Халықаралық Ғылыми-тәжірибелік конференцияның ЕҢбектері



жүктеу 0.53 Mb.

бет9/38
Дата22.04.2017
өлшемі0.53 Mb.
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   38

Выводы 
 
1.
 
В  работе  изучено  влияние  добавок  ферромарганца  на  активность  сплавного  медного 
катализатора  в  реакции  периодического  и  непрерывного  гидрирования  фурфурола  под  давлением 
водорода. 
2.
 
Установлено,  что Cu-ФMn  катализаторы  проявляют высокую  активность  и  селективность  по 
ФС,  скорость  образования  которого  в  16...20  раз  превышает  соответствующую  величину  для 
непромотированного Cu (50%Al) контакта. 
3.
 
Показано,  что  с  ростом  давления  водорода  и  температуры  опыта  скорость  гидрирования 
фурфурола  на  Cu-ФMn  катализаторе  увеличивается.  При  этом  порядок  реакции  по  водороду 
понижается. 
4.
 
Контактная нагрузка и стабильность работы стационарного медного катализатора с добавкой 
ФMn в 1,8...8,2 раза выше, чем у промышленного ГИПХ-105 контакта. 
 
Литература 
1.
 
Ержанова  М.С,  Бейсеков  Т.Б..  Сплавные  катализаторы  гидрогенизации  фурфурола.-  Алма-ата: 
Гылым, 1992.-195с. 
2.
 
Бейсеков  Т.  Катализаторы  гидрогенизации  и  декарбонилирования  фурфурола.-  Шымкент: 
КазХТИ, 1994.-204с. 
3.
 
3.Бейсеков  Т.//  Проблемы  современного  катализа  на  металлах.-  Алматы:  Гылым,  1994.-
С.166...185.  
4.
 
Бейсеков  Т.  Олейников  В.Е,  Мельдешов  А.А.  Многокомпонентные  медные  катализаторы 
гидрогенизации фурфурола.- Кропоткин, 1990.-132с. 
5.
 
Бейсеков  Т.Б.,  Олейников  В.Е,  Мельдешов  А.А.  //  Гидролизная  и  лесохимическая  промыш-
ленность.-1991,-№4.-С.17…19.  
6.
 
Момбеков М.А.\ Дис.-...канд.хим.наук .-Алма-ата: ИОКЭ, 1982.-210с. 
7.
 
Дорфман  Я.А.  Катализаторы  и  механизмы  гидрирования  и  окисления.-  Алма-Аты:  Наука 
КазССР, 1984.-360с. 
 
 
 
 
 
 
 
 

57 
 
УДК 66.021.3+621.69 
 
ПУЛЬСАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ – ЭНЕРГО- И 
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ 
 
Абиев Р.Ш., Орынбаева Л.К., Аширбаев Х., Акынбеков Е.К. 
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), 
Санкт-Петербург, Российская Федерация; 
Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауэзова, Шымкент, Казахстан 
 
Түйін 
Жұмыста  пульсациялық  аппараттардың  жаңа  түрлерін  синтездеу  принциптері  жасалынған;  осы 
принциптер  химия  ӛндірісінде  энергия  және  ресурстарды  үнемдейтін,  процестер  сұйық  тұтас  фазада 
ӛтетін,  жабдықтарды  жасауға  мүмкіншілік  береді.  Лабораториялық  және  ӛндірістік  сынақтардан 
мүдірмей ӛткен, кӛрсеткіштері жоғары және тиімді аппараттардың жаңа типтері баяндалған. 
 
Summary 
The paper formulates the principles of synthesis of new generation of pulsating sources, allowing for energy 
and water saving equipment for chemical production processes with a continuous liquid medium. We describe new 
types of devices, laboratory and industrial tests have confirmed high levels of efficiency. 
 
В  связи  с  усилением  энергетической  и  сырьевой  проблемы  в  последние  годы  во  всем  мире 
усилился  интерес  к  снижению  затрат  энергетических  и  материальных  ресурсов  при  сопутствующем 
повышении полезных эффектов, в том числе в химической промышленности [1]. 
Методы улучшения характеристик химико-технологического оборудования можно разделить на 
два  больших  класса:  1) оптимизация  существующих  аппаратов,  установок  и  целых  производств  на 
основе  формальных  математических  методов  (от  мезо-  до  мегауровня  [1]);  2) поиск  наиболее 
эффективных  для  данного  процесса  физических  воздействий,  включая  адаптацию  геометрической 
формы  аппаратов  и  их  элементов  (микро-  и  мезоуровни,  в  некоторых  случаях  –  воздействие  на 
наноуровне). 
Среди  всего  многообразия  форм  физических  воздействий  на  гетерогенные  среды  более  или 
менее  исследованными  и  внедренными  в  промышленную  практику  являются:  мощные  сдвиговые 
течения  (струи,  мешалки,  роторные  аппараты),  центробежное  поле,  ультразвуковые  волны, 
электромагнитные волны (в том числе СВЧ), пульсации давления, скорости. 
Среди них наиболее прогрессивными были, на наш взгляд, с одной стороны, разработка школой 
С.М. Карпачевой  пульсационных  аппаратов  для  довольно  широкого  круга  процессов  [2],  с  другой  – 
исследования в области применения ультразвуковых (УЗВ) колебаний в металлургических и химико-
технологических процессах [3-5]. Кроме того, параллельно были разработаны вибрационные аппараты, 
которые  можно  разделить  на  две  большие  группы:  1)  с  неподвижным  корпусом  и  вибрирующим 
рабочим  органом  [6];  2)  с  качающимся  или  вибрирующим  корпусом  [7, 8].  Наиболее  рационально  и 
последовательно,  с  точки  зрения  эффективности  преобразования  энергии,  идея  использования 
колебательного  движения  жидкости  в  технологических  процессах  реализована  в  исследованиях  и 
разработках,  выполненных  в  Институте  технической  теплофизики  (ИТТФ)  НАН  Украины  под 
руководством А.А.Долинского [9, 10]. 
К  сожалению,  процесс  внедрения  в  отечественную  промышленность  перспективных  видов 
оборудования тормозится, что связано, с одной стороны, с недостаточной их изученностью, с другой, – 
с нежеланием руководителей промышленных предприятий заменять морально и физически устаревшее 
оборудование. 
Одним  из  перспективных  типов  оборудования  являются  пульсационные  аппараты  нового 
поколения.  В  данной  работе  речь  пойдет  об  аппаратах  для  гетерогенных  систем  с  жидкой  сплошной 
средой. 
1 Общие принципы разработки пульсационных аппаратов нового поколения 
С  середины  1980 г.г.  на  кафедре  оптимизации  химической  и  биотехнологической  аппаратуры 
СПбГТИ (ТУ)  ведется  разработка  пульсационных  аппаратов  (ПА)  нового  поколения.  В  результате 
теоретических и экспериментальных исследований, проектно-конструкторских работ и промышленных 
испытаний выработаны основные принципы синтеза пульсационных аппаратов. 
Первый  принцип  предложен  проф.  СПбГТИ (ТУ)  Г.М. Островским  и  заключается  в 
возбуждении  колебаний  в  аппарате  с  частотой,  близкой  к  собственной  частоте  системы,  т. е. 

58 
 
происходит  генерирование  резонансных  колебаний  [11, 12].  Это  способствует  тому,  что  энергия, 
вводимая  в  аппарат,  расходуется  с  наибольшей  эффективностью,  что  приводит  к  снижению 
энергозатрат, приведенных к единице получаемого продукта. 
Второй  принцип  синтеза  ПА  нового  поколения:  для  рационального  использования  энергии 
целесообразно,  чтобы  временные  и  пространственные  масштабы  воздействия  на  систему  "аппарат –
 гетерогенная  среда"  были  согласованы  с  геометрическими,  физическими  и  физико-химическими 
свойствами элементов этой системы на следующих уровнях: 
 
Мезоуровень  (аппарат  и  его  элементы;  слой  частиц  в  аппарате)  –  создание  резонансных 
колебаний  в  системе  [13],  организация  необходимого  уровня  циркуляции  в  целом  по  аппарату  (при 
периодическом  режиме),  либо  выравнивание  полей  температуры  и  концентрации  по  поперечному 
сечению аппарата (в аппаратах вытеснительного типа). 
 
Микроуровень (частицы, капли, пузыри). В случае обработки деформируемых частиц (капель 
или пузырей) целесообразно, чтобы подведенная к их поверхности энергия приводила к достаточному 
внутреннему  перемешиванию,  к  дроблению  крупных  капель  и  пузырей,  в  том  числе  за  счет  их 
резонансных  колебаний  [14, 15].  При  обработке  твердых  частиц  временной  масштаб  должен  быть 
согласован с временем релаксации твердой частицы при ее разгоне/торможении, а подводимой энергии 
должно быть достаточно для интенсивного подвода/отвода вещества к/от поверхности частицы. 
 
