CC BY
14
Лiтература
1. Загальш характеристики мжровпрогенератора F300. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://vyshgorod.all.biz/vetrogenerator-f-300-g400823#.VRLk4fysXz4.
2. Загальнi характеристики мiнiвiтрогенератора Верано ДПВ 32. [Електронний ресурс]. -Доступний з http://avtonom.com.ua/alternativnaya-energetika/vetrogeneratory / vetrogenerator-verti-kalnyy-verano-dpv-32.html.
3. Загальнi характеристики впрогенератора ТГ1000. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://www.vetryak.com.ua/wind-turbines/vetrogenerator-tg-1000.
4. Загальш характеристики сонячно! батаре! Altek ACS-140D. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://avtonom.com.ua/alternativnaya-energetika/solnechnye-batarei / solnechnaya-batareya-acs-140 d-altek-alista.html.
5. Загальнi характеристики сонячно! батаре! Altek ACS-140D. [Електронний ресурс]. - Доступний з http://solar-tech.kiev.ua/p29304490-batareya-solnechnaya-ldk.html.
6. Методика узагальнено! оцшки техшчно-досяжного енергетичного потенщалу бiомаси. -К. : ТОВ "Вюл-принт", 2013. - 25 с.
Сидоров А.В., Калиновская А.И., Кравченко И.Ю. Перспективы использования альтернативных источников энергии в Чигиринском районе
Рассмотрены особенности применения технологий альтернативной энергетики на территории Чигиринского района Черкасской области. Проанализирована благоприятность природных условий и инфраструктуры Чигиринского района для внедрения альтернативных источников энергии. Представлены результаты расчетов энергетической и экономической эффективности применения альтернативных источников энергии (ветровая и солнечная энергия, биогаз, отходы сельского и лесного хозяйств) и приведены оценки перспективности их использования для данного района. Выполнен SWOT-анализ использования ветрогенераторов, солнечных батарей, биогазовых установок и отходов сельского и лесного хозяйств в качестве топлива в альтернативной энергетике района.
Ключевые слова: альтернативная энергетика, ветровая энергия, солнечная энергия, биогаз, отходы.
Sydorov O. V., Kalinovska A.I., Kravchenko I. Yu. Prospects of Alternative Energy Sources Application in Chygyrynskii District
The features of alternative energy technologies application on the area of Chygyrynskii district are considered. The fitness of natural conditions and infrastructure of Chygyrynskii district for alternative energy sources application is analysed. The calculated results of energetic and economic efficiency of alternative energy sources (wind and solar energy, biogas, agricultural and forest wastes) application are given in the study. Some prospects for the alternative energy sources application for this district are assessed. SWOT analysis of wind turbines, solar panels, biogas plants, and agricultural and forest wastes as fuel in alternative energy of the district is conducted.
Keywords: alternative energy, wind energy, solar energy, biogas, wastes.
УДК667.621.6:678.74 Астр. У.В. Фуч; студ. З.Ю. Савчин;
доц. Р. О. Субтельний, канд. техн. наук; проф. Б. О. Дзтяк, д-р техн. наук - НУ "Львiвська полтехшка "
КООЛ1ГОМЕРИЗАЦ1Я НЕНАСИЧЕНИХ ВУГЛЕВОДН1В ФРАКЦ11 С9 У ЗВОРОТНИХ ЕМУЛЬСШХ
Дослщжено процес отримання коолк,омер1в шляхом коолтомеризащ! в емульсГ! другого роду вуглеводиево! фракщ! С9 рщких продукпв шролiзу. Встановлено залеж-шсть фiзико-хiмiчних характеристик коолтомеру вщ природи емульгатора, сшввщно-шення [дисперсшна фаза] + [дисперсшне середовище]. Виявлено залежшсть змши не-насиченостi олтомеризату в ходi процесу. Дослiджено основш закономiрностi процесу
коолтомеризацп в емульсп другого роду, вивчено вшив основних факторiв на процес, а також дослiджено молекулярно-масовий розподш коолтомерш.
Ключов1 слова: коолiгомеризацiя, емульсiя, коолтомер, емульгатор, пдрофшьно-лiпофiльний баланс, молекулярно-масовий розподш, фракцiонування.
