Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
МОЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ В РЕШЕНИИ
АКТУАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ НАУКИ
Сборник
статей студентов, аспирантов и молодых ученых по итогам
Всероссийской научно-практической конференции,
посвященной 80-летию
Сибирского государственного технологического университета
(13-14 мая 2010 г.)
Том 2
Красноярск 2010
Молодые ученые в решении актуальных проблем науки:
Всероссийская научно-практическая конференция. Сборник статей
студентов, аспирантов и молодых ученых. - Красноярск: СибГТУ, Том 2,
2010. – 328 с.
Организация и проведение конференции, издание сборника
осуществлялось при поддержке КГАУ «Красноярский краевой фонд
поддержки научной и научно-технической деятельности»
Редакционная коллегия:
Буторова О.Ф. - доктор сельскохозяйственных наук, профессор;
Артемьев О.С. - доктор сельскохозяйственных наук, профессор;
Козинов Г.Л. - доктор технических наук, профессор;
Лозовой В.А. - доктор технических наук, профессор;
Рубчевская Л.П. − доктор химических наук, профессор;
Алашкевич Ю.Д. - доктор технических наук, профессор;
Пен Р.З. – доктор технических наук, профессор;
Ермолин В.Н. − доктор технических наук, профессор;
Мелешко А.В. – кандидат технических наук, доцент;
Степень Р.А. – доктор биологических наук, профессор;
Воронин В.М. – кандидат технических наук, доцент;
Рогов В.А. - доктор технических наук, профессор;
Поляков Б.В. – кандидат химических наук, доцент;
Круглякова Л.А. – доктор химических наук, профессор;
Роот Е.В. – кандидат химических наук, доцент;
Аксеновская Н.А. - кандидат экономических наук, доцент;
Лобанова Е.Э. – кандидат экономических наук, доцент;
Шестакова И.М. – кандидат экономических наук, доцент;
Вострова А.А. – кандидат экономических наук, доцент;
Рудакова Г.М. – кандидат физико-математических наук, доцент;
Доррер Г.А. – доктор технических наук, профессор;
Викторук Е.Н. – доктор философских наук, доцент;
Игнатова В.В. – доктор педагогических наук, профессор.
ISBN 5 – 8173 – 0300 – 4
 ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», 2010
2
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ
ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ
УДК 628:477
ПОЛУЧЕНИЕ СУБСТРАТОВ ИЗ ВЕГЕТАТИВНОЙ ЧАСТИ ТОПОЛЯ
А.Г. Капустинская
рук. - д.т.н., профессор Е.В.Исаева
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В настоящее время является актуальной проблема поиска доступного и
дешевого сырья для промышленной биотехнологии, с помощью которой можно
получать различные препараты, в том числе белковые кормовые добавки, препараты
для защиты растений и др. К числу перспективных субстратов для культивирования
микроорганизмов, основываясь на имеющихся в литературе сведениях, можно отнести
и вегетативную часть тополя бальзамического [1]. В частности, в работах, проводимых
в проблемной лаборатории СибГТУ, показана возможность использования почек и
однолетних побегов тополя бальзамического как сырья для микробиологических
производств. Проблема утилизации одревесневших побегов, на долю которых
приходится значительная доля вегетативной части, остается нерешенной.
Целью настоящей работы явилось продолжение исследований возможности
получения субстратов для биохимических производств из вегетативной части тополя
бальзамического, используя в качестве объекта ветви тополя.
На первом этапе
работы проводилось
изучение химического состава
древесины ветвей тополя бальзамического.
Как показывают результаты таблицы 1, на долю полисахаридов в среднем в
древесине ветви тополя приходится 41,09 %, из них 27,80 % это трудногидролизуемые
полисахариды, что согласуется с литературными данными [1]. Полисахариды могут
являться источником углеводного питания для микроорганизмов.
Содержание лигнина в ветви тополя составляет до 28 %, что характерно для
всего рода Populus (22,8 % от а.с.с.) [2].
Как показали наши исследования, на долю водорастворимых веществ в
древесине ветви тополя приходится до 13 %, что в 1,5-2 раза выше, чем в однолетних
побегах и почках тополя [3]. В составе водного экстракта установлено наличие
веществ, обладающих редуцирующей способностью, что позволяет рассматривать
экстракт, как потенциальный субстрат для культивирования микроорганизмов.
Результаты анализа химического состава образцов, отобранных в апреле с 20082010 г. приведены в таблице 1.
3
Таблица 1 ‒ Химический состав ветвей тополя бальзамического
Наименование
компонента
Зольность
Экстрактивные вещества,
экстрагируемые водой
Экстрактивные вещества,
экстрагируемые этиловым
спиртом
Всего
экстрактивных
веществ
Легкогидролизуемые
полисахариды
Трудногидролизуемые
полисахариды
Всего полисахаридов
Лигнин
Содержание, % от а.с.в.
2008 г.
2009 г.
2010 г.
2,65
0,60
0,56
∆±Sm
1,27±0,70
9,06
13,53
13,61
12,06±1,51
13,72
12,13
6,77
10,87±2,10
22,87
25,66
20,38
22,93±3,61
13,42
15,05
11,40
13,29±1,06
27,51
40,93
20,57
27,09
42,14
28,15
28,80
40,20
28,15
27,80±5,25
41,19±6,31
25,62±2,53
Содержание экстрактивных веществ в древесине ветви тополя, значительно
больше, чем в древесине, но меньше, чем в побегах (33 %) и почках (48%) [3].
При исследовании лигноуглеводного комплекса послеэкстракционного остатка
древесины ветви тополя видно, что на долю полисахаридов в твердом остатке
приходится 60 % полисахаридов, что дает основание рассматривать ветви тополя в
качестве потенциального сырья для получения субстратов при производстве белковых
кормовых дрожжей.
Нами был исследован полисахаридный комплекс древесины ствола тополя, где
содержание легкогидролизуемых полисахаридов составило
11,8 %, трудногидролизуемых полисахаридов 36,5 % от а.с.с.
Полученные результаты дают основание рекомендовать данное сырье для
переработки методом гидролитической деструкции с целью дальнейшей биохимической
переработки гидролизата.
На втором этапе исследований проводилось культивирование микроорганизмов
на субстратах из вегетативной части тополя.
В качестве субстратов использовали гидролизаты ветви и стволовой части
тополя с концентрацией редуцирующих веществ 0,62 и
0,8 % соответственно; водный экстракт ветви тополя и кубовая жидкость после
гидродистиляции эфирных масел, в которых концентрация РВ составляет 0,7 %.
Результаты культивирования дрожжей Candida skotti приведены в таблице 2.
4
Таблица 2 – Результаты культивирования дрожжей Candida skotti на различных субстратах
Субстрат
засевная
Концентрация дрожжей, х 107 КОЕ/см3 субстрата
Продолжительность культивирования, ч
3
6
9
30
33
Гидролизат
ветви тополя
0,13
1,84
2,85
2,63
2,30
Гидролизат
древесины
тополя
0,15
2,82
8,41
2,16
1,01
не определяли
Водный
экстракт
0,14
0,38
0,72
1,05
0,71
0,67
0,2
1,10
1,04
0,90
не определяли
не определяли
Кубовая жидкость
2,00
Из таблицы 2 видно, активнее дрожжи развиваются на гидролизате древесины
тополя, о чем свидетельствует интенсивное увеличение клеток. Так, к 6-му часу
культивирования количество дрожжевых клеток увеличилось в 56 раз, на гидролизате
ветви тополя в 22 раза.
В водном экстракте за 9 ч культивирования концентрация дрожжей увеличивается
в 7,5 раз от 0,14·107 до 1,05·107 КОЕ/см3 субстрата. Исследование культуральной
жидкости через 30 ч культивирования показало, что дрожжами было утилизировано 15
% РВ.
Наименее интенсивное культивирование микроорганизмов проводилось на
кубовой жидкости после гидродистиляции эфирных, где рост дрожжевых клеток за 9 ч
увеличился в 6 раз .
Таким образом, проведенные исследования показали пригодность субстратов,
полученных из вегетативной части тополя, для культивирования микроорганизмов,
таких как дрожжей Candida skotti.
Библиографический список:
1.
Исаева, Е.В. Комплексная переработка вегетативной части тополя
бальзамического с получением биологически активных продуктов: Автореф. дис… д-ра
техн. наук: 05.21.03 / Е.В. Исаева. − Красноярск, 2009.- 46 с.
2.
Биологический энциклопедический словарь / Под ред. М.С.Гилярова.- М.:
Большая Рос.энцикл., 1995.- 864 с.
3.
Иванников, С.П. Тополь / С.П. Иванников.- М.: Лесн.пром-сть, 1980.-82 с.
5
УДК 665.57
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БИОМАССЫ MALUS BACCATA
М.С. Петухова
рук. – д.х.н., профессор Л.П. Рубчевская
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Malus baccata широко распространена в Сибири и своей популярностью она
обязана высокой зимостойкости и плодовитости. Вегетативная часть Malus baccata,
несмотря на то, что она содержит большое количество биологически активных
веществ, не востребована для промышленной переработки вследствие недостатка
сведений о химическом составе. Известные в настоящее время способы переработки не
позволяют в полной мере использовать растение как сырье.
В этой связи становится актуальной разработка комплексной технологии
переработки биомассы Malus baccata, для чего были проведены исследования
химического состава биомассы.
В представленной работе приведены результаты исследования химического
состава вегетативной части Malus baccata, собранной в период плодоношения (сентябрь
месяц).
Биомассу высушивали по условиям, предусмотренным Государственной
фармакопеей. Химический состав биомассы Malus baccata исследовался по методикам
изложенным в: [1 -6 ].
Таблица 1- Химический состав вегетативной части Malus baccata, % а.с.м.
Наименование
Вещества, извлекаемые гексаном
Вещества,извлекаемые 96 %этанолом
Вещества, извлекаемые водой
Легкогидролизуемые полисахариды
Трудногидролизуемые полисахариды
Хлорофилл А +В, мг%
Каротиноиды, мг%
Водорастворимые пектиновые вещества
Протопектин
Липиды
Витамин В1, мг%
Витамин Р, мг%
листья
0,86
12,13
19,34
17,12
8,31
21,80
1,04
0,07
0,19
0,23
3,41
0,13
побеги
0,28
8,39
8,00
7,41
17,19
1,74
0,23
0,03
0,11
0,04
0,34
0,03
В таблице 1 приведены результаты исследования содержания экстрактивных
веществ. При этом количество веществ, извлекаемых 96 % - ным этиловым спиртом
многократно превышает содержание веществ, экстрагируемых гексаном. Количество
экстрактивных веществ, извлекаемых гексаном, 96 % - ным этиловым спиртом и водой
из листьев значительно больше, чем из побегов и составляет 0,86 мг%, 12,13 мг% и
19,34 мг% соответственно.
Доля легкогидролизуемых, трудногидролизуемых, полисахаридов и лигнина в
биомассе Malus baccata различна. Содержание легкогидролизуемых полисахаридов в
листьях (17,12 %) вдвое выше их содержания в побегах (7,41 %), а количество
6
трудногидролизуемых полисахаридов в побегах составляет 17,19 %, в то время как в
листьях их содержание ниже: 8,31 %.
Пигменты являются важными соединениями растений. Результаты исследования
содержания хлорофиллов и каротиноидов в биомассе Malus baccata приведены в
таблице 1. Результаты исследований показывают, что в составе пигментов преобладают
хлорофиллы. Наибольшее их количество, как следовало ожидать, содержится в листьях
(71,80 мг%). В побегах содержание хлорофиллов ниже (9,74 мг%). В вегетативной
части Malus baccata найдено незначительное количество каротиноидов : оно составляет
в листьях – 1,04 мг%, а в побегах – 0,23 мг%.
Среди пектиновых веществ в вегетативной части преобладает протопектин,
причем в листьях его содержание (0,19%)
в три раза превышает содержание
водорастворимых пектиновых веществ (0,07%); в побегах содержание протопектина (0,11
% ) превышает содержание водорастворимых пектиновых веществ (0,03 % ) в четыре
раза.
Количество липидов преобладает в листьях, их количество составляет 0,23 % от
а.с.м., в побегах этот показатель ниже и составляет 0,04% от а.с.м.
В плодах и ягодах обнаружены почти все известные в настоящее время
витамины. Многие из них содержатся в плодах и ягодах в очень малых количествах.
Результаты исследования показывают, что в различных частях растения содержание
витаминов неодинаково. Как в листьях, так и в побегах преобладает витамин В1,
причем его содержание в листьях многократно выше, чем в побегах. Содержание
витамина Р в вегетативной части Malus baccata составляет: в листьях – 0,13 мг%, в
побегах: 0,03 мг%.
Таким образом, изучение химического состава Malus baccata, дает возможность
вовлечь растение в производство натуральных экстрактов, что осуществляется путем
комплексной переработки, которая вносит вклад в решение природоохранной задачи
рационального использования растительного сырья.
Библиографический список:
1.
Государственная фармакопея СССР. – 11-е изд. - М., 1989. - Т. 2. – 389 с.
2.
Оболенская А. В., Ельницкая З. П., Леонович А. А. Лабораторные работы по
химии древесины и целлюлозы. – М.: Экология. – 1991. – 320с.
3.
Рязанова Т. В., Чупрова Н. А., Исаева Е. В. Химия древесины: Учеб. пособие для
студентов спец-стей 26.03.03, 26.03.04 всех форм обучения. – Красноярск: КГТА, 1996.
– 358 с.
4.
Методы определения витаминов (химические и биологические) /Под ред. А.
Девятнина. - М.: Пищепромиздат, 1954. – 135 с.
5.
Методы биохимического анализа растений /Под ред. В. В. Полевого. - Л., 1978. С. 90-100.
6.
Донченко Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов.- М: ДеЛи, 2000.- 255с.
7
УДК 664. 292
ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ДРЕВЕСНОЙ
ЗЕЛЕНИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
Е.А. Речкина
рук. – д.х.н., профессор Л.П. Рубчевская; к.т.н., доцент ГА. Губаненко
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
На сегодняшний день в России одной из важнейших задач является увеличение
производства высококачественный пищевых продуктов и их ассортимента. Создание
продуктов питания в настоящее время немыслимо без применения пищевых и
биологически активных добавок. Пектиновые вещества принадлежат к пищевым
добавкам растительного происхождения.
Пектиновые вещества обладает уникальными свойствами, одним из которых
является способность образовывать комплексы с тяжелыми металлами (свинец, ртуть,
цинк, кобальт, молибден и пр.), радиоактивными элементами и выводить их из
организма человека. Кроме того, пектиновые вещества способствуют сорбции и
выведению из организма биогенных токсинов, анаболиков, ксенобиотиков, продуктов
метаболизма, способных накапливаться в организме: холестерина, желчных кислот.
Другими потребительскими свойствами пектиновых веществ являются
способность образовывать студни в присутствии сахара и кислоты. Эти свойства
пектинов широко используются в пищевой промышленности при производстве конфет,
фруктовых начинок, кондитерских желейных и пастильных изделий, молочных
продуктов, десертов, мороженного, комбинированного масла, майонеза, кетчупа.
В настоящее время потребность в пектиновых веществах значительно
превышает объемы его производства. Учитывая профилактическую норму потребления
пектиновых веществ (4 грамма на человека в сутки), его количество при
круглогодичном потреблении в профилактических пищевых продуктов только 100 млн.
человек составляет свыше 70 тыс. тонн в год.
Большинство пектиновых веществ, используемых отечественной пищевой
промышленностью, импортируются из - за границы. Основные мощности производства
пектиновых веществ располагаются в Германии, Чехии и Дании, откуда они и
поступают на российский рынок.
Пектиновые вещества находятся практически во всех растениях. Основным
сырьем для получения пектиновых веществ являются яблочные выжимки,
свекловичный жом, отходы цитрусовых, корзиночки подсолнечника[2], но для Сибири
эти виды сырья не являются единственным источником для получения пектиновых
веществ.
Особый интерес в качестве сырья для получения широкого ассортимента
ценных продуктов представляет древесная зелень хвойных пород. Древесная зелень
сосны обыкновенной может служить сырьем для получения хлорофилло - каротиновой
пасты, эфирного масла, воска, а так же пектиновых веществ. Полученные продукты
могут использоваться в пищевой и фармацевтической промышленности.
Целью настоящего исследования являлось изучение потребительских свойств
пектиновых веществ древесной зелени сосны обыкновенной.
Пектиновые вещества, выделенные из различных источников сырья, отличаются
составом и функциональными свойствами. Нами разработана технология пектиновых
веществ из древесной зелени сосны обыкновенной. Определены органолептические
8
показатели полученных образцов пектиновых веществ. Результаты исследований
представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Органолептические показатели пектиновых веществ древесной зелени
сосны обыкновенной
Наименование показателя
Внешний вид
Характеристика
Порошок тонкого помола без посторонних
примесей. Допускается наличие
волокнистой фракции пектина в виде
хлопьев.
Слабокислый
Отсутствует
От светло – серого до кремового
Вкус
Запах
Цвет
Результаты исследований показали, что полученные пектиновые вещества
древесной зелени сосны обыкновенной по органолептическим показателям полностью
соответствуют ГОСТ 29186 - 91[2].
Одним из показателей влияющих на технологические свойства пектиновых
веществ является зольность. Известно, что количество зольных элементов определяет
качество пектиновых веществ, влияя на желирующую способность: чем ниже
зольность, тем лучше желирующая способность. Зольность пектиновых веществ
древесной зелени сосны обыкновенной не превышает 10 %. Полученные результаты
подтверждают хорошую желирующую способность пектиновых веществ древесной
зелени сосны обыкновенной.
Таким образом, полученные результаты по изучению потребительских свойств
пектиновых веществ древесной зелени сосны обыкновенной свидетельствуют о том,
что древесная зелень сосны обыкновенной может использоваться в качестве сырья для
получения пектиновых веществ.
Библиографический список:
1.
Лейн Т.Е. Краткий обзор состояния рынка пектинов в России // Пищевые
ингредиенты, 2004. № 1. С.9 -10.
2.
Донченко Л. В. Технология пектина и пектинопродуктов. М: ДеЛи, 2000. 255с.
3.
ГОСТ 29186 – 91. Пектин. Технические условия. М. - 1993.- С. 5 - 11.
УДК 665.57
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗРЕЛЫХ ПЛОДОВ MALUS BACCATA
М.С. Петухова
рук. – д.х.н., профессор Л.П. Рубчевская
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Применение плодов Malus baccata ограничено вследствие недостатка сведений об
их химическом составе. Ранее проведенные исследования химический состав плодов
касались лишь использования этих растений в селекции для улучшения устойчивости
9
крупноплодных сортов к низким температурам и вредителям. Известные в настоящее
время способы переработки плодов не позволяют в полной мере использовать Malus
baccata как сырье и, несмотря на то, что они содержит большое количество
биологически активных веществ, не востребована для промышленной переработки. В
этой связи становится актуальной разработка комплексной технологии переработки
биомассы Malus baccata, что требует проведения дополнительных исследований ее
химического состава.
В представленной работе приведены результаты исследования химического
состава зрелых плодов Malus baccata, собранных в сентябре месяце. Биомассу
высушивали по условиям, предусмотренным Государственной фармакопеей. Химический
состав биомассы Malus baccata исследовался по методикам [1 - 5].
В таблице 1 приведены результаты исследования содержания экстрактивных
веществ. При этом, количество веществ, извлекаемых водой (37,95 % а.с.м.) превышает
содержание веществ, экстрагируемых 96 % - ным этиловым спиртом (21,25 % а.с.м.) и
гексаном (1,14 % а.с.м.).
Среди
полисахаридов
в
плодах
Malus
baccata
преобладают
трудногидролизуемые полисахариды (19,97 % а.с.м.), количество легкогидролизуемых
полисахаридов в два раза ниже. Количество лигниновых веществ составляет 24,87 %
а.с.м.
Таблица 1- Химический состав зрелых плодов Malus baccata, % от а.с.м.
Наименование компонента
Вещества, извлекаемые 96 % этанолом
Вещества, извлекаемые водой
Вещества, извлекаемые гексаном
Легкогидролизуемые полисахариды
Трудногидролизуемые полисахариды
Лигниновые вещества
Хлорофиллы А + В, мг%
Каротиноиды, мг%
Водорастворимые пектиновые вещества
Протопектин
Витамин В1, мг %
Витамин Р, мг %
Фенольные соединения, мг на100г
Содержание
21,25
37,95
1,14
8,69
19,97
24,87
9,48
0,28
0,83
0,98
9,90
0,60
567,8
Пигменты являются важными соединениями растений, поэтому представлялось
интересным определить их содержание в зрелых плодах Malus baccata. Эти сведения
имеют большое значение для промышленной переработки плодов. В составе
пигментов доминируют хлорофиллы. Их количество составляет 9,48 мг%, что
многократно превосходит содержание каротиноидов – 0,28 мг%.
Среди пектиновых веществ в зрелых плодах преобладает протопектин (0,98 %
а.с.м.), но его количество незначительно превышает содержание водорастворимых
пектиновых веществ (0,83 % а.с.м.), что объясняется тем, что по мере созревания плодов в
них накапливается фермент протопектиназа, при помощи которой протопектин
превращается в растворимый пектин, в результате чего плоды приобретают мягкость.
В плодах и ягодах обнаружены почти все известные в настоящее время
витамины. Многие из них содержатся в плодах и ягодах в очень малых количествах.
Результаты исследования показывают, что в зрелых плодах преобладает витамин В1,
10
его содержание составляет 9,90 мг %, в то время как содержание витамина Р составляет
лишь 0,60 мг %.
Таким образом, изучение химического состава плодов Malus baccata показало
целесообразность вовлечения биомассы растения в производство натуральных
растительных экстрактов, что позволит расширить область их применения.
Библиографический список:
1.
Государственная фармакопея СССР. – 11-е изд. - М., 1989. - Т. 2. – 389 с.
2.
Рязанова Т. В., Чупрова Н. А., Исаева Е. В. Химия древесины: Учеб. пособие для
студентов спец-стей 26.03.03, 26.03.04 всех форм обучения. – Красноярск: КГТА, 1996.
– 358 с.
3.
Методы определения витаминов (химические и биологические) /Под ред. А.
Девятнина. - М.: Пищепромиздат, 1954. – 135 с.
4.
Методы биохимического анализа растений /Под ред. В. В. Полевого. - Л., 1978. С. 90-100.
5.
Донченко Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов.- М: ДеЛи, 2000.- 255с.
УДК 561.284.579.61
ИЗУЧЕНИЕ МОРФОЛОГИИ ГЛУБИННОГО МИЦЕЛИЯ ГРИБОВ
ВЕШЕНКИ ОБЫКНОВЕННОЙ (PLEUROTUS OSTREATUS)
И СЕРНО-ЖЕЛТОГО ТРУТОВИКА (LAETIPORUS SULPHUREUS)
О.В. Киселева, Е.А. Мельникова, А.В. Гаврилин, К.А. Квиткевич
рук. – д. х.н., профессор П.В. Миронов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Целью данной работы являлось изучение морфологии глубинного
культивирования мицелия грибов вешенки обыкновенной (ВО) и серно-желтого
трутовика (СЖТ) с целью получения белкового продукта.
Глубинное культивирование имеет ряд преимуществ по сравнению с
поверхностным: для мицелия, растущего в толще питательной среды создаются
одинаковые условия (химические и физические); механическое перемешивание среды и
непрерывная аэрация способствует росту мицелия и накоплению продуктов обмена,
так как в этих условиях скорость диффузии кислорода выше. Глубинный метод
экономичней и не требует дорогостоящего оборудования. Глубинное культивирование
грибов с целью получения пищевого белка проходит в строго определенных режимах,
обусловленных физиологическими потребностями гриба, с соблюдением стерильности
на всех этапах ферментационного процесса.
Пищевой белок, получаемый из грибов, был впервые получен в 60-е годы. В
настоящее время биомасса глубинного мицелия для использования в качестве
пищевых продуктов в России не производится. На сегодняшний день в мире и в России
существует дефицит белка, так как он является наиболее дефицитным компонентом
пищи. Основным конкурентом на рынке белковых пищевых добавок является соевый
протеин. Химический анализ в том числе анализ аминокислотного состава был
проведен ранее [1-3].
11
Рисунок 1 – Микрофотография мицелия глубинной культуры серно-желтого
трутовик (80 ч культивирования)
Рисунок 2 – Микрофотография мицелия глубинной культуры вешенки
обыкновенной (80 ч культивирования)
При культивировании мицелия вешенки в целом его морфология сохраняется.
Даже при накоплении значительного количества биомассы структура мицелия
сохраняется, что хорошо видно на оптической микрофотографии (рисунок 2).
Интересно отметить, что в этом случае отдельные гифы скорее всего не срастаются,
поскольку вязкость культуральной жидкости, ее реология существенно не изменяются
в процессе накопления биомассы. Текучесть культуральной жидкости даже после
окончания культивирования мало отличалась от текучести в начальный период
культивирования.
Обращает на себя внимание, что как при культивировании вешенки, так и при
культивировании серно-желтого трутовика в глубинной культуре, грибы не выделяли в
культуральную жидкость экстрацеллюлярные полисахариды. Последние обычно
выделяются при культивировании в поверхностных условиях на жидких средах, что
сопровождается образованием воздушного мицелия. Каких либо признаков
гелирования культуральной жидкости в случае культивирования в глубинных
условиях, не отмечено.
Белки мицелия СЖТ и ВО сравнивали с аминокислотным составом эталонного
белка (шкала ФАО/ ВОЗ). Результаты анализа приведены в таблицы 1.
Из таблицы 1 видно, что белки лимитированы в первую очередь по триптофану
(отсутствует в обеих культурах). В белке вешенки значительно меньше по сравнению с
12
эталонным белком метионина и цистеина (18 %), а затем тирозина (68,5%) и
изолейцина (85,5%). Зато значительно больше лизина, лейцина, валина и
фенилаланина. В белке мицелия СЖТ по сравнению с эталонным белком меньше
метионина и цистина, треонина и валина. Очень много лейцина (245 %), фенилаланина
и тирозина.
Таблица 1 – Cодержание незаменимых аминокислот в белках
Незаменимые
аминокислоты
Изолейцин
Лейцин
Лизин
Метионин+цистин
Треонин
Валин
Фенилаланин+тирозин
Триптофан
Эталонный белок, %
4,0
7,0
5,5
3,5
4,0
5,0
6,0
1
В.О, %
3,4
8,4
4,2
0,65
5,6
7,4
4,1
-
СЖТ, %
4,7
17,2
4,0
1,9
3,7
7,2
6,5
-
В целом можно считать, что белки мицелия серно-желтого трутовика и особенно
вешенки характеризуются высоким содержанием особо ценных незаменимых
аминокислот.
Выводы:
Перспективным
направлением
получения
белка
является
использование для этой цели грибной биомассы. Известно, что биологическая ценность
белков микробной и грибной биомассы превышает ценность белков злаковых и
бобовых культур. Если сопоставить производство грибного мицелия с процессом
синтеза белков животных, то выявится ряд его преимуществ. Помимо того, что здесь
выше скорость роста, превращение субстрата в белок происходит несравненно
эффективнее, чем при усвоении пищи домашними животными. Нелишне напомнить,
что корма для животных должны содержать некоторое количество белка, до 15-20,5% в
зависимости от вида животных и способа их содержания. Положительным фактором
является и волокнистое строение выращенной культуры; текстура массы мицелия
близка к таковой у естественных продуктов, поэтому у продукта может быть
имитирована текстура мяса, а за счет добавок - его вкус и цвет. Плотность продукта
зависит от длины гиф выращенного гриба, которая определяется скоростью роста.
Библиографический список:
1.
Варфоломеев С.Д. Биотехнология. Кинетические основы микробиологических
процессов: учеб. пособие для вузов /С.В. Калюжный. – М.: Высш.шк., 1990.-296с.
2. Бисько, Н.А. Высшие съедобные базидиомицеты в поверхностной и глубинной
культуре / А.С. Бухало, С.П. Вассер [и др.]. – Киев: Наукова думка, 1983. – 312с.
3.
Билай, В.И. Методы экспериментальной микологии. под. ред. Киев. Наукова
Думка, 1973, 545 с
13
УДК 630*6
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕСТРУКЦИИ МАЗУТА АКТИНОМИЦЕТАМИ
Т.А. Тихонова
рук. – к.т.н., доцент О.С. Федорова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Актуальность проблемы ликвидации загрязнений нефтепродуктами очевидна
как с экологической, так и с экономической точек зрения, поскольку этот вид
загрязнений принял катастрофический характер и на суше (места добычи,
транспортные магистрали) и на акваториях (аварии танкеров, сброс в водные бассейны
промышленных отходов и т. д.) [1].
Одним из самых эффективных методов удаления нефтепродуктов является
применение нефтяных сорбентов. Сорбционные технологии используются в целях
ограничения распространения и сбора нефтепродуктов с различных поверхностей,
очистке нефтезагрязненных поверхностей. Биологические методы предусматривают
применение сорбентов в качестве носителей биопрепарата в процессе очистки.
Сорбенты могут иметь разную природу, но чаще применяются полимерные сорбенты на
основе смол. В нашем случае было изготовлена опытная партия карбамидного
полимерного сорбента с введением в состав композиции измельченной коры березы и
лиственницы [2,3].
Главную роль в процессах биодеградации нефтепродуктов играют
микроорганизмы. В тех случаях, когда удаление или ликвидация загрязнения
известными способами невозможны или не эффективны, или могут нанести еще
больший вред окружающей среде, единственно приемлемой является только
биодеградация [4].
Именно актиномицеты доминируют на поздних стадиях микробной сукцессии,
когда создаются условия для использования труднодоступных субстратов. Активация
актиномицетной микрофлоры происходит при внесении в почву крахмала, хитина,
нефтепродуктов. В то же время из-за медленного роста актиномицеты не способны
конкурировать с немицелиальными бактериями за легкодоступные вещества [5].
Наше исследование было начато с целью подобрать микробные штаммы и
сорбенты для восстановительных работ на месте розлива топочного мазута в поселке
Кедровый Красноярского края.
Группа актиномицетов была выделена из загрязненной почвы на агаризованном
почвенном экстрактеи и глюкозо – пептонный агаре. Активность всех штаммов к
деструкции мазута проверялась на селективной среде Мюнца [6].
Для определения способности выделенных штаммов к биоокислению
компонентов мазута была поставлена серия экспериментов, задачей которых было
уточнить возможность использовать комплексное воздействие биомассы микробных
штаммов в сочетании с карбамидными сорбентами, модифицированными корой березы
и лиственницы, полученными на нашей кафедре ранее и эффективными в отношении
нефтяных загрязнений.
Почвенные модельные испытания выделенных мазутокисляющих штаммов 4тн,
VII проводили в нестерильных условиях, в контейнерах с искусственно загрязненной
мазутом почвой с концентрацией 30 % (мас) в нескольких вариантах. Одна параллель
представляет собой три повторности с разной концентрацией сорбента – 1, 3 и 5 % от
массы почвы. Эксперимент проводили 25 недель при 18 ºС.
14
По итогам модельного почвенного эксперимента были получены результаты,
которые однозначно подтверждают возможность биологической деструкции тяжелых
углеводородов, входящих в состав мазута. Вносимый сорбент, кроме расширения
питательной базы, играет и роль мелиоранта, улучшая структуру почвы и доступность
кислорода. Количественно процесс снижения концентраций мазута оценивался в
динамике на 20, 40, 60, 95 –е сутки экспозиции (рисунок 1).
90
80
66,2
70
деструкция, %
82,7
77,8
60
75,45
66,9
61,66
55,76
52,57 53,7
49,9
50 42,85
40
42,59
30
20
10
0
1
2
3
20 сут
40 сут
4
60 сут
5
6
95 сут
Рисунок 1 – Динамика деструкции мазута модифицированными сорбентами
в модельном опыте:
1 – сорбент с корой березы, 1 %; 2 – сорбент с корой березы, 3 %;
3 – сорбент с корой березы, 5 %; 4 – сорбент с корой лиственницы,
1 %; 5 – сорбент с корой лиственницы,
3 %; 6 – сорбент с корой
лиственницы, 5 %
Результаты показывают, что внесение 1% сорбента недостаточно – в любом
варианте модификации сорбента. С корой березы максимальная деструкция за три
месяца составляет менее 50%, с корой лиственницы сразу в первые 20 суток составила
52,6 % и практически осталась на этом уровне, несмотря на повторное внесение
биомассы.
В целом более полное разрушение углеводородов мазута происходит при
участии в процессе биодеструкции сорбента, модифицированного измельченной корой
березы и составляет 82,7 % за 95 суток.
Если принять во внимание, что теплое время года у нас очень короткое, то
следует стремиться к снижению сроков рекультивации, чтобы успеть внести на
восстановленные участки еще семена устойчивых к остаточным концентрациям
растений. Поэтому, учитывая, что через 60 суток после обработки сорбентом с корой
березы в 3 и 5 % -м варианте уровень загрязнения снижается на 75 % и 77 %
соответственно, и за весь следующий месяц возрастает только на три, пять процентов,
возможно, проводить активную работу по рыхлению и поливу обработанных
территорий два месяца.
Что касается сорбента с корой лиственницы, опыт показывает, что его влияние
по ходу процесса несколько хуже выражено количественно на более поздних этапах
восстановительного периода, в средних концентрациях (3 %) – меньше на 16,2 %, в
высоких (5 %) – 7,3 %.
Через семь недель с начала процесса дополнительное внесение активированной
биомассы штамма VII не дало резкого скачка утилизации, ощутимо сказалось только в
вариантах с трех- и пятипроцентным внесением сорбента с модификацией корой
15
березы и при пятипроцентном внесении сорбента с модификацией корой лиственницы.
Можно сказать, что повторная обработка без дополнительного внесения источников
азота и фосфора не дает таких положительных результатов как на 20 сут с начала
процесса.
Если рассматривать измельченную кору березы и лиственницы как
естественный растительный сорбент, то он является дополнительным источником
углеводов и микроэлементов, но не обогащает почву азотом и фосфором, обладает
низкой сорбционной емкостью и не может обеспечить благоприятных условий для
вносимой микрофлоры. Но в составе композиции при модификации полимерного
сорбента расширяет его преимущества. Сравнительная характеристика процессов
деструкции корой березы и модифицированным сорбентом приведена на рисунке 2.
90
деструкция, %
66,9
66,2
70
60
50
82,7
77,8
80
50,7
49,9
40,1
42,85
40
32,6
52,76
42,6
33,3
30
20
10
0
1
2
3
20 сут
40 сут
4
60 сут
5
6
95 сут
Рисунок 2 – Утилизация мазута с применением коры березы и сорбента
с ее содержанием:
1 – сорбент с корой березы, 1 %; 2 – сорбент с корой березы, 3 %;
3 – сорбент с корой березы, 5 %; 4 –кора березы, 1 %;
5 –кора березы, 3 %; 6 – кора березы, 5 %
Максимальная утилизация с применением коры, независимо от количества
внесенной, составила около 50% за все время опыта, при прочих равных условиях, и
ниже показателей с применением сорбента в среднем в 1,6 раза.
Полученные результаты позволяют делать вывод, что выделенные актиномицеты
способны утилизировать тяжелые углеводороды высоких концентраций, так как
концентрация выше 5 % уже является небиодеградабельной без постороннего
вмешательства.
Библиографический список:
1.
Теплотехника [Электронный ресурс]. – ЛитРес, 2009. – Режим доступа:
http://www.fictionbook.ru/author/natalya_burhanova/teplotehnika/read_online
2.
Стригунова, А. А. Получение пеносорбентов с задаными свойствами на основе
карбамидных смол [Текст]: дис. канд. техн. наук: 03.00.16: защищена 28.12.01 / А. А.
Стригунова: Сиб. гос. технол ун-т. – Красноярск, 2001. – 110 с.
3.
Перспективы решения проблемы ликвидации нефтяных загрязнений [Текст] / Т.
В. Рязанова [и др]. – Красноярск.: Вестник СибГТУ № 2, 2000. – 61 – 64 с
4.
Нефтепродукты
[Электронный
ресурс]
–
Режим
доступа:
http://etelien.ru/Collection/20/20_00007.htm
16
5.
Громовых, Т. И. Методы выделения, изучения и культивирования
микроорганизмов [Текст]: учеб. пособие / Т. И. Громовых [и др.] – Красноярск:
СибГТУ, 2002. – 152с.
6.
Нетрусов, А. И. Практикум по микробиологии [Текст]: учеб. пособие для студ.
учеб. заведений / А. И. Нетрусов [и др.] / Под ред. А.И. Нетрусова. – М.: Изд. центр.
«Академия», 2005. – 608 с.
УДК 630*6
ВЛИЯНИЕ НИТРАТНОГО АЗОТА НА РОСТ БАКТЕРИЙ НА СРЕДАХ С НЕФТЬЮ
Л. В. Фейзер
рук. – к.т.н., доцент О. С. Федорова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Для России проблема ликвидации разливов нефти особенно актуальна,
поскольку на ее территории в настоящее время эксплуатируется более 200 тыс. км
магистральных и 350 тыс. км промысловых трубопроводов [1]. Попадание нефти и
нефтепродуктов в окружающую среду приводит к возникновению экологически
опасных ситуаций, вызывающих разрушение почвенного покрова, загрязнение
атмосферы, проникновение нефти в водоемы, и, в конечном счете, к обширному
токсическому воздействию нефти и нефтепродуктов на живые организмы [2].
В настоящее время разработаны различные способы биодеградации
углеводородов нефти, но наиболее перспективными, на сегодняшний день, является
биологические, основанные на внесении ассоциаций специально выделенных
микроорганизмов в загрязненную экосистему. Установлено, что в окислении
углеводородов нефти доминирующая роль принадлежит разнообразным группам
микроорганизмов (бактерии, грибы, актиномицеты, дрожжи), среди которых особая
роль в трансформации нефтяных загрязнений принадлежит нефтеокисляющей
микробиоте [3]. Ранее проведенными исследованиями [4] было установлено, что
существенное влияние на рост биомассы нефтеокисляющих микроорганизмов
оказывает концентрация в среде азотосодержащих веществ.
Целью настоящей работы являлось исследование влияния количества нитратного
азота в синтетической среде, на накопление биомассы штамма 11 аб.
Объектом нашего исследования являлся штамм 11 аб (относящийся к роду
Micrococcus),
выделенный
из
нефтезагрязненной
почвы
Кемчугской
нефтеперерабатывающей станции методом накопительной культуры [5].
Культивирование проводили на минеральной среде Мюнца следующего состава:
KNO3 – 1г/л; KH2PO4 – 0,14 г/л; Na2HPO4 – 0,6 г/л; MgSO4·7H2O – 0,2 г/л; рН = 6,98; с
добавлением смеси микроэлементов (Н3ВО3 – 5 г/л; (NH4)2MoO4 – 5 г/л; KI – 0,5 г/л;
NaBr – 0,5 г/л; ZnSO4 ·7H2 O – 0,2 г/л; Al 2 SO4 ·18H2 O – 0,3 г/л); нефть 1 % (об) в
качестве единственного источника углерода и энергии [6]. Жидкофазное
культивирование проводили в лабораторных ферментерах (емкостью 0,5 л),
снабженных аэрирующими устройствами с расходом воздуха 1,0 л/мин, 2,0 л/мин, 3,0
л/мин на литр среды соответственно. Концентрацию нитрата калия варьировали в
интервале (г) 0,4 – 1 – 1,6 г соответственно; рН среды 6,8; температ ура
22±2 С.
º Оценку процесса в динамике вели по АСБ и КОЕ
17
Динамика накопления биомассы штамма 11 аб при разных концентрациях КNO3
и аэрировании представлена на рисунках 1, 2, 3.
Рисунок 1 - Влияние концентрации KNO3 на накопление биомассы при расходе
воздуха 2,0 л/мин на литр среды
Рисунок 2 – Влияние концентрации KNO3 на накопление биомассы при расходе
воздуха 3,0 л/мин на литр среды
Рисунок 3 – Влияние концентрации KNO3 на накоплении биомассы при расходе
воздуха 1,0 л/мин на литр среды
Анализируя представленные зависимости видно, что максимальный выход
биомассы наблюдается на вторые сутки культивирования 2,69 г/л (рисунок 2) при
концентрации нитрата 1,6 г и расходе воздуха 3,0 л/мин на литр среды. Однако,
высокие показатели получились с концентрацией нитрата 1 г и расходе воздуха 2,0
л/мин на литр среды (рисунок 1), накопление биомассы на вторые сутки 1,965 г. Рост
18
культуры проходил менее интенсивно с концентрацией нитрата 1,6 г/л, и
расходом возд уха 2,0 л/мин на литр среды (рисунок 1), прирост биомассы составил
1,695 г также на вторые сутки культивирования. Самый медленный рост наблюдался
при расходе воздуха 1,0 л/мин на литр среды, здесь максимальный выход биомассы не
превысил 1,585 г и наблюдался только на 3 сутки. Анализируя полученные
зависимости на рисунке 3 можно заметить, что во всех случаях явно выражена
затянутая лаг – фаза, это можно объяснить использованием неактивированного на
нефтесодержащей среде инокулята, переносом биомассы с богатой питатательной
среды МПА на простую минерольную среду, а так же возможно низкой плотностью
инокулята. Накопление биоммасы на четвертые сутки во всех случаях отсутствует,
кроме культивирования при концентрации нитрата 1,6 г/л и расходе воздуха 2,0 л/мин
на литр среды (рисунок 1), накопление АСБ составило 2,08 г.
На основании приведенных зависимостей можно заключить, что на рост
микроорганизмов существенное влияние оказывает не только расход воздуха, но и
количества внесенного нитрата. В связи с тем, что задачей данного эксперимента
являлось изучения влияния нитратного азота, на накопление биомассы при малой
продолжительности процесса, то можно сказать, что наиболее благоприятными
условиями культивирования штамма 11 аб является концентрация нитрата 1,6 г/л при
расходе воздуха 3,0 л/мин на литр среды, так как уже на вторые сутки выход абсолютно
сухой биомасса составил 2,69 г/л. При этом количество жизнеспособных клеток на
вторые сутки культивирование составил 4,2·109 кл/мл и к концу проведения процесса (4
сутки) 5,8·108 кл/мл. Количество биомассы и титр живых клеток при выбранных
условиях культивирования представлен в таблице 1.
Таблица 1 – Влияние продолжительности культивирования на количество КОЕ
штамма 11 аб
Продолжительность
культивирования, сут
0
1
2
3
4
Количество
АСБ, г/л
биомассы, Титр КОЕ, кл/мл
0,52
1,835
2,69
2,18
1,825
4,0·106
5,9·108
4,2·109
1,9·109
5,8·108
Из таблицы 1 видно, что количество КОЕ с накоплением АСБ возрастает.