Субмикроуровень  (поры  и  микроканалы  в  частицах).  Продолжительность  и  интенсивность 
воздействия  должны  быть  согласованы  с  длиной  микроканалов,  пористой  структурой  материала  и 
свойствами жидкости [16-18]. 
Вообще  говоря,  вероятно,  возможна  организация  воздействия  и  на  наноразмерном  уровне 
(молекулы  и  надмолекулярные  образования),  что  подразумевает  соответствующий  пространственно-
временной  масштаб,  т. е.  сверхвысокие  частоты  (электромагнитные  микроволны  в  СВЧ-печах, 
ультразвуковая  обработка  на  сверхвысоких  частотах),  экстремальные  сдвиговые  напряжения 
(например, в коллоидных мельницах или роторно-пульсационных аппаратах [19]) . 
Третий принцип синтеза ПА нового поколения: преобразование энергии, вводимой в аппарат от 
источника  энергии (привода,  генератора  пульсаций),  должно  осуществляться  предельно близко  к  той 
зоне, где она должна быть использована, т. е. там, где должна быть выполнена полезная работа. 
Из  второго  закона  термодинамики  следует,  что  наиболее  экономичным  будет  такой  способ 
трансформации  энергии  в  аппарате  с  гетерогенной  средой,  который  приводит  к  наименьшему 
возрастанию  энтропии,  а  значит,  и  температуры,  т. е.  когда  затрачиваемая  работа  минимальна  при 
заданном  полезном  эффекте.  Применительно  к  обработке  гетерогенных  сред,  где  процессы  переноса 
происходят  через  межфазную  поверхность,  механическая  (а  в  некоторых  случаях,  например,  в 
аппаратах  адиабатного  вскипания  [9, 10],  –  и  внутренняя)  энергия  в  идеальном  случае  должны 
трансформироваться именно вблизи поверхности контакта фаз. 
В  аппаратах,  где  поверхность  контакта  фаз  формируется  на  поверхности  твердых  стенок 
(например:  теплообменники,  выпарные,  пленочные,  насадочные  аппараты),  преобразование  энергии 
должно происходить вблизи поверхности этих стенок. Примером реализации такого аппарата является 
пленочный аппарат с пьезоэлектрическим возбуждением колебаний стекающей пленки [20]. 
Другими  словами,  в  идеальном  случае  нужно  обеспечить  доставку  энергии  к  межфазной 
поверхности, теряя минимальное количество энергии в сплошной среде вдали от поверхности частиц. 
Эта энергия нужна для организации умеренного перемешивания по объему аппарата в целом либо по 
одной из его ступеней. 
Четвертый  принцип  –  равномерность  распределения  внешних  воздействий  по  частицам 
дисперсной  среды  и,  как  следствие,  равномерность  распределения  выходных  параметров  – 
температуры, концентрации веществ. 
Здесь имеется в виду равномерное распределение не по всему объему аппарата (что являлось бы 
нарушением третьего принципа), а более или менее равномерный подвод внешних воздействий ко всем 
частицам, равная доступность (в среднем за несколько периодов колебаний) их поверхности. 
Недостаточная равномерность распределения как вводимой в аппарат энергии, так и частиц по 
объему  аппарата  приводят  к  существенному  снижению  качества  продуктов  [21, 22]  и  к 
непроизводительным  затратам  энергии,  а  в  конечном  счете  –  к  нерациональному  использованию 
сырьевых и энергетических ресурсов. 
При обработке гетерогенных систем с легкодеформируемой дисперсной фазой (системы Ж-Ж и 
Ж-Г),  когда  на  интенсивность  протекания  процесса  влияет  удельная  поверхность,  образуемая 
непосредственно  в  аппарате,  необходимо  учитывать  пятый  принцип  синтеза  ПА  нового  поколения: 
дисперсная  фаза  должна  подвергаться  непрерывному  или  периодическому  воздействию  с  целью 

59 
 
диспергирования  и  поддержания  в  заданных  пределах  дисперсного  состава  капель/пузырей,  а  при 
обработке капель – достаточного уровня внутреннего перемешивания в них. 
При  этом  необходимо  стремиться  к  снижению  уровня  турбулентности  как  побочного  явления, 
возникновение  которого  сопровождается  непроизводительными  затратами  энергии.  Действительно, 
при  использовании  концепции  турбулизации  как  средства  повышения  эффективности  турбулизация 
жидкости  во  всем  объеме  аппарата  проводится  преднамеренно.  Таким  образом,  вводимая  в  аппарат 
энергия трансформируется в энергию турбулентных вихрей, которая рассеивается быстро и по всему 
объему  аппарата,  совершая  полезную  работу  лишь  в  некоторой  части  объема  (зачастую  не 
превышающей  3-5%)  –  вблизи  поверхности  частиц  дисперсной  среды.  Очевидно,  такой  метод 
преобразования 
энергии 
чрезвычайно 
неэффективен, 
поскольку 
энергия 
затрачивается 
нецеленаправленно. 
О  росте  энергозатрат,  не  соизмеримом  с  повышением  эффективности  процессов  переноса 
энергии  (в  форме  теплоты)  и  массы  (вещества),  с  учетом  аналогии  процессов  переноса, 
свидетельствует  простой  пример.  Как  известно,  при  турбулентном  движении  жидкости  в  трубках 
теплообменника число Нуссельта пропорционально числу Рейнольдса в степени 0.8: 
8
0.
Re
~
Nu
d
,   
 
                          (1) 
а потери энергии  W  пропорциональны числу Рейнольдса в кубе: 
3
2
г
~
2
Re
uS
u
d
L
Q
p
W
.   
       
(2) 
Из  уравнений  (1)  и  (2) видно,  что  при  увеличении скорости  жидкости  в 2  раза  потери  энергии 
возрастают в 8 раз, тогда как эффективность теплообмена увеличивается всего лишь в 1.74 раза. 
Отсюда  следует  вывод  о  необходимости  поиска  таких  способов  организации  технологических 
процессов,  в  которых  турбулентность  поддерживается  на  минимальном  уровне.  Это  позволило  бы 
резко сократить затраты энергии. Взамен турбулентного переноса энергии и массы (вещества) следует 
искать иные средства конвективного макропереноса. 
На  нецелесообразность  турбулизации  потоков  указывал  Дж. Дэвис
 
[23],  а  А.А. Долинский  [10] 
провел  сравнение  эффективности  традиционных  аппаратов  и  оборудования  с  дискретно-импульсным 
вводом энергии на примере процесса эмульгирования. 
В данной работе предлагается осуществлять макроперенос за счет: 
 
вторичных течений, возникающих при колебательном движении тел в жидкости
 
возвратно-поступательно  перемещения  элементов  дисперсной  фазы  относительно  сплошной, 
сопровождающегося обновлением поверхностной пленки и перемешиванием внутри капель/пузырей; 
 
радиальной  конвекции,  обусловленной  периодически  изменяющимся  поперечным  сечением 
аппарата  и  порождаемыми  им  радиальными  скоростями  течения  u
r
  (ПА  проточного  типа,  рисунок  1, 
[24-26]) либо наличием боковых течений в Т- и Г-образных элементах (горизонтальный ПА, [27]). 
 
Источник 
энергии 
Аппарат с 
гетерогенной 
средой 
Турбулизация 
жидкости 
Диссипация 
энергии  
в объеме 
жидкости 
Совершение полезной 
работы вблизи 
поверхности частиц 
Потери энергии в 
форме теплоты  
(рост энтропии) 
 
Рисунок 1 – Схема преобразования вводимой в аппарат энергии при турбулизации всего потока:  
1  –  источник  энергии;  2  –  пристеночная  турбулентность;  3  –  турбулентные  вихри  вдали  от  стенок 
(почти изотропная турбулентность); 4 – частицы дисперсной среды. 
Для достижения интенсивного переноса энергии и массы за счет конвекции роль турбулентных 
вихрей  могут  взять  на  себя  и  некоторые  другие  физические  объекты,  как  и  вихри,  не  имеющие 
фиксированного  объема  и  четких  границ.  К  ним  могут  быть  отнесены,  например,  стоячие  волны,  а 
также уединенные волны – солитоны, либо вихри, имеющие упорядоченную структуру. Важно, чтобы 
пространственно-временные характеристики этих объектов были согласованы с параметрами системы 
хотя бы на одном уровне, а в идеальном варианте – на всех трех уровнях. 
Таким  образом,  предлагается  использовать  альтернативную  схему  преобразования  энергии, 
представленную на рисунке 2. 
 

