Анотація до роботи:

Подустов М. О. Екологічно безпечні ресурсозберігаючі технологічні процеси та устаткування у виробництві поверхнево-активних речовин. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – екологічна безпека. – Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, Харків, 2007.

Дисертація присвячена розробці теоретичних основ та технічних рішень створення екологічно безпечних ресурсозберігаючих технологічних процесів та устаткування у виробництві поверхнево-активних речовин шляхом виключення рідких відходів і мінімізації шкідливих викидів в атмосферне повітря.

Проведено системний аналіз стану екологічної безпеки виробництва ПАР.

Встановлено, що каталітичне окислення двооксиду сірки необхідно проводити під тиском (Р = 0,6 МПа) у політропічному режимі у діапазоні температур 713–863 К, що дозволяє досягти екологічно безпечних концентрацій SO₂ у газоповітряному потоці після контактного апарата.

Встановлено основні закономірності процесу сульфатування органічної сировини в прямоточному трубчастому реакторі, що дало можливість зменшити шкідливі викиди при використанні ПАР у 7,3 рази.

Запропонована та експериментально обґрунтована замкнута система процесу нейтралізації та очищення газоподібних викидів, що дозволяє виключити скидання рідких відходів у навколишнє природне середовище.

Показано перспективне застосування блочної насадки, яка дозволяє підвищити ступінь очищення газоповітряного потока від SO₂, що забезпечує у приземному шарі атмосферного повітря вміст SO₂ на рівні ГДК.

Економічний ефект від упровадження результатів досліджень склав 1,16 млн. грн.

У дисертації наведено нове рішення науково-технічної проблеми, що виражається в розробці екологічно безпечних ресурсозберігаючих технологічних процесів та устаткування у виробництві поверхнево-активних речовин шляхом виключення рідких відходів і мінімізації шкідливих викидів в атмосферне повітря.

1. Встановлено, що у виробництві ПАР найбільш екологічно небезпечними стадіями є: одержання сульфатуючого агента та сульфатування органічної сировини. У зв'язку з цим розробка екологічно безпечних ресурсозберігаючих технологічних процесів та устаткування у виробництві ПАР є актуальною науковою проблемою.

1. Проведено аналіз стану і впливу промислових відходів та шкідливих викидів на стан екологічної безпеки в Україні. Встановлені закономірності утворення промислових відходів та шкідливих викидів на підприємствах і показано, що вирішення проблеми екологічної безпеки країни неможливо без зниження промислових відходів та шкідливих викидів. Уперше вивчено закономірності утворення відходів та шкідливих викидів виробництва ПАР і показано, що щорічно в навколишнє природне середовище лише одним підприємством викидається: рідких лужних відходів – 1600 т, газоподібних викидів органічної сировини – 779 т, газоподібних викидів двооксиду сірки – 5,5 т. Зроблено висновок, що необхідною умовою їх розвитку в Україні є створення екологічно безпечних виробництв.

2. Виконано теоретичні та експериментальні дослідження процесу одержання сульфатуючого агента шляхом каталітичного окислення двооксиду сірки низької концентрації (SO₂ = 5 %) під тиском (Р = 0,3–1,0 МПа). Встановлено, що для досягнення екологічно безпечних концентрацій двооксиду сірки у газоповітряному потоці після контактного апарата (SO₂ = 0,05 %) необхідно процес проводити під тиском Р = 0,6 МПа в політропічному режимі у діапазоні температур 713–863 К.

4. Встановлені основні закономірності процесу сульфатування органічної сировини триоксидом сірки у трубчастому реакторі. Вперше сформульовано і науково обґрунтовано спосіб одержання ПАР сульфатуванням сумішей органічної сировини, що дає можливість створити екологічно безпечні миючі засоби та піноутворюючі сполуки зі зменшенням їх впливу на навколишнє природне середовище та здоров'я населення. Визначено оптимальні технологічні параметри процесу. Сульфатування суміші органічної сировини рекомендовано проводити при наступних умовах: М_о = 1,07:1, SO₃ = 5 %, температура у реакторі 310 К, щільність зрошення 0,810^-2 м³/м²с. При цьому досягається вміст органічної сировини у продуктах сульфатування на рівні 2,5 % при кольоровості кінцевого продукту j = 1, що дозволяє вирішити питання ресурсозбереження сировини, досягнути при використанні ПАР вмісту шкідливих газоподібних викидів органічної сировини у приземному шарі атмосферного повітря нижче орієнтовано безпечного рівня впливу.

