Справочник посвящен процессам и аппаратам химических технологий. Во второй части тома рассматриваются процессы и аппараты, которые являются традиционными для химических и смежных с ними производств. Это механические процессы - классификация твердых частиц по размерам и извлечение их из потоков жидкости и газа; тепло- и массообменные процессы - выпаривание, сушка, адсорбция, экстракция из жидкости и твердого тела, кристаллизация; реакционные процессы, происходящие в различных химических реакторах и печах; мембранные процессы разделения жидкостей и газов. Новым для справочной литературы является раздел, посвященный надежности аппаратов и технологических установок и качеству получаемых продуктов. Наука о процессах и аппаратах на современном этапе развития химической технологии является интегральной, объединяющей в себе механику различных сред, термодинамику, массо- и энергоперенос, а её применение требует объединения усилий химика, имеющего глубокие теоретические знания, и технолога, владеющего необходимым объемом знаний в рамках специальности "Машины и аппараты химической промышленности" ("Chemical Engineering"). Справочник рассчитан на широкий круг читателей - химиков, технологов, исследователей, преподавателей, аспирантов, студентов.

Изучено влияние озонирования и депарафинизации монгольских высокопарафинистых нефтей на групповой углеводородный состав бензиновых фракций. Исследовано изменение состава и свойств пря-могонных бензиновых фракций (температура начала кипения 180°С) в процессе их облагораживания с использованием цеолитного катализатора. Показано, что после озонирования и последующего термолиза нефти в составе бензиновых фракций уменьшается концентрация нафтеновых и увеличивается доля ароматических углеводородов. Установлено, что при депарафинизации высокопарафинистой нефти с использованием сжиженного газа из состава бензиновых фракций удаляются преимущественно нормальные алканы. Показано, что при термокаталитическом превращении прямогонных бензиновых фракций в полученных катализатах содержание нормальных парафинов и нафтенов уменьшается в 2-5 раз, количество ароматических углеводородов увеличивается в 2-4 раза, октановое число бензинов возрастает на 18-40 пунктов.

Представлены результаты комплексного исследования малосернистых, смолистых, высокопарафи-нистых нефтей, залегающих в нижнемеловых горизонтах на месторождениях Зуунбаян, Цаган-Элс и Тамсагбулаг (Монголия). С использованием результатов физико-химического и радиоспектрометрического анализа рассчитаны средние значения структурных параметров содержащихся в нефтях углеводородов и высокомолекулярных гетероорганических соединений.

Исследованы структура, фазовый состав наносистем на основе диоксида циркония, полученных методом денитрации водных растворов солей в плазме высокочастотного разряда. Изучено изменение морфологии нанокристаллического порошка при механической активации, прессовании, отжиге. Показано, что в процессе мехактивации порошок разделяется на две подсистемы с отличающимися на два порядка средним размером структурных элементов, при это возрастает доля квазиаморфной (рентгеноаморфной) фазы, что позволяет направленно изменять характеристики спеченных материалов.

С использованием метода рентгеноструктурного анализа исследованы величина и характер распределения макроискажений кристаллической решетки, возникающих в результате электронно-лучевой наплавки износостойкого покрытия со структурой азотистого аустенита на сталь 65Г. Показано, что модифицирование наплавочного порошка тугоплавкими частицами V(CN) снижает величину макродеформаций в покрытии, но не влияет на характер их распределения в двухфазной аустенитно-мартенситной зоне сплавления.

Методом рентгеноструктурного анализа исследована структура интерметаллида TiNi подвергнутого поверхностной электронно-лучевой модификации. выявлено 3, дифференцированных по микрокристаллической структуре слоя: внешний остротекстурированный слой толщиной 1:3 мкм с текстурой в направлении [100]В2 и уменьшенным на 1% параметром периодичности решетки в направлении нормали к поверхности, промежуточный градиентно-напряженный слой толщиной 10:15 мкм с текстурой исходно слитка и неизмененный материал. Поверхностный слой, как и промежуточный, находится в растянутом вдоль поверхности и сжатом нормально поверхности состоянии. Это искажение решетки максимально в поверхностном слое и убывает вглубь материала.

Определены вольт-амперная характеристика и интенсивность изнашивания скользящих электроконтактов из композитов на основе сталей Г13, а также на основе стали ШХ15, переработанной из шлифовального шлама. Показано, что сталь ШХ15 имеет высокую износостойкость вследствие формирования наноструктур при деформации поверхностных слоев в зоне трения. Установлено, что при скольжении с плотностью тока более 100 А/см2 окисляется поверхность трения контртела из закаленной стали, поэтому сталь не может применяться в качестве контртела.