Характерною ознакою сучасно! хгшчно! промисловосп е використання в процес1 виробництва коол1гомер1в компоненпв, яй е в1дходами або поб1чними продуктами етиленових 1 протленових виробництв, що дае змогу зменшити використання значно! клькосп продуктов природного походження [1]. Утил1защя вщходав нафтох1м1чних виробництв одночасно виршуе еколопчш проблеми та дае змогу отримувати дешев1 продукти на основ1 вторинно! сировини, яй вико-ристовують у багатотоннажних виробництвах лакофарбових матер1ал1в, шин-них гум [2]. Використання коол1гомер1в е також виршенням проблеми замши пол1мер1в природного походження на бшьш дешев1 синтетичш продукти, нап-риклад, замши кашфол1 1 пом'якшувач1в у виробництв1 паперу, гумовотехшч-них вироб1в [3]. На сьогодш для синтезу коол1гомер1в використовують три ме-тоди: йонний (каталггичний), радикальний та Мцшований (катюнний) метод пол1меризацц мономер1в [4, 5]. У цьому випадку процес отримання коол1гоме-р1в проводився коол1гомеризащею в емульси ненасичених вуглеводшв фракцц С9 рвдких продукпв шрол1зу дизельного палива з використанням емульгатора другого роду пол1глщерол под1рицинодеату.
Для емульсш характерною е властивкть обернення фаз. У раз1 введення в емульсш в умовах шгенсивного перемшування поверхнево-активних речовин (ПАР), стабшзатор1в протилежного типу, первкна емульс1я може звертатися, тобто дисперсна фаза стае дисперсшним середовищем 1 навпаки [6]. За полярнк-тю фаз розр1зняють два типи емульсш: а) прям1 (емульс1я першого роду), яй складаються з полярного дисперсшного середовища - вода 1 неполярно! дисперсно!' фази - ол1я (позначають "о/в"); б) зворотш (емульс1я другого роду), в яких дисперсшне середовище неполярне - олк, а дисперсна фаза полярна - вода, (позначають "в/о") [8]. Природа стабшзатора (емульгатора) визначае не тшьки агре-гативну стшйсть, але й тип емульси. Так, пдрофшьш емульгатори сприяють ут-воренню емульсш типу "ол1я у вода" (о/в), а пдрофобш - емульсш типу "вода в оли" (в/о) [7]. Ефектившсть емульгатора можна охарактеризувати в1дношенням м1ж пдрофобною 1 пдрофшьною частками молекул ПАР (пдрофшьно-лшофшь-ний баланс - ГЛБ). ГЛБ е емтричною безрозм1рною величиною. Для емульсш типу "о/в" вш становить 8-16, а для емульсш типу "в/о" - 3-6 [9].
Мета дослщження - визначення впливу основних чиннийв на процес коол1гомеризацл в емульси другого роду ненасичених вуглеводшв фракцп С9 рвдких продукпв шрол1зу виробництва етилену, а також дослщження моле-кулярно-масового розподшу коол1гомер1в.
Матер1али 1 методика проведення дослвдження. Синтез коол1гомер1в емульсшною коол1гомеризащею проведено за такою рецептурою:
• дисперсшне середовище - фракщя С9 РПП дизельного палива (бромне число -68,2 г бг2/100 г; густина - 938 кг/м3; вмют ненасичених сполук - до 45,00 %, зокрема стиролу - 17,85 %, вiнiлтолуолiв - 6,99 %, дициклопентадieну -18,00 %, iндену - 1,25 %);
• дисперсiйна фаза - вода;
• шщатор - водорозчинний персульфат калiю (К2В2О8) (1,0 % мас. у перерахун-ку на вуглеводневу фракщю);
• емульгатор II роду - полтащерол полiрицинолеат - розчинний у вуглеводнях, утворюе емульсп типу "вода в олп" та характеризуються числами ГЛБ нижче 10. Коолiгомеризацiю фракцií С9 в емульсií проводили у тригорлш колбi, ос-
нащенiй мiшалкою та холодильником. У реакцшну сумiш Ыщатор подавали у виглядi водного розчину, а емульгатор - у виглвд розчину у фракцií С9. Пкля завантаження реагештв iнтенсивно перемiшували за допомогою мiшалки i од-ночасно нагр1вали до задано!' температури. Вщтак, отриману сумiш роздiляли у дшильнш воронцi на органiчну та водну фази. Олiгомеризат (органiчна фаза) роздшяли, здiйснюючи атмосферну (тиск - 0,11 МПа, температура куба -453 К) та вакуумну (залишковий тиск - 3-4 гПа, температура куба - 450 К) дис-тиляцп олкомеризату. При цьому в кубi отримували коолiгомер.