Отмечается высокая скорость роста клеток микроорганизмов на МПА. Обнаружить
появление колоний после рассева на чашки Петри возможно уже через 12 – 14 ч. Это
говорит о том, что клетки суспензии находятся в активном состоянии и способны к
быстрой адаптации в новых условиях, и на 4 сутки, без изменения условий происходит
отмирание живых клеток. Дальнейшее культивирование нецелесообразно, так как титр
КОЕ снижается.
По сопоставлению полученных результатов можно заключить, что наиболее
благоприятными
условиями
жидкофазного
периодического
глубинного
культивирования штамма 11 аб, является концентрация нитрата калия 1,6 г/л с
расходом воздуха 3,0 л/мин на литр среды, так как уже на вторые сутки
культивирования накопление асб составило 2,69 г.
19
Библиографический список:
1.
Нефть и нефтепродукты – загрязнители почв [Электронный ресурс]. – Режим
доступа: http://planetadisser.com
2.
Экология Ханты – Мансийского Автономного округа [Текст] / под ред. В.В.
Плотникова. – Тюмень: СофтДизайн,1997. – 288 с.
3.
Туманян, А. Ф. Батовская Е. К. Влияние нефтяного загрязнения на состояние
почв [Текст] / А. Ф. Туманян, Е. К. Батовская // Технология нефти и газа. – 2009 – №6
(65). – С. 8 – 12.
4.
Федорова, О.С. Получение комбинированного биопрепарата для борьбы с
нефтяными загрязнениями на основе иммобилизованной аборигенной микрофлоры
[Текст]: дис. канд. техн. наук: 03.00.23: защищена 29.12.05 / О.С. Федорова: Сиб. гос.
технол ун-т. – Красноярск, 2005. – 183 с.
5.
Практикум по микробиологии [Текст]: учеб. пособие для студ. Выш. Учеб.
заведений / А.И. Нетрусов [и др.]. – М.: Издательский центр «Академия»,2005. – 608 с.
6.
Родина А.Г. Методы водной микробиологии [Текст] / А. Г. Родина. – М.: Наука,
1965. – 455 с.
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ НЕФТЕОКИСЛЯЮЩЕГО ШТАММА 12М
НА УГЛЕВОДОРОДНЫХ СРЕДАХ
М.В. Фейзер
рук. – к.т.н., доцент О. С. Федорова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Нефть – ценнейшее сырье, без использования которого невозможна современная
цивилизация. Однако процессы добычи, транспортировки, хранения и переработки
нефти и нефтепродуктов очень часто становится источниками загрязнений
окружающей среды, которое может приобретать катастрофические масштабы [1].
В настоящее время, существует большое количество методов, позволяющих
снизить концентрацию загрязнителя в окружающей среде. Но наиболее перспективны –
микробиологические, основанные на интродукции активных углеводородокисляющих
микроорганизмов в загрязненную среду. Данный подход требует выделения и изучения
активных микроорганизмов – нефтедеструкторов, наращивания их биомассы и
последующего внесения в нефтезагрязненный объект [2].
Целью нашего исследования является подобрать наиболее благоприятный состав
питательной среды для жидкофазного культивирования, позволяющий получить
биомассу углеводородокисляющей микрофлоры в короткое время.
Методика работы
Объектом настоящего исследования является нефтеокисляющий штамм 12М.
Данный штамм был выделен из нефтезагрязнённой почвы нефтехранилища ОАО
«Краз» Советского района Красноярского края. По экспериментальным данным было
установлено, что штамм 12М относится к роду Pseudomonas [3].
Устанавливая влияние минерального состава среды на процесс наращивания
биомассы, проводили жидкофазное культивирование в лабораторных ферментерах
снабженных аэрирующим устройством, с расходом воздуха 1 л/мин, при 25 0С и
использовании сырой нефти, в качестве единственного источника углеродного питания
и энергии, с концентрацией 1 % (об). Культивирование проводили на трёх средах
20
различного минерального состава: Мюнца, Ворошиловой – Диановой и среда №4 в
течение 5 суток. Главным критерием выбора сред являлся источник азотного питания
(окисленный, восстановленный и смешанный форме) [4,5].
Результаты и обсуждение
Результаты культивирования на выбранных средах представлены на рисунке 1.
Из построенного графика видно, что наибольший выход биомассы достигается на среде
Ворошиловой – Диановой.
Рисунок 1 – Влияние среды и продолжительности культивирования
на накопление биомассы штамма 12М
Из граафика видно, что на начальном этапе культивирования длительность лагфазы затянута, это можно объяснить резкой сменой богатой питательной среды МПА
на простую минеральную среду, а также возможной низкой контрационной долей
инокулята.
Накопление биомассы штамма 12М на исследуемых средах характеризуется
более высокой скоростью роста на среде Ворошиловой - Диановой, уже на 4 сутки оно
составляет 3,4 г/л, следует отметить, что на среде Мюнца также наблюдается
значительный прирост биомассы, который на 3 сутки составил 2,9 г/л. Отсюда можно
заключить, что данная среда также может использоваться при необходимости быстрого
прироста биомассы. На среде №4 рост проходил менее интенсивно, и максимальный
прирост биомассы составил 0,92 г/л, что почти в два раза меньше чем на среде Мюнца
и Ворошиловой – Диановой. Из чего можно заключить, что восстановленный азот
входящий в состав среды №4 не способствует большему накоплению биомассы, и
данную среду лучше не использовать.
Учитывая, что задачей культивирования было получить максимальный выход
активной микробной массы, то в течение всего процесса, каждые 24ч определяли
количество колониеобразующих единиц (КОЕ). Результаты приведены в таблице 1.
Из таблицы видно, что количество КОЕ с накоплением биомассы возрастает.
Отмечается высокая скорость роста клеток микроорганизмов на МПА. Рост клеток
после рассева на МПА проявлялся в течение первых суток. Это говорит о том, что
клетки суспензии находятся в активном состоянии и способны к быстрой адаптации в
новых условиях.
По мере приближения к предельной численности, рост замедляется, причём
лимитирующими факторами может быть изменение в составе среды, уменьшение
21
количества доступного субстрата, снижение жизненного пространства, накопление
токсичных форм продуктов метаболизма. Очевидно, что при периодическом
культивировании с течением времени ухудшаются условия жизнедеятельности
микроорганизмов в среде, увеличиваются затраты клетки на поддержание жизни. При
посеве на агаризованные среды, после десятикратных разведений не все они способны
расти и образовывать колонию, то есть снижается общий уровень активных клеток.
Таблица 1 – Влияние состава среды и продолжительности культивирования
на количество КОЕ штамма 12М
Продолжит
ельность
культивиро
вания, ч
12
24
48
72
96
Среда Мюнца
Количеств
о
биомассы
г/л
КОЕ
0,21
0,465
0,875
2,935
1,944
3,16·106
4,8·107
3·108
4,6·109
1,2·109
Среда Ворошиловой –
Диановой
Количеств КОЕ
о
биомассы
г/л
0,27
0,335
0,453
2,747
3,385
2,82·106
5,6·107
2,2·108
3,9·109
3,6·1010
Среда №4
Количеств
о
биомассы
г/л
0,2
0,296
0,665
0,825
0,92
КОЕ
2,02·106
4·107
1,1·108
6,2·108
1,08·109
Уже на пятые сутки культивирования наступает стационарная фаза роста, при
которой, в отличие от накопления биомассы, количество живых клеток практически не
изменяется, рост колоний после рассева на чашки Петри обнаруживается только на
вторые сутки. В конце процесса, без изменения условий, происходит отмирание живых
клеток. По этим причинам наращивание нефтеокисляющего штамма 12М в
периодической культуре методом глубинного культивирования, при периодической
продувке, должно быть ограничено началом стационарной фазы (3 – 4 сутки), когда
наблюдается высокая активность микроорганизмов и максимальное количество живых
клеток. Дальнейшее культивирование только снижает качество микробной культуры.
Чтобы оценить влияние воздействия штамма 12М на деструкцию углеводородов
нефти, по завершению культивирования (на 5 суток) был определён процент
остаточной нефти. Установлено, что высокий процент утилизации был достигнут на
всех трёх исследуемых средах (от 89 % до 92 %), а максимальный результат был
показан на среде Ворошиловой – Диановой – 92 %. По полученным данным можно
заключить, что процесс культивирования можно вести на двух исследуемых средах
(Мюнца и Ворошиловой – Диановой) так как их состав полностью соответствует
физиологическим потребностям штамма 12М. Если биомассу необходимо получить в
короткие сроки (не более 48 ч), то следует использовать среду Мюнца. А если же
существует возможность продлить процесс до 4 – 5 суток, то следует выбрать среду
Ворошиловой - Диановой, так как на ней достигались максимальные результаты
выхода биомассы, количества КОЕ (1010).
Библиографический список:
1.
Экология Ханты – Мансийского Автономного округа [Текст] / под ред. В.В.
Плотникова. – Тюмень: СофтДизайн,1997. – 288 с.
22
2.
Морозов, Н.В. Нефтяное загрязнение в поверхностных водах и методы их
биоремедиации [Текст] / Н.В. Морозов // Вода и экология. – 2007. – №3. – с 28 – 40.
3.
Федорова, О.С. Получение комбинированного биопрепарата для борьбы с
нефтяными загрязнениями на основе иммобилизованной аборигенной микрофлоры
[Текст]: дис. канд. техн. наук: 03.00.23: защищена 29.12.05/ О.С. Федорова: Сиб. гос.
технол ун-т. – Красноярск, 2005. – 183 с.
4.
Определитель бактерий Берджи: в 2 т. Т. 1. / под ред. Дж. Хоулта [и др.]. – М.:
Мир, 1997 – 368 с.
5.
Родина А.Г. Методы водной микробиологии [Текст] / А. Г. Родина. – М.: Наука,
1965. – 455 с.
6.
Практикум по микробиологии [Текст]: учеб. пособие для студ. Выш. Учеб.
заведений / А.И. Нетрусов [и др.]. – М.: Издательский центр «Академия»,2005. – 608 с.
УДК 62.13.53
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИГНИНА ВЕГЕТАТИВНОЙ ЧАСТИ ТОПИНАМБУРА
ДО И ПОСЛЕ БИОДЕСТРУКЦИИ ГРИБАМИ РОДА Trichoderma
М.А. Пикозина
рук. – к.т.н., доцент Н.А. Чупрова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В настоящее время вопросы утилизации отходов растительного сырья являются
наиболее актуальными. Одним из видов такого сырья является топинамбур. Это
обусловлено тем, что топинамбур является продуктивной культурой, обладающей
большими возможностями многоцелевого назначения. Его используют как пищевую,
кормовую, техническую культуру во многих областях современной промышленности.
Известно, что утилизация отходов растительного сырья базируется в основном
на применении химических и термических способов переработки. Альтернативным
вариантом как с экономической, так и экологической точки зрения является их
биотехнологическая переработка, целью которой является получение защитных
биопрепаратов, используемых в практике защиты растений, а также применяемых в
сельском хозяйстве. На основании полученных ранее результатов [1], в качестве
биологического агента целесообразно использовать гриб рода Trichoderma asperellum.
Возможность этого гриба разлагать наряду с целлюлозой лигниновые вещества
ставит его в ряд агентов, способных делигнифицировать растительное сырье, и
позволяет в перспективе использовать эту особенность для создания процессов
биоделигнификации. Управление данными процессами, а также всестороннее их
использование возможно только при детализации механизмов воздействия микробной
биомассы на компонентный состав растительного сырья.
Для оценки влияния гриба рода Trichoderma на вещества лигниновой природы
была проведена биодеструкция вегетативной части. В субстрат вносили споры в
расчете 1·106 спор/г а.с.с.. Культивирование проводили твердофазным методом в
термостате при температуре (27,5- 28,5) °С и начальной влажности субстрата 70 - 80 %.
Продолжительность культивирования составила 16 дней.
Для установления качественных изменений веществ лигниновой природы из
субстрата до и после биодеструкции были выделены препараты диоксанлигнина. В
23
полученных препаратах были исследованы УФ- и ИК-спектры, и определено
содержание основных функциональных групп (таблица 1).
Таблица 1 – Функциональные группы и элементный состав диоксанлигнинов
вегетативной части топинамбура
Содержание, % а.с.в.
Наименование образца
диоксанлигнин
диоксанлигнин
исходный
биодеструктированный
Карбоксильные группы
Фенольные гидроксильные группы
Алифатические
гидроксильные
группы
Общие гидроксильные группы
Углерод
Водород
Кислород
Азот
5,6
0,68
2,12
2,00
1,13
0,71
2,80
65,61
7,20
1,84
66,99
7,35
26,49
0,70
25,15
0,51
Как видно из таблицы,
препараты диоксанлигнинов содержат большое
количество углерода (65,61 – 66,99 %), что согласуется с литературными данными [2].
В окисленном образце наряду с углеродом, кислородом и водородом обнаружен в
небольшом количестве азот 0,51 – 0,71 %.
Высокое содержание углерода и соотношение С:Н > 9
подтверждает
ароматическую природу выделенных препаратов диоксанлигнинов [2].
Элементный состав биодеструктированного диоксанлигнина
немного
отличается от исходного образца. При сравнении первой и второй графы таблицы
наблюдается увеличение количества углерода и водорода, а также незначительное
снижение количества кислорода. По-видимому, это происходит за счет прохождения
таких реакций как деметоксилирование и конденсация.
Гидроксильные группы играют важную роль в химии лигнина. В лигнинах
обнаружены алифатические и фенольные гидроксильные группы в свободной и
этерифицированной формах.
В выделенных препаратах диоксанлигнинов количество фенольных
гидроксильных групп составило 0,68 %. После проведенной биоконверсии количество
этих групп возросло в 2 раза. Это, по-видимому, происходит за счет разрыва
фенилкумарановых структур, а также за счет деметоксилирования.
Алифатические гидроксильные группы в лигнине представлены первичными и
вторичными (α-С-атома) группами. Их общее количество снизилось почти в 3 раза.
Количество общих гидроксильных групп у всех исследуемых препаратов
диоксанлигнинов колеблется от 1 до 3 %. В результате воздействия гриба Trichoderma
на субстраты вегетативной части топинамбура в исследуемых диоксанлигнинах
наблюдается снижение общих гидроксильных групп в 1,5 раза, за счет изменения
количества фенольных и алифатических гидроксильных групп.
Из таблицы 1 видно, что самое высокое содержание карбоксильных групп
приходится на диоксанлигнин, выделенный из исходного субстрата вегетативной части
топинамбура (5,6 %). Это в 2,5 раза больше, чем у биодеструктированого субстрата
24
вегетативной части топинамбура (2 %). Снижение содержания карбоксильных групп в
2,8 раза свидетельствует о протекании процесса декарбоксилирования при
биодеструкции.
При сравнение полученных данных диоксанлигнинов всех субстратов до и после
биоконверсии (таблица 1) видно, что в диоксанлигнине вегетативной части
топинамбура при биоконверсии накапливаются фенольные
гидроксильные и
снижается содержание алифатических и общих гидроксильных групп.
Для подтверждения ароматической природы выделенных препаратов
диоксанлигнинов были сняты УФ и ИК- спектры лигнина.
ИК-спектры диоксанлигнинов вегетативной части топинамбура, полученные из
вегетативной части топинамбура до и после биодеструкции грибом рода Trichoderma,
показывают, что происходит увеличение интенсивности полосы поглощения в
биодеструктированном образце 1515 см-1. Увеличение интенсивности полос в этой
области,
подтверждает
увеличение
ароматичности
диоксанлигнина
биодеструктированого
топинамбура. Это можно объяснить трудностью
пространственного доступа ферментов гриба в ароматическое ядро, в результате чего
грибы ассимилируют более доступный углерод.
Интенсивность полосы поглощения простых эфирных связей
(1280 см-1) у
диоксанлигнина после биодеструкции увеличивается, вероятно, это происходит в
результате сшива разорванных макроцепей лигнина.
Как видно, из сравнительного анализа данных, полученных химическим
методом и ИК-спектроскопией, содержание метоксильных, карбоксильных и
гидроксильных групп в выделенных препаратах диоксанлигнинов в результате
воздействия
Trichoderma
подвержены изменению. Произошло частичное
деметоксилирование, а также расщепление простых эфирных связей в макромолекуле
лигнина, что приводит к увеличению содержания фенольных гидроксильных групп.
Кроме ИК-спектров были сняты также УФ-спектры диоксанлигнинов до и после
биодеструкции. УФ-спектры образцов диоксанлигнинов, показаны на рисунке 1.
Рисунок 1 - УФ-спектры исходного и биодеструктированного диоксанлигнинов.
25
При исследовании УФ - спектров было установлено, что лигнины исходного и
биодеструктированного топинамбуров имеют максимум поглощения в области 270 нм.
Этот максимум характерен для производных фенилпропана.
Таким образом, в процессе биодеструкции диоксанлигнин претерпевает
существенные изменения, что подтверждено распределением функциональных групп, а
также ИК- и УФ-спектроскопией.
Библиографический список:
1.
Культивирование грибов рода Trichoderma на лигно-углеводных субстратах: дис.
… канд. техн. наук: 03.00.23: защищена 25.05.03. / Е. Г. Махова. – Красноярск, 2003. 135 с.
2.
Закис Г.Ф. Методы определения функциональных групп лигнина [Текст]/Г.Ф.
Закис, Л.Н. Можейко, Г.М. Телышева.-Рига: Зиматнэ. 1975.-176с.
УДК 630*6
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ
НА РАСТИТЕЛЬНЫХ СУБСТРАТАХ
М.В. Карачина
рук. - д.т.н., профессор Т. В. Рязанова; к.т.н., доцент О. Н. Ерёменко
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Молочная кислота (СН3СНОНСООН) – натуральная органическая одноосновная
кислота,
образуемая
в
результате
анаэробного
превращения
углеводов
молочнокислыми бактериями. Молочная кислота является продуктом брожения.
Данный процесс вызывают молочнокислые бактерии, которые разнообразны и широко
распространены в природе.
Молочная кислота служит стартовым материалом для получения уникальных
биодеградируемых полимеров (полилактаты), которые в условиях грамотного
компостирования полностью разлагаются на такие безвредные компоненты как вода,
углекислый газ, гумус, и естественным образом участвуют в природном цикле.
Полилактаты являются перспективным заменителем традиционных пластмасс, могут
применяться для производства одноразовой пластиковой посуды, упаковочных
пленочных материалов, высокопрочных материалов, используемых в трансплантологии
и производстве пластиковых труб [1].
Актуальность наших исследований заключается в том, что в настоящее время
существует востребованность в молочной кислоте для производства полилактатов.
Целью исследований явилось изучение возможности культивирования
молочнокислых бактерий на растительных субстратах, в частности, на субстрате,
приготовленном из вегетативной части топинамбура.
Вегетативная часть топинамбура представляет собой лигноуглеводный
комплекс, на долю углеводной части приходится 49,40 %. Количество веществ,
экстрагируемых горячей водой, в топинамбуре составляет 40,80 % от абсолютно сухой
навески, из них 9,80 % составляют редуцирующие вещества.
Высокое содержание редуцирующих веществ даёт возможность рекомендовать
полученный экстракт в качестве субстрата для получения молочной кислоты.
26
В качестве посевного материала использовали накопительную культуру
возбудителей молочнокислого брожения, выделенную на основе молока. Элективную
среду для молочнокислого брожения готовили на основе расплавленного агара с
обратом. Засев осуществляли двух-трех суточной накопительной культурой в
количестве 30 % от объёма субстрата с содержанием КОЕ 1,7 · 109 кл/мл на 100 мл
субстрата. Родовую принадлежность выделенного штамма установили по наличию у
него определенных морфологических и физиологических признаков исходя из
описаний определителя Берджи [2]. Выделенный штамм молочнокислых бактерий
относится к роду Lactobacillus.
Для реализации поставленной задачи осуществили жидкофазное периодическое
культивирование на субстрате, приготовленном из вегетативной части топинамбура, с
начальной концентрацией редуцирующих веществ 2, 5 и 8 %. Длительность
культивирования составила 5-7 сут, температура 30 - 42 оС.
В процессе брожения убыль сахара в субстрате компенсировали добавлением в
бродильную среду в несколько приемов свежих порций субстрата топинамбура с
нужной нам концентрацией редуцирующих веществ, поддерживая концентрацию
сахара в бродящей среде на первоначальном уровне.
Наличие молочной кислоты в культуральной жидкости определили по
качественной реакции «серебряного зеркала», а количественную оценку молочной
кислоты проводили по методике [3].
Результаты культивирования показали, что наибольший выход молочной
кислоты может быть получен в субстрате с концентрацией редуцирующих веществ 5 %
на седьмые сутки культивирования при температуре 30 оС. Выход молочной кислоты
составил 30,0 °Т (0,28 г/л). Также в субстрате увеличилось содержание КОЕ 1,2 · 1012
кл/мл на 100 мл субстрата, что свидетельствует о росте биомассы в процессе
культивирования.
При дальнейшем повышении температуры рост биомассы не наблюдался, а при
увеличении продолжительности процесса культивирования (свыше 7 сут) выход
молочной кислоты уменьшился, вследствие отмирания молочнокислых бактерий.
Таким образом, проведенный эксперимент показал возможность получения
молочной кислоты на субстрате топинамбура. Однако, полученные результаты
показали необходимость детального изучения параметров ферментации с целью
получения более высокого выхода молочной кислоты.
Библиографический список:
1.
Плетнев, М. Ю. Биополимеры, как материал для экологической упаковки: в
фокусе – полилактаты [Текст] / М. Ю. Плетнев // SOFW Journal (русская версия). –
2001. - № 1. – С. 64 – 68.
2.
Хоулт, Дж. Определитель бактерий Берджи [Текст]: в 2 т. Т. 2. Определитель
бактерий Берджи / Дж. Хоулт [и др.]. – М.: Мир, 1997. – 368 с.
3.
Практикум по микробиологии [Текст] : учеб. пособие для вузов / А. И.
Нетрусов, М. А. Егорова, Л. М. Захарчук [и др.]. – М: Издательский центр «Академия»,
2005. – 608 с.
27
УДК 62.13.53
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ОБРАБОТКИ ВЕГЕТАТИВНОЙ ЧАСТИ ТОПИНАМБУРА НА ЦЕЛЛЮЛОЗУ
А.В. Ускова, М.А. Пикозина
рук. - к.т.н., доцент Н.А.Чупрова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Одним из обязательных способов при переработке растительного сырья является
механическая предобработка, заключающаяся в измельчении сырья, что позволяет
значительно увеличить поверхность сырья без изменения его химического состава.
Для интенсификации процесса диффузии в пористых телах весьма перспективны
механические колебания с частотой порядка несколько сот Герц [1]. Для создания
таких колебаний разработаны роторно-пульсационные аппараты. Одним из аппаратов
такого действия является дезинтегратор.
В настоящее время в литературе встречается много работ по применению
аппаратов гидродинамического размола. Отмечается, что в этих аппаратах происходят
процессы подобные тем, которые протекают в дезинтеграторе [1].
При ножевом способе размола имеет место как гидродинамическое, так и
механическое воздействие на волокно. Причём соотношение этих воздействий
практически не принимается во внимание. B основе работы центробежнопульсационных аппаратов лежит безножевой метод обработки растительных
материалов.
Все перечисленные выше физические способы предобработки растительного
материала позволяют повысить коэффициент использования сырья.
Оценка влияния предварительной подготовки вегетативной части топинамбура
показала, что измельчение топинамбура в установке гидродинамического типа
сопровождается извлечением водорастворимых веществ и снижением их содержания в
сырье по сравнению с исходным образцом топинамбура.
Известно, что микроскопические грибы рода Trichoderma и Fusarium способны
активно участвовать в деструкции лигноцеллюлозных компонентов растительного
сырья. Возможность освоения субстрата, степень его трансформации, морфологические
параметры роста, интенсивность спорообразования гриба тесно связаны с природой
субстрата и степенью его подготовки.
Эффективность биотехнологических процессов переработки зависит от
использования трех основных компонентов: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина.
Деградация этих полимеров в природе осуществляется преимущественно благодаря
действию специфических ферментов грибов.
Особый интерес представляет изучение влияния предварительной активации
растительного материала на процесс спорообразования гриба и способность его к
изменению компонентного состава используемого сырья в зависимости от условий
подготовки.
Таким образом, можно отметить, что интенсификация процессов физикохимической и микробиологической переработки возможна лишь при тщательном
анализе изменений качественного и количественного состава отдельных компонентов
сырья.
В
настоящей
работе
изучено
влияние
физико-химических
и
микробиологических методов обработки вегетативной части топинамбура на
целлюлозу.
28
Предварительно в исходном сырье было определено содержание углеводов по
методикам принятым в химии растительного сырья. Данные представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Химический состав вегетативной части топинамбура
Наименование
Моно и олиго сахариды
Легкогидролизуемые
полисахариды
Трудногидролизуемые
полисахариды
Всего полисахаридов
Итого углеводов
Содержание, % от а.с.м.
исходного сырья
21,75
углеводов
32,26
полисахаридов
-
8,93
13,24
19,55
36,74
45,67
67,42
54,49
100
-
80,45
100
-
Как видно из таблицы 1, вегетативная часть топинамбура более чем на
67 %
представлена углеводами, причем большая часть падает на долю трудногидролизуемых
полисахаридов (около 68 % от углеводов). Содержание полисахаридов в топинамбуре
составляет 45,7 %. Трудногидролизуемых полисахаридов в сырье содержится в 4 раза больше
чем легкогидролизуемых.
Поскольку полисахариды исследуемого образца представлены на
80 %
трудногидролизуемыми, в работе рассматривается влияние предварительной обработки
на целлюлозу топинамбура с целью эффективной его переработки [2]. Для этого
использовали различные методы предварительной обработки образца:
- размол в дезинтеграторе (образец 1);
- сухой размол на центробежной мельнице с различным градусом помола и различной
концентрацией топинамбура (образец 2 -310 ШР, образец 3-350 ШР);
- гидроразмол в аппарате типа «струя преграда» (образец 4-180 ШР, образец 5- 800 ШР,
образец 6- 850 ШР).
Из полученных образцов выделяли целлюлозу азотно-спиртовым методом [3].
Физико-химические характеристики получения образцов целлюлозы представлены в
таблице 2.
Таблица 2 - Физико-химические характеристики препаратов целлюлозы
Топинам
бур
1
2
3
Выход
Степень
целлюло полимери
зы
зации
32,7
135
16,2
269
14,3
326
Молекулярная Медное
масса
число
Кислотно
е число
21846
43582
52858
12,0
9,0
8,6
5,5
5,3
5,5
4*
20,8
181
29368
9,3
5,3
5*
6*
30,6
29,6
173
168
28016
27269
10,2
10,3
5,5
5,5
Примечание * выход целлюлозы дан на твердый остаток
29
Степень
кристалличн
ости
0,408
0,334
не
определялась
не
определялась
0,318
не
определялась
Как видно из таблицы 2, выход препаратов целлюлозы неодинаков. В исходном
образце он составил 32,7 %, а в образцах под номером четыре, пять и шесть выход
целлюлозы 20,8 %, 30,6 % и 29,6 % соответственно, причем выход целлюлозы дан в
расчете на твердый остаток, полученный после гидродинамического размола, который
сопровождается частичным извлечением водорастворимых веществ.
Наименьшую степень полимеризации имеет исходный топинамбур после
дезинтеграторного размола. При использовании других видов предварительной
обработки степень полимеризации изменяется. Так центробежная мельница приводит к
увеличению степени полимеризации целлюлозы до 326. Обработка в аппаратах типа
«струя-преграда» способствует более глубокой деструкции целлюлозного материала.
Степень полимеризации снижается по сравнению с образцами под номером два и три
примерно в 1,8 раза. Данные, определяющие медное число согласуются с
молекулярной массой целлюлозы.
По-видимому, такой разброс в величинах
молекулярной массы связан, прежде всего, с особенностями применяемых методов
предварительной подготовки сырья – дезинтеграторный и гидродинамический размол,
в результате которого происходит частичная деструкция исследуемых образцов,
сопровождающихся изменением физико-химических показателей целлюлозы.
Для оценки влияния предварительной подготовки сырья проводили
биодеструкцию топинамбура грибами рода Trichoderma (образец 7-штамм М 99/1 и
образец 8- штамм 99/9) и Fusarium(образец 8- штамм П1-07 и образец 10- штамм Е6-0).
Анализ биодеструктированной вегетативной части топинамбура проводили по
выше описанной схеме. Характеристика образцов целлюлозы представлена в таблице 3.
Таблица 3 - Физико-химические характеристики препаратов целлюлозы
после биодеструкции
Топинамбур
Выход
Степень Молекуляр Медное Кислотное
Степень
целлюлозы Полимерииная
число
число
кристалличност
зации
масса
и
7
28,4/21,5
21
34587
6,7
3,2
0,322
8
29,2/21,8
230
37231
4,5
3,9
0,421
9
25,4/20,32
211
34247
5,0
3,7
не определялась
10
25,8/20,64
250
40471
5,6
3,6
0,331
исходный
32,7
135
21846
12,0
5,5
0,408
Как видно из таблицы 3 выход целлюлозы в процессе биодеструкции снижается,
по сравнению с исходным образцом. Это говорит о том, что биоконверсия способствует
деструкции, по-видимому, аморфной части целлюлозы.
Таким образом, установлено, что степень помола, состав исследуемых образцов и
микробиологическая деструкция оказывают существенное влияние на физикохимические характеристики препаратов целлюлозы, которые зависят как от вида, так и
от штаммов микроорганизмов. Это подтверждается такими показателями как степень
полимеризации, молекулярная масса, медное число и степень кристалличности.
Библиографический список:
1.
Химический состав вегетативной части топинамбура и ее использование/Т.В.
Рязянова, Н.А. Чупрова, А.В.Богданов, Ж.В. Шалина, Л.А. Дорофеева//Лесн.журнал.1997.-№4.-С.71-75
30
2.
Оболенская А.В., Ельницкая З.М., Леонович А.А. Лабораторные работы по
химии древесины и целлюлозы: Уч. пособие для вузов. – М.: Экология, 1991. – 320 с.
3.
Чупрова Н.А., Исаева Е.В. Химия древесины и синтетических полимеров:
Методические указания. – Красноярск: КГТА, 1994, - 64 с
УДК 62.13.53
БИОДЕСТРУКЦИЯ ВЕГЕТАТИВНОЙ ЧАСТИ ТОПИНАМБУРА
ГРИБАМИ РОДА FUSARIUM
И.Г. Климова, М.А. Пикозина
рук.- к.т.н., доцент Н.А. Чупрова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Важнейшими проблемами химической переработки растительного материала на
современном этапе развития технологий является увеличение степени использования
сырья и защита окружающей среды от токсичных промышленных выбросов. На кафедре
химической технологии древесины и биотехнологий СибГТУ проводятся работы по
переработке такого нетрадиционного вида сырья, как топинамбур.
Большое содержание углеводов и веществ белковой природы в топинамбуре
говорит о возможности его биодеструкции с целью дальнейшего использования в
качестве кормового продукта [1]. Биоконверсию топинамбура можно проводить
различными микроскопическими грибами, такими как Тrichoderma, Fusarium и др. Эти
грибы могут являться потенциальными продуцентами целлюлолитических ферментов
[2].
В качестве объекта исследования была выбрана вегетативная часть топинамбура,
отобранная в третьей декаде сентября 2009 года. Измельчение вегетативной части
топинамбура проводили на установке дезинтеграторного типа ДУ-16 (НПО
“Дезинтегратор” г. Таллин), степень помола сырья составила 6 0ШР. В качестве
биодеструктора были выбраны штаммы П1-07 Fusarium oxysporum и Е6-0 Fusarium
semitectum.
Культивирование грибов рода Fusarium проводили твердофазным методом. Динамика
роста штаммов П1-07 и Е6-0 представлена на рисунке 1
Диам етр, м м
100
80
60
40
20
0
0
2
4
6
8
10
Сутки
П1-07
Е6-0
Рисунок 1 - Динамика роста штаммов П1-07 и Е6-0
31
12
14
16
Результаты исследований показывают, что исследуемые штаммы достаточно
активно колонизировали вегетативную часть топинамбура на 12-ые и 14-ые сутки. Рост
грибов лимитировался только размером чашки Петри.
Продолжительность культивирования штамма П1-07 составила 14 суток,
штамма Е6-0 - 12 суток. Ростовой коэффициент, скорость роста и убыль массы
рассчитывали на 3, 6, 8, 10, 12 и 14 сутки. По общим данным определяли динамику
роста штаммов. Ростовой коэффициент, скорость роста и убыль массы штаммов П1-07
и Е6-0 представлены в таблице 1
Таблица 1 - Ростовые показатели штаммов П1-07 и Е6-0
Сутки
3
6
8
10
12
14
Ростовой коэффициент, мм2/сут
П1-07
Е6-0
11,00
66,15
27,9,0
95,34
43,20
96,43
48,00
Скорость роста, мм/сут
П1-07
Е6-0
88,00
84,00
62,00
61,76
57,60
51,40
51,00
Как видно из таблицы 1, по мере роста грибов на субстрате скорость роста
снижается и увеличивается ростовой коэффициент. Однако ростовой коэффициент
штамма Е6-0 значительно превышает РК штамма П1-07. Уже на 8 сутки
культивирования у штамма Е6-0 РК в 3,4 раза выше, чем у штамма П1-07.
Об эффективности воздействия штаммов П1-07 и Е6-0 на субстрат можно
судить по изменению содержания основных компонентов и убыли массы субстрата в
результате культивирования. Данные о химическом составе и убыли массы до и после
биодеструкции штаммами П1-07 и Е6-0 представлены в таблице 2.
Исходный топинамбур представлен почти на 68 % углеводами и на 31 %
экстрактивными веществами.
Как видно из таблицы 2, в процессе культивирования штаммов П1-07 и Е6-0 на
вегетативной части топинамбура наблюдается значительное уменьшение массы
субстрата от 5,7 до 20,5 % для штамма П1-07 и от 7,5 до 20 % для Е6-0.
Количество веществ, экстрагируемых горячей водой, снижается с 31,36 % в
исходном до 23,28 и 24,87 % для штаммов Е6-0 и П1-07 соответственно.
При биодеструкции
накапливаются легкогидролизуемые полисахариды.
Максимальное увеличение в 1,9 раза в сравнении с исходным топинамбуром
наблюдается на 3-и сутки культивирования штамма П1-07 и в 1,5 раза на 6-е сутки
культивирования штамма Е6-0, по-видимому,
за счет активного расщепления
аморфной
части
трудногидролизуемых
полисахаридов.
В
дальнейшем
легкогидролизуемые полисахариды деструктируются до моно- и олигосахаридов.
Максимальное снижение последних наблюдается на 14-е сутки у штамма П1-07 и на
12-е у штамма Е6-0 и составляет соответственно 11,75 и 10,09 %.
Претерпевают изменения и трудногидролизуемые полисахариды, их количество
снижается в 2,07 раза у штамма П1-07 на 14-е сутки и в 1,84 раза у штамма Е6-0 на 12-е
сутки.
В процессе исследования было установлено, что биодеструкции одновременно
подверглись как углеводная, так и лигниновая часть субстрата. Содержание веществ
лигниновой природы в процессе биодеструкции вегетативной части топинамбура также
32
снижается. Причем происходит активное расщепление в 1,4 раза в сравнении с исходным
субстратом для обоих штаммов.
Таблица 2 - Химический состав и убыль массы вегетативной части топинамбура
до и после биодеструкции грибами рода Fusarium
Наименование
компонента
Минеральные
вещества
Водорастворимые вещества
Легкогидролизуемые
полисахариды
Трудногидролизуемые
полисахариды
Сумма
полисахаридов
Всего углеводов
Лигниновые
вещества
Сырой протеин
Убыль массы
Содержание, % а.с.с.
П1-07
8 сут
10 сут 14 сут
6 сут
Исходный
Е6-0
8 сут
3 сут
11,07
10,68
11,10
11,07
11,18
11,14
11,07
11,10
31,36
18,44
21,36
21,24
24,87
29,81
24,80
23,28
8,93
16,86
14,17
12,52
11,75
13,42
11,75
10,09
36,74
28,38
23,01
19,52
17,77
21,40
21,07
19,98
45,67
45,24
37,18
31,92
29,52
34,82
32,82
30,07
67,91
52,44
45,57
41,81
42,92
35,71
34,83
32,77
20,30
21,31
18,22
16,80
14,53
18,46
16,30
14,91
9,26
-
14,22
15,02
15,83
11,70
12,40
12,74
-
5,70
10,48
16,60
20,50
7,5
13,6
20
12 сут
В процессе биоконверсии происходит накопление сырого протеина в 2,2 и 1,4
раза при культивировании штаммов П1-07 и Е6-0 соответственно в сравнении с
исходным субстратом. Это позволяет использовать топинамбур как дополнительный
источник белка в кормах сельскохозяйственных животных.
Таким образом, результаты исследований показали возможность биодеструкции
вегетативной части топинамбура штаммами П1-07 Fusarium oxysporum и Е6-0 Fusarium
semitectum.
Библиографический список:
1.
Рязанова, Т. В. Химический состав вегетативной части топинамбура и ее
использование [Текст] / Т.В. Рязанова, Н.А.Чупрова, А.В. Богданов, Ж.В. Шалина, Л.А.
Дорофеева. // Лесн. журн.-1997. - № 4. - С. 71 - 75.
2.
Клесов А. А. Ферментативное превращение целлюлозы. // Итоги науки и
техники. Сер. Биотехнол. М., 1983. Т.1. 150 с.
33
УДК 61.55.31
ИЗОМЕРИЗАЦИЯ СУЛЬФАТНОГО СКИПИДАРА
НА ПРИРОДНОМ ЦЕОЛИТЕ «САХАПТИН»
С.А. Ильина, О.М. Черкашина
рук. - к.т.н., доцент Г.В. Тихомирова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Скипидар является ценным сырьем для получения монотерпенов и
политерпенов. На состав и свойства продуктов каталитической переработки скипидара
оказывает влияние на способ проведения процесса.
В данной работе использовалось два способа: жидкофазный и дефлегмационно оросительный.
Сырье - сульфатный скипидар Братского ЛПК. Индивидуальный состав
скипидара: α - пинен 68,2 %; камфен 7,0 %;
β
– пинен 4,2 % и дипентен 8,5 %. По
физико-химическим свойствам скипидар соответствовал требованиям ТУ 13-028107836-89.
Катализатор - алюмосиликатный природный цеолит «Сахаптин» Назаровского
месторождения Красноярского края. Использовалась фракция цеолита 2-3 мм,
влажностью 1,5-2,5 %.
Процесс изомеризации скипидара при дефлегмационно-оросительном способе
проходит в трехфазной системе: газ, жидкость и твердое тело.
Для увеличения каталитической активности цеолита, катализатор был
активирован
ортофосфорной кислотой в течение трех часов при комнатной
температуре. Концентрация кислоты варьировалась от 20 до 80 %. Цеолит
отфильтровывался от кислоты и подвергался естественной сушке в течение суток.
Продолжительность изомеризации скипидара составляла 3 часа при температуре
0
165 С. Полученный изомеризат разгонялся на две фракции. Первая фракция
(монотерпены) отбиралась при температуре до 170 0С. Вторая – нелетучий остаток
(жидкие политерпены). Определялся выход фракций и их физико-химические
характеристики. Результаты представлены в таблице 1.
Из таблицы 1 видно, что концентрация ортофосфорой кислоты, взятой для
обработки цеолита влияет на групповой состав полученного изомеризата. С
увеличением концентрации ортофосфорной кислоты от 20 до 40 % выход политерпенов
составляет 72-65 %, дальнейшее увеличение концентрации кислоты приводит к
резкому снижению выхода политерпенов до
6 %. Соответственно выход
монотерпенов увеличивается от 81 до 91 %. Вязкость политерпенов колеблется в
пределах от 350 до 450 сСт.
34
Таблица 1 - Физико-химические характеристики монотерпеновой и политерпеновой
фракции полученные дефлегмационно – оросительным способом
Кон-центрация
кисло-ты
%
20
40
60
80
Выход
монотерпенов от
изомеризата,
%
23
29
81
91
Плотность
монотерп
енов,
г/см3
0,840
0,845
0,848
0,848
Показатель
преломления
монотерпенов
1,4712
1,4733
1,4758
1,4750
Выход
политерпенов от
изомеризата,
%
71,7
64,7
17,5
5,8
Плот-ность
политерпенов,
г/см3
0,920
0,923
0,939
0,945
Показатель
преломления
политерпенов
1,5083
1,5123
1,5117
1,5113
В работе был определен индивидуальный состав монотерпеновой фракции
методом ГЖХ. Идентификация индивидуальных компонентов определялась по
временам удерживания, а количественный состав с помощью определения площади
пика. Результаты представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 - Компонентный состав монотерпеновой фракции (дефлегмационно
– оросительный способ)
Полученные результаты позволяют говорить о том, что мономерная фракция,
полученная на цеолите, активированном фосфорной кислотой 20 и 40 % концентрации
представлена двумя компонентами α - пиненом и камфеном. Происходит накопление
камфена от 55,9 до 68,5 % и соответственно уменьшение содержанияα - пинена от 40,9
до 30,6 %. Дальнейшее увеличение концентрации до 60 % приводит к резкому
снижению содержания камфена от 68,5 до 40,9 % и увеличению содержания α- пинена
от 30,6 до 36,7 %.
При жидкофазном способе изомеризация проходит в двухфазной системе с
перемешиванием. Температура при проведении процесса составляла 160 - 180 °С.
Продолжительность процесса изомеризации варьировалась от 2 до 6 часов.
Методом разгонки определялся групповой состав изомеризата и их физикохимические характеристики. Результаты приведены в таблице 2.
35
Таблица 2 - Физико-химические характеристики политерпеновой и монотерпеновой
фракций, полученных жидкофазным способом
Продолжительность
изомеризации,
ч
2
3
4
5
6
Выход
монотерпе-нов
от
изомеризата, %
80,3
76,1
72,0
83,0
90,8
Плотность
монотерпенов,
г/см3
0,852
0,852
0,853
0,853
0,855
Показа-тель
Выход
преломполителения моно- рпенов от
терпенов
изомеризата, %
1,4715
1,4722
1,4815
1,4727
1,4750
15,60
20,70
25,20
11,70
5,96
Плот-ность Показа-тель
политерпрелопенов,
мления
г/см3
политерпенов
0,976
0,954
0,966
0,934
0,978
1,5158
1,5165
1,5151
1,5152
1,5140
Из таблицы 2 видно, что выход первой фракции, мономеров, колеблется от 72 до
90 %, достигая максимума при продолжительности процесса 6 ч. Выход кубового
остатка, жидких полимеров, колеблется от 6 до 25 % с максимальным выходом при
продолжительности процесса 4 ч.
