Властвовать над экологическими проблемами путем умелого разделения газовых смесей поможет реализация проекта, о котором пойдет речь в нашем материале. Сокращение вредоносных промышленных выбросов, поиск инновационных путей снижения экологической нагрузки являются приоритетными задачами, декларированными Киотским протоколом и Парижским соглашением.
Казахстан как участник глобальной политики предотвращения изменений климата активно взаимодействует с международным сообществом по вопросам снижения вредных выбросов и парниковых газов. В этой связи научные исследования в области переноса газовых смесей представляют особый интерес, так как являются основой разработок различных методик по расчету технологических схем очистки, выбросов и поглощения парниковых газов. А при оптимальном сочетании таких факторов, как производительность и селективность в технологиях разделения, следует ожидать не только более глубокой и рациональной переработки многокомпонентной субстанции, но и снижения капитальных и эксплуатационных затрат, а также уменьшения воздействия антропогенного фактора на окружающую среду.
В задачах проекта – провести экспериментальные и численные исследования механического равновесия изотермических тройных газовых смесей, изучить особенности возникших гравитационных концентрационных течений при различных условиях, получить расчетные данные о воздействии перекрестных эффектов на определение границ перехода «диффузия – конвекция» и подтвердить сделанные расчеты.
Косов Владимир Николаевич, доктор физ.-мат. наук, профессор, член- корреспондент НАН РК, руководитель проекта
Научная новизна проекта
Современные технологии производства материалов, добычи углеводородного сырья, прогнозирования природных явлений требуют адекватного описания процессов переноса тепла и массы в жидкостях и газах, которые, как правило, представляют собой смеси различных веществ с большим числом компонентов и разнообразными свойствами. Сложности в описании таких смесей определяются наличием нескольких механизмов переноса тепла и массы.
Одним из результатов такого совместного действия является эффект сепарации компонентов системы с обогащением результирующей смеси самым тяжелым по плотности ингредиентом. Интерес к процессам приоритетного переноса вещества, сепарации жидких и газовых смесей на фракции или компоненты с заданными свойствами диктуется современными подходами в нефтехимической и энергетической отраслях промышленности.
Проект AP09259248 «Возникновение концентрационной гравитационной конвекции при многокомпонентной диффузии в устойчиво стратифицированных средах» соответствует этим мировым трендам и предполагает расчетно-теоретическое и экспериментальное изучение комбинированного массопереноса для модельных систем, где одним из компонентов может являться и экологически опасный газ.
Исследования в этой области имеют фундаментальную и прикладную значимость в связи с развитием подходов по разделению смесей и их очистке, а также необходимостью более глубокого понимания процессов тепломассопереноса.
Где и как использование результатов проекта может быть применено сегодня на практике?
Результаты, полученные при выполнении проекта, представляются научно важными и практически значимыми, так как позволят использовать новые знания для управления движением газовых смесей в технологических системах очистки. Полученные впервые результаты будут использованы для выбора оптимальных решений в областях транспорта отработанных газов, что будет способствовать снижению экологической нагрузки на окружающую среду. Результаты исследований окажут влияние на научные направления в области технологии разделения и очистки, физики газов и жидкостей, так как будут иметь инновационный характер.
Одним из конечных результатов проекта являются рекомендации по составу смесей, включающие в себя информацию о парниковых газах, теплофизических свойствах компонентов и параметров для осуществления максимального эффекта очистки.
Целевыми потребителями полученных результатов будут являться инжиниринговые компании, которые занимаются вопросами разделения и очистки различных сред от экологически опасных компонентов и проектные лаборатории по экологическому контролю и мониторингу.
Полученные в рамках исследовательского проекта результаты имеют междисциплинарный характер и могут оказать развитие на смежные области науки. Такое влияние видится в химической теории диссипативных структур и неравновесных фазовых переходов; в экологии – при физико-химическом и механическом способах очистки отработанных смесей газов; фармакологии – в технологиях оценки эффективности лекарственных средств.
Сумма грантового финансирования
Объем грантового финансирования по проекту за три года соответствует 60,4 миллионам тенге, что соответствует 97% от запрашиваемого финансирования.
В 2021 г. финансирование проекта полностью покрывало издержки и материальные затраты при выполнении исследований.
Однако в 2022 г. за счет глобального ухудшения экономической ситуации в мире, инфляции, роста цен на материалы, услуги и транспортные расходы пришлось оптимизировать издержки путем более эффективного проведения экспериментальных исследований, уменьшения числа научных командировок и их длительности в пользу приобретения материалов и оборудования.
