CC BY
33
красителей и циклодекстринов и полностью охарактеризовать полученные системы по способности к адресной доставке транспортируемого соединения в орган или ткань с целью локального уничтожения раковых клеток. Оценить эффективность работы таких систем, определить возможности и области применения и основные направления модификации для улучшения потребительских свойств.
В последующем планируется проведение биологических испытаний, in vitro, а затем и in vivo. Также возможно совместно с заинтересованными фирмами использование разработанных систем для фотодинамической терапии некоторых видов злокачественных опухолей. Подобные разаработки могут быть доведены до НИОКР.
Библиографический список
1. GLOBOCAN, 2008. - http://globocan.iarc.fr/ (дата обращения 29.04.2013)
2. Т.М. Максимова, В.Б. Белов. Заболеваемость злокачественными новообразованиями и смертность от них в России и некоторых зарубежных странах. // Проблемы социальной гигиены, здравоохранения и истории медицины. - 2012. - №1. - С. 9-12.
УДК 662.74:007.5
А.Ю. Налетов, М.В. Шишанов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА К ОТОПИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ ПЕЧИ КОКСОВАНИЯ И ВОЗМОЖНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
На основе проведенного информационно-термодинамического анализа отопительной системы печи коксования было получено оптимальное распределение энергетических нагрузок. С учетом всех экологических и технологических ограничений была предложена принципиальная схема отопления печной камеры коксовой батареи с рециркуляцией и когенерацией. Данная схема позволяет решить основные проблемы коксового производства: равномерность прогрева, уменьшение выбросов оксидов азота и получение электроэнергии за счет отходящих газов.
Based on the information-thermodynamic analysis of coke oven heating system optimal energy distribution was obtained. With all of the environmental and technological restrictions the schematic diagram heating of coke oven chamber with recirculation and cogeneration was proposed. This scheme allows us to solve the basic problems of coke production: the uniformity of heating, reducing emissions of nitrogen oxides and getting electric power due to waste gases.
Информационно-термодинамический анализ
Современное коксохимическое производство представляет собой химико-технологическую систему (ХТС), которую до настоящего времени не рассматривали с позиции системного подхода. Такого подхода, который позволяет выделять различные уровни описания системы и оценивать приоритет этих уровней в решении общих задач.
Информационно-термодинамический анализ (ИТА) разработан на основе "теории информации" Шеннона, суть которой в том, что "когда делается выбор одного варианта из n возможных (реализующихся с априорной вероятностью p¿, i = 1,2,..., п), количество информации выражается формулой" [1]:
I = -JZPi\nP, (1)
ИТА технологических систем предполагает представление современных
химических производств как систем переработки информации, содержащейся и переносимой технологическими потоками, где в формуле (1) р. есть вероятность /-го
термодинамического состояния технологического потока (Р, Т, С ). [2]
ХТС - объект с иерархической структурой. В ИТА предполагается двухуровневое представление ХТС. Соответственно, выделяют 2 вида информации: макро- и микроинформация.
Макроуровень представлен совокупностью химико-технологических процессов (ХТП), характеристиками которых являются средние уровни внутренней энергии <И;> (1 = 1,2,... Микроуровень представлен совокупностью возможных достижимых состояний технологического потока.
Принимая во внимание доминирующую роль макрохарактеристик в повышение эффективности системы [3], рассмотрим схему отопления коксовой печи (рис. 1) и представим с позиции информационно-термодинамического подхода аналитическое решение задачи оптимизации по критерию макроэнтропии.
Для описания макроуровня ХТС в работе [4] , было предложено использовать макроэнтропию через весовые коэффициенты, учитывающие в вероятностном виде флуктуации среднего энергетического уровня подсистем (процессов) по отношению к уровню ХТС в целом (рис. 2) в виде
..ВЫ ^^
© 0
-нз-
КЭП0Е0-1НЫР апемект
КИП
всадух
Рис. 1. Схема отопления печи коксования. 1 - регенератор, восходящая сторона; 2 - отопительный канал, на огне; 3 - отопительный канал, нисходящая сторона; 4 - регенератор, нисходящая сторона; 5 - боров +
труба
Нм = — 1пп:, £ = (2)
где - весовые коэффициенты, рассчитываемые на основании зависимости:
*"?=- —■', (3)
п.
где <Ц> - средний энергетический уровень элемента схемы (рис. 1); RTэ - уровень энергии ХТС в целом (рис_2).
Количество преобразований
Рис. 2. Диаграмма распределения средних энергетических уровней системы.
1' - кривая температур на входе и выходе из элемента технологической схемы
Для получения оптимального распределения энергетических уровней необходимо решение задачи оптимизации по критерию макроэнтропии: Н- ■ = - X _ ^/.л, (4)
2^ = 1, (5)
^пг<и,>=<ис>. (6)
Для поиска максимума функции (4) при наличии ограничений типа равенств (5) и (6) можно воспользоваться методом неопределенных множителей Лагранжа. Где математическая ловкость приводит к оптимальному значению весовых коэффициентов:
V =
вхр(-
Л Т:
)
т ■■ ^'^Ч
I = 1,2 ...
