CC BY
4
Статья поступила в редакцию 03.12.2010
SUMMARY
The migration of components of slag BMZ in the aquatic environment is studied by the methods of pH-metry and conductometry.
УДК 677.08.02.16./.022
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ОРГАНО-СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ
Ю.ПЕрбцщ АЮДллв (рйпашямю гщущящмАГТ
На текстильных предприятиях Республики Беларусь ежегодно образовывается большое количество отходов, из которого утилизируется менее 10 %. Острая проблема стоит в отношении коротковолокнистых отходов коврового производства. Это сырьё практически непригодно для дальнейшей переработки. Утилизация данных отходов является достаточно сложной и дорогостоящей ввиду необходимости создания специального оборудования, поэтому их складируют, а затем вывозят на полигон для дальнейшего захоронения. В связи с этим можно сделать вывод, что использование отходов в качестве вторичного сырья - это важная экологическая и экономическая проблема.
Сотрудниками кафедры ПНХВ УО «ВГТУ» и ОАО «Витебскдрев» разработана технология получения органо-синтетических волокнистых плит строительного назначения с использованием коротковолокнистых отходов коврового производства с длиной волокон от 0,5 до 25 мм. Получение теплоизоляционных материалов на основе отходов легкой промышленности позволяет значительно удешевить их производство и расширить ассортимент изоляционных материалов, способствует экономии материальных и топливно-энергетических ресурсов в строительстве за счет уменьшения толщины и массы ограждающих конструкций, снижения теплопотерь при эксплуатации зданий и сооружений.
При производстве органо-синтетических волокнистых плит (ОСВП) по технологии ДСП используется древесина лиственных и хвойных пород (сосна, ель, осина, береза, ольха и др.) в различных соотношениях. В роли связующего для наружных слоёв используется смола карбамидоформальдегидная КФ-НФП (продукт поликонденсации карбамида и формальдегида в присутствии кислотных и щелочных катализаторов).
В качестве коротковолокнистых отходов можно использовать отходы коврового производства - кноп ткацкий. В состав кнопа ткацкого входят - лавсановые, нитроновые и шерстяные волокна в разном процентном соотношении.
В лабораторных условиях предприятия ОАО «Витебскдрев» были получены экспериментальные образцы ОСВП толщиной 16 мм с использованием отходов текстильной промышленности. Изготовление образцов осуществлялось в соответствии с технологической схемой производства ДСП с помощью пресса типа 2ПГ-500.
В результате проведения предварительных экспериментов определено, что физико-механические показатели получаемых ОСВП с понижением температуры прессования ухудшаются. Согласно технологическому регламенту производства ДСП рекомендованы режимы прессования: температура пресса 180±5 0С; время
прессования 7-8 мин. Приведенные параметры технологического процесса обеспечивают получение ОСВП с требуемыми показателями качества. Внутренний слой плиты должен нагреваться до температуры несколько выше, чем 100 °С, что обеспечивает испарение и выход избыточной влаги (более 8 %) из прессуемой плиты, это необходимо также для углубления отверждения связующего. Для быстрого подогрева плиты температуру пресса задают в пределах от 150 до 180 °С. Увеличение температуры выше 200 °С нецелесообразно, т.к. увеличивается энергопотребление. Снижение температуры прессования ведёт к нарушению баланса температуры и времени в заданном цикле. При этом за время прессования (8 мин) во внутреннем слое плит процесс структурообразования не завершён, что приводит к ухудшению физико-механических свойств получаемых плит.
Для определения оптимального состава смеси и параметров работы оборудования при получении ОСВП был проведен эксперимент по исследованию зависимости физико-механических показателей ОСВП от процентного вложения текстильных отходов в композиции и температуры прессования.
В качестве входных параметров эксперимента были приняты: доля коротковолокнистых отходов (%) - х1 (30 - 50, интервал варьирования 10) и
температура прессования (°С) - х2 (170 - 190, интервал варьирования 10). В качестве критериев оптимизации были приняты основные физико-механические показатели материала в соответствии с требованиями на изоляционные материалы: У1 - плотность, кг/м3; У2 - прочность при изгибе, МПа; У3 - разбухание, %. Вид модели был определен по результатам обработки данных, полученных в результате реализации полного факторного эксперимента (ПФЭ 32). Оценки коэффициентов модели были уточнены по результатам реализации D-оптимального плана эксперимента, сгенерированного в программе STATlSTICA (алгоритм Федорова).