5. Вперше теоретично обґрунтована та експериментально підтверджена можливість використання лужних відходів стадії очищення для нейтралізації продуктів сульфатування, що дозволило виключити рідкі відходи виробництва. В цьому випадку при будівництві нових виробництв ПАР не треба відводити земельну ділянку під поле фільтрації, а при реконструкції діючих виробництв зменшити забруднення ґрунту та покращити стан підземних вод.

6. Результати досліджень процесу швидкісної абсорбції SO₂ з використанням блочних масообмінних елементів дозволили знизити в 5,5 рази гідравлічний опір абсорбційної колони і підвищити ступінь очищення, який забезпечує у приземному шарі атмосферного повітря вміст SO₂ на рівні гранично-допустимої концентрації.

7. На основі математичних моделей процесів розроблено алгоритми та програми розрахунків основного устаткування виробництва ПАР. Закладено наукові основи створення екологічно безпечних ресурсозберігаючих технологічних процесів та устаткування у виробництві ПАР. Новизна розробок підтверджена авторськими свідоцтвами на винаходи.

8. Розроблена технологічна схема екологічно безпечного ресурсозберігаючого виробництва ПАР, яка дозволяє виключити скидання лужних рідких відходів у навколишнє природне середовище, залишки SO₂ у відхідних газах зменшити у 2,5 рази, газоподібні викиди органічної сировини при використанні ПАР зменшити у 7,3 рази. Крім того, поліпшуються ресурсозберігаючі показники виробництва: за витратою сірки – на 4,1 %, за витратою органічної сировини – на 8,5 %, за витратою лугу – на 27 %. Розроблено основне устаткування виробництва ПАР для підвищення його екологічної безпеки: контактний апарат з вбудованим теплообмінником, реактор сульфатування, абсорбційна колона.

9. Дослідно-промислові партії миючих засобів було одержано з використанням розроблених нами ПАР на основі суміші вищих спиртів та моноетаноламідів карбонових кислот зі зменшенням у 2,5 рази кількості фосфатів порівняно з тими, що виробляються на цей час. Нові миючі засоби можна віднести до екологічно безпечних продуктів, оскільки зменшено вміст фосфатів, які негативно впливають на поверхнево-водні об’єкти та здоровя населення. Крім того, присутність сульфатів моноетаноламідів карбонових кислот у миючих засобах при ручних праннях дає можливість знизити їхній вплив на здоров'я населення, тому що відомо пом'якшуюча дія таких ПАР на шкірний покрив організму людини.

10. Випробування пінних систем у ВО «Юганськнафтогаз» (Російська Федерація) підтвердили їх високу ефективність при обробці призабійних зон нафтових свердловин, яка полягає у поліпшенні ресурсозберігаючих характеристик процесу видобутку нафти. Розроблені піноутворюючі сполуки за піноутворюючою здатністю та вогнегасною ефективністю мають на 20 % кращі показники, ніж ті, що застосовуються на цей час. Використання нових пінних систем дозволить у нафтовій промисловості та пожарогасінні виключити використання піноутворюючих сполук з низьким ступенем біорозкладення, які негативно впливають на навколишнє природне середовище.

11. Проведена оцінка рівня екологічної безпеки діючого і пропонованого виробництва ПАР. Показано, що основними факторами екологічної небезпеки даного виробництва є хімічні фактори та трансформації ландшафту. Дані розрахунків показали, що в пропонованому виробництві ПАР у приземному шарі атмосферного повітря досягається вміст двооксиду сірки на рівні гранично-допустимої концентрації, а вміст шкідливих викидів органічної сировини нижче орієнтовано безпечного рівня впливу.