В настоящей работе была изучена структура и свойства композитов ZrO2-Y2O3-Al2O3, полученного методом разложения растворов солей в плазме ВЧ разряда. Показано, что после спекания при температуре 1350С и давлении 100МПа получается плотный композит в структуре которого наряду с частицами субмикронного размера порядка 0,1-0,3 мкм, присутствуют круглые образования - агломерат, соизмеримые со сферами, наблюдаемыми в исходной смеси. Такой материал имел предел прочности на изгиб порядка 600 МПа, твердость HV=12,6ГПа и вязкость разрушения (К1с=15-19 Мпахм1/2).

Исследована удельная поверхность ультрадисперсных порошков и влияние на нее таких видов предварительной обработки как температура отжига и механическая обработка в шаровой мельнице. Показано, что увеличение содержания окиси алюминия в композиционной смеси ZrO2-Y2O3-Al2O3 приводит к значительному повышению удельной поверхности порошка в исходном состоянии, что обусловлено изменением формы частиц порошка. Последовательные операции отжига и механической обработки отожженных порошков сложным образом влияют на изменение удельной поверхности. Отжиг порошка приводит сначала к увеличению удельной поверхности, обусловленному частичным переходом рентгеноаморфной части материала в нанокристаллическое состояние, а также разрушением частиц "пенообразного" вида, а затем к значительному ее уменьшению, связанному с рекристаллизацией. Механическая обработка в течение первых пяти часов приводит к снижению удельной поверхности всех отожженных порошков, а с дальнейшим увеличением времени механической активации порошков удельная поверхность монотонно возрастает.

Изучены особенности контролируемого вакуумного спекания экзотермичной системы Ti-Si, ранее исследуемой лишь при СВС реакциях. Показано, что увеличение содержания кремния даже в связанном состоянии в виде лигатуры приводит к значительному росту пористости спеченного материала независимо от выбранных температур спекания. Тем не менее, при определенных соотношениях компонентов (чистого титана, кремния и силицида Ti3Si3) и температуры спекания можно получить спеченный материал с незначительной пористостью и достаточно однородной структурой.

Проведено исследование процессов формирования твердых растворов семейства BIMEVOX (Me-Fe, Zr) при синтезе через жидкие прекурсоры. Для получения твердых растворов использовали метод гидротермального синтеза, цитратно-нитратный метод и метод пиролиза полимерно-солевых композиций. По результатам рентгенофазового анализа процессы формирования BIMEVOX при синтезе через жидкие прекурсоры в целом аналогичны процессам фазообразования при твердофазном синтезе. Во всех методах в первичном осадке образуется ванадат висмута состава BiVO4. При дальнейшем прокаливании в интервале 500-700С состав реакционной смеси усложняется. В качестве промежуточных продуктов образуются ванадаты висмута, циркония и железа, цирконат и ферриты висмута. Для серии BIFEVOX в интервале концентраций х=0,1-0,4 получена высокотемпературная тетрагональная модификация, для серии BIZRVOX - при малых концентрациях допанта - смесь а-орторомбической и y-тетрагональной модификаций.

Описаны конструкции и программное обеспечение установки для испытаний на низкотемпературную ползучесть высокопластичных металлов и сплавов с относительно низкими температурами плавления. Установка позволяет регистрировать кривые ползучести с записью в компьютерный файл, а затем выполнять анализ полученных зависимостей. Приведен пример использования установки для исследования влияния поверхностных зарядов на ползучесть технически чистого алюминия при комнатной температуре.

Экспериментально исследовано влияние электрического потенциала на скорость ползучести алюминия. Произведено сравнение влияния собственно электрического потенциала, подаваемого на образец, и потенциала, возникающего из-за контактной разности потенциала при присоединении семи различных металлов с иной работой выхода электрона. Обнаружена качественная эквивалентность этих двух типов электрического воздействия.

Предложена термомеханическая модель, основанная на физических представлениях о движении континуума дислокаций, а также модель зарождения и распространения пластических сдвигов для описания "медленных" течений типа полос Людерса. Проведены двумерные расчеты распространения полос Людерса при различных скоростях и температурах деформирования образца из стали марки HSLA-65 при сжатии. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Представлена математическая модель формирования и эволюции зеренной структуры интерметаллического соединения Ni3Al при высокотемпературном синтезе из порошковой смеси чистых элементов в режиме теплового взрыва под давлением и при экструзии продукта высокотемпературного синтеза.

