Іванова Інна Миколаївна. Концептуально-методичні засади підвищення екологічної безпеки виробництва синтетичних ниток, волокон, плівок : Дис... д-ра наук: 21.06.01 - 2006.
Анотація до роботи:
Іванова І.М. Концептуально-методичні засади підвищення екологічної безпеки виробництва синтетичних ниток, волокон, плівок. — Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.01 — Екологічна безпека. — Національний авіаційний університет. — Київ, 2006.
У дисертації представлено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової і прикладної проблеми підвищення екологічної безпеки виробництва синтетичних ниток, волокон і плівок (СНВП) на основі розробки концептуально-методичних засад. Проведено аналіз життєвого циклу СНВП, відповідності умов виробництва завданням збереження довкілля та здоров'я людини. Розвинено уявлення щодо екологічної безпеки виробництва на основі дослідження впливу відходів виробництва СНВП на довкілля на прикладі одного з найбільших регіонів України — Чернігівщини — з використанням статистичних даних щодо накопичення токсичних відходів і захворюваності населення за 40 років, а також на основі проведених експериментів з використанням в якості біоіндикаторів азотфіксуючих ґрунтових бактерій Agrobacterium radiobacter і Enterobacter aerogenes. Представлено авторську концепцію виникнення і поширення у просторі і часі екологічно негативного синергічного ефекту (ЕНСЕ). Започатковано для зменшення токсичних відходів і розвинуто науковий напрямок створення нових хромових покриттів (які на відміну від традиційних покриттів не повторюють мікрорельєф поверхні деталі). Розкрито закономірності впливу технології отримання нового хромового покриття на його фізико-механічні параметри (2 А. с. СРСР і 1 патент України), що дозволило створити методологію спрямованого вибору технологій з метою зменшення різноманітних токсичних відходів. Розроблено концептуально-методичні засади забезпечення підвищення екологічної безпеки виробництва щодо екологічного контролю за впровадженням нової техніки та забезпечення зменшення кількості забруднюючих довкілля відходів.
У дисертації запропоноване новий розв’язок актуальної науково-технічної проблеми підвищення екологічної безпеки виробництва синтетичних ниток, волокон, плівок, який ґрунтується на встановленні ієрархії компонентів, врахуванні не адитивного, як визнавалося раніше, а синергічного зв’язку між ними та забезпечується розробленими концептуально-методичними засобами щодо зменшення токсичних відходів на різних етапах виробництва. Теоретичні й експериментальні результати дисертаційної роботі дозволили розвинути і поглибити уявлення щодо екологічної безпеки виробництва синтетичних ниток, волокон, плівок.
1. Вперше розроблено ієрархію за впливом на довкілля складових виробництва (сировина, водні й інші природні ресурси, енергія, технологія, устаткування). Встановлено, що зв’язок між цими компонентами (внаслідок існування забруднюючих довкілля відходів) носить не адитивний, а синергічний характер, що формує в якості емерджентної властивості системи екологічно негативний синергічний ефект (ЕНСЕ). Визначене зростання амплітуди ЕНСЕ до Ак=А0(1100) обумовлює необхідність мінімізації відходів для безпечного функціонування виробництва та пояснює посилення навіть нетоксичними відходами процесу зростання кількості токсичних відходів. Представлено авторську концепцію формування ЕНСЕ та поширення у просторі й часі, що сприяє виявленню шляхів підвищення екологічної безпеки виробництва.
2. Виявлено можливий механізм впливу відходів виробництва СНВП на біоценози через забруднене довкілля . Уперше встановлено руйнацію ґрунтових азотфіксуючих бактерій Agrobacterium radiobacter і Enterobacter aerogenes відходами виробництва поліаміду та ремонтними відходами. Додавання до поживного середовища замість чистої води водного розчину 35 г/л e-капролактаму за 72 год зменшує кількість бактерій на 63—100%, водного розчину 0,03—0,3 мг/л CrO3 — на 50—80%. Руйнація ґрунтових азотфіксуючих бактерій спричиняє деградацію ґрунтів, заважає ефективному впровадженню сучасних засобів підвищення продуктивності рослин і забезпечення населення екологічною продукцією.
3. Встановлено негативний вплив відходів виробництва СНВП на довкілля на прикладі одного з найбільших регіонів України — Чернігівщини — з урахуванням захворюваності населення за 40 років, використанням статистичних даних щодо накопичення відходів і забруднення довкілля (вміст e-капролактаму у ґрунтових водах перевищує ГДК до 50 разів, нафтопродуктів — до 25 разів, а вміст хрому в річках — до 40 разів), а також на основі проведених уперше експериментів з використанням в якості біоіндикаторів ґрунтових бактерій.