12. На Волгодонському хімічному заводі (Російська Федерація) впроваджена установка плівкового сульфатування органічної сировини продуктивністю 15 тис. т/рік зі зменшенням при використанні ПАР вмісту шкідливих викидів органічної сировини у приземному шарі атмосферного повітря у 2,5 рази. Результати роботи використані ВАТ "УкрНДІхіммаш" (м. Харків) при проектуванні та виготуванні промислового трубчастого реактора сульфатування, ДНДІ МІНДІП (м. Суми) при розробці систем очищення газоповітряних потоків від двооксиду сірки та прийняті НІОХІМ (м. Харків) для використання при проектуванні нових екологічно безпечних виробництв ПАР.

Економічний ефект від упровадження результатів досліджень становить у перерахунку на гривні 1,16 млн. грн. Економічний ефект, що очікується від модернізації лише одного виробництва ПАР при його продуктивності 10 тис. т/рік за рахунок підвищення ресурсозберігаючих характеристик досягне 0,74 млн. грн./рік, за рахунок зменшення плати за шкідливі викиди в атмосферу 0,038 млн. грн./рік, попереджена шкода 1,46 млн. грн./рік.

Публікації автора:

1. Подустов М.А., Виниченко В.С., Правдин В.Г., Ефимов В.Т., Чернова Т.Е. Комбинированные анионные поверхностно-активные вещества // Журнал прикладной химии. – 1985. – №7. – С. 1627–1630.

Здобувачеві належить ідея та здійснення процесу одержання нових екологічно безпечних ПАР.

2. Подустов М.А., Правдин В.Г., Литвиненко И.И., Петров В.Н., Клименко О.В. Принципы управления процессом получения алкилсульфатов // Вестник ХПИ: Химическая техника. – Харьков: ХПИ. – 1988. – №258, вып. 1. – С. 8–10.

Здобувач запропонував та обґрунтував принципи керування.

3. Подустов М. А., Правдин В. Г., Моргунова Т. С., Петров В. Н. Сульфатирование смесей нефтехимических продуктов газообразным триоксидом серы // Химическая технология. – 1991. – № 1. – С. 37–39.

Здобувачеві належить постановка задачі досліджень і визначення напрямку її рішення.

4. Подустов М. А. Сульфатирование смесей нефтехимических продуктов как одно из направлений процесса получения высококачественных ПАВ // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ. – 1999. – Вып. 28. – С. 16–18.

5. Подустов М. А., Тошинский В. И., Литвиненко И. И., Петров В. Н. Экологические аспекты производства поверхностно-активных веществ // Вестник Национального технического университета "ХПИ". – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2001. – № 3. – С. 150–153.

Здобувач визначив основні шляхи утворення рідких відходів і газоподібних викидів, розробив схему техногенного впливу виробництва ПАР на навколишнє природне середовище.

6. Подустов М. А., Тошинский В. И., Литвиненко И. И. Концепция создания ресурсосберегающего экологически ориентированного процесса получения сульфатирующего агента в производстве поверхностно-активных веществ // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2001. – № 3. – С. 101–105.

Здобувач провів розрахунки термодинамічних характеристик процесу, визначив напрямки підвищення екологічної безпеки.

7. Подустов М. А., Тошинский В. И., Литвиненко И. И., Дзевочко А. М., Наконечный О. Н. Математическое моделирование контактного узла производства поверхностно-активных веществ // Вестник Национального технического университета "ХПИ". – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2003. – № 11, Т. 2. – С. 80–85.

Здобувач розвив математичну модель процесу, розробив метод розрахунку, провів узагальнення одержаних результатів.

8. Подустов М. А., Тошинский В. И., Литвиненко И. И., Дзевочко А. М., Наконечный О. Н. Ресурсосберегающая и экологически безопасная технология получения сульфатирующего агента в производстве поверхностно-активных веществ // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2003. – № 2. – С. 111–118.

Здобувачеві належить ідея та здійснення процесу одержання сульфатуючого агента для підвищення його екологічної безпеки.

9. Подустов М. А., Тошинский В. И., Петров В. Н. Новые подходы к очистке газовых выбросов в производстве поверхностно-активных веществ // Вестник Национального технического университета «ХПИ». – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2003. – № 15. – С. 26–31.