Дальнейшее увеличение продолжительности до 6 часов приводит к снижению
выхода политерпеновой фракции до 5,96 %. Это можно объяснить с одной стороны
тем, что происходит забивание пор цеолита продуктами реакции (политерпенами) и это
препятствует свободному доступу к активным центрам цеолита, при этом превалирует
реакция обратной изомеризации с образованием α- пинена.
Определение индивидуального состава монотерпеновой фракции показало, что
при увеличении продолжительности процесса от 2 до 4 часов происходит снижение
количества α - пинена от 52,1 до 43,9 % и накопление камфена от 40,4 до 44,9 %.
Дальнейшее увеличение продолжительности процесса до 6 часов приводит к
накоплению α - пинена от 43,9 до 65 % и уменьшению содержания камфена от 44,9 до
29,4 %, что объясняется обратной реакцией изомеризации. Содержаниеβ – пинена и
дипентена остается практически неизменным, 6,0 и 0,8 %, соответственно.
Индивидуальный состав монотерпеновой фракции представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Компонентный состав монотерпеновой фракции (жидкофазный
способ)
На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что процесс
полимеризации скипидара возможен как жидкофазным, так и дефлегмационнооросительным способом, причем наибольший выход полимеров получается при
36
последнем способе, соответственно, наибольший выход монотерпеновой фракции
получается при жидкофазном способе.
Физико-химические характеристики, полученные при изомеризации обоими
способами остаются практически постоянными. Политерпены соответствуют
требованиям ТУ 81-05-19-78 «Полимеры терпеновые жидкие» и могут быть
рекомендованы к практическому использованию.
Состав монотерпеновой фракции, представленный в основном
α
пиненом и камфеном, позволяет рекомендовать эту фракцию как сырье для получения
ценных индивидуальных компонентов.
Библиографический список:
1.
Рязанова Т. В. Использование цеолита Сахаптинского месторождения в синтезе
политерпенов / Т. В. Рязанова и др. // Цеолиты Красноярского края: сб. ст. –
Красноярск, 1998.- С. 61- 66.
2.
Рязанова, Т. В. Технология лесохимических производств. Технология
экстрактивных веществ дерева: учебное пособие для студентов вузов.- Т. В. Рязанова,
С. М. Репях, Б. А. Золин. – Красноярск: Сиб ГТУ , 2004.-Ч.1.-276 с.
3.
Ильина, С. А. Полимеры терпенов на основе скипидара без пинена: сборник
статей студентов и молодых ученых.- С. А. Ильина, О. М. Черкашина, Г. В.
Тихомирова.- Красноярск: Сиб ГТУ, 2009.-Т.1.- 400 с.
УДК 581.1:575.2
ВЛИЯНИЕ УФ-СТРЕССА НА НАКОПЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ
ВЕЩЕСТВ В КАЛЛУСНОЙ ТКАНИ DIGITALIS PURPUREA L.
М.Ю. Бражкина
рук. – д.т.н., профессор Н.А. Величко, Я.В. Смольникова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Объектом данного исследования является наперстянка пурпурная (Digitalis
purpurea L.), которая служит природным источником стероидных соединений
карденолидов, широко применяемых в современной фармакотерапии и не имеющих
синтетических аналогов.
Выход сердечных гликозидов из растения является непостоянной величиной и
зависит от климатических условий, срока вегетации растения, от времени суток, в
которое производится сбор. Наперстянка пурпурная является двулетним растением,
поэтому требует постоянного рекультивирования. Календарные сроки уборки
ограничены. Исходя из этих фактов, экономически интересным и перспективным
представляется создание технологии, при которой осуществлялось бы круглогодичное,
независимое от внешних факторов, культивирование клеток растения и получение
гликозидов на его основе.
Одним из возможных подходов к созданию подобной технологии является
использование культуры ткани наперстянки пурпурной.
Несмотря на многочисленные работы по созданию технологии производства
гликозидов из каллусной ткани, выход конечного продукта остается невысоким,
поэтому поиск механизмов воздействия на вторичный метаболизм с целью повышения
37
биосинтетических способностей наперстянки пурпурной представляется весьма
актуальным.
Одним из способов регуляции вторичного метаболизма in vitro является
воздействие на клеточные культуры различных стрессогенных факторов.
Ультрафиолетовое излучение (УФ) является мощным стрессогенным фактором
для живых систем, в том числе растений. Под воздействием УФ-излучения изменяются
многие морфофизиологические и биохимические параметры растительных клеток.
Задача данного исследования заключалась в исследовании влияния УФизлучения на накопление биологически активных веществ культивируемой in vitro
ткани наперстянки пурпурной.
Каллусная ткань была получена из листовых пластин интактных растений D.
purpurea. Культивирование каллусной ткани проводили на среде с минеральной
основой по Мурасиге и Скугу с добавлением гормонов: ИУК (индолилуксусной
кислоты) в концентрации 0,1 мг/л и 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты) в
концентрации 0,1 мг/л, на свету (3500 люкс) с фотопериодом 16 ч. день, 8 ч. ночь, при
температуре 22-25 °С, при относительной влажности 70 %.
Облучение ультрафиолетом осуществляли с использованием облучателя
двухлампового бактерицидного ОБН-150, время экспозиции составляло 1, 2 и 3 ч.
ежедневно. Контрольные ткани выращивали на рассеянном белом свету.
При приготовлении питательных сред, пассировании и анализе ростовых
процессов применяли методики традиционные для работ по культуре тканей.
Начальная масса транспланта составляла 40 мг.
Определение БАВ проводили по стандартным методикам, принятым для
химического анализа лекарственных растений, определение гликозидов проводилось по
методике, разработанной в ВИЛАР, основанного на реакции лактонного кольца с
пикратом натрия, разделение гликозидов и определение дигитоксина проводили
методом тонкослойной хроматографии на силуфоле, в системе хлороформ : этанол, в
качестве проявителя использовали насыщенный раствор треххлористой сурьмы в
хлороформе.
Данные о содержании биологически активных веществ в каллусной ткани
Digitalis purpurea L. представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Содержание биологически активных веществ в каллусной ткани Digitalis
purpurea L. после УФ облучения (в % от абсолютно сухой массы)
Наименование компонента
Сумма хлорофиллов А+В
Каротиноиды
Сапонины
Флавоноиды
Витамин С
Витамин В1
Витамин Р
Продолжительность облучения, ч.
1
2
3
0,121
0,262
0,320
0,0089
0,00131
0,00313
6,121
6,241
6,643
0,765
0,932
1,145
0,165
0,128
0,173
0,054
0,059
0,463
0,136
0,204
0,129
Контроль
0,339
0,0012
6,121
0,184
0,782
следы
следы
Как видно из таблицы, наблюдается изменение в составе биологически активных
веществ в ткани после УФ-облучения. Наблюдается увеличение содержания
флавоноидов и пигментов, изменяется концентрация хлорофилла.
Содержание гликозидов приведено в таблице 2.
38
Таблица 2 – Суммарное содержание гликозидов в каллусной ткани Digitalis purpurea L.
после УФ-облучения
Наименование
стрессорного фактора
Время
воздействия, ч,
Контроль
УФ-облучение
1
2
3
Содержание
гликозидов,
% от а. с. м.
0,668
0,675
0,652
0,637
Содержание
дигитоксина, %
от а.с.м.
0,115
0,103
0,095
0,092
В
результате
проведенных
исследований
было
выяснено,
что
непродолжительное облучение каллусной ткани положительно влияет на рост и
накопление отдельных групп вторичных метаболитов, а также увеличивает выход
гликозидов относительно каллусной, культивируемой на рассеянном свету.
Оптимальное время облучения составляет 1 час ежедневно в течении всего периода
культивирования.
Библиографический список:
1.
Гацура, В. В. Сердечные гликозиды как регуляторы биоэнергетики и функции
контрактильных белков миокарда / В. В. Гацура // Фармакологи и токсикология. – 1980.
– № 3. – С. 265-273.
2.
Георгиевский, В. П. Биологически активные вещества лекарственных растений /
В. П. Георгиевский, Н. Ф. Комиссаренко, С. Е. Дмитрук. – Новосибирск: Наука, Сиб.
отд-ние, 1990. – 333 с.
3.
Муравьева, Д. А. Фармакогнозия / Д. А. Муравьева. – М.: Медицина, 1987. –
656 с.
4.
Hagimori, M. Studies on the production of Digitalis Cardenolides by Plant Tissue
Culture / M. Hagimori, T. Matsumoto, Y. Obi. // Plant. Phisiol. – 1982. – Vol. 69 – P. 653656.
5.
Misawa, М. Plant tissue culture: an alternative for production of useful metabolite /
M. Misawa // FAO agricultural services bulletin. – 1994. – N108. P. 55-60.
УДК 573.6.086.83:661.72.093.8
ВЛИЯНИЕ РАЗМОЛА НА ПОЛИСАХАРИДНЫЙ КОМПЛЕКС ДРЕВЕСИНЫ
Э.А. Морозов
рук. – д.т.н., профессор Т.В. Рязанова; к.т.н., доцент О.Н. Еременко
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Наиболее перспективным источником сырья для получения биотоплива и
других продуктов микробного синтеза в России является целлюлозосодержащие сырье
и его отходы – многолетние быстрорастущие растения, отходы лесозаготовок и
лесоперерабатывающей промышленности.
При современных объемах лесозаготовок и переработки древесины в нашей
стране образуется около 100 млн. м3 отходов древесины [1].
39
Новые Евростандарты по нормам токсичности выхлопных газов накладывают
жесткие требования на всех автопроизводителей. Отечественные бензины отличаются
низким качеством. Одним из путей увеличения производства высококачественного
бензина является применение в качестве компонента бензина биобутанола. Процесс
получения биобутанола из целлюлозосодержащего сырья включает четыре основных
стадии: подготовка сырья, в ходе которого ослабляется структура клеточных стенок,
гидролиз полисахаридов до моносахаридов, сбраживание сахаров чистой культурой
анаэробных бактерий Clostridia acetobutylicum, выделение, очистка и концентрирование
бутанола.
Существенное влияние на эффективность производства оказывает подготовка
сырья к сбраживанию – его доступность для биоконверсии. Целью настоящих
исследований было подобрать оборудование, оказывающие наибольшее деструктивное
воздействие на сырье.
Особое место в измельчении занимают механоимпульсные технологии,
позволяющие, не только измельчать материал до требуемой тонины продукта, но
осуществлять также механохимическую активацию компонентов, как в твердой, так и
жидкой среде. Наряду с разработкой и развитием этих технологий разработан целый
ряд установок различного назначения.
В данной работе в качестве объекта исследования использовали отходы
лесопиления (опилки древесины хвойных пород).
Размол опилок производился на экспериментальных установках кафедры МАПТ
СибГТУ [2,3]:
−
дисковая мельница;
−
центробежный размольный аппарат с инерционным движением рабочих тел;
−
безножевая размалывающая установка типа «струя – преграда».
Исходное сырье и образцы размолотого растительного материала были
исследованы с помощью стандартных методов изучения химического
состава
растительного сырья[4,5]. В образцах определили содержание легко- и
трудногидролизуемых полисахаридов методом гидролиза с последующим
определением редуцирующих веществ (РВ) в гидролизатах эбулиостатическим
методом, определение РВ в суспензии после размола, содержание целлюлозы по
методу Кюршнера и Хоффера.
Результаты исследований приведены в таблице 1.
Из результатов исследований видно, что при сухом размоле древесины, даже
при низком градусе помола, происходят изменения в химическом составе. В результате
сухого размола происходит частичная деструкция целлюлозного волокна, содержание
целлюлозы в древесине после размола по сравнению с исходным образцом меньше на
9,87 %. Тип аппарата оказывает незначительное влияния на состав полисахаридного
комплекса. Так при сухом размоле (образец 7) и гидроразмоле (образец 2) различие в
содержании ТГП и целлюлозы составляет около 2,5 %, а с учетом веществ перешедших
в раствор в процессе размола в водной среде содержание этих компонентов в образцах
(в пересчете на исходную навеску) практически одинаково. Поскольку при размоле в
водной среде содержание РВ в рабочей суспензии значительно (РВ ~ 11 %),
предпочтение следует отдать гидроразмолу.
40
Содержание
целлюлозы, %
1
2
0,042
0,1028
33,28
3,60
32,17
10,94
3
5,81
0,061
0,05
0,103
0,94
5,77
38,26
1,82
4
Опилки 48 оШР, гидроразмол дис.
5,81
0,064
0,05
0,102
мельница С=6% Т=56оС
0,94
6,05
38,26
1,80
5
5,81
0,061
0,05
0,104
0,94
5,77
38,26
1,84
Опилки 30 оШР, гидроразмол центр.
5,81
0,069
0,047
0,104
мельница С=10%
0,94
6,53
35,96
1,10
Опилки 13 оШР, сух. размол центр.
5,81
0,069
0,047
нет
мельница τ=120 мин. N=150 об/мин.
0,94
6,53
35,98
Опилки 5 оШР, исходные
5,81
0,070
0,052
0,94
6,63
39,83
Опилки 17 ШР, гидроразмол струя
5,81
0,038
преграда 100 проходов С=1%
0,94
Опилки 59 оШР, гидроразмол дис.
мельница С=6% Т=56оС
о
τ =50 мин.
τ =30 мин.
Опилки 62 оШР, гидроразмол дис.
о
мельница С=6% Т=56 С
6
ТГП, %
40,56
№ Наименование образца
ЛГП, %
нет
Влажность, %
РВ экстракта после
размола, %
Таблица 1 – Химический состав древесины после размола
τ =60 мин.
τ =60 мин.
41,86
42,57
42,49
40,92
N=150 об/мин.
7
30,69
Примечание к таблице 1: С – концентрация суспензии, %; Т – температура
суспензии после размола, оС; τ – время размола, мин.;
N – число оборотов размольного барабана, об/мин.
Известно, что градус размола является показателем характеризующим степень
разработки волокнистых материалов. Поэтому было интересно выяснить происходят ли
какие – то изменения в полисахаридном комплексе с увеличение градуса размола.
Результаты исследований приведены на рисунке 1.
41
45
Выход полисахаридов, %
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
Степень помола, ШР
ЛГП
ТГП
Целлюлоза
РВ в экстракта
Рисунок 1 – Влияние размола на выход углеводов
Как видно из рисунка 1 увеличение градуса помола более 30 оШР не приводит к
существенному изменению в составе полисахаридного комплекса. В исследованиях,
проведенных ранее [6] показано, что одним из факторов, влияющих на степень
деструкции материала, является концентрация суспензии. В данной работе
концентрацию суспензии варьировали от 1 до 10 %.
Результаты исследования по влиянию концентрации суспензии на градус помола
показали, что концентрация древесины в суспензии влияет на её размол. Зависимость
носит экспериментальный характер и при концентрации сырья 6 % наблюдается самая
высокий градус размола.
К числу показателей свидетельствующих о деструкции материала следует
отнести концентрацию РВ в рабочей суспензии.
30
48
59
62
Из результатов видно, что наибольший выход РВ в процессе гидроразмола
наблюдается при 1 % -ой концентрации.
При этом максимальному значению концентрации РВ в суспензии соответствует
минимальный выход целлюлозы и, наоборот, минимум РВ соответствует максимуму
содержания целлюлозы. Из этих результатов можно сделать вывод о том, что при
концентрации суспензии 1 % наблюдается большая деструкция целлюлозного
материала. Механизм разрушения древесины в аппаратах подобных используемым, до
настоящего времени практически не изучался. Поэтому можно только предположить,
что более значительная деструкция при измельчении в водной среде, по-видимому,
связана с тем, что в жидкой фазе происходит понижение удельной свободной
поверхностной энергии частиц сырья, что облегчает их разрушение. Изучение
механизма разрушения древесины в указанных измельчительных аппаратах, является
предметом дальнейших исследований.
Таким образом, на основании результатов проведенного исследования можно
сделать вывод о том, что обработка сырья в измельчительных аппаратах различного
типа приводит к изменению в химическом составе полисахаридного комплекса.
Наибольшие изменения происходят в аппаратах типа «струя – преграда» при
концентрации сырья в суспензии 1 %.
42
Библиографический список:
1.
Холькин, Ю.И. Технология гидролизных производств / Ю.И. Холькин // Лесн.
пром-сть. – М.:, 1989. – 496 с.
2.
Иванов, Д.А. Конструкции размольных установок с оригинальным способом
размола // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки: матер. всерос. конф.
Красноярск, 2009. ст. 225-230.
3.
Седов, В.В. Исследование безножевой обработки волокнистой суспензии с
использованием компьютерного моделирования // Молодые ученые в решении
актуальных проблем науки: матер. всерос. конф. Красноярск, 2009. ст. 334-339.
4.
Емельянова, И.З. Химико – технологический контроль гидролизных производств
/ И.З. Емельянова // Лесн. пром-сть. – М.:, 1969. – 366 с.
5.
Чупрова, Н.А. Химия древесины и синтетических полимеров // учебное пособие
лабораторный практикум / Н.А. Чупрова, Е.В. Исаева.- Красноярск: СибГТУ, 2008. –
64 с.
6.
Барановский, С.В. Интенсификация процесса экстракции коры лиственницы
сибирской: дис. … канд. техн. Наук : 05.21.03: защищена 04.04.2005 / С.В. Барановский.
– Красноярск, 2005. – 154 с.
УДК 581.1:575.2
ВЛИЯНИЕ ИММОБИЛИЗАЦИИ НА ИНЕРТНЫЕ НОСИТЕЛИ
НА НАКОПЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
В КАЛЛУСНОЙ ТКАНИ DIGITALIS PURPUREA L.
И.А. Овчинникова
рук. – д.т.н., профессор Н.А. Величко, Я.В. Смольникова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Культуры клеток и тканей растений считаются потенциальным источником
специфических вторичных метаболитов, к которым относятся такие соединения, как
алкалоиды, стероиды, масла и пигменты.
Не ко всем видам растений в настоящее время применимы методы
микробиологической промышленности. За исключением некоторых видов растений,
суспензионные и каллусные культуры клеток синтезируют вторичные метаболиты в
меньших количествах, чем целые растения. При этом рост биомассы в ферментере
может быть значительным.
Новым подходом, направленным на увеличение выхода вторичных метаболитов,
является иммобилизация клеток и тканей растений.
В последнее время интерес к иммобилизации клеток растений значительно
возрос. Это связано с тем, что иммобилизованные клетки имеют определенные
преимущества перед каллусными и суспензионными культурами при использовании их
для получения вторичных метаболитов.
Наперстянка пурпурная (Digitalis purpurea L.) является природным источником
стероидных соединений карденолидов, которые широко применяются в современной
фармакотерапии и не имеют синтетических аналогов.
Несмотря на достаточно длительное исследование проблемы производства
сердечных гликозидов наперстянки в культурах тканей, выход метаболитов остается
43
низким. Это связано с тем, что неотселектированные, дедифференцированные клетки
накапливают, как правило, незначительные, по сравнению с интактным растением,
количества веществ специализированного обмена.
Одним из способов преодоления этой проблемы является иммобилизация
клеточных линий, с целью повышения уровня дифференциации клеток и, как
следствие, увеличение продуктивности культуры.
Целью данной работы являлось изучение биосинтетических способностей
клеточных культур наперстянки пурпурной иммобилизованных на различные инертные
носители.
В качестве инертных носителей для иммобилизации клеток были выбраны
пенополиуретановые пластины и силикагель марки КСМ-7. В качестве контроля
использовали агаризованную среду.
В качестве предварительной подготовки пенополиуретановые пластины
отмывали в проточной воде и трижды кипятили в дистиллированной воде с
периодической её заменой. Пластины помещали в 250 мл сосуды, добавляли
модифицированную питательную среду с минеральной основой по Мурасиге и Скугу в
объеме 50 мл, с содержанием гормонов ИУК (индолилуксусной кислоты) в
концентрации 0,1 мг/л и 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты) в концентрации
0,1 мг/л. Силикагель не подвергался дополнительной обработке. Сосуды закрывали
фольгой и автоклавировали при 1,2 атм в течение 30 мин.
На поверхность пропитанного средой пенополиуретана и силикагеля помещали
участки каллусной ткани, масса транспланта составляла 100 мг. Культивирование
осуществляли на свету в 3500 люкс с фотопериодом 16 ч. – день, 8 ч. – ночь.
Культивирование проводили стационарно.
Данные о содержании биологически активных веществ в каллусной ткани
Digitalis purpurea L. представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Биологически активные вещества каллусной ткани Digitalis purpurea L.,
иммобилизованной на различные носители (в % от абсолютно сухой
массы)
Наименование
компонента
Хлорофилл А
Хлорофилл В
Сумма хлорофиллов
Каротиноиды
Сапонины
Флавоноиды
Витамин С
Витамин В1
Витамин Р
Агар
Пенополиуретановые
пластины
0,217
0,073
0,342
0,0034
6,643
0,533
0,928
0,059
0,204
0,145
0,031
0,273
0,0013
6,121
0,221
0,765
0,054
0,136
Силикагель
Самыми значимыми вторичными метаболитами наперстянки
являются сердечные гликозиды. От их качественного и количественного
зависит перспективность использования полученной каллусной ткани
промышленной технологии на ее основе. Данные по содержанию
приведены в таблице 2.
44
0,015
0,011
0,234
0,0021
6,241
0,262
0,673
0,463
0,129
пурпурной
содержания
и создания
гликозидов
Таблица 2 – Содержание гликозидов в каллусной ткани Digitalis purpurea L.,
иммобилизованной на различные носители (в % от абсолютно сухой
массы)
Способ культивирования
Содержание гликозидов в растении
Поверхностным способом на агаре
Поверхностным способом на пенополиуретановых
пластинах
Поверхностным способом на силикагеле
Гликозиды
суммарные
0,701
0,668
Дигитоксин
0,687
0,117
0,336
0,074
0,121
0,115
В результате проведенного исследования выяснено, использование в качестве
материала для иммобилизации силикагеля приводило к ингибированию роста культуры
и низкому выходу гликозидов и БАВ, в то время как использование
пенополиуретановых пластин для иммобилизации клеток позволяет получать высокий
прирост биомассы с более высоким биосинтетическим потенциалом чем при
культивировании на агаре.
Библиографический список:
1.
Запрометов, М. Н. Вторичный метаболизм и его регуляция в культурах клеток и
тканей растений / М. Н. Запрометов // Культура клеток растений. – М.: Наука, 1981. –
С. 37-50.
2.
Гацура, В. В. Сердечные гликозиды как регуляторы биоэнергетики и функции
контрактильных белков миокарда / В. В. Гацура // Фармакологи и токсикология. – 1980.
– № 3. – С. 265-273
3.
Вотчал, Б. Е. Сердечные гликозиды / Б. Е. Вотчал, М. Е. Слуцкий. – М.:
Медицина, 1973. – 200 с.
4.
Фаулер, М. В. Экономические аспекты промышленного культивирования клеток
растений / М. В. Фаулер // Биотехнология сельскохозяйственных растений. – М.:
Агропромиздат, 1987. – С. 19-32.
5.
Химический анализ лекарственных растений / Под ред. Н. И. Гринкевич,
Л. Н. Сафронич. – М.: Высшая школа, 1983. – 176 с.
6.
Дмитриева, Н. Н. Проблема регуляции морфогенеза и дифференциации в
культуре клеток и тканей растений. / Н. Н. Дмитриева // Культура клеток растений. –
М.: Наука, 1981. – С. 113-123.
45
УДК 630*6
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СИБИРСКИХ ШТАММОВ ГРИБОВ
РОДА FUSARIUM ИЗ РАЗЛИЧНЫХ БИОЦЕНОЗОВ
О.В. Бормина
рук. – к.б.н., доцент Ю.А. Литовка
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Микологический и токсикологический анализ товарных партий зерна и
зернопродуктов показывает нарастание пораженности их комплексом токсиногенных
грибов [1]. Ведущую роль в патогенезе играют микроскопические грибы рода
Fusarium. Зерно, пораженное токсиногенными грибами и загрязненное микотоксинами,
резко снижает биологическую полноценность, безопасность и посевные качества.
Интерес к фитотоксичным метаболитам возрастает в связи с развитием клеточной
селекции, как метода повышения устойчивости растений к возбудителям грибных
болезней. Использование оптимальных концентраций смеси микотоксинов или
индивидуальных фракций токсиногенных грибов как селективного агента при
клеточной селекции зерновых культур является перспективным направлением по
созданию устойчивых к фузариозам форм растений, адаптированным к погодно –
климатическим условиям Сибири [1].
Цель исследования изучить биологические особенности сибирских штаммов
грибов рода Fusarium из различных биоценозов.
В задачи исследования входило:
1. Изучить морфолого-культуральные особенности штаммов рода Fusarium для
видовой идентификации.
2. Изучить влияние метаболитов штаммов рода Fusarium на лабораторную всхожесть
семян и морфометрические показатели проростков злаковых растений.
3. Изучить фитотоксическую активность штаммов рода Fusarium в динамике.
4. Изучить гиббереллиновую активность штаммов рода Fusarium.
5. Оценить чувствительность штаммов рода Fusarium к действию антагонистически
активных микроорганизмов.
Объектом исследования являлись 10 штаммов микроскопических грибов рода
Fusarium, выделенных из двух биоценозов на территории Средней Сибири на
протяжении 2006-2008 гг.:
- 1-ая группа штаммов выделена из лесной почвы: Л3.1, Л3.2, Л9.4, Л8.1;
- 2-ая группа штаммов выделена из семян пшеницы районированных сортов: Z12-2,
Z37-1, Z3-06, Z21-2, Z37-4, Z10-4.
Выделение грибов из сеянцев и семян осуществляли методом влажных камер; из
лесной почвы – методом посева почвенной суспензии на селективные питательные
среды. Для идентификации грибов рода Fusarium использовали руководство «Fusarium
species: an illustrated manual for identification», которое в настоящее время является
общепризнанным при микологических исследованиях представителей этого рода [2]..
Морфологию и скорость роста колоний, образование пигментов изучали при
высеве на КДА, ГЛА и модифицированную среду Чапека. Ростовые характеристики
оценивали на модифицированной среде Чапека при температурах 10°, 20°, 30°±2 оС до
максимального обрастания чашки Петри мицелием.
Фитотоксическую активность изучали на двухдневных проростках кукурузы
сорта «Лакомка» на 3, 7, 14, 21, 40 сутки культивирования грибов на токсигенной среде
[3]. Патогенность штаммов определяли по модифицированной методике Челковского и
Манки.
Гиббереллиновую активность изучали методом биотестирования
46
культуральной жидкости на проростках гороха (по Г.С. Муромцеву). Оценку
чувствительности штаммов рода Fusarium к действию антагонистически активных
микроорганизмов проводили методом агаровых блочков и лунок [4].
В качестве микроорганизмов-антагонистов использовали штаммы 19/97 М
Streptomyces lateritius и М 99/1 и М 99/9 Trichoderma. Для идентификации грибов рода
Fusarium использовали руководство «Fusarium species: an illustrated manual for
identification».
В результате штаммы Л3.1и Л3.2 были идентифицированы как Fusarium
tricinctum, штамм Л8.1 - Fusarium oxysporum и штамм Л9.4 - Fusarium sporotrichioides.
Метаболиты штаммов рода Fusarium неодинаково влияют на лабораторную
всхожесть семян и морфометрические показатели проростков злаковых растений.
Контролем служила стерильная вода. Метаболит штамма Z3-06 снижал всхожесть
семян в три раза, а штамма Л8.1 на 30 % в сравнении с контролем. Морфометрические
показатели проростков злаковых растений снижались более, чем на 25 %. При этом в
большей степени угнеталась корневая часть.
Фитотоксическая активность штаммов увеличивалась от третьих к сороковым
суткам культивирования штаммов. Наиболее токсичным оказался штамм Л3.2,
ингибирующая активность которого на сороковые сутки составила 89 %. В то же время
штамм Л8.1 обладал стимулирующей способностью на первых пяти сутках
культивирования штамма. Наиболее патогенным является штамм Z3-06, подавляющий
рост проростков в три раза с высокой степенью некроза тканей проростков.
При изучении зависимости скорости роста от температуры культивирования
стало известно, что наиболее оптимальной температурой для культивирования
штаммов грибов рода Fusarium является температура порядка 28 оС.
При проведении теста на гиббереллины, наибольшая концентрация
гиббереллиновой кислоты наблюдалась у штамма Л3.2 (0,3 мкг/мл), следовательно,
штамм способен стимулировать рост проростков семян и растения в целом.
При оценке чувствительности штаммов рода Fusarium к действию
антагонистически активных микроорганизмов обнаружилось, что наиболее
чувствительным к штамму М19/97 Streptomyces lateritius является штамм Л8.1.
Абсолютно не чувствительны к штамму-антагонисту штаммы Л3.1 и Z3-06. По
отношению к штаммам М99/1 Trichoderma harzianum и М99/9 Trichoderma asperellum
проявили чувствительность только штаммы Z10-4, Z12-2 и Z37-4 грибов рода Fusarium.
Итак, наиболее токсичными и патогенными являются штаммы грибов рода
Fusarium Л3.2 и Z3-06. Фитотоксическая активность достигает 90 %. Оптимальная
температура для культивирования штаммов грибов рода Fusarium является 28 оС.
Наилучшими штаммами-антагонистами являются бактерии вида Streptomyces lateritius.
Библиографический список:
1.
Олег Монастырский. Разработка биопрепаратов для защиты посевов и зерна
злаковых культур от поражения токсиногенными грибами и накопления опасных
микотоксинов [Журнал] // Федеральный вестник экологического права Экос - информ. 2004, № 2. - стр. 4 - 19.
2.
Nelson, P. E., Fusarium species: An illustrated manual for identification [Текст] / P.
E. Nelson, T. A. Toussoun, W. F. Marasas.- Pennsylvania State University Press, 1983. - 193
с.
3.
Билай, В.И. Методы экспериментальной микологии [Текст]: учеб. / И.В. Билай Киев: Наукова думка, 1982.- 239 с.
4.
Егоров, Н.С. Основы учения об антибиотиках [Текст]: учеб./ Н.С Егоров - М.:
Высшая школа, 2004. – 263с.
47
КЛЕТОЧНАЯ СЕЛЕКЦИЯ ЗЛАКОВЫХ НА УСТОЙЧИВОСТЬ
К МИКОТОКСИНАМ ГРИБОВ РОДА FUSARIUM, РАСПРОСТРАНЕННЫХ
В АГРОЦЕНОЗАХ СИБИРИ
А.Г. Савицкая
рук. – к.б.н., доцент Ю.А. Литовка
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Фитопатогенные грибы рода Fusarium являются одними из основных
возбудителей болезней пшеницы. Ингибируя ростовые процессы, они наносят
значительный ущерб урожаям зерновых культур, а также загрязняют зерно
фузариотоксинами, не безопасными для человека и животных [1, 2].
Во многих странах мира ведется работа по созданию фузариозоустойчивых
сортов злаковых растений. Однако основным ограничивающим фактором применения
на практике сортов, выведенных зарубежными селекционерами, является их
неприспособленность к смене климатических условий.
Материалы и методы исследования. Выделение аборигенных штаммов грибов
рода Fusarium производили из семян пшеницы и гороха урожая 2007- 2008 гг.,
завезенных из различных регионов Сибири, а так же из образцов почвы и ризосферы
пшеницы, отобранных на территории Емельяновского района Красноярского края [3,4].
Определение фитотоксичности выделенных штаммов проводили по методике Билай
[5], изучение патогенности проводили по модифицированной методике Челковского и
Манки [6]. Агрессивность определяли с использованием четырех бальной шкалы: 0 –
здоровый росток, 1 – точечные некрозы ткани, 2 – некроз около 50 % площади, 3 –
полная гибель. Во всех вариантах измеряли длину каждого появившегося из зерна
проростка и подсчитывали среднюю длину проростков. Снижение длины ростков под
воздействием гриба оценивали в процентах к средней длине ростков в контроле.
В качестве продуцента микотоксинов использовали штамм Z12–2 Fusarium sp.,
обладающий значительной фитотоксической активностью – 92 %. Для получения
метаболитов использовали жидкую токсигенную среду Myro. Культивирование
проводили в течение 42 суток при температуре 28±2 °С.
Отбор в условиях in vitro проводили среди образцов пшеницы селекции
КНИИСХ (Минуса, Таежная Нива и линии КС-1607), НИИАП Хакасии (Кантегирская
89), СибНИИРС (Новосибирская 15). Донорные растения выращивали в условиях
светокультуры.
Отбор проводили в два этапа: I этап - индукция каллусов - незрелые зародыши
пшеницы высевали на среду введения (2,4Д – 1мг/л и ИУК – 2 мг/л); II этап пролиферация каллусных культур - проводили на питательной среде Мурасиге–Скруга
(МС) с концентрацией метаболитов грибов 20, 40 % и без метаболитов (контроль).
Каллусные культуры культивировали в течение 30 сут на светоустановках при 1000 лк.,
фотопериод 16 ч.
Результаты исследований. Изучение фитотоксической активности 20-ти
выделенных штаммов в течение 42-х суток показало, что на начальных сроках
культивирования на среде Myro 33 % штаммов оказывали стимулирующее действие на
проростки кукурузы. Однако к концу культивирования все штаммы обладали
значительной фитотоксической активностью, более 70 %. Наибольшей
фитотоксической активностью (более 90 % ингибирования проростков), обладали
штаммы Z 12-2, Z 6-1, Z 37-1, Z 31-1, Z3-06, Z 18-1, Г5-1, Г 2-21, Г 1-7.
Изучение патогенности штаммов показало, что все исследованные штаммы
снижают длину проростков пшеницы в среднем на 60 % по сравнению с контролем.
48
Наиболее существенное угнетающее действие на рост проростков оказывали штаммы
Z3-06, Z37-2 и Z6-1 – снижение длины составило - 72, 91 и 95 % соответственно.
Исследование некротического поражения тканей зерна показало, что наиболее
агрессивными оказались штаммы Z 6-1; Z 37-2; Z 18-1; Г 2-21; Г 1-7; Z3-06 и Z 10-4.
Таким образом, исследование фитотоксической активности и патогенности
показало, что наиболее токсичными и агрессивными штаммами являются штаммы - Z
6-1, Z 37-2, Z 3-06, Z 18-1, Г 2-21, и Г 1,7. Данные штаммы целесообразно использовать
в клеточной селекции злаковых для получения сортов, устойчивых к фузариям.
Для проведения первой серии экспериментов по клеточной селекции на
устойчивость злаковых к фузариотоксинам, был отобран штамм Z 12-2, метаболиты
которого оказывали значительный фитотоксический эффект на тест-растения в течение
всего изучаемого периода. Величина ингибирования проростков находилась в пределах
80,8 – 92 %.
Изучение влияния двух концентраций метаболитов штамма Z12-2 на каллусные
культуры пшеницы показало, что микотоксины оказывают ингибирующее действие,
снижая уровень пролиферации каллусов и образования регенерантов.
Все изученные сорта на I этапе работы обладали хорошей каллусообразующей
способностью – от 75 %. На II этапе добавление в питательную среду метаболитов,
полученных на токсигенной среде, в концентрации 20 % привело к снижению
пролиферации каллусов у образцов в среднем в 1,5 раза по сравнению с контролем,
хотя и не всегда значимому. При внесении метаболитов в питательную среду в
концентрации 40 % отмечалась высокая гибель каллусных культур (87 %). Регенерация
каллусов (среда МС) наблюдалась только в контроле у сортов Минуса и Таежная Нива.
В результате проведенных исследований действия метаболитов штамма Z 12-2
Fusarium sp. на каллусные культуры пшеницы выявлено, что наибольшую степень
устойчивости проявили каллусы, индуцированные из зародышей сортов – КС-1607 и
Таежная Нива. При концентрации метаболитов в питательной среде 20 % снижение
пролиферации каллусов было примерно одинаковым и составило в среднем 28 %. При
концентрации 40 % пролиферация каллусов у сорта Таежная Нива снизилась на 70 %, а
у линии КС-1607 на 55 %.
У сортов Минуса и Новосибирская 15 при концентрации метаболитов 20 %
наблюдалось менее значительное снижение пролиферации каллусов, чем у ранее
описанных сортов и составило у Минусы – 25 %, у Новосибирской 15 – 15 %. Однако
при концентрации метаболитов 40% пролиферации не наблюдалось вовсе.
Наименее устойчивым к действию микотоксинов оказались каллусы сорта
Кантегирская 89. При минимальной используемой концентрации метаболитов в среде
20 % пролиферация каллусов снизилась в 2,4 раза, по сравнению с контролем.
Исследование действия различных концентраций метаболитов штамма Z 12-2 на
каллусные культуры позволило выявить сорта пшеницы (Таежная Нива и КС-1607),
которые являются перспективными для проведения дальнейших исследований на
устойчивость к фузариотоксинам.
Библиографический список:
1
Parry D.W., Jenkins P., McLeod L. Fusarium ear blight (scab) in small grain cereals –
a review // Plant Pathol. – 1995. – №44. – С.207 – 238.
2
Соколова, Г.Д. Патогенность Fusarium graminearum и F. сulmorum и
резистентность зерновых культур // Микол. и фитопатол. 2005. Т. 39, вып 5. С. 1-7.
3
Постовалов, А.А. Корневые гнили бобовых культур в курганской области//
Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2009. №3. С. 38-42.
49
Кирай, К. Методы фитопатологии / К. Кирай - М., 1974. - 210с.
Билай, В.И., Пидопличко, Н.М. Токсинобразующие микроскопические грибы /
В.И. Билай , Н. М. Пидопличко - Киев: Наук. думка, 1970. - 291 с.
6
Гагкаева, Т. Ю. фитопатогенный гриб Fusarium cerealis на территории России
//Микология и фитопатология. 2009. Т. 43, вып. 4. С. 331 – 339.
4
5
УДК 62.09.33, 62.13.99
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ГЕТЕРОТРОФНОГО СООБЩЕСТВА
НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ
БИОПРЕПАРАТА «УНИСОРБ-БИО»
И.А. Кириенко
рук. – д.т.н., профессор Т.В. Рязанова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Нефть и продукты ее переработки попадают в окружающую среду при бурении
и фонтанировании из разведочных скважин, при авариях транспортных средств, при
порывах нефте- и продуктопроводов, при сборе неочищенных промысловых сточных
вод.
Нефть, содержащая много легких фракций, окисляется на поверхности почв за
счет фотохимических реакций. Проникновение нефти по профилю почв медленное и
сопровождается резким фракционированием ее состава: в верхних горизонтах
сорбируются высокомолекулярные фракции, особенно смолы и асфальтены. В нижние
горизонты и грунтовые воды по трещинам и ходам корней проникают
низкомолекулярные соединения, растворимые в воде. Твердый парафин не токсичен
для живых организмов, но он надолго может запечатать все поры почвенного покрова,
лишая почву свободного влагообмена и дыхания.
При избыточном увлажнении замедляются процессы минерализации и
начинается торфообразование. В анаэробных условиях интенсивность окислительных
реакций сильно ослабляется и органические вещества до конца не минерализуются.
Разложение их при анаэробиозе приводит к образованию промежуточных продуктов в
виде низкомолекулярных органических кислот, которые подавляют жизнедеятельность
микроорганизмов, играющих основную роль в процессах превращения органических
веществ в почве. В этих условиях полуразложившиеся органические вещества
накапливаются в виде торфа.
Принятие экстренных мер ликвидации нефтяного загрязнения позволяет
значительно снизить антропогенную нагрузку на окружающую среду. Необходимо не
только в короткие сроки сорбировать остатки нефтяного пятна, но и интродуцировать
активную биомассу клеток-нефтедеструкторов. Применение комбинированного
биопрепарата на основе иммобилизованных на сорбенте «Унисорб» (ООО «НПФ
«Экосорб») нефтеокисляющих культур отвечает предъявляемым требованиям.
Необходимо было выяснить, как влияет внесение исследуемого биопрепарата на
микробиоценоз почвы при ликвидации нефтяного загрязения.
При имитировании нефтяного загрязнения брали навески нестерильной почвы
(100 г) с начальной влажностью 33 % помещали в контейнеры, увлажняли до 60 %. На
поверхность почвы наносили 15 % (об.) нефти (ρ = 0,804 г/с м3). После чего вносили 1 г
иммобилизированного сорбента (Т = 8·108 кл/мл). Полив и рыхление осуществлялись
50
через каждые три дня. Эксперимент проводили шесть недель при 27ºС. Контрольный
опыт проводился на загрязненной нефтью почве без бактериальной обработки и без
внесения сорбента.
Микробиологический анализ почвенных образцов проводили методом
десятикратных разведений с высевом на соответствующие плотные питательные среды.
Для анализа брали 1 г почвенного образца, растирали его в ступке, затем помещали в
колбу с 99 мл стерильной воды и 30 мин взбалтывали на круговой качалке.
Параллельно из контейнера брали образец почвы для определения влажности (в трех
повторностях). Разведения делали на 3 чашки Петри. Для выделения гетеротрофов
использовали среду агар по Мишустину (БСА) [1, 2, 3].
Просчитав количество колоний на всех параллельных чашках, определяли
среднее количество колоний на чашке и затем делали пересчет на 1 г абсолютно сухой
почвы.
На рисунке 1 представлена динамика изменения численности гетеротрофных
микроорганизмов, способных расти на среде БСА (агар по Мишустину), в чистой,
нефтезагрязненной и подвергнутой биообработке почвах.
Рисунок 1 – Динамика численности гетеротрофных микроорганизмов
Из полученных результатов видно, что количество микроорганизмов в чистой
почве остается на одном уровне. При нефтезагрязнении количество гетеротрофов сразу
резко снижается в течение первой недели. Очевидно, внесение углеводородов нефти в
количестве 15 % (об.) угнетает микрофлору почвы. После того как подвижная часть
нефти подверглась биохимическому разложению, и токсичность снизилась, начинают
развиваться микроорганизмы. И лишь к концу четвертой недели число клеток
достигает начального значения, а затем снова падает. Это может быть связано с
истощением доступного источника углерода и уменьшением жизненного пространства.
Возможно, далее начнут развиваться гетеротрофы, способные использовать в своем
метаболизме продукты жизнедеятельности первой сукцессии, но лимитировать процесс
будут оставшиеся в почве тяжелые фракции нефти.
51
Внесение биосорбента «Унисорб» с иммобилизованными клетками
микроорганизмами-нефтедеструкторами
позволяет
сразу
увеличить
число
гетеротрофов в почве (рисунок 2). Благодаря этому биопрепарат начинает борьбу с
нефтезагрязнением в первые часы после внесения, что является немаловажным при
экстренной рекультивации земель. В течение четырех недель количество
гетеротрофных микроорганизмов остается практически на одном довольно высоком
уровне. К пятой неделе титр снижается до уровня чистой почвы.
