CC BY
9
Задача, решаемая автором статьи, состоит в численном исследовании итерационным методом приращений параметров комбинированных пневматических сооружений, т.е. пневматических сооружений, усиленных большепролетными стержневыми или предварительно напряженными вантовыми системами.
Цель исследований состоит в создании новых конструктивных форм мембранно-пневматических сооружений, отличающихся экономичностью и простотой возведения. Строительство таких сооружений очень выгодно с
экономической точки зрения, т.к. такие сооружения дешевле традиционных в 3-4 раза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ермолов В.В. Воздухоопорные здания и сооружения/ Ермолов В.В. - М.: Стройиздат, 1980. - 304 с.
2. Ким А.Ю. Численное исследование нелинейных мембранно-пневматических систем/ Ким А.Ю. -Саратов: СГАУ, 2001. - 263 с. Монография депонирована в ВИНИТИ РАН 28.04.01 № 1122 -В2001.
ШИТЕЗ МАГНИТОВОСПРИИМЧИВЫХ АДСОРБЕНТОВ АКТИВАЦИЕИ ДРЕВЕСНЫХ
МАТЕРИАЛОВ С ГИДРОКСИДОМ ЖЕЛЕЗА (III)
Архилин Михаил Анатольевич
Аспирант каф. химии и химических технологий Богданович Николай Иванович Проф., д.т.н., зав.каф. химии и химических технологий Меньшина Анна Александровна
Магистрант Института естественных наук и технологии САФУ имениМ.В. Ломоносова, г. Архангельск
В настоящее время в России достаточно остро стоит проблема комплексного использования природного сырья, в частности, древесины. Известно, что отходы механической и химической переработки дерева - опилки, кора, лигнины могут быть использованы для получения ценных продуктов - адсорбентов [2, с. 107]. При этом для получения адсорбентов применяют химические активирующие агенты, такие как 2пС12 и гидроксиды щелочных металлов [1, с. 16]. Химический метод активации углеродсо-держащего сырья благодаря своим преимуществам постепенно вытесняет физический метод. При использовании химической активации получаются адсорбенты с большим объёмом пор и более узким распределением пор по размерам.
Известно, что гидроксид железа (III) в определённых условиях может являться активирующим агентом [3, с. 142]. При этом образуются адсорбенты, обладающие магнитной восприимчивостью. Преимущество таких адсорбентов заключается в том, что при контактной очистке промышленных растворов процесс существенно упрощается за счёт проведения адсорбции на больших скоростях (скорость потока может быть увеличена в 15-17 раз), и благодаря лёгкости отделения адсорбента от промышленных растворов путём магнитной сепарации.
Нами было получено 2 серии ферромагнитных адсорбентов (ФМА). Для получения адсорбентов серии МС в качестве сырья использовали гидролизный лигнин, для серии МСЕО - еловые опилки. Адсорбенты получали обработкой древесного сырья раствором сульфата железа (III) с последующим осаждением гидроксида железа (III) щёлочью и с последующими отмывкой, сушкой и пиролизом полученной смеси. Магнитная восприимчивость адсорбентов появляется после пиролиза в результате восстановления гидроксида железа (III) до ферромагнитных форм - магнетита и а-формы железа.