60 
 
 
Источник 
энергии 
Аппарат с 
гетерогенной 
средой 
Турбулизация 
жидкости 
Диссипация 
энергии  
в объеме 
жидкости 
Совершение полезной 
работы вблизи 
поверхности частиц 
Потери энергии в 
форме теплоты  
(рост энтропии) 
 
Рисунок  2  –  Схема  преобразования  вводимой  в  аппарат  энергии:  при  направленном  подводе 
энергии к месту совершения полезной работы: а – схема течения; б – этапы трансформации энергии. 5 
–  локальная  диссипация  энергии  вблизи  поверхности  частиц  (остальные  обозначения  –  те  же,  что  к 
рисунку 1). 
Здесь  обоснован  шестой  принцип  синтеза  ПА  нового  поколения:  турбулентность  не  следует 
создавать  преднамеренно;  для  интенсификации  процессов  целесообразней  создавать  управляемые 
течения,  в  которых  энергия  расходуется  в  основном  на  достижение  полезного  эффекта,  т. е.  на 
повышение  коэффициентов  переноса.  Более  того,  с  целью  снижения  непроизводительных  затрат 
энергии следует искать пути подавления турбулентности. 
Доля  непроизводительных  затрат  энергии  зависит  от  геометрии  аппарата,  рабочих  органов  и 
частиц дисперсной среды (см. выше о трѐх уровнях воздействия), физических свойств сред (плотности, 
вязкости,  межфазного  натяжения  и  т. д.),  а  также  –  от  временного  и  пространственного  масштабов 
вводимой энергии. 
Подчеркнем,  что  явление  турбулентности  не  является  необходимым  условием  протекания 
многих  процессов.  Турбулентность  лишь  сопровождает  их  в  силу  дестабилизации  течения. 
Положительная  ее  роль  заключается  в  усилении  переноса  энергии  (в  форме  теплоты),  импульса  и 
массы  (вещества)  за  счет  конвекции  турбулентных вихрей,  которые  принято  называть  турбулентным 
переносом. 
Здесь предлагается не только не генерировать турбулентные вихри, распад которых приводит 
к  потере  значительного  количества  энергии,  а  напротив,  избегать  возникновения  турбулентности 
либо подавлять ее. Это можно осуществлять каким-либо малозатратным способом, например, путем 
оптимизации  геометрии  аппарата).  Подобные  методы  управления  течением  известны  из 
гидромеханики, когда за счет хорошо обтекаемой формы летательного аппарата (внешняя задача) либо 
принятия  специальных  мер  по  турбулизации  пограничного  слоя,  его  отсасыванию  и  т. п.  можно 
предотвратить отрыв кормовых вихрей и резко снизить его аэродинамическое сопротивление [28, 29]. 
Аналогичного  эффекта  можно  достичь  и  в  каналах  (внутренняя  задача)  путем  установки 
направляющих лопаток, дефлекторов и т. п. [30]. 
В  химико-технологической  аппаратуре  можно  выделить,  по  меньшей  мере,  два  способа 
управления турбулентностью: 
1) задержка ее возникновения путем уменьшения сил инерции (создаются условия, при которых 
инерционные  силы  не  достигают  критического  уровня,  определяемого  вязкими  силами),  по  меньшей 
мере, на локальных участках аппарата
2) наложение  на  поток  сплошной  среды  дополнительных  силовых  полей  (центробежных, 
колебательных – звуковых,  ультразвуковых, электромагнитных и т. д.), способных подавить развитие 
турбулентных  вихрей  за  счет  организации  других  форм  течений  жидкости  (например,  задержка 
перехода  к  турбулентному  режиму  в  каналах  с  искривленной  осью  происходит  благодаря 
возникновению  вторичных  вихревых  токов,  сохраняющих  масштаб  канала  [30]),  т. е.  за  счет 
организации упорядоченного течения. 
В свою очередь, при заданных физических свойствах среды (  = const) существует два известных 
способа  задержать  возникновение  турбулентности  (разновидности  способа  1):  1а) снизить  среднюю 
скорость жидкости U; 1б) уменьшить характерный линейный поперечный размер канала  d
Способ  1а  сопряжен  либо  со  снижением  производительности  оборудования  (при  заданном 
сечении  аппарата),  либо  с  увеличением  его  поперечных  габаритов  в  результате  параллельного 
соединения  пучка  труб.  Способ  1б  используется  в  качестве  одного  из  основных  принципов  при 
разработке так называемых миниаппаратов: минитеплообменников, минисмесителей и миниреакторов, 
в которых каналы имеют малый поперечный размер (d   0.1…1 мм) [31]. В таких аппаратах даже при 
скорости  U   10 м/с и      10
–6
 м
2
/с  режим течения остается ламинарным, а интенсивность обменных 
процессов  достигается  за  счет  малых  поперечных  размеров  течения  в  каждом  из  каналов;  по  этой 
причине  длина  минитеплообменников,  например,  не  превышает  30–40  мм,  и  потери  давления  в  них 
сравнительно малы (не более 1 МПа). Очевидными проблемами применения миниаппаратов, являются, 

61 
 
во-первых, сложность их изготовления, во-вторых, жесткие требования к чистоте обрабатываемых сред 
от  механических  загрязнений  и  смолистых  веществ.  Еще  два  серьезных  недостатка  миниаппаратов: 
1) они  совершенно  не  приспособлены  для  обработки  гетерогенных  систем,  содержащих  твердые 
частицы с типичными для промышленности размерами и концентрациями; 2) время пребывания в них 
составляет  0.01-0.1 с,  что  непригодно  для  большинства  массообменных  процессов,  а  увеличение 
длины  аппарата  приведет  к  пропорциональному  росту  гидравлического  сопротивления,  а  значит,  и 
потерь энергии. 
Поэтому  более  привлекательной  является  разработка  такого  оборудования,  в  котором  при 
умеренных поперечных размерах  d  аппарата  и достаточно больших скоростях  U  жидкости течение 
либо  вообще  не  турбулизуется,  либо  турбулизация  происходит,  но  локально,  лишь  в  некоторых 
областях  аппарата,  причем  именно  там,  где  локальная  турбулизация  необходима  для  достижения 
существенного положительного эффекта (диспергирования капель и пузырей, тепло- и массообмена). 
Примером  может  служить  пульсационный  аппарат  проточного  типа  (ПАПТ)  (см.  рисунок  2): 
турбулизация  происходит  в  горловине,  где  и  осуществляется  диспергирование  капель/пузырей, 
обновляется пограничный слой на поверхности частиц; в  широкой же части поток тормозится, и при 
корректной  геометрии  аппарата  можно  добиться  плавного  расширения  потока,  способствующего 
подавлению турбулентных вихрей и переходу к ламинарному режиму. 
Наконец,  седьмой  принцип  синтеза  ПА  заключается  в  минимизации  воздействия  аппарата  на 
окружающую среду, в частности, путем снижения вибрационной и любой динамической нагрузки на 
фундамент. 
Рассмотрим  далее,  как  эти  принципы  реализованы  в  аппаратах  для  различных  видов 
гетерогенных  сред:  Ж-Т,  Ж-Ж  и  Ж-Г.  Заметим,  что  не  во  всех  случаях  в  силу  объективных  причин 
удается  реализовать  все  сформулированные  выше  принципы.  Например,  ранее  нами  показано,  что  в 
ПА  с  частицами  размером  менее  1  мм  (для  жидкости  со  свойствами  воды)  резонансные  колебания 
невозможны вследствие сильной диссипации [13]. За счет использования остальных принципов синтеза 
ПА все-таки удается добиться высоких показателей эффективности, энерго- и ресурсосбережения для 
многих видов оборудования. 
2 Аппараты для систем жидкость - твердые частицы 
Для  этих  целей  наиболее  широкое  применение  получили  аппараты  с  неподвижным  слоем 
материала,  через  который  фильтруется  движущаяся  жидкость,  с  механическими  перемешивающими 
устройствами, а в масложировой промышленности – со шнеками. 
Перечисленным выше традиционным аппаратам присущи следующие недостатки: 
1.
 
В оборудовании с неподвижным слоем частиц (например, в перколяторах фармацевтической 
промышленности,  в  аппаратах  для  пропитки  катализатора)  существует  высокая  неравномерность 
распределения порозности слоя по сечению аппарата, так что большая часть жидкости протекает через 
слой вблизи стенок. Кроме того, неравномерность существует и по высоте слоя: наиболее эффективно 
обрабатываются частицы, находящиеся вблизи набегающего фронта потока. 
2.
 
В  аппаратах  с  мешалками,  как  известно,  степень  неравномерности  воздействия  на  частицы 
твердой фазы также высока. Это выражается, во-первых, в высокой неравномерности распределения в 
объеме  аппарата  диссипируемой  энергии  турбулентности  (до  3  порядков),  во-вторых,  в 
неравномерности  времени  пребывания  частиц  в  непрерывно  работающем  аппарате.  Аналогичная 
ситуация  имеет  место  и  в  оборудовании  с  затопленными  струями,  в  которых  используется 
кинетическая энергия мощных струй жидкости. 
3.
 
Аппараты  со  шнековой  транспортировкой  частиц  едва  ли  могут  быть  применены  для 
обработки абразивных либо хрупких частиц, а также крупнозернистых твердых материалов. 
Нами разработаны ПА нового поколения, предназначенные для обработки гетерогенных систем 
с  частицами  размером  до  нескольких  миллиметров  при  концентрации  твердой  фазы  от  нуля  до 
предельной (консистенция, близкая к состоянию плотного слоя) [32-40]. 
В  аппаратах  периодического  действия  использование  новых  технологий  позволяет  за  счет 
целенаправленного подвода пульсаций разрыхлять даже твердые материалы, склонные к слеживанию и 
агломерированию. При этом после каждого импульса колебаний происходит перераспределение частиц 
в объеме аппарата, что способствует достижению высокой равномерности обработки частиц по всей их 
поверхности. Посредством математического моделирования выявлен и экспериментально подтвержден 
факт  существования  критического  размера  частиц,  ниже  которого  для  данных  свойств  сред 
возбуждение резонансных колебаний невозможно [13]. 

