CC BY
18
нагрузке. В результате КПД гелиевой электростанции будет как минимум вдвое больше, чем у сегодняшних атомных станций, у которых этот показатель не превышает 30%.
Еще один плюс - экономия на системах защиты. В случае выхода термоядерной реакции из-под контроля человека, температура реакции в силу законов физики неизбежно упадет в доли секунды, и реакция прекратится сама собой.
Таким образом, преимуществами термоядерных реакторов являются:
• практически неисчерпаемые запасы топлива (водород). Например, количество угля, необходимого для обеспечения работы тепловой электростанции мощностью 1 ГВт составляет 10000 тонн в день (десять железнодорожных вагонов), а термоядерная установка такой же мощности будет потреблять в день лишь около 1 килограмма смеси Б + Т. Озеро среднего размера в состоянии обеспечить любую страну энергией на сотни лет. Это делает невозможным монополизацию горючего одной или группой стран;
• отсутствие продуктов сгорания;
• нет необходимости использовать материалы которые могут быть использованы для производства ядерного оружия, таким образом исключается случаи саботажа и терроризма;
• по сравнению с ядерными реакторами, вырабатывается незначительное количество радиоактивных отходов с коротким периодом полураспада;
• реакция синтеза не производит атмосферных выбросов углекислоты, что является главным вкладом в глобальное потепление [1].
Возникает вопрос с поставкой сырья. Наиболее перспективно выглядит добыча Гелия-3 на Луне. «Гелий-3 в виде мелких частиц льда распределен на ее поверхности почти равномерно, однако в районах «лунных морей» его концентрация превышает средние показатели в 5 раз, говорит директор Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) им. В. И. Вернадского РАН Эрик Галимов».
Одна тонна этого вещества даст такое же количество энергии, какое можно получить при сжигании 20 миллионов тонн (!) нефти. Соответственно, мировая электроэнергетика потребит около 200 тонн это сырья за год работы. Выходит, что нескольких запусков транспортных космических кораблей в год полностью хватило бы, чтобы обеспечить сырьем все электростанции России.
Сегодня запасы этого сырья только в верхних слоях естественного спутника Земли оцениваются примерно в 500 миллионов тонн, таким образом, даже с учетом быстрого роста энергопотребления, естественный спутник Земли сможет снабжать человечество теплом и энергией 15 тысяч лет. А это куда больше, чем история отвела нефтяной эре [2].
Литература
1. Термоядерный синтез. [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://www.physbook.ra/index.php/Термоядерный_синтез/ (дата обращения: 29.11.2016).
2. Новые сверхдержавы появятся на Луне. [Электронный ресурс]. Режим доступа:
http://svpressa.ru/economy/article/54465/ (дата обращения: 03.12.2016).
Исследование процесса обезвреживания отходов с получением целевого
продукта Максимова С. А.
Максимова Севиндж Абусалат кызы /МакяШоуа 5,еущ АЬпяаШ дйг — диссертант, Национальная академия наук Азербайджана, координатор,
Центр по работе со студентами с ограниченными возможностями здоровья, Азербайджанский государственный экономический университет, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: заключается в том, что при совместном разложении твердых бытовых отходов и шлама, образующегося после очистки сточных вод, отработанной азотной кислотой получаются органоминеральные удобрения. Использование отработанной кислоты существенно ускоряет процесс разложения. В результате взаимодействия азотной кислоты с соединениями, содержащимися в твердых бытовых отходах и шламе, образуются соединения, содержащие азот, фосфор и калий, повышается качество полученного целевого продукта: органоминерального удобрения. С получением целевого продукта - удобрения для нужд сельского хозяйства увеличивается экономическая эффективность проделанной работы.
Ключевые слова: экономическая эффективность, переработка отходов, охрана окружающей среды, новая технология переработки бытовых отходов.
УДК 66.012
В01: 10.20861/2312-8267-2016-30-009
Введение
Развитие и рост мощностей различных производств в настоящее время основаны на безотходных технологиях и требуют нового подхода к разработке методов переработки бытовых и промышленных отходов. Несмотря на требования к производству, состояние окружающей среды оказывает негативное влияние на пищевую промышленность, сельское хозяйство и, как следствие, на здоровье населения планеты.
Исходя из вышеизложенного, очевидно, что одной из основных задач для решения этих связанных друг с другом проблем является создание безотходных, экологически безопасных технологий. Но в настоящее время невозможно предотвратить рост количества бытовых отходов. Поэтому для решения проблемы разработаны различные методы их переработки. Среди существующих многочисленных методов переработки отходов наиболее важным является всестороннее решение проблемы с экономическим эффектом. Учитывая состояние вопроса на сегодняшний день, нами была проведена исследовательская работа именно в этом направлении.