Для отриманого продукту визначали вихщ продукту (у перерахунку на фракцда С9) i фiзико-хiмiчнi показники: ненасиченiсть (бромне число) [10], по-казник кольору за йодометричною шкалою (ЙМШ) [11], температуру розм'як-шення [12] та молекулярну масу [13].
Результати дослщження. Дослiджено вплив природи емульгатора i спiввiдношення [дисперсiйна фаза (вода)]: [дисперсшне середовище (фракцiя С9)] на фiзико-хiмiчнi показники коолiгомерiв. Дослщження проводили за температури 303 К, концентращя Ыщатора - 1,0 % мас. (у перерахунку на фракцда С9), за сшвввдношення компоненпв [фракцiя С9]: [вода] = [1:1] ^ [1:4] та [2:1] ^ [4:1] впродовж трьох год.
Для визначення впливу спiввiдношення води та фракцп С9 на вихвд та фiзико-хiмiчнi властивостi коолiгомеру проводили дослщження олкомеризацп ненасичених вуглеводнiв фракцп С9 у присутностi емульгатора полклщеролу полiрицинолеату (ПП) в кiлькостi 0,8 % мас. у перерахунку на фракцда С9. Для дослщження поверхневого натягу розчину емульгатора ПП та його оптимально! концентрацц використали метод визначення параметрiв крапл^ що падае (ста-лагмометричний) [6]. Процес коолкомеризацп в емульсií здiйснювали за температури 303 К, упродовж трьох год, з використанням Ыщатора персульфату ка-лiю, розчиненого у вод^ кiлькiстю 1,0 % мас. Фiзико-хiмiчнi показники отрима-них продуктiв наведено в табл. 1.
Табл. 1. Фiзико-хiмiчнi показники продуктiв коолйомеризацп
Об'емне спiввiдношення [фракщя С9]: [вода] Бромне число, г бг2/100 г Молекулярна маса Температура розм'якшення, К Колiр (за ЙМШ), мг 12/100 мл
1:1 25,1 460 360 20-40
1:2 30,3 430 362 40
1:3 37,4 425 354 40
1:4 42,8 400 350 20-40
2:1 23,8 475 356 20-40
3:1 23,6 500 375 40
4:1 22,8 505 375 40
Найвищий вихвд продукту, при коолкомеризацц в емульсií, отримуемо за спiввiдношення [фракцiя С9]: [вода] - 4:1 (16,3 %), близьким за значенням е
вихщ продукту за сшввщношення компонент 3:1 (14,4 %). Збiльшення частки води у вихщнш рецептурi приводить до зниження виходу продукту, а отже, не-ефективним е використання реакцшного об'ему. Бромне число, яке характери-зуе ненасиченiсть коолiгомеру, е найнижчим за сшввщношення [фракцiя С9]:[вода] - 4:1 (22,8 г Br2/100 г) i корелюеться з виходом коолiгомеру: 3i змен-шенням виходу коолiгомеру ненасиченють зростае. Показник кольору отрима-них коолiгомерiв е невисоким (20-40 мг 12/100 мл за ЙМШ) i не змiнюеться в разi змши спiввiдношення компонентiв емульсшно! коол^омеризаци. Температура розм'якшення коолiгомеру змiнюеться вщ 350 К до 375 К i вiдповiдае ГОСТу 11506-73, вона е вщносно високою i прямо пропорцшно належить до молекулярно! маси. Коол^омер з найбiльшою молекулярною масою (505) та найнижчим бромним числом (22,8 г Br2/100 г) одержуеться при сшввщношенш [фракцiя С9]: [вода] - 4:1. Дослщжено перебiг емульсшно! коол^омеризаци в часi за таких умов: сшввщношення [фракщя С9]: [вода] = [1:1; 1:2; 1:3; 1:4; 2:1; 3:1; 4:1]; температура реакцп - 303 К; тривалють коол^омеризаци - 3 год; кон-центращя iнiцiатора - 1,0 % мас.; концентрацiя емульгатора - 0,8 % мас.
