Theoretical foundations of development, creation and enhancement of technologies of inorganic synthesis.

1
Теоретические основы разработки,
создания и совершенствования
технологий неорганического синтеза
Козуб П.А.
pkozub.com, pkozub@pkozub.com
Theoretical foundations of development, creation and enhancement of technologies of
inorganic synthesis.
(Presentation of DSc thesis)
Life cycle of technology analyzed and most critical points for development of new
technologies are established. It is proposed new approaches for thermodynamics
calculations and use them in technological researches. It is given examples and
recommendation concerning planning of experimental research and treatment of
obtained data. It is demonstrated the principles of modeling of technological processes.
<iframe src="//www.slideshare.net/slideshow/embed_code/44955554" width="476"
height="400" frameborder="0" marginwidth="0" marginheight="0"
scrolling="no"></iframe>

2
2
Основные стадии жизненного цикла
технологии неорганического синтеза
•изучение сырьевой базы
•изучение возможности сбыта
•выбор возможных реакций
•определение равновесных условий
•предположения по механизму и кинетике
•свойства сырья
•влияние технологических параметров
•чистота конечных продуктов
•расчет производительности
•выбор технологической схемы
•технико-экономические расчеты
-проектирование оборудования - разработка документации
-создание опытных образцов - обучение персонала
•сервисное обслуживание
•изучение опыта работы
•модернизация
•модернизация или замена оборудования
•демонтаж оборудования
•удаление накопленных отходов
ТеоретическаяТеоретическая проработкапроработка
ПостановкаПостановка задачизадачи
ЭкспериментальныеЭкспериментальные исследованияисследования ТехникоТехнико--экономическиеэкономические расчетырасчеты
ВнедрениеВнедрение
СопровождениеСопровождение ЛиквидацияЛиквидация
Разработка новых технологий, включающих в себя стадии химической переработки
продуктов – сложный многостадийный процесс, включающий в себя теоретические
и экспериментальные исследования, экономические расчеты и практическое
создание прототипов промышленного оборудования.
Накопленный опыт создания новых технологий позволил на сегодняшний день
создать обобщить такой процесс в виде последовательности стадий, а также
разработать теоретические основы для некоторых из них.
Однако несмотря на более чем 100 летний опыт разработки новых технологий, все
равно наиболее слабым местом жизненном цикле технологии являются стадии,
основанные на использовании теоретических основ химии и технологии.
В результате, каждая технология создается как уникальный объект
исследований, а не как стандартный технический объект.
Проведенный литературный анализ, а также опыт собственных технологических
работ позволяет утверждать, что основной причиной этого является отсутствие
теоретических основ разработки новых технологий, под которыми подразумевается
сумма научно-обоснованных принципов, фактов, и правил, нацеленных на
решение задачи создания нового или усовершенствования старого способа
получения продукта, в котором хотя бы на одной из стадий используется
изменение физико-химического состояния веществ.

3
3
Основные направления совершенствования процесса
разработки новых технологиц
•выбор возможных реакций
•определение равновесных условий
•предположения по механизму и кинетике
•свойства сырья
•химизм процессов
•влияние технологических параметров
•чистота конечных продуктов
•связь химических и геометрических
параметров
•расчет производительности
•выбор технологической схемы
•технико-экономические расчеты
ТеоретическаяТеоретическая проработкапроработка
ЭкспериментальныеЭкспериментальные исследованияисследования
ТехникоТехнико--экономическиеэкономические расчетырасчеты
прогнозирование термодинамических свойств
методика поиска равновесия
методика определения химизма процесса
связь термодинамических и кинетических величин
планирование и постановка эксперимента
•определение информативности данных
•планирование эксперимента
•создание математической модели
•проверка адекватности модели
обработка информации
•решение обратных некорректных задач
•обработка информационных потоков
•обработка визуальных данных
принципы синтеза технологических схем
принципы выбора целевой функции
принципы поиска оптимальных режимов
принципы проверки устойчивости режимов
численный эксперимент
•теоретическое обоснование модели
•поиск причинно-следственных связей
•проверка адекватности модели
Наш опыт разработки новых технологий показал, что наименее проработанными
теоретическими стадиями являются термодинамический анализ, планирование
эксперимента, обработка экспериментальных данных. Более разработанными
являются вопросы технико-экономических расчетов, однако и для них существует
немало неизученных вопросов.
Поэтому задачами настоящих исследований являлись:
в первую очередь - создание такой методики проведения термодинамического
анализа, которая бы была проста в применении и давала технологически важные
результаты
во вторых – разработка методик и методов проведения и планирования
экспериментальных работ, методик получения максимального количества
информации из существующих физико-химических методов анализа
наконец – разработка единой для всех химико-технологических процессов
методики расчетов материальных и тепловых потоков, а также разработку
методики оптимизации технологических режимов и проверки устойчивости
оптимальных режимов

4
4
Термодинамический анализ
Физико-химический смысл сновных величин
∑∑ ∆−∆=∆
исх
i
прод
iсв HHH 00
iTS
осмехтеплсвr EEEEG ∆−∆+∆+∆=∆
Свободная энергия
Энергия химических связей
∑ ∫∑ ∫ −=∆
исх T
i
прод T
i
ос dT
T
TCp
TdT
T
TCp
TE
00
)()(
iµ
iPRT ln
iH∆
iH0∆
∫
T
i dTTCp
0
)(
∑∑ −=∆
исх
i
прод
iос PRTPRTE lnln
∑ ∫∑ ∫ −=∆
исх T
i
прод T
iтепл dTTCpdTTCpE
00
)()(
Энергия внутреннего движения
Энергия окружающей среды
Энергия механической работы
Являясь потенциально мощнейшим инструментом химической науки,
термодинамический анализ тем не менее продолжает быть наименее
востребованным в процессе разработки новых технологий.
При этом одной основной причиной является отсутствие понимание его принципов
основными участниками научно-исследовательских работ – технологами.
Новизна: отказ от стандартных величин, работа только с 2 основополагающими.
Переход подобен принятию системы СИ.
Для устранения этой проблемы нами был предложен феноменологический подход
к химической термодинамике, позволяющий связать математические величины, с
их физико-химическими сущностями. При этом оказалось, что для описания любой
физико-химической системы достаточно знать всего две основных величины:
1 – энергию образования вещества при абсолютном нуле – т.е энергию запасенную
в химических связях
2 – температурную зависимость теплоемкости
Обе задачи на данный момент не имеют теоретического решения, пригодного для
практического использования, поэтому на практике используются эмпирическими
или оценочными теоретическими данными, полученными только для
ограниченного круга веществ.