Синтез и исследование свойств ФМА проводили методом планированного эксперимента. Так как выходные параметры в условиях опытов должны изменяться по простым функциональным зависимостям не выше второго порядка, в качестве плана был выбран центральный композиционный ротатабельный униформ-план второго порядка. В качестве независимых переменных были выбраны дозировка гидроксида железа в пересчёте на Fe2Oз, значение рН конечной точки осаждения Fe(OH)3 и температура пиролиза. Значение и интервалы варьирования факторов представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Уровни и интервалы варьирования факторов
Переменные факторы Шаг варьирования, X Уровни варьирования ( »акторов
-1,682 (-X) -1 0 1 1,682 (+X)
Дозировка Fe2Oз, %, Х1, 5 21,6 25 30 35 38,4
рН обработки образца, Х2 1,2 6,0 6,8 8,0 9,2 10,0
Температура пиролиза, Хз 40 773 800 840 880 907
Выходные параметры являются выход адсорбента, адсорбционная активность по йоду, по метиленовому голубому, по парам воды и гексана, относительная магнитная восприимчивость. Полученные экспериментальные
данные использовали для расчета коэффициентов уравнений регрессии и разработки статистических моделей, связывающих значения выходных параметров с условиями их получения. Уравнения регрессии для серии МСЕО:
А(МГ) = 526 + 28Xi - 44Хз - 41XÄ - I8X22 + З8Х32 (1);
A(I2) = 2074 + 141X2 - 223Хз - 136X22 - 191Хз2 (2);
А(Г) = 142, 4 + 7,1X2 + 7,7Хз - 15,0Х22 - 7,4Хз2 (3);
А(Н2О) = 95, 4 - 11,0X1 + 5,9X2 - 8,5X1 Х2 - 6,3Х12 +2,4Хз2 (4);
ОМВ = 16,2 + 3,6X2 - 2,0X2X3 + 3,4Х12 - 1,4Х22 (5);
В = 32,9 + 0,9X3 - 1,4X1X2 + 0,8X1X3 + 2,8^2 + 2^2 - 0,7X3" (6),
где: А(МГ), А(12), А(Г), А(Н2О) - адсорбционная активность по метиленовому голубому (МГ), по иоду, по парам гексана и водяному пару соответственно, мг/г;
ОМВ - относительная магнитная восприимчивость; В - выход адсорбента, % от а.с. сырья.
Из уравнений 2 и 3 видно, что на адсорбционную активность по иоду и по парам гексана у адсорбентов серии МСЕО не влияет дозировка Fe2O3, а зависимость адсорбции данных адсорбтивов от рН и от температуры пиролиза проходит через максимум. Влияние температуры пиролиза на адсорбцию МГ отрицательное. рН и дозировка Fe2O3 имеют влияние друг на друга, и максимальная адсорбция МГ достигается либо при низких рН и высоком содержании Fe2O3, либо при низком содержании Fe2O3 и высоких рН. Влияние рН на адсорбцию водяного пара -положительное, а температура не оказывает влияния на адсорбцию. Повышение дозировки Fe2O3 при низких рН
Выявлены следующие зависимости. Адсорбция МГ при повышении рН и увеличении дозировки железа возрастает. Температура также оказывает положительное влияние на адсорбцию МГ, однако при повышенных дозировках Fe2O3 и низких рН влияние температуры становится ничтожно малым. Адсорбционная активность по иоду линейно увеличивается при повышении температуры пиролиза и при увеличении содержания Fe2O3. рН не влияет на адсорбцию иода.
Адсорбция паров гексана возрастает при увеличении температуры. При высоких температурах снижение дозировки способствует повышению адсорбции гексана, а при низких - наоборот. Зависимость адсорбции гексана от рН проходит через минимум. Адсорбция по парам воды не зависит от дозировки железа. Зависимости от рН и температуры пиролиза проходят через максимум.
Магнитная восприимчивость зависит от рН следующим образом: при низких дозировках железа рН увели-
Среди исследованных образцов МС-10 лидирует по суммарному объёму пор по БЭТ и по объёму мезопор по методу ВШ (0,49 и 0,41 см3/г). Это вызвано наибольшей средней шириной мезопор (7,61 нм). По удельной площади поверхности по БЭТ (315 м2/г) и по объёму
способствует увеличению адсорбции водяных паров, а при высоких рН - снижению.