4. Започатковано для зменшення токсичних відходів і розвинуто науковий напрямок створення нових хромових покриттів (які на відміну від традиційних покриттів не повторюють мікрорельєф поверхні деталі). На основі теоретичних і експериментальних досліджень розкрито механізм отримання відкладень хрому у вигляді кульки і закономірності впливу технології отримання нового хромового покриття на його фізико-механічні параметри, що дозволило створити методологію спрямованого вибору ефективних технологій з метою зменшення різноманітних токсичних відходів. Зокрема, встановлено при дослідженні субмікронних (від 5 до 900 нм) елементів топографії хромованої при Ік = (0,1—9) 104 А/м2 поверхні механізм її вигладжування шляхом зростання окремих виступів внаслідок різниці між миттєвими щільностями струму на мікровиступах і мікрозападинах. Визначено, що відкладення хрому у вигляді кульки відбуваються за умов наступного співвідношення висоти мікровиступів (Ra), діаметру основи (Д) та щільності струму (Ік): Ra/Д=110 та Ік/Ra=100-1000 А/дм2мкм (А. с. 1313013). Знайдено залежність мікрорельєфу поверхні (Ra) від розміру абразивних часток (АЧ) та їх тиску (Р) під час підготовки до хромування: Ra = (0,0094АЧ - 0,0611) е, де = (0,296АЧ + 3,814) Р. Це уможливлює технологічну підтримку виготовлення деталей із заданими властивостями щодо зменшення відходів.
5. Визначено властивості нових хромових покриттів, на основі теоретичних досліджень встановлена залежність між коефіцієнтом тепловіддачі нової (ХПКМ) і традиційної (ПЛ) хромованої поверхні та радіусом мікровиступів (R) нової поверхні: ХПКМ = 0,0068R2–2,1502R+ПЛ. Результати теоретичних і експериментальних досліджень реалізовано при створені нового нагрівача (А. с 1542974). Розроблено номограму та інженерну методику розрахунку параметрів нагрівача, що забезпечує підтримку прийняття рішення щодо конструкції і технології її виготовлення, мінімізацію відходів, дозволяє встановити зв'язок впливу режимів виготовлення з теплофізичними властивостями деталі.
6. Відповідно до авторської концепції ЕНСЕ і вимог, які пред’являються до чистоти технологічного середовища, розроблено методологія та критерій (Вдоп) вибору сталей для устаткування Вдоп= gFe mТС із урахуванням обмежень щодо наявності заліза (Fe) у технологічному середовищі (ТС). Ця методологія полягає у порівнянні запропонованого критерію Вдоп із тією кількістю заліза (Вх), накопичення якої в технологічному середовищі може забезпечити передбачуваний матеріал із урахуванням його корозійної стійкості (Вх=uкор s). За умови Вх Вдоп стає можливим використання сталі. Розроблено і впроваджено рекомендації, що сприяють на стадії проектування використанню сталей з меншою кількістю дефіцитних компонентів.
7. На основі теоретичних і експериментальних розробок запропоновано доповнити методологію екологічного моніторингу і об’єктивно оцінювати екологічність нової техніки не тільки за фактом забруднення довкілля, а ще й на стадії проектування. Запропонована методологія та критерій (К) екологічного оцінювання новацій з повернення відходів у виробничий процес: К=[1-(1-)n fn kRn]/[1-(1-) f kR], де К — коефіцієнт зростання кількості сировини, для отримання одиниці готової продукції, а , f, n, kR — показники процесу і наявності відходів. Розроблено програму розрахунку цього критерію і впроваджено в Державному управлінні екології та природних ресурсів в Чернігівській області.
8. На основі дослідження кінетики розхромування без та в присутності інгібітору встановлено, що використання 1—3 г/дм3 відходу виробництва ПА забезпечує зменшення корозії (gm=2,13 — 3,22, zm=53-68,9, де gm — коефіцієнт гальмування корозії, zm — захисний ефект) і не уповільнює суттєво швидкість розхромування (Деклараційний патент України № 2834)
9. Встановлено шляхом дослідження адсорбції (Г) промислових замаслювачів ПА ниткою можливість зменшення токсичних відходів. Визначено, що при концентрації (С) досліджених замаслювачів С = 110-5 - 110-3 моль/дм3 залежність адсорбції від концентрації носить лінійний характер, найбільшу стійкість при Т=298-328 К виявляє НПАР марки ДС-4, що можна використовувати з метою розробки нових більш екологічних замаслювачів.