5
5
Общая функция теплоемкости
2
2
1exp
exp
)(






−











⋅





=
T
TT
TD
θ
θθ
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Т, К
0
5
10
15
20
25
Cp,Дж*моль-1
*К-1
ν
ζ






+
=
T
TFc
1
1
)(
Функция Дебая
Предлагаемая функция
Полином
T
c
TcTbaTC
′
+⋅+⋅+= 2
)(
( ) TTCpTCpTCpTCpTCp iэлiврiколiпостi ⋅++++= α)()()()( ,,,,
)()( max
,, TfCpTCp iсвобiсвоб ⋅=
Еще одной проблемой проведения термодинамических расчетов на сегодняшний
день является расчет температурной зависимости теплоемкости, а следовательно
и других термодинамических параметров.
В настоящий момент наиболее теоретически обоснованной функцией
теплоемкости для твердых веществ являются функции Дебая и Эйнштейна,
которые однако редко используются на практике, поскольку на самом деле они
более-менее адекватно описывают реальные экспериментальные данные только в
виде суммы функций с несколькими характеристическими температурами, а также
требуют сложного алгоритма вычислений. Поэтому на практике чаще всего
используют полиномиальные зависимости, имеющие очень ограниченную область
применения – обычно от 298 до 1000 К, и дающие очень большие погрешности при
выходе за эти границы.
Проведенная обработка экспериментальных данных (более 1000 соединений)
показала, что существует единая для всех веществ и их фазовых состояний
функциональная зависимость теплоемкости от температуры, которая имеет даже
более высокую точность по сравнению с функциями Дебая и Эйнштейна. Более
того, такая функциональная зависимость сохраняет свою адекватность
экспериментальным данным на интервале до 6000 К, что говорит о ее физико-
химической обусловленности.

6
6
Значения коэффициентов уравнения теплоемкости
для наиболее частых случаев
0-10-3
---1.1-3.310-16003n R---Неогран.
Тв. фаза
0-10-3
1.5-3.21000-60000-3 R1.1-3.310-16003n R---Неогран.
Жидкость
-1.5-3.21000-40000-3 R1.5-3.250-800(3n-6) R2
0.001-
0.1
8/2 Rn>3
-1.5-3.21000-40000-2 R1.5-3.250-8003 R2
0.001-
0.1
8/2 Rn=3
-1.5-3.21000-40000-2 R1.5-3.250-8004 R2
0.001-
0.1
8/2 R
n=3
(лин.)
-2.1-31000-40000-1 R2.1-3
100-
1600
1 R20.01-0.17/2 Rn=2
-------20.2 – 25/2 Rn=1
νζ, KCp
max
νζ, KCp
max
νζ, KCp
max
α
Cp вращ
Cp колеб
Cp постКол-во
атомов
Газ








+⋅⋅⋅⋅= −
5.0
2
5.0
1
2
5.03 19.01
1036.29 1
MM
IIколебξ
I1 - потенциал ионизации более легкого элемента;
I2 - потенциал ионизации более тяжелого элемента;
M1- атомная масса более легкого элемента;
M2- атомная масса более тяжелого элемента.
Для двухатомных газов
Проведенная обработка имеющихся табличных и экспериментальных данных
позволила рассчитать значения коэффициентов для каждой из степеней свободы
для более чем 1000 веществ всех фазовых состояний. При этом обобщение
данных показало, что существуют общие зависимости, позволяющие рассчитывать
такие коэффициенты для любых веществ, если известны физико-химические
данные для составляющих такие соединения элементов, а также данные по
молекулярной структуре вещества.

7
7
Прогнозирование на основе периодичности свойств
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co
Th Pa U Np Pu Am Cm
As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Ku
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
Nb Mo Tc Ru Rh
Ta W Re Os Ir
Ns
Ni Cu Zn Ga Ge
Pd Ag Cd In Sn
Pt Au Hg Tl Pb
Bk Cf Es Fm Md No Lr
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
H He
100.0
120.0
140.0
160.0
180.0
200.0
0 50 100 150 200 250
0
10
20
30
40
0 5 10 15 20 25 30
0
500
1000
0 5 10 15 20 25 30
Значения энтальпий атомизации элементов при 298 К
Отклонения энтропий элементов (одноатомный газ) от базовой линии при 298 К
Энтропии элементов (одноатомный газ) при 298 К
Анализ физико-химических свойств элементов показал, что существуют достаточно четкие
закономерности, которые могут быть применены на практике. Так например энтропия элементов в
атомарном состоянии может быть представлена в виде сумы базовой логарифмической
зависимости и периодически повторяющихся отклонений от нее.
При этом было установлено, что все свойства элементов имеют одинаковую периодичность (что
видно из сравнения с периодичностью изменения энтальпий атомизации), для объяснения которой
не может быть использована существующая в настоящий момент система элементов без
дополнительных изменений.

8
8
Принципы расчета энтальпий образования неорганических
соединений по структурным данным
Значения энтальпий образования: ∑∆=∆ iсвi HH
A-A + B-B A-B A-B+
BBAAABAB HHHHH −−−− ∆−∆−∆+∆=∆
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
H-F
I-Br
H-Cl
H-I
H-H
F-Cl
F-F
F-Br
F-I
I-H
F-H
Cl-H
Br-H
I-I
Br-I
Cl-I
H-Br
Br-Br
Cl-BrCl-Cl
H-Cl
I-Cl
Br-Cl
Cl-F
Br-F
I-F
Энергии связей для галогенов и водорода
кДж/(мольК)
В результате дополнительных исследований было установлено, что прогнозирование энтальпий с
достаточной точностью возможно при использования принципа суммирования энергий связи между
различными структурными единицами.
Проведенные в настоящее время расчеты позволили создать таблицы энергий связи для всех
одновалентных и двухвалентных элементов, что позволяет прогнозировать термодинамические
показатели для любой их комбинации.

9
9
Зависимости для вычисления термодинамических величин
[ ])(1ln
1
)( ,max, TFCpTS ic
i
ii −⋅−=
ν
3
2
1
138.1






+−
=
i
i
ik
ν
ν
Энтропия
Энтальпия
( ) TTCpTCpTCpTCpTCp iрiвiкiпi ⋅++++= α)()()()( ,,,,
Теплоемкость
)(
1
,max,
,
,max,
, ,
TFCp
T
Cp
Cp Cij
ij
ij
ij ij
⋅=






+
= ν
ζ
( )
( ){ } 







−⋅+
+
⋅−⋅=∫
2
1
,
1
,max,
0 11
1
)(
TFk
k
TFTCpdTTCp
ici
i
icii
T
i iνζ
Использование всех предложенных принципов позволило создать единый
алгоритм вычисления термодинамических свойств, не противоречащий
теоретическим положениям для температур достигающих 6000 К (при более
высоких значениях необходимо учитывать электронную составляющую
теплоемкости).
Преимуществом предлагаемых зависимостей является возможность ее
практического применения в технологической практике, поскольку она позволяет
очень просто производить расчет не только теплоемкостей, но также и всех
остальных термодинамических функций – энтропии, температурной части
энтальпии и соответственно – энергии Гиббса.
Следует отметить, что данные зависимости позволили теоретически обосновать
вид фазовых диаграмм, а также по значениям критических параметров получить
недостающие термодинамические данные. Кроме того, данные зависимости
позволяют дать теоретическое обоснование термодинамическим параметрам для
жидкой фазы, которые в настоящий момент отсутствуют.