Регрессионная модель зависимости плотности от параметров технологического процесса имеет вид:
У1 = 616,540 - 83,445х1. (1)
Анализ регрессионной модели (1) показал, что с увеличением доли коротковолокнистых отходов ( х1 ) плотность органо-синтетической волокнистой плиты уменьшается, это объясняется тем, что плотность волокнистых отходов меньше плотности древесной стружки. Влияние температуры прессования (х2) на плотность органо-синтетической волокнистой плиты статистически не значимо.
На рисунке 1 а приведены линии равного уровня и поле векторов градиента функции отклика плотности ОСВП. Выделенные линии обозначают минимально и максимально допустимые значение плотности, соответственно 580 кг/м3 и 620 кг/м3, область допустимых значений выделена затемнением.
Регрессионная модель зависимости прочности при изгибе от параметров технологического процесса имеет вид:
У2 = 2,226 + 0,8х1 + 0,264х 1 + 0,115х2 . (2)
Анализ регрессионной модели (2) показал, что с увеличением доли коротковолокнистых отходов (Х1) прочность при изгибе увеличивается, при этом
зависимость у2 от Х1 имеет нелинейный характер, это объясняется тем, что при содержании текстильных отходов до 50 % при прогибе материала в работе участвуют 2 вида компонентов в равной степени, и тем самым их прочность
используется максимально. Увеличение температуры прессования (х2) приводит к увеличению прочности при изгибе в выбранном диапазоне температур, т.к. при увеличении данного параметра химические волокна во внутреннем слое оплавляются и образуют решётчатую структуру неправильной формы с большой частотой сплавления элементарных волокон. За счёт воздействия температуры на волокна смеси различного химического состава, в формировании материала участвует большее количество элементарных химических волокон.
На рисунке 1 б приведены линии равного уровня и поле векторов градиента функции отклика прочности при изгибе ОСВП. Выделенная линия обозначает минимально допустимое значение прочности 1,8 МПа, область допустимых значений выделена затемнением.
Регрессионная модель зависимости разбухания от параметров технологического процесса имеет вид:
У3 = 29,745 - 4,235х1
(3)
Анализ
регрессионной модели (3) показал, что разбухание ОСВП
уменьшается с увеличением вложения коротковолокнистых отходов ( х1 ), это объясняется тем, что гигроскопичность синтетических волокон в составе отходов значительно меньше гигроскопичности древесного волокна (18 %).
На рисунке 1 в приведены линии равного уровня и поле векторов градиента функции отклика разбухания ОСВП. Выделенная линия обозначает максимально допустимое значение разбухания 30 %, область допустимых значений выделена затемнением.
1
0,5
х, 0
- 0,5
-1
-1 - 0,5 0 0,5 1
1
0,5
х, 0
- 0,5
-1
-1 -
0,5-
X, 0;
- 0,5-1
-1 - 0,5 0 0,5 1
X
1
0,5 х, 0 - 0,5 -1
-1 - 0,5 0 0,5 1
в г
Рисунок 1 - Линии равного уровня и поле векторов градиента целевых функций
б
а
1
При наложении линий равного уровня, ограничивающих области допустимых значений каждого из критериев оптимизации, можно получить область, содержащую множество допустимых решений оптимизационной задачи на рисунке 1 г. Для нахождения компромиссного решения, учитывающего одновременно все три критерия оптимальности (Y1, Y2 и Y3), использовался метод Дерринжера [1], расчеты проводились в СКМ Maple.
Для определения желательностей отдельных критериев оптимизации были составлены частные функции желательности, преобразующие натуральные
значения критерия оптимизации к безразмерной величине d определенной на отрезке: о < d < 1, где 1 соответствует наивысшей желательности критерия, 0 соответствует нежелательному значению.
Значение плотности ОСВП 600 кг/м3 является наиболее желательным в соответствии с требованиями предъявляемыми к изоляционным материалам, с допуском ±20 кг/м3. Частная функция желательности (рисунок 2 а) для двустороннего критерия оптимизации Y1 (плотность) определялась по формуле
d =
TY-L Y-U
Ty -UY
\Yi
ч V
"Li <Y T
Ti <Yi < Uyi aoYTi >Ui
(4)
где нижнее ограничение функции желательности Ь^ = 580 кг/м3; точка, соответствующая наибольшей желательности, Т^ = 600 кг/м3; верхнее ограничение функции желательности и¥ = 620 кг/м3. Параметры, определяющие кривизну функции желательности, sYl = гу = 1.
Для ОСВП значение прочности при изгибе 1,8 МПа является минимально допустимым, т.е. наименее желательным. Частная функция желательности (рисунок 2 б) для одностороннего критерия оптимизации Y2 определялась по формуле
Y2 Ly2
UY -Y
Y 2
\'Y2
1
COY2 <Y
-Y2 <Uy2 >UY.