10. За результатами експериментальних досліджень встановлено властивості безнікелевих експериментальних сталей залежно від вмісту легуючих компонентів, а також вплив температури й часу відпалу, гартування та відпуску, забезпечено необхідна для виготовлення та експлуатації на різних етапах виробництва твердість деталей із сталі 70Х15М2К2: 27-29 HRC після відпалу, 55 HRC після гартування, 60 HRC після відпуску. Використання литого безнікелевого матеріалу 70Х15М2К2, розробка технології виготовлення з нього гільз екструдерів значно (у 6 разів) підвищила їх ресурс, зменшено у шість разів токсичні ремонтні відходи та відходи сировини.
11. Створені в дисертації концептуально-методичні засади підвищення екологічної безпеки виробництв СНВП впроваджено в науково-дослідних, проектних, навчальних організаціях України та Російської Федерації, на підприємствах країн СНД. Запропоновані технології отримання спеціальних хромових покриттів дозволили позбутися залежності від імпорту хромованих ниткопровідників, забезпечити відновлення робочих місць, зменшення токсичних відходів в Україні і Білорусі. Вдосконалена гільза екструдера з використанням безнікелевої сталі 70Х15М2К2 впроваджена у виробництві СНВП м. Даугавпілс, Кемерово, Київ, Руставі, Чернігів, Щокіно та інших. Реальний економічний ефект від їх впровадження становить 1,5 млн. грн., а розрахований щодо фактично зменшених токсичних відходів екологічний ефект становить 50,15 млн. грн/рік.
Публікації автора:
Іванова І.М. Відходи як критерій техногенної безпеки виробництва хімічних волокон // Екологія і ресурси. — 2003. — № 7. — С. 87—91.
Іванова І.М. Утворення відходів у парі нитка — ниткопровідник і можливості їх мінімізації // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. — 2003. — № 5. — С. 78—84.
Іванова І.М. Реновація деталей імпортного обладнання // Экотехнологии и ресурсосбережение. — 2004. — № 2. — С. 64—67.
Иванова И.Н. О некоторых проблемах техногенной безопасности производства химических волокон и нитей // Химические волокна. — 2003. — № 5. — С. 49—53.
Иванова И.Н. Формирование экологически негативного синергического эффекта в производстве химволокон // Перспективные задачи инженерной науки. — Днепропетровск. — 2003. — № 5. — С. 288—293.
Іванова І.М. Виробництво хімічних волокон. Особливості руйнації обладнання. // Хімічна промисловість України. — 2004. — № 2. — С. 58—61.
Іванова І.М. Проблема зменшення рідинних відходів у виробництві полікапроамідних ниток // Вісник Сумського державного університету. — 2004. — № 2 (61). — С. 181—184.
Іванова І.М. Екологічна вартість поліпропіленової плівки // Вісник Чернігівського державного технологічного університету. — 2004. — №21. — С. 232—235.
Иванова И.Н. Уменьшение техногенной нагрузки в производстве химических нитей // Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. — Харків. — 2004. — № 24. — С. 332—335.
Іванова І.М. Технологічний досвід використання хромованих ниткопровідників // Легка промисловість. — 2003. — № 4. — С. 51.
Иванова И.Н. Экологические аспекты создания оборудования для химволокон // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. — 2003.— № 1.— С. 101—104.
В роботі [12] автору належить постановка завдання дослідження, участь у дослідженні впливу відходів на інтоксикацію ґрунтових бактерій Agrobacterium radiobacter і Enterobacter aerogenes, математичному моделюванні процесу виготовлення ниток:
Іванова І.М., Клінцов Л.М. Хромовані ниткопровідники. Екологічні і технічні проблеми // Хімічна промисловість України. — 2005. — №3. — С. 45—47.
В роботах [13—19] автору належить постановка завдання дослідження , участь у проведенні експериментів і обробці результатів:
Іванова І.М., Котельніков Д.І. Еколого-економічні оцінки виробництва хімічних ниток і волокон // Хімічна промисловість України. — 2003. — № 6. — С. 3—7.
Іванова І.М., Платонов Є.К. Вибір матеріалу для апаратів одержання полікапроаміду // Экотехнологии и ресурсосбережение. — 2003. — № 6. — С. 18—22.