10
10
Термодинамический анализ систем К-С-N-O и Na-С-N-O
при разработке технологии очистки искуственных алмазов
-100.0
-50.0
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
200 300 400 500 600 700 800
Температура,С
dG,кДж/моль
NaOH=Na2O+H2O
Na2O+0.5O2=Na2O2
H2O+0.5O2=H2O2
2NaOH+0.5O2=Na2O2+H2O
2NaOH+0.5O2=Na2O+H2O2
-100.0
-50.0
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
200 300 400 500 600 700 800
Температура, С
dG,кДж/моль
KOH=K2O+H2O
K2O+0.5O2=K2O2
H2O+0.5O2=H2O2
2KOH+0.5O2=K2O2+H2O
2KOH+0.5O2=K2O+H2O2
Необходимость учета изменения теплоемкости от температуры наиболее сильно
заметно при проведении многофазных выскокотемпературных процессов. Так
использование данной зависимости для разработки технологии удаления
неалмазных форм углерода окислительными расплавами позволило еще на этапе
теоретической проработки предсказать поведение реакционной смеси, обосновать
условия проведения реакции и определиться с необходимыми реагентами. Кроме
того, такие расчеты указали на принципиальное различие процессов, протекающих
в расплавах содержащих натрий и калий, что и было в последствии подтверждено
экспериментально.
Необходимость учета изменения теплоемкости от температуры наиболее сильно
заметно при проведении многофазных выскокотемпературных процессов. Поэтому
использование данной зависимости для разработки технологии удаления
неалмазных форм углерода окислительными расплавами позволило еще на этапе
теоретической проработки предсказать поведение реакционной смеси, обосновать
условия проведения реакции и определиться с необходимыми реагентами. Кроме
того, такие расчеты указали на принципиальное различие процессов, протекающих
в расплавах содержащих натрий и калий, что и было в последствии подтверждено
экспериментально.

11
11
Результаты использования температурной зависимости для
разработки технологии обогащения искуственных алмазов
- Показано принципиальное отличие в механизмах окисления графита в
расплавах солей натрия и солей калия
- преимущественное образование пероксида натрия
- преимущественное разложение нитрата натрия до азота
- начало реакции в смеси нитрата и гидрогксида натрия при 350 С
- преимущественное образование нитрата калия и свободного
кислорода
- возможность разложения нитрата калия до свободного азота только
при температурах более 700 С
- Определено оптимальное соотношение NaOH:NaNO3
- Определены граничные температуры технологического процесса
- Определены границы технологических параметров для
экспериментальных исследований
В результате проведения предварительных термодинамических расчетов было
определено, что возможность образования пероксида натрия должно приводить к
более мягким условиям окисления графита и более полному расходованию
нитратного азота, практически без образования оксидов азота.
Проведенные лабораторные исследования подтвердили данные предположения, в
результате чего была созданы как полупромышленная так и промышленная
установка, успешно прошедшая промышленные испытания. Время разработки
технологии от момента проведения термодинамических расчетов до внедрения
составило всего 6 месяцев.

12
12
Принципы формирования базовой реакционной системы
Кинетические ограничения:
•количество реагентов не более 2-х
•все реакции независимы
•реакции не влияют друг на друга
А+В=С
С=А+В
Учет сложности реагентов:
•количество структурных единиц
•количество связей
•количество элементов
•масса
H2<H2O<H2O2<NaOH
N2<N2O<NO<NO2<N2O5
1-1-1С=B+D
0-101A=C
-111А+B=C
DСВА
Сложные реакции
Проведение термодинамических расчетов для этой и других технологий отчетливо
выявило еще одну проблему современной теории химической технологии, а
именно – проблему формирования матрицы реагентов и матрицы возможных
взаимодействий.
Несмотря на кажущуюся простоту данной задачи, ее практического решения в
настоящее время не существует, поскольку в большинстве случаев подход к
данной задаче осуществляется только с точки зрения математики.
Предлагаемый феноменологический подход, налагающий структурные,
пространственные и кинетические ограничения на возможные взаимодействия
между реагентами позволяет однозначно определить все возможные маршруты
взаимодействия между компонентами реакционной смеси, а следовательно и
сократить количество необходимых вычислений.
Более того, такой подход указывает на сложную природу казалось бы простых
взаимодействий типа изомеризации, фазовых переходов, обменных реакций и т.д.
В которых на самом деле должно участвовать большее количество компонентов
чем следует из стехиометрии.

13
13
Базовая система уравнений для процесса окисления графита
щелочными окислительными расплавами
Me2O + O2 = Me2O2
H2O + O2 = H2O2
Me2O + H2O = MeOH
NO2 + 0.5 O2 = N2O5
N2O3 + 0.5 O2 = 2 NO2
2 NO + 0.5 O2 = N2O3
N2O + 0.5 O2 = 2 NO
N2 + 0.5 O2 = N2O
Me2O + N2O5 = 2 MeNO3
Me2O + N2O3 = 2MeNO2
Система Me-О
Система Me-H-О
Система H-О
Система N-О
Система Me-N-О
Согласно предлагаемому подходу для расчетов используется система базовых
уравнений, которая однозначно получается при использовании четкого набора
правил и не зависит от воли исследователя.
Так например, предложенная базовая система уравнений для расплава щелочи и
нитрата калия или натрия может быть представлена набором из всего 10
уравнений. Этих уравнений достаточно для расчета равновесного состава
реакционной смеси и расчета возможности протекания всех остальных
взаимодействий между компонентами реакционной смеси.