Экспериментальная часть
В данной статье представлены результаты исследования процесса разложения отходной азотной кислотой смеси твердых бытовых отходов (ТБО) и шлама, образующегося после очистки сточных вод. Исследования проведены с целью утилизации отходов и получения целевого продукта. Поэтому, кроме утилизации ТБО и шлама, важность исследуемого процесса заключается в том, что при совместном разложении ТБО и шлама отработанной азотной кислотой получается органоминеральное удобрение повышенного качества [1].
Для исследований среднего состава ТБО были взяты пробные количества отходов из разных районов города и в разное время года. К основным показателям, характеризующим физические свойства бытовых отходов как сырья для получения удобрений и оценку качества удобрения, относятся: их средняя плотность (объемный вес), морфологический состав, фракционный состав и влажность. Как указывает в своих исследованиях А. М. Кузьменкова [2], объемный вес ТБО из благоустроенных жилых домов с высоким уровнем бытовых условий составляет 0,35 т/м3, в то время как объемный вес отходов из неблагоустроенных (бедных) районов достигает 0,65 т/м3 (в пересчете на сегодняшний день). Как показали наши исследования, необходимо учитывать объемный вес ТБО, который постоянно меняется и зависит от многих факторов. Например, в зависимости от дальности меняется и влажность отходов.
Поэтому для получения более точных результатов принимаем средний состав в пересчете на основные элементы, которые представлены в таблицах 1 и 2 [1].
Таблица 1. Твердые бытовые отходы, содержащие,
Азот Фосфор* Калий* *
0.8 - 1.5 0.5 - 0.8 0.3 - 0.6
* В пересчете на Р2О5, ** в пересчете на К2О Таблица 2. Шлам, образующийся после очистки сточных вод, содержащий,
Азот Фосфор* Калий* *
1.7 - 5.5 0.9 - 6.5 1.8 - 1.9
* В пересчете на Р2О5, ** в пересчете на К2О
В процессе также используется отработанная азотная кислота, являющаяся отходом производства электрополирования стали и сплавов, следующего состава, %: НЫ03 - 27-35; F - 0,01; Од - 1,1; № -1,1; Сг - 1,2; СгО - 0,3; Мо - 0,3; Со - 0,1; А1203 - 0,03; органические примеси - 0,1 - 0,4; Н2О -остальное [3].
Проведенные исследования показывают, что непрерывный процесс, который протекает в течение 30 минут, позволяет перерабатывать большое количество ТБО и шлама, образующегося после очистки сточных вод. Для исследований использовали ТБО и шлам в соотношении (80:45):(15:50). Разложение полученной смеси отработанной азотной кислотой происходит в непрерывном режиме [1]. Тяжелые
металлы, которые содержатся в ТБО и шламе, адсорбируются из жидкой фазы. Одновременно идет процесс улавливания и абсорбции выделяющихся газов. В таблице 3 приведены результаты опытов обезвреживания и утилизации ТБО и шлама. Выявлено, что изменение соотношение ТБО и шлама нецелесообразно, т.к. именно в указанных пределах достигаются наилучшие результаты.
Таблица 3. Зависимость степени разложения твердых бытовых отходов и шлама, образующегося после очистки сточных вод отработанной азотной кислотой, от соотношения ТБО и шлама
№ Взято Получено Степень разлож ения, %
Твердые бытовые отходы, кг Шлам, образующийся после очистки сточных вод, кг Отработанная азотная кислота, в пересчете на 100%-ную НТОз, кг Тверд ая фаза, кг Жидка я фаза, кг в том числе, %
Р2О5 ^общ К2О
1. 80 15 5 64 36 5.0 6.6 1.6 88.6
2. 75 20 5 63.5 36.5 5.2 6.8 1.7 88.9
3. 70 25 5 62 38.3 5.25 6.9 1.8 88.7
4. 65 30 5 61.5 38.5 5.3 7.1 1.9 87.4
5. 60 35 5 59.5 40.5 5.36 7.6 1.95 86.3
6. 55 40 5 53.5 46.5 5.4 7.9 1.99 85.9
7. 45 50 5 47.5 52.5 5.5 8.1 2.1 85.8
ТБО и шлам, образующийся после очистки сточных вод, реагируют с различными кислотами по-разному. Как указано, минеральная кислота, используемая в наших исследованиях, является отходом промышленного производства. Хотя отходная кислота низкой концентрации и с примесями, по своей природе азотная кислота очень сильная, поэтому в достаточной степени разлагает бытовые отходы. Проведенные опыты показывают, что при увеличении продолжительности процесса степень разложения растет (рис. 1). Здесь норма отработанной азотной кислоты 68 массовых долей НЫ03. Начальная температура 30°С и скорость мешалки 120 об./мин [4].