62 
 
Разработан  пульсационный  аппарат  для  обработки  твердых  частиц  с  контейнером, 
перфорированном  в  нижней  части  [35,  40].  Там  же  изображены  механические  напряжения  на 
поверхностях элементарных объемов, выделенных в плотном слое капиллярно-пористых частиц. 
Разработаны  аппараты  непрерывного  действия,  в  которых  движение  материала  в  состоянии 
плотного слоя (или близком к таковому) осуществляется благодаря пульсациям давления [41]. Таким 
образом,  в  аппаратах  движение  материала  и  технологический  процессы  его  обработки  (пропитки, 
промывки,  экстрагирования)  скомбинированы.  На  ОАО  "Акрон"  внедряется  пульсационный  аппарат 
проточного  типа  для  растворения  твердых  частиц  в  жидкости  [26].  Разработан  и  испытан  в 
лабораторных  условиях  аппарат  для  обработки  суспензий  (экстрагирования,  пропитки,  промывки), 
сочетающий  пульсационное  воздействие  на  суспензию  с  последующей  автоматической  разгрузкой 
аппарата за использования накопленной в системе потенциальной энергии [42]. 
Частота  колебаний  выбирается  в  соответствии  со  вторым  принципом.  Для  ее  расчета 
разработаны  математические  модели  пропитки  сквозных  и  тупиковых  капилляров  [16],  а  также 
математическая  модель  процесса  экстрагирования  из  бидисперсной  частицы  [17, 18].  Результаты 
моделирования  хорошо  согласуются  с  опытными  данными.  Некоторые  аппараты  успешно  прошли 
промышленные испытания [32, 33]. 
3 Аппараты для систем жидкость – жидкость 
В соответствии с выработанными принципами синтеза для обработки систем Ж-Ж, а именно для 
процессов эмульгирования и экстракции предложены: 
 
горизонтальный пульсационный резонансный аппарат (ГПРА) [43]; 
 
пульсационный аппарат проточного типа (ПАПТ) [25-27]; 
 
пульсационно-вихревой аппарат адиабатного вскипания (ПВАВ). 
Экспериментальные  исследования  подтвердили  высокую  эффективность  ГПРА  для  процесса 
эмульгирования  и  экстракции,  даже  из  дисперсной  фазы  с  бингамовскими  свойствами:  длительность 
процесса экстракции удалось сократить до 3-5 минут (против 15-20 мин в аппарате с мешалкой) [12, 
44]. В настоящее время проводятся исследования эффективности процессов диспергирования в ПАПТ 
и ПВАВ. 
4 Аппараты для систем жидкость – газ 
Требования к  аппаратам для  систем Ж-Г  в целом  те  же,  что  и  для  систем Ж-Ж,  а  в  некоторых 
случаях  даже  менее  жесткие.  Это  связано  с  тем,  что  во  многих  случаях  внутренняя  циркуляция  в 
пузырьках  не  является  лимитирующей  стадией  процесса,  и  необходимо  лишь  обеспечить  высокую 
удельную  поверхность  контакта  фаз,  интенсивность  внешнего  массообмена,  а  также  необходимое 
время пребывания. 
Поэтому для диспергирования газа в жидкости и проведения массообменных процессов можно 
рекомендовать  пульсационные  аппараты,  в  которых  обеспечивается  высокий  уровень  сдвиговых 
напряжений,  а  также  пульсации  скорости,  давления  и  ускорения.  Наиболее  полно  этим  условиям 
удовлетворяет  аппараты  вихревого  типа  [45, 46]  и  аппараты  типа  ПАПТ  [25-27].  Как  показали  наши 
эксперименты  по  окислению  сульфита  натрия  кислородом  воздуха  [47, 48],  достижимые  в  ПАПТ 
коэффициенты  массопереноса  меньшей  мере  в  2 – 2.5  раза  выше,  чем  в  аппаратах  с  механическим 
перемешиванием  и  в  6  раз  больше,  чем  в  аппаратах  газлифтных  и  со  струйным  диспергированием. 
Удельная  скорость  диссипации  энергии  в  ПАПТ  изменялась  от  1∙10
5
  до  8∙10
5
  Вт/м
3
,  однако  в  силу 
чрезвычайно  малого  объема  ПАПТ  и  столь  же  малого  времени  пребывания  абсолютные  затраты 
энергии невелики, а высокая равномерность распределения как самого газа по объему аппарата, так и 
размеров  пузырей  (о  чем  свидетельствуют  полученные  нами  фотографии)  характеризует  полноту 
использования  как  рабочего  объема,  так  и  введенной  энергии.  Это  свидетельствует  о  более 
целенаправленном и эффективном преобразовании вводимой в газожидкостную систему энергии. 
Заключение 
В результате теоретических и экспериментальных исследований разработаны принципы синтеза 
пульсационных аппаратов нового поколения. Лабораторные и промышленные испытания подтвердили 
высокую  эффективность  исследованных  аппаратов.  В  ряде  случаев  удалось  значительно  снизить 
затраты энергии и в несколько раз повысить выход продукта. 
Условные обозначения 
d – эквивалентный диаметр трубы, канала, м; 
L – длина трубы, м; 
р – потери давления в трубе, Па; 
Q – расход жидкости, м
3
/с; 
S – площадь поперечного сечения трубы, м
2


63 
 
U – средняя скорость жидкости, м/с; 
W – потери энергии, Вт. 
 
 – коэффициент теплоотдачи, Вт/м
2
К; 
 – теплопроводность жидкости, Вт/м К; 
г
 – коэффициент гидравлического трения трубы, отн. ед.; 
 – кинематическая вязкость, м
2
/с; 
 – плотность жидкости, кг/м
3

z
 – осевые напряжения, Па; 
r
 – радиальные напряжения, Па. 
 
Nu – число Нуссельта; 
Re – число Рейнольдса. 
 
Литература 
1.
 
Саркисов  П.Д.  Проблемы  энерго-  и  ресурсосбережения  в  химической  технологии,  нефтехимии  и 
биотехнологии// Хим. пром. 2000. №1. С. 20 – 27. 
2.
 
Карпачева  С.М.  Интенсификация  химико-технологических  процессов  применением  пульсационной 
аппаратуры// Журн. прикл. химии. 1990. Т. 63, № 8. С.1649 - 1658. 
3.
 
Новицкий  Б.Г.  Применение  акустических  колебаний  в  химико-технологических  процессах.  М.: 
Химия, 1983. 192 с. 
4.
 
Фридман В.М. Ультразвуковая химическая аппаратура. М.: Машиностроение, 1967. 212 с. 
5.
 
Химико-технологическая  аппаратура  с  использованием  физических  методов  интенсификации 
процессов. Каталог. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989. 36 с. 
6.
 
Вибрационные  массообменные  аппараты/  И.Я.  Городецкий,  А.А.  Васин,  В.М.  Олевский,  П.А. 
Лупанов. М.: Химия, 1980. 189 с. 
7.
 
Куничан  В.А.,  Севодина  Г.И.  Определение  параметров  колебаний  для  малогабаритных  качающихся 
автоклавов // Теор. основы хим. технол. 1996. Т. 30, № 3. С. 243 - 245. 
 
 
УДК 669.162.252.468.4 
 
РАЗРАБОТКА СОВРЕМЕННЫХ ПЫЛЕГАЗОУЛАВЛИВАЮЩИХ СРЕДСТВ ДЛЯ 
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ОТ ГАЗООБРАЗНЫХ И ДИСПЕРСНЫХ 
ПРИМЕСЕЙ 
 
Алтаев М.А, Туляев Ю.К., Сейткасимова Л.А., Жусупалиев М.А. 
ЮКГУ им.М.Ауэзова, Шымкент, Казахстан 
 
Түйін 
Шаңды-газ  шығындыларын  залалсыздандыру  жабдықтары  қолданылатын  ӛндіріс  мекемелерінің 
жағдайларына  талдау  жасалынып,  энергия  шығыны  аз  заманауи  фазаларды  екі  аймақта  түйістіретін 
жұқа қабықты аппараттарды жасаудың әдіснамасы келтірілді. 
Әртүрлі  ӛндіріс  салаларының  мекемелеріндегі    қолданыстағы  әртүрлі    құрылымды 
шаңтазалағыштардың  шаңды-газ  тазалау  процесі  кезіндегі  энергия  шығындары  туралы  салыстырмалы 
сипаттамалары  келтіріліп,  фазалары  екі  аймақта  түйістіретін  жұқа  қабықты  аппараттардың 
тиімділігі кӛрсетілген. 
 
Summary 
The analysis of a condition industrial the enterprise where are used dust and gas collecting the equipment, 
and also methodology of creation of modern low-power-intensive film devices with two zones of contact of phases is 
provided. Comparative characteristics various are shown to a design of dust collectors of the industrial enterprises 
applied in various branches, from costs of energy of carrying out process of purification of gases where by results it 
is possible to give preference to the film device with two zones of contact of phases. 
 