15
15
Усовершенствованная математическая модель
расчета равновесия
jsjsj GxG ∆=∆ 







=
ji
i
sj
x
x
ν
min
( )ii Xx exp=
∑ ⋅+∆−∆=∆ iijjjj XRTSTHG νПереход к новой системе координат
Учет вклада каждой реакции
Учет материального баланса
( )∑ −⋅=∆ iiikk xxaE 0
( ) ( ) 0
22
=∆+∆ ∑∑ ksj EGУсловие решения системы
Увеличение количества компонентов реакционной смеси также связано с еще
одной очень серьезной проблемой - отсутствием устойчивого и практически
осуществимого алгоритма вычисления термодинамических величин, особенно для
многофазных систем. Так до сих пор в литературе чуть ли не единственным
примером многокомпонентного расчета являются примеры Карапетянца и
Кафарова для 3-х компонентной системы. Для больших систем даются лишь
общие указания, причем данное замечание справедливо не только для
отечественной литературы, но также и для зарубежной.
Анализ этой проблемы позволил выявить две основных причины, приводящих к
вычислительным трудностям и, соответственно, устранить их. Во-первых это
переход к новой – логарифмической системе координат, что не приводит к
ошибкам при использовании очень малых и очень больших концентраций, а также
учета вклада в решение каждой из реакций за счет использования т.н.
«стехиометрической смеси».

16
Влияние на механизм условий проведения процесса газофазного
окисления графита
Слой А – восстановительные условия
Слой Б – переходная зона (реакционная)
Слой С – окислительные условия
Слой D – зона массообменного процесса
Высотаслоя,мм
0 0,2Парциальное
давление газов, д.е.
C
CO
O2
CO2
B
A
D
Высотаслоя,мм
0 0,2Парциальное
давление газов, д.е.
C
CO
O2
CO2
B
A
D
Принятый состав реакционного
газа по слоямСлой
О2, МПа СО2, МПа СО, МПа
А 10-10
10-10
10-2
В 7·10-3
7·10-3
7·10-3
С 10-2
10-2
10-10
D 2,1⋅10-2
10-10
10-10
Результатом применения данной методики стали расчеты в технологии
каталитического газофазного окисления неалмазных форм графита кислородом
воздуха.
Только благодаря разделению всего слоя на слои с различным составом
реакционного газа стало возможным выяснение механизма окисления алмаза и
графита как без добавок, так и с добавками соединений переходных металлов. При
этом наиболее интересным оказалось возможность изменения механизма
процесса в зависимости от температуры в реакционной зоне.

17
Причины каталитического действия оксидов ванадия на
газофазное окисление графита
V2O5 + С = V2O3 + СО2
V2O5 + С = V2O3 + СО
V2O5 + С = VхС + СО2
V2O5 + С = VхС + СО
V2O5 + СО = VхС + СО2
V2O3 + С = VС + СО2
VхС + СО2 = V2O3 + С
VхС + СО = V2O3 + С
V2O5 + С = V2O3 + СО2
V2O5 + С = V2O3 + СО
V2O3 + С = VС + СО2
V2O5 + С = V2O3 + СО2
V2O5 + С = V2O3 + СО
VхС + V2O5 = V2O3 + СО2
VхС + V2O5 = V2O3 + СО
V2O3 + СО2 = V2O5 + С
V2O3 + СО = V2O5 + С
V2O5 + С = V2O3 + СО2
V2O5 + С = V2O3 + СО
VхС + V2O5 = V2O3 + СО2
V2O3 + СО2 = V2O5 + С
V2O3 + СО = V2O5 + С
T>973
С О
V
CO, CO2
V2C, VC V2O5, V2O3,
VxOy
С О
Mo
CO, CO2
Mo2C,
MoC
MoO3,
MoO2
T<973
Слой А
Добавление к системе соединений одного из переходных металлов, приводит к
тому, что количество взаимодействий между компонентами достигает 3-х сотен,
однако это мало сказывается на размерности базовой системы уравнений, а
использование для расчетов нового алгоритма позволяет однозначно определить
решение данной системы для любой температуры.
Проведенный термодинамический расчет для двух наиболее перспективных
систем – с добавкой соединений ванадия и молибдена- показал, что в обоих
случаях возможно каталитическое действие добавки, однако добавка оксида
ванадия более эффективна в результате образования на поверхности алмаза
карбидов ванадия, создающих эффект ингибирования процесса окисления
ванадия.
При этом оказалось, что при температуре более 700 С механизм газофазного
окисления должен меняться, за счет невозможности образования высшего оксида
ванадия из его карбидов. В результате, при более высоких температурах в
востановительной среде происходит накопление карбидов ванадия и
каталитический эффект соединений ванадия исчезает.

18
Причины каталитического действия оксидов молибдена на
газофазное окисление графита
V2O5 + С = V2O3 + СО2
V2O5 + С = V2O3 + СО
VхС + О2 = V2O3 + СО2
VхС + О2 = V2O3 + СО
VхС + V2O5 = V2O3 + СО2
VхС + О2 = V2O5 + СО2
V2O3 + О2 = V2O5
V2O5 + С = V2O3 + СО2
V2O5 + С = V2O3 + СО
VхС + О2 = V2O3 + СО2
VхС + О2 = V2O3
V2O5 + С = V2O3 + СО2
V2O5 + С = V2O3 + СО
VхС + О2 = V2O3 + СО2
VхС + V2O5 = V2O3 + СО2
VхС + О2 = V2O5 + СО2
V2O3 + О2 = V2O5
V2O5 + С = V2O3 + СО2
V2O5 + С = V2O3 + СО
VхС + О2 = V2O3 + СО2
VхС + V2O5 = V2O3 + СО2
VхС + О2 = V2O5 + СО2
V2O3 + О2 = V2O5
V2O5 + С = V2O3 + СО2
V2O5 + С = V2O3 + СО
VхС + О2 = V2O3 + СО2
VхС + V2O5 = V2O3 + СО2
VхС + О2 = V2O5 + СО2
V2O3 + О2 = V2O5
Слой В Слой С
Повышение концентрации окислителя – кислорода воздуха, высшего оксида
углерода, приводит к возникновению цикла оксид ванадия – карбид – оксид
ванадия, в результате чего каталитическое действие проявляется в наибольшей
степени.
Таким образом, проведенный термодинамический расчет позволил установить
причину каталитического действия оксидов ванадия и молибдена и определить
наиболее оптимальные условия проведения процесса – необходимое количество
воздуха, температуру, количество оксида в смеси. Время разработки технологии от
момента начала исследовательских работ до выпуска первой партии продукции
составило 14 месяцев.