106
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
2 %
Н1\Ю3
4%
6%
8%
10%
13°%
18°%
23%
-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1 тми
4 10 14 19 23 27 32 38 44 49 55 60 64 68 73 77 82 89 95 100
Рис. 1. Зависимость степени разложения твердых бытовых отходов от продолжительности процесса и времени при различной концентрации отработанной азотной кислоты: т, мин - показатель времени; к, %-
показатель степени разложения отходов
Такая последовательность наблюдается и при постепенном увеличении концентрации азотной кислоты. То есть, скорость оборотов также может влиять на степень разложения. Результаты опытов приведены в таблицах 4, 5 и 6 [4].
Таблица 4. Зависимость степени разложения ТБО от концентрации отработанной азотной кислоты и
продолжительности процесса
NN Время, минуты
03-
кон ц-, % 4 10 14 19 23 27 32 38 44 49 55 60 64 68 73 77 82 89 95 100
2 3 5 7 10 12 16 17 20 22 23 28 30 34 35 37 39 41 46 49 54
4 4 8 9 11 14 18 20 23 25 26 29 33 35 37 38 40 43 46 49 57
6 6 10 12 14 16 19 22 24 26 28 31 34 36 38 43 45 48 49 53 59
8 8 12 14 16 17 18 23 25 28 30 32 36 38 41 45 51 56 60 65 69
10 10 15 16 17 18 20 26 30 35 38 42 45 48 49 52 53 58 65 75 81
13 14 16 18 20 24 28 32 34 36 40 43 46 49 50 53 54 58 67 78 85
18 16 18 20 23 31 33 34 36 37 42 44 46 50 52 55 57 66 73 85 90
23 17 21 23 24 33 35 36 37 38 43 45 47 51 53 57 59 68 80 87 92
24 18 22 24 25 34 35 37 39 40 44 47 48 52 54 58 60 70 84 89 93
27 20 23 25 26 36 37 38 39 43 45 47 49 53 55 60 61 72 89 94 95
30 22 24 26 27 38 39 40 43 44 46 48 51 55 56 62 63 75 90 95 95
Изменение концентрации отработанной азотной кислоты 2 ^ 30%, норма отработанной азотной кислоты - 68 масс. частей кислоты на 100 масс. частей ТБО, начальная температура - 30°С, скорость мешалки - 120 оборотов в минуту.
Таблица 5. Зависимость степени разложение ТБО от нормы отработанной азотной кислоты, и продолжительности процесса
Вр емя, минуты
N03
нор ма, % 0 4 9 3 7 1 7 3 8 4 9 5 8 3 7 2 8 4 00
0 5 8 1 2 4 5 8 9 3 5 6 7 9 1 2 4 8 3 0 0
4 7 1 3 4 5 6 7 0 4 6 7 9 0 2 4 5 2 5 5 5
0 2 3 4 5 7 8 9 0 4 6 8 0 1 3 6 7 4 0 7 7
4 3 4 5 6 8 0 1 3 6 7 9 2 3 6 8 0 0 4 4 5
8 5 6 6 7 9 0 2 4 6 0 3 5 9 0 3 4 4 1 0 4
2 6 7 8 0 3 4 5 5 7 0 4 6 0 3 5 5 4 3 3 4
6 0 2 3 4 5 6 6 7 9 2 5 7 1 4 6 7 6 4 4 4
0 2 4 5 6 7 8 0 0 1 2 6 8 1 5 7 9 7 9 4 4
4 3 5 6 7 8 9 0 2 3 4 7 9 1 6 7 0 8 0 4 4
8 5 7 8 9 0 1 2 3 4 5 8 0 3 7 9 1 0 0 4 4
2 7 9 0 2 3 4 5 6 7 8 9 1 4 9 1 3 2 0 4 4
8 8 0 2 4 5 7 8 0 0 1 2 3 4 0 2 4 4 0 4 4
00 9 2 3 5 6 8 9 2 3 4 5 7 8 2 4 7 8 2 4 4
Концентрация отработанной азотной кислоты, 13%, начальная температура 30°С, скорость мешалки - 120 оборотов в минуту.
Таблица 6. Зависимость степени разложения ТБО от скорости оборотов мешалки и продолжительности
процесса
Вр емя, минуты
Скорость мешалки 4 10 14 19 23 27 32 38 44 49 55 60 64 68 73 77 82 89 95 100
40 14 16 19 20 24 25 28 30 33 35 36 37 39 41 42 44 48 56 60 60
80 16 17 19 20 26 25 26 32 33 36 37 38 40 41 42 48 49 69 65 65
120 25 26 26 27 29 30 32 34 36 40 43 45 49 50 53 54 64 80 94 94
140 26 27 28 28 30 31 32 35 37 40 44 45 50 53 54 55 64 81 94 94
160 27 28 29 30 31 32 34 36 37 41 45 46 51 54 55 56 64 81 94 94
200 28 29 30 32 33 34 35 36 38 42 46 47 51 54 56 59 65 82 94 94
240 30 30 31 32 33 35 36 37 38 43 47 48 52 54 56 60 66 83 94 94
280 32 33 34 35 36 37 39 41 43 44 47 50 53 55 57 61 68 84 94 94
Концентрация отработанной азотной кислоты, 13%, норма отработанной азотной кислоты -68 масс. частей кислоты на 100 масс. частей ТБО, начальная температура - 30°С.