Зависимости выхода от рН и дозировки Fe2O3 проходят через минимум. Температура практически не влияет на выход сорбентов. Зависимость магнитной восприимчивости от дозировки Fe2O3 имеет минимум в центре плана, а при увеличении рН магнитная восприимчивость возрастает. Повышение температуры при больших значениях рН приводит к ухудшению магнитных свойств, а при низких - к улучшению.
Уравнения регрессии для серии МС:
(7);
(8);
(9);
(10); (11); (12).
чивает ОМВ, при высоких - снижает. При высоких рН увеличение дозировки железа снижает ОМВ, при рН около 6 зависимость ферромагнитных свойств от дозировки Fe2O3 проходит через максимум.
Для адсорбентов на основе гидролизного лигнина температура пиролиза значительно влияет на выход: при увеличении температуры выход уменьшается. Наблюдается меньший выход адсорбентов при средних дозировках Fe2O3 и при крайних значениях рН.
Адсорбенты серии МС были обследованы методом низкотемпературной адсорбции азота на анализаторе площади поверхности и пористости ASAP 2020mp (Micromeritics, USA). Типичный вид изотермы адсорбции азота показан на рисунке 1. Вертикальный участок в начале кривой указывает на наличие микропор, а петля гистерезиса отражает явление капиллярной конденсации, характерное для мезопор.
микропор лидером является МС-12 с 0,13 см3/г (по Дубинину-Радушкевичу). Таким образом, лучшие образцы ферромагнитных адсорбентов по объёму пор сопоставимы с активным углём на основе скорлупы кокоса, считающимся современным эталоном среди
А(МГ)=331+41Х1+18Х2+20ХЗ+13Х:ХЗ+26Х2ХЗ-7,2Х12-8,7Х22
А(12)=1124+184Х1+163ХЗ+65Х1ХЗ
А(Г)=210,3-70,2ХЗ+13,5Х:ХЗ-7,4Х12+23,4Х22+11,7ХЗ2
А(Н20)=164,0+18,6Х2-19,4Х22-25,9ХЗ2
OMB=11,5-1,1XI-1,4X2-2,3XIX2+1,3XIX3-XI2+1,5X22+1,6X32
В = 40,5 - 1,2ХЗ+0,2Х:2-0,5Х22-0,8ХЗ2
Рисунок 1. Изотерма низкотемпературной адсорбции азота
активных углей. Они имеют невысокую удельную площадь поверхности (на уровне 250-300 м2/г), что, однако, не отражается на их адсорбционных свойствах.
Список литературы:
1. Viswanathan, B. Methods of activation and specific applications of carbon materials / B. Viswanathan, P. Indra Neel, T.K. Varadarajan // NCCR Internal Bulletin. - P. 160 [Электронный ресурс].
2. URL: http://www.nccr.iitm.ac.in/e%20book-Carbon%20Materials%20final.pdf
3. Углеродные адсорбенты на основе лигноцеллюлозных материалов / М.Г. Белецкая, Н.И. Богданович, Н.А. Макаревич, Ю.А. Саврасова // Лесн. журн. Изв. вузов. - 2012. - № 1. - С. 107112.
4. Формирование сорбционных и магнитных свойств ферромагнитных адсорбентов при пиролизе отходов переработки древесины в присутствии гидроксида железа (III) / Р.С. Шевченко, Н.И. Богданович, Л.Н. Кузнецова, Г.В. Добеле // Лесн. журн. Изв. вузов. - 1999. - № 2-3. - С. 142-150.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СТАБИЛИЗАТОРОВ РАСХОДА ВОДЫ НА ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛАХ В ПОДТОПЛЕННОМ РЕЖИМЕ ИСТЕЧЕНИЯ
Атаманова Ольга Викторовна
Докт. техн. наук, профессор кафедры экологии Саратовского государственного технического университета
имени Гагарина Ю.А., г. Саратов Матвиец Валентина Васильевна Канд. техн. наук, доцент кафедры гидротехнического строительства и водных ресурсов
Кыргызско-Российского Славянского университета, г. Бишкек
Проблема повышения урожаев сельскохозяйственных культур в настоящее время представляет значительный интерес в большинстве регионов мира. В регионах коренного орошения повышение плодородия земель напрямую связано с использованием гидротехнических мелиораций, обеспечиваемых гидромелиоративными системами.