Представлена модель, описывающая начальные стадии формирования барьерного слоя при высоковольтной импульсной поляризации при формировании оксидно-керамических покрытий, в которой скорость процесса определяется скоростью доставки кислородсодержащих ионов к поверхности. Получено согласие расчетных вольтамперных зависимостей с экспериментальными кривыми.

Для упругопластических ортотропных металлов приведена модель поведения при динамическом нагружении, включающая в себя упругую, пластическую стадии деформирования и разрушение. Нагружение ортотропной преграды моделируется в трехмерной постановке, упругопластическое поведение материала преграды и ударника описывается теорией течения. Деформирование изотропного ударника моделируется упругопластической модель Прандтля-Рейса. В качестве численного метода решения используется метод конечных элементов.

В работе на основе анализа представительного объема полимерной высоконаполненной композиции методами механики сплошной среды получены ее эффективные деформационно-прочностные характеристики. Особенность анализируемого материала связана с большим разбросом размеров дисперсных включений (наполнителя), что делает неприменимыми известные подходы к моделированию напряженно-деформированного состояния представительного объема. Предлагаемый подход иллюстрируется примером анализа композиции, когда в ней присутствуют дисперсные включения двух типоразмеров.

Представлены результаты первопринципных расчетов энергий формирования моновакансий и комплексов точечных дефектов в палладии и титане. Проведены оценки энергии взаимодействия водорода с вакансиями и примесями в зависимости от их расположения в матрице палладия или титана. Анализируется влияния точечных дефектов на электронную структуру металлов и сорбцию водорода.

Предложен алгоритм численного решения задачи неизотермической диффузии, учитывающий различие пространственных и временных масштабов процессов переноса в твердой фазе. Применимость алгоритма продемонстрирована на примере задачи остывания нанесенного покрытия, содержащего легирующие элементы. Показано, что учет зависимости теплопроводности от температуры сказывается на перераспределении элементов в диффузионной зоне. Модель имеет приложение к процессам поверхностной обработки материалов с использованием высокоэнергетических источников.

Работа посвящена исследованию структурно-фазового состояния и механических характеристик сварных соединений высокопрочной стали ВКС-12, подвергнутых поверхностному пластическому деформированию путем ударного ультразвукового воздействия. Показано, что в приповерхностном слое материала толщиной до 40 мкм при этом протекают процессы фрагментации кристаллов и образования субзеренной структуры с большеугловой разориентацией субзерен. Установлена связь наноструктурирования поверхностного слоя материала шва и зоны термического влияния с повышением сопротивления усталостному разрушению сварных соединений.

Изучено совместное промотирующее влияние молибдена с цинком и галлием на каталитические свойства цеолита типа ZSM-5 в процессе конверсии природного газа в жидкие углеводороды. Показано, что добавка катионов цинка и галлия к Mo-содержащему цеолиту приводит к повышению активности и селективности катализатора в образовании ароматических углеводородов из компонентов природного газа. Установлено, что максимальное количество ароматических соединений образуется в присутствии цеолитных катализаторов, содержащих одновременно 4,0 % Мо и 0,5 % Zn или 4,0 % Мо и 1,0 % Ga.

Исследованы распространение и состав низкомолекулярных гетероатомных компонентов в нефтях Западной Сибири, различающихся содержанием смолисто-асфальтеновых веществ. Смолистые нефти содержат больше низкомолекулярных соединений серы и азота, чем малосмолистые. Качественный состав этих соединений не зависит от смолистости нефтей. Различия наблюдаются и в распределении отдельных структур.

Опыт штатной эксплуатации целой группы высокоэнергетических конденсированных материалов в течение 15–20 лет свидетельствует, что при их компоновке успешно решена одна из фундаментальных рецептурных проблем — обеспечение стабильности механических свойств высокоэнергетических конденсированных материалов. Однако на практике необходимо решать проблему стабильности не только высокоэнергетических конденсированных материалов, но и системы «высокоэнергетические конденсированные материалы – корпус энергетической установки». В этом случае высокоэнергетические конденсированные материалы являются элементом более сложной системы твердых и газообразных сред, взаимодействующих между собой. Природа этого взаимодействия при длительной эксплуатации определяет работоспособность энергетической установки в целом. Физико-химические аспекты проблемы изменения структуры и свойств энергетических установок из различных типов высокоэнергетических конденсированных материалов в процессе длительной эксплуатации являются предметом представленных ниже исследований. В России и за рубежом наименее изученной стороной указанной проблемы в настоящее время становится длительный натурный эксперимент в масштабе реального времени. Приведенные в статье результаты, являясь уникальными по длительности и информативности испытаний, в значительной мере восполняют этот недостаток.