20
Механизм образования прочностной структуры адсорбента
ПРИГОТОВЛЕНИЕ:
CaO + H2O = Ca(OH)2; (1)
MgO + H2O = Mg(OH)2; (2)
CaCl2 + 3 Ca(OH)2 + 12 H2O = 3 Ca(OH)2 · CaCl2 · 12 H2O; (3)
MgCl2 + CaO = MgO + CaCl2; (4)
MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2. (5)
ПРОКАЛИВАНИЕ:
Ca(OH)2 = CaO + H2O; (6)
Mg(OH)2 = MgO + H2O; (7)
3 Ca(OH)2 · CaCl2 · 12 H2O = 3 Ca(OH)2 · CaCl2 + 12 H2O; (8)
3 Ca(OH)2 · CaCl2 = 3 CaO + CaCl2 + 3 H2O. (9)
ОСТЫВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ:
CaO + H2O = Ca(OH)2; (1)
MgO + H2O = Mg(OH)2; (2)
Ca(OH)2 + CaCl2 + H2O = Ca(OH)2 · CaCl2 · H2O; (10)
Ca(OH)2 · CaCl2 · H2O + 2Ca(OH)2 + 11H2O = 3Ca(OH)2 · CaCl2 · 12H2O; (11)
Ca(OH)2 + СО2 = СаСО3 + H2O. (12)
Еще одним примером применения предлагаемой методики стали
термодинамические расчеты в технологии адсорбента улавливания платиновых
металлов, которые позволили обосновать теоретическую возможность создания
адсорбента на основе оксидов щелочноземельных металлов, стойких в среде
влажного нитрозного газа.
Как и в предыдущих случаях состав адсорбента был вначале рассчитан, а затем
расчетные данные подтверждены лабораторными испытаниями.

21
21
Основные положения обработки экспериментальных данных
2
фун
2
изм2
1
σ
σ
−=максR
2
фун
2
i2
i 1
σ
σ
−=R
2
фун
2
гр.ош2
ож 1
σ
σ
−=R
2
ост
222
2
2
1 ...... RRRRR ni ≥≥≥≥≥≥
2
ост
2
i
2
факт RRR += ∑86 −=n
σгр.ош
σфун
σизм
σ1
σ2
0.5σост
0.5σост
Максимальное количество членов уравнения
Идеальная
зависимость
Реальная
i-часть
модели
Фактическая
Информационная
оценка данных
Поскольку термодинамический анализ не исключает проведения
экспериментальных работ, позволяющих определить фактическое влияние на
процесс кинетического фактора, а также уточнить влияние других технологических
параметров на процесс, особое внимание при разработке теоретических основ
создания новых технологий было обращено на методы обработки
экспериментальных данных.
При этом важнейшим фактором, влияющим на эффективность экспериментальных
исследований является информационная обработка данных, которая должна
проводиться еще на этапе планирования эксперимента, что позволяет значительно
сократить объем необходимых работ, а поиск оптимальных решений без нее
невозможен вообще.
Опыт обработки экспериментальных данных для нескольких десятков
технологических процессов по практически всем видам химических процессов
позволил создать уникальный алгоритм выявления закономерностей по влиянию
параметров друг на друга, определения причинно-следственных связей между
различными параметрами, а также объективной оценки информационной
насыщенности экспериментальных данных, минимального и оптимального
количества данных для проведения экспериментальных работ. Показано и
теоретически обосновано, что идеально спланированный эксперимент не должен
иметь ошибку измерения параметров выше групповой ошибки выходной величины,
а количество параметров не должно превышать 6-8 в зависимости от количества
имеющихся данных.

22
22
Экспериментальные исследования
Кинетика сложных процессов
17.5
18.5
20.5
21.5
22.5
23.5
0 10 20 30 40 50 60
τ, мин
ά,%
Изменение степени
извлечения никеля
Кинетика обжига
отработанного катализатора
0
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80 100 120
τ, мин
потеримассы,%
1
2
3
А
( )










+
−
⋅+








−⋅= ∆−
−
−
−
2
2
1
1
1
1 21
a
a
a
e
e
e ττ
τ
τ
ααα
a1 a2
∆τ
Из приведенных выше принципов также следует, что для описания огромного
количества экспериментальных данных достаточно относительно небольшого
количества относительно простых функциональных зависимостей, которые в то же
время с достаточной точностью отражают внутреннюю сущность исследуемого
явления.
Обработка большого количества экспериментальных данных позволила
классифицировать такие зависимости, и предложить четкий алгоритм их
применения в процессе обработки экспериментальных данных.
В качестве наиболее часто встречающегося случая можно привести кинетическую
зависимость, которая может быть представлена в виде двух независимых
функций. Такая зависимость встречается как для процессов выщелачивания, так и
для процессов осаждения, газофазного и жидкофазного окисления.

23
Экспериментальные исследования
обработка термогравиметрических данных
0
200
400
600
800
273 473 673 873 1073 1273
температура, К
ДТГ
ДТА
1
2
3













 −
−⋅++













 −
−⋅+⋅+=
22
1
1
110 expexp
n
n
n
d
St
h
d
St
htKKDTA L
DTA – величина ДТА на графике
К0, К1 – коэффициенты линии тренда;
hi – коэффициент высоты пика;
Si – коэффициент температуры максимума пика;
di – коэффициент ширины пика;
1 – линия тренда;
2 – линия тепловых процессов;
3 – линии отдельных составляющих суммарного процесса
Разработанные методы математического анализа были использованы для
усовершенствования методик анализа, таких как дифрактометрия, спектроскопия,
термогравиметрия, оптические измерения.
Так одной из наиболее важных и в то же время практически нерешенных задач,
является расшифровка данных термогравиметрических исследований,
позволяющих изучить кинетику и механизмы взаимодействий между компонентами
реакционной смеси.
В качестве решения было предложено разложение суммарной кривой ДТА на
отдельные температурные зависимости, отражающие влияние каждого из
возможных взаимодействий. Синхронизация полученных коэффициентов с
подобными коэффициентами кривой ДТГ позволяет получить еще большее
количество информации, а также снять вопросы неоднозначности подбора этих
коэффициентов.

24
Обработка термогравиметрических данных при разработке
технологии газофазного окисления углерода
-200
-100
0
100
200
300
400
273 473 673 873 1073 1273
потеримассы,мг
ДТА
ТГ
1 2
3 4
-200
-100
0
100
200
300
400
273 473 673 873 1073 1273
потеримассы,мг
ДТА
ТГ
1
2
3
4
6
Алмазографитовая шихта с
V2O5
Алмазографитовая шихта
1 - окислением мелкой фракции графита (пыли)
2 - окисления средней фракции графита
3 - окисление крупной фракции и имеет максимум
4 – окисление алмаза
6 – фазовый переход оксида ванадия
Применение этой методики при разработке технологии газофазного окисления
углерода, позволил без проведения широкомасштабных исследований изучить
наличие каталитических свойств для 8 переходных металлов, что без
использования данной методики заняло бы несколько месяцев дополнительных
исследований, а сравнение высот пиков и температуры их максимумов позволило
количественно описать влияние каждой из добавок на процесс окисления.