Здобувачем запропоновано нові методи підвищення екологічної безпеки процесу очищення газоповітряних потоків від .

10. Подустов М. А., Тошинский В. И., Дзевочко А. М. Совершенствование процесса получения сульфатирующего агента с целью повышения экологической безопасности // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2003. – № 6 . – С. 59–61.

Здобувачем проаналізовані основні фактори впливу на якісні характеристики процесу, визначені шляхи підвищення екологічної безпеки.

11. Подустов М. А. Замкнутая схема нейтрализации продуктов сульфатирования и очистки газовых выбросов в производстве ПАВ // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА. – 2004. – Вип. 27. – С. 67–72.

12. Подустов М. А., Тошинский В. И., Дзевочко А. М. Изучение процесса получения сульфатирующего агента при повышенных давлениях // Вестник Национального технического университета «ХПИ». – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2004. – № 15. – С. 41–48.

Здобувачем здійснено аналіз експериментальних даних, проведено узагальнення одержаних результатів.

13. Подустов М. А. Повышение степени переработки органического сырья – одно из направлений снижения отходов в производстве поверхностно-активных веществ // Вестник науки и техники. – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2004. – Вып. 2–3. – С. 49–55.

14. Подустов М. А. Анализ состояния и влияния промышленных отходов на окружающую среду // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. – Кременчук: КДПУ. - 2004. – № 4. – С. 172–174.

15. Подустов М. А., Тошинский В. И., Дзевочко А. М. Расчет контактного узла производства поверхностно-активных веществ // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2004. – № 5. – С. 182–185.

Здобувач розробив методику та алгоритм розрахунку, виконав інтерпретацію одержаних даних.

16. Подустов М. А., Петров В. Н. Математическое моделирование процесса сульфатирования органических продуктов в производстве поверхностно-активных веществ // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2004. – № 4. – С. 38–48.

Здобувачем розроблено математичну модель процесу, проведено узагальнення одержаних результатів.

17. Подустов М. А., Петров В. Н. Разработка алгоритмов и программ расчета пленочного реактора сульфатирования // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2005. – № 26. – С. 145–149.

Здобувачем здійснено аналіз математичної моделі, розроблено алгоритм розрахунку.

18. Подустов М. А., Тошинский В. И. Очистка газовоздушного потока от

диоксида серы в производстве ПАВ // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2006. – № 4. – С. 64–68.

Здобувачем здійснено аналіз математичної моделі процесу, розроблено алгоритм розрахунку, проведено узагальнення одержаних результатів.

19. Подустов М. А., Тошинский В. И. Экологически безопасные пенообразующие составы промышленного назначения // Науковий вісник будівництва. – Харків: ХДТУБА. – 2006. – Вип. 39. – С. 244–248.

Здобувач сформулював основні шляхи розробки екологічно безпечних сполук, обґрунтував вміст компонентів.

20. Подустов М. А., Тошинский В. И. Оценка уровня экологической безопасности получения и применения поверхностно-активных веществ // Экология и промышленность. – 2006. – № 4. – С. 52–55.

Здобувач визначив основні фактори небезпеки, розрахував їхні показники, провів оцінку рівня екологічної безпеки виробництва ПАР.

21. Подустов М. А., Тошинский В. И. Экологически безопасное ресурсосберегающее производство поверхностно-активных веществ: его технико-экономические и экологические показатели // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». – Харків: НТУ «ХПІ». – 2006. – № 12. – С. 22–26.

Здобувачем проаналізовано основні умови створення екологічно безпечного виробництва ПАР, проведені розрахунки техніко-економічних та екологічних показників.

22. Способ получения поверхностно-активного вещества: А. с. 1051068 СССР, МКИ С 07С 143/155 / В. Г. Правдин, М. А. Подустов, В. С. Виниченко, В. Т. Ефимов, В. И. Заяц, А. А. Бордюг, Е. С. Карюкин, Д. И. Земенков, М. Д. Троян. (СССР). – № 3424582/23; Заяв. 15.04.82; Опубл. 30.10.83, Бюл. № 40. – 6 с.

Здобувач запропонував ідею та спосіб одержання, обґрунтував концентрацію органічного продукту і поступове зниження температури.