где
Другое математическое соответствие весовому коэффициенту есть [4]: =екр(-СуЛТ3,2/2ЯТэ2), (7)
ДТзЛ = Х,тср,[1+ (Д/СР11) 1пС• (8)
&"Гэ1 1573
□ ¿т м
1196 12^5 ■ - 1010
ь/а
587 588
397
__, ■ Р?
1 1 1 1 /
3 3 элементы
Тэ
Рис. 3. Диаграмма распределения средних энергетических уровней системы отопления печи
коксования (5 ступенек)
Если в выражении (7) весовому коэффициенту ) и средней температурной флуктуации г-го превращения () присвоить значение оптимального, то получим формулу для расчета оптимального распределения энергетических уровней:
В опубликованной статье [5] на основе материального, теплового баланса и гидравлического режима был осуществлен ИТА. На рис. 3 представлена диаграмма (гистограмма) средних энергетических уровней системы отопления коксовой печи.
Анализ и интерпретация результатов
Начальное распределение средних энергетических уровней указывает на сильный отрыв уровней элементов от уровня энергии системы ^Тэ) в целом (рис. 3). Что с точки зрения ИТА не является эффективным. По прогнозу все энергетические уровни должны снижаться. Однако собственно прогноз абстрагируется от специфики технологических процессов. Поэтому встает задача технологической интерпретации результатов прогноза. Также стоит отметить возрастающие требования к защите окружающей среды.
Если взглянуть на уравнение (8), можно заключить, что способов понижения среднего энергетического уровня всего три: давление, температура, мольный расход. Также необходимо учитывать, что все элементы связаны.
В статье [6] приводится один из вариантов возможной интерпретации полученного результата - использование рециркуляции. Увеличение кратности рециркуляции (уменьшение мольной доли основного потока) позволяет согласовать результаты прогноза. Учитывая, что рециркуляция может быть принудительной (кратность рециркуляции >1), в работе [6], на основе ММ процесса горения в отопительном простенке, было проведено исследование, которое показало, что с увеличением кратности до 10 коэффициент теплоотдачи (конвективная составляющая) растет на 35%, наблюдается уменьшение градиента температур по высоте отопительного канала на 90% (с 80 до 7 G), а количество переданной теплоты на процесс уменьшается не более, чем на 2-3%. Тем самым решается основная проблема коксования -равномерность прогрева коксового пирога. Также в работе [7] для удовлетворения возрастающих требований к защите окружающей среды, - а основными источниками загрязнения на к/х предприятии являются оксиды азота [8], - была исследована зависимость концентрации оксидов азота от коэффициента избытка воздуха. Исследование показало, что с уменьшением коэфф_ избытка воздуха, - что также согласуется с оптимальным прогнозом, - концентрация оксидов азота резко уменьшается.
Но уменьшение коэффициента избытка воздуха влечет за собой естественный "недогар", который является не меньшей экологической проблемой, чем оксиды азота. Таким образом, для получения "чистой технологии" в работе [7] была решена совместная задача рециркуляции и когенерации. На рис. 4 представлена принципиальная схема отопления печной камеры коксовой батареи с рециркуляцией и когенерацией, в которой цикл Брайтона усилен циклом Ренкина.
В таблице 1 приведен суммарный баланс мощности для представленной схемы при кратности рециркуляции 0,839 и 1,258. Принимая во внимание, что расчет выполнен одного обогревательного простенка, то для печи коксования в целом выработка полезной мощности будет весьма существенной и составит до 2,9МВт. Что в целом сопоставимо с уже-реализованной когенерационной схемой в Иране на Зарандском к/х заводе [8].