Тривавлють косшгомеризаци,
Рис. 1. Динамта змти ненасиченостi коолкомеризату в ходi процесу коолкомеризаци в емульси за спiввiдношення компонентiв: А) [фракщя С9]: [вода]= [1:1М1:4]; Б) [фракщя С]: [вода]= [2:1]^[4:1]
Як видно з даних на рис. 1, бромне число коол^омеризату стабшьно зменшуеться впродовж всього часу проведення коол^омеризаци в емульси сумМ ненасичених вуглеводнiв побiчних продуктiв пiролiзу. Оскшьки значення бромного числа корелюеться iз перебiгом ол^омеризаци - виходом коол^оме-ру, можна стверджувати про те, що реакцiйноздатнi вуглеводнi фракцп С9 -(мономери) реагують впродовж всього часу коол^омеризаци.
Молекулярна маса коол^омеру i його молекулярно-масовий розподiл ю-тотно залежать вiд усiх параметрiв процесу коол^омеризаци. З пiдвищенням температури i концентраци iнiцiатора знижуеться молекулярна маса i зростае вихiд коол^омеру. Розгалуженiсть коолiгомеру залежить, в основному, вщ температури i тиску. Вона зростае з шдвищенням температури i зниженням тиску процесу. Враховуючи умови синтезу коолiгомерiв, розгалуженiсть коолiгомерiв невелика i мае незначний вплив на властивостi коолiгомерних смол.
Окремi фракцп коолiгомеру отримували, використовуючи осаджувальне фракцiонування (розчинник - бензол, осаджувач - етанол). Внаслщок фракць онування видiлено двi фракцп коолiгомеру. Третю фракцш коолiгомеру не ви-дшяли, оскiльки це пов'язано iз значною витратою осаджувача (етанолу). Нато-мють, вмiст третьо! фракцп визначено математично.
Табл. 2. Вмйст фракцш коолигомергв (за довжиною макроланцюга)
Об'емне сшввщношення [фракщя С9]: [вода] Вмют фракщ'1 коолiгомеру, % мас.
1 фракщя 2 фракщя 3 фракщя
1:1 66,9 30,1 3,0
1:2 66,1 31,1 2,7
1:3 66,5 30,7 2,8
1:4 61,1 35,8 3,1
2:1 48,0 47,7 4,3
3:1 63,7 33,2 3,1
4:1 66,3 31,2 2,5
Як видно з табл. 2, найбшьший вмют коолггомеру першо'1 та друго'1 фрак-цiй отримуеться за спiввiдношення 1:1 (66,9 % мас.) i 2:1 (47,7 % мас.) вщповщ-но. Пiсля проведеного фракцюнування дослщжуваних смол визначено молеку-лярнi маси зразкiв методом крюскопп. Отриманi результати зображено на рис. 2.
Рис. 2. Молекулярно-масовий розподЫ коолiгомерiв
Шдтверджено, що молекулярна маса першо'1 фракцií для усiх випадюв е бтьшою за середню молекулярну масу коолiгомеру. Невисокi показники моле-кулярно'1 маси (300-575) пояснюються складною реакцшною сумшшю (вугле-воднева фракщя), яка мiстить значну кiлькiсть сполук, що можуть брати участь у реакщях обривання та передачi ланцюга.
Висновки. На основi проведених експериментальних дослiджень вста-новлено закономiрностi коолпюмеризацп в емульсп другого роду ненасичених вуглеводнiв фракцп С9. Виявлено вплив основних чинникiв на вихiд i показники коолiгомерiв. Встановлено, що збтьшення частки води в реакцшнш сумiшi призводить до поступового зменшення середньо'1 молекулярно'1 маси коолпюме-ру i навпаки - збтьшення шлькосп фракцп С9 сприяе зростанню виходу i кон-версп коолiгомеру, i водночас пiдвищуе його температуру розм'якшення та молекулярну масу.
Лггература
1. Hansen, F.K. Particle Formation Mechanism Emulsion / F.K. Hansen, J. Ugelstad. - New-York : Polymerization, 1982. - 192 р.
2. Субтельний Р.О. Коолйомеризацш в емульси вуглеводшв фракци С9 з використанням персульфату калiю / Р.О. Субтельний, У В. Фуч, Л.В. Ревенко, Б.О. Дзшяк // Вкник Нащональ-ного унiверситету мЛьвiвська полггехшка". - Сер.: Хiмiя, технологiя речовин i i'x застосування. -Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полггехнка". - 2013. - № 761. - С. 209-212.