а
б
в
а – чистая почва; б – нефтезагрязненная почва; в – почва с биообработкой
Рисунок 2 – Колонии клеток на среде БСА
Таким образом, применение биопрепарата на основе сорбента «Унисорб» и
нефтеокисляющих культур микроорганизмов позволяет за пять недель восстановить
структуру гетеротрофного сообщества почвы. Снижение токсичности подтверждается
результатами биоиндкации: в почве после биообработки всходит 100 % семян, тогда
как в почве без биообработки всходит 60 %.
Библиографический список:
1.
Практикум по микробиологии [Текст]: учебное пособие для студ. высш. учеб.
заведений / А. И. Нетрусов [и др.]. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 608 с.
2.
Родина, А. Г. Методы водной микробиологии [Текст]: практическое руководство
/ А. Г. Родина. – М.: Изд. «Наука», 1985. – 356 с.
3.
Методы почвенной микробиологии и биохимии [Текст]: Учеб. пособие / Под
ред. Д. Г. Звягинцева. – М.: Изд-во МГУ, 1991. – 304 с.
УДК630.867.5
УСТАНОВКА АКТИВИРОВАНИЯ УГЛЕЙ ИОНИЗИРОВАННЫМИ ПАРАМИ ВОДЫ
А.А.Орлов
рук.- к.т.н., доцент Ю.Я.Симкин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
К проблемам получения активных углей относятся наличие в зоне активации
при температурах 800-950 0С высокореакционной среды. Металлические части
оборудования при высоких температурах теряют устойчивость к воздействию
реагентов и вступают в реакции восстановления с углем и газовыми продуктами
активации (СО, Н2). В связи с этим, металлический корпус установки защищается
футеровкой из шамотного кирпича, что значительно увеличивает габариты и массу
52
всей конструкции, ведёт к её удорожанию. Поддержание таких температур в
реакционной зоне связано с большими энергетическими затратами. Уменьшить
воздействие реакционной среды на материалы корпуса установки можно понизив
температуру активации самого процесса.
1
6
7
5
8
3
4
II
2
4
9
13
A
14
11
10
V 220
12
Рисунок 1 - Установка активирования углей ионизированными парами воды:
1-установка; 2 – камера ионизации;3 – камера активации;
4 –шамотная теплоизоляция; 5 - фарфоровая ёмкость с углем;
6 – карбидкремниевые электронагреватели; 7- тиристорный блок;
8 –милливольтметр; 9 – термопара; 10 - парогенератор;
11 - перистальтический насос; 12 – ёмкость; 13 – металлическая
сетка; 14 - блок ионизации; Пар ионизируется электрическим
полем от металлической сетки 13, создаваемым на ней высоким
напряжением блоком ионизации 14.
В лаборатории древесноугольных материалов СибГТУ разработана
экспериментальная установка получения активирования углей в ионизированных парах
53
воды. Установка 1 состоит из камер ионизации 2 и активации 3, которые заключены в
шамотную теплоизоляцию 4. В камере активации помещается перфорированная
фарфоровая ёмкость с углем 5. Обогрев камер ведется с помощью карбидкремниевых
электронагревателей 6. Управление обогревом осуществляется с помощью
тиристорного блока 7 регулированием силы тока, подаваемого на электронагреватели.
Температура в реакционной зоне контролируется по показаниям милливольтметра 8,
снимаемыми от термопары 9, установленной в камере активации. Для получения
водяного пара служит парогенератор 10, в который перистальтическим насосом 11 из
ёмкости 12 дозированно подаётся вода.
Установка работает следующим образом. Пары воды из парогенератора
поступают в камеру ионизации, где ионизируются электрическим полем.
Электрическое поле создаётся на металлической сетке напряжением 10 -20 кВт,
подаваемым
от блока ионизации. Активирование углей в фарфоровой ёмкости
осуществляется при температурах 300-650 0С ионизированными парами воды,
проникающими через перфорацию ёмкости.
УДК 504.7.062.2
ОЦЕНКА СЫРЬЯ КРАПИВЫ КОНОПЛЕВОЙ КАК ИСТОЧНИКА
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Н.Б. Арьяева
рук. – к.х.н., доцент Е.В.Игнатова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Биологическая ценность лекарственно-технического сырья определяется его
сбалансированным химическим составом, а главным образом биологически активными
веществами (БАВ) с широким спектром действия и полифункциональными свойствами.
Сфера использования лекарственных трав в настоящее время все больше расширяется
благодаря информации о роли для организма той или иной группы БАВ, их содержания
и оптимальных способах переработки.
Виды рода крапивы являются ценными пищевыми и лекарственными
растениями, а также имеют важное хозяйственное значение. Крапива распространена
по всей территории страны, кроме Крайнего Севера. Растет повсеместно вдоль дорог, в
тенистых и влажных лесах, в оврагах. Однако в настоящее время официальная
медицина из растений рода крапива применяет только листья крапивы двудомной
(Urtica dioica L.), которые содержат дубильные вещества, хлорофилл, муравьиную
кислоту, витамины С и К, каротиноиды [1]. Молодые листья добавляют в борщи, супы,
салаты, в горькие настойки, чай. Фиточай с использованием крапивы укрепляет
иммунную систему, благотворно действует на весь организм [2].
Особый упор делается на использование местного сырья растительного
происхождения. Из повсеместно встречающихся дикоросов Забайкальского региона
перспективным растением выделяют крапиву коноплевую (Urtica cannabina L.),
которую употребляют как в свежем виде в местах произрастания, так и заготавливают
впрок, высушивая. Высушенное сырье становится доступным к использованию в
течение длительного хранения. Однако литературные данные о химическом составе
крапивы коноплевой фрагментарны и неполны. В этой связи исследования
химического состава и биологической активности сырья крапивы коноплевой является
54
актуальным, позволяющим значительно расширить отечественную сырьевую базу
лекарственного растительного сырья для получения на его основе новых препаратов.
Таблица – Химический состав сухого сырья крапивы коноплевой
Месяц отбора проб
Показатель
июнь
июль
август
9,19
13,24
16,31
12,81
10,97
10,50
25,54
17,33
10,25
12,55
13,68
14,75
10,88
10,36
23,51
16,50
10,86
13,83
14,16
14,25
10,86
10,29
23,69
15,46
10,20
12,80
13,17
6,56
4,67
5,82
12,30
9,70
140,00
56,70
4,43
3,55
4,50
3,31
2,75
6,30
2,13
0,91
4,29
8,54
6,18
1,32
13,91
14,11
10,11
9,74
4,25
3,06
13,60
10,50
66,80
42,50
3,61
3,14
3,92
3,41
2,12
2,70
1,98
0,93
3,97
8,46
6,68
0,30
5,34
7,4
9,88
7,67
3,19
5,80
13,25
12,61
128,80
70,64
3,35
2,88
4,60
3,95
1,45
3,41
2,24
0,85
3,98
8,10
6,64
2,97
Полисахариды, % а.с.с.:
– легкогидролизуемые
– трудногидролизуемые
Лигниноподобные вещества, % а.с.с.
Зольность, % а.с.с.
Пигменты, мг%
– хлорофилл А
– хлорофилл Б
– каротиноиды
Витамин С, мг%
Витамин Р, мг%
Свободные органические кислоты,
% а.с.с.
Кумарины, % а.с.с.
Антоцианы, % а.с.с.
Флавоноиды, % а.с.с.
Дубильные вещества, % а.с.с.
Воскообразные вещества, % а.с.с.
Примечание: числитель – содержание в листьях;
знаменатель – содержание в стеблях
Объектом исследования служила высушенная надземная часть крапивы
коноплевой (Urtica cannabina L.). Сырье собирали в естественных условиях степи в
Дульдургинском районе Забайкальского края.
В исследуемом растительном сырье листья составляют 40 % от всей надземной
части крапивы, стебли – 60 %. Результаты исследования химического состава
вегетативной части сухого сырья крапивы коноплевой приведены в таблице.
55
В листьях и побегах крапивы коноплевой обнаружены соединения, обладающие
биологической активностью: пигменты, витамины, воскообразные вещества, фенольные
соединения (дубильные вещества и флавоноиды), антоцианы, кумарины. Кроме того,
достаточно высоко содержание полисахаридов, минеральных компонентов и свободных
органических кислот.
Содержание органических кислот в рассматриваемом сырье колеблется от 3,55 %
а.с.с. (стебли) до 4,55 % а.с.с. (листья). Они обладают бактерицидным действием,
нормализуют деятельность желудочно-кишечного тракта.
Наличие флавоноидов – важный фактор антиоксидантного действия, оказывающий
положительное влияние на профилактику сердечно-сосудистых заболеваний [3].
Пищевая и терапевтическая ценность лекарственных трав во многом определяется
наличием в них витаминов. Как видно из таблицы, в рассматриваемом сырье содержание
витамина С достигает в листьях
13,60 мг%, в стеблях – 12,61 мг%. Следует отметить,
что в сухом сырье хорошо сохраняется витамин Р: до 140 мг% в листьях и до 70,64 мг%
в стеблях. При этом доказано, что содержащиеся в растительных волокнах
лигниноподобные вещества и полисахариды, сочетаясь с витаминами, способствуют
поглощению и выведению токсинов из организма человека.
Содержание каротина в начале лета в листьях составляет 4,67 мг%, в стеблях – 5,82
мг%. По сравнению с овощными культурами видно, что крапива коноплевая богаче
каротином, чем чеснок (2,4 мг%), перец
(1,1 мг%), салат (1,75 мг%) [4].
Результаты экспериментов показали, что крапива коноплевая, близка по
химическому составу крапиве двудомной; ее можно рассматривать не только, как
поливитаминное растение, но и как перспективный источник БАВ.
Библиографический список:
1.
Государственная фармакопея СССР: Справ. – 11-е изд. – М: Медицина, 1989.
- 400 с.
2.
Ратахина Л.В. Противоопухолевая активность препаратов Urtica dioica L. в
эксперименте / Л.В. Ратахина, В.Г. Пашинский // Растительные ресурсы. – Л.: Наука,
1990. – С. 234-239.
3.
Рендюк Т.Д., Вандышев В.В. Лекарственные растения и лекарственное сырье,
содержащее флавоноиды. – М.: Русский врач, 2001. – 354 с.
4.
Пронченко Г.Е. Лекарственные растительные средства (справочник). – М.:
ГЕОТАР, 2002. – 230 с.
УДК 617.166
ПЕРОКСИДНАЯ ДЕЛИГНИФИКАЦИЯ СОЛОМЫ С ЦЕЛЬЮ
ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОКРИСТАЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
И.А. Вшивкова
рук. – к.х.н., доцент Н.В. Каретникова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Традиционные технологии получения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ)
многостадийны и энергоемки, а применение соединений серы, хлора и минеральных
кислот делает производство экологически опасным. Это стимулирует поиски
56
альтернативных путей получения МКЦ. С этой точки зрения интересен способ
пероксидной делигнификации [1…2], разработанный на кафедре ЦБП и ХВ СибГТУ.
Такой способ решает основную задачу – исключение соединений серы и хлора из
технологического процесса.
Солома однолетних растений является дешевым, экологически чистым,
доступным и возобновляемым сырьем. Существует ряд публикаций о возможности
использования пероксидной делигнификации для получения целлюлозы из соломы
однолетних растений.
Цель данного исследования – изучить возможность получения МКЦ из соломы
делигнификацией пероксидом водорода в одну ступень, то есть совместить
делигнификацию и кислотную гидролизную обработку.
В качестве исходного сырья использовали воздушно-сухую солому пшеницы,
механически измельченную на отрезки длиной 30…50 мм. Для всех образцов процесс
делигнификации соломы осуществляли при температуреºС,
98 гидромодуле 6 и
продолжительности процесса 3 ч. Начальная концентрация пероксида водорода 17,34
%.
Серию опытов организовывали по полному факторному плану эксперимента для
однофакторного дисперсионного анализа. Общее число наблюдений N =12.
Наблюдений в группе – два. Переменным фактором являлся вид катализатора и его
концентрация (шесть уровней варьирования): 1 – смесь вольфрамата натрия, молибдата
натрия и концентрированной серной кислоты (в соотношении 0,03:0,03:0,04),
концентрация катализатора 0,1 моль/дм3; 2 – смесь вольфрамата натрия, молибдата
натрия и концентрированной серной кислоты (в соотношении 0,015:0,015:0,07),
концентрация катализатора 0,1 моль/дм3, 3 – концентрированная серная кислота,
концентрация катализатора 0,1 моль/дм3; 4 - концентрированная серная кислота,
концентрация катализатора 0,15 моль/дм3; 5 - пероксимоносерная кислота (кислота
Каро), 6 - пероксимоносерная кислота (кислота Каро) с удвоенным расходом по
сравнению с режимом 5.
Результаты опытов характеризовали следующими выходными параметрами:
общий выход полуфабриката, % от исходной сырья; средняя степень полимеризации
(вискозиметрия в растворе ЖВНК, ГОСТ 25438-82) и сорбционная способность, мг J2/г
(ТУ 9199-005-12043303-95). Для математической обработки результатов использовали
метод Multifactor ANOVA из пакета программ Statgraphics Plus.
На рисунках 1…3 показано, что полуфабрикаты распределились по двум
группам. В первую группу вошли полуфабрикаты, которые получены с катализатором,
в состав которого входили вольфрамат и молибдат натрия (режим 1…2). Во вторую –
полуфабрикаты, полученные в присутствии только минеральных кислот (режим 3…6).
В присутствии металлов переменной валентности делигнификация резко
ускоряется, оставаясь при этом селективной, о чем свидетельствует высокий выход
(около 50 %) и высокая степень полимеризации (500…640), полученные для режимов
1…2.
57
52
Îáùèé âûõîä
49
46
43
40
37
1
2
3
4
5
Âèä êàòàëèçàòîðà
6
Рисунок 1 - Зависимость общего выхода полуфабриката (%) от вида
катализатора
Ñòåïåíü ïîëèìåðèçàöèè
800
600
400
200
0
1
2
3
4
5
6
Âèä êàòàëèçàòîðà
Рисунок 2 - Зависимость степени полимеризации от вида катализатора
Ñîðáöèîííàÿ ñïîñîáíîñòü
158
138
118
98
78
1
2
3
4
5
Âèä êàòàëèçàòîðà
6
Рисунок 3 - Зависимость сорбционной способности полуфабриката (мг J2/г)
от вида катализатора
Серная кислота и кислота Каро вызывают гидролиз полисахаридов, следствием
чего является снижение общего выхода полуфабриката. Анализ полученных данных
показывает, что действительно при увеличении в составе катализатора количества
58
серной кислоты и кислоты Каро (режимы 3…6), происходит снижение общего выхода
полуфабриката (до 38…43 %) и степени полимеризации (до 110…250).
Одновременно со снижением степени полимеризации наблюдается увеличение
сорбционной способности, примерно от 90 (режимы 1…2) до 145 мг J2/г (режимы
3…6). Можно предположить, что при увеличении содержания в варочном растворе
минеральных кислот, увеличивается степень гидролиза, в раствор переходит аморфная
часть целлюлозы, увеличивается объем пор и доступность поверхности для йода.
В соответствии с ТУ 9199-005-12043303-95 «Целлюлоза микрокристаллическая
порошковая» МКЦ должна иметь вид порошка со степенью полимеризации не более
300 и сорбционной способность не менее 10 мг J2/г. В работе удалось получить
полуфабрикат, который по степени полимеризации, сорбционной способности
соответствует предъявляемым требования, но внешне выглядит как волокнистой
полуфабрикат, а не как порошок. Исследования в данном направлении будут
продолжены.
Библиографический список:
1.
Патент 2206654 РФ. Способ получения целлюлозы / Р.З.Пен, А.В.Бывшев,
И.Л.Шапиро, И.В.Мирошниченко // БИ. 2003. № 17.
2.
Полютов, А. А. Новые целлюлозные полуфабрикаты [Текст] / А. А. Полютов, Р.
З. Пен, А. В. Бывшев. – Красноярск: СибГТУ, 2004. – 236 с.
УДК 617.166
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПРОПИТКИ ХВОЙНОЙ
ЩЕПЫ НА ВЫХОД ТВЕРДОГО ОСТАТКА И МАССОВУЮ ДОЛЮ
ОСТАТОЧНОГО ЛИГНИНА ПРИ ПЕРУКСУСНОЙ ВАРКЕ
Е.В. Зарубина
рук. – к.т.н., ст. преподаватель Л.В. Чендылова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Предыдущие исследования перуксусной делигнификации древесины показали
положительной влияние предварительной пропитки щепы варочным раствором:
повышается глубина провара, снижается массовая доля лигнина при сохранении
выхода полуфабриката [1,2]. Целью данного исследования явилось изучение влияния
условий предварительной пропитки и продолжительности варки на результаты
процесса делигнификации.
Древесину пихты в виде щепы размером×5×1
25 мм подвергали следующе
й
обработке. Варочная смесь состояла из 30 % раствора пероксида водорода и ледяной
уксусной кислоты в соотношении 0,35:0,65 по объему; гидромодуль 12; температура 98
ºС. В качестве катализатора использовался вольфрамат натрия - Nа2WO4 с
концентрацией его в растворе 0,03 моль/дм3. Состав сырья: массовая доля целлюлозы
52,0 %, массовая доля лигнина 30,2 %.
Серия опытов реализована по плану Бокса-3. Независимыми переменными
факторами процесса были: 1) продолжительность пропитки (уровни варьирования: 1 –
20 мин; 2- 30 мин; 3- 40 мин); 2) величина вакуума (уровни варьирования: 1- 600 мм рт.
ст.; 2 – 650 мм рт. ст.; мм рт. ст.; 3 – 700 мм рт. ст.); 3) продолжительность варки
59
(уровни варьирования 1- 80 мин; 2- 100 мин; 3 – 120 мин). Результаты варок оценивали
следующими выходными параметрами: Y1 – выход целлюлозы после варки в процентах
от исходной древесины; Y2 – выход непровара, %; Y3 – расход H2O2 на варку %.
Условия проведения опытов и результаты эксперимента приведены в таблице 1.
Математическая обработка результатов эксперимента, заключающаяся в
трехфакторном дисперсионном анализе, была проведена на ПЭВМ с помощью пакета
прикладных программ Statgraphics.
Результаты дисперсионного анализа позволяют сделать вывод, что на выход
целлюлозы статистически значимое влияние оказывают продолжительность пропитки
и продолжительность варки с уровнем значимости 0,06, то есть вероятность их
влияния на данный параметр 94 %. На рисунке 1 можно наглядно увидеть, что при
увеличении времени пропитки и времени варки выход целлюлозы повышается,
массовая доля непровара уменьшается.
Таблица 1 - Условия и результаты реализации плана эксперимента
Продолж
ительность
пропитки, мин
40
20
40
20
40
20
40
20
40
20
30
30
30
30
30
Величина
вакуума,
мм рт. ст.
700
700
600
600
700
700
600
600
650
650
700
600
650
650
650
Продолж
ительность
варки,
мин
120
120
120
120
80
80
80
80
100
100
100
100
120
80
100
Y1
I
52,06
49,08
47,07
48,12
54,56
36,47
46,20
47,92
55,12
52,68
54,19
53,61
57,42
55,27
55,50
Y2
Y3
II
I
II
51,71
52,74
49,31
50,37
53,54
33,92
43,56
45,45
55,24
53,47
54,61
52,78
54,22
54,57
30,36
1,38
3,05
8,87
2,58
0,27
12,04
1,79
1,04
0,48
0,45
1,19
0,99
0,54
0,54
5,4
1,44
0,99
5,8
1,63
0,09
13,0
2,6
3,0
1,12
0,39
0,53
0,41
1,19
0,4
9,6
I
96,97
96,97
96,87
96,77
96,87
96,42
93,93
96,97
96,87
90,62
96,67
96,67
96,55
96,87
97,06
II
96,97
96,97
96,87
96,77
96,87
96,42
93,93
96,97
96,87
87,5
96,67
96,67
96,55
96,87
97,06
Рисунок 1 - Средние значения и 95-процентные доверительные интервалы
выхода целлюлозы, %, в зависимости от продолжительности
пропитки и варки
60
На количество непровара статистически значимое влияние с уровнем
значимости 0,1 оказывают также два фактора: продолжительность пропитки и
продолжительность варки (рисунок 2).
Рисунок 2 – Средние значения и 95-процентные доверительные интервалы
выхода непровара, % в зависимости от продолжительности
пропитки
На расход пероксида водорода, идущего на варку, статистически значимого
влияния не оказал ни один из изучаемых переменных факторов. Во всех случаях
наблюдался расход Н2О2 на уровне 97 %.
Следует также отметить, что величина вакуума в изучаемом диапазоне
значимого влияния ни на один из выходных параметров не оказала. Это можно
объяснить небольшим диапазоном варьирования - 100 мм рт. ст.
Выводы:
- при увеличении продолжительности пропитки увеличивается выход целлюлозы с 47
до 51 % и значительно снижается количество непровара – с 9 до 2 %;
- с увеличением продолжительности варки выход непровара снижается с 11 до 3 %;
- для получения из древесины пихты полуфабриката, полностью разделяющегося на
волокна с выходом 55 % и массовой долей непровара 1 % рекомендуется следующий
режим перуксусной делигнификации: продолжительность предварительной пропитки –
40 мин при величине вакуума 650 мм рт. ст., варка при температуре 98 ºС в течении 100
мин.
Библиографический список:
1.
Полютов, А. А. Новые целлюлозные полуфабрикаты [Текст] / А. А.
Полютов, Р. З. Пен, А. В. Бывшев. – Красноярск: СибГТУ, 2004. – 236 с;
2.
Суворова, С.И. Низкотемпературная окислительная делигнификация древесины.
2. Варка осиновой целлюлозы с принудительной пропиткой [Текст] / С.И. Суворова [и
др.] // Лесной журнал. – 1994. № 3. – с. 76 -80.
61
УДК 677.46/.47.026
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИСКОЗНОГО ВЫСОКОМОДУЛЬНОГО ВОЛОКНА,
КАК НАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТА
О.В. Терентьева
рук.- к.т.н., доцент Ю.А. Амбросович, ассистент М.А. Баяндин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Применение волокнистых полимерных композиционных материалов (ВПКМ),
получаемых на основе армирующих химических волокон и полимерных матриц конструкционных, электроизоляционных, хемостойких и других, - весьма широко. Они
используются в машиностроении, особенно транспортном, включая авиастроение,
приборостроение, в электро- и радиотехнике, электронике, строительстве, сельском
хозяйстве, медицине, спорте, для изготовления изделий бытового назначения. Основу
волокнистых композиционных материалов составляют армирующие волокнистые
наполнители (АВН), объединенные в монолитный композиционный материал –
матрицей, вторым важным компонентом.
В настоящее время для армирования волокнистого полимерного
композиционного материала (ВПКМ) широко используются АВН из химических
органических и неорганических волокон. Они входят в состав композита в виде
коротких (резаных) волокон, нитей, лент, жгутов, тканей, нетканых материалов и
войлоков и других волокнистых структур.
Целью исследования являлось использование вискозного высокомодульного
волокна (ВВМВ)-сиблон в качестве наполнителя для получения методом горячего
прессования композиционного материала. В качестве связующего была выбрана
эпоксидная универсальная смола. Для завершения составления композиции добавляли
отвердитель хлористый аммоний и воду.
Выбор наполнителя ВВМВ обосновывался след ующими фактами:
имеет высокую прочность и высокий начальный модуль упругости в мокром состоянии
(модуль упругости характеризует упругие свойства волокна и его способность
оказывать сопротивление растяжению), обеспечивающие меньшее набухание, усадку
при мокрых обработках, потерю прочности в мокром состоянии, а также большую
устойчивость в щелочных растворах по сравнению с обычным вискозным волокном.
Результаты эксперимента обрабатывались по методам, разработанным для
получения математических моделей с целью описания исследуемого процесса, условий
функционирования данного процесса в пакете программы Statgraphics plus 5.1.
Многофакторный эксперимент был выбран нами в качестве основного метода
математического описания исследуемого процесса, который, по нашему мнению,
наиболее подходит для описания процесса в виду его малой изученности.
Исследования проводились на лабораторном прессе типа ВП-9024 М
оснащенном комплексом измерительных приборов, с помощью которых производился
контроль параметров режима прессования.
В исследуемой работе были определены основные уровни и интервалы их
варьирования, наиболее значимые входные (содержание наполнителя, связующего,
вода) и выходные (плотность, водопоглощение) параметры.
Ниже приведены графические изображения стандартизированных карт Парето,
где показана зависимость переменных факторов на выходные параметры.
62
napolnitel (A)
+
-
svyasuyushee (B)
Voda (C)
AB
BC
AC
0
2
4
6
8
Рисунок 1 – Карта Парето плотности
На карте Парето видно, что основной компонент (наполнитель) оказывает на
плотность волокнистого композиционного материала самое наибольшее и значимое
влияние. О чем свидетельствует пересечение горизонтального столбца (А)
вертикальной линии, которая означает 95 % уровень значимости.
Следующее графическое представление показывает влияние переменных
факторов на выходной параметр- водопоглощение.
40
wl 2
36
32
28
24
2,0
3,0 4,0
6,0 1,0
3,0
Napolnitel Svyasuyushee Voda
Рисунок 2 – График главных эффектов водопоглащения
где, wl 2 – водопоглощение;
Napolnitel – наполнитель (вискозное высокомодульное волокно);
Svyasyushee – связующее;
Voda – вода.
График главных эффектов построен по результатам сделанных экспериментов.
Он иллюстрирует зависимости каждого переменного фактора на выходной параметр
водопоглощение. Из графика видно, что на водопоглощение волокнистого
композиционного материала, армированного ВВМВ, оказывает влияние только
содержание наполнителя в композите. Остальные факторы не имеют значимого
эффекта.
Выводы: на основании проведенных исследований можно сделать выводы, что
содержание наполнителя оказывает большое влияние на физические свойства
композита, армированного ВВМ волокном. Это позволяет регулировать свойствами
63
готовых изделий, получая волокнистые композиты необходимого качества.
Полученный волокнистый армированный композит рекомендуется в сферах
применения конструкционного, теплоизоляционного назначения и др.
Библиографический список:
1.
Перепелкин, К.Е. Основные компоненты волокнистых композитов, их
взаимодействие и взаимовлияние [Текст] / К.Е. Перепелкин // Химические волокна. 2005. - № 4. - С. 7-20.
2.
Перепелкин К.Е. Получение и особенности свойств полимерных
композиционных материалов [Текст] / К.Е. Перепелкин // Химические волокна. - 2005. № 5. - С. 54-68.
3.
Пен, Р.З. Планирование эксперимента в Statgraphics [Текст] / Р.З. Пен. – М.:
Красноярск: СибГТУ - Кларетианум, 2003, - 246 с.
УДК 677.494.674:666.97.033.4
АРМИРОВАНИЕ ЛАВСАНОМ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
О.В. Терентьева
рук.- к.т.н., доцент Ю.А. Амбросович, ассистент М.А. Баяндин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Полимерные материалы являются основой создания самых разнообразных
изделий бытового назначения, техники, спорта и туризма, медицины и многих других
областей применения. Давно прошло время, когда основными материалами были
металлы, камень, керамика, древесина, кожа, текстиль из природных волокон. И хотя эти
традиционные материалы не потеряли своего значения, технический прогресс был бы
невозможен без появления новых материалов с различными заданными свойствами, в
особенности композиционных материалов (композитов). Поэтому в развитых странах
получению этого класса материалов, изучению их свойств, расширению областей
применения уделяется огромное внимание.
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) можно разделить на следующие
основные группы:
- дисперсно-наполненные пластики (ДНП), состоящие из полимерной матрицы и
порошкообразного или коротковолокнистого наполнителя, вводимого для придания
материалу определенных функциональных свойств или удешевления его без заметного
изменения механических или других свойств, иногда их называют просто «наполненные пластики»;
- армированные полимерные материалы (армированные пластики), преимущественно
волокнистые ПКМ, состоящие из армирующего волокнистого наполнителя (АВН) и
полимерной матрицы (связующего); основная роль АВН заключается в повышении
механических свойств материала.
Исторически первыми были созданы композиты на основе природных волокон
(древесных и хлопка), затем на основе стекловолокон и реактопластов (смол).
Применение волокнистых ПКМ сложилось во второй половине 20-го века, и в настоящее
время они широко используются во многих изделиях и конструкциях. Основу
волокнистых композиционных материалов составляют АВН, объединенные в
64
монолитный композиционный материал матрицей - вторым важным компонентом. В
ПКМ в качестве матрицы могут использоваться различные полимеры - термопласты и
реактопласты. Наряду с природными волокнами и стекловолокнами для армирования все
шире применяются химические волокна с высокими механическими и термическими
свойствами, позволившие создать конструкционные ПКМ с совершенно новыми
функциональными характеристиками.
С целью создания композитов нами, на основании литературных данных, были
подобраны следующие компоненты (фазы) и добавки. В качестве наполнителя было
выбрано волокно – лавсан (полиэтилентерефталат), в качестве связующего - эпоксидная
универсальная смола, отвердитель и вода.
Положительные факты для выбора наполнителя - лавсан следующие: это волокно
обладает наименьшей гигроскопичностью, наибольшей устойчивостью к действию
воды и высокой теплостойкостью, светостойкостью и хемостойкостью, обладает
хорошей упругостью. Волокно лавсан не подвержено повреждению молью, плесенью и
гнилостными микроорганизмами, а также имеет низкую себестоимость. Благодаря
целому ряду положительных свойств, лавсан широко применяется для изготовления
изделий народного потребления, а также для технических целей.
Все выбранные фазы смешивались в соответствующих пропорциях на
основании дисперсионного анализа и подвергались горячему прессованию на прессе
типа ВП-9024 М.
Физические свойства полученных образцов определяли после недельной
выдержки в комнатных условиях. Образцы подвергались замерам (длины, ширины,
толщины) для расчета плотности. Также определяли степень водопоглощения. Для
этого образцы замачивали в воде комнатной температуры на 24 ч и потом находили
отношение влаги, набранной образцом к его первоначальной массе.
Результаты влияния переменных факторов на плотность и водопоглощения
композита, армированного лавсаном с эпоксидной смолой, приведены на
стандартизированных картах Парето (рисунок 1,2).
napolnitel (A)
+
-
wyazuyushee(B)
voda(C)
BC
AB
AC
0
1
2
3
4
Рисунок 1 – Карта Парето плотности
Как видно из графического изображения на плотность полученного
волокнистого композита оказывает влияние содержание наполнителя (лавсан) и
связующего. Вода и парные взаимодействия всех составляющих фаз влияния на
плотность не оказывают. Значимость переменных факторов определяли по
пересечению горизонтальных столбцов вертикальной линии, которая показывает 95 %
уровень значимости.
65
napolnitel (A)
AC
voda (C)
vyasuyushee (B)
AB
BC
0
1
2
3
4
5
Рисунок 2 – Карта Парето водопоглощения
На карте Парето видно, что на водопоглощение оказывает влияние содержание
наполнителя (лавсан) в композиционном материале. Чем больше содержание
наполнителя, тем меньше водопоглощение.
Выводы: на основании проведенных исследований можно сделать выводы, что
содержание наполнителя и, в некоторых случаях, связующего оказывают большое
влияние на физические свойства композита армированного лавсаном. Это позволяет
регулировать свойства готовых изделий, получая волокнистые композиты
необходимого качества. Лавсан, можно использовать в качестве наполнителя в
композиционном материале. Полученный армированный волокнистый материал можно
использовать в качестве конструкционного и теплоизоляционного назначения.
Библиографический список:
1.
Перепелкин, К.Е. Основные компоненты волокнистых композитов, их
взаимодействие и взаимовлияние [Текст] / К.Е. Перепелкин // Химические волокна. 2005. - № 4. - С. 7-20.
2.
Перепелкин К.Е. Получение и особенности свойств полимерных
композиционных материалов [Текст] / К.Е. Перепелкин // Химические волокна. - 2005. № 5. - С. 54-68.
3.
Пен, Р.З. Планирование эксперимента в Statgraphics [Текст] / Р.З. Пен. – М.:
Красноярск: СибГТУ - Кларетианум, 2003, - 246 с.
66
УДК 676.166
ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
ИЗ ХВОЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Ю.С. Дорохова
рук. – к.т.н., доцент О.А. Колмакова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Области применения микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) в настоящее
время очень широки, поэтому велик интерес к этому продукту и к методам ее
получения.
Микрокристаллическую целлюлозу в виде белоснежного легкосыпучего
порошка применяют в качестве наполнителя при изготовлении лекарственных
препаратов, например, таблеток. Использование ее в качестве разрыхляющесвязующего препарата позволяет устранить стадию грануляции, обычно необходимую
при производстве лекарств, и тем самым повышает экономичность стадии прессования
таблеток. Кроме того, такие добавки стабилизируют различные фармацевтические
препараты. При тщательной диспергации микрокристаллической целлюлозы в воде
образуется стабильный коллоидный гель или дисперсия, которые используют в
косметической или фармацевтической промышленности как в виде крема, так и в виде
суспензии. Также выделен препарат микрокристаллической целлюлозы для повышения
скорости диспергации мороженого и холодного десерта. С помощью гелеобразной
микрокристаллической целлюлозы можно приготовить теплостойкую эмульсию типа
«масло в воде», которая позволяет консервировать продукты, уже готовые к
употреблению.
Другая новая быстроразвивающаяся область применения микрокристаллической
целлюлозы – производство катализаторов [1].
Основой для получения микрокристаллической целлюлозы может служить
практически любое целлюлозосодержащее сырье. Несмотря на то, что источники
целлюлозы весьма разнообразны (древесина высших растений, хлопок, лен, конопля,
джут, рами, водоросли и т. д.), традиционно для получения микрокристаллической
целлюлозы применяют хлопковую целлюлозу и технические древесные целлюлозы [2].
Классическим способом получения МКЦ принято считать гетерогенный
гидролиз 2,5 н соляной кислотой при 105 0С [2, 3].
Цель работы: установить возможность получения микрокристаллической
целлюлозы из пероксидной хвойной целлюлозы, используя в качестве гидролизующих
агентов серную и соляную кислоты; исследовать свойства полученной
микрокристаллической целлюлозы и сравнить с микрокристаллической целлюлозой,
вырабатываемой промышленностью.
Пероксидной делигнификации подвергали хвойную древесину. Для опытов
использовали еловые опилки фракции № 2.
Окислительную обработку древесины проводили, как описано в [4]. В качестве
катализатора пероксидной делигнификации использовали вместе с вольфраматом и
молибдатом натрия серную кислоту. Выход древесного остатка составил в среднем 37,4
%.
Остаточный лигнин удаляли из целлюлозы обработкой разбавленным раствором
гипохлорита натрия.
В дальнейшем проводился гидролиз целлюлозы, в качестве гидролизующего
агента использовали серную кислоту (H2SO4) различной концентрации.
67
Для планирования эксперимента использовали двухфакторный дисперсионный
анализ [5] (таблица 1).
Переменные факторы эксперимента: Х1 – концентрация H2SO4, %;
Х2 –
температура процесса гидролиза, ºС; Х 3 – продолжительность процесса гидролиза, мин.
В качестве выходных параметров выбраны: Y1 – выход после гидролиза, %; Y2 –
степень полимеризации (СП); Y3 – влажность, % (таблица 1).
Математическую обработку выполняли средствами пакета прикладных
программ “Statgraphics Plus v.5”.
Таблица 1 – План эксперимента и его результаты при проведении гидролиза H2SO4
№
1
2
3
4
5
6
7
8
Концентра- Температу- Продолжительция
ра
ность (τ), мин
кислоты
процесса
(Х3)
(С), %
(t), 0С
(Х1)
(Х2)
3,0
50
60
9,0
50
60
3,0
100
60
9,0
100
60
3,0
50
120
9,0
50
120
3,0
100
120
9,0
100
120
Выход
после
гидролиза, %
(Y1)
99,70
97,14
96,42
94,17
98,27
99,28
90,58
87,53
СП
(Y2)
Влажность,
%
(Y3)
672,85
526,38
271,38
161,23
660,30
509,80
178,14
136,15
5,04
3,21
4,01
3,41
3,64
3,89
3,14
3,18
Согласно данным дисперсионного анализа, влияние температуры процесса (Х2)
на выходной параметр – выход после гидролиза (Y1) статистически значимо при уровне
значимости р=5 % (т. е. р<0,05). Из рисунка 1 видно, что значительное влияние (pvalue=0,0061) на выход целлюлозы после гидролиза оказал температурный режим
процесса. Следовательно, при повышенной температуре деструкция аморфных
областей целлюлозы происходит более полно.
100
Y1
98
96
94
92
-1.0
X1
1.0 -1.0
X2
1.0 -1.0
X3
1.0
Рисунок 1 – Зависимость влияния концентрации кислоты (Х1), температуры (Х2)
и продолжительности (Х3) гидролиза на выход целлюлозы (Y1)
Значимое влияние (p-value=0,0005) на степень полимеризации (СП) целлюлозы
(Y2) оказал так же температурный режим гидролиза (Х2). Концентрация кислоты и
68
продолжительность процесса повлияли на степень полимеризации незначительно, что
видно на рисунке 2.
680
Y2
580
480
380
280
180
-1.0
X1
1.0 -1.0
X2
1.0 -1.0
X3
1.0
Рисунок 2 – Зависимость влияния концентрации кислоты (Х1), температуры
(Х2) и продолжительности (Х3) процесса на степень
полимеризации целлюлозы (Y2)
На влажность (Y3) полученной целлюлозы ни один из параметров не оказал
значимого влияния.
Для сравнения проводился гидролиз пероксидной целлюлозы соляной кислотой
(HCl) различной концентрации.
Для планирования эксперимента использовали двухфакторный дисперсионный
анализ [5] (таблица 2). Переменные факторы и выходные параметры те же, что и при
проведении гидролиза серной кислотой (таблица 2).
Таблица 2 – План эксперимента и его результаты при проведении гидролиза HCl
№
1
2
3
4
5
6
7
8
Концентра- Температу- Продолжитель- Выход
ция
ра
ность (τ), мин
после
кислоты
процесса
(X3)
гидро(С), %
( t), 0С
лиза, %
(X1)
(X2)
(Y1)
3,0
50
60
97,5
9,0
50
60
97,5
3,0
100
60
92,5
9,0
100
60
87,5
3,0
50
120
95,0
9,0
50
120
95,0
3,0
100
120
90,0
9,0
100
120
82,5
СП
(Y2)
Влажность,
%
(Y3)
575,90
522,13
254,45
168,90
344,48
267,83
135,39
76,55
4,95
4,67
4,91
4,42
4,67
4,95
4,29
4,31
Согласно данным дисперсионного анализа гидролиза целлюлозы соляной
кислотой, так же наиболее значимое влияние (p-value=0,0227) на все выходные
параметры оказал температурный режим процесса гидролиза. То есть при увеличении
температуры процесса снижается выход продукта и СП, что видно на рисунках 3 и 4.
На влажность МКЦ этот параметр не оказал значимого влияния.
69
98
Y1
96
94
92
90
88
-1.0
X1
1.0 -1.0
X2
1.0 -1.0
X3
1.0
Рисунок 3 – Зависимость влияния концентрации кислоты (Х1), температуры (Х2)
и продолжительности (Х3) процесса на выход целлюлозы (Y1)
Концентрация кислоты (Х1) и продолжительность (Х3) процесса гидролиза
значимого влияния (как и в случае с серной кислотой) на выходные параметры не
оказали. Однако при проведении данного эксперимента с более концентрированной
соляной кислотой образцы после гидролиза потемнели и приобрели коричнево-желтый
оттенок.
450
400
Y2
350
300
250
200
150
-1.0
X1
1.0 -1.0
X2
1.0 -1.0
X3
1.0
Рисунок 4 – Зависимость влияния концентрации кислоты (Х1), температуры
(Х2) и продолжительности (Х3) процесса на степень полимеризации
целлюлозы (Y2)
При проведении эксперимента установлены оптимальные режимы гидролиза
пероксидной целлюлозы. Были получены образцы МКЦ с СП удовлетворяющей СП,
установленные ТУ (в пределах 150-300). Верхний предел СП порошкообразной
целлюлозы выбран в соответствии с ТУ 9199-005-12043303-2003 на целлюлозу
микрокристаллическую порошкообразную. По техническим условиям СП МКЦ не
должна превышать 300. Но при СП 300 частично сохраняется волокнистая структура
целлюлозы. Порошкообразный вид (порошкообразную структуру) целлюлоза
принимает при величине СП 250 и ниже [6].
Наиболее соответствует всем предъявляемым требованиям к МКЦ образцы,
полученные по режимам 4, 7 с серной кислотой и образец, полученный по режиму 4 с
соляной кислотой (см. таблицу 1, 2).
ВЫВОДЫ.
1. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о том, что наиболее значимое
влияние на выход продукта после гидролиза и его СП оказывает температурный режим
70
процесса, что обусловлено наиболее полной деструкцией аморфных областей
пероксидной целлюлозы.
2. Серная кислота показала себя с лучшей стороны в качестве гидролизующего агента
по сравнению с соляной, так как степень белизны продукта после процесса гидролиза
H2SO4 значительно выше, чем после процесса гидролиза HCl.
3. Найдены режимы получения микрокристаллической целлюлозы в порошковом виде
без дополнительного механического размола с требуемыми значениями СП.
4. Дальнейшие исследования будут направлены на установление возможности
получения микрокристаллической целлюлозы с сокращением стадий технологического
процесса.
Библиографический список:
1.
Байклз, Н. Целлюлоза и ее производные. Т 2 [Текст] / Н. Байклз, Л. Сегал. -М.:
Мир, 1974. – 511 с.
2.
Кочева, Л. С. Новые способы получения микрокристаллической целлюлозы / Л.
С. Кочева, А. П. Карманов // II Всероссийская конференция растительных веществ: сб.
ст. - Казань, 2002 г. - С. 140-14.3
3.
Целлюлоза в форме порошка – получение, свойства, применение: сб. ст. / Р. И.
Сарыбаева [и др.]. - Фрунзе: Илим, 1986. - 339 с.
4.
Колмакова, О. А. Низкотемпературная окислительная делигнификация
древесины. 14. Физико-химическая характеристика облагороженной пероксидной
целлюлозы из ели [Текст] / О. А. Колмакова [и др.] // Химия растительного сырья. 2004. - №3. - С. 35-38.
5.
Пен, Р. З. Планирование эксперимента в Statgraphics [Текст] / Р. З. Пен. Красноярск: СибГТУ. – Кларетианум, 2003. - 246 с.
6.
Хакимова, Ф. Х. Технология получения и бесхлорной отбелки целлюлозы из
молодой тонкомерной древесины [Текст]: дисс. … док. техн. наук.: 05.21.03 / Ф.Х.
Хакимова. – Пермь, 2007. – 284 с.