Анализ  фактической  деятельности  многих  промышленных  предприятий  химической, 
нефтеперерабатывающей, 
горно-металлургической, 
энергетической, 
текстильной 
(особенно 
хлопкоперерабатывающей  отрасли),  пищевой  и  других  показывает,  что  не  решена  проблема  по 

64 
 
сокращению вредных выбросов в атмосферу до санитарных норм. В период стабильной работы цехов 
предприятий  выбросы  вредных  веществ  намного  превышают  ПДК.  Во-первых,  используемое 
пылегазоулавливающее  оборудование  на  предприятиях  давно  устарели,  во-вторых  необходимо 
разработать и создать технику отвечающую современным экологическим требованиям. 
Также  следует  отметить,  что  одной  из  наиболее  актуальных  задач,  стоящих  перед 
разработчиками, является разработка аппарата с малым гидравлическим сопротивлением и с решением 
проблемы  масштабного  перехода,  способного  работать  в  процессах  абсорбции  газов,  улавливание 
тумана и пыли в условиях образования твердых примесей и шламов. 
В настоящее время во многих отраслях промышленности (химической, нефтеперерабатывающей 
и др.) РФ нашли широкое применение аппараты с двумя зонами контакта фаз [1]. 
На  основе  конструкции  этих  аппаратов,  с  целью  обеспечения  простоты  и  надежности  работы 
разработаны  нами  различные  модификации  пленочных  аппаратов  с  малым  гидравлическим 
сопротивлением  применительно  к  различным  технологическим  процессам,  например,  для 
пылеулавливания  (№25047,  №25539,  №25736  -  инновационные  патенты  РК)  и  абсорбции  газов 
(№14427,  №25262  и  заявка  2010/1821.1  (пол.  реш.)  -  инновационные  патенты  РК).  Методология 
создания  этих  малоэнергоемких  аппаратов  включает  в  себя  многократно  чередующие  пленочное, 
струйное  и  капельное  течения  с  промежуточным  сбором  жидкости  и  организациией  ее  слива  для 
последующего контактирования. При этом предусмотрена промывка газа тонкослойной жидкостью, а 
не  как  в  тарельчатых  аппаратов,  где  тратится  на  безполезный  подъем  высокого  слоя  жидкости. 
Организация распыла жидкости в пленочных аппаратах происходит через переливное устройство под 
собственной силой тяжести. 
В  процессе    разработки  тарельчатых  массообменных  аппаратов  огромное  значение  играют 
переливные  устройства.  Для  постановки  научно-обоснованных  требований  к  созданию  таких 
контактных  устройств  с  переливами  следует  провести  анализ  конструкций  последних.  К  сожалению, 
они  не  систематизированы.  Это  затрудняет  рациональный  выбор  переливных  устройств  с  позиции 
совместимости их возможности с гидродинамическими параметрами проектируемых аппаратов. 
Переливные  устройства  тарельчатых  аппаратов  различают  по  следующим  признакам:  форме 
переточного  канала;  способу  создания  гидрозатвора;  способу  и  конструкции  ввода  жидкости  на 
тарелку;  способу  сепарации  двухфазного  потока;  способу  образования  дополнительных  зон  контакта 
фаз. 
Форма  переточного  канала  жидкости  характеризуется  его  пропускной  способностью  и  могут 
быть сегментной, арочной, прямоугольной и круглой, а также может с постоянным или с переменным 
сечением.  Таким  образом,  конструкция  и  принцип  работы  переливного  устройства    влияют  на 
производительность  и  эффективность  контактных  устройств,  на  диапазон  ее  устойчивой  и 
эффективной работы. 
В  конструкциях  переливов  используют  различные  способы  создания  гидрозатвора,  которые 
зависят от величины нагрузок по жидкости и диапазона устойчивой работы. 
Существенное  влияние  на  работу  контактных  устройств  оказывает  способ  ввода  жидкости  на 
основании контактного  устройства, особенно в аппаратах большого диаметра. 
Применение  способов  и  конструкции,  интенсифицирующих  сепарацию  двухфазного  потока, 
поступающего в перелив, также позволяет увеличить пропускную способность переливного устройства 
и  оптимально  выбрать  его  размер.  Для  сепарации  двухфазного  потока  в  переливном  устройстве 
используют способы, основанные на действий гравитационных, инерционных, центробежных сил, сил 
поверхностного  натяжения  или  их  сочетений.  Применение  того  или  иного  способа  сепарации 
определяется  режимом  работы  контактного  устройства  и  его  перелива,  склонностью  жидкости  к 
вспениванию и расходными параметрами. 
При  работе  на  сильнопенящихся  средах  предлагается  добавлять  в  колонну  антивспенивающие 
присадки, например, различные силиконы, в частности полидиметилсиликоном. 
В  контактных  устройствах  дополнительная  зона  контакта  фаз  образуется  за  счет 
организованного слива жидкости через перелив с одной ступени на другую в виде сплошной пленки, 
струй или из дисперсных капелек жидкости. 
Такой  способ  ввода  жидкости,  на  нижележащий  ступень  контакта  позволяет    повысить 
эффективность контактной ступени и рационально использовать межтарельчатое пространство. 
В  этой  связи  следует  отметить,  что  способ  создания  дополнительной  зоны  контакта  фаз 
позволяет  интенсифицировать  процесс  газопылеочистки,  т.к.  за  счет  эффективного  использования 
межтарельчатого пространства увеличивается поверхность контакта взаимодействующих фаз. Исходя 
из  результатов  исследований  многих  авторов,  а  также  собственными  исследованиями  тарельчатых 

65 
 
устройств  с  дополнительной  зоной  контакта  фаз  с  организованным  сливом  жидкости  с  одной 
контактной ступени на другую в противотоке с газовым потоком установлено, что им присущи такие 
свойства  как  простота  конструкции,  низкое  гидравлическое  сопротивление,  высокая  степень  очистки 
по  пылеулавливанию,  возможности  эксплуатации  аппарата  в  широких  диапазонах  нагрузок  как  по 
жидкости,  так  и  по  газу  и  реализации  масштабного  перехода  на  основе  суммирования  отдельных 
исследованных  элементов  по  принципу  продольно-поперечного  секционирования  потоков  в  колонне, 
сформулированного  впервые  академиком  МИА,  доктором  технических  наук,  профессором  Чеховым 
О.С. 
Основной  идеей  разработки  модификации  пленочных  аппаратов  с  двумя  зонами  контакта  фаз 
для  абсорбции  газов  является  использование  парадоксального  явления,  заключающегося  в 
установлении  плато  тарелок  наклонно  с  перфорациями,  что  обеспечивает  течение  жидкости  в  виде 
тонкой пленки  распыление ее газовоздушным потоком, образуя экранарующую пленку, разбиваемую 
на  струйки  и  капли.  Таким  образом,  из-за  организации  течения  жидкости  в  виде  тонкого  слоя 
достигается  низкое  гидравлическое    сопротивление    контактной  ступени,  а  создание  второй 
дополнительной  зоны  способствует  эффективности  процессов  тепло  и  массопереноса, 
пылеулавливания. 
Известно, что любой аппарат мокрой очистки характеризуется двумя основными показателями: 
эффективностью пылеулавливания и энергозатратами, реализуемыми в аппарате. 
Многочисленные исследования показывают, что эти показатели тесно взаимосвязаны: с ростом 
энергозатрат увеличивается  вероятность осаждения в пылеуловителе все более мелких частиц [1]. 
На практике для расчета и оценки эффективности мокрых пылеуловителей широко применяется 
энергетический метод, основанный на зависимости эффективности пылеулавливания от затрат энергии 
на проведения процесса очистки газов. Хотя эта зависимость и не обоснована строго теоретически, но 
она была подтверждена многочисленными исследованиями. 
Величину  энергии  Э
ж
  газового  потока  обычно  принимают  равной  полному  гидравлическому 
сопротивлению пылеуловителя ΔР
n
. Она в действительности, если учитывать потери на трение, должна 
быть  меньше.  Поэтому  для  мокрого  пылеуловителя  с  двумя  зонами  контакта  фаз  энергетический 
показатель можно принять: 
 
,                                                              (1) 
 
где: ΔР
пол
 – полное гидравлическое сопротивление пылеуловителя, Па; 
ΔР
с
 – гидравлическое сопротивление сухого (безорошения) пылеуловителя, Па. 
Предложенная формула (1) справедлива для всех пылеуловителей мокрого типа и вполне может 
быть использована для сравнительной оценки их энергетических показателей, особенно корректно при 
условии,  когда  основным  механизмом  осаждения  взвешенных  частиц  в  аппарате  является 
инерционный метод. 
При  сравнении  энергетических  показателей  различных  пылеуловителей  (рис.1)  значение 
энергопоказателя  пленочного  пылеуловителя  с  двумя  зонами  контакта  фаз  оказалось  ниже,  чем  у 
других аппаратов. 
 