Подтверждение этого факта находит отражение в опыте с последовательным увеличением числа оборотов мешалки в минуту (рис. 2).
Рис. 2. Зависимость степени разложения твердых бытовых отходов от продолжительности процесса и времени перемешивания при различной норме отработанной азотной кислоты: т, мин - показатель времени; к %-
показатель степени разложения отходов
Результаты этого опыта показывают, что при малых оборотах мешалки степень разложения невысокая. А при увеличении скорости оборотов увеличивается и степень разложения ТБО. Результаты опытов приведены в таблице 6 [4].
Заключение
Полученное в процессе органо-минеральное удобрение в виде целевого продукта и его использование показывают высокую значимость с точки зрения экономической эффективности проделанной работы. Кроме этого образуются все предпосылки для создания безотходного процесса.
В результате проведенного исследования достигнуто ускорение процесса разложения твердых бытовых отходов и шлама, образующегося после очистки сточных вод, использование отработанной азотной кислоты, получение органоминерального удобрения с относительно высоким содержанием азота, фосфора и калия, предотвращение загрязнения окружающей среды твердыми бытовыми отходами и шламом, образующимся после очистки сточных вод.
Литература
1. Сакманлы С. А. Способ обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов. Патент Азербайджанской Республики i20150041 от 13.07.2015 г.
2. Кузьменкова А. М. Использование компостов из твердых бытовых отходов. М.: Россельхозиздат, 1976 г.
3. Алосманов М. С. Физико-химические исследования и разработка технологии фосфорных удобрений с использованием промышленных отходов и природных ресурсов Закавказья. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Баку, 1988 г.
4. Сакманлы С. А., Алосманов М. С., Бафадарова О. Б. Физико-химические исследования переработки твердых бытовых отходов. «Экоэнергетика» Журнал Азербайджанской Государственной Нефтяной Академии. № 3, 2010 г.
Создание и применение высокопроизводительных турбомолекулярных вакуумных насосов в современных вакуумных установках Пархомов М. М.
Пархомов Михаил Михайлович /Parhomov MihailMihailovich — специалист, инженер-конструктор, АО «Центральное Конструкторское Бюро Машиностроения», г. Санкт-Петербург
Аннотация: в настоящей статье приведен сравнительный анализ различных типов вакуумных насосов высокой производительности (5000 л/с и более). Целью данной работы являлось показать преимущества применения турбомолекулярных вакуумных насосов в современных вакуумных установках различного назначения. Проведенный анализ показал существенные преимущества применения турбомолекулярных вакуумных насосов в современных вакуумных установках. Ключевые слова: вакуумные насосы, турбомолекулярные вакуумные насосы.
УДК 621.52
В настоящее время потребность в высоко- и сверхвакуумных средствах откачки быстротой действия свыше 5000 л/с обеспечивается, в основном, диффузионными, а также криогенными вакуумными насосами зарубежного производства. Применение этих насосов имеет свои преимущества, такие как:
- наличие моделей с большим быстродействием;
- отсутствие движущихся частей в зоне откачки;
- устойчивость к «прорывам атмосферы».
Современные вакуумные насосы должны отвечать следующим требованиям: обеспечение безмаслянной откачки среды, не загрязняя откачиваемый объем парами углеводородов или другими рабочими телами; низкий уровень шума; возможность работы с химически агрессивными средами; иметь продолжительный срок беспрерывной работы;
В настоящий момент в вакуумных системах в интервале быстродействия от 5000 до 20000 л/с возможно применение турбомолекулярных вакуумных насосов. Рассмотрим преимущества замены вышеупомянутых типов насосов в вакуумных установках на турбомолекулярные насосы для определения наиболее оптимального решения.
Диффузионные вакуумные насосы. Диффузионные вакуумные насосы имеют рабочую жидкость - вакуумное масло. С наличием масла связано негативное влияние на качество получаемого вакуума, так как имеет место обратный поток паров масла, загрязняющий откачиваемый объем. Источниками загрязнений откачиваемого объема обычно являются пары масла с охлаждаемой поверхности корпуса насоса, пары масла с кромки верхнего сопла, пары масла, проникающие через резьбу и зазоры установочной гайки и шайбы и др. [1]. В таблице 1 представлены некоторые параметры современных диффузионных насосов быстротой действия свыше 5000 л/с.
