7
Відповідно до світової практики до малої енергетики належать електростанції потужні-
стю до 20 МВт з агрегатами єдиної потужності до 10 МВт, опалювальні системи та котли
одиничної потужності до 5 Гкал/год. Враховуючи стрімке зниження запасів нафти, газу та
вугілля, як основного ресурсу для роботи електричних станцій виникає актуальна задача по
розробці способів економії паливо-енергетичних ресурсів та створенню прогресивних конс-
трукцій машин для їх реалізації.
Крім того, сьогодні з'являються нові промислові підприємства з енергоощадними тех-
нологіями, які мають потребу в електричній та тепловій потужності від 100 до 1000 кВт. В
роботі [1] встановлено, що виробництво тепла малими котельнями та індивідуальними ма-
шинами, яких у країні налічується близько 5 мільйонів, досягають 34% від загального вироб-
ництва тепла в Україні. Незважаючи на достатньо мізерний відсоток участі електричних та
теплових станцій потужністю до 20 МВт в загальному енергобалансі порівняно з електрич-
ними та тепловими станціями потужністю від 20 МВт, яким приділяється значно більше ува-
ги науковими установами, промисловістю, державними органами влади, значущість малої
енергетики для нашої країни виключно велика.
На сьогодні у світовій експлуатації знаходиться декілька сотень мільйонів двигунів
внутрішнього згорання, які обслуговують теплові електростанції та споживають для горіння
палива близько одного мільярда тонн кисню за рік, викидаючи при цьому в атмосферу сотні
мільйонів тонн оксиду вуглецю та десятки мільйонів тонн оксиду азоту, сірки та неспалених
вуглеводнів.
За даними роботи [5] двигуни внутрішнього згорання генерують 85% від загальної кі-
лькості теплової та електричної енергії на землі, причому основну частку ДВЗ становлять
поршневі двигуни, тому достатньо зосереджена увага на проблемі зменшення шкідливих ви-
кидів в атмосферу дозволить поліпшити екологічну ситуацію та підвищити коефіцієнт кори-
сної дії таких двигунів.
На сьогодні одним із основних критеріїв оцінки рівня технологічної досконалості роз-
робленого двигуна є екологічність його основних механізмів та прогресивності технічних
рішень щодо мінімізації шкідливих викидів в атмосферу.
Некрасовим В.Г. в роботі [2] встановлено, що перспективним напрямком зменшення
шкідливих викидів двигуном внутрішнього згорання є глибока утилізація теплоти на основі
парового циклу. Автор наголошує на необхідності застосування турбокомпаундованого дви-
гуна на основі парового утилізатора (циклу Ренкіна), такий цикл, крім збільшення виробниц-
тва корисної потужності позитивно впливає на поршневу частину двигуна. У разі збільшення
виробництва електричної енергії когенераційною машиною, за рахунок зменшення теплової
енергії, можна розглянути можливість застосування ефекту поданого в роботі [2] з подаль-
шим теоретико-експериментальним обґрунтуванням.
Для вирішення завдання комбінованого виробництва теплової та електричної енергії
автором у роботі [3] була розроблена машина для когенерації теплової та електричної енер-
7
Наукові керівники: к.т.н., доцент Громико А.В., д.т.н., професор Столяренко Г.С.

16. ТЕЗИ ДНІВ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ ЧДТУ 2012-2013 рр.
16
гії, суть роботи якої полягає в тому, що в чотирициліндровий двигун внутрішнього згорання
по трубопроводу пристрою підготовки паливної суміші паливо надходить у два циліндри,
які, перетворюючи теплову енергію палива, виробляють механічну енергію, що передається
по валу до електрогенератора для вироблення електроенергії. У процесі роботи двох цилінд-
рів двигуна утворюється теплова енергія, що відводиться охолоджувальною рідиною систе-
ми охолодження. Через триходовий клапан-термостат нагріта до 85°С охолоджувальна ріди-
на потрапляє у теплообмінник-утилізатор, де передає теплову енергію рідині контура систе-
ми тепломережі. Циркуляцію рідини забезпечує циркуляційний насос з електроприводом.
Гарячі відпрацьовані гази, що вивільнюються з циліндрів по трубопроводу потрапляють у
теплоутилізатор, де втрачають більшу частину теплової енергії з 700°С до 100°С, засмокту-
ються по трубопроводах іншими циліндрами, що працюють у компресорному режимі. Від-
працьовані гази через патрубок виходять назовні.