.
/
0035
.
0
;
/
22
.
0
;
1
.
0
3
2
2
с
м
м
L
м
м
F
м
d
уд
о
д
 
 
Э
не
рг
етич
ес
кий
 по
ка
за
тел
ь, Э
ж
 
Скорость газа, W
г
,
 м/с 
0.8 
1.6 
2.4 
3.2 
0,1 
0.4 
0.6 
 
1 
4.0 






66 
 
Обозначение кривых: 
1 – результаты расчета по уравнению (1) для пылеуловителей 
с двумя зонами контакта фаз; 
2 – по данным работы – [4]; 
3 – по данным работы – [3]; 
4 – по данным работы – [2]; 
5 – по данным работы – [5]. 
 
Рисунок 1 - Сравнение энергетических показателей различных пылеуловителей 
 
Это  доказывает,  что  пленочные  пылеуловители  с  двумя  зонами  контакта  фаз  превосходят  по 
основным  показателям  ряда  конструкции  пылеуловителей,  которые  нашли  применения  в  различных 
отраслях промышленных предприятий в качестве пылеуловителей. 
 
Литература 
1.
 
Алтаев М.А. Научные основы разработки высокоэффективных пылеулавливающих тарельчатых 
аппаратов с двумя зонами контакта фаз. 196с, 2009г., изд. «Нурлы Бейне», Шымкент. 
2.
 
Сабырханов  Д.С.  Разработка,  расчет  и  внедрение  массообменных  и  пылеулавливающих 
аппаратов  с  подвижной  и  регулярной  насадкой  //Автореф.  дисс.  док.техн.наук.  –  Шымкент, 
1996з. 30 с. 
3.
 
Сейтханов  Н.Т.  Структура  потоков  и  контактный  теплообмен  в  аппарате  с  регулярной 
пластинчатой насадкой //Автореф. канд.техн.наук. – Шымкент, 2002г., 123 с. 
4.
 
Вихман А.Г. Исследование работы переливных устройств, гидродинамических и массообменных 
характеристик  многосливной  тарелки  для  аппаратов  с  большими  жидкостными  нагрузками 
//Автореф. дисс. канд.техн.наук. – М. 1982г., 181 с. 
5.
 
Тапалов  Т.  Структура  потоков    массообмен  на  крупнодырчатой  продольной  тарелке 
промышленных размеров //Автореф. дисс. канд.техн.наук., 1982 г., Шымкент. 
 
 
ӘОЖ 669.162.252.468.4 
 
АУАДАҒЫ ЗИЯНДЫ ШЫҒЫНДЫЛАРДЫҢ ТАБИҒИ ТАЗАЛАНУ ПРОЦЕССТЕРІ ТУРАЛЫ 
 
Алтаев М.А.,  Пазилова Г.Д., Досмаканбетова А.А., Хусанов Н.С. 
М.Әуезов атындағы ОҚМУ, Шымкент, Қазақстан 
 
Резюме 
Дается  краткая  информация  о  состоянии  окружающей  среды  в  связи  с  вредными  выбросами  от 
промышленных  предприятии,  в  частности  о  диоксиде  серы  -    об  основном  вреднем  компоненте  для 
окружающей  среды,    а  также  приводится  гипотетическая  оценка  влияния  диоксида  серы  на  качество 
атмосферы. 
По данным ЮК центра гидрометеорологии и СНиП РК 2.04-01-2001, загрязнение воздуха диоксидом 
серы  г.шымкента,  рассчитаны  коэффициенты  массоотдачи  при  абсорбции  SO
2
  дождевыми  каплями 
м
d
k
008
.
0
003
.
0
  при  скорости  воздушного  потока  от  1  до  4,5  м/с  протекающих  в  природных 
условиях.  Установлено,  что  степень  очистки  от  SO
2
  в  природных  условиях  протекает  в  пределах 
параметров полученных в полых абсорберах применяемых в промышленных предприятиях 
 
Summary 
Short state information is given environment in connection with harmful extrass from industrial enterprise, in 
particular about dioxide of sulphur - about a basic harmful component for an environment, and also a hypothetical 
estimation over of influence of dioxide of sulphur is brought on quality of atmosphere. 
From  data  of  YK  of  center  of  hydrometeorology  and  sanitary  norms  and  rules  of  republic  of  Kazakhstan 
2.04-01-2001, contamination of air dioxide of sulphur of Shimkent, the coefficients of  are expected at absorption of 
SO
2
 by raindrops at speed of current of air a from 1 to 4,5 m/s of aleak in environmental conditions. It is set that a 
cleaning degree from SO
2
 in environmental conditions flows within the limits of parameters got in hollow absorbers 
applied in industrial one  
 

67 
 
«Қышқылды  жаңбыр»  фразасы  кҥнделікті  қолданылатын  сӛз  тіркесі  секілді  болып  кеткенімен, 
оның  соңында  әлеуметтік-экологиялық,  экономикалық  және  кҥрделі  физика-химиялық  қҧбылыс 
жатыр.  Расында  да,    кӛп  жылдардың  мерзімінде  Шымкент  қорғасын  зауытының  кҥкіртті 
қосылыстарының  газды  шығындылары  ӛткен    Шымкент  қаласының  тҥрлі  аудандарының  жер  қабаты 
қҧнарсыз  екендігі  белгілі.  Оларға  Қорғасын  елді  мекені,  «Қазығҧрт»  массиві,  112  квартал  және 
басқалар жатады. Негізі газдық шығындылардың ӛзі жердің қҧнарлылығына онша әсер ете қоймас еді, 
бірақ та Қазақстанның оңтҥстігінде жаңбырлар жер қабатын қышқылды батпаққа айналдырғаны анық. 
Зауыт оннан астам жылдан бері толыққанды жҧмыс істеп жатқан жоқ, дегенмен жердің қҧнарлылығын 
қалпына келтіру мҥмкін болмай тҧр.  
Бҧл  қҧбылыстың  механизмі  мен  кинетикасы  зерттеушілердің  назарынан  әлі  де  болса  шеттеп 
қалуда. 
Ӛндірістің  барлық  салаларында,  мысалы,  энергетикада,  металлургияда,  мҧнайгаз  ӛндіруде, 
мҧнайгаз  ӛңдеуде,  химия  индустриясында  және  кӛлік  тасымалдауда  қоршаған  ортаға  бӛлінетін 
газдардағы  негізгі  зиянды  компоненті  кҥкірт  диоксиді  болып  табылады.  Соның  қҧрамы  арқылы 
атмосфераның  жағдайын  бағалауға  болады.  Дҥниежҥзінде  SO
2
  –ні  тӛмендету  іс-шаралары  қолға 
алынып  жатқанымен,  жалпы  ӛнеркәсіптік  шығындылардағы  оның  мӛлшері  ҥнемі  артуда.  Ӛткен 
ғасырдың соңында оның мӛлшері жылына 70 млн.т.   болса, қазіргі кезде ол 4 есеге кӛбейді және ол 
ӛнеркәсіп кӛлемінің кҥрт ӛсуіне байланысты, оның 70 % сҧйық отын мен кӛмірді  жаққаннан тҥзіледі 
[1]. Кҥніне 1000 т. мыс пиритін ӛңдейтін орташа металлургиялық зауыт атмосфераға 600т. осы газды 
шығарады.  Қҧрамында  кҥкірт  қосылыстары  бар  бӛлшектер,  тҥсіп  жатқан  кҥн  радиациясын  сіңіріп, 
сейілтуге және жердің сәулені сіңіруіне кӛп әсер етеді. Атап айтар болсақ Батыс Европа аудандары мен 
АҚШ  батыс  штаттарында    кҥкірт  қҧрамды  аэрозольдермен  атмосфераны    ластауынан  кҥн 
радиациясының жартысы ғана жер бетіне жетеді.  
Аты аталған компонент немесе ӛніммен биосфераның ластануы адамдардың денсаулығына әсер 
етіп,  ӛсімдік  және  жануарлар  әлеміне  кері  әсерін  тигізуде,  қҧрылыс  конструкцияларын  бҧзып, 
ауылшаруашылық    ӛнімін  тӛмендетіп,  яғни  халық    шаруашылығына  орасан  экономикалық  шығын 
келтіруде    [1].    Экономистердің  бағалауы  бойынша  атмосфераға  тасталынған  1т.    SO
2-
нің  зардабы 
халықтың тығыз орналасу аймағы мен географиялық орналасу жағдайында  АҚШ 300$ бағаланады [2]. 
Осыған  орай  элементарлы  кҥкірттің  халық  шаруышылығындағы  тапшылығына  байланысты 
қҧрамында      SO

бар  бӛлінетін  газдар  әртҥрлі    кҥкірт  қҧрамды  ӛнім  алудың  яғни  кҥкірт  қышқылы, 
сҧйық  кҥкірт  диоксиді,  элементарлы  кҥкірт  ,  тҥрлі  металды  сульфат  пен  гипс,  бисульфат  ерітіндісі 
және т.б. қуатты кӛзі бола алар еді.  
Бҥгінгі  таңда  кҥкірт  диоксидімен  атмосфераны    ластау  дҥниежҥзілік  шешімін  таппаған  мәселе 
болып тҧрғаны анық. Атмосфераға газдармен бірге кҥкірт диоксиді шығарылғанда бірнеше мыңдаған 
км-ге дейін жетеді. Оны тҥрлі елдердегі мамандардың бірігіп зерттегені де белгілі.  
Салмағы  5*10
18 
т.  болатын  атмосфераның  сапасына  кҥкірт  диоксидінің  әсерін  байқау  ҥшін 
гипотетикалық бағалауды кӛрсетейік  [2].  
Жер  бетінде  6  млрд.  адам  бар  деп  болжайық.  Су  ресурстары,  ормандар,  ӛсімдіктер,  жануарлар 
әлемі, ӛнеркәсіп орындары мен  транспорт жоқ деп есептейік. Бҧл жағдайда бір адамға орта есеппен 15 
кг.  таза  ауа  қажет  болса,  онда  атмосфера  кӛлемі  150  млн  жылға  жетеді  және  де  атмосфераның 
миллионнан бір бӛлігін қҧрайтын озон қабатына жыл сайын 200 млн.т SO