Приведен обзор работ авторов с сотрудниками, посвященных проблемам природы процессов массопереноса через интерфейсы в твердых телах и биологические мембраны. На основе термодинамического подхода физической мезомеханики сделано заключение, что в основе распространения транспортных потоков через интерфейсы и мембраны в живой и неживой природе лежат структурно-фазовые переходы наноструктурных состояний на границах раздела в гетерогенных средах. Такие состояния возникают на интерфейсах и в мембранах в условиях «шахматного» распределения напряжений, деформаций и химических потенциалов компонентов сопрягаемых разнородных сред. Рассмотрены актуальные практические приложения развиваемого подхода в биологии и современном материаловедении.

В рамках дискретного метода подвижных клеточных автоматов (метода МСА) разработана методика определения сдвиговых компонент тензора напряжений и деформаций в произвольном элементарном объеме образца. Проведены расчеты для различных распределений кальция по глубине покрытия, соответствующих разным способам его нанесения или разному времени его пребывания в организме. По результатам расчетов выполнена оценка упругих свойств, а также деформаций и напряжений сдвига в зависимости от распределения элементов по покрытию. Для выбранных составов покрытий определены распределения кальция, при которых в покрытии реализуются наибольшие и наименьшие величины напряжений и деформаций сдвига.

Изучено распределение сернистых и азотистых соединений в нефтях юрского и палеозойского комплексов Западной Сибири. Показаны отличия в количественном содержании и качественном составе гетероорганических соединений в нефтях, различающихся геолого-геохимическими условиями залегания.

Изложены результаты интегрального структурного анализа асфальтеновых, смолистых и суммы остальных ("масляных") компонентов нефтей, добытых из олигоценовых отложений на месторож¬дении Белый Тигр и из коллекторов фундамента на месторождении Дракон. Вскрыты характерные различия в структурно-групповом составе "масел", смол и асфальтенов из каждой изученной нефти. Найдено, что некоторые параметры структуры смолистых веществ могут оказаться полезными для дифференциации нефтей, залегающих в рассматриваемом регионе в разных глубинных условиях.

Проведены исследования региональной изменчивости содержания серы, смол, парафинов и фракций в нефтях с применением методов статистического и кластерного анализов. Использована информация из базы данных по химии нефти, которая в настоящее время включает более 8000 элементов нефтяной физико-химической и геологической информации по всем основным нефтеносным бассейнам Евразии. Выявлены меридианальные и широтные зависимости содержания перечисленных показателей состава нефти. Исследована региональная изменчивость свойств нефтей по совокупности показателей: содержания серы и смол, содержания серы и асфальтенов, содержания серы, смол и асфальтенов. Результаты исследований представлены на компьютерной карте Евразии.

Исследованы особенности наноструктурирования поверхности образцов при трении в условиях сдвиговой неустойчивости подповерхностных слоев материала в результате сильной локализации деформации. Показано, что существуют три стадии локализации деформации в подповерхностных слоях. Изучена структура зоны локализации и показано, что деформация сосредоточена в полосах деформации. Формирование нанокристаллической структуры на поверхности в результате сдвиговой неустойчивости рассматривается аналогично формированию полосы локализованного сдвига. Образование нанокристаллической структуры может являться причиной перехода от нормального к адгезионному типу изнашивания в отсутствие механизмов структурной приспосабливаемости.

Предложена численная модель эволюции локализованной пластической деформации на макроуровне с использованием подходов континуальной механики. Для описания упругопластического перехода в локальных точках матерала предлагается двупредельный критерий пластичности, основанный на экспериментальных представлениях об эволюции дислокационной структуры во фронтах полос Людерса. Показано, что в комбинации с реальной геометрией образцов предложенный критерий позволяет описать поведение стальных лопаток при растяжении. Методом численного эксперимента исследуются основные особенности упругопластического течения на начальном этапе нагружения. Локальные характеристики напряженно-деформированного состояния анализируются в сопоставлении с интегральной кривой течения. Выполнен параметрический анализ модели для исследования влияния ее констант на отклик материала.