(5)
где нижнее ограничение функции желательности Ь^ = 1,8 МПа; точка,
МПа. Параметр,
Uy2 = 5
соответствующая наибольшей желательности, определяющий кривизну функции желательности, 1У = 1.
Для ОСВП значение разбухания 30 % является максимально допустимым значением, т.е. наименее желательным. Частная функция желательности (рисунок 2 в) для одностороннего критерия оптимизации Y3 определялась по формуле
Г* ~Цу3
^ и**
V гз У
0
<Ьу
<У* <иу* Т >из
где верхнее ограничение функции желательности ЬУз = 0 %; точка, соответствующая наименьшей желательности, и у = 30 %. Параметр, определяющий кривизну функции желательности, гу =1.
580
600 а
620 ^ 1,8 5 Г2 0 0
б б Рисунок 2 - Графики частных функций желательности
30 г,
После формирования частных функций желательности формируют обобщенную функцию желательности, которая учитывает все требования, предъявляемые к частным функциям. То есть при равенстве нулю хотя бы одной из частных функций желательности обобщенная функция также должна быть равна нулю. При увеличении желательности одной из частных функций желательности обобщенная функция также должна возрастать. Этого добиваются, рассчитывая обобщенную функцию желательности как среднее геометрическое частных желательностей:
(7)
1=1
где п - количество критериев оптимизации. Трехмерное представление обобщенной функции желательности приведено на рисунке 3 а. На рисунке 3 б приведены линии равного уровня и поле векторов градиента обобщенной функции желательности.
1
0,5
*2 0
- 0,5
-1
-1 - 0,5
0
0,5
а б
Рисунок 3 - Графики обобщенной функции желательности
1
1
1
Согласно технологическому регламенту производства ДСП не рекомендуется повышать температуру прессования выше 185)0. С использованием СКМ Maple найден максимум функции желательности, который достигается при кодированных значениях Xj = 0,229 и x2 = 0,5. Использование обобщенной функции желательности позволяет найти компромиссное решение оптимизационной задачи в натуральных величинах: доля вложения коротковолокнистых отходов 42,29 % и температура прессования 185)0, учи тывающее требования, предъявляемые к каждому из критериев оптимизации. При рассчитанных значениях входных параметров технологического процесса обеспечивается формирование ОСВП с физико-механическими свойствами: плотность - 597.37 кг/м3, прочность при изгибе - 2,48 МПа, разбухание - 28,77 %. Данные значения исследуемых показателей отвечают требованиям, предъявляемым к материалам, которые используются в качестве -тепло- и звукоизоляции систем пола и межстенных перекрытий.
Список использованных источников
1. G. Derringer, R. Suich Simultaneous Optimization of Several Response Variables: Journal of Quality Technology, Vol. 12, No. 4, 1980, pp. 494-498.
2. Леонович, А. А. Физико-химические основы образования древесных плит / А. А. Леонович. - Санкт-Петербург : Химиздат, 2003. - 192 с.
Статья поступила в редакцию 13.04.2011
SUMMARY
Application of a textile waste as secondary material resources is the important ecological and economic necessity.
The manufacturing technology of organo-synthetic fibrous plates using short fibers waste of light industry with fibers length from 0.5 to 25 mm is developed.
To define optimum structure and the best parametres of work of the equipment experiment has been made. Researches of dependence of physicomechanical indicators of plates from a percentage addition of a textile waste and pressing temperature have been carried out.
УДК 541.49+548.736+538.241
ОИНТЕЗ МЕДНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРОИЗВОДНЫХ БЕНЗИМИДАЗОЛА
Е.АДяр В. ¡.Юти, СШ&т
Целью настоящей работы является разработка препаративной методики синтеза медных комплексов 2-[3-алкокси-4-(гидрокси, алкокси, ацилокси)фенил]-1Н-бензимидазолов и синтез ряда новых медных комплексов содержащих гидроксильные, алкоксильные и сложноэфирные группы в молекулах лигандов. Медные комплексы являются перспективными красителями для тканей и полимерных материалов. Комплексы могут быть использованы для специальной заключительной отделки тканевых материалов с целью придания им фунгицидных свойств.
Ацилированием природных 3-метокси(этокси)-4-гидроксибензальдегидов -ванилина и ванилаля (I) - ранее нами был получен ряд сложных эфиров этих соединений (II): удобных и доступных синтонов для проведения синтезов на их основе [1-3]. Замещенные бензальдегиды ванилинового ряда (II), при проведении реакции в метаноле в атмосфере аргона, взаимодействуют с 1,2-
