Том 57, № 1 (2023)

Для практической реализации новых высокоэффективных методов жидкость-жидкостной хроматографии необходимо предварительное математическое моделирование применительно к условиям разрабатываемого процесса разделения, включая его аппаратурное оформление. Настоящая работа посвящена теоретическому анализу двух подходов к математическому описанию процессов жидкость-жидкостной хроматографии: 1) на основе решения уравнений материального баланса модели каскада равновесных ступеней; 2) использование распределения Гаусса для описания выходных профилей концентраций компонентов разделяемой смеси. Показано, что при числе равновесных ступеней (эффективности хроматографической установки) N ≥ 50, для математического моделирования процессов разделения можно использовать более простые зависимости, полученные на основе распределения Гаусса. Для условий, когда эффективность хроматографической установки N < 50, получены зависимости на основе модели равновесных ступеней для математического моделирования процессов разделения различными методами жидкость-жидкостной хроматографии.

Рассмотрено применение тепловых насосов в экстрактивной ректификации на примере смеси ацетон–метанол. Исследована зависимость эффективности их применения от состава исходной смеси. Установлено, что наиболее эффективной во всем исследованном диапазоне составов питания является схема с тепловым насосом, в которой сжатый паровой поток верха колонны регенерации обогревает куб этой же колонны. Предложен показатель оценки энергосбережения, на основе которого сформулирован ряд условий эффективности применения тепловых насосов как в экстрактивной ректификации, так и в ректификации в целом. Исходя из полученных результатов, предложен алгоритм предварительной дискриминации вариантов ректификационных схем с тепловыми насосами.

Представлены результаты сравнительного анализа показателей ключевых факторов механизма увеличения нефтеотдачи пластов с использованием газов в сверхкритическом флюидном состоянии, применительно к диоксиду углерода и пропану (пропан/бутановым смесям). Вышеотмеченные факторы, как предмет рассмотрения, включают: растворяющую способность сжатых газов по отношению к нефти и ее компонентам; фазовое поведение бинарных систем, включающих обозначенные вытесняющие агенты и углеводороды нефти; критические параметры бинарных систем I–II типов фазового поведения; сжимаемость диоксида углерода и пропана в условиях осуществления процесса вытеснения нефти в рамках третичной нефтедобычи; вязкость сред, участвующих в обсуждаемом процессе и наконец, набухание нефти в результате ее насыщения газом. Приведены результаты экспериментальной реализации процесса экстракционного извлечения нефти, реализованного в сверхкритических флюидных условиях с использованием в качестве экстрагента диоксида углерода в одном случае и пропана в другом. Установлено, что пропан и пропан/бутановые смеси в сопоставлении с СО₂ имеют трех и более кратное превосходство в растворяющей способности по отношению к компонентам нефти в условиях процесса вытеснения; чаще формируют с компонентами нефти предпочтительные для процесса ее извлечения системы с I–II типом фазового поведения; мощность компрессора, затрачиваемая на сжатие диоксида углерода и метана, почти в три и более раза, соответственно, превосходит ту, что необходима при сжатии пропана и, наконец, пропан в условиях вытеснения нефти обладает существенно меньшей вязкостью, что в совокупности указывает на предпочтительность пропана и пропан/бутановых смесей в процессе вытеснения нефти в рамках процесса третичной нефтедобычи.

Использование гидрогелей в качестве матрицы для инкубирования клеток и применение таких систем биоматериалов в качестве биочернил пригодным для 3D-биопечати является многообещающей перспективой в тканевой инженерии. Оптическими методами спектроскопии и микроскопии исследовались процессы тепло- и массообмена в гидрогелевых материалах на основе агарозы и желатина с инкубированными в объем геля модельными микроорганизмами. Проведено сравнение закономерности распространения фронта питательной среды в чистых желатиновых гидрогелях и смесевых гидрогелях на основе агарозы с добавлением желатина для определения диффузионных свойств смесевых гидрогелей, способных обеспечить доставку питательных компонентов к микроорганизмам. Получены новые данные о степени неоднородности роста микроорганизмов при их объемном инкубировании и разных температурных режимах инкубирования, что необходимо для управления свойствами биочернил при биопечати. Предложено аналитическое описание кривой роста клеток в геле и на ее основе получено выражение для определения скорости роста клеток. Разработана численная модель для описания процесса поглощения питательных веществ клетками в процессе их роста.

Для очистки регенерированного гексафторида урана от ^{232, 234, 236}U предложена схема двух каскадов. В первом каскаде регенерированный уран обогащается до концентрации ²³⁵U менее 20% со снижением отношения масс ²³⁶U/²³⁵U. На его дополнительное питание подается отвальный гексафторид урана, загрязненный поток которого выводится в дополнительном отборе. На втором дополнительном питании используется природный гексафторид урана. Поток основного отбора первого каскада подается на питание второго каскада. Его отвал, очищенный от ^{232, 234}U, разбавляется низкообогащенным или природным гексафторидом урана до концентрации ²³⁵U менее 5%. Проведен вычислительный эксперимент. Показано, что продукт, образующийся после разбавления отвала второго каскада, по ^{232, 234, 236}U удовлетворяет требованиям спецификации ASTM C996–20 для обогащенного промышленного гексафторида урана.

Гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов широко используются в качестве катализаторов реакции переэтерификации триглицеридов жирных кислот в производстве биодизельного топлива. При этом, в конечном продукте данные соединения могут способствовать последующему разложению биодизельного топлива. В данном исследовании была разработана простая, быстрая и безвредная для окружающей среды процедура определения катализаторов переэтерификации (натрия, калия, кальция и магния) в образцах биодизельного топлива с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии с пламенной атомизацией. В основе разработанной процедуры лежит ультразвуковая дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция катализаторов в гидрофильные глубокие эвтектические растворители на основе четвертичной аммониевой соли и карбоновой кислоты. Было исследованы и оптимизированы такие параметры, как: природа глубокого эвтектического растворителя, время и температура экстракции. Пределы обнаружения, установленные для предложенной процедуры, составили 0.03 мг/кг для всех аналитов. Для предварительной обработки образцов не требовались агрессивные окислительные смеси и летучие органические растворители. Время подготовки образцов не превышало 15 мин.

Экспериментально изучено парожидкостное равновесие системы тетрагидрофуран–ацетонитрил, смеси тетрагидрофуран–ацетонитрил–хлороформ эквимолярного состава, исследовано влияние разных количеств диметилсульфоксида на относительные летучести компонентов при 101.32 кПа. Проведены расчеты схем экстрактивной ректификации смеси тетрагидрофуран–ацетонитрил–хлороформ с диметилсульфоксидом.