23. Способ получения поверхностно-активного вещества: А. с. 1214657 СССР, МКИ С 07С 143/155 / М. А. Подустов, В. Г. Правдин, В. С. Виниченко, Н. С. Гамаюнов, А. С. Басов, А. А. Бордюг, Т. Е. Чернова, В. Н. Петров, В. Н. Сорокин. (СССР). – № 3759864/23; Заяв. 26.06.84; Опубл. 23.03.87, Бюл. № 11. – 4 с.

Здобувач запропонував проводити попереднє нагрівання компонентів, обґрунтував їх вміст.

24. Пенообразующий состав для удаления жидкости из нефтяных и газовых скважин: А. с. 1298356 СССР, МКИ Е 21В 43/25 / М. А. Подустов, В. Г. Правдин, Э. М. Тосунов, С. А. Рябоконь, И. И. Литвиненко, А. П. Мельник, Д. И. Земенков, С. М. Шаршков. (СССР). – № 3948723/22; Заяв. 12.07.85; Опубл. 23.03.87, Бюл. № 11. – 4 с.

Здобувач запропонував ідею одержання піноутворюючої сполуки та обґрунтував вміст алкілсульфату, сульфату алканоламіду і вищого спирту.

25. Реагент-пенообразователь трехфазных пен: А. с. 1456393 СССР, МКИ С 09К 7/02 / М. А. Подустов, В. Г. Правдин, А. Н. Моргунов, С. М. Шаршков., Э. М. Тосунов, Л. П. Вахрушев, А. П. Мельник (СССР). – № 4189685/31; Заяв. 02.02.87; Опубл. 07.02.89, Бюл. № 5. – 5 с.

Здобувач запропонував сполуку, експериментально обґрунтував склад компонентів.

26. Пенообразующий состав для удаления жидкости из скважин: А. с. 1504332 СССР, МКИ Е 21В 43/00 / М. А. Подустов, В. Г. Правдин, Ю. Д. Панаев, И. Н. Жуков, Э. М. Тосунов, Д. И. Земенков, А. П. Рудой. (СССР). – № 4256696/23; Заяв. 04.06.87; Опубл. 30.08.89, Бюл. № 34. – 4 с.

Здобувач запропонував сполуку, обґрунтував склад компонентів.

27. Подустов М. А., Тошинский В. И. Решение вопросов экологической безопасности производства поверхностно-активных веществ // Проблеми охорони навколишнього природного середовища та екологічної безпеки: Збірник наукових праць Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем. – Харків: УкрНДІЕП. – 2004. – С. 158–163.

Здобувачем запропоновано основні шляхи створення екологічно безпечного виробництва ПАР, розроблено нову технологічну схему.

28. Подустов М. А., Тошинский В. И. Взаимосвязь выбросов в атмосферу с окружающей природной средой // Сборник научных статей ХII Международной научно-практической конференции «Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов». – Харьков: Райдер. – 2004. – С. 182–185.

Здобувач провів аналіз стану та впливу шкідливих викидів на навколишнє природне середовище та здоров’я населення.

29. Подустов М. А. Технические аспекты повышения экологической безопасности производства поверхностно-активных веществ // Науковий збірник матеріалів ІІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Екологічна та техногенна безпека». – Харків: ХІСП. – 2004. – Вип. 1 (6). – С. 77–82.

30. Подустов М. А., Тошинский В. И. Разработка экологически безопасных технологических процессов в производстве поверхностно-активных веществ // Збірник наукових праць І Міжнародної науково-практичної конференції «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення»: У 2 т. – Харків: Райдер. – 2005. – Т. 2. – С. 145–150.

Здобувач провів аналіз виробництва ПАР як джерела відходів та шкідливих викидів, виконав теоретичне та експериментальне узагальнення одержаних результатів.

31. Подустов М. А., Тошинский В. И. Производство поверхностно-активных веществ: пути повышения экологической безопасности // Збірник наукових статей ІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення»: У 2 т. – Харків: Райдер. – 2006. – Т. 2. – С. 298–302.

Здобувач сформулював основні проблеми та шляхи підвищення екологічної безпеки.