УДК 676.1:541.12
ЗАВИСИМОСТЬ ВРЕМЕНИ Т1 ЯМР РЕЛАКСАЦИИ ОТ ВРЕМЕНИ КАК
ОТРАЖЕНИЕ ПОЛИЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОСТИ КИНЕТИКИ ДЕЛИГНИФИКАЦИИ
О.В. Пен, Е.С. Маслова, М. Битехтина, Д.Л. Абалихина
рук.- к.т.н., доцент И.Л. Шапиро
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Известно, что химическая неоднородность полимера приводит к появлению так
называемой полихронной кинетики [1]. Возникает распределение химических связей в
макромолекулах по кинетическим параметрам. Для экспериментального определения
этих распределений необходимо построение и анализ кинетических кривых, что
предполагает выполнение большого объема исследований и, соответственно,
значительных затрат времени. В то же время неоднородность строения полимера может
быть выявлена методом ЯМР-релаксационной спектроскопии. На рисунке 1
представлена зависимость времени релаксации Т1 от времени процесса
делигнификации.
71
60
50
T1
40
30
20
10
0
0
200
400
800
600
t,min.
1000
1200
1400
Рисунок 1 - Зависимость времени релаксации Т1 от времени делигнификации.
При общем тренде на уменьшение Т1 во времени на рисунке наблюдается
периодическое увеличение и уменьшение этой величины, непосредственно связанной с
интенсивностью взаимодействия релаксирующих ядер с лигно-углеводной матрицей.
Очевидно, что объяснение изменения во времени Т1 необходимо искать в особенностях
процесса деструкции существенно химически неоднородных полимеров древесины.
Как было показано [2], в процессе варки полимеры древесины ведут себя как
некоторый кинетический ансамбль состоящий из подансамблей, каждый из которых
имеет собственные энергии акьтивации и предэкспоненты. Соответственно для
каждого из подансамблей в процессе деструкции наблюдается сначала увеличение Т1,
обусловленное разрушением количества связей фрагмента макромолекулы с
лигноуглеводной матрицей. Последующее уменьшение Т1 связано с растворением
разрушенного фрагмента и перехода его в раствор. Так как в результате этого процесса
увеличивается как относительное количество неразрушенных связей, так и
соответствуюшая им скорость релаксации. Фактически рисунок 1 можно рассматривать
как своеобразный аналог "кривой размораживания" [1]. На рисунке 2 представлены
дифференциальные кривые распределения энергии активации по массовым долям
кинетических ансамблей [2]. Очевидна явная похожесть представленных на рисунках 1
и 2 зависимостей.
72
Лигнин (а), углеводы (б), сосна (1,3) и лиственница (2,4).
Рисунок 2 - Дифференциальные кривые распределения энергии активации по
массовым долям кинетических ансамблей.
Сопоставляя рисунки можно сделать вывод, что рисунок 1 есть результат
наложения процессов, отображенных на рисунке 2.
Таким образом можно сделать вывод о том, что возможна оценка химической
неоднородности полимеров древесины по данным ЯМР релаксационных спектров.
Библиографический список:
1.
Эмануэль Н.М. Химическая физика молекулярного разрушения и стабилизации
полимеров [Текст] / Н.М.Эмануэль, А.Л.Бучаченко. - М.: Наука, 1988. - 368 с.
2.
Пен В.Р. Теоретические основы делигнификации [Текст] // В.Р. Пен, Р.З.Пен
Красноярск. -Издательство "Красноярский писатель", 2007. -348 с.
УДК 676.1:541.12
ЯМР РЕЛАКСАЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ПОЛИМЕРОВ ДРЕВЕСИНЫ
И ПОЛИЭКСПОНЕНЦИАЛЬНАЯ КИНЕТИКА
О.В.Пен, Е.С. Маслова
рук. – к.х.н., доцент С.И.Левченко
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Как известно, в релаксационной спектроскопии ЯМР сигнал после 900 импульса
угасает экспоненциально с постоянной времени Т2 согласно уравнению
M t = M 0 exp(− Tt2 ) .
(1)
Гетерогенность среды приводит к увеличению числа Мк с разной скоростью
релаксационных процессов [1]. К таким системам относятся, например жидкость-
73
пористое твердое тело, биологические обьекты, гели и пр. Различие релаксационных
характеристик в гетерогенных обьектах определяется в основном различиями в
молекулярной подвижности для разных структурных областей. Интерпретация
результатов исследований в гетерогенных системах осложняется неопределенностью
распределения фаз и возможностью обмена молекулами между фазами. Принципы
описания релаксационных процессов в гетерогенных системах заложены в работах [2,
3]. В частном случае двух фаз
F (t ) = Fa (0) exp(− Tta ) + Fb (0) exp(− Ttb ) ,
(2)
где, F (t ) релаксационная функция продольной или поперечной намагниченности. Если
между фазами происходит медленный обмен, то одновременно происходит перенос
намагниченности между фазами.
Поэтому выражение (2) трансформируется в [1]
F (t ) = F (0)[ p a' exp(− Tt ' ) + pb' exp(− Tt ' )] ,
a
(3)
b
где p a' , pb' , Ta' , Tb' кажущиеся заселенности и времена релаксации. В частности, в
приборе Minispec mq Series, Bruker, программы "fit monodecay", "fit bidecay", "fit
tridecay" и "fit quaddecay" позволяют аппроксимировать экспериментальные данные
одно, двух, трех и четырехэкспоненциальной зависимостью [4].
В общем случае N компонентов, очевидно
N
F (t ) = F (0)∑ p k' exp(− Tt ' ) .
k =1
(4)
k
Для непрерывного распределения неоднородности для полимеров нерегулярного
строения также можно ожидать замену конечной суммы (4) на интеграл. То есть
F (t ) =
TMAX
∫
0
t
exp(− ) f (T )dt .
T
(5)
Здесь f(T)- плотность функции распределения времени релаксации, учитывающая
неоднородность строения полимера.
В то же время известно, что для процессов деструкции полимеров кинетическая
кривая описывается уравнением
K
C (t ) =
∫ G(k , t ) f (k )dk
(6)
0
Такая аналогия позволяет предположить, что в случае ЯМР релаксационной
спектроскопии полимеров нерегулярного строения, а к таковым относятся полимеры
древесины, можно ожидать, что f (T ) , найденная из решения интегрального уравнения
(5) и f (k ) , найденная из (6) быдут коррелировать.
74
Очевидно, что в данной формулировке задача описания релаксационной кривой
сводится к решению интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода. Это некорректная
задача и требует применения специальных методов. В качестве такового предлагается
использование метода Тихонова [6]. При этом в качестве стабилизатора использовать
выражение
α ∫ [ f 2 ( s ) + f ' ( s ) 2 ]ds .
b
(7)
a
А параметр регуляризации определять методом эталонного примера [7].
Такой подход дает возможность, для определения f (k ,0) , заменить громоздкий и
затратный по времени кинетический эксперимент на ЯМР спектроскопию. Что
позволяет, в свою очередь, получать математические модели технологического
процесса варки целлюлозы в режиме реального времени [10].
Библиографический список:
1.
Чижик В.И. Ядерная магнитная релаксация [Текст] / В.И.Чижик. – Ленинград. –
Издательство Ленинградского университета, 1991. -254 с.
2.
Zimmerman J.R. Nuclear magnetic resonance studies in multiple phase system:
Lifetime of a woter molecule in an adsorbin phase on silica gel [Текст] / J.R.Zimmerman,
W.E.Brittin. – J. Phys. Chem, 1957. – Vol.61. -№9. - p. 1328-1333.
3.
Woessner D.E. Nuclear transfer effects in nuclear magnetic resonance pulse
experiment [Текст] / D.E.Woessner. – J. Phys. Chem, 1961. –Vol. 35. - №1. –P.41-48.
4.
The minispec mq Series. Руководство по измерению времен релаксации (Т1 и Т2 )
[Текст] / Вruker Analytik GmbH Am Silbersteifen. –April 2001. -58 p.
5.
Эмануэль Н.М. Химическая физика молекулярного разрушения и стабилизации
полимеров [Текст] / Н.М.Эмануэль, А.Л.Бучаченко. - М.: Наука, 1988. - 368 с.
6.
Тихонов А.Н. Методы решения некорректных задач [Текст] / А.Н.Тихонов,
В.Я. Арсенин. - М., Наука, 1974. -274 с.
7.
Базилевский
М.В.
Современные
теории
химических
реакций
в
конденсированной фазе [Текст] / М.В.Базилевский, В.И.Фаустов. - Успехи химии,
1992. -Т.61. -С.1185.
8.
Tolkatchev V.A. [Текст] / V.A. Tolkatchev. - Chem. Phys. . 1987. -V.116. -P.283.
9.
Аринштейн
А.Э.
Полихронная
кинетика
химических
реакций
в
конденсированных системах [Текст] / А.Э. Аринштейн. - Химия и компьютерное
моделирование. Бутлеровские сообщения, 2001г. - № 4.
10.
Зорин И.Ф. Управление процессами целлюлозно-бумажного производства
[Текст]/ И.Ф.Зорин, В.П.Петров, С.А.Рогульская. - М.: Лесная пром-сть, 1981. - 320 с.
75
УДК 676.024.45
ПРОФИЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОРПУСА
ЕМКОСТНОГО АППАРАТА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИНИМАЛЬНЫХ
ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Д.А. Иванов, К.А. Иванов
рук. – д.т.н., профессор А.П. Руденко
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В различных отраслях производства применяют большое число устройств для
осуществления перемешивания в жидкой фазе. При этом на протяжении многих лет число
видов перемешивающих систем бесполезно увеличивалось из-за того, что теория
перемешивания в жидкой фазе развивалась медленно. Принципиальная система для
перемешивания в жидкой фазе представляет собой сосуд, содержащий жидкость, с
механическим устройством для создания турбулентности. [1]
При этом высокая степень перемешивания жидкости достигается в случае, если вся
масса жидкости, заключенная в корпусе, находится в условиях турбулентности,
обеспечивающая высокую степень циркуляции потока и уменьшая влияние застойных зон
в корпусе аппарата. Количество механической энергии, требующейся для турбулизации
всей массы жидкости, зависит от конструкции корпуса и мешалки, а также от физических
свойств перемешиваемых жидкостей. [1]
Рассмотрим аппарат стандартной конструкции, обеспечивающий достаточно
интенсивное перемешивание для большинства производственных процессов (рисунок 1).
[1]
Рисунок 1 - Аппарат стандартной конструкции:
1 – турбина шестью прямыми ровными лопатками; 2 – отражательная
перегородка; 3 – вал; 4 – стенка.
Аппарат представляет собой вертикальный цилиндрический корпус с размещенным
внутри него перемешивающим устройством. Для предотвращения образования
центральной воронки на стенке корпуса устанавливают отражательные перегородки.
Данная конструкция корпуса аппарата создает «мертвые» зоны и большие
гидравлические потери при движении жидкости, что отрицательно сказывается на
качестве перемешивания жидкости и повышении энергопотребления.
В результате проведенных ранее гидродинамических обследований посредством
экспериментального зондирования проточной полости аппарата были получены значения
76
скоростей в меридиональной и радиальной плоскости, что позволяет построить эпюры
скоростей в различных сечениях проточной полости аппарата (рисунок 2). [2]
Рисунок 2 – Эпюры скоростей в проточной полости аппарата
Наличие эпюр скоростей создает реальные возможности для выполнения
качественного анализа и количественной оценки гидродинамики потоков суспензий в
различных областях проточной полости аппарата.
Соединяя максимумы на эпюрах скоростей изолиниями, получаем ряд кривых. Так,
например, в нижней части полости аппарата полученная кривая приближенно напоминает
фрагмент параболы вида х2=2Ру. В центральной же части полученная кривая имеет вид
дуги описываемая уравнением Rдуги = Dр, где Dр – диаметр основания ротора.
Используя эти кривые для профилирования отдельных элементов корпуса,
позволяет снизить гидравлические сопротивления корпуса, а значит, и уменьшить
энергозатраты при эксплуатации.
Применяя на практике данный опыт, был разработан многофункциональный
емкостной аппарат с рабочей полостью профилированного сечения (рисунок 3).
Рисунок 3 – Многофункциональный емкостной аппарат:
1 – корпус; 2 – ротор; 3 – вал; 4 – подшипниковый узел; 5 – шкив;
6 – направляющие планки; 7 – направляющий аппарат
77
Аппарат
предлагаемой
конструкции
позволяет
интенсифицировать
технологический процесс приготовления гомогенной суспензии за счет увеличения
степени циркуляции суспензии в проточной рабочей полости и за счет отсутствия
«мертвых» зон в придонной части корпуса.
Кроме того в предлагаемом аппарате значительно снижаются непроизводительные
энергетические потери благодаря уменьшению сил трения за счет исключения или
существенного снижения эффекта отрывности потока от корпуса аппарата и
направляющих планок посредством изменения профилирующей формы путем изгиба их
по длине в вертикальной плоскости в сторону вращения ротора.
Вывод:
Предлагаемая методика профилирования, позволяет конструировать аппараты для
различного функционального назначения. Состоятельность этой идеи в последующих
исследованиях будет подтверждена экспериментально.
Библиографический список:
1.
Холланд, Ф. Химические реакторы и смесители для жидкофазных процессов
[Текст] / Ф. Холланд, Ф. Чапман; пер. с англ. под ред. Ю.М. Жорова. - М.: «Химия», 1974.
– 208 с.
2.
Руденко, А.П. Теоретические основы профилирования основных функциональных
элементов аппарата емкостного типа [Текст] / А.П. Руденко, В.В. Еременко; Сиб. гос.
технолог. универ. – Красноярск, 2003. – 16с. – Деп. в ВИНИТИ 12.05.03, №900-В2003.
3.
Брагинский, Л.Н. Перемешивание в жидких среда [Текст] / Л.Н. Брагинский, В.И.
Бегачев, В.М. Барабаш. – Л.: Химия, 1984. – 336 с.
УДК 676.024.45
ПОСТРОЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ГЕОМЕТРИИ РОТОРА
ГЕЛИКОИДНОГО ТИПА
К.А. Иванов, Д.А. Иванов
рук. – д.т.н., профессор А.П. Руденко
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Перемешивание – один из наиболее распространенных процессов химической
технологии. Аппараты с перемешивающими устройствами используются для
проведения весьма разнообразных технологических процессов, таких как
кристаллизация, абсорбция, экстрагирование, гомогенные и гетерогенные химические
реакции и т.д.
Перемешивание можно рассматривать как способ интенсификации процессов
распределения растворенных веществ, взвешенных частиц и теплоты, а также
диспергирования капель и пузырьков в жидкости путем приведения ее в вынужденное
движение. [1]
Конструктивным элементом, непосредственно предназначенным для приведения
жидкости в вынужденное движение, служит мешалка. Конфигурации мешалки часто
придается излишне важное значение, и это привело к большому разнообразию
конструкций. В действительности же создание новых конструкций мешалок или их
модификаций, как правило, нерационально. Практика показывает, что большинство
78
задач перемешивания может быть успешно решено путем использования
ограниченного числа конструкций мешалок. [1]
Существующие конструкции перемешивающих устройств не удовлетворяют
требованиям мультиперемешивания, когда возникает потребность в тонком
перемешивании, например, в биоректорах при культивировании микроорганизмов.
Нами разрабатывается ряд перемешивающих устройств для интенсификации
процессов перемешивания, смешивания и хранения.
Принципиально перемешивающее устройство представляет собой тело,
полученное путем вращения образующей вокруг вертикальной оси. Образующая
описывается уравнением
. На тело навиваются три винтовые поверхности в виде
желоба (рисунок 1).
Рисунок 1 – Ротор геликоидного типа
Построение винтовой поверхности желобов проводится по аналогии с
построением поверхности косого геликоида. Средняя линия желоба описывается
системой уравнений:
Необходимость использования данного аналитического выражения вызвано
существенным различием геометрией желоба по его высоте.
Желоб представляет собой диффузор, расширяющийся сверху вниз. Форма
желоба построена таким образом, что позволяет сориентировать в пространстве поток
жидкости и сообщить потоку энергию для увеличения скорости движения с
увеличением этой энергии Δ W на преодоление сопротивления по траектории движения
потока.
Диффузоры характеризуются существенным отрывом потока у стенок, поэтому
угол атаки потока при входе в русло желоба составляет 16 - 20˚, что позволяет создать
безотрывное движение потока [2]. На основании этого средняя линия тока по желобу от
вершины до основания смещается относительно каждой последующей плоскости
сечения ротора на угол 20
˚. Число плоскостей сечения выбирается в зависимости от
функции ротора (перемешивание, смешение, хранение).
79
Назначение ротора определяется углом закручивания средней линии желоба. Так
для процесса хранения угол закрутки составляет 90˚(рисунок 2,а), для смешения - 180˚
(рисунок 2,б), для перемешивания - 270˚ (рисунок 2,в). С увеличением угла закрутки
увеличивается длина желоба и время пребывания потока жидкости в нем.
Следовательно, потоку сообщается больше энергии и на выходе с ротора он
приобретает большую скорость.
Отсюда следует, что в зависимости от угла закрутки средней линии желоба
ротора создается определенный режим течения жидкости в аппарате: ламинарный,
переходный и турбулентный для процессов хранения, смешения и перемешивания
соответственно.
Исследования, проведенные в лаборатории гидродинамики СибГТУ по
изучению эффективных способов переработки целлюлозно-бумажных продуктов,
указывают на достоверность данных суждений. [3]
Рисунок 2 – Роторы с различными углами закрутки средней линии желоба
а - 90˚; б - 180˚; в - 270˚
Вывод:
Используя эти условия можно добиться уменьшения гидравлических потерь при
движении потока жидкости через ротор. Это позволит, снизить затраты электроэнергии
и увеличить степень циркуляции потока, что в целом положительно скажется на
качестве выпускаемой продукции.
Библиографический список:
1. Брагинский, Л.Н. Перемешивание в жидких среда [Текст] / Л.Н. Брагинский, В.И.
Бегачев, В.М. Барабаш. – Л.: Химия, 1984. – 336 с.
2. Терентьев, О.А. Гидродинамика волокнистых суспензий в целлюлозно-бумажном
производстве [Текст] / О.А. Терентьев. – М.: Лесная пром-сть, 1980. – 248 с.
3. Еременко В.В. К вопросу разработки методики гидродинамического расчета
емкостных аппаратов с ротором геликоидного типа / В.В. Еременко, А.П. Руденко, Л.В.
Кутовая // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения: сб.ст. - Красноярск
: СибГТУ, 2005. - Т. 1. - С. 124-129.
80
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОЧЕГО КОЛЕСА
ТУРБИНЫ НА ПРОЦЕСС ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО РАЗМОЛА
А.М. Дубровская, С.В. Топчиева
рук.- ст. преподаватель Р.А. Марченко
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Трудно сказать, какой из процессов производства бумаги является самым
важным с точки зрения влияния на свойства конечного продукта. Несомненно,
свойства готовой бумаги зависят от совокупности всех процессов бумажного
производства. Однако процессу размола волокнистой суспензии отводилось большое
значение в создании самых разнообразных свойств бумажного листа.
Безножевые аппараты типа “струя-преграда” занимают значительное место при
исследованиях оптимальных условий процесса разработки волокнистой суспензии для
получения качественных видов бумаг [1].
Процесс размола волокнистых материалов в безножевой установке типа “струяпреграда” зависит от многих факторов, среди которых определяющими являются:
количество лопаток турбины, форма и характер преграды, скорость истечения струи,
расстояние от насадки до преграды, форма насадки, ее диаметр и др. [2, 3, 4].
Ряд авторов указывают, что при взаимодействии струи с подвижной и
неподвижной преградами на поверхности раздела двух сред возникают волны сжатия и
образуются местные чередующиеся высокие ударные давления, воздействующие на
волокно в очень короткий период, которые обуславливают возникновение
ультразвуковой кавитации. Последняя в свою очередь является определяющим
фактором в обработке волокна[2, 4].
В лаборатории кафедры «Машины и аппараты промышленных технологий»
проводятся исследования по изучению механизма размола волокнистых материалов с
использованием подвижной преграды в виде вращающейся турбины с определенным
количеством лопаток. Одной из задач ставилось исследования влияния количества
лопаток на процесс размола. В качестве рабочей жидкости использовалась целлюлозная
масса концентрацией 2 %. В качестве подвижной преграды использовалась турбина с
различным количеством лопаток, рисунок 1. Работа проводилась при скорости
истечения струи суспензии 115,4 м/с, диаметре насадки 0,002м и расстоянии от насадки
до преграды 0,1м.
Рисунок 1 - Рабочее колесо турбины с различным количеством лопаток:
а – 8 лопаток; б – 12 лопаток; в - 16 лопаток; г- 24 лопатки;
д- 48 лопаток.
81
Для проведения сравнительного анализа на рисунке 2 представлены результаты
исследований размола в установке «струя-преграда» при различном числе лопаток.
На рисунке 2 представлена зависимость влияния числа лопаток турбины на
время обработки массы до градуса помола 50 ШР.
Время размола, с.
1500
1300
1100
900
-
20
40
60
Число лопаток, шт.
Рисунок 2 - Зависимость продолжительности обработки волокнистой суспензии
от числа лопаток турбины
Как видно из графика, с увеличением числа лопаток преграды наблюдается
снижение времени обработки волокнистой суспензии до определенного момента, а
затем оно увеличивается. На наш взгляд это объясняется тем, что с увеличением числа
лопаток преграды увеличивается число оборотов турбины, и как следствие, возрастает
число контактов струи суспензии с лопатками, что в свою очередь повышает
кавитационный эффект и уменьшает время размола. Однако при установки числа
лопасток свыше 24-х происходит перекрывание лопаток друг другом, что приводит к
затоплению струи, и как в следствии величина силы удара струи о преграду сводится к
минимуму, что резко снижает прирост градуса помола.
Рисунок 3 - Зависимость количества контактов струи с подвижной преградой
от числа лопаток турбины
82
Расчет показал что, при увеличении числа лопаток количество контактов струи
суспензии с лопатками растет до 62, а затем наблюдается снижение вследствие
перекрывания лопастей друг другом и затопления струи (рисунок 3).
Таким образом в результате проведенного расчета и экспериментальных
исследований мы выяснили что наибольший прирост градуса помола за более короткий
промежуток времени и меньший расход электроэнергии наблюдается при 24-х
лопатках.
Библиографический список:
1.
Алашкевич Ю. Д., Барановский В. П., Мицкевич Ф. И. и др.// Машины для
получения и размола волокнистой массы: Учебное пособие / - Красноярск: ЮГУ, 1980.131 с.
2.
Кутовая Л.В., Алашкевич Ю.Д.// Обобщающий параметр безножевого способа
обработки волокнистых полуфабрикатов: Монография – Красноярск: СибГТУ, 2001. –
130с.
3.
Васютин В. Г.// Интенсификация процесса комбинированного размола: Дис.
канд. техн. наук:- 05.21.03. - Утв.24.П.1987:- Красноярск 1987.- 165 с.
4.
Алашкевич Ю.Д Основы теории гидродинамической обработки волокнистых
материалов в размалывающих машинах [Текст] дис. … докт. техн. наук: 05.21.03:
защищена 14.04.1987 / Ю. Д. Алашкевич – Красноярск, 1987. – 376 с.
УДК 676.024.6
ВЛИЯНИЕ УГЛА УСТАНОВКИ НОЖЕЙ САТЕЛЛИТА НА РАЗМОЛ
ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСТАНОВКЕ С ИНЕРЦИОННЫМ
ДВИЖЕНИЕМ РАЗМОЛЬНЫХ ТЕЛ
© И.А. Воронин, А.А. Дирацуян
рук. – д.т.н. профессор Ю.Д. Алашкевич
ГОУ ВПО Сибирский государственный технологический университет
г. Красноярск
С. Смит связывает эффект укорачивания волокон с ростом секундной режущей
длины [4]. Кроме того, площадь поверхности ножевого трения и, соответственно,
секундная размалывающая поверхность являются производными от секундной
режущей длины ножей. Поэтому данный параметр непосредственно связан с
эффективностью процесса размола. Попытки внести коррективы при расчёте секундной
режущей длины были предприняты в работах Ю.Д. Алашкевича [1], А.А. Набиевой [2].
В работе А.А. Набиевой был проведён теоретический анализ по определению
истинной секундной режущей длины, с учётом углов установки ножей ротора и статора,
углов их скрещивания, а также основных геометрических параметров размольной
гарнитуры. Впервые для оценки качества разработки волокнистых суспензий был
предложен технологический параметр циклической элементарной длины Lω .ýë. (формула
1), характеризующий среднюю длину, «отрезаемую» парой ножей за один оборот ротора
[2].
LS ⋅ 60
,м
(1)
Lω .ýë. =
n ⋅ t ⋅ (2π /ψ )
83
где, t – количество движущихся точек пересечения ножей ротора с ножами статора, шт.
LS - секундная режущая длина, м/с
n – частота вращения ротора, об/мин.
2π /ψ - число секторов
В формуле учитывается количество движущихся точек пересечения режущих
кромок, которые являются существенной величиной, формирующей основные
технологические параметры. В виду сложности определения динамично меняющегося
значения количества точек пересечения, этот параметр игнорировался. С появлением
современных машинных методов расчета авторами была составлена в среде Matlab
программа предназначенная для определения секундной режущей длины и количества
движущихся точек контакта для дисковых гарнитур с параллельными прямолинейными
ножами [3]. Экспериментально и теоретически доказано, что с увеличением
циклической элементарной длины качественные показатели процесса размола
повышаются [2].
Однако использовать предложенную программу для определения количества
точек пересечения режущих кромок в размольной установке с инерционным движением
рабочих тел невозможно, т.к. в отличие от дисковых мельниц, где размол происходит в
плоскости между дисками ротора и статора, размол в установке с инерционным
движением рабочих тел происходит в планетарной системе. Волокнистый материал в
таком аппарате подвергается размолу в зазоре между внутренней стенкой размольного
цилиндрического барабана и перекатывающегося в его полости инерционного тела под
действием центробежной силы, возникающей при вращении размольного барабана
вокруг центрального вала и собственной оси. Особенностью конструкции
инерционного тела является наличие на его боковой поверхности зубчатого профиля. В
свою очередь, профиль внутренней поверхности размольного барабана имеет
наклонную насечку с фиксированным постоянным углом α 2 равный 550.
В нашем случае движение инерционного тела происходит путем перекатывания
его по образующей размольного барабана. Для исследования влияния углов скрещивания
на основные технологические показатели процесса размола размольной установки с
инерционными телами при помощи пакета программ КОМПАС-V8+ были изготовлены
прозрачные графические модели инерционных тел с различными углами установки
ножей по отношению к горизонту, а также размольного барабана с постоянным углом
наклона с соблюдением реальных геометрических размеров (рисунок 1).
Профиль инерционных тел имеет углы установки режущих кромокα 1 равный 33º,
55º, 90º, 135º,что при фиксированном угле наклона насечки барабана по зволило
получить угол скрещиванияα 3 равный 22º, 0º, 35º, 80º.Эксперимент проводился при
различной частоте вращения размольного цилиндра 114; 142,5; 171; 199,5; 228; 256,5
об/мин.
Циклическая элементарная длина для сателлита будет отличаться от этого же
параметра ножевой гарнитуры дисковой мельницы и определяется по следующей
формуле
L ⋅ 60
,м
(2)
Lω .ýë. = S
n ⋅t
где, t – количество движущихся точек пересечения ножей ротора с ножами статора, шт.
LS - секундная режущая длина, м/с
n – частота вращения ротора, об/мин.
84
Секундная режущая длина определяется по формуле
mЦ ⋅ mБ ⋅ l Ц ⋅ n
,м/с
LS =
60
где, mÖ – число ножей на размольном цилиндре, шт.;
(3)
mÁ – число ножей на размольном барабане, шт.;
l Ö – длина ножа на цилиндре, м
n – частота вращения размольного цилиндра, об/мин.
Результаты технологических параметров процесса размола в установке с
инерционным движением размольных тел представлены в таблице 1.
в
б
а
г
Рисунок 1 – Варианты углов установки режущих кромок на инерционном теле:
α1 – угол установки ножей на инерционном теле;
α2 – угол установки ножей на размольном барабане;
α3 – угол скрещивания кромок ножей
а) α1 = 33°; б) α1 = 55°; в) α1 = 135°; г) α1 = 90°
Таблица 1 – Основные конструктивные и технологические показатели размольной
установки с инерционными телами
Количест Количест
во ножей во ножей
на
на
сателлите барабане,
mц, шт.
mб, шт.
34
344
34
344
34
344
34
344
Частота
Длина
Секундная
вращения
ножей на
режущая
размольно
сателлите длина, LS,
го тела, n,
, lц, м
м/с
об/мин
0° угол скрещивания
256,5
0,073
3650
22° угол скрещивания
256,5
0,106
5300
35° угол скрещивания
256,5
0,060
3000
80° угол скрещивания
256,5
0,085
4250
85
Количест Цикличес
во точек
кая
пересече элементар
ния, t,
ная длина,
шт.
Lω.эл, м
1
854
56
22
49
14
119
8
Из таблицы видно, что при угле скрещивания равном 0°, точка пересечения
режущих кромок сливается в линию направленную по плоскости расположения ножей,
равном одному контакту. Поэтому в этом случае показатель циклической элементарной
длины имеет максимальное значение. С увеличением количества точек контакта
циклическая элементарная длина уменьшается, что может снизить качество помола.
По результатам исследования получена зависимость циклической элементарной
длины от угла скрещивания режущих кромок ножей сателлита и барабана (рисунок 2).
Циклическая элементарная
длина, м
1000
100
10
1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Угол скрещиванеия ножей, градусы
Рисунок 2 – Зависи-мость циклической элемен-тарной длины от угла
скрещивания ножей
Из графика видно, что величина циклической эле-ментарной длины увеличи-вается
при уменьшении угла скрещивания ножей. Наивысший показатель наблюдается при угле
скрещивания равный 0 º.
Выводы:
1.
Угол установки ножей зубчатого профиля инерционного тела влияет на угол
скрещивания режущих кромок и количество точек пересечения режущих кромок, что
отразится на величине технологических параметров установки;
2.
Наиболее эффективное воздействие рабочих органов размольной установке с
инерционным движением рабочих тел наблюдается при угле скрещивания режущих
кромок ножей равном 0º;
3.
С увеличением длины контакта режущих кромок при минимальном количестве
точек пересечения можем добиться максимально эффективного воздействия рабочих
органов размольной установки.
Библиографический список:
1.
Алашкевич, Ю.Д. Основы теории гидродинамической обработки волокнистых
материалов в размольных машинах : дис. на соиск. учен. степ. докт. техн. наук: 05.21.03 /
Алашкевич, Ю.Д. − Красноярск. - 1986. –170 с.
2.
Набиева, А. А. Оценка влияния и совершенствования технологических параметров
ножевых размалывающих машин : дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук : 05.21.03 / А.
А. Набиева. − Красноярск, - 2004. – 156 с.
3.
Свидетельство № 2009613683 РФ. Численный метод определения секундной
режущей длины секторной ножевой гарнитуры дисковых мельниц с параллельными
прямолинейными ножами постоянной ширины / А. А. Набиева, Е.Е. Нестеров, Ю. Д.
Алашкевич, Д.С. Карпенко // 10.07.2009. Заявка № 2009612514.
4.
Smith, S. Die rationelle Theorie das Ganzzeughollandar. Otto Ernst Verlag. − Teil I/ S.
Smith − Berlin, 1922.
86
УДК 676.1.054.1
ОБРАБОТКА МАКУЛАТУРНОЙ МАССЫ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ГОТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
Е.А. Игнатенко
рук.- ст. преподаватель Р.А. Марченко
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Макулатура является заменителем таких видов первичного сырья и
полуфабрикатов, как целлюлоза, древесная масса, бумажная масса. Как известно
использование макулатурного сырья не только целесообразно с точки зрения охраны
окружающей среды, но и экономически эффективно. По данным увеличение темпов
использования вторичных полуфабрикатов в развитых и быстроразвивающихся странах
мира, обусловлено такими факторами как:
−
конкурентоспособной себестоимостью производства бумаги и картона из
макулатурного сырья;
−
высокой стоимостью древесного сырья;
−
более низкой капиталоемкостью проектов предприятий, работающих на
макулатуре, по сравнению с предприятиями, использующими природное волокнистое
сырье;
−
относительной простотой создания новых небольших мощностей;
−
простотой получения разрешений на строительство предприятий;
−
повышенным спросом на бумагу и картон с содержанием макулатурного
волокна;
−
правительственными законодательными актами.
На данный период в современной России выпускается 48 видов бумаги и
картона, содержащих от 10 до 100% макулатурного волокна. Макулатура применяется
для выработки коробочного и тарного картона, упаковочной, туалетной и других видов
бумаги. Доля макулатуры в композиции сырья, используемого для производства
бумаги и картона, составляет 17,7% [2, 5, 6].
Макулатура используется в качестве вторичного сырья при производстве
бумаги, упаковочного картона, а также кровельных, изоляционных и других
строительных материалов. Использование макулатуры позволяет существенно
экономить древесину (100 кг макулатуры спасает 1 дерево) и уменьшить вырубку
лесов.
Переработка макулатуры для использования в производстве бумаги и картона
осуществляется по мокрой технологии и включает следующие операции:
−
роспуск макулатуры;
−
очистку макулатурной массы от посторонних примесей;
−
дороспуск макулатурной массы;
−
тонкую очистку макулатурной массы.
В настоящее время гидроразбиватели являются основными аппаратами для
роспуска сухих волокнистых материалов, бумажного брака и макулатуры.
Гидроразбиватели отличаются высокой производительностью, простотой устройства,
обслуживанием и экономичной работы. Гидроразбиватели могут работать как аппараты
непрерывного и как аппараты периодического действия. В первом случае они работают
при концентрации около 2%, а во втором – 7% и выше. Гидроразбиватели
периодического действия снабжены массивной крыльчаткой, но не требуются
перфорированного сита, приемной камеры и переливного ящика [1, 3, 4].
87
Действие гидроразбивателей основано на трение комков массы друг о друга и о
ножи при циркуляции массы в ванне аппарата. При этом не происходит укорочение
волокон, жирность массы повышается незначительно. Нужно помнить, что
гидроразбиватель не размалывающий аппарат и операцию размола он не может
выполнять эффективно.
Далее по технологическому процессу макулатурная масса очищается от тяжелых
и легких примесей. Очистка от тяжелых примесей — песка, стекла, скрепок и т. д.
осуществляется в очистителях макулатуры (циклон). Тяжелые примеси осаждаются в
грязесборнике и периодически удаляются.
Очищенная макулатурная масса, содержащая как растительные волокна, так и
пучки волокон и кусочки макулатуры, проходит стадию дороспуска на специальном
оборудовании — энтиштиперах различной конструкции (типа конических или
дисковых мельниц). Условием, необходимым для нормальной работы энтиштиперов,
является тщательная предварительная очистка массы от тяжелых и легких примесей.
Для окончательной очистки макулатурной массы от узелков и мелких точечных
вкраплений широко применяются вихревые конические очистители, которые обычно
устанавливаются в три ступени. Оптимальная концентрация массы для эффективной
очистки составляет 0,5 %.
В зависимости от качества макулатуры и вида производимой картоннобумажной продукции некоторые из указанных операций на практике могут быть
исключены [4].
Одним из решающих условий улучшения качества готовой продукции является
улучшение качества сырья: сортирование макулатуры по маркам и ее очистка от
различных загрязнений. Возрастающая степень загрязненности вторичного сырья
отрицательно влияет на качество продукции.
Свойства изготовляемой бумаги всегда зависят от вида используемого
волокнистого полуфабриката и химических вспомогательных материалов, а также от
режима размола. Размол является важным процессом целлюлозно-бумажного
производства, в значительной степени обуславливающим многие свойства листа
бумаги.
Так как в ножевых аппаратах наряду с режущим, раздавливающим и
расчесывающим действием ножей волокна испытывают также ударные действия
ножей, гидравлическое сжатие и трение о стенки аппарата и друг о друга, то для
переработки макулатуры не целесообразно использование таких машин потому, что
волокна макулатурной массы однажды подвергались укорочению [3, 5, 6].
При размоле безножевым методом имеют место различные виды
гидродинамического воздействия на обрабатываемый материал: ударное воздействие,
пульсационное, кавитационное, акустическое, воздействие жидкостного трения,
механическое (сжатие и сдвиг).
Особенностью безножевой установки типа «струя - преграда» лаборатории
кафедры МАПТ СибГТУ является: струя суспензии, вытекающая из насадки с
определенной скоростью и контактирующая с подвижной преградой (турбиной),
установленной на оптимальном расстоянии от насадки, обеспечивает безножевой
размол этой суспензии за счет эффекта ультразвуковой кавитации.
Для повышения эффективности использования макулатуры необходимо
соответствие ее качества виду выпускаемой продукции. Так, тарный картон, бумага для
гофрирования должны вырабатываться с применением макулатуры преимущественно
марок МС-4А, МС-5Б и
МС-6Б по ГОСТ 10700, обеспечивающих достижение
высоких показателей продукции. Создаваемый при этом резерв прочности
обуславливает возможность дальнейшего увеличения содержания макулатуры в
88
композиции при обеспечении физико-механических показателей на требуемом уровне
[5, 6].
Библиографический список:
1.
Пашинский В.Ф. Машина для размола волокнистой массы. - М.: Лесная промсть, 1972. – 159 с.
2 Смоляницкий Б.З. Переработка макулатуры. – М.: Лесная пром-сть, 1980. – 171 с.
3
Алашкевич Ю.Д. Оборудование для подготовки бумажной массы: Курс лекций
для студентов специальностей 170404, 030528 и 260304 всех форм обучения. –
Красноярск: СибГТУ, 2000. – 248с.
4
Легоцкий С.С., Гончаров В.Н. Размалывающее оборудование и подготовка
бумажной массы. – М.: Лесн. пром-ть, 1990. – 224с.
5
Мороз В.Н., Сызранова Н.М. Новое в использовании вторичных волокнистых
материалов // Целлюлоза. Бумага.Картон.-1992.-№2.–с.13-14.
6
Макулатура – эффективное сырье для целлюлозно-бумажной промышленности
// Целлюлоза. Бумага. Картон.: Экспрессинформ. – М.: ВНИПИЭИ Леспром, 1992. №6. с.2-10.
УДК 676.1.054.1
КОЭФФИЦИЕНТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ ВОЛОКНИСТЫХ СУСПЕНЗИЙ
А.А. Ерофеева
рук. - д.т.н., профессор Ю.Д. Алашкевич
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В настоящее время невозможно представить такую отрасль промышленности,
где не использовались бы устройства для измерения важнейших физико-химических
параметров полуфабрикатов, получаемых в процессе производства. Одним из таких
показателей является коэффициент динамической вязкости жидких малоконсистентных
суспензий. [3]
Впервые определением вязкости начал заниматься Ньютон. Он установил
опытным путем, что при сдвиге друг относительно друга двух, произвольно взятых
параллельных плоскостей водного потока, в пространстве между ними заполненном
жидкостью, внутренние молекулярные связи препятствуют этому скольжению. Ньютон
пришел к выводу, что вязкость – это свойство жидкостей сопротивляться усилиям,
вызывающим перемещение ее частиц. [10] На дворе XXI век, но известные методики
определения вязкости волокносодержащих суспензий до сих пор трудно внедряются в
производстве. Если для пищевой, нефтеперерабатывающей, строительной и др.
промышленностей существует достаточно много различных методов определения
вязкости, то для целлюлозно-бумажной промышленности определение вязкости и
сейчас представляет серьезную проблему.[2, 5, 6, 8] В частности, с этим связана
невозможность использования вискозиметров для определения коэффициента
динамической вязкости ньютоновских жидкостей.
Один из наиболее простых путей решения данной проблемы является
использование уравнения Ньютона [1, 9], связывающего между собой вязкость
жидкости и скоростные характеристики потока:
89
Fcд ⋅ (r2 - r1 )
, Па ⋅ с
(υ1 - υ 2 ) ⋅ s
µ=
где,
(1)
µ - коэффициент динамической вязкости, Па·с;
Fсд – сила сдвига, Н;
(r2 – r1) – расстояние между слоями жидкости, м;
(υ1 – υ2) – разность скоростей движения соседних слоев жидкости, м/с;
s – площадь сдвига слоев, м2.
На рисунке 1 представлена схема распределения скоростей в потоке.
Рисунок 1 – Схема распределения скоростей в потоке
вид:
В соответствии с обозначениями, принятыми на рисунке, зависимость (1) имеет
для воды
для суспензии
µ =
в
Fcдв ⋅ (r2в - r1в )
l в ⋅ sв
µ =
c
,Па ⋅ с
Fсдс ⋅ (r2c - r1c )
l с ⋅ sс
(2)
, Па ⋅ с
(3)
Соотношение зависимостей (2) и (3):
с
в
в
µ с Fсд ⋅ (r2 - r1 ) ⋅ l ⋅ s
=
µ в l c ⋅ Fсдв ⋅ (r2в − r1в ) ⋅ s с
c
c
(4)
Приняв допущение, что (r2в − r1в ) = (r2с − r1с ) , получим:
µ с Fс ⋅ l в ⋅ s в
=
µ в l c ⋅ Fв ⋅ s c
(5)
Отсюда:
µ =
с
µ в ⋅ Fcдс ⋅ l в ⋅ s в
Fcдв ⋅ l c ⋅ s c
90
, Па ⋅ с
(6)
Таким образом, согласно зависимости (6) для определения коэффициента
динамической вязкости малоконсистентных волокнистых суспензий необходимо
определить скоростные характеристики, силы и площади сдвига. Коэффициент
динамической вязкости воды µ в при заданной температуре известен, поскольку был
выбран из справочника [7].
С целью определения указанных параметров была использована размольная
безножевая установка - «струя-преграда» [4], разработанная в лаборатории кафедры
МАПТ. В качестве исследуемых жидкостей использовалась вода и волокнистая
суспензия концентрацией 0,5, 1 и 1,5%. Эксперимент проводили при фиксированном
давлении Р=4,12МПа, температуре t=20ºС и объеме цилиндра Vц=0,008м3.
Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Расчетные значения динамического коэффициента вязкости
Выходные
параметры
Входные параметры
Рабочая полость
Исследуемая
жидкость
КонцентрацияС,
%
Вода
Цилиндр
0,001
Целлюлоза
0,5%
0,001423
1%
0,001754
1,5%
0,002066
0,001
0,5%
0,001413
1%
0,001601
1,5%
0,002034
0,001
0,5%
0,00141
1%
0,001587
1,5%
0,002027
Вода
Удлинитель
Целлюлоза
Вода
Насадка
µ , Ïà ⋅ ñ
Целлюлоза
Как видно из таблицы, с ростом концентрации волокнистой суспензии
коэффициент динамической вязкости тоже увеличивается. Также видно, что вязкость
суспензии определенной концентрации в различных рабочих полостях почти одинакова
(погрешность в пределах ошибки эксперимента).