У результаті зниження внутрішньої енергії газового середовища з підвищеним тиском
при виході у навколишнє середовище гази охолоджуються до рівня температури нижче тем-
ператури навколишнього середовища, що вказує на високий коефіцієнт перетворення енергії
у даній когенераційній установці. Надлишкова механічна енергія, що виробляється у процесі
роботи двигуна, передається електрогенератору, який забезпечує роботу систем життєзабез-
печення установки, а також для використання електроенергії зовнішніми споживачами. У
розробленій когенераційній машині, на відміну від традиційних підходів [4], тепло відпра-
цьованих газів, є робочим тілом теплового насоса.
На кафедрі хімії та хімічної технології неорганічних речовин проведено дослідження
роботи когенераційної установки, які показали перспективність розвитку даного напряму ви-
користання двигунів внутрішнього згорання для малої теплоенергетики та зниження токсич-
ності відпрацьованих газів.
Висновки:
1. Проблема розроблення та ефективного впровадження прогресивних конструкцій
машин з мінімальною кількістю шкідливих викидів в атмосферу, які встановлені стаціонарно
на електричних та теплових станціях є надзвичайно актуальною.
2. Розробка та подальше використання розроблених когенераційних машин дозволить
зменшити шкідливі викиди в атмосферу до 45 %.
Література
1. Звонов В.А. Физико-химические и токсикологические характеристики частиц, выбрасы-
ваемых дизельными двигателями в окружающую среду (обзор) / Звонов В.А. и др. // Эко-
технологии и ресурсосбережение. – 2005. – № 2. – С. 37–47.
2. Некрасов В.Г. Утилизация теплоты – альтернатива высокой степени сжатия и адиабатно-
му процессу / В.Г. Некрасов // Автомобильная промышленность. – 2005. – № 1. – С. 19–21.
3. Годованський Ю.З., Стецько А.Є., Білявський Л.А., Білявський М.Л. Патент України на
корисну модель «Когенераційна установка з тепловим насосом» № 52822 Україна, F02G
5/00, - № u201002808; заявлено 12.03.2010; опубл. 10.09.2010, бюл. №17.
4. Бойчук В.В., Голеншин В.В. Когенераційна установка. Деклараційний патент на корисну
модель №№ 43561, 25.08.2009, бюл. №№ 16., Національний університет кораблебудуван-
ня імені адмірала Макарова.
5. Устименко В.С. Поліпшення екологічних показників автомобілів та розширення паливної
бази автомобільного транспорту шляхом застосування біоетанолу : дис. канд. техн. наук:
05.22.20 / Державне підприємство «Державний автотранспортний науково-дослідний і
проектний ін-т». – К., 2006.

17. ХІМІЯ, ХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЯ
17
УДК 621.433.2:629.352
ВОДЕНЬ ЯК АЛЬТЕРНАТИВА СУЧАСНИМ ВИДАМ ПАЛИВА
ДЛЯ ДВИГУНІВ ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРАННЯ
Гусар В.С., Онищук О.В.8
Безперервне зростання енергетичних потреб людства приводить до прискореного ви-
снаження ресурсів органічного палива і все зростаючого забруднення навколишнього сере-
довища, створює ситуацію, яку все частіше характеризують як енергоекологічна криза. Тому
в широкому масштабі ведуться пошуки вирішення проблеми зменшення витрати невіднов-
люваних джерел енергії та зниження темпів забруднення навколишнього середовища шкід-
ливими викидами. У цих умовах все більший інтерес представляє концепція водневої енерге-
тики, тобто використання водню в широкому промисловому масштабі в якості носія енергії,
в тому числі і на транспорті.
Перспективність застосування водню для автомобільних двигунів визначається насам-
перед екологічною чистотою, необмеженістю і поновлювані сировинних запасів, а також
унікальними моторними якостями, що відкриває можливість його широкого застосування в
сучасних двигунах без істотних конструктивних змін. Однак деякі фізичні властивості водню
ставлять ряд серйозних науково-технічних проблем, що потребують вирішення при конвер-
тації двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ). Основними з цих проблем є: розробка найбільш
ефективних способів роботи двигунів на водні, що виключають порушення стабільності про-
тікання робочого циклу (зворотна спалах і краплинне запалювання); розробка систем пали-
воподачі і способів акумулювання водню на борту автомобіля, а також вирішення низки са-
мостійних питань, прямо не пов'язаних з автомобілем, але без урахування яких проблема не
розв’язується, а саме - отримання водню за ціною, конкурентоспроможною з нафтовими мо-
торними паливами, його транспортування і зберігання, створення інфраструктури, що забез-
печує експлуатацію автомобільного транспорту на водні.