25
Использование оптической и рентгеновской микроскопии при
разработке технологии химического никелирования
Различные виды морфологии поверхности никелевого покрытия
Элементы поверхности рельефного никелевого покрытия (рентг. микроскоп)
Математическая обработка данных оптических измерений позволила впервые
охарактеризовать поверхность металлических покрытий количественно, а не
качественно, что позволило провести последующую оптимизацию режимов с точки
зрения требований по качеству, а также впервые позволило объяснить причины
получения покрытий с различными цветами и различной степенью черноты.
К сожалению, в настоящее время общепринятых методик обработки данных
оптических измерений не существует, поскольку эта задача близка к задаче
распознавания образов, однако накопленный опыт работы с подобными объектами
исследований дает надежду на разработку программ в ближайшем будущем.
При этом среди наиболее важных задач такой обработки необходимо отметить
методики определения цветовых и геометрических характеристик частиц, а также
фактуры поверхности, что является чрезвычайно важным как для разработки
новых технологий, так и для использования технологии на практике.

26
26
Кинетика обжига гранул отработанного никель-молибденового
катализатора GR-25P
Гранулы при различном времени и температуре обжига:
а - 673 К; 30 мин; б - 773 К; 30 мин; в - 873 К; 30 мин; г - 873 К;60 мин
а б
б г
Использование данных оптической микроскопии при разработке технологии
утилизации катализаторов нефтехимического синтеза позволило без проведения
широкомасштабных исследований, практически сразу определить оптимальный
гранулометрический состав катализатора для стадии окислительного обжига, а
также предполагаемое время обжига.

27
Алгоритм расчета материальных и тепловых потоков
объектный подход
абстрактность структурность
только основные отличия свойстваметоды
инкапсуляция невидимость внутренней структуры извне
полиморфизм принадлежность объекта к различным типам
наследование возможность постоянного уточнения внутренней
структуры и принципов поведения
связи
Еще одним усовершенствованием методики обработки экспериментальных данных
является применение объектного подхода к получаемой модели еще на этапе ее
создания.
Это позволяет представлять накопленные данные в виде зависимостей,
отражающих только основные свойства каждого из исследуемых явлений. В этом
случае уже на этапе обработки данных получаются зависимости, не
противоречащие теоретическим положениям, правильно отражающие поведение
объекта на гораздо большем интервале изменения управляющих параметров, и
самое главное, отражающие причинно-следственные связи между внутренними
объектами.
Такой подход позволяет постоянно уточнять математическую модель без
серьезных изменений в ней, а также применять единые для всех моделей
алгоритмы расчетов.
Наконец, для ускорения процесса расчета материальных и тепловых потоков, а
также возможности прогнозирования поведения сложных химико-технологических
систем был разработан объектный подход, заключающийся в пяти основных
принципах:
-принцип невидимости внутренней структуры объекта извне позволяет его
рассматривать как целостную сущность;
-принцип наследования позволяет постоянно совершенствовать описания объекта,
вводя новые свойства и методы поведения не затрагивая при этом других
объектов;
-принцип полиморфизма предполагает возможность объединения нескольких
27

28
Математическая модель обжига отработанного никель-
молибденового катализатора GR-25P
( )
( )
( )
( )( ) 





+
−
⋅∆+−⋅∆=∆ ∆−⋅−
⋅−
⋅−
ττ
τ
τ
2
2
1
1
1
1 21 a
a
a
e
e
memm
∆m – общие потери массы катализатора в процессе обжига, %;
∆m1, ∆m2 – массовые потери при протекании первого и второго процессов,%;
a1, a2 – коэффициенты, которые определяют время протекания первого и второго процессов
соответсвенно, мин-1;
∆τ – время начала второго процесса, мин;
τ – время обжига катализатора, мин.
w - расхода воздуха, час-1;
d – размер зерна катализатора, мм.
( )
42
ln0042.0077.0
1
6.31
41






⋅+
+
−=∆
d
w
m ( ) 2
1
24.05.41
1
me
a d
∆⋅
= ⋅+−
( )
( ) 3.1
2
2.122
09.1189.0
1
me
a d
∆⋅⋅−
= ⋅− ( ) 





+⋅⋅+⋅=∆ 69.8
1
47.19.032.0
1a
dτ
12 41 mm ∆−=∆
В результате использования подобной методики к достаточно простому процессу
обжига отработанных никель-молибденовых катализаторов была получена модель,
позволяющая проводить технологические расчеты в очень широком интервале
варьирования параметров, при этом подтверждающая ранее предложенный
механизм процесса обжига.
При необходимости коэффициенты первого уравнения могут быть дополнительно
уточнены, однако это не приведет к радикальному изменению поведения модели.
28

29
Алгоритм расчета материальных и тепловых потоков
основные объекты
QQ
C
A
B
Производные
Структура
Количество
Состав
Давление
Температура
А
Состав
Давление
В
Состав
Давление
С
Массобоменные свойства
Теплообменные свойства
Геометрические параметры
Термодинамические параметры
Кинетические параметры
Свойства объекта
Мощность
Направленность
Q
Кинетические зависимости
Гидродинамические зависимости
Энергетический баланс
Материальный баланс
Поведение
Q
CA
Q
D
A
Базовые
B
A
A
В
С
E
Такой же объектный подход позволил упростить и унифицировать процесс
расчетов материальных и тепловых потоков.
Выполнение данных принципов приводит к тому, что все многообразие элементов
химической технологии может быть сведено всего к двум основным элементам:
-элементу декомпозиции (разложения) и
-элементу синтеза (образования).
При этом модель реального технологического процесса является универсальной и
может быть описана с любой степенью точности в зависимости от этапа
проектирования. Для замены поведения отдельных частей модели легко
используется принцип наследования, а для введения (или создания) новых
объектов в модель может быть применен принцип полиморфизма.
При этом, все разнообразие технологических решений может быть легко уложено
всего в нескольких базовых классах, имеющих всего 2 или 3 уровня уточнения, а
описание к ним может быть сведено к нескольким базовым уравнениям,
особенности которых задаются в виде отдельных свойств.
29

30
Формирование технологической последовательности стадий
технологического процесса для материальных потоков
А B C E H J L
F I
G
D
M
K
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1514
13
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Связь
Расходреагентов
A B C D E F G H I J K L M
1 -1 1
2 -1 1
3 -1 1
4 -1 1
5 -1 1
6 -1 1
7 -1 1
8 -1 1
9 -1 1
10 1 -1
11 -1 1
12 -1 1
13 -1 1
14 -1 1
15 -1 1
В технологии переработки отработанных катализаторов после расчета
материальных и тепловых потоков было определено, что экономически
эффективным является использование 6% раствора аммиака, поскольку в этом
случае энергетические затраты на его испарение и конденсацию будут
наименьшими, при наибольшей степени извлечения целевых продуктов.