Выводы:
Усовершенствована классическая зависимость Ньютона, которая позволяет
достаточно точно определить коэффициент динамической вязкости малоконсистентных
водных волокнистых суспензий.
91
Библиографический список:
Агроскин, И.И. Гидравлика / И.И. Агроскин. – М. : Энергия, 1964. – 352 с.
Веретнов, А.К. Исследование влияния силовых воздействий на процесс размола
целлюлозы в ножевых машинах и разработка конструкции гарнитуры для ее
гидродинамической обработки: дис. … канд. техн. наук: защищена 1973/ А.К.
Веретнов. – 1973г.
3.
Ерофеева, А.А. Аналитический обзор известных решений по определению
вязкости волокнистых суспензий/ А.А. Ерофеева, В.И. Ковалев, Ю.Д. Алашкевич //
Молодые ученые в решении актуальных проблем науки: сб. ст. – Красноярск, 2009. – с.
375 – 380.
4.
Пат. 1559026 СССР, D21D 1/34, B02C 19/06. Установка для измельчения
волокнистого материала/ Лахно А.Г., Васютин В.Г., Алашкевич Ю. Д., Войнов Н.А.,
Репях С.М.; заявитель и патентообладатель: Сибир. госуд. технолог. ун-т №4399132;
заявл. 28.03.88; опубл. 23.04.90, Бюл. №15. - 6 с.
5.
Реусов, А.В. Вискозиметр для волокнистых суспензий/ А.В. Реусов, М.Г. Кизин.
В.Е. Богословский// Бумажная промышленность. – 1968. - №9 с.11 – 12.
6.
Смирнова, Э.А. Разработка модели комплексной реологической характеристики
бумажной массы с целью практического использования при оптимизации режимов
работы гидравлического оборудования ЦБП: дис. … канд. техн. наук : 05.06.03
защищена 1983/ Э.А. Смирнова. – Л., 1983. – 228 с.
7.
Справочник химика.Т1. – Л., М.: Госхимиздат, 1964.
8.
Терентьев, О.А. Гидродинамика волокнистых суспензий в целлюлознобумажном производстве / О.А. Терентьев – М.: Лесная промышленность, 1980. – 248 с.
9.
Физический энциклопедический словарь / Под ред. А.М. Прохорова – М.:
«Советская энциклопедия», 1983г. – 928 с.
10. Хакимов, Р.А. Капиллярные вискозиметры/ Р.А. Хакимов – Ташкент:
Издательство «Фан» УзССР, 1977. – 60 с.
1.
2.
УДК 676.1.054.1.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОДНОСТУПЕНЧАТОГО РАЗМОЛА
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ
ПОЛУФАБРИКАТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ДВП
М.А. Зырянов, С.В. Лохмоткин
рук. - к.т.н., доцент Н.Г. Чистова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Лесосибирский филиал
г. Лесосибирск
Одним из направлений по улучшению комплексного использования древесины
на
предприятиях
лесного
комплекса
России
является
производство
древесноволокнистых плит (ДВП).
Основной и наиболее энергоемкой операцией, составляющей 65% общих затрат
при производстве ДВП, является приготовление древесноволокнистых полуфабрикатов
(размол). Размол в значительной степени определяет себестоимость готовой
продукции.
92
В настоящее время разделение технологической щепы на пучки волокон
осуществляется на первой ступени размола в дефибраторах, степень помола при этом
составляет 10-12 ДС, на второй ступени в рафинаторах происходит выравнивание
фракционного состава волокон, степень помола составляет 19-22 ДС.
Решение проблемы одноступенчатого размола в производстве ДВП является
актуальной на сегодняшний день, так как позволит в значительной степени сократить
энергетические и трудовые затраты на производство древесноволокнистых плит
сохранив
при
этом
качественные
и
количественные
характеристики
древесноволокнистых полуфабрикатов и готовой плиты.
Целью настоящих исследований являлось решение задачи подготовки древесных
полуфабрикатов в одну ступень.
В 50-е гг. в комплект поставки при проектировании цехов ДВП мокрым
способом для первой ступени размола включена лабораторная установка
цилиндрической формы рафинер Ц-230 для размола технологической щепы, в которой
роль ротора выполняет крестовина, а роль статора гребенчатые планки. Под действием
центробежной силы термически
обработанная щепа прижимается к внутренней
поверхности кожуха имеющей пять планок. Раздавливание и расщепление на волокна
осуществляется между гребенчатыми планками и краями насаженной на вал
крестовины. По истечению времени полученная масса выгружается под давлением
через выпускной клапан.
С целью изучения механизма и гидродинамики процесса размола в настоящей
установке проведен анализ работы различных размалывающих машин. Исследования
показали, что процессу обработки массы в рафинере Ц-230 присущи некоторые
элементы размола таких размалывающих установок как ролл, крестовая мельница и
роликовый гребенчатый дефибратор «Пама».
В соответствии с этим был реализован эксперимент на размалывающей
установке рафинер Ц-230 при следующих режимах размола варьируемых в диапазоне:
давление 0,3-1 МПа, температура 115-1850С и продолжительность размола 45-135
секунд. Графическая интерпретация результатов эксперимента представлена на
рисунках 1 и 2.
Рисунок 1 – Зависимость качественных показателей древесноволокнистой массы
и физико-механических свойств плиты от температуры
размола
93
Рисунок 2 – Зависимость качественных показателей древесноволокнистой массы
и физико-механических свойств плиты от продолжительности
размола
Как видно из графиков с увеличением продолжительности размола с 45 до 135
секунд и температуры с 125 до 1850С степень и фракционный показатель помола
увеличиваются. Значение показателя плотности древесноволокнистой плиты имеет
аналогичную закономерность изменения. Прочность плиты достигает максимального
значения 38,8 МПа при продолжительности размола 95 секунд и температуре 1500С. С
дальнейшим увеличением температуры и продолжительности обработки массы
значение показателя прочности имеет тенденцию к снижению. Показатель
водопоглощения плиты за 24 часа динамично уменьшается при увеличении времени
размола и уменьшается с увеличением параметра температуры достигая своего
наилучшего значения показателя при 1650С. С дальнейшим увеличением температуры
размола показатель водопоглощения плиты ухудшается.
Таким образом, при определенных режимах размола на рафинере
Ц-230
могут быть достигнуты количественные значения качественных характеристик
древесноволокнистых
полуфабрикатов
и
готовых
плит
соответствующие
установленному стандарту ГОСТ 4598-86.
На основании проведенных предварительных исследований возможно
предложить, в результате усовершенствования отдельных конструктивных элементов
данной размольной установки решение одноступенчатого размола технологической
щепы, что позволит повысить производительность машины, улучшить качественные
показатели древесноволокнистых полуфабрикатов и плиты при значительном
снижении энергетических затрат на размол.
94
УДК 676.1.054.1
ОБРАБОТКА ВОЛОКНИСТОЙ СУСПЕНЗИИ
ПРИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
НА ВОЛОКНО В БЕЗНОЖЕВОЙ УСТАНОВКЕ
Р.А. Марченко, Н.С. Решетова
рук.- д.т.н., профессор Ю.Д. Алашкевич
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
От характера процесса размола волокнистых полуфабрикатов во многом зависит
качество готовой продукции. В лаборатории кафедры МАПТ нами исследовалось
влияние количества лопаток подвижной преграды безножевой размольной установки
типа «струя-преграда» на эффективность размола.
В виде рабочей жидкости использовалась небеленая целлюлозная масса
концентрацией 2 %. В качестве подвижной преграды использовалась турбина с
различным количеством лопаток, работа проводилась при скорости истечения струи
суспензии 115,4 м/с, диаметре насадки 0,002м и расстоянии от насадки до преграды
0,1м.
Проведенный расчет показал что, при количестве лопаток свыше 24-х
количество контактов струи суспензии с лопатками растет до 62, а затем наблюдается
снижение вследствие перекрывания лопастей друг другом и затопления струи, и как
следствие величина силы удара струи о преграду сводится к минимуму, что резко
снижает прирост градуса помола.
О качестве разработанной бумажной массы в основном судят по степени ее
помола и средней длине волокна. Именно эти показатели являются определяющими в
контроле процесса размола. На рисунке 1 представлен график зависимости изменения
длины волокна от количества лопаток турбины.
1,6
Длина волокна, мм.
1,5
1,4
1,3
1,2
0
20
40
60
Число лопаток, шт.
Рисунок 1 - Зависимость длины волокна от числа лопаток турбины
Из графика видно, что наименьшее укорочение волокна происходит при
размоле с 24-мя лопатками. Так, например, при градусе помола 50оШР средняя длина
волокна целлюлозы при наличии на рабочем колесе 8-ми лопаток составляет 1,26 мм,
при 12-ти лопатках - 1,3 мм, при 16-ти лопатках – 1,39 мм, при 24-х лопатках – 1,53 мм,
а при 48-ми лопатках – 1,21.
95
Сейчас все чаще обращаются к фракционированию, как методу контроля
качества массы. Многие исследователи считают, что, изменяя фракционный состав
полуфабрикатов, можно влиять на прочностные свойства готовой бумаги.
Анализируя графики зависимостей содержания различных фракции при
различном числе лопаток турбины (рисунок 2) можно сделать вывод о том, что
содержание каждой фракций соответствует ГОСТовским требованиям при наличии 24х лопаток на турбине.
82
11
10
78
76
3,5
Содержание, %.
Содержание, %.
Содержание, %.
80
4
9
8
74
3
2,5
7
0
20
40
60
2
0
20
Число лопаток , шт.
а
б
40
60
0
Число лопаток, шт.
20
40
60
Число лопаток, шт.
в
Рисунок 2 - Зависимость фракционного состава волокнистой суспензии от числа
лопаток турбины:
а- содержание крупной фракции; б- содержание средней фракции;
в- содержание мелкой фракции
0,13
9500,0
0,12
9000,0
8500,0
470
Соп ротив ление п родав лив анию , к Па
10000,0
Межв олок он н ы е силы св язи,
Разры в ная длина, м.
Кроме выявления бумагообразующих показателей разработанной волокнистой
массы, в задачу экспериментальных исследований входило определение физикомеханических характеристик бумажных отливок. Это позволило более обширно
рассмотреть вопрос о воздействий различного количества лопастей турбины на
гидродинамической размол волокнистых материалов.
Показатель сопротивления бумаги или картона разрыву является одним из
важнейших
показателей
качества
бумаги.
На
основании
полученных
экспериментальных данных, построен график зависимости разрывной длины от числа
лопаток (рисунок 3, а).
0,11
0,1
8000,0
430
410
390
370
350
0
20
40
Число лопаток, шт.
а
450
60
0,09
0
0
20
40
20
60
б
40
Число лопаток, шт.
Число лопаток, шт.
в
Рисунок 3 - Зависимость основных физико-механических показателей готовых
отливок от числа лопаток турбины:
а) разрывная длина; б) межволоконные силы связи;
в) сопротивление продавливанию
96
60
Из графика видно, что при размоле целлюлозной массы до степени помола 50
ШР наилучшие показатели наблюдаются при использовании турбины с 24-мя
лопатками.
Важный прочностной показатель для упаковочных и мешочных сортов бумаги и
картона это – сопротивление продавливанию, как известно он зависит от длины
волокон, из которых изготовлена отливка, а также от силы межволоконных связей.
Из графика (рисунок 3, б) видно, что при использовании турбины с 24-мя
лопатками резко возрастают межволоконные силы связи, что в сочетании с данными по
средней длине волокна хорошо согласуется с графиком зависимости сопротивления
продавливания от числа лопаток (рисунок 3, в).
Таким образом, по результатам проведенного расчета и экспериментальных
исследований мы выяснили, что из рассмотренных конструкций турбин с изменяемом
числом лопаток от 8 до 48 наиболее интенсивный прирост градуса помола, лучшие
бумагообразующие свойства разработанной массы
и физико-механические
характеристики бумажных отливок наблюдаются при использовании турбины с числом
лопаток 24 штуки.
Регулируя число лопаток турбины гидродинамической установки наряду с
улучшением вышеуказанных параметров работы установки, можно снизить затраты
электроэнергии. Наиболее низкие затраты электроэнергии наблюдаются при
использовании турбины с числом лопаток равным 24.
0
Библиографический список:
1.
Алашкевич Ю.Д Основы теории гидродинамической обработки волокнистых
материалов в размалывающих машинах [Текст] дис. … докт. техн. наук: 05.21.03:
защищена 14.04.1987 / Ю. Д. Алашкевич – Красноярск, 1987. – 376 с.
2.
Васютин В.Г. Интенсификация процесса комбинированного размола [Текст]
дис. ...канд. техн. наук: 05.21.03:-защищена 12.03.1988 / В. Г. Васютин - Красноярск, 1988.- 165 с.
3.
Кутовая Л.В., Алашкевич Ю.Д.// Обобщающий параметр безножевого способа
обработки волокнистых полуфабрикатов: Монография – Красноярск: СибГТУ, 2001. –
130с.
УДК 676.1.054.1
ОСОБЕННОСТИ ФОРМОВАНИЯ И ОБЕЗВОЖИВАНИЯ
НА СЕТОЧНОМ СТОЛЕ КДМ
Р.А. Марченко, С.А. Шевцов
рук.- к.т.н., профессор В.П. Барановский
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В технологическом процессе картонного производства картоноделательная
машина является основным агрегатом. На ней производятся отлив и формование
картонного полотна, прессование, сушка и предварительная, а иногда и окончательная
отделка картона.
Различают два типа картоноделательных машин: плоскосеточные и
круглосеточные. На плоскосеточной машине картонное полотно отливается и
97
формуется на движущейся бесконечной металлической сетке, на круглосеточной — на
сетке, натянутой на вращающийся цилиндр. В настоящее время для производства
бумаги и картона применяются преимущественно плоскосеточные машины.
Круглосеточные машины применяются реже, они предназначены для выработки
многослойного картона[1, 2].
На сеточной части машины происходит отлив и формование картонного
полотна, что связано с удалением из картонной массы основного количества воды.
Бесконечная сетка, которая проходит по поддерживающим ее регистровым валикам,
выполняет функцию быстродвижущегося бесконечного фильтра. Тонкий слой волокон
почти мгновенно оседает на сетку и затем сам действует как тонкий фильтр,
задерживая остальные волокна. На регистровой части картонная масса обезвоживается
до концентрации 2 — 4%, а иногда и меньше. Дальнейшее обезвоживание до 8 —
12% происходит на отсасывающих ящиках под действием последовательно
возрастающего по ходу бумажного полотна вакуума в пределах от 5 — 25 до 100 — 300
мм рт. ст. Затем полотно картона поступает на гауч-вал. На современных машинах
применяются отсасывающие гауч-валы, на которых обезвоживание картонного полотна
происходит в отсасывающей камере под действием вакуума, достигающего 600 — 650
мм рт. ст. Сухость картонного полотна после гауча составляет 18 — 22% [1, 2].
Особенностью процесса обезвоживания на плоскосеточных машинах приводят к
уплотнению
картонного
полотна
и
возникновению
разносторонности.
Разносторонность – это явление, при котором нижняя сторона картонного полотна,
соприкасающаяся с сеткой, по своим характеристикам отличается от его верхней
стороны. Эту разницу между верхней и нижней сторонами картонного полотна
вызывают мелкое волокно, стабилизаторы и наполнители, используемые в процессе
производства картона и отчасти удаляемые в процессе обезвоживания на
плоскосеточном столе машины. При подаче массы на сеточный стол вода, мелкое
волокно, наполнители и другие химические реагенты удаляются через нижнюю
сторону сформированного картонного полотна, а на поверхности сетки образуется
фильтрующий слой, который препятствует дальнейшему обезвоживанию массы и,
наоборот, способствует образованию флокул. Волокнистая суспензия, используемая в
ЦБП, при отсутствии турбулентности на сеточном столе склонна к
флокулообразованию, что снижает качество продукции и ухудшает формование
(просвет) бумажного полотна.
Предотвратить флокулообразование можно за счет турбулентности, создаваемой
в напорном ящике, а также в процессе формования картонного полотна. Как только
турбулентность пропадает, волокна практически сразу же возвращаются в
хлопьеобразное состояние, поэтому, в идеальном случае, турбулентность должна
присутствовать постоянно. В этом случае суспензия будет перемешиваться до тех пор,
пока концентрация массы не достигнет значений, при которых образование флокул
станет невозможным.
Технология по формованию и обезвоживанию массы предусматривает
возможность создания, поддержания и регулирования уровня турбулентности на сетке
посредством использования различных обезвоживающих элементов. На начальной
стадии
формования
стандартные
гидропланки
применяют
вместе
с
микротурбулентными планками, за счет которых создается стартовый импульс
турбулентности. Принцип действия микротурбулентных планок определяется
наличием в их конструкции двух плоскостей с разнонаправленными углами:
положительным (создание вакуума под сеткой) и отрицательным (создание давления
под сеткой). За счет того, что чередование импульсов происходит на коротком участке,
98
определяемом шириной планки, а не расстоянием между планками, турбулентность
возникает уже на скорости от 300 м/мин (рисунок 1) [1].
Рисунок 1 – Микротурбулентная планка
В состав покрытия ящика входят полиэтиленовые и керамические планки. Эти
планки чередуются, т.е. за керамической планкой следует поддерживающая планка из
полиэтилена и т.д.; в непосредственном контакте с сеткой находятся только
керамические планки. Полиэтиленовые планки располагаются на 0,15 - 2,5 мм ниже
керамических и, соответственно, оказываются ниже уровня сетки (рисунок 2).
Рисунок 2 – Покрытие ящика
Такая конструкция несколько видоизменяет движение сетки. Благодаря
воздействию, которое волокнистая суспензия оказывает на сетку, а также вследствие её
втягивания под воздействием вакуума величиной несколько сантиметров, сетка
движется волнообразно. В результате возникает турбулентность, которая оказывает
положительное воздействие на распределение волокон в картонном полотне.
При применении турбулентных планок создается микротурбулентность,
происходит уменьшение разносторонности и улучшение формования, а также
увеличение мощности обезвоживания.
Плавная настройка вакуума по возрастающей, от ящика к ящику, способствует
достижению более высокой сухости полотна в зоне низкого и высокого вакуума при
99
значительно меньшем количестве отсасывающих ящиков. Это снижает нагрузку на
электропривод сеточного стола и позволяет работать с меньшим количеством вакуумнасосов, в результате чего увеличивается срок службы формующей сетки.
Библиографический список:
1.
Кугушев И.Д., Терентьев О.А., Куров В.С. и др. Бумагоделательные и
картоноделательные машины / Под. Ред. Курова В.С., Кокушина Н.Н. – СПб.: Изд-во
Политехн. Ун-та, 2008.- 588 с.
2.
Барановский В.П., Алашкевич Ю.Д., Ефимова Л.В., Кутовая Л.В. Расчет
сеточных и прессовых частей бумагоделательных и картоноделательных машин:
Учебное пособие. – Красноярск, 2003. – 100 с.
УДК 676.1.054.1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЧЕНИЯ
ВОЛОКНИСТЫХ СУСПЕНЗИЙ В КАНАЛАХ
Е.В. Петров, А.А. Ерофеева
рук.- д.т.н., профессор Ю.Д. Алашкевич, Н.С. Решетова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В целлюлозно-бумажной промышленности на этапах подготовки бумажной
массы волокнистая суспензия перемещается в каналах различного сечения. Одной из
основных реологических характеристик оказывающих большое влияние на характер
течения суспензии является коэффициент динамической вязкости. Сложность его
определения обусловлена тем, что волокнистая суспензия является неньютоновской
жидкостью склонная к хлопьеобразованию.
Классическая зависимость, выведенная Ньютоном, является наиболее простым
способом, связывающим между собой вязкость и скоростные характеристики
жидкости:
µ=
F(r2 - r1 )
,Ïà ⋅ ñ
(υ1 - υ 2 )s
(1)
где, µ – динамический коэффициент вязкости, Па·с;
F – сила сдвига, Н;
r1, r2 – расстояния соседних слоев от оси трубопровода, м;
υ1, υ2 – скорости соседних слоев, м/с;
s – площадь сдвига, м2.
В данной статье предложена методика по определению скоростных
характеристик течения волокнистых суспензий.
Необходимым условием для определения скоростных характеристик является
замер времени истечения исследуемой жидкости из насадки.
Величина секундного расхода рассчитывается по формуле:
100
Q=
VЦ
t
, м3 / с
(2)
где, Vц – объем рабочего цилиндра установки, м3;
t – время истечения исследуемой жидкости из насадки, с.
На рисунке 1 приведены эпюры распределения скоростей в потоке по диаметру
для различных режимов течения жидкости [3].
Среднюю скорость потока для ламинарного и турбулентного режимов течения
можно представить выражением [1,3]:
υ ñð = ññð =
Q
,ì /ñ
s
(3)
где, υср – средняя скорость потока для ламинарного течения, м/с;
сср – средняя скорость потока для турбулентного течения, м/с;
Q – секундный расход жидкости, м3/с;
s – площадь живого сечения полости рабочих каналов, м2.
а
б
Рисунок 1 – Эпюра распределения скоростей в потоке:
а – для ламинарного режима; б – для турбулентного
Максимальная скорость потока при ламинарном режиме вдоль оси Х имеет
место при r=0 и определяется выражением:
υ max = 2 ⋅ υ ср , м / с
(4)
Максимальная скорость потока при турбулентном режиме:
с max = сср ⋅ n = cср ⋅
1,64
Rе
1
38
,м/с
(5)
При ламинарном режиме скорость в потоке в любой точке живого сечения
можно определить из зависимости:
101
 r
υ = υ max 1 − 
  r0



2

, м / с

(6)
где, υ – скорость в какой-либо точке живого сечения, м/с;
υmax – максимальная скорость в потоке, м/с;
r – расстояние от оси полости рабочего канала до какой-либо точки живого
сечения, м;
r0 – радиус полости рабочего канала, м.
При турбулентном режиме скорость в потоке в любой точке живого сечения
можно определить из зависимости [1]:
r
λ
,м/с
с = с max − 5,75 ⋅ lg o ⋅ с ср ⋅
(7)
8
y
где, у – расстояние до данной точки от стенки рабочего канала, м.
λ – коэффициент гидравлического трения, который рассчитывается по формуле
[3]:
λ=
1
(1,8 ⋅ lg Re− 1,5) 2
(8)
По результатам анализа, средний радиус потока исследуемой жидкости для
ламинарного и турбулентного течения можно определить по выражению:
rср = r1 ⋅
υ1
c
= r1 1 ,м
υ ср
c ср
(9)
Величины скоростей рассчитываются путем подстановки различных значений r
и у в уравнения (6) и (7).
Эксперимент проводили с использованием размольной безножевой установки «струя-преграда» [2], разработанной в лаборатории кафедры МАПТ при
фиксированном давлении Р=4,12МПа, температуре t=20ºС и объеме цилиндра
Vц=0,008м3. В качестве исследуемых жидкостей использовалась вода и волокнистая
суспензия концентрацией 0,5, 1 и 1,5%.
Эпюры распределения скоростей в потоке для исследуемых жидкостей
представлены в графическом виде на рисунке 2.
Из рисунка 2 следует, что для воды значение скорости во всех рабочих каналов
является наибольшей величиной. Для волокнистых суспензий, при прочих равных
условиях, увеличение концентрации рабочей среды приводит к уменьшению значений
скоростей потока. Известно, что концентрация непосредственно связана с вязкостью. С
увеличением коэффициента динамической вязкости значения скоростей уменьшаются.
102
а
б
в
Рисунок 2 – Эпюры распределения скоростей в потоке для исследуемых
жидкостей в рабочих каналах:
а – в рабочем цилиндре; б - в удлинителе; в - в насадке.
Выводы:
1.
Согласно литературным и экспериментальным данным, распределение
скоростей происходит следующим образом: в полости цилиндра режим течения
ламинарный, в полости удлинителя и насадки режим течения турбулентный.
2.
Скорость потока волокнистых суспензий при течении в рабочих каналах с
увеличением концентрации снижается, что объясняется увеличением их коэффициента
динамической вязкости.
Библиографический список:
Агроскин, И.И. Гидравлика / И.И. Агроскин. – М. : Энергия, 1964. – 352 с.
Пат. 1559026 СССР, D21D 1/34, B02C 19/06. Установка для измельчения
волокнистого материала/ Лахно А.Г., Васютин В.Г., Алашкевич Ю. Д., Войнов Н.А.,
Репях С.М.; заявитель и патентообладатель: Сибир. госуд. технолог. ун-т №4399132;
заявл. 28.03.88; опубл. 23.04.90, Бюл. №15. - 6 с.
3.
Старк, С.Б. Основы гидравлики, насосы и воздуходувные машины / С.Б. Старк. –
Москва. : МеталлурГИЗдат, 1961. – 460 с.
1.
2.
103
УДК 676.1.054.1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ СДВИГА ПРИ ТЕЧЕНИИ ВОЛОКНИСТЫХ
СУСПЕНЗИИ В КАНАЛАХ РАЗМОЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
В.Д. Элер
рук. - д.т.н., профессор Ю.Д. Алашкевич, В.И. Ковалев
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Реологические характеристики оказывают большое влияние на протекание
процессов в целлюлозно-бумажной промышленности. Одной из таких характеристик
считается вязкость. Классическая зависимость, выведенная Ньютоном, является
наиболее простым способом определения вязкости.
F(r2 - r1 )
, Па·с
µ=
(1)
(υ1 - υ 2 )s
где, µ - динамический коэффициент вязкости, Па·с;
F – сила сдвига, Н;
r1, r2 – расстояния соседних слоев от оси трубопровода, м;
υ1, υ2 – скорости соседних слоев, м/с;
s – площадь сдвига, м2.
Серьёзной проблемой для установления коэффициента динамической вязкости
волокнистых суспензий является определение силы сдвига.
Сила сдвига для суспензии Fс до настоящего времени определялась достаточно
трудоемким способом. Это связано с конструктивными сложностями, а также с
достаточно большими затратами на изготовление и монтаж измерительного
оборудования.
В связи с этим, вызывает значительный интерес решение данной проблемы,
применительно к движению потока исследуемой жидкости по трубопроводу, с
помощью зависимости (1):
для воды:
Fсдв =
µ в ⋅ (υ1в - υ в2 ) ⋅ s в
,Н
(r2в - r1в )
(2)
для суспензии
Fсдс =
µ с ⋅ (υ1с - υ с2 ) ⋅ s с
,Н
(r2с - r1с )
(3)
Fсдс
Очевидно, что F > F . Следовательно в = k .
Fсд
Причем k>1. Представим зависимость (4) в виде:
с
сд
в
сд
Fcдс = Fсдв ⋅ k
(4)
(5)
Учитывая, что Fсд в первую очередь зависит от скоростей
υ (формула 2, 3),
которые для воды имеют большее значение, чем для суспензии. Тогда выражение (4)
можно записать в виде:
104
(υ1в − υв2 ) ⋅ sв
= k >1
(υ1с − υс2 ) ⋅ s в
Подставив (2) в (5) получим:
Fсдс =
Подставив (6) в (7) получим:
Fсдс =
(6)
k ⋅ µ в ⋅ (υ1в - υ в2 ) ⋅ s в
,Н
(r2в - r1в )
(7)
µ в ⋅ (υ1в - υ в2 ) 2 ⋅ s в2
,Н
(υ1с − υ с2 ) ⋅ (r2в - r1в ) ⋅ s с
(8)
Коэффициент динамической вязкости воды µ в при заданной температуре
является справочной величиной. Подставив известные значения в зависимость (8),
получим расчетные значения силы сдвига. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Расчетные значения силы сдвига для исследуемых жидкостей
Рабочая
полость
Входные параметры
КонцентрацияС,
Исследуемая
%
жидкость
r2, м
υ2, м/с
Fc,Н
0,033036
0,042
0,00000672
0,5%
0,033426
0,038
0,00000802
1%
0,033492
0,036
0,00000891
1,5%
0,033354
0,035
0,00000967
0,001266
0,84
0,06404021
0,5%
0,001267
0,77
0,07611302
1%
0,001268
0,73
0,07759616
1,5%
0,001273
0,7
0,09133331
0,0001194
84,29
572,616
0,5%
0,00011969
77,17
680,026
1%
0,00011985
73,24
690,907
1,5%
0,00011998
70,31
815,255
Вода
Цилиндр
Целлюлоза
Вода
Удлинитель
Целлюлоза
Вода
Насадка
Целлюлоза
Выходные параметры
Вывод: Результаты экспериментов показывают, что при равных исходных
условиях сила сдвига для суспензии с увеличением концентрации возрастает.
Библиографический список:
Агроскин, И.И. Гидравлика / И.И. Агроскин. – М. : Энергия, 1964. – 352 с.
Бабурин, С.В. Реологические основы процессов целлюлозно-бумажного
производства/ С.В. Бабурин, А.И. Киприанов – М.: Лесная промышленность, 1983. –
192 с.
1.
2.
105
Веретнов, А.К. Исследование влияния силовых воздействий на процесс размола
целлюлозы в ножевых машинах и разработка конструкции гарнитуры для ее
гидродинамической обработки: дис. … канд. техн. наук: защищена 1973/ А.К.
Веретнов. – 1973г.
4.
Ерофеева, А.А. Аналитический обзор известных решений по определению
вязкости волокнистых суспензий/ А.А. Ерофеева, В.И. Ковалев, Ю.Д. Алашкевич //
Молодые ученые в решении актуальных проблем науки: сб. ст. – Красноярск, 2009. – с.
375 – 380.
3.
УДК 683.562.4
ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ ВИБРОШНЕКОВЫХ ПИТАТЕЛЕЙ
А.А. Петров
рук. - к.т.н., доцент В.И. Ковалев
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Повышение эффективности работы различного рода питателей, при подаче
мелкодисперсного насыпного материала на последующую стадию обработки,
например, cажи в смеситель, является серьёзной задачей достаточно актуально стоящей
и в настоящее время. По результатам проведённого обзорного поиска, из всех
рассмотренных конструкций, наибольший интерес представляет питатель
виброшнековый.
Конструкция
таких
машин
обеспечивает
равномерную
подачу
мелкодисперсного насыпного материала в смеситель без применения дополнительного
вспомогательного оборудования.
Это достигается за счёт того, что, в процессе работы электромеханического
вибратора, установленного на виброплите, шнеку передаются принудительные
колебания с пониженной частотой и с повышенной амплитудой, что объясняется
повышенной массой шнека.
Для того, чтобы колебания не передавались фундаменту, виброплита и шнек и
смонтинтированы на упругих элементах.
На ряду с данными особенностями, у базового варианта, имеются существенные
недостатки, заключающиеся в том, что:
– входной люк питателя соединён с загрузочным бункером с помощью гибкого рукава,
что исключает возможность передачи бункеру колебаний;
– частота и амплитуда колебаний питателя не регулируется.
Устранение указанных недостатков позволило бы интенсифицировать процесс
продвижения материала через рабочую полость устройства.
Представляет значительный интерес снабжение внешней поверхности одной из
стенок загрузочного бункера пневмовибратором, в котором сжатым воздухом
приводится во вращательное движение рабочий шаровой элемент, создающий
виброколебания. Данные виброколебания можно принудительно
передать
загрузочному бункеру, причём с повышенной частотой и с пониженной амплитудой,
что объясняется пониженной массой стенки бункера, на которой установлен
пневмовибратор.
Для смягчения разрушительного воздействия противофазных колебаний на
крепёжные детали, в месте соединения загрузочного бункера с шнеком представляется
106
необходимым установить, уплотняющий их по всему периметру сопряжения, упругий
компенсатор.
Конструктивной особенностью данного решения является то, что и шнек, и,
смонтированный на нём, загрузочный бункер могут одновременно совершать
принудтельные колебания. При этом, частота и амплитуда колебаний каждого из них
могут быть не одинаковы.
В связи с этим, встаёт задача, основное условие которой заключается в том, что,
в процессе синхронных колебаний бункера и шнека, направления их движения должны
циклично изменяться от противонаправленных, до однонаправленных с заданным
периодом цикла.
Можно предположить, что, для решения данной задачи, а также для создания
наиболее оптимальных режимов работы питателя, частоты и амплитуды вынужденных
колебаний бункера и шнека должны быть регулируемыми. Регулирование можно
осуществлять путём изменения скорости движения воздушной струи в
пневмовибраторе и частоты вращения дисбаланса механического вибратора шнека.
Данные особенности позволят осуществить:
− равномерное распределение насыпного материала в рабочей полости;
− снижение фактора налипания материала на контактирующей с ним рабочей стенке
загрузочного бункера;
− снижение возможности образования больших скоплений и зависаний материала в
рабочей полости;
– интенсификацию продвижения материала через рабочую полость устройства.
Технический результат, который может быть получен от внедрения
предложенного решения, заключается в повышении производительности и в снижении
удельных энергозатрат.
Выводы:
– использовние предложенного решения в промышленности может позволить
существенно повысить эффективность работы питателей;
– теоретический анализ и экспериментальная проверка поставленной выше
задачи представляют существенный интерес для дальнейших исследований.
Библиографический список:
1.
Зуев В.П. и др. Производство сажи. – М.: Машиностроение, 1970. – с. 274.
2.
Борозняк И.Г. Производство сажи. – М.: Машиностроение, 1975. – с. 278.
3.
Хопаунов А.Г. Основы расчёта пневматических приводов. – М.:
Машиностроение, 1964. – с. 237.
4.
Вибрации в технике. Справочник под редакцией Э.Э. Лавендепа, т. 4. – М.:
Машиностроение, 1981. – с.578.
5.
Кибиркштис
Э.Д.
Разработка
и
исследование
пневматических
вибровозбудителей автоколебательного типа. Диссертация на соискание учёной
степени кандидата технических наук, 1980.
6.
Баранов В.Н., Захаров Ю.В. Электрогидравлические и гидравлические
вибрационные механизмы. – М.: Машиностроение, 1977. – с. 317.
107
УДК 66.015.23
КОНТАКТНЫЕ СТУПЕНИ БРАЖНЫХ КОЛОНН
C.C. Дубровин
рук. – д.т.н., профессор Н.А. Войнов, аспирант C.A. Ледник
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Бражные колонны перерабатывают большое количество жидкости со
сравнительно низкой концентрацией этанола, а также содержит коллоидные частицы.
Это обуславливает быстрое загрязнение поверхности контактных устройств и высокий
расход пара на ведение процесса ректификации.
Используемые в промышленности контактные устройства имеют высокую
металлоемкость, низкую эффективность, которая в среднем составляет не более 0,35.
До настоящего времени наибольшее применение нашли контактные ступени
барботажного типа: чешуйчатые и колпачковые, схемы которых представлены на
рисунке 1а-в.
а)
б)
в)
г)
Рисунок 1 - Схемы контактных тарелок:
а- чешуйчатая; б- одноколпачковая; в- многоколпачковая;
г- прямоточно-вихревая
Тарелки чешуйчатого типа, рисунке 1а имеют высокую пропускную
способность по жидкости, сравнительно низкую металлоемкость и показали
устойчивую работа в широком диапазоне нагрузок по пару, однако из-за выхода из
строя чешуек при чистке тарелок и в связи со сложностью их восстановления в
условиях действующего производства они были заменены на контактные ступени, в
основном колпачкового типа.
Наибольшую промышленную апробацию нашли одноэлементные колпачковые
тарелки, рисунок 1б. Основное преимущество рассматриваемых тарелок является их
надежность в эксплуатации и
отсутствие потерь продукта при остановках
производства. Одноэлементные колпачковые тарелки имеют не высокую
производительность по жидкости не более
30 м3/час и поэтому в дальнейшем были
заменены на многоэлементные, рисунок 1в.
Многоэлементные стандартные колпачковые тарелки имеют плотное
размещение колпачков на тарелке, что обуславливает их низкую производительность
по жидкости и приводит к быстрому забиванию отложениями. В этой связи на
Красноярском биохимическом заводе была проведена реконструкция двух бражных
колонн диаметром 2,6 м, в каждой из которой на тарелке установлены по 13 колпачков
диаметром 350 мм. При начальной концентрации этанола в жидкости 2 % об.,
концентрация этанола в спиртовом конденсате составила 23 % , при
108
производительности по бражке 80 м3/ч. Однако и эти тарелки металлоемки, имеют
большие габариты и подвержены загрязнению, что требует их очистки.
Известны также пленочные прямоточно-вихревые контактные устройства, схема
которых, представлена на рисунок 1г. Благодаря интенсивному перемешиванию пленки
жидкости и высокой скорости пара в полости контактного устройства, эффективность
таких тарелок в рассматриваемом интервале концентрации этанола составила 0,4 - 0,9.
Однако вследствие того, что жидкость на тарелках этих устройств не перемешивается,
то в пространстве между трубками образуются застойные зоны, которые приводят к
образованию осада и забиванию каналов для подвода жидкости.
Большими перспективами для промышленного внедрения обладают контактные
устройства вихревого типа, рисунок 2. В вихревых контактных устройствах пар
проходит через каналы завихрителя, приобретает высокую тангенциальную скорость,
за счет чего интенсивно дробится на мелкие пузырьки в жидкости, размещенной на
тарелке, образуя вращающуюся газо-жидкостную смесь с развитой межфазной
поверхностью.
а)
б)
а - царга; б - вид завихрителя с верху
Рисунок 2 - Схема вихревой тарелки
Основными преимуществами тангенциального завихрителя, рисунок 2б от
завихрителей с параллельными каналами является его простота изготовления и
возможность обеспечения требуемого перекрытия каналов при больших зазорах, что и
важно при конструировании бражных колонн. Полученные зависимости
гидравлического сопротивления и коэффициента сопротивления сухой вихревой
тарелки представлены на рисунке 3.
С увеличением ширины зазора канала завихрителя гидравлическое
сопротивление ступени снижается и в кольцевом режиме составило 1000 -1500 Па, что
позволяет конструировать бражную колонну при межступенчатом расстоянии H = 250 300 мм. Данные позволили выявить геометрические симплексы подобия для
проведения масштабирования тарелки.
Для оценки эффективности контактной ступени были проведены опыты по
насыщению жидкости кислородом из воздуха.
Величина коэффициента массоотдачи для тарелки с зазором канала у
завихрителя δо= 2 мм составила βv = 1640 ч-1, а для тарелки при δо= 10 мм -βv = 1400 ч1.
Согласно проведенным расчетам эффективность исследуемых тарелок составила
0,7- 0,9 в зависимости от концентрации этанола в бражке (2-30% об.).
109
∆P, Па
ξ
1000
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
- 1;
- 2;
- 3;
-4
0,2
- 1;
-2.
0,1
0
100
20
7
10
20
30
u, м/c
40
60
u, м/c
а)
б)
Рисунок 3 - Зависимость гидравлического сопротивления и коэффициента
сопротивления тарелки от скорости газа в каналах при диаметре
завихрителя 100 мм, ширине канала δо= 10 мм, количестве 8 шт.
а - Экспериментальные точки (1-4): 1- объем жидкости 3 л; 2 - 2;
3 - 1; 4 - 0,5. Пунктирная линия ∆P сухой тарелки.
б – Экспериментальные точки (1-2): 1 - δо= 10 мм; 2 - 2.
Пунктирная линия - завихритель с параллельными каналами.
Полученные данные были использованы при конструировании бражной
колонны производительностью 80 м3/ч.
УДК 66.015.23
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В ПЛЕНКЕ ПРИ КИПЕНИИ
Е.Н. Казанцев, Д.В. Тороватый
рук. – д.т.н., профессор Н.А. Войнов, к.т.н., доцент О.П. Жукова
ГОУ ВПО «Сибирский государст венный т ехнологический университ ет »
г. Красноярск
Отвод тепла с нагреваемых поверхностей широко используется в
промышленной практике в испарителях, выпарных аппаратах, энергоблоках, в
системах жидкостного охлаждения электронных микрочипов, в крупномасштабных
аппаратах по ожижению природного газа. Наиболее эффективным способом отвода
тепла, особенно при ограниченной теплопередающей поверхности, является
организация
пузырькового кипения теплоносителя, что обеспечивает высокую
тепловую удельную нагрузку за счет скрытой теплоты парообразования. Поиск путей
интенсификации теплообмена при кипении привел к организации на теплопередающей
поверхности пленочного течения. Однако не достаточная изученность процесса
кипения в пленке жидкости требует дополнительных исследований.
110
Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки:
1- медная труба; 2- парогенератор; 3- емкость для жидкости;
4- центробежный насос; 5- сборник конденсата; 6- теплообменник;
7- распределитель жидкости; 8, 9- мерные колбы; 10-13 - вентили;
14- тепло электронагреватель
В этой связи основной задачей представленной работы было определение
параметров влияющих на теплоотдачу при кипении в пленке стекающей по гладкой
поверхности трубы. Стенд экспериментальной установки, представлен на рисунке 1.
Вода при температуре кипения из емкости 3 насосом 4 подается в
распределитель жидкости 7, которая формируется в виде жидкостного кольца и стекает
затем в низ по наружной поверхности медной трубы интенсивно при этом нагревается
водяным паром, поступающим из парогенератора 2 в полость медной трубы 1. При
этом происходит конденсация пара и отвод тепла через стенку к пленке жидкости. Не
сконденсировавшиеся пары поступают в теплообменник 6 где полностью
конденсируются. В ходе экспериментов измеряется расход воды при помощи
ротаметра, количество конденсата - в мерных колбах, а также фиксировалась
температуры при помощи термометров сопротивления и давление в парогенераторе.
Тепло принятое пленкой воды определялось согласно
Qв = Gж ρ св (tк-tн)/3600.
Тепло отданное паром при конденсации
Q = Wr.
Опытный коэффициент теплопередачи
Koп = Q/(∆t F).
Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующего пара
λ
1,8
,16
Pr 0, 78 (K ) ,
α кон = 2,2 × 10 −7 Re1кон
θ
r
где, K =
- безразмерный параметр.
c ⋅ ∆t
Коэффициент теплоотдачи кипящей пленки воды
α кип = 1/[(1/Kоп) − (1/αкон) − (δст/λст)].
111
Согласно полученным данным, рисунок 2 с уменьшением средней разности
температуры (между температурой пара и пленкой кипящей жидкости) происходит
увеличение коэффициента теплоотдачи. Что по видимому, связано с конденсацией
части паров в жидкости при ее оттоке от теплопередающей стенки.
α, Вт/м2 K
16000
12000
8000
-1;
- 2;
- 3.
4000
0
5
10
15
20
25
∆t,оС
Рисунок 2 - Зависимость коэффициента теплоотдачи в пленке при кипении
от средней разности температуры при числе Рейнольдса пленки
Reпл = 11000-18000. Экспериментальные точки (1-3): 1- q= 250000
Вт/м2; 2- 150000; 3- 75000
Влияние тепловой нагрузки на теплоотдачу в пленке показано на рисунке 3а, а
величины числа Рейнольдса пленки на рисунок 2б.