Современные ирригационные системы представляют собой сложные природно-технические комплексы, включающие открытые или закрытые водоводы с размещенными на них линейными гидротехническими сооружениями. При этом гидротехнические сооружения, предназначенные для водораспределения и водоподачи на системе, целесообразно оснащать затворами-автоматами уровней и расходов вод. Для управления процессами распределения отводимых расходов воды в системе целесообразно использовать гидравлические стабилизаторы расхода воды. Эти устройства за счет своих конструктивных особенностей позволяют обеспечивать подачу в отводы заданных расходов воды по запросам потребителей. Обычно конструкции стабилизаторов расхода воды конструктивно не сложны и надежны в работе, поскольку не имеют подвижных в работе элементов. Еще одним достоинством этих устройств является использование ими для стабилизации подачи воды в отводящие каналы гидравлических свойств потока. Таким образом, они не являются электроуправляемыми автоматами и не требуют для выполнения своих функций наличия электроэнергии. Большинство стабилизаторов расхода воды на открытых оросительных системах рассчитаны для работы в условиях свободного истечения из-под стабилизатора.
Наиболее оправданными в работе на каналах открытого типа показали себя стабилизаторы расхода воды типа «коробчатый щит» [1, с.6]. Эти конструкции получили достаточное распространение на ирригационных системах аридной зоны, в частности, в Киргизии, Таджикистане, Узбекистане, на юге Казахстана. Новейшие конструкции стабилизаторов расхода воды позволяют обеспечить постоянство (с погрешностью ± 5%) расходов воды потребителям при колебаниях уровней воды в каналов старшего порядка, достигающих
Hmax 1 Hmin = 2,6...2,7 (где Hи Я^ - маКСТШ^-ная и минимальная глубины воды перед стабилизатором, соответственно).
Для проверки работоспособности гидравлических стабилизаторов расхода воды в подтопленном режиме истечения были проведены лабораторные исследования одной из наиболее совершенных стабилизаторов этого типа - стабилизатора расхода воды с коническим козырьком (СРВКК) [2, с.2].
СРВКК (рис.1) представляет собой, расположенный на водовыпуске 1 и установленный в пазах 2 боковых устоев 3 и имеющий привод 4, управляемый затвор 5. Затвор содержит коробчатую полость, которая образована ломаной по вертикали наружной плоскостью 6 и внутренней плоскостью 7. Коробчатая полость делится на секции 8, причем верхняя часть 9 лицевой грани 6 затвора 5 выполнена наклонной в сторону потока так, что толщина коробчатых секций 8 в верхней части переменна по высоте. В нижней части внутренней поверхности 7 затвора 5 размещен наклонный козырек 10 под углом ß1=1500-1650 к потоку. В нижней части передней поверхности 6 затвора 5 размещен конический козырек 11. Стабилизация водопо-дачи данной конструкцией обеспечивается за счет изменения площади работающего (подщитового) отверстия при увеличении глубины воды перед затвором, за счет переключения истечения с наружной плоскости на внутреннюю.
Лабораторными исследованиями представлялось необходимым найти параметры ССВКК при несвободном истечении из-под затвора. Исследования выполнялись на базе кафедры гидротехнического строительства и водных ресурсов Кыргызско-Российского Славянского университета. Масштаб модели принимался равным 1:3, что крупнее минимально допустимого, который обеспечивает ав-томодельность по Рейнольдсу.
Оптимальное планирование экспериментов для установления наиболее рациональных параметров СРВКК в режиме подтопленного истечения в отводящий канал выполнялось методом крутого восхождения, сочетая факторное планирование и движение по градиенту.