31
Технологическая схема переработки
отработанных катализаторов нефтехимии
Осадження NH4VO3
Осадження
(NH4)4(NiH6Mo6O24)·5H2O
Конденсація
NH4OH
(NH4)6Mo7O24·4H2O
тверда фаза на
вилучення нікелю
гази на утилізаціюВипал, подрібнення
Вилучення V та Мо
повітря
Перекристалізація
(NH4)4(NiH6Mo6O24)·5H2O
Сушка NH4VO3
Фільтрування
NH4OH
повітря
Сушка
(NH4)6Mo7O24·4H2O
NH4VO3
NH4OH
NH4OH
відпрацьований
каталізатор
на осадження
Ni(OH)2
Розклад
NH4VO3
MoO3
V2O5
Розклад
(NH4)6Mo7O24·4H2O
абсорбція
NH3
В технологии переработки отработанных катализаторов после расчета
материальных и тепловых потоков было определено, что экономически
эффективным является использование 6% раствора аммиака, поскольку в этом
случае энергетические затраты на его испарение и конденсацию будут
наименьшими, при наибольшей степени извлечения целевых продуктов.

33
Технологическая схема процесса
химического обогащения искусственных алмазов
VO2
+
NaOH
12
NaNO3 H2O
13
Na+, NO2
-,
NO3
-, OH-,
CO3
-, H2O,
SiO3
2-
6
пыль
8
H2O
воздух
7
H2O
H2O, VO2
+
SO3
2-
H2O2
H2SO4
10
СО2
9
воздух
алмаз
15
H2O
воздух
H2O
воздух
11
5
H2O
4
H2SO4
MnSO4,
Ni SO4,
H2O
продукт
синтеза
пыль
2
пыль
3
графит
Mn, Ni
1
графит
MnSO4,
Ni SO4, H2O
сточные
воды
шлам
16
Na2CO3
14
FeSO4
H2SO4
MnSO4,
Ni SO4,
Fe2(SO4)3,
H2O,
VO2
+
NaOH
12
NaNO3 H2O
13
Na+, NO2
-,
NO3
-, OH-,
CO3
-, H2O,
SiO3
2-
6
пыль
8
H2O
воздух
7
H2O
H2O, VO2
+
SO3
2-
H2O2
H2SO4
10
СО2
9
воздух
алмаз
15
H2O
воздух
H2O
воздух
11
5
H2O
4
H2SO4
MnSO4,
Ni SO4,
H2O
продукт
синтеза
пыль
2
пыль
3
графит
Mn, Ni
1
графит
MnSO4,
Ni SO4, H2O
сточные
воды
шлам
16
Na2CO3
14
FeSO4
H2SO4
MnSO4,
Ni SO4,
Fe2(SO4)3,
H2O,
1 – синтез; 2 – овализация; 3 – дробление и рассев; 4 – извлечение соединений металлов-
растворителей синтеза; 5, 13 – промывка; 6 – смешение NH4VO3 с алмазографитовой шихтой; 7, 11,
15 – сушка; 8 – рассев; 9 – прокалка; 10 – выщелачивание металла-катализатора; 12 – обработка
алмазографитовой шихты расплавом щелочи с селитрой; 14 – извлечение соединений марганца,
никеля и железа; 16 – станция нейтрализации
Применение объектного подхода к расчету материальных и тепловых потоков
эффективно для расчета любых технологических процессов, однако наибольшая
отдача от его использования получается при расчете технологий имеющих
большое количество стадий с периодическим режимом работы.
Так, использование данного подхода позволило создать модель процесса
химического обогащения искусственных алмазов и просчитать для нее все
возможные комбинации различных стадий, как предлагаемых, так и традиционных.
В результате чего была предложена оптимальная комбинация как с точки зрения
технологии, так и с точки зрения экологической безопасности.

34
Расчет технологических характеристик процесса при
изменяющейся величине загрузки реактора никелирования
Зависимость рабочих характеристик
реактора никелирования от объема загрузки
0
20
40
60
80
100
120
0 2000 4000 6000
Длительностьрабцикла,мин
0
10
20
30
40
50
60
0 2000 4000 6000
Затратырабочеговремени,мин
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0 2000 4000 6000
Затратыэл.энергии,кВт*ч
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 2000 4000 6000
Количествоагломератов,%
0
10
20
30
40
50
60
70
0 2000 4000 6000
Фактич.производит,карат/мин
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 2000 4000 6000
Трудозатраты,мин/тыс.кт
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0 2000 4000 6000
Затратыэл.энергии,кВт*ч
97.5
98
98.5
99
99.5
100
0 2000 4000 6000
Площадьпокрытия,%
Зависимость удельных характеристик
реактора никелирования от объема загрузки
Зависимость
показателей качества
от объема загрузки
Применение объектного подхода к расчету материальных и тепловых потоков
эффективно для расчета любых технологических процессов, однако наибольшая
отдача от его использования получается при расчете технологий имеющих
большое количество стадий с периодическим режимом работы.
Так, использование данного подхода позволило создать модель процесса
химического обогащения искусственных алмазов и просчитать для нее все
возможные комбинации различных стадий, как предлагаемых, так и традиционных.
В результате чего была предложена оптимальная комбинация как с точки зрения
технологии, так и с точки зрения экологической безопасности.

35
на абсорбціюна абсорбцію
Технологическая схема металлизации
искуственных алмазов
синтетичні алмази Очистка
поверхні
розчин
HNO3 вода
Промивання
слабий розчин
HNO3
Абсорбція NH4NO3
вода
слабий розчин ПАР +
залишки солей
Розсів
вільний нікель
Пакування
Нарощування товщини
металевого шару
NH3
ацетат никеля +
аммиачная вода
NaH2PO2NH3
ацетат нікелю +
аміачна вода
Формування металевого
шару
NaH2PO2
розчин NaH2PO3 +
NH4CH3COO
вода
NaCH3COO
Na3PO4
NH3
Утилізація
NaOHрозчин NaH2PO3 +
NH4CH3COO
ПАР
з ПАР
Сушіння
пара
склад
H2H2
Еще более важное значение данный подход имел при расчетах материальных и
тепловых потоков при разработке технологии нанесения никелевого покрытия на
сверхтвердые материалы, поскольку в этом случае одна и та же стадия должна
выполняться на различном оборудовании, в зависимости от объема производимой
продукции и типа материала.
Использование объектного подхода позволило создать программу расчета
материальных потоков без дополнительных изменений в ее ход и с учетом
возможности применения новых видов оборудования.