α, Вт/м2 K
α, Вт/м2 K
- 1;
- 2.
40000
40000
30000
30000
20000
20000
10000
10000
0
50000
100000
150000
200000
- 1;
- 2.
0
q, Вт/м2
5000
а)
10000
15000
Reпл
б)
Рисунок 3 - Зависимость коэффициента теплоотдачи в пленке при кипении
от удельной тепловой нагрузки и числа Рейнольдса в пленки:
а- Reпл = 11000-18000. Экспериментальные точки (1-2): 1- ∆t= 5-90C;
2- 25-30; б - q = 120000 Вт/м2. Экспериментальные точки (1-2): 1- ∆t=
5-60C; 2- 9-10
Согласно полученным данным величина коэффициента теплоотдачи в пленке
при кипении α ≈q0,72-1,16 и α ≈ Re0,22. В этой связи структура уравнения
для расчета
112
коэффициента теплоотдачи при кипении пленки, стекающей по гладкой поверхности
вертикальной трубы, имеет вид:
Nu =
αθ
= C Re 0пл, 22 Pr 0, 43 q 0, 72−1,16 ∆t −1, 6 .
λ
УДК 66.015.23
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ БИОРЕАКТОР
А.А. Коваленко
рук. - д.т.н., профессор Н.А. Войнов, А.Е. Марков
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Для проведения процессов ферментации на взрывоопасном газовом субстрате
водород, метан, синтез-газ, требуются биореакторы не нуждающие в перекачивании
газа. К таким аппаратам можно отнести устройства с самовсасывающей мешалкой,
струйный и пленочные с винтовой шероховатостью.
Струйные биореакторы имеют низкие коэффициенты массоотдачи, а
следовательно не высокую продуктивность и образуют большие объемы отработанной
жидкости.
Аппараты с самовсасывающей мешалкой, высокоэффективны, но энергоемки,
мощность на перемешивание в данных устройствах подчиняется зависимости
N = K n n 3 ρd м5 . В связи с тем что N ≈ d5 при увеличении диаметра аппарата, резко
возрастает удельные затраты, которые составляют 2,5 - 3,5 кг/кг.
В пленочных биореакторах, мощность затрачиваемая на насыщение жидкости
газом зависит от кратности циркуляции и гидравлического сопротивления трубчатой
Q∆P
насадки N =
в этой связи они имеют большие перспективы для снижения
η
энергозатрат при увеличении их рабочего объема.
В пленочных биореакторах наблюдаются три зоны аэрации: в трубчатой
насадке; в рабочем объеме; и в циркуляционном контуре. Наиболее изучена
гидродинамика и массообмен в трубчатых пленочных насадках с винтовой
шероховатость, которые подводят растворенный газ в объем реактора. Винтовая
шероховатость генерирует пузырьки газа, которые обеспечивают высокую
интенсивность массопереноса. Однако для обеспечения требуемой величины
насыщения газа в рабочем объеме аппарата требуются дополнительные исследования.
В работе с целью интенсификации массообмена в рабочем объеме биореактора
исследовались следующие схемы компоновки, рисунок 1. На которых изучалась
физическая абсорбция воды кислородом из воздуха. Значения коэффициента
массоотдачи при физической абсорбции определялись по опытным данным по
известному уравнению.
βν = ln [(1 – c/c*)/A]/τ,
где,
с – концентрация растворенного кислорода в жидкости, кг/м3;
с* – равновесная концентрация кислорода в жидкости, кг/м3;
113
А – коэффициент, определяемый из начальных условий;
τ – время насыщения, с;
βv – объемный коэффициент массоотдачи, с-1.
Согласно полученным данным, наибольший коэффициент массоотдачи в
рабочем объеме биореактора достигается
при компоновке аппарата по схеме
представленной на рисунке 1 е
а)
г)
в)
б)
д)
е)
Рисунок 1 - Схемы компоновки массообменных устройств в объеме
биореактора:
1- корпус; 2- шнек; 3- ребро; 4- насос; 5-циркуляционный стакан;
6- трубчатая насадка; 7- диск
Как показывают расчеты при культивировании дрожжей в пленочном
биореакторе концентрация биомассы составляет 80 кг/м3, тогда как в аппарате с
турбинной мешалкой фирмы BioFlo-110 эта величина не превышает 30 кг/м3.
Разработана компоновка лабораторного биореактора позволяющая проектировать такие
аппараты объемом от 3 до 50 литров.
114
УДК 676.024.67
ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОЛОКНИСТОЙ МАССЫ НА ПРОЦЕСС
РАЗМОЛА В УСТАНОВКЕ С ИНЕРЦИОННЫМ ДВИЖЕНИЕМ РАЗМОЛЬНЫХ ТЕЛ
© А.С. Хлевнов, Ф.И. Купряков, И.А. Воронин, Н.С. Решетова
рук. – д.т.н., профессор Ю.Д. Алашкевич
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Для требуемого качества изготовляемой бумаги проводят эксперименты для
определения бумагообразующих свойств и физико-механических характеристик
волокнистых материалов. В процессе экспериментальных исследований выявлены
зависимости изменения бумагообразующих свойств волокнистой суспензии. Определялись
следующие качественные показатели: степень помола; средняя длина волокна. Также
выявлены зависимости изменения физико-механических свойств готовых отливок:
межволоконные силы связи; сопротивление бумаги разрыву.
Все эти показатели в разной степени, прежде всего, зависят от: сил сцепления
волокон между собой в готовом листе и площади поверхности, на которой действуют эти
силы; прочности самих волокон, их гибкости и размеров; расположения волокон в бумаге
[1].
В лаборатории кафедры «Машины и аппараты промышленных технологий»
ГОУ ВПО «Сибирского государственного технологического университета» была
проведена серия опытов для экспериментальных подтверждений теоретических
исследований, описанных в литературных источниках. Для этого использовалась
установка с шестью инерционными телами. Размолу подвергалась сульфитная
небеленая целлюлоза – полуфабрикат ООО «Енисейский ЦБК». Размол производился
при разных концентрациях массы: 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 % при частоте вращения
ротора 150 об/мин.
Зависимость прироста градуса помола от времени размола.
Из рисунка 1 видно, что изменение градуса помола в зависимости от времени
размола носит линейный характер, и для различных концентраций волокнистых суспензий
прямые имеют различные углы наклона к оси абсцисс. При размоле до 60 0ШР время
размола массы при концентрации 5 % в три раза больше, чем при концентрации 1 %.
Это объясняется тем, что с увеличением концентрации массы между стенкой стакана
и размалывающим телом увеличивается количество волокон подвергающихся воздействию
инерционных рабочих тел, образуется более толстая прослойка, поэтому для достижения
требуемого градуса помола необходимо большее количество времени.
115
1 – 1 %; 2 – 2 %; 3 – 3 %; 4 – 4 %; 5 – 5%.
Рисунок 1 - Зависимость прироста градуса помола от времени размола
при различной концентрации волокнистой суспензии
Зависимость средней длины волокна от градуса помола.
Длина волокна является важным качественным показателем для некоторых свойств
готовой бумаги. Установлено, что особое влияние длина волокна оказывает на показатели
сопротивление бумаги раздиранию и разрыву [1].
На основании экспериментальных данных, построен график зависимостей длины
волокна от градуса помола.
1 – 1 %; 2 – 2 %; 3 – 3 %; 4 – 4 %; 5 – 5 %.
Рисунок 2 – Зависимость средней длины волокна от градуса помола при различной
концентрации волокнистой массы
Из рисунка 2 видно, что с увеличением градуса помола длина волокна уменьшается,
что подтверждается данными полученными в свое время С.Н. Ивановым [1].
С увеличением концентрации массы укорочение длины волокон происходит менее
интенсивно.
Это объясняется тем, что при повышении концентрации массы увеличивается
толщина волокнистой прослойки и волокна подвергаются менее сильному рубящему
116
действию рабочих инерционных тел, что дополнительно подтверждается работами С. Смита
[2].
Зависимость разрывной длины от градуса помола.
Данные рисунка 3 свидетельствуют что, показатель разрывной длины с увеличением
градуса помола до 60°ШР на всех концентрациях имеет тенденцию роста, а после 60°ШР
наблюдается снижение разрывной длины, это связано с тем, что с увеличением градуса
помола выше 60°ШР в массе появляется больше мелочи.
Более высокие значения разрывной длины получили при концентрации массы 3%.
Это объясняется более интенсивным развитием межволоконных сил связи по сравнению с
изменением длины волокна при размоле, рисунок 3.
1 – 1 %; 2 – 2 %; 3 – 3 %; 4 – 4 %; 5 – 5 %.
Рисунок 3 – Зависимость разрывной длины от градуса помола при различной
концентрации волокнистой массы
Так же были проведены исследования влияния угла установки ножей сателлита на
процесс размола волокнистых полуфабрикатов.
На основании экспериментальных данных построен график (рисунок 4)
зависимости времени размола от концентрации волокнистой массы при различных углах
установки ножей сателлита и при фиксированном значении частоты вращения 100 об/мин.
110
Время размола, мин
100
90
80
70
55º
60
90º
50
135º
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
Концетрация, %
Рисунок 4 – Зависимость времени размола от концентрации волокнистой массы
117
Из графика видно, что с увеличением концентрации время размола
увеличивается, что не противоречит классическим зависимостям свойств бумаги от
ножевого размола волокнистой массы. Так же из рисунка видно, что при угле
установки 135° время, затрачивается на размол в 1,5 раза меньше чем при угле
установки 90°.
Выводы:
1.
Размол массы концентрацией 3 % позволяет получить бумажные отливки с
высокими показателями по разрывной длине. Это свидетельствует о том, что масса
концентрацией 3 % обладает лучшим фракционным составом и более высоким
значением средней длины волокна. Кроме того, при размоле массы концентрацией 3 %
межволоконные силы связи бумажных отливок достигают более высоких значений, что
объясняется увеличением площади контакта между волокнами, возникшими в связи с
их переплетением в процессе формования отливки.
2.
Угол установки ножей на сателлите существенно влияет на процесс размола
волокнистых материалов, а также на производительность установки.
Библиографический список:
1.
Иванов, С.Н. Технология бумаги [Текст] / С.Н. Иванов.- Изд. 2-е, переработ.- М.:
Лесная промышленность, 1970.-96с.
2.
Алашкевич, Ю. Д. Основы теории гидродинамической обработки волокнистых
материалов в размольных машинах [Текст] / Ю.Д.Алашкевич.- Дис. На поиск. Учен. Степ.
Докт. Техн. Наук. – Красноярск, - 1986.-134с.
118
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ
ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
УДК 547.814.1
СИНТЕЗ 2-(5'-БРОМ-2'-ГИДРОКСИФЕНИЛ)-5-МЕТИЛОКСАЗОЛА4-КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ- ПОЛУПРОДУКТА АМАМИСТАТИНА,
ПРОЯВЛЯЮЩЕГО ПРОТИВООПУХОЛЕВУЮ АКТИВНОСТЬ
Т.А. Золотухина, О.С. Пожильцова, Н.А. Гаврилова, Е.С. Семиченко
рук.- д.х.н., профессор Г.А. Субоч
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Амамистатин- природное соединение, выделенное из актиномицетов Nocardia
asteroides, обладает противоопухолевой активностью. В состав амамистатина входит
оксазолсодержащий фрагмент [1].
Известен способ получения оксазолсодержащих кислот, протекающий в 3
стадии: получение амида кислоты; циклизация с образованием оксазольного цикла;
восстановление водородом в присутствии Pd/C. (схема 1) [2].
OH
O
H
O
OH
Et 3N, CH2Cl 2
OH
+
OBn
Cl-
OBn
N
H
90%
H 3+N
O
OBn
OBn
O
1. CH2Cl 2
2. BrCCl3
O
83%
Pd\C, H2
OBn
N
O
MeOH 95%
OBn
HO
N
O
O
OH
Схема 1
Нагреванием
2-(5'-бром-2'-гидроксифенил)-4-карбокси-5-метилокса-зола (I),
едкого калия, воды и этилового спирта в течение 7 часов нами впервые получена 2-(5'бром-2'-гидроксифенил)-5-метилоксазола-4-карбоновая кислота (II) (схема 2).
119
Br
Br
O
CH3
KOH, H2O
EtOH
O
N
OH
CH3
N
OH
O
O
I
O
HO
CH 3
II
Схема 2
Строение впервые полученного соединения подтверждено данными ЯМР 1Н
спектроскопии.
В ЯМР 1Н 2-(5'-бром-2'-гидроксифенил)-5-метилоксазола-4-карбоновой кислоты
(II) наблюдается синглетный сигнал протонов метильной группы, связанной с
оксазольным ядром, при 3.36 м.д. Мультиплетные сигналы ароматических протонов
наблюдаются в области 7.62- 8.63 м.д.
Экспериментальная часть. Контроль за ходом реакции и индивидуальностью
полученных соединений осуществляли с помощью ТСХ на пластинах Sorbfil марки
ПТСХ-АФ-В (Россия) с УФ - индикатором, элюент − толуол, детектирование пятен в
УФ-свете. Спектры ЯМР 1Н регистрировали на приборе Bruker Avance DRX-200 с
рабочей частотой 200 Гц. Исследования ЯМР выполнены на оборудовании
Красноярского Центра коллективного пользования СО РАН.
Методика синтеза. Смесь 1.2 ммоль соединения (I), 4.2 ммоль едкого калия, 3.0
мл воды и 6.0 мл этилового спирта нагревали в течение 7 часов. Затем реакционную
смесь растворили в 4.0 мл воды и при охлаждении льдом подкислили до pH 2.
Полученную реакционную массу обработали эфиром×15
(2 мл). Экстракт сушили
Na2SO4 и упарили. Полученный осадок промыли этанолом. Выход 0.2 г (55 %), светложелтые кристаллы с т. пл. 250-251 °С. Спектр ЯМР 1Н, δ, м.д. ( TFA): 3.36 с (3H, CH3),
7.62-8.63 м (Hаром).
Библиографический список:
1.
Kelley A. Syntheses of amamistatin fragments and determination of their HDAC and
antitumor activity [Текст]/ Kelley A., Fennell and Marvin J. Miller//Org. letters. 2007. №9. p.
1683-1685.
2.
Judith M. Syntheses and stereochemical assignment of brasilibactin A/ Judith M.,
Mitchell and Jared T. Shaw//Org. letters. 2007. №9. p. 1679-1681.
120
УДК 547. 551.51
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ЗАМЕЩЕННЫХ пара-ФЕНИЛЕНДИАМИНОВ
А.С. Косицына, Т.Н. Мымликова, Е.В. Роот
рук – д.х.н., профессор Г.А. Субоч
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Ароматические
амины
применяются
в
производстве
красителей,
фармацевтических препаратов и в резиновой промышленности [1, 195]. Также они
могут быть использованы в качестве ценного полупродукта в органическом синтезе для
получения препаратов с потенциальной биологической активностью.
NH2
1
R2
R
R3
N
R4
R1 = R2 = H, Me, Ph
R3 = Et, C2H4OH, i-Pr,
R4 = H, Et, C2H4OH
С этой целью нами получен ряд замещенных пара-фенилендиаминов и изучена
возможность замены аминогруппы на другие атомы (такие как Сl, Br, J).
Введение атома галогена в ароматическое кольцо пара-фенилендиамина
осуществляли в следующих условиях: амин суспендировали в трехкратном избытке
кислоты, разбавленной 1:1 (для получения хлорпроизводного брали соляную кислоту,
для бромпроизводного – бромистоводородную и серную кислоту для получения
йодпроизводного), порциями добавляли 2,5 М раствор нитрита натрия и при
охлаждении вливали раствор одновалентной меди. Затем смесь нагревали на кипящей
водяной бане до прекращения выделения азота. Выпавший осадок отфильтровывали и
промывали водой на фильтре.
NH2
NO
NaNO2
N2H4*H2O
Pd/C
HN
HN
121
X
N
N
X
HX
HN
HN
X = Cl, Br
SO4
N
N
J
H2SO4
HN
HN
Строение полученных продуктов подтверждено методом ЯМР-спектроскопии,
выход и температура плавления приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Выходы и температуры плавления галогенпроизводных
№
1
2
3
Х
Сl
Br
J
Выход, %
86
50
49
Т пл., ˚C
134-37
148-50
172-75
Библиографический список:
1.
Общая органическая химия, т. 3 азотсодержащие соединения – М.: «Химия» 1982- 736 с.
122
УДК 547.814.1
СИНТЕЗ ГАЛОГЕНЗАМЕЩЕННЫХ ПИРАЗОЛОВ
НАФТАЛИНОВОГО РЯДА
Д.А. Ряховская, Е.В. Медянина, А.В. Любяшкин
рук. - д.х.н., профессор М.С. Товбис
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Впервые получены 4-йод-3-метил-5-(2-нафтил)-1-этилпиразол и 4-хлор-3метил-5-(2-нафтил)-1-этилпиразол. Доказано строение полученных продуктов.
Производные пиразола широко применяются в фармакологии в качестве
фармацевтических препаратов. Из-за высокой биологической активности соединений
данного класса, в настоящее время во всем мире синтезируются все новые производные
пиразолов с самыми различными заместителями в кольце [1].
Ранее нами был получен ряд аминопиразолов нафталинового ряда [2].
Аминогруппа предоставляет большие возможности для модификации соединений
путем ее диазотирования с последующим введением галогенов.
C2H5
N
N
KI
C2H5
C2H5
N
NaNO2
HCl
N
N
CH3
I
N
CH3
CH3
N
NH2
+ N Cl
CuCl
C2H5
N
N
CH3
Cl
Строение синтезированных галогензамещенных пиразолов подтвердили
методом ЯМР 1Н спектроскопии.
Экспериментальная часть
Диазотирование аминоопиразолов проводили по методике [3, С. 539]. 0.03
Ммоль 0.1 г 5-(2-нафтил)-3-метил-1-этил-4-аминопиразолгидрохлорида растворяли в 3
мл горячей воды и 3 мл концентрированной соляной кислоты и охлаждали до
комнатной температуры холодной водой. В полученную густую массу добавляли 50 г
измельченного льда и при сильном перемешивании 0.04 ммоль (0.025 г) нитрита
натрия. Перемешивали смесь 15 мин и убеждались, что полученный прозрачный
раствор зеленого цвета дает слабую реакцию на нитрит-ион с йодкрахмальной
бумажкой и сильную кислую среду по универсальному индикатору.
4-йод-3-метил-5-(2-нафтил)-1-этилпиразол. В полученный раствор хлорида
диазония при перемешивании вводили 0.066 г раствора калия йодистого в воде.
Перемешивали смесь 3 часа при температуре ºС,
0 после чего нагревали на водяной
бане до 40ºС. Выделялся азот в виде пузырьков, в результате образовывался осадок
бордового цвета. Кристаллизовали из этанола. Температура плавления 115
ºС. Выход
1
0.1 г (80 %). Спектр ЯМР Н (СDCl3), δ, м.д.: 2.43 с (СН 3), 4.28 м (СН2), 1.5 т (СН3), 7.58.4 м (нафтил).
123
4-хлор-3-метил-5-(2-нафтил)-1-этилпиразол. По Зандмейеру в полученный
раствор хлорида диазоний при ºС
0 при перемешивании вводили раствор 0.09 моль
хлористой меди одновалентной [4, С. 239]. Нагревали на кипящей водяной бане 30 мин.
В результате образовывался осадок бордового цвета. Кристаллизовали из этанола.
Температура плавления 92-95 ºС. Выход 0.08 г (75 %). Спектр ЯМР 1Н (СDCl3), δ, м.д.:
2.38 с (СН3), 4.23 м (СН2), 1.48 т (СН3), 7.53-8.69 м (нафтил).
Библиографический список:
1.
Ahluwalia V. K., Sharma H. R., Tyagi R. Synthesis and antimicrobial activities of
some
new
1-substituted
3-methyl-5-(2-naphthyl)-4-[p-(substituted
sulphamyl)benzeneazo]pyrasoles // Indian Journal of Chemistry. 1989. Vol. 28. P. 195–197.
2.
Любяшкин А.В., Задов В.Е., Товбис М.С. Синтез нафтилзамещенных
аминопиразолов // Изв.вузов. Химия и хим. технология. 2010. Т. 4. С. 3-5.
3.
Вейганд-Хильгетаг. Методы эксперимента в органической химии // М.: Химия.
1968. 944 С.
4.
Беккер Г. Органикум. Практикум по органической
химии II // М.: Мир.
1979. 443 С.
УДК 547.514.721
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ФЕРРОЦЕНОИЛАЦЕТОНА
И СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЙ, СИНТЕЗИРОВАННЫХ НА ЕГО ОСНОВЕ
Е.А. Ковальчук, Н.В. Андриевская
рук. - к.х.н., доцент Б.В. Поляков
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В последнее время уделяется большое внимание изучению химических свойств
карбонильных производных ферроцена, которые позволяют синтезировать соединения,
содержащие в одной молекуле несколько функциональных групп и тем самым
расширить диапазон возможного использования производных ферроцена в различных
областях промышленности [1].
Реакция взаимодействия ферроценоилацетона с боргидридом натрия может
протекать по двум карбонильным группам и приводить к образованию трех продуктов
восстановления:
1-ферроценил-1,3-бутандиола
(I),
1-ферроценил-1-гидрокси-3оксобутана (II), 1-ферроценил-1-оксо-3-гидроксибутана (III).
124
Однако поскольку карбонильная группа
α в -положении ферроценильного
заместителя является более стерически затрудненной, по сравнению
γ -карбонильной
группой, то более вероятным является образование 1-ферроценил-1-оксо-3гидроксибутана (III). Кроме того,γ -карбонильная группа является более активной за
счет меньшего индуктивного влияния метильного заместителя, в сравнении
индуктивным эффектом ферроценильного заместителя влияющим наα -карбонильную
группу. Наличие кето-енольной таутомерии приводящей к локализацииπ -электронов
карбонильной группы приводит также к возможности восстановления енолизованной
структуры с образованием 1-ферроценил-1,3-бутандиола (I).
Реакцию проводили при 20оС в течение 3,5 часов в среде метилового спирта при
шестикратном мольном избытке боргидрида натрия. Используемые условия процесса
позволили синтезировать 1-ферроценил-1,3-бутандиол (I) с выходом 84 %, а продукты
1-ферроценил-1-гидрокси-3-оксобутан (II) и 1-ферроценил-1-оксо-3-гидроксибутан (III)
были выделены в незначительном количестве, что не позволило, осуществит их
идентификацию.
Полученный 1-ферроценил-1,3-бутандиол (I) имеет в своей структуре две
гидрокси-группы, которые позволяют синтезировать соединения, с различными
функциональными заместителями.
Большой интерес представляет введение в боковую цепь ферроценильных
производных заместителей содержащих эпоксидную группу [1-4]. В связи с этим была
проведена реакция 1-ферроценил-1,3-бутандиола с эпихлоргидрином в присутствие
гидроксида натрия при 60-70 оС в течение 8 часов, в результате были синтезированы
продукты взаимодействия как по одной и обеим гидроксильным группам, хотя
теоретически возможно получение трех продуктов алкилирования.
125
Однако положение α-гидроксильной группы по отношению к ферроценилу
стерически более затрудненно, что привело к образованию продуктов 1-ферроценил1,3-диглицидиловый эфир бутана (V) c выходом 54 % и 1-ферроценил-1-гидрокси-3глицидиловый эфир бутана (VI) с выходом 12 %.
Все синтезированные соединения представляют собой кристаллические и
маслообразные вещества от темно-красного до темно-коричневого цвета. Строение
соединений подтверждали данными ИК-спектроскопии и элементного анализа
(таблица 1,2).
Таблица 1 – Спектральные характеристики производных ферроценоилацетона
№
I
V
VI
Ферроцен
800, 1010, 1127, 1280, 1370
813, 1027, 1127, 1373, 1460
830, 1013, 1120, 1230, 1353
ИК-спектр, см-1
Прочие
2927 (СН3); 1115, 1400, 3410 (ОН)
2920 (СН3); 3420 (ОН); 750, 895, 3070 (СН2СНО)
2920 (СН3); 760, 890, 3047 (СН2СНО)
Таблица 2 – Свойства производных ферроценоилацетона
№
о
Тпл., С
Растворитель
для очистки
Выход,
%
H
5,94
C14H16O2Fe
Вычислено,
%
C
H
62,00
5,88
Найдено, %
Брутто
формула
I
125
толуол
83,74
C
62,62
V
масло
гексан
53,77
61,50
6,64
C20H26O4Fe
62,18
6,74
VI
масло
гексан-ацетон
(1:1)
12,28
62,47
6,72
C17H22О3Fe
61,82
6,66
126
Библиографический список:
1.
Несмеянов А.Н., Перевалова Э.Г., Цискаридзе Т.Т. / Изд. АН СССР., Сер. хим. –
1966. – С. 2209.
2.
Травень В.Ф. Органическая химия. Учеб для вузов в 2 т. - М: Академ книга. - т2,
- 2004. - 582 с.
3.
Паушкин Я.М., Шевчик А.М. - Изд. БССР. Сер. хим. - 1973. - 95 с.
4.
Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия. Учеб для вузов.
Ч1: 4-е изд. доп. и перераб.- М.: Высш. шк. - 1961. - 252 с.
УДК 547.514.721
ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ БИС(АЦЕТОАЦЕТИЛ)ФЕРРОЦЕНА
И СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЙ, СИНТЕЗИРОВАННЫХ НА ЕГО ОСНОВЕ
Т.Ш. Миннахметов, Н.В. Андриевская
рук. - к.х.н., доцент Б.В. Поляков
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Исследована
реакция
взаимодействия
бис(ацетоацетил)ферроцена
с
боргидридом натрия, а так же реакция 1,1'-(1,3-бутилдиол)ферроценилена с
эпихлоргидрином. Отмечены особенности и закономерности протекания реакций в
условиях щелочного катализа.
Наличие ацетоацетильных заместителей в обоих циклопентадиельных кольцах
ферроцена дает обширные возможности для модификации ферроценильных
производных. Бис(ацетоацетил)ферроцен содержит в своей структуре четыре
карбонильных группы, которые могут взаимодействовать с различными органическими
заместителями [1].
Реакция бис(ацетоацетил)ферроцена с боргидридом натрия может протекать по
четырем карбонильным группам и приводить к образованию семи продуктов
восстановления, но в результате реакции образовывался с достаточно большим
выходом для идентификации и определения физико-химических свойств 1,1'-(1,3бутилдиол)ферроценилен (I). Присутствие кето-енольной таутомерии в молекуле
бис(ацетоацетил)ферроцена, приводящей к локализации
π -электронов карбонильных
групп, также способствует возможности восстановления енолизованной структуры с
образованием ферроценилен-тетра-диола (I).
Синтез проводили при 78 °С в течение 4 часов в среде изопропиловый спиртвода (4:1) при пятикратном мольном избытке боргидрида натрия. Используемые
условия процесса позволили синтезировать 1,1'-(1,3-бутилдиол)ферроценилен (III) с
выходом 57 %.
127
Полученный, таким образом, 1,1'-(1,3-бутилдиол)ферроценилен (I) имеет в своей
структуре четыре гидроксильные группы, которые позволяют синтезировать
соединения, содержащие различные функциональные заместители.
Большой интерес представляет введение в боковую цепь ферроценовых
производных заместителей содержащих эпоксидную группу [1-4]. В связи с этим было
проведено взаимодействие 1,1'-(1,3-бутилдиол)ферроценилена (I) с эпихлоргидрином в
присутствии гидроксида натрия, в результате реакции при 60-70 °С в течение 8 часов
были синтезированы продукты этерификации от двух до четырех гидроксильных
групп. Хотя теоретически возможно получение семи продуктов эпоксидирования.
Поскольку положение α-гидроксильной группы по отношению к ферроценилену
стерически более затрудненно образуются 1-(1,3-гидроксибутила)-1'-(3-глицидиловый
эфир 1-гидроксибутила)-ферроценилен (II) с выходом 11%, 1,1'-(3-глицидиловый эфир
1-гидроксибутила)ферроценилен (III) с выходом 21% и 1-(3-глицидиловый эфир 1гидроксибутила)-1'-(1,3-глицидиловый эфир бутила)ферроценилен (IV) с выходом 44
%.
где R=
.
Все синтезированные соединения представляют собой кристаллические и
маслообразные вещества от красного до тёмно-коричневого цвета. Данные ИКспектров и элементного анализа подтверждают предложенные структуры
синтезированных соединений (таблицы 1,2).
ИК спектры соединений снимали на спектрофотометре Specord 75IR в тонком
слое на линзах КCl. Контроль чистоты и индивидуальности проводили методом ТСХ на
пластинах Silufol UV-254 (элюенты – гексан, ацетон).
Таблица 1 – Свойства производных бис(ацетоацетил)ферроцена
Растворитель Выход, Найдено, %
Брутто
№ Тпл., оС
для очистки
%
формула
C
H
гептан-ацетон
I
масло
57,1
59,75 7,07
C18H26O4Fe
(1:1)
гептан-ацетон
II
масло
11,4
58,49 7,01
C21H30O5Fe
(1:3)
гексан-ацетон
III
масло
12,9
91,97 10,14 C24H35O6Fe
(1:2)
гексан-ацетон
IV масло
43,8
59,19 7,17
C27H39O7Fe
(1:1)
128
Вычислено, %
C
H
59,67
7,18
60,30
7,23
94,81
10,46
61,02
7,40
Таблица 2 – Спектральные характеристики производных бис(ацетоацетил)ферроцена
№
I
II
III
IV
Ферроцен
787, 1280, 1349, 1435
788, 1260, 1352, 1430
790, 1270, 1340, 1440
830, 1240, 1370, 1450
ИК-спектр, см-1
Прочие
2908 (СН3); 1121, 1300, 3408, 3543 (ОН)
2900 (СН3); 3440 (ОН); 740, 3080 (СН2СНО)
2900 (СН3); 3440 (ОН); 740, 940, 3080 (СН2СНО)
2900 (СН3); 3440 (ОН); 740, 940, 1270, 3080 (СН2СНО)
Библиографический список:
1.
Несмеянов А.Н., Перевалова Э.Г., Цискаридзе Т.Т. - Изд. АН СССР., Сер. хим. –
1966. - с. 2209.
2.
Травень В.Ф. Органическая химия. Учеб для вузов в 2 т.- М.: Академ книга. - т2.
- 2004. - 582 с.
3.
Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А. Т. Органическая химия. Учеб для вузов.
Ч1: 4-е изд. доп. и перераб.- М.: Высш. шк. - 1961. - 252 с.
УДК 536:662.234.81
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
НЕКОТОРЫХ ПРОИЗВОДНЫХ НИТРОГУАНИДИНА
А.В. Иванов
рук. - к.х.н., доцент В.И. Власенко
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Проведено экспериментальное определение теплоты сгорания и рассчитаны
энтальпии образования некоторых производных нитрогуанидина. Теплоты сгорания и
энтальпии образования изученных веществ, представлены в таблице, где приведены
также эти величины, полученные расчетным методом по аддитивности атомных
вкладов и атомных групп.
В таблице приведены средние значения, определённые из трёх-пяти
параллельных сжиганий на калориметре заводского изготовления В-08МА в
самоуплотняющейся бомбе объёмом ~1 л [1]. Регистрация температуры в
калориметрическом сосуде проводилось метастатическим термометром.
Водное эквивалент калориметра определенный по бензойной кислоте (в-во №6)
составил 14763,756±6,090 Дж/град при среднеквадратичной погрешность 0,08%.
Рассчитанные теплота сгорания (Qсp) равна -3226,31±2,90 кДж/моль, а энтальпия
образования (Hof) -385,35±3,2 кДж/моль. При сопоставлении полученных данных с
литературными данными [2], которые равны соответственно 3231,21+3,2 кДж/моль и
384,97±0,92 кДж/моль (№6а), можно сделать вывод о хорошей сходимости результатов.
Довольно
хорошая
сходимость
наблюдается
между
нашими
экспериментальными данными и данными, полученными ранее другими
исследователями [3, 4] для нитрогуанидина (№1 и №1а).
Для исследованных соединений наибольшее отклонение от величин среднего
значения теплоты сгорания наблюдалось для нитрогуанидина (№1) и составило +5,1
кДж/моль при среднеквадратичной ошибке 6,09 кДж/моль, а наименьшее отклонение
для 1-метил-1,2-динитрогуанидина (№2) ±0,11 кДж/моль при ошибке 0,1 кДж/моль.
129
Полученные отклонения хоть и имеют для некоторых соединений значительную
величину, но не превышает значений приводимых в справочной литературе.
Таблица 1 - Экспериментальные и расчетные величины теплот сгорания и образования
№
Qсp, кДж/моль
Вещество
Эксп./Расч.
1 H2N─ C ─NH2
║
N-NO2
-869,67+5,10
/-890,87
(СН4О2О4)
1а H2N─ C ─NH2
║
данные)
N-NO2
Qсp, кДж/кг Hof,
кДж/моль
Hof,
кДж/кг
Эксп./Расч
Эксп./Расч.
Эксп/Расч
-8357,3
/-8561,03
-95,49±5,1
-917,63
/-714,0
/-74,3
(литер -888,8 ÷-872,78
/-896,59
-8546,15÷
-8392,12
/-8621,04
-889,42÷
-92,5÷-94,14
-905,19
/-74,30
/-714,4
2 H3CN ─ C ─ NH2
│
║
NO2 N─NO2
-1473,01 ± 0,10
/-1481,05
(C2H5O4N5)
-9032,27
/-9081,54
-28,57 ± 0,11
/-20,55
-175,18
/-126,02
3 H3CS─ C ─NH2
║
N─NO2
-1946,82 ± 0,51
-14406,69
/-14240,93
49,69 ± 0,50
367,71
/201,94
-8040,29
/-8566,76
-341,04 ± 2,30
/-1924,42
/27,29
(C2H5O2N3S)
4 NH2─
C
C─NH2
║
O
N─NO2
─NH-HN─ -1303,46 ± 2,30
║
/-1388,81
/-255,70
-2103,67
/-1577,26
(C2H6O3N6)
5 N─NH
║
C─NH─C─NH2*H2O
N─N
║
N-NO2
-1323,63 ± 2,20
/-1318,13
(C2H4O2 N8)
-6962,47
/-6933,54
-35,13 ± 2,21
/-40,53
-184,78
/-213,19
6 C6H5COOH,
-3226,31 ± 2,90
/-3225,68
-26384,86
/-26414.66
385,35 ± 3,2
/385,16
3139,77
/3154,02
-3226,31 ± 4,2
/-3225,68
-26445,16
/-26414.66
384,97 ± 0,92
/385,16
3155,49
/3154,02
C7H6O2
6a C6H5COOH (лит. данные)
При переходе от нитрогуанидина (№1) к 1-метил-1,2-динитро-гуанидину (№2) и
к 1-нитро-2-метилизотиомочевине (№3), наблюдается повышение теплоты сгорания,
что связано с увеличением в молекуле числа горючих элементов, наибольший вклад
вносит сера, при её сгорании до SO2 выделяется 296,85 кДж/моль. В этом ряду
происходит увеличение энтальпии образования на моль вещества с -95,49, до -28,57 и
130
до +49,69 кДж, или в пересчете на кг с -917,63, -175,18 и 367,71 кДж. Для 1-нитро-2метилизотиомочевины (№3) Hof становится положительной величиной.
Аналогичную закономерность мы видим в данных, полученных расчетным
методом по атомным вкладам, которые отличаются от экспериментальных. Так для
нитрогуанидина (№1) энтальпии образования расчетная равна -74,3 кДж/моль, а
экспериментальная равна -95,49 кДж/моль. Расхождение в ≈20 кДж/моль наблюдаем и
в данных, полученных другими экспериментаторами (№1а). В наших опытах
наибольшее
расхождение
с
расчетными
получились
для
1-нитро-2метилизотиомочевине (№3).
Тетразольный фрагмент в 1-(тетразол-5-ил)-2-нитрогуанидин моногидрате (№5)
приводит в сравнении с 2-нитрогуанидином (№1) к возрастанию энтальпии
образования до –35,13 кДж/моль. Вещество №5 содержит в своем составе воду, на
испарение которой при сжигании происходит затрата тепла. Теплота испарения воды
равна 44,04 кДж/моль. В отсутствии моногидрата энтальпия образования без учета
затрат на разрыв связи, вероятно, имела бы значение близкое к 8,91 кДж/моль.
Замещение атома водорода у аминной группы нитрогуанидина на мочевинный
фрагмент (№4) приводит к значительному снижению энтальпии образования, которые
становятся равной – 341,04 кДж/моль.
Полученные впервые экспериментальные термохимические величины
показывают, что такие производные нитрогуанидина, как 1-метил-1,2-динитрогуанидин (№2), 1-(тетразол-5-ил)-2-нитрогуанидин моногидрат (№5), имея низкие
отрицательные значения энтальпии образования должны обладать, подобно
нитрогуанидину (№1) [5], значительными энергетическими характеристиками.
Библиографический список:
1.
Калориметр В-08МА. ПУ.470.000.ТО. Мин. Приборостроение, 1978.-95 с.; ГОСТ
8.219-76. Калориметры сжигания с бомбой, жидкостные. Методы и средства поверки; М.: Изд-во стандартов, 1977.-8 с.
2.
Лебедев, Ю.А. Термохимия нитросоединений / Ю.А. Лебедев, Е.А.
Мирошниченко, Ю.В. Кнобель. – М.: Наука, 1970. - 168 с.
3.
Стелл, К. Химическая термодинамика органических соединений / к. Стел, Э.
Вестрам, Г. Зинке. – М.: Мир, 1971. – 676 с.
4.
Кальве,Э. Микрокалориметрия / Э. Кальве, А. Прат. – М.: Мир, 1963. – 352 с.
5.
Орлова Е.Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. Л.:
Химия,1973, - 483 с.
УДК 536:662.234.81
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТ СГОРАНЯ И ЭНТАЛЬПИЙ ОБРАЗОВАНИЯ
НЕКОТОРЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ФЕНИЛНИТРОГУАНИДИНА
А.А. Зоммер
рук. - к.х.н., доцент В.И. Власенко
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Проведено экспериментальное определение теплоты сгорания и рассчитаны
энтальпии
образования
некоторых
производных
1-фенил-2-нитрогуанидина.
Полученные данные в сравнении с рассчитанными методом аддитивности атомных
вкладов и атомных групп приведены в таблице.
131
Таблица - Экспериментальные и расчетные величины теплот сгорания и образования
№
Qсp, кДж/моль
Вещество
Эксп./Расч.
NNO2
1
N
H
/-3817,48
C7H8O2N4
NH2
-3898,74 ± 5,45
/-3959,77
NNO2
2
-3796,92 ± 1,01
Qсp, кДж/кг Hof, кДж/моль Hof, кДж/кг
Эксп./Расч
Эксп./Расч.
Эксп/Расч
-21100,09
/-21208,24
-104,92 ± 1,01
/-84,36
-582,91
/-468,67
-17351,98
/-17598,9
135,67 ± 5,45
/196,70
602,99
/874,22
-16901,36
/-17076,50
38,44 ± 1,30
170,83
/351,74
-9776,65
/-10279,77
-381,27 ± 24,6
NH2
N
C7H7O4N5
NO2
NH
3
NO2
N
H
NH2
NNO2
4
*H2O
N
H
-3104,26 ± 24.61
/-3238,13
NH2
/79,14
/-247,4
-1210,38/
-785,40
C7H5O8N7
O2N
NO2
5
/-3842,21
C7H7O4N5
O2N
NO2
-3801,51 ± 1,30
NO2
NNO2
N
H
NH2
-3720,04 ± 10.80 -11843,95 234,52 ± 10.80
/-11847,16
/-3731,86
/246,33
744,49
/782,00
C7H5O8N7
O2N
-3220,40 ± 4,2
/-3225,68
-26384,86
/-26414.66
383,42 ± 4,2
/385,16
3139,77
/3154,02
6a C6H5COOH (лит. данные)
-3226,31 ± 4,2
/-3225,68
-26445,16
/-26414.66
384,97 ± 0,92
/385,16
3155,49
/3154,02
7 H2N
-880,81 ± 3,09
-8439,62/
/-8621,04
-90,08 ± 3,09
-895,84
/-714,42
-8546,15÷
-8392,12
/-8621,04
-889,42÷
-92,5÷-94,14
-905,19
/-74,30
/-714,4
6 C6H5COOH,
C
C7H6O2
NH2
NNO2
7а
H2N
C
NNO2
/-896,59
/-74,30
CH4O2N4
NH2
-888,8 ÷-872,78
/-896,59
(лит.дан.)
132
Теплоты сгорания определялись не менее чем из пяти опытов в калориметре В08МА [1] с уменьшенной ёмкостью сосуда и в самоуплотняющейся бомбе меньшего
объема (0,322 л). Температура измерялась термометром сопротивления с регистрацией
цифровым вольтметром. Энергетический эквивалент калориметра по бензойной кислоте
составил 8837,671 ±11,606 Дж/град, погрешность 0,13%. Определенные теплота
сгорания (Qсp) и энтальпия образования (Hof) для бензойной кислоты (№ 6) имеют
хорошую сходимость с литературными данными (№6а) [2].
Наблюдается хорошая сходимость наших данных для нитрогуанидина (№7) с
литературными данными (№7а) [3, 4]. При этом энтальпия сгорания, в сравнении с
литературными величинами, имеет среднее значение, а энтальпия образования
несколько меньше по абсолютной величине.
Анализируя данные, полученные нами для исследованых производных
фенилнитрогуанидина с данными, рассчитанными по методу аддитивности атомных
вкладов и атомных групп [2] видно, что для некоторых веществ эти величины
существенно не совпадают. Наибольшее расхождение наблюдается для моногидрата 1(2,4-динитрофенил)-2-нитрогуанидина (№4). Возможно это от того, что при сжигании
вещества, содержащего воду, происходят затраты тепла на разрыв связи и испарение
молекулы воды.
Несоответствие экспериментальных и расчетных данных для других соединений
можно объяснить не конкретностью и в сложности разбитии группировок на атомарные
вклады согласно описанию в литературе. Кроме этого авторы расчетного метода
указывают, что среднеквадратичное отклонение по приведенному методу может
составлять 28,9 кДж/мол.
При анализе полученных нами термохимических данных исследуемых веществ
можно заметить некоторые закономерности в изменении значений энтальпий сгорания
и образования.
Так, если рассматривать 1-фенил-2-нитрогуанидин (№1) и 1-(2,4,6тринитрофенил)-2-нитрогуанидин (№5) то видно, что теплота сгорания снижается от
значения 21208,24 кДж/кг до 11847,16 кДж/кг.
При введении трех нитрогрупп в ароматическое кольцо приводит к снижению
количества горючих элементов в молекуле, что в свою очередь вызывает снижение
значения теплоты сгорания. Энтальпия образования наоборот увеличивается при
переходе от соединения №1 к соединению №5 от -582,91 кДж/кг до +744,49 кДж/кг.