Пар (вода)
12
Коксовый газ
Рис. 4. Принципиальная схема отопления печной камеры коксовой батареи с рециркуляцией и когенерацией (цикл Брайтона усилен циклом Ренкина). Г, ЦК, ВК, КС, ГТ - компрессор коксового газа, циркуляционный компрессор, воздушный компрессор, камера сгорания, газовая турбина, соотвественно. 1 - поток сжатого коксового газа; 2 - поток сжатого воздуха; 3 - поток сжатого воздуха в коксовую
камеру (первичный); 4 - потокподогретого первичного воздуха; 5 - смесь перед сгоранием (коксовый газ и воздух); 6 - дымовые газы; 7 - поток вторичного воздуха (в камеру сгорания); 8 -поток газов рецикла в циркуляционный компрессор; 9 - поток рециркулирующих д.г. на выходе из коксовой камеры; 10 - газовая смесь на сгорание в камере сгорания; 11 - д.г. на выходе из камеры сгорания; 12 - исходный поток коксового газа; 13 - поток д.г. на выходе из газовой турбины; 14 -поток воды (или пара), подмешивающийся в поток д.г. для снижения температуры перед газовой турбиной; 15 - поток д.г. на входе в газовую турбину
Табл. 1. Суммарный баланс мощности в зависимости от давления
0,3 495,6 0,839 694 Д1 30,23 371,54 1646,5 2,40 996,9 0,0649 0,0284 0,0933
0,5 570,7 0,839 814,93 30.16 450,73 1663,1 0,63 878,7 0,0812 0,0226 0,1038
0,7 «7,4 о,ез9 909,66 30,08 516,99 1674,7 0,22 804,1 0.0842 0,0191 0,1033
0,3 496Л 1,258 673,76 34,14 369,69 1595,4 2,45 999,2 0,0589 0,0285 0,0874
0,5 571,5 1,25» 789,56 34,05 «9,01 1605,1 0,65 882,2 0,0757 0,0228 0,0985
0,7 678,4 1.258 879,92 33,97 514,72 1611,6 0,23 808,6 0,0792 0,0193 0,0985
—
Примечание. Здесь Му - полезная мощность газотурбинного- цикла Бр
Рши
Иа1и1и • _
_
В!
__
<ла Ренкина к - общая полезная
На основе проведенного И I А технологической схемы отопительного простенка печи коксования, был получен прогноз оптимального распределения энергетических подуровней. Возможное решение (интерпретация прогноза) осложнилось технологическими и экологическими ограничениями. В результате была предложена принципиальная схема отопления печной камеры коксования с рециркуляцией и когенерацией, которая позволяет решить три основные проблемы коксового производства:
• равномерность прогрева коксового пирога;
• уменьшение выбросов оксидов азота;
• получение электроэнергии за счет отходящих газовых потоков.
Библиографический список
1. Чернавский Д.С. Синергетика и информация: динамическая теория информации. - М.: URSS, 2009. - 304 с.
2. Дигуров Н.Г., Китайнер А.Г., Налетов А.Ю., Скудин В.В. Проектирование и расчет аппаратов технологии горючих ископаемых. - М.: Химия,1993. - 288с.
3. Колесников В.А., Налетов А.Ю. Принципы создания экотехнологий. - М.: Изд-во РХТУ, 2008. - 451 с.
4. Налетов А.Ю. Информационный анализ в химической технологии. Стратегия и тактика энергосбережения. - М.: Химия, 2001. - 350с.
5. Налетов А.Ю., Шишанов М.В. Информационно-термодинамический анализ энергоблоков на примере производства кокса // Кокс и Химия. - 2012.- №1.- С. 39-44.
6. Шишанов М.В., Налетов А.Ю., Налетов В.А. Оптимальная организация технологической схемы производства кокоса на основе информационно-термодинамического принципа. 1. Механизм реализации оптимального прогноза режимов работы отопительного тракта коксовой печи на основе теории рециркуляции // Кокс и Химия. -2012.- №9.- С. 9-13.
7. Налетов А.Ю., Налетов В.А., Шишанов М.В. Оптимальная организация технологической схемы производства кокоса на основе информационно-термодинамического принципа. 2. Уменьшение выбросов оксидов азота и когенерация в схеме обогрева кокса потоком газа с рециркуляцией // Кокс и Химия. - 2012.- №10.- С. 30-37.
8. Farzaneh H., Ghalee I., Dashti M. Simulation of a Multi-Functional Energy System for cogeneration of steam, power and hydrogen in a coke making plant // Procedia Environmental Sciences. - 2013. - № 17. - С. 711 - 718.
УДК 665.662.3
Вержичинская С.В., Тройников А.Д., Ощепков М.С.
Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия КРАУН-ЭФИРЫ, КАК КАТАЛИЗАТОРЫ ОКИСЛЕНИЯ МЕРКАПТАНОВ
Проведено исследование каталитической активности комплексов краун-эфиров с металлами переменной валентности. Подобраны основные критерии выбора каталитической системы реакциях жидкофазного окисления меркаптанов кислородом воздуха.
The investigation of the catalytic activity of complexes of crown ethers with metals of variable valency was carried out. And the basic selection criteria of catalytic system in liquid-phase mercaptan oxidation by oxygen were selected.
В связи с увеличением добычи сернистого сырья становятся всё более важными вопросы его очистки от сернистых соединений, которые содержат этот элемент в различных химических структурах. Среди них можно выделить меркаптаны -серосодержащие соединения, обладающие повышенной коррозионной активностью и токсичностью. Они ускоряют износ технологического оборудования и наносят вред окружающей среде.
К настоящему времени известно множество методов очистки сырья от сернистых соединений как традиционных (аминная очистка, гидроочистка и т.п.), так и нетрадиционные (электродуговой метод, метод с применением переменных магнитных