тҥседі. Сонда бір жылдың 
ішінде  кҥкірт  диоксидінің  концентрациясы  озон  қабатының  м
3
  на  52  гр.  қҧрайды,  яғни  жердегі  тірі 
жанның  бәрі  ӛледі  деген  сӛз.  Адамның  техногенді    әрекет  етуі,  ӛрт  және  вулканды    қҧбылыстың 
әсерінен атмосфераға 300 млн.т. артық кҥкірт- газ қҧрамдас газдар тҥседі.  
Сонымен  қатар  ауаның  негізгі  қҧрамындағы  азотпен  (1,25  кг/м
3
),  оттегімен  (1,43  кг/м
3
)  және 
кӛміртек  диоксидімен  (1,98  кг/м
3
)  салыстырғанда  тығыздығы  жоғары  болғандықтан  жер  бетіндегі 
қабатқа  орналасуы,  яғни  адамның,  жануардың  және  ӛсімдіктің  ӛмір  сҥру  кеңістігінде  келтірілген 
гипотетикалық мысал кез келген зиянды шығындылардың атмосфераға әсерін кӛрсетсе, сонымен қатар 
ӛзіндік тазалануын қамтамасыз ететін табиғат қҧбылыстарының ролін айқындайды. Мҧндай маңызды 
факторға  жаңбыр  тҧнбасы  мен  ӛзендер  мен  су  қоймаларының  бетіндегі  абсорбция  процесі  жатады. 
Сондықтан  да  кӛпқырлы  адами  іс  әрекеттің  әсерінен  қҧрылған  қоршаған  ортаның  жағдайын 
модельдеуде, табиғи қҧбылыстарды де ескеру қажет.  
Жаңбыр  тамшыларымен      SO

абсорбциялануын  2010ж.  Шымкент  қаласының  ОҚ 
гидрометеорология  орталығының  [3]  және  СНиП  РК  2.04-01-2001  [4]  мәліметтерін  қолданып 
қарастырайық. 
 
 

68 
 
Кесте 1 – 2010ж. Шымкент қаласындағы кҥкірт диоксидімен ауаның  ластануы [3,4] 
Жыл мезгілі 
SO

концентрациясы, 
мг/м
3
 
Ауаның жылдамдығы, 
м/с 
Ауаның 
температурасы, 
0
С 
Жылдың суық мезгілі 
0,005-0,018 
4,3 
-16 
Жылдың ыстық мезгілі 
0,008-0,049 
2,5 
30 
 
Алынған  байланыстан    массаберу  коэффициенті 
Г
  (1-сурет)  және  тиімділігі 
Г
  (2-сурет) 
жаңбыр  тамшылары  мен  SO

  абсорбциялануы 
м
d
k
008
.
0
003
.
0
,  табиғи  жағдайда  жҥретін  ауа 
ағынының жылдамдығы 
Г
W
 1 ден 4,5 м/с болғанда табиғатта SO

ӛзіндік
 
тазалану процесі жҥреді, ал 
алынған  мәліметті  қуыс  абсорберде  SO

абсорбциялану  нәтижесімен  салыстырғанда,  яғни  бірыңғай 
жағдайда процесс жҥреді , тағы да белгілі болғандай массаберу коэффициентінің 
Г
мәні тазалаудың 
тиімділігі   
Г
  SO

табиғи  жағдайда  ӛндірісте  қолданылатын  қуыс  абсорберлерінен  алынған 
параметрлерінің мәніне дейінгі шартта жҧмыс істейді [4]. 
Қорыта  келе  атмосферадағы  зиянды  шығындыларды  тазалауда,  табиғатта  болатын  ӛзіндік 
процесстерді есепке алу қажеттігі дәлелденеді. 
 
 
Қисықтың белгіленуі: 
;
м
008
.
0
d
3
;
м
005
.
0
d
2
;
м
003
.
0
d
1
к
к
к
 
Сурет 1.Газдың жылдамдығына байланысты тамшының әртҥрлі   диаметрлеріндегі жаңбырдың 
массаберу коэффициенті  
М
ас
са
бе
ру
 к
оэф
ф
иц
ие
нті
 
β
г
, м

 
Газ жылдамдығы, W
г
, м/с 
1 
2 
3 
4 
5 
0.1 
0.2 
0.3 
0.4 




69 
 
 
Қисықтың белгіленуі: 
;
м
008
.
0
d
3
;
м
005
.
0
d
2
;
м
003
.
0
d
1
к
к
к
 
Сурет  2. Газдың жылдамдығына байланысты тамшының әртҥрлі диаметрлеріндегі тазалау 
тиімділігі 
 
Литература 
1.
 
Алтаев  М.А.  Научные  основы  разработки  высокоэффективных  пылегазоулавливающих 
тарельчатых  аппаратов  с  двумя  зонами  контакта  фаз/  Алтаев  М.А.  -  Шымкент.:  Нҧрлы  бейне, 
2009.-196с.-ISBN 9965-19-098-4. 
2.
 
Израель и др.Экономический подход к оценке состояния и регулирования качества окружающей 
природной среды. СБ. Всесторонний анализ окружающей природной среды –Л.1978.стр.101-107 
3.
 
ЮК центр гидрометеорологии /результаты наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха. –
Шымкент.2010 
4.
 
Государственные  нормативы  в  области  архитектуры,  градостроительства  и  строительства, 
строительные нормы и правила РК СНиП РК 2.04-01-2001 
 
 
УДК 662.62 : 54,661.47 
 
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО 
ФОСФОРГУМИНСОДЕРЖАЩЕГО УДОБРЕНИЯ 
 
Анарбаев А.А., Кабылбекова Б.Н., Айкозова Л., Абыдова Ш.
 
ЮКГУ им. М. Ауэзова, Шымкент, Казахстан 
 
Түйін 
Жоғары тиімділікті фосфор-гуминқұрамды  минералды тыңайтқышты фосфатты, гуминқұрамды 
кӛмір жыныстарынан алу технологиясы жасалды және ӛндірістің технологиялық үлгісі ұсынылды. 
 
Summary 
The technology of high-phosphorus humin-mineral fertilizer from phosphate rock and humin coal rocks and 
proposed principle and technological scheme of production. 
 
Для  повышения  урожайности  сельскохозяйственных  культур  необходимо  использование 
различных  минеральных  удобрений  в  комплексе  с  органическими  удобрениями.  Кроме  того, 
совместное внесение минеральных удобрений с органическими продуктами, содержащими гуминовые 
добавки,  предотвращает  потери  минеральных  удобрений,  связанных  с  ретрогродацией  усвояемых 
фосфатов в почве и вымыванием нитратного азота.  
Т
аз
ал
ау
 т
иім
ді
лігі