Іванова І.М., Цибуля С.Д. Можливості поліпшення використання природних ресурсів у виробництві хімічних ниток і волокон // Екологія і ресурси. — 2003. — № 8. — С. 75—79.
Іванова І.М., Ступа В.І., Дрогун В.М. Ресурсозбереження при виготовленні обладнання для хімволокон // Наукові вісті Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут". — 2004. — № 3. — С. 56—60.
Іванова І.М., Курмакова І.М., Приходько С.В. Використання інгібіторів під час реновації ниткопровідників виробництва хімічних ниток. // Вісник Інженерної академії України. — 2003. — № 2. — С. 46—48.
Іванова І.М., Курмакова І.М. Обладнання для хімволокон. Техногенно-екологічні аспекти корозії // Вісник Інженерної академії України. — 2004. — № 1. — С. 75—80.
В роботах [19, 20] автору належить вибір замаслювачів, постановка завдання дослідження та участь в обробці результатів:
Маковей Г.Л., Зельцер Я.В., Иванова И.Н., Ушаков В.Г., Багин В.К. Влияние температуры на адсорбцию неионогенных поверхностно-активных веществ полиамидной нитью // Химические волокна. — 1987. — № 3. — С. 21—22.
В роботах [21, 22] автору належить участь у постановці завдань дослідження та обробці результатів експериментальних досліджень:
Підтілок Л.М., Іванова І.М., Лоза В.М., Гутарєва Л.І. Хімічні нитки. Підвищення техногенної безпеки обладнання для миття автомобільного та залізничного транспорту // Хімічна промисловість України. — 2004. — № 1. — С. 48—50.
Івасенко М.В., Іванова І.М., Масіч В.О., Сочевець В.М., Лаврененко Л.М. Деякі властивості швацьких та взуттєвих хімічних ниток // Вісник Інженерної академії України. — 2004. — № 2 — С. 19—20.
У роботах [23, 24] автору належить постановка завдання дослідження, відпрацювання технології хромування деталей, контроль за їх виготовленням на виробництві, участь у виробничих випробуваннях й обробці результатів:
Иванова И.Н., Румянцев Р.А., Шмотина Т.Г. Использование хромированных нитепроводящих деталей на машине КО-228-ИМ2 // Химические волокна. — 1986. — № 5 — С. 49—50.
Перевалова Н.М., Гусаков М.Я., Румянцев Р.А., Иванова И.Н., Бакун М.П. Эксплуатационные свойства хромированных поверхностей нитепроводящей гарнитуры машины КВ-III-250КА // Химические волокна. —1984. — № 2. — С. 57—59.
У роботах [25, 26] автору належить аналіз еколого-економічних аспектів процесу видобування вуглеводневої сировини для виробництва синтетичних ниток, волокон, плівок:
Кукуруза В.Д., Кривошеев В.Т., Иванова Е.З., Пекельная Е.В., Иванова И.Н. Нетрадиционные прогрессивные отечественные инженерные технологии — основа значительного увеличения добычи нефти в Украине // Вісник Інженерної академії України. — 1999. — № 2–3. — С. 66—67.
Кривошеев В.Т., Кукуруза В.Д., Иванова Е.З, Иванова И.Н. Новые направления геологоразведочных работ и методы их проведения — главный резерв наращивания ресурсов нефти и газа в Украине // Вісник Інженерної академії України. — 1999. — № 2–3. — С. 94—98.
В роботах [27, 28] автору належить участь у постановці завдань досліджень, проведенні експериментів, обговоренні результатів, аналізі патентної літератури та підготовці заявки на винахід:
А.с. № 1313013 СССР, МКИ С 25 Д 3/06. Способ получения хромовых покрытий / И.Н. Иванова, А.В. Городыский, Н.Д. Фетисенко, Р.А. Румянцев (СССР). — № 3773461/22-02; Заявл. 18.07.84; Опубл. 23.05.87, Бюл. № 19. — 3 с.
А. с. 1542974, СССР, МКИ Д 01 Н 13/28, Д 02 J 13/00. Способ вытягивания синтетических нитей / М.В. Богдан, А.В. Корнеев, И.Н. Иванова, П.Н. Самосюк (СССР). — № 4374131/30-12; Заявл. 02.02.88; Опубл. 15.02.90, Бюл. № 6. — 3 с.
Деклараційний патент на корисну модель № 2834 Спосіб відновлення хромового покриття деталі / Іванова І.М. Заявл. 27.02.2004; Опубл. 16.08.2004. Бюл. №8, МПК 7 С25F5/00. — 3 с.