3. Дзшяк Б.О. Сировина для виробництва синтетичних смол. №6i4m продукти нафто- i коксох1М11 / Б.О. Дзжк, Г.Я. Магорiвська // Хiмiчна промисловiсть Украши : наук.-виробн. журнал. - 2005. - № 6. - С. 18-23.
4. Zohuriaan-Mehr M. Petroleum Resins: An Overview / M. Zohuriaan-Mehr, H. Omidian // Polymer reviews. - 2000. - Vol. 40. - № 1. - Pp. 23-49.
5. Думский Ю.В., Нефтеполимерные смолы и новые возможности их использования / Ю.В. Думский, Г.Ф. Чередникова, С.Ю. Думский // Лакокрасочные материалы и их применение : науч. журнал. - 2007. - № 10. - С. 8-12.
6. Бондалетов В.Г. Комплексная переработка жидких продуктов пиролизных производств этилена и пропилена : дисс. ... д-ра техн. наук: спец. 02.00.13 / В.Г. Бондалетов. - Томск, 2014. -348 с.
7. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии / С.С. Воюцкий. - Изд. 2-ое, [перераб. и доп.]. -М. : Изд-во "Химия", 1976. - 512 с.
8. Мтна Н.С. Водно-дисиерийш плiвкоутворювачi на осжга копол1мерш ненасичено! фракци С9 термолiзу нафти. Синтез та властивост / H.G. Миша, О.С. Зшченко, М.М. Братичак, Л.Г. Полткова // Хiмiчна промисловiсть Украши : наук.-виробн. журнал. - 2006. - № 3 (74). - С. 14-17.
9. Constantin V.U. Synthesisand Characterization of Oligomers / V.U. Constantin, I.I. Negulescu // CRC Press. - 1991. - 384 p.
10. Одабашьян Г.В. Лабораторный практикум по химии и технологии основного органического и нефтехимического синтеза / Г.В. Одабашьян, В.Ф. Швец. - М. : Изд-во "Химия", 1992. - 240 с.
11. Торопцева А.М. Лабораторный практикум по химии высокомолекулярных соединений / А.М. Торопцева, К.В. Белгородская, В.М. Бондаренко. - Л. : Изд-во "Химия", 1972. - 416 с.
12. Карякина М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий / М.И. Карякина. -М. : Изд-во "Химия", 1988. - 272 с.
13. Практикум по физической химии / под ред. С.В. Горбачева. - М. : Изд-во "Высш. шк.", 1974. - 495 с.
Фуч У.В., Савчын З.Ю., Субтельный Р.А., Дзиняк Б.О. Коолигомери-зация непредельных углеводородов фракции С9 в обратных эмульсиях
Исследован процесс получения коолигомеров путем коолигомеризации в эмульсии второго рода углеводородной фракции С9 жидких продуктов пиролиза. Установлена зависимость физико-химических характеристик коолигомера от природы эмульгатора, соотношение [дисперсионная фаза + дисперсионная среда]. Выявлена зависимость изменения ненасыщенности олигомеризата в ходе процесса. Исследованы основные закономерности процесса коолигомеризации в эмульсии второго рода, изучено влияние основных факторов на процесс, а также исследовано молекулярно-массовое распределение коолигомеров.
Ключевые слова: коолигомеризация, эмульсия, коолигомер, эмульгатор, гидрофильно- липофильный баланс, молекулярно-массовое распределение, фракционирование.
Fuch U.V., Savchyn Z.Yu., Subtelnyy R.O., Dzinyak B.O. Cooligomerizati-on of Unsaturated Hydrocarbons of C9 Fraction at the Inverse Emulsion
The process of cooligomers obtaining by cooligomerization at the type 2 emulsion of C9 hydrocarbon fraction of liquid pyrolysis products has been investigated. The dependence of the physicochemical properties of cooligomer on the emulsifier nature and ratio [dispersion phase] + [dispersion medium] has been determined. The dependence of oligomeryzat unsaturation changing during the process has been discovered. The basic regularities of type 2 emulsion cooligomerization and the molecular weight distribution of cooligomers have been investigated, influence of the main factors on the process has been studied.
Keywords: cooligomerization, emulsion, co-oligomer, emulsifier, hydrophilic lipophilic balance (HLB), molecular weight distribution, fractionation.