 
η
г
, %
 
Газ жылдамдығы, W
г
, м/с 
1 
2 
3 
4 
5 
2 
3 
4 
5 
6 




70 
 
Основными источниками извлечения гуминовых кислот могут служить торф, бурые и каменные 
угли. Основной сырьевой базой Казахстана для получения фосфорных удобрений являются фосфориты 
Каратау.  Химический  состав  этих  фосфоритов  очень  сложный  и  переменчивый.  В  последние  годы 
важнейшей  проблемой  производства  минеральных  удобрений  является  недостаток  сырья  высокого 
качества  (P
2
O
5
  26-28%),  образование  большого  количества  отходов,  в  связи  с  этим  требуются  новые 
технологии производства минеральных удобрений.  
Традиционно  в  сельском  хозяйстве  используют  фосфорные,  азотные  и  калийные  минеральные 
удобрения, а из органических удобрений – навоз. 
В  настоящее  время  для  повышения  урожайности  сельскохозяйственных  культур  необходимо 
использование различных минеральных удобрений в комплексе с органическими удобрениями. Кроме 
того,  совместное  внесение  минеральных  удобрений  с  органическими  продуктами,  содержащими 
гуминовые  добавки,  предотвращает  потери  минеральных  удобрений,  связанных  с  ретрогродацией 
усвояемых фосфатов в почве и вымыванием нитратного азота. 
Республика  Казахстан  богата  запасами  бурых  и  каменных  углей  и  наиболее  перспективными 
являются месторождения Майкубе и Киякты, которые находятся в Карагандинской области. В Южно-
Казахстанской области гуминсодержащие угли находятся в Сузакском и Ленгерском районе. 
В основных источниках содержание их составляет: в бурых  углях 15-60%, в торфе 25-50%, а в 
каменных  углях  до  70%.  В  углях    гуминовые  кислоты  имеют  разнообразные  формы  связи  с 
органической и минеральной частями угля и отличаются содержанием в них гуминовых фульвокислот. 
Фульвокислоты  являются  более  растворимыми  в  воде,  чем  гуминовые,  и  целесообразность 
использования  окисленных  углей  объясняется  большим  содержанием  фульвокислот.  Важнейший 
показатель  высокоплодородной  почвы  –  органическое  вещество,  или  гумус,  которое  служит 
своеобразным резервом необходимых для растений элементов питания, оказывает большое влияние на 
структуру почвы, определяющую обеспеченность культур влагой и воздухом, является энергетическим 
источником для многих почвенных микроорганизмов, дополнительным резервом углекислого газа для 
растений. Гумус накапливается за счет разложения растительных остатков, а также за счет применения 
гуминовых  удобрений,  которые  получают  из  различных  источников.  Основными  источниками 
извлечения гуминовых кислот могут служить торф, бурые и каменные угли [1,2] 
Использование  окисленных  углей  как  сырья  для  получения  удобрений  выгодно    не  только  с 
точки зрения лучшего качества   последних, но и с точки зрения их меньшей дозировки при внесении в 
почву.  Представляет  интерес  вопрос    утилизации    малопригодных  для  энергетики  углей,  а  также 
различных  отходов  в  виде  угольной  мелочи,  подвергшейся    интенсивному  окислению.  Гуминовые 
кислоты практически мало растворимы.  
Учеными  Южно-  Казахстанского  Государственного  Университета  имени  М.О.  Ауезова  на 
кафедре «Электрохимическая технология» ведутся исследования по извлечению гуминовых кислот из 
углей различных месторождений [3]. 
Извлечение гуминовых кислот с целью получения гуминовых удобрений проводится следующим 
образом: измельченный уголь смешивают в экстракторе с NaOH в заданном соотношении Т:Ж, затем 
полученную пульпу фильтруют, фильтрат смешивают с монокальцийфосфатом, добавляют гипс, чтобы 
получить  массу  определенной  густоты,  затем  гранулируют  и  сушат  при  температуре  t  =  100-140 
0
C. 
Высушенные гранулы пропускают через сито, 2 – 4 мм гранулы отправляют на склад, мелкую часть – 
на грануляцию. 
Состав гумата натрия, полученный нами по этому методу приводится в таблице 1. Полученная 
добавка является очень эффективным регулятором роста  и адоптогента растений в сельском хозяйстве. 
 
Таблица 1- Состав и характеристика гумата натрия 
№ 
Качественный показатель 
Норма 
1.
 
 
Фильтрируемость 10% водного раствора 
8,0 
2.
 
 
Массовая доля влажности,% 
45,0 
3.
 
 
Избыток щелочи.% 
10-14 
4.
 
 
Массовая доля щелочи.% 
6,0 
5.
 
 
Обьем гранул 2,5мм,% 
30,0 
6.
 
 
Количество гумата натрия,% 
30,0 
7.
 
 
Растворимость, % 
42,0 
8.
 
 
рН 10% раствора 
8,0 
9.
 
 
Зольность 
30,0 
 

71 
 
Проведены  исследования  взаимодействие  полученного  гумата  натрия  с  фосфатом  аммония  и 
двойным суперфосфатом в различных соотношениях. 
Исследования  проводились  с  целью  определения  возможности  применения  циркуляционного 
фосфорнокислотного метода для переработки фосфоргуминсодержащего удобрения с использованием 
фосфатного сырья бассейна Каратау. Состав фосфатного сырья в масс.%: P
2
O
5
-22.48, CaO -36.1, MgO-
0.82,  Fe
2
O
3
-2.68,  Al
2
O
3
-2,00,  F-2.13,  CO
2
-3.96,  н.о-29,80  и  гуминсодержащие  сырье  Ленгерского  и 
Майкубенского месторождения. 
Опытные  данные  показывают,  что  с  увеличением  добавок  возрастает    количество 
водорастворимых  форм  Р
2
О

и  N,  причем  активнее  действует    препарат    обработанный  гуминами.  В 
этом случае весь фосфор и азот,  содержащиеся в аммофосе, переходят в водорастворимые формы. Так 
как  основными  составными  частями  аммофоса  являются  моно-  и  диаммонийфосфат,  то  можно 
предположить следующий механизм реакции между  ними: 
 
NH
4
H
2
PO
4
    +  HГум
ГумNH
4
  + H
3
PO
4
 
(NH
4
)
2
HPO
4
  + HГум
ГумNH
4
  + NH
4
H
2
PO
4
 
 
Содержащиеся в аммофосе в виде примесей  водонерастворимые формы  фосфора и азота таже 
реагируют с гуминовыми добавками переходя в раствор. 
  
MgNH
4
PO
4
  + 2HГум
MgГум2  + NH
4
H
2
PO
4
 
2CaHPO
4
      + 2H Гум
Ca Гум 2    + Ca(HPO
4
)
2
 
NH
4
AI(HPO
4
)
2   
0,5H
2
O+3HГум
AIГум 3+NH
4
H
2
PO
4
 +H
3
PO
4
+0,5H
2

NH
4
Fe(HPO
4
)
2  
 0,5H
2
O+3HГум
FeГум 3+NH
4
H
2
PO
4
+H
3
PO
4
+0,5H
2

 
По  результатам  проведенных  исследований  были  определены  оптимальные  условия  процесса 
получения  фосфоргуминсодержащих  удобрений.  Основными  параметрами  процесса  является: 
концентрация 
фосфорной 
кислоты 
35-42% 
P
2
O
5

температура 
разложения 
95-100 С; 
продолжительность  разложения  40-50  мин.;    температура  фильтрации  нерастворенного  остатка  80-
85 С;  температура  кристаллизации  МКФ  40-45 С;  продолжительность  кристаллизации  МКФ  60-
90мин.;  концентрация  серной  кислоты  для  сульфатизации  маточного  раствора  87-93%  H
2
SO
4
;  норма 
серной кислоты 95-100% от стехиометрической на разложение МКФ; температура сульфатизации 60-
65 С; продолжительность сульфатизации 15-20 мин.   
Полученный  продукт  фосфоргуминсодержащие  удобрения  был  исследован  РФА,  ИК-спектр  и 
физика-химическими  методами  анализа.  Полученное  удобрение  содержит  P
2
O
5общ. 
55,65%,  P
2
O
5усв. 
54,2%, гумин – 8,0%, P
2
O
5своб. 
0,1%. 
Таким образом, полученные удобрения характеризуются высоким содержанием усвоемым форм 
P
2
O
5

На основании полученных данных разработана и предложена технологическая схема получения 
фосфоргуминсодержащих удобрений (рисунок 1).  
 
 
Рисунок 1. Принципиально- технологическая схема производства получения фосфор-
гуминсодержащего удобрения 
 

72 
 
Проведенные  исследования  показали  возможность  получения  фосфоргуминсодержащего 
удобрения  в  присутствии  гумата  натрия  и  определить  оптимальные  параметры  процесса  получения 
комплексного минерального удобрения. 
Технология получения удобрений состоит из следующих стадии:  
1.
 
Подготовка сырья,  
2.
 
Сушка и измельчение,  
3.
 
Разложение фосфатного сырья,  
4.
 
Получение гумата натрия,  
5.
 
Нейтрализация и грануляция минерального удобрения,  
6.
 
Сушка и упаковка продукта.  
Такие  удобрения  отвечают  требованиям  предъявляемым  к  минеральным  удобрениям 
необходимым для сельского хозяйства. 
В настоящее время для проведения опытного испытания готовится исходное минеральное сырье 
и монтаж опытной установки по выпуску фосфоргуминсодержащей удобрений.  
Для  испытаний агрохимической эффективности  полученных  удобрений  использовались  семена 
хлопчатника,  так  как  в  Южно-Казахстанской  области  выращивают  в  основном  эту  культуру.  В 
лабораторных  условиях  были  засеяны  семена,  обработанные  гуминами  и  контрольные,  с  целью 
наблюдения  действия    этих  препаратов  на  рост  растений.  Результаты  опытов  показали,  что 
обработанные семена  прорастают быстрее по сравнению с контрольными. 
Таким  образом,  разработанная  технология  позволяет  получить  высокоэффективное  фосфор-
гуминсодержащие минеральные удобрение из фосфатного сырья и гуминсодержащих угольных пород, 
что  является  наиболее  перспективным  и  экономичным,  а  удобрения  соответствует  требованиям 
ГОСТа.   
 
Литература 
1.
 
Аронов С. Г. Нестеренко Л. А. Химия твердых горючих ископаемых. Харьков: Издательство 
Харьков, ун-та 1960. 371с. 
2.
 
Химия и классификация ископаемых углей. Под ред. Т. А. Кухаренко – М, 1966. 160с. 
3.
 
Мырзахметова Б. Б. Экологически чистая добавка минеральным удобрениям: Тезисы докладов. 


1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   38


©emirb.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

войти | регистрация
    Басты бет


загрузить материал