36
Поиск оптимальных решений
основные принципы
Физико-химические
задачи
Технологические
задачи
Технико-экономические
задачи
Основные виды оптимизации
Точное решение Интервальные значения
Для конкретных объектов
Интервальные значения
Для всего объекта
Учет устойчивости
Дискретность (вариантность)
Устойчивость решений
δх
δх
•интервал значений аргумента, при котором
отклонение от оптимального значения
функции не будет превышать заданного
значения
•значение целевой функции на всем
интервале наиболее вероятных значений
аргумента
Объектный подход позволил решить не только проблему описания поведения
сложнейших химико-технологических систем, но также и проблему их оптимизации,
поскольку принцип абстрактности объектов позволяет выделить три основных типа
объектов, поиск оптимальных решений по которым не связаны друг с другом.
На уровне физико-химических задач, таких как поиск равновесия, определения
заданных физико-химических свойств, выбора оптимального состава и т.д.
требуется точное решение, которое определяется только теоретическими
основами.
Для решения технологических задач более важными являются поиск допустимых
или оптимальных интервалов изменения параметров технологического процесса,
расчета геометрических размеров оборудования, интервалов режимов работы
оборудования. Эти величины также не могут быть произвольно изменены в
процессе работы технологии.
Наконец, отдельным классом задач являются технико-экономические задачи,
которые можно охарактеризовать как задачи оптимального управления, поскольку
параметры поведения таких объектов могут быть изменены в любой момент. Их
особенностью является необходимость учета устойчивости оптимальных значений,
которая может в зависимости от целей и задач оптимизационных расчетов
производится двумя основными методами:
1 – в виде поиска границ устойчивости регулирующих параметров
2 – в виде сравнения двух значений целевой функции при заданном
распределении вероятности регулирующих параметров
36

38
Использование радиационного подогрева при обжиге продукта
синтеза производства синетических алмазов
Производительность – 5000 кт/ч
Мощность – 4 кВт
Температура – 700 С
4
1
3
2
4
1
3
2
1 – лоток с сырьем
2 – теплоизоляция
3 – отверстия для подачи воздуха
4 – нагревательный элемент
Только использование математической модели и последующей ее оптимизации
позволило создать печь для газофазного окисления неалмазных форм углерода в
производстве синтетических алмазов. При этом оптимальная скорость газового
потока, температура и высота слоя алмазо-графитовой шихты в лотках оказалась
после опытно-промышленных испытаний очень близка к данным, полученным по
модели для лабораторного реактора.

39
Применение окислительных расплавов для очистки
искусственных алмазов от неалмазных форм углерода
13
Мощность – 4 кВт
Температура – 540 С
1 – нагревательный элемент
2 – теплоизоляция
3 – графит
4 – окислительный расплав
5 - алмаз
2
4 5
Использование математической модели процесса окисления графита щелочными
окислительными расплавами позволило практически сразу определить рабочие
режимы промышленного процесса, а также разработать необходимое
оборудование. Как и в предыдущем случае, теоретические расчеты оказались
очень близки к фактически полученным значениям.

40
Реактор процесса металлизации
искусственных алмазов
1
2
3
4
1 – рабочий раствор
2 – взвешенный слой алмазного порошка
3 – отражатель
4 – лопасти мешалки
5 – направляющий диск
5
Только благодаря оптимизационным расчетом стало возможным создать реактор
процесса металлизации абразивных порошков, не имеющий застойных зон, что
являлось основной причиной образования неравномерности покрытия. В данном
случае основным являлась технологическая оптимизация, позволяющая
определить геометрические размеры мешалки, создающие необходимый
гидродинамический режим в аппарате.

41
Новая форма адсорбента улавливания металлов платиновой
группы в производстве азотной кислоты
1
2
3
1 – входящий поток
2 – зона повышенной турбулентности
3 – выходящий поток
Схема газовых потоков
Использование методов оптимизации также привело к созданию новой формы
сорбента улавливания платиноидных металлов, обладающей меньшим
гидравлическим сопротивлением, большей устойчивостью, меньшей вероятностью
разрушения и возможностью установки в агрегаты любой формы. В данном случае
в качестве оптимизируемых параметров рассматривалась связь гидравлического
сопротивления с геометрическими размерами ребер и их наклон по отношению к
потоку газа.

42
Список технологических решений полученных при создании
теоретических основ разработки новых химических технологий
Технологии переработки отходов химической промышленности:
Технология утилизации ванадийсодержащих катализаторов (АВК, СВД, СВС)
Технология утилизации никель-молибденовых катализаторов (GR-25P)
Технология извлечения вольфрама из шламов металлургических
комбинатов
Технология получения ниобий-танталового концентрата из шламов
металлургических производств
Технология получения хлорокиси меди из отходов электрохимических
производств
Технология получения сульфата марганца и пигмента на основе оксида
железа из марганцевых руд и железного купороса сернокислотного
производства
Технология разделения низжих дикарбоновых кислот с получением чистых
глутаровой, янтарной и адипиновой кислот
Технологии улавливания металлов платиновй группы:
Технология изготовления адсорбента улавливания металлов платиновой
группы в производстве азотной кислоты
Технология извлечения металлов платиновой группы из отработанного
адсорбента улавливания МПГ

43
Список технологических решений полученных при создании
теоретических основ разработки новых химических технологий
Технологии алмазного производства
Технология извлечения соединений никеля и марганца из продукта синтеза алмазного
Технология получения соединений никеля и марганца из сточных вод алмазного
Технология газофазного каталитического окисления неалмазных форм углерода в
производстве синтетических алмазов
Технология окисления неалмазных форм углерода окислительными расплавами в
производстве синтетических алмазов
Технология очистки ултрадисперсных алмазов окислительными расплавами
Технология нанесения никелевого покрытия заданной морфологии на малопрочные
алмазы
Технология нанесения никелевого покрытия заданной морфологии на алмазы высокой
прочности
Технология нанесения никелевого покрытия заданной морфологии на кубический
нитрид бора
Технические решения и аппараты:
Печь газофазного окисления графита
Печь очистки продукта синтеза окислительными расплавами
Реактор никелирования взвешенного слоя
Реактор никелирования барабанного типа
Реактор-выщелачиватель для извлечения никеля и марганца из продукта синтеза
Регулярная форма адсорбента улавливания МПГ

Theoretical foundations of development, creation and enhancement of technologies of inorganic synthesis.

Theoretical foundations of development, creation and enhancement of technologies of inorganic synthesis.

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Theoretical foundations of development, creation and enhancement of technologies of inorganic synthesis.

Similar to Theoretical foundations of development, creation and enhancement of technologies of inorganic synthesis. (20)

Theoretical foundations of development, creation and enhancement of technologies of inorganic synthesis.