Кульжанов Дюсембек Урингалиевич,
доктор физ.-мат. наук, профессор,
исполнитель проекта
Перспективы коммерциализации результатов проекта
Полученные при выполнении проекта результаты, которые публикуются в специализированных журналах с высоким научным рейтингом, в основном носят фундаментальный характер. Научный эффект заключается в получении новой информации о теплофизических свойствах компонентов, процессах тепломассообмена.
Ожидается, что
использование полученных результатов при проведении инженерного анализа в отдельных производственных сегментах теплоэнергетического сектора промышленности позволит получить более точную модель расчета основных теплофизических характеристик и осуществлять выбор оптимальных режимов проведения технологических процессов, повышая энергоэффективность и снижая затратность в работе.
Для рассматриваемого проекта эта часть работы невозможна без привлечения инжиниринговых компаний, которые занимаются вопросами разделения и очистки различных сред на производстве. На начальном этапе возможной совместной деятельности с такими организациями перспектива коммерциализации результатов научных исследований в рамках данного проекта видится в получении совместных патентов с последующим выходом на международный рынок интеллектуальной собственности.
Лабораторная база проекта
Выполнение исследований по проекту осуществляется в лабораториях кафедры физики при Казахском национальном педагогическом университете имени Абая, которые имеют соответствующие коммуникации, оборудование и вычислительные программные комплексы.
Успешной реализации проекта способствует и созданная коллаборация с представителями дружественных университетов и институтов.
Мухамеденкызы Венера, кандидат
физ.-мат. наук, исполнитель проекта
Для проведения тестовых опытов и некоторых вычислительных экспериментов задействована исследовательская инфраструктура НИИ экспериментальной и теоретической физики при КазНУ им. аль-Фараби и Атырауского университета нефти и газа. Такой неформальный консорциум позволяет по отдельным направлениям достичь синергетического эффекта в получении новых знаний и оптимально использовать материальные ресурсы.
Команда ученых проекта
Более 1/3 участников проекта являются молодыми учеными в возрасте до 40 лет включительно, из которых двое, являясь докторантами КазНПУ имени Абая, выполняют задания, соответствующие тематике диссертационных исследований. В рамках утвержденного плана проводимых исследований все они занимаются конкретной деятельностью: выполняют реальный физический эксперимент, осуществляют численное моделирование изучаемых процессов в конкретных условиях, проводят верификацию опытных и численных результатов.
Жусанбаева Айым, докторант
Такое погружение в проектную деятельность позволяет молодым ученым получить авторские научные результаты, которые они с успехом представляют на научных конференциях различного уровня, публикуют в отечественных и международных журналах.
Федоренко Ольга Владимировна,
кандидат физ.-мат. наук, исполнитель проекта
Полученные в ходе исследований результаты являются обоснованием для научно-исследовательской работы студентов. В рамках полученных результатов сформулированы темы для двух магистерских диссертаций, защита которых запланирована в 2023 году.
В заключение можно сказать, что полученные фундаментальные результаты окажут влияние на развитие научного направления, связанного с комбинированным массопереносом в газовых смесях. Для систем, содержащих парниковые газы, могут быть представлены рекомендации по улучшению экологической обстановки вблизи предприятий, где фиксируются их выбросы. Рекомендации позволят более корректно осуществлять выбор оптимальных режимов смешения и тем самым снизят затратность в работе отдельных производственных сегментов, что приведет к улучшению экономических показателей, а сами результаты будут иметь самостоятельную научно-техническую ценность. Экспериментальные и расчетные данные проекта могут являться основой для создания гибридных подходов в технологиях разделения и очистки газовых и жидких систем.
Владимир Николаевич КОСОВ,
доктор физико-математических наук,
профессор, член-корреспондент НАН РК,
руководитель проекта,
КазНПУ им. Абая
АННОТАЦИЯ
«Тұрақты стратификацияланған ортада көп компонентті диффузия кезінде концентрациялық гравитациялық конвекцияның пайда болуы» жобасы туралы оның жетекшісі, ф.-м. ғ. д., Абай атындағы ҚазҰПУ профессоры В. Н. Косов баяндайды. Жобаны жүзеге асыру барысында алынған нәтижелер ғылыми тұрғыдан маңызды және іс жүзінде маңызды, өйткені олар технологиялық тазарту жүйелерінде газ қоспаларының қозғалысын басқару үшін жаңа білімді пайдалануға мүмкіндік береді. Алғаш рет алынған нәтижелер пайдаланылған газдарды тасымалдау саласындағы оңтайлы шешімдерді таңдау үшін пайдаланылатын болады, бұл қоршаған ортаға экологиялық жүктемені төмендетуге ықпал ететін болады.