Основною проблемою, що виникає при переведенні поршневих двигунів на живлення
воднем, є займання свіжого заряду на такті впуску, іменоване фахівцями зворотним спала-
хом, який проявляється у вигляді добре прослуховуємих хлопків у впускному колекторі і
практично завжди призводить до зупинки двигуна.
Запропоновано спосіб роботи ДВЗ [2] з безперервною подачею водню у впускний колек-
тор (у зону перед впускним клапаном). При цьому в перший момент після відкриття клапана в
циліндр надходить тільки багата воднем незаймиста суміш, завдяки чому температура залиш-
кових газів знижується і займання воднево-повітряної суміші не відбувається. Такий спосіб
боротьби із зворотного спалахом не погіршує техніко-економічні показники водневого двигу-
на, а його конструктивне втілення відрізняється простотою і відсутністю рухомих деталей.
Реалізація описаного способу здійснюється заміною штатного впускного колектора
спеціальним, співвідношення основних конструктивних параметрів якого описано напівем-
піричними залежностями [3]. Оснащення декількох моделей двигунів спеціальними впуск-
ними колекторами показало, що всі вони працювали на водні стійко, причому у всьому діа-
пазоні зміни частоти обертання колінчастого вала і коефіцієнта надлишку повітря.
Як відомо ще однією проблемою широкого використання водню є його зберігання на
борту автомобіля. В даний час відомі три основні принципово різних методи акумулювання
водню: в газоподібному стані в балонах високого тиску; в рідкому стані в кріогенних суди-
нах; в зв'язаному стані у вигляді гідридів деяких металів і сплавів.
8
Наукові керівники: к.т.н., доцент Громико А.В., д.т.н., професор Столяренко Г.С.

18. ТЕЗИ ДНІВ СТУДЕНТСЬКОЇ НАУКИ ЧДТУ 2012-2013 рр.
18
Серед розглянутих способів акумулювання водню найбільш високі масові енергетичні
показники має кріогенна система. Масова частка водню на одиницю маси криогенного аку-
мулятора у ряду експериментальних автомобільних систем знаходиться в межах 0,1-0,13.
Для порівняння, металогідридні і балонні акумулятори мають цей показник 0,01-0,025 і
0,03-0,05 відповідно.
Об'ємні характеристики криогенного акумулятора, зважаючи на малу щільність рідкого
водню і великого обсягу термоізоляції, виявляються досить низькими – близько 20-25 л на
1 кг водню. При порівнянні з бензиновим баком кріогенний акумулятор програє за обсягом в
4-5 разів, металогідридний акумулятор – в 3-4 рази. Балонні системи при тиску водню
25 МПа мають цей показник на рівні 9-10, а при тиску 40 МПа – 5-6.
Незважаючи на дуже гарні масові та об'ємні показники, криогенні акумулятори водню
можуть мати дуже малу область застосування, в основному тільки для легкових автомобілів з
запасом ходу більше 200 км, і не тільки через високі енерговитрати на зрідження водню, а й
через високу складність заправки рідкого водню, складності кріогенної паливної апаратури і
високих вимог до культури обслуговування кріогенних систем.
Досить привабливим є акумулювання водню в оборотних металогідридних акумулято-
рах. Цей метод при відносній простоті і низьких енерговитратах на акумулювання забезпечує
високу безпеку експлуатації транспортних засобів. Недоліком металогідридних акумуляторів
є їх відносно велика маса на одиницю енергії.
Як показали дослідження на експериментальному автомобілі, система зберігання вод-
ню на борту, що представляє собою рампу з чотирьох металокомпозитних балонів високого
тиску, забезпечує його пробіг без дозаправки близько 140 км. Ефективність використання
енергії палива водневим автомобілем при експлуатації в міських умовах на 22% вище, ніж у
бензинового прототипу. Зниження емісії оксидів азоту при переведенні автомобіля на жив-
лення воднем становить 50%, а викиди інших токсичних речовин практично відсутні [3].
Можна зробити висновок, що за умови вирішення всіх технічних проблем використан-
ня водню на борту автомобіля даний вид палива може стати ефективним джерелом енергії
для ДВЗ і є найбільш екологічним паливом.
Література
1. Мищенко А.И. Новый способ работы поршневого двигателя с искровым зажиганием на
водороде / Мищенко А.И., Савицкий В.Д., Байков В.А. // Вопросы атомной науки и техни-
ки. – 1987. – Вып. 3. – С. 33–37. – (Серия : Атомно-водородная энергетика и технология).
2. Мищенко А.И. Оптимизация рабочего процесса водородного ДВС по степени сжатия и
коэффициенту избытка воздуха / Мищенко А.И., Савицкий В.Д., Байков В.А. // Вопросы
атомной науки и техники. – 1989. – Вып. 1. – С. 73–75. (Серия : Ядерная техника и техно-
логия).
3. Пат. 2006607 РФ, МКИ3
Р 02 В 43/08. Способ конвертирования двигателя внутреннего
сгорания / В.Д. Савицкий, А.С. Куценко, В.А. Байков, Н.С. Тихоненко. – № 4707389/06; –
Заяв. 20.07.89 ; опубл. 30.01.94, Бюл. № 2.

19. ХІМІЯ, ХІМІЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЕКОЛОГІЯ
19
УДК 541.128.:660743; 541.128.13:69794
СУЧАСНИЙ СТАН ВИКОРИСТАННЯ КАТАЛІТИЧНИХ НЕЙТРАЛІЗАТОРІВ
НА АВТОМОБІЛЬНОМУ ТРАНСПОРТІ
Артеменко С.Р., Басанський В.Ю.9
Неухильне збільшення споживання палива як у самій енергетиці, так і різних галузях
промисловості та на транспорті призводить до зростання обсягу викидів у атмосферу шкід-
ливих речовин. При цьому енергетика (споживаюча більше третини видобутого палива) яв-
ляє собою найбільш великий джерело викидів в атмосферу твердих частинок (сажа, пил, зо-
ла), оксидів сірки, азоту, а також (у менших кількостях) оксидів вуглецю. На частку ТЕС
припадає близько 60% оксидів азоту від їх загальної надходження в атмосферу [1]. Серйозну
занепокоєність викликає зростаюча забрудненість атмосфери оксидами вуглецю (СО2 – один
з «парникових» газів).
Рівень забруднення міст значно перевищує допустимі нормативні межі за рахунок шкі-
дливих речовин, що надходять в атмосферу з вихлопними газами автомобільного
транспорту [2].
Процес очищення газових викидів може бути заснований на адсорбційному, абсорбцій-
ному і каталітичному методах. Найбільш ефективним інструментом знешкодження забруд-
нюючих речовин до рівня гранично допустимих концентрацій є каталітичні реакції. Каталі-
тичний метод кращий і з економічної точки зору.
Необхідно відзначити, що каталітичний процес нейтралізації продуктів горіння проті-
кає, як правило, при температурі вище 300 °С і за умови малого часу контакту, що пов'язано
з великими швидкостями потоку відпрацьованих газів двигунів внутрішнього згоряння [1].
Відповідно до каталізаторів очищення газів пред'являються дуже жорсткі вимоги – ви-
сока активність і вибірковість каталітичної дії, термостабільність, стійкість до дії отрут, ви-
сока механічна міцність, велика теплопровідність. Каталізатори не повинні бути потенційно
небезпечними, а їх виробництво не повинно привносити додаткове забруднення в навколиш-
нє середовище.
В даний час все більшого поширення набувають насипні (гранульовані) і монолітні ба-
гатокомпонентні каталітичні системи, що містять активні метали на різних носіях. В якості
активного компонента використовують один або кілька металів: Mn, Fe, Cr, V, Mo, Co, Ce,
Ni, W, Cu, Sn, Au, Pt, Pd, Rh та Ir. В якості каталізаторів селективного відновлення оксидів
азоту випробувані оксиди ванадію, хрому, цинку, заліза, міді, марганцю, нікелю, кобальту,
молібдену та ін. У практиці допалювання шкідливих речовин часто використовують оксидні
та металеві каталізатори, відпрацьовані в цільових промислових процесах – алюмоплатинові,
паладієві каталізатори, оксидні хромвмісні каталізатори.
Взагалі останнім часом багато уваги приділяється розробці нових каталітичних систем
для селективного відновлення NОx вуглеводнями і, перш за все, метаном [3–4]. Перспектив-
ними вважаються блокові каталізатори та системи, що не містять благородних металів [5].
Блокові каталізатори стільникової структури (пористу будову з паралельними каналами пев-
ної геометрії і з тонкими розділяють стінками між ними) мають ряд унікальних властивос-
тей: значна однорідність геометричної структури, максимальне співвідношення поверхні до
об'єму, низький гідравлічний опір, а також висока механічна міцність і термостабільність.
Найбільш виправдано застосування блочних каталізаторів у процесах з високими ендотермі-
чними ефектами за малого часу контакту і високих об'ємних швидкостях реакційних систем.
9
Наукові керівники: к.т.н., доцент Громико А.В., д.т.н., професор Столяренко Г.С.