Такое изменение энтальпии образования вызвано значительными изменениями в
строение молекулы. Можно предположить, что электронная плотность в веществе №5
перераспределяется между нитрогруппами
и бензойным кольцом, происходит
некоторое увеличение длин связей С-С в ароматическом кольце. Так же возможно
образование водородной связи между крайним атомом азота в нитрогуанидиновом
фрагменте с кислородом ближайшей нитрогруппы, связанной с бензойным кольцом.
Это в свою очередь вызывает пространственную деформацию нитрогуанидинового
фрагмента и изменение длин связей.
Для 1-фенил-1,2-динитрогуанидина (№2) в сравнение с веществом 1-фенил-2нитрогуанидином (№1) происходит уменьшение тепловыделения на 3502 кДж/кг, а
энтальпия образования резко увеличивается со значения -582,91 кДж/кг до
положительного 602,99 кДж/кг. Вероятно, введение второй нитрогруппы приводит к
смещению электронной плотности атома азота и бензойного кольца в сторону
введенной нитрогруппы, как за счет мезомерного, так и за счет индуктивного эффектов.
Что приводит к изменению длин связей, и, возможно, к изменению пространственного
строения молекулы в целом, и к значительному увеличению энтальпии образования.
133
2,4-динитрофенилгуанидин (№3) имеет большую теплоту сгорания в сравнении
с гидратом 1-(2,4динитрофенил)-2-нитрогуанидином(№4) на 7000 кДж/кг. То есть
теплотворный эффект гуанидиновой группировки выше, чем у нитрогуанидиновой. Но
следует иметь в виду то, что в случае вещества №4 часть тепла расходуется на
испарение молекулы воды.
Из полученных нами термохимических величин, видно, что соединения 1фенил-1,2-динитрогуанидин (№2), 1-(2,4-динитрофенил)-2-нитро-гуанидин (№3) 1(2,4,6-тринитро-фенил)-2-нитрогуанидин (№5) имея положительные значения
энтальпий образований и высокие теплоты сгорания, являются наиболее выгодными с
энергетической точки зрения.
Библиографический список:
1.
Калориметр В-08МА. ПУ.470.000.ТО. Мин. Приборостроение, 1978.-95 с.; ГОСТ
8.219-76. Калориметры сжигания с бомбой, жидкостные. Методы и средства поверки; М.: Изд-во стандартов, 1977.-8 с.
2.
Лебедев, Ю.А. Термохимия нитросоединений / Ю.А. Лебедев, Е.А.
Мирошниченко, Ю.В. Кнобель. – М.: Наука, 1970. - 168 с.
3.
Стелл, К. Химическая термодинамика органических соединений / к. Стел, Э.
Вестрам, Г. Зинке. – М.: Мир, 1971. – 676 с.
4.
Кальве,Э. Микрокалориметрия / Э. Кальве, А. Прат. – М.: Мир, 1963. – 352 с.
УДК 661.183:662.74
СОРБЦИОННЫЕ И ТЕКСТУРНЫЕ СВОЙСТВА СОРБЕНТОВ ИЗ БУРОГО УГЛЯ
С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ МИНИРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
Е.О. Зайцева, Е.С. Каменский
рук.- д.х.н. профессор П.Н. Кузнецов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Растущая потребность в углеродных сорбентах требует расширения их
ассортимента, повышения сорбционной активности, избирательности и снижения
стоимости. Использование ископаемых углей, других углеродсодержащих материалов
(отходы древесины, резина, пластмассы и др.) дает возможность получать
сравнительно дешевые сорбенты различного назначения [1]. Формирование текстурных
свойств зависит от многих факторов, в том числе от химического строения и
текстурных свойств исходного материала, условий карбонизации и активации,
концентрации и типа добавляемых промоторов.
Особый интерес в качестве сырья для получения сорбентов представляют
малозольные бурые угли Канско-Ачинского бассейна (КАБ). В литературе
опубликовано большое число работ по приготовлению угольных сорбентов, однако
факторы и закономерности формирования, определяющие их свойства, остаются мало
изученными [1].
В настоящей работе представлены данные по текстурным и сорбционным
свойствам продуктов паровой активации карбонизатов, полученных из бурых углей
различных месторождений с различным содержанием минеральных веществ.
134
Исходные вещества и методы исследования
В качестве сырья использовали образцы бурых углей Бородинского и
Березовского месторождений Канско-Ачинского бассейна (КАБ), Кангаласского
месторождения Ленского бассейна и низкозольный бурый уголь месторождения
Яллоурн (Австралия). Отобранные пробы высушивали и карбонизовали в кварцевой
ампуле без доступа воздуха при температуре 700°С в течение 1 часа. Полученные
карбонизаты подвергали паровой активации в герметичных вращающихся автоклавах
при 700 и 730°С в течение 2-х часов. Степень превращения карбонизатов (величину
обгара) определяли по убыли количества органической массы после реакции и по
количеству образовавшихся газообразных продуктов.
Текстурные характеристики (величину удельной поверхности по БЭТ, объем
микро- и мезопор, средний диаметр пор) определяли по данным низкотемпературной
адсорбции азота на анализаторах «Сорбтометр М», газохром ГХ-1, а также на
установке Micromeritics ASAP 2040. Сорбционную активность измеряли по
поглощению йода из разбавленных водных растворов в статических условиях при
комнатной температуре.
Результаты и обсуждение
Все пробы углей КАБ имели близкий элементный состав органической массы.
Образец кангаласского угля отличался повышенным содержанием водорода (5,5%
против 4,7-4,9% для углей КАБ), австралийский уголь – повышенным содержанием
кислорода (27,8% против 21,8-24,6%). Содержание азота и серы во всех образцах
находилось в пределах 0,5-0,9 и 0,2-0,4%, соответственно.
Содержание минеральных веществ (золы) в пробах варьировало от 1,4 до 7,9%.
В их составе, кроме минералов, содержащих кремний и алюминий, преобладали
соединения Са, Mg и Fe. Отдельные образцы бурых углей с целью частичного
извлечения минеральных веществ подвергали обработке разбавленными водными
растворами соляной кислоты. После обработки 0,2 н раствором их содержание
уменьшалось в 2-3 раза. При этом достигалось практически полное извлечение
катионов магния, кальция и других щелочноземельных металлов. Степень извлечения
железа варьировала от 50% до 93%, а содержание кремния и алюминия мало
изменялось.
Карбонизаты, полученные из различных исходных и декатионированных углей,
значительно различались по реакционной способности в процессе паровой активации.
Величины степени обгара при одинаковых условиях при 700°С для различных образцов
варьировали от 18,4 до 33%, выхода газов – от 23 до 68%. Между указанными
величинами наблюдалась хорошая корреляция (с коэффициентом линейной корреляции
R=0,93), которая может быть выражена уравнением регрессии:
Выход газов, %= -16,56+ 2,50×степень обгара,%,
Ранее [2] на примере бородинских углей было установлено, что реакционная
способность различных буроугольных карбонизатов при паровой газификации зависит
от содержания в них Са, который оказывает каталитическое действие на процесс: чем
больше в угле кальция, тем более высокой реакционной способностью обладает уголь.
На рисунке 1 приведены данные по величине удельной поверхности различных
активированных образцов карбонизатов после паровой активации при 700 и 730°С. Для
исходных (т.е. неактивированных) карбонизатов поверхность в большинстве случаев
находилась в пределах от 70 до 240 м2/г. По мере увеличения степени обгара
(активации) она увеличивалась до 700 м2/г.
Данные по текстурным характеристикам и сорбционной активности различных
сорбентов приведены в таблице. Видно, что декатионированные сорбенты отличаются
135
более низкой величиной поверхности и суммарным объемом мезо- и микропор, чем
соответствующие недекатионированные аналоги.
Рисунок 1 - Изменение удельной поверхности различных образцов активных
углей в зависимости от степени обгара при 700°С и 730°С.
Рисунок 2 - Распределение пор по размерам в сорбентах, полученных
из исходного (1) и из декатионированного углей (2)
Таблица 1 - Текстурные характеристики и сорбционная активность сорбентов,
полученных при паровой активации карбонизатов из исходных
и декатионированных углей
Уголь, температура
активации
Исходные угли, 700°С
Декатионированные, 700°С
Исходные угли, 730°С
Удельная
поверхность, м2/г
Объем
пор, см3/г
Поглощение
йода, %
550-651
444-611
615-695
0,27-0,39
0,13-0,24
-
53-78
49-79
68-78
Значительные различия наблюдаются в типе пористой структуры полученных
сорбентов: исходные угли дают сорбенты с преимущественно мезопористой
структурой (рисунок 2), декатионированные образцы содержат преимущественно
микропоры.
Измерения сорбционной активности при поглощении йода показали как правило
более высокую активность сорбентов из исходных углей по сравнению с
136
декатионированными. Тем не менее, различия в активности невелики, что связано с
малыми размерами молекул йода, которые могут поглощаться как микро- так и
мезопорами.
Библиографический список:
1.
Головин Г.С., Малолетнев А.С. Комплексная переработка углей и повышение
эффективности их использования. М.: НТК «Трек», 2007. 357с.
2.
Кузнецов П.Н., Кузнецова Л.И., Кутихина Е.А. // Химия твердого топлива. 2008.
– № 3. - С. 30-37
УДК 661.183:662.74
ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ В БУРЫХ УГЛЯХ
НА СВОЙСТВА ПОЛУЧАЕМЫХ СОРБЕНТОВ
Е. Зайцева, Е. Каменский
рук – д.х.н., профессор П.Н. Кузнецов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Растущая потребность в углеродных сорбентах требует расширения их
ассортимента, повышения сорбционной активности, избирательности и снижения
стоимости. Использование ископаемых углей, других углеродсодержащих материалов
(отходы древесины, резина, пластмассы и др.) дает возможность получать
сравнительно дешевые сорбенты различного назначения [1]. Формирование текстурных
свойств зависит от многих факторов, в том числе от химического строения и
текстурных свойств исходного материала, условий карбонизации и активации,
концентрации и типа добавляемых промоторов.
Особый интерес в качестве сырья для получения сорбентов представляют
малозольные бурые угли Канско-Ачинского бассейна (КАБ). В литературе
опубликовано большое число работ по приготовлению угольных сорбентов, однако
факторы и закономерности формирования, определяющие их свойства, остаются мало
изученными [1].
В настоящей работе представлены данные по текстурным и сорбционным
свойствам продуктов паровой активации карбонизатов, полученных из бурых углей
различных месторождений с различным содержанием минеральных веществ.
Исходные вещества и методы исследования
В качестве сырья использовали образцы бурых углей Бородинского и
Березовского месторождений Канско-Ачинского бассейна (КАБ), Кангаласского
месторождения Ленского бассейна и низкозольный бурый уголь месторождения
Яллоурн (Австралия). Отобранные пробы высушивали и карбонизовали в кварцевой
ампуле без доступа воздуха при температуре 700оС в течение 1 часа. Полученные
карбонизаты подвергали паровой активации в герметичных вращающихся автоклавах
при 700 и 730оС течение 2-х часов. Степень превращения карбонизатов (величину
обгара) определяли по убыли количества органической массы после реакции и по
количеству образовавшихся газообразных продуктов.
Текстурные характеристики (величину удельной поверхности по БЭТ, объем
микро- и мезопор, средний диаметр пор) определяли по данным низкотемпературной
137
адсорбции азота на анализаторах «Сорбтометр М», газохром ГХ-1, а также на
установке Micromeritics ASAP 2040. Сорбционную активность измеряли по
поглощению йода из разбавленных водных растворов в статических условиях при
комнатной температуре.
Результаты и обсуждение
Все пробы углей КАБ имели близкий элементный состав органической массы.
Образец кангаласского угля отличался повышенным содержанием водорода (5,5%
против 4,7-4,9% для углей КАБ), австралийский уголь - повышенным содержанием
кислорода (27,8% против 21,8-24,6%). Содержание азота и серы во всех образцах
находилось в пределах 0,5-0,9 и 0,2-0,4%, соответственно.
Содержание минеральных веществ (золы) в пробах варьировало от 1,4 до 7,9%.
В их составе, кроме минералов, содержащих кремний и алюминий, преобладали
соединения Са, Mg и Fe. Отдельные образцы бурых углей с целью частичного
извлечения минеральных веществ подвергали обработке разбавленными водными
растворами соляной кислоты. После обработки 0,2 н раствором их содержание
уменьшалось в 2-3 раза. При этом достигалось практически полное извлечение
катионов магния, кальция и других щелочноземельных металлов. Степень извлечения
железа варьировала от 50% до 93%, а содержание кремния и алюминия мало
изменялось.
Карбонизаты, полученные из различных исходных и декатионированных углей,
значительно различались по реакционной способности в процессе паровой активации.
Величины степени обгара при одинаковых условиях при 700оС для различных образцов
варьировали от 18,4 до 33%, выхода газов – от 23 до 68%. Между указанными
величинами наблюдалась хорошая корреляция (с коэффициентом линейной корреляции
R=0,93), которая может быть выражена уравнением регрессии:
Выход газов, %= -16,56+ 2,50 степень обгара,%,
Ранее [2] на примере бородинских углей было установлено, что реакционная
способность различных буроугольных карбонизатов при паровой газификации зависит
от содержания в них Са, который оказывает каталитическое действие на процесс: чем
больше в угле кальция, тем более высокой реакционной способностью обладает уголь.
На рисунке 1 приведены данные по величине удельной поверхности различных
активированных образцов карбонизатов после паровой активации при 700 и 7300С. Для
исходных (т.е. неактивированных) карбонизатов поверхность в большинстве случаев
находилась в пределах от 70 до 240 м2/г. По мере увеличения степени обгара
(активации) она увеличивалась до 700 м2/г.
Данные по текстурным характеристикам и сорбционной активности различных
сорбентов, полученных путем паровой активации карбонизатов из исходных и
декатионированных углей при 700 и 7300С приведены в таблице. Видно, что
декатионированные сорбенты отличаются более низкой величиной поверхности и
суммарным объемом мезо- и микропор, чем соответствующие недекатионированные
аналоги.
138
Удельная поверхность, м2/г
о
700 Исходные угли, 700 С
Декатионированные, 700оС
о
600 Исходные, 730 С
500
Активаты
400
300
200
Карбонизаты
100
0
5
10
15
20
25
30
35
Обгар, %
dV/dD
Рисунок 1 - Изменение удельной поверхности различных образцов активных
углей в зависимости от степени обгара при 7000С и 7300С.
0,030
0,030
0,025
0,025
0,020
0,020
0,015
0,015
0,010
0,010
0,005
0,005
1
2
0,000
0,000
10
100
Диаметр пор, А
Рисунок 2 - Распределение пор по размерам в сорбентах, полученных
из исходного (1) и из декатионированного углей (2)
Таблица - Текстурные характеристики и сорбционная активность сорбентов,
полученных при паровой активации карбонизатов из исходных
и декатионированных углей
Уголь, температура
активации
Исходные угли, 700оС
Декатионированные,
700оС
Исходные угли, 730оС
Удельная
поверхность, м2/г
Объем
пор, см3/г
Поглощение
йода, %
550-651
0.27-0.39
53-78
444-611
0.13-0.24
49-79
615-695
-
68-78
Значительные различия наблюдаются в типе пористой структуры полученных
сорбентов: исходные угли дают сорбенты с преимущественно мезопористой
структурой (рисунок 2), декатионированные образцы содержат преимущественно
микропоры.
Измерения сорбционной активности при поглощении йода показали как правило
более высокую активность сорбентов из исходных углей по сравнению с
декатионированными. Тем не менее, различия в активности невелики, что связано с
малыми размерами молекул йода, которые могут поглощаться как микро- так и
мезопорами.
139
Библиографический список:
1.
Головин Г.С., Малолетнев А.С. Комплексная переработка углей и повышение
эффективности их использования. М.: НТК «Трек», 2007. 357с.
2.
Кузнецов П.Н., Кузнецова Л.И., Кутихина Е.А. // Химия твердого топлива. 2008.
–№ 3. - С. 30-37/
УДК 665.733:005.336.3
ВЛИЯНИЕ ДЛИНОЦЕПНЫХ АЛКАНОВ НА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ
1
А.К. Пасютина, Т.В. 1Драгун, Т.А.1Шипунова, Н.В.2Гавголенко
рук. – к.х.н., доцент Ф.А.3Бурюкин
1
МОУ СОШ №2, с. Богучаны
2
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
3
ГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
г. Красноярск
Изучение влияния н-парафинов на низкотемпературные свойства дизельных
топлив является весьма актуальной задачей, особенно в условиях использования этих
видов топлива в северных районах Красноярского края.
Задачи исследования:
1.
Определить влияние различных групп н-парафинов на низкотемпературные
свойства дизельных топлив.
2.
Оценить влияние содержания ароматических углеводородов на свойства
дизельных топлив.
В качестве объектов исследования были выбраны образцы дизельного топлива
основных поставщиков нефтепродуктов в Богучанский район. При выборе образцов
исходили из соображений изменения их физико-химических свойств и показателей в
широких пределах, что позволило бы установить взаимосвязь между
низкотемпературными и физико-химическими свойствами этих нефтепродуктов.
Поэтому в качестве объектов для исследования выбраны летние сорта дизельных
топлив, которые получают из прямогонной дизельной фракции, без вовлечения в
технологии улучшения низкотемпературных характеристик, и без существенного
изменения индивидуального состава, что позволяет более точно оценить влияние нпарафинов.
Исследуемые образцы дизельных топлив:
1 - компонент ДТ Сургутского ЗСК;
2 – летнее ДТ ОАО «Сибнефть – Омский НПЗ»;
3 – ДТл ЭЧ (экологически чистое) ОАО «Ачинский НПЗ ВНК»;
4 – ДТл ОАО «Ачинский НПЗ ВНК»;
5 – ДТ ОАО «Ачинский НПЗ ВНК» утяжеленного фракционного состава (сырье для
компаундирования ДТ различных марок).
Для выполнения поставленных задач проведены экспериментальные
исследования физико-химических свойств дизельных топлив, а также определен
индивидуальный углеводородный состав образцов. Для реализации этих задач
задействованы приборы и оборудование (ГОСТ и АSTM) Института Нефти и Газа, а
140
также ЦКП СФУ «Наукоемкие методы исследования и анализа новых материалов,
наноматериалов и минерального сырья».
Полученные результаты определения физико-химических свойств и суммарное
содержание отдельных групп углеводородов представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристики исследуемых образцов ДТ
Наименование показателей
Значения показателей для образцов ДТ
1
2
3
4
5
Температура помутнения, °С
-6
-5
-5
-5
+4,5
Температура застывания, °С
-16
-15,1
-12
-10
+4
Плотность при 20°С, кг/м
813,1
838,1 835,3
839,4
856,8
Вязкость при 20°С, мм /с
2,41
4,1
5,206
5,04
5,45
о
Фракционный состав:
Выкипает при температуре, С
50%
220
265,5
279
277
324
96%
357
353,5
360
351
360
∑СН-П, % масс
20,38
20,31
22,2
21,0
26,6
Суммарное содержание н-алканов, %масс.
Cl2-15
58,79
55,27 38,00 45,91
5,76
С16-21
35,10
41,34 53,50 48,33
78,17
С22 и>
6,11
3,39
8,50
5,76
16,07
k1=Σ С12-15/ ΣС16-С21
k2 =Σ С22 и >/Σ С16-21
K =k1/k2
К/Сн-П
Анилиновая точка tАТ, оС
1,67
0,17
9,64
1,69
66,5
1,34
0,08
16,30
1,70
63,8
0,71
0,16
4,47
2,03
67,5
0,95
0,12
7,98
1,21
67,5
0,07
0,21
0,36
0,04
76,5
Анализ полученных данных показал, что распределение н-парафинов в топливе
неравномерно, максимум распределения по молекулярной массе приходится на нпарафины С15-16.
В качестве примера на рисунок 1 представлен график группового
углеводородного состава топлива.
Установлено, что наибольшее влияние на температуру помутнения оказывают нпарафины С20-С25. Даже при небольшом содержании таких углеводородов температура
помутнения резко повышается. Например, с введение 1% н-парафина С24 в состав
эталонного топлива, температура помутнения повышается с -72 до 0оС.
Однако, исходя из результатов исследования, можно сделать вывод, что
температура помутнения дизельного топлива зависит не столько от количества нпарафинов, сколько от их распределения по молекулярным массам и соотношений с
углеводородами изостроения, низкоплавких н-парафинов С6-С14 и ароматическими
углеводородами, которые являются растворителями длиноцепных н-парафинов.
141
Рисунок 1 - График группового углеводородного состава образца № 4
Нами введены коэффициенты k1 и k2, учитывающие соответственно
распределение в дизельных топливах низкоплавких С12-С15 и высокоплавких С22и> нпарафинов относительно базовых С16-С21 (см. таблицу 1), и позволяющие наряду с
суммарным содержанием н-парафинов Сн-П оценить влияние н-парафинов на
низкотемпературные свойства дизельных топлив.
Установлена взаимосвязь между температурой застывания дизельных топлив и
комплексной величиной [(k1/k2)/Сн-П]: с ростом величины [(k1/k2)/Сн-П] температура
застывания топлива понижается.
Следует отметить, что наиболее высокую температуру помутнения имеют
дизельные топлива с самыми низкими значениями комплексной величины [(k1/k2)/CH-n].
Кроме того, по данным таблицы 1 эти дизельные топлива можно отнести к более
утяжеленным по фракционному составу (образец 5).
Данные таблицы 1 также показывают, что, в общем, уменьшение анилиновой
точки, а, следовательно, увеличение содержания ароматических углеводородов
(являющихся растворителями для н-парафинов), приводит к понижению температуры
застывания дизельных топлив.
Таким образом, при создании оптимальной композиции летнего дизельного
топлива, соответствующего современным эксплуатационным требованиям, необходимо
учитывать максимально допустимые значения соотношений н-парафинов с различной
длиной цепи, а также содержание парафиновых и моноциклических углеводородов.
Следовательно, максимальная депрессия температур помутнения и застывания
достигается в результате снижения содержания высококипящих н-парафинов при
оптимальном содержании низкокипящих н-парафинов и моноциклических
ароматических углеводородов.
142
УДК 662.73 : 552
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ АКТИВНОСТЬ БУРЫХ УГЛЕЙ
В ПРОЦЕССЕ ПАРОВОЙ ГАЗИФИКАЦИИ
Е.С. Каменский2, А.А. Никитенко1
рук. - д.х.н., профессор П.Н. Кузнецов1
1
Институт химии и химической технологии СО РАН
2
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В исследованиях процессов газификации углей значительное внимание
уделяется разработке эффективных катализаторов. Известно, что высокую
каталитическую активность при паровой газификации углей проявляют соединения
железа, щелочных, щелочно-земельных и других металлов. Так, в присутствии добавок
соединений щелочных металлов в количестве 5−15 % температура газификации угля
может быть снижена на 150−200оС.
Целью данной работы являлось установления влияния текстурных свойств и
состава минеральной части бурых углей на их поведения в процессе паровой
газификации.
В работе использовали образцы бурых углей Бородинского месторождения
Канско-Ачинского бассейна. Пробы углей высушивали и карбонизовали в кварцевой
ампуле без доступа воздуха при температуре 700°С в течение 1 ч. Газификацию
полученных карбонизатов осуществляли во вращающемся автоклаве и в трубчатом
реакторе в потоке азота, насыщенного парами воды, при 700°С.
Содержание минеральных веществ (золы) в пробах углей варьировало от 4,1 до
7,7 % (таблица1). В их составе, кроме минералов, содержащих кремний и алюминий,
преобладали соединения Са, Mg и Fe. Содержание Са во всех образцах, в 5-8 раз
превышало содержание Mg. Отсутствовала связь между общим содержанием зольных
веществ и содержанием в них отдельных элементов.
Таблица 1 - Характеристика состава минеральной части проб бурых углей различных
месторождений
Аd,
Содержание, мас.%
мас.%
Са
Mg
Fe
Бородинское*
7,7 – 4,1
1,34 – 0,75
0,40 – 0,08
0,28 – 0,06
Бородинское**
4,8-0,9
≤10-2
≤10-5
0,05-0,2
*
данные для образцов из различных участков месторождения
**
данные для образцов углей, декатионированных разбавленным раствором HCl.
Месторождение
Для более детального исследования, влияния состава минеральной части, на
активность в процессе паровой газификации, отдельные образцы углей подвергали
обработке разбавленными водными растворами соляной кислоты. После обработки 0,2
н раствором содержание минеральных веществ уменьшалось в 2-3 раза. Достигалось
практически полное извлечение катионов магния, кальция и других щелочноземельных
металлов. Степень извлечения железа варьировала от 50 % до 93 %. Почти не
извлекались соединения алюминия и кремния, степень извлечения Ni не превышала 12
%.
При 700оС выходы карбонизатов из различных исходных и декатионированных
углей КАБ составляли от 53 до 60 % (таблица2). Их удельная поверхность варьировала
143
от 56 до 244 м2/г, для основного количества образцов от 100 до 150 м2/г. Не обнаружено
связи между выходом карбонизатов, величиной их удельной поверхности и
содержанием и составом минеральной части.
Таблица 2 - Показатели карбонизатов различных углей (700оС, 1 ч)
Месторождение
Бородинское*
Са, мас. %
в исходном
угле
0,73-1,34
Выход
карбонизата, %
на ОМУ
53-60
Удельная
поверхность,
м2/г
56-244
Бородинское**
≤0,01
56-60
112-217
*
данные для образцов из различных участков месторождения;
данные для образцов углей, декатионированных разбавленным раствором HCl.
**
По
данным
рентгенодифракционного
анализа,
карбонизаты
из
декатионированных углей отличались от карбонизатов из исходных углей меньшей
долей
упорядоченной
графитоподобной
компоненты
и
большей
долей
малоупорядоченной гамма-компоненты (таблица 3).
Таблица 3 - Содержание рентгеноструктурных компонент в карбонизатах из исходных
и декатионированных углей (%)
Уголь
Исходный
Декатионированный
Гамма – компонента
11-20
28-40
Графитоподобная
компонента
80-89
60-72
Полученные карбонизаты значительно различались по реакционной способности
в процессе паровой газификации. Карбонизаты из исходных углей, содержащих
преимущественно упорядоченную графитоподобную фазу и повышенное содержание
Са, отличались значительно более высокой активностью в сравнении с карбонизатами
из декатионированных углей с высокой долей неупорядоченного углерода (гамма
фазы), что указывает на различную реакционную способность поверхностного
углерода.
Рисунок 1 - Конверсия карбонизатов и выход газообразных продуктов
при газификации в зависимости от содержания Са при 700оС
144
На рисунке 1 (закрашенные символы значки – исходные угли, незакрашенные –
декатионированные.) представлены данные по выходу газообразных продуктов и
степени превращения органической массы (степень обгара), для всех образцов
карбонизатов, в зависимости от содержания в них Са. Видно, что имеет место прямо
пропорциональная зависимость, которая с высокими коэффициентами корреляции R
описывается уравнениями линейной регрессии вида (для 700оС):
Выход газа, мас.% = 29.9+21.6 CCa,
R=0.93;
Степень газификации, % = 20.3+7.0 CСа, R=0.93.
Образующиеся при газификации газообразные продукты содержали в основном
CH4, CO2, H2 и небольшое количество CO (1-2 %). С увеличением содержания в угле Са
уменьшается доля CH4 и несколько возрастает доля Н2 и СО2.
По данным рентгено-фазового анализа, в золах из исходных углей КАБ
присутствуют преимуществен-но кварц α−SiO2 и различные соединения кальция,
магния и железа (CaO, CaSO4, CaCO3, СаSO4∙3MgSO4, Са2Fe2O5,). Среди соединений
кальция преобладает высокодисперсный СаО, размер кристаллитов которого не
превышает 30-40 нм. В золах, полученных из углей, декатионированных 0,2 н
раствором соляной кислоты, содержится в основном α−SiO2, в меньшем количестве
α−Fe2O3, отсутствуют минералы соединений кальция и других щелочноземельных и
щелочных металлов.
В ходе работы была выявлена зависимость активности бурых углей от
содержания Са в них. С учетом имеющихся литературных данных можно сделать
вывод о том, что поведение карбонизатов из различных бурых углей в процессе
паровой газификации связаны с каталитическим участием дисперсных частиц оксида
кальция, которые образуются из кальцийсодержащих соединений в ходе карбонизации
и газификации. Полученные данные могут использоваться при выборе сырья для
целенаправленного осуществления процесса паровой газификации.
УДК 622.74 : 662.75
ПРЕВРАЩЕНИЕ БУРОГО УГЛЯ В ТОЛУОЛСОДЕРЖАЩИХ СМЕСЯХ
ПРИ СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ
О.С. Татарникова1, С.М. Колесникова2
рук. − д.х.н., профессор П.Н. Кузнецов
1
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университе»
2
Институт химии и химической технологии СО РАН
г. Красноярск
Для переработки углей наряду с развитием традиционных технологий все
большее внимание привлекают способы, основанные на принципах химии
экстремальных воздействий. В частности, перспективны процессы с использованием
растворителей при сверхкритических параметрах [1-3]. В сверхкритическом состоянии
они обладают повышенной растворяющей способностью, отличаются низкой
вязкостью и высокими коэффициентами диффузии, приближающимися к газам. В
совокупности указанные особенности дают возможность повысить конверсию и
селективность превращения углей в жидкие продукты. Особый интерес в качестве
растворителя представляет толуол, являющийся типичным компонентом легкокипящих
фракций продуктов, получаемых при переработке угля, и имеющий сравнительно
низкие критические значения температуры (318.6оС), давления (4.06 МПа) и плотности
145
(0.292 г/см3). Однако степени превращения углей в среде толуола при
сверхкритических условиях, как правило, невелики (26-35% для бурых углей). Для
повышения эффективности процессов в толуоле применяют добавки сорастворителей,
активно реагирующих с органической массой угля [4, 5].
В настоящем сообщении приведены результаты исследования процесса
превращения двух образцов бурых углей при сверхкритических условиях в средах,
содержащих воду и толуол, влияния щелочных катализаторов на показатели
превращения.
В работе использованы образцы бурых углей Бородинского месторождения
Канско-Ачинского бассейна и Кангаласского месторождения Ленского бассейна,
различающихся по составу как органической, так и минеральной части.
Характеристики их состава приведены в таблицах 1, 2.
Реакцию проводили во вращающемся автоклаве объемом 250 мл. После
окончания реакции измеряли объем и состав образовавшихся газов. Анализ газов
проводили на хроматографе ЛХМ-80 с детектором по теплопроводности. Степень
конверсии органической массы угля (ОМУ) определяли по изменению зольности
исходного угля и нерастворимого остатка после экстракции. Выход жидких и
растворимых продуктов рассчитывали по разности между общей величиной конверсии
и выходом газообразных продуктов.
Таблица 1 - Характеристики состава углей
Месторождение
Аd, %
Кангаласское (К)
Бородинское (Б)
8.0
4.9
C
71.0
71.9
Элементный состав, % на daf
H
N
S
5.6
1.0
0.5
4.6
1.0
0.4
O
21.9
22.1
Таблица 2 - Содержание основных компонентов золы бурых углей
Месторождение
Кангаласское
Бородинское
SiO2
53.0
52.0
Al2O3
15.0
6.0
CaO
17.0
25.0
MgO
3.0
5.0
Fe2O3
7.0
6.0
Na2O
2.0
0.3
K2O
0.6
0.3
Показатели процесса превращения бурых углей в водной среде при различных
температурах представлены в таблице 3.
Таблица 3 - Показатели превращения бурых углей в водной среде (τ = 1 ч)
Месторождение
Плотность
паров
воды,
г/см3
Темпера- Давле-ние Конвер-сия
тура
рабочее,
угля,
реакции, оС
МПа
мас. %
Выход, мас. %
на ОМУ
Бородинское
0.322
375
22
10
15.0
растворимых
веществ
-
То же
0.380
410
35
24
21.5
2.5
Кангаласское
0.13
550
29
52
47.8
4.2
То же
0.17
550
40
51
53.1
-
146
газа
Из полученных данных следует, что разложение бурых углей в водной среде как
при сравнительно низкой (375-4100С), так и при высокой температуре (550оС),
происходит в основном по реакции газификации при незначительном образовании
жидких продуктов 2.5-4.2 мас. %.При температуре 550оС выход газов составлял 47.853.1 мас. %. В составе газа (%) преобладал метан (53.9-57.9), в меньшем количестве
присутствовали диоксид углерода (23.0-29.4) и водород (12.8-16.5).
При добавлении к толуолу 15% воды при температуре 550оС кангаласский уголь
также подвергается в основном газификации, преимущественно до метана (таблица 4).
Снижение температуры до 440оС приводит к резкому уменьшению газообразования.
При превращении бородинского угля выход газообразных продуктов уменьшается до
14.7%, а жидких растворимых веществ увеличивается до 16.3%.
В присутствии оксида кальция и гидроксида натрия в качестве катализаторов
степень превращения углей увеличивается на 8-12% по сравнению с некаталитическим
процессом (см. таблица 4). Прирост происходит в основном за счет жидких веществ.
При этом выход газов (преимущественно диоксида углерода и метана) не превышает
19.1%.
Следует отметить, что выход газообразных продуктов в отдельных опытах
превышал величину общей степени превращения угля (см. таблица 3, 4), что указывает
на участие растворителя в их образовании.
Таблица 4 - Показатели превращения бурых углей в смеси толуола с водой
в сверхкритических условиях (τ = 1 ч)
Катализатор
Плотность
паров
толуола и
воды, г/см3
Т, оС
−
CaO
0.36+0.06
440
32
31
Выход, мас.%
на ОМУ
газа растворимых
веществ
14.7
16.3
0.36+0.06
440
32
41
15.4
25.6
NaOH
0.36+0.06
440
33
39
19.1
19.9
0.22+0.04
0.36+0.06
550
440
30
29
42
41
46.9
-“-
−
−
СаО
0,36+0,06
440
34
51
−
14.9
−
−
36.1
-“-
NaOH
0,36+0,06
440
32
53
15.3
37.7
Месторождение
Б
То же
-“К
То же
Давление рабочее,
МПа
Конверсия угля,
мас.%
Данные таблицы 4 показывают, что по общей величине конверсии, выходу
растворимых и газообразных продуктов кангаласский уголь отличается от бодинского
угля более высокой реакционной способностью. Это может быть связано как с высоким
(по сравнению с бородинским углем) содержанием в нем водорода, так и с более
высоким содержанием в минеральной части соединений щелочных металлов, которые,
как установлено в работе, оказывают каталитическое действие на процесс.
Библиографический список:
1.
2.
Kershaw J.R., Overbeek J., Bagnell L.J. // Fuel.1985. V. 64. №8. P.1070.
G-Hourcade M.L., Torrente C., Galan M.A. // Fuel. 2007. V. 86. P.698.
147
3.
Sangon S., Ngamprasertsith S., Prasassarakich P. // Proc. 12 Int. Conf. Coal Sci.
Cairns. Australia, 2003. Paper 3B5 on CD-ROM.
4.
McHugh M.A., Krukonis V.J. Supercritical Fluid Extraction: Principles and Practice.
Boston: Butterworth-Heinemann, 1994. 512 p.
5.
Колесникова С.М., Кузнецов П.Н. // ХТТ. 2008. № 2. С. 21.
КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ КАТИОНОВ СЕРЕБРА (I) C КРАУН-ЭФИРОМ
18К6 В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
И В ВОДНО-ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЯХ
А.А. Филиппова* , А.М. Робов, Л.С., Баталина, В.И. Шалыгина
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
ГОУ ВПО * «Сибирский федеральный университет»
г. Красноярск
Комплексообразование в растворах является одним из важнейших направлений
современной координационной химии, ибо именно в растворах проявляются те
свойства комплексных соединений, которые представляют интерес, как для теории,
так и для практики.
Изучение этих процессов позволяет также глубже понять природу химической
связи металл-лиганд, выявить и обосновать закономерности, связывающие
способность к комплексообразованию ионов металлов с их положением в
периодической системе. Многие технологические процессы в гидрометаллургии
цветных, редких и особенно благородных металлов при извлечении,
концентрировании,
очистке,
выделении
базируются
на
реакциях
комплексообразования.
Целью настоящей работы является определение констант устойчивости и
теплового эффекта комплексообразования катионов серебра (I) c краун-эфиром 18К6 в
водных растворах при различных температурах и в водно-органических
растворителях.
Константа устойчивости комплексного соединения в растворе является его
основной термодинамической характеристикой, ибо она непосредственно связана с
изменением свободной энергии Гиббса при комплексообразовании.
При изучении ионных равновесий в растворах, в том числе и процессов
комплексообразования важное значение имеет выбор стандартного состояния.
Поскольку в растворах реальных концентраций коэффициенты активности в
общем случае не равны единице, то для расчета термодинамической константы
равновесия необходимо знание величин коэффициентов активности компонентов,
участвующих в исследуемых процессах.
Термодинамическая константа устойчивости комплексного иона MLn
представляет собой:
(MLn )
[MLn] ⋅ f MLn = β 0 ⋅ f MLn
β n0 =
=
n
(M )(L ) [ M ][ L]n f M ⋅ f Ln n f M ⋅ f l n
где, круглыми скобками обозначены активности, а квадратными - концентрации; f коэффициенты активности; β n0 - стехиометрическая константа устойчивости.
Для определения констант устойчивости в водных растворах при различных
температурах использовался потенциометрический метод
148
Процесс комплексообразования катионов серебра с краун-эфиром 18К6 (L)
выражается уравнением:
Ag + L ↔ AgL+
Константа этого равновесия является константой устойчивости образующегося
комплекса AgL+:
AgL+
β=
[ Ag + ][ L]
Для ее определения необходимо знание всех величин входящих в эту дробь. Из
условий материального баланса следует, что общая концентрация катионов серебра
представляет собой сумму равновесных концентраций ионов серебра и комплекса:
C ( Ag ) = [ Ag + ] + [ AgL+ ]
Аналогично, общая концентрация краун-эфира 18К6 представляет собой:
[
]
C ( L) = [ L] + [ AgL+ ]
Равновесная концентрация ионов серебра рассчитывалась по измененям ЭДС
элемента:
E = E Ag − E ст ,
где, EAg - потенциал серебряного электрода;
Eст – потенциал стеклянного электрода сравнения.
В соответствии с уравнением Нэрнста :
RT
0
lg[ Ag + ]
E Ag = E Ag
+
F
RT
Обозначим
= b1 , тогда
F
0
E = E Ag
+ b1 lg[ Ag + ]
Аналогично для стеклянного электрода:
0
E ст = E ст
+ b2 lg[ H + ]
Измеренные значения ЭДС элемента представляют собой разность потенциалов
серебряного и стеклянного электродов:
0
0
E = E Ag
+ b1 lg[ Ag + ] − E ст
− b2 lg[ H + ]
Объединяя все постоянные величины в одну получаем:
E = E ′ + b1 lg[ Ag + ]
Изменения ЭДС элемента представляют собой:
0
∆E = b1 lg[ Ag + ] − b1 lg C Ag
= b1 lg[ Ag + ] − b1 lg 5,670 ⋅ 10 −3 = b1 lg[ Ag + ] − b1 ⋅ (−2,2464)
После небольших преобразований получим:
∆E
lg[ Ag + ] = −
− 2,2464,
57,14
где, b1=57,14 для температуры 298 К.
149
По значениям ∆ E рассчитывали равновесные концентрации катионов серебра.
Далее из уравнения вычисляли равновесные концентрации комплекса:
[ AgL+ ] = C ( Ag + ) − [ Ag + ]
и равновесные концентрации краун-эфира:
[ L] = C ( L) − [ AgL+ ]
Таким образом, определены все величины, входящие в выражение константы
устойчивости комплекса.
Библиографический список:
1.
Шарнин В.А. Термодинамика комплексообразования в смешанных
растворителях / В.А. Шарнин // Изв.вузов. Химия и химическая технология. -2005.Т.48, вып.7
2.
Бабко Л.К. Физико-химический анализ комплексных соединений в растворах /
Л.К. Бабко. – Киев: АН УССР, 1955
3.
Федоров В.А. О комплексообразовании в смешанных водно-органических
растворителях / В.А.Федоров, В.И.Белеванцев// Журнал неорганической химии. –
2003. – т.48 №4
УДК 634.0.813
ФИТОСТЕРИНЫ В АНАТОМИЧЕСКИХ ЧАСТЯХ BETULA VERRUCOSA
К.О. Ярошенко, Л.М. Мухаметшина
рук. – к.т.н., доцент А.Н. Девятловская, к.т.н., доцент Л.Н. Журавлёва,
ст. преподаватель Н.В. Девятловский
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Лесосибирский филиал
г. Лесосибирск
Стерины локализуются во внутриклеточных органеллах и их взаимодействие с
фосфолипидами стабилизирует мембраны и контролирует их проницаемость.
Отмечается, что разветвление боковой цепи при С – 17 уменьшает, а появлениеπ связей увеличивает эффективность стериновой молекулы как стабилизатора мембран
[1].
В настоящей работе объектом исследования служили различные ткани берёзы
Betula verrucosa произрастающие на территории Енисейского района. Биологический
материал отбирали из средних ярусов, произрастающих на одном участке в одинаковых
условиях.
Состав стеринов заметно меняется в зависимости от вида растения, его возраста,
времени года, температуры и других факторов. Проведение данных исследований
невозможно без установления представительности проб, которые бы обеспечивали
необходимую достоверность полученных результатов. Так как содержание стеринов в
древесной зелени небольшое, были взяты пробы с 30 деревьев Betula verrucosa. С
помощью методов математической статистики были определены статистические
характеристики содержания стеринов в побегах и рассчитан размер выборки. Из
полученных данных следует, чтобы с вероятностью 95% определить содержание
стеринов в побегах Betula verrucosa, произрастающих в одинаковых условиях,
150
отклоняющихся от среднего значения не более, чем на 5% необходимо исследовать не
менее 23 деревьев.
Свободные стерины и эфиры стеринов выделяли из нейтральных липидов
методом тонкослойной хроматографии на силикагеле в системе растворителей гександиэтиловый эфир-уксусная кислота (85:15:1). Хроматограмму обрабатывали
специфическими обнаружителями (концентрированная серная кислота – ледяная
уксусная кислота, 1:1) и нагревали при температуре 80°С. Адсорбирование вещества
элюировали с поверхности силикагеля диэтиловым эфиром. Чистоту полученных
веществ определяли методом микротонкослойной хроматографии [2].
Приведены сравнительные исследования стеринов различных анатомических
частей Betula verrucosa, установлено влияние фенологического состояния дерева на их
содержание и состав.
Стерины присутствуют в растениях в свободном и связанном состоянии в виде
эфиров и гликозидов. Поэтому в настоящих исследованиях дана количественная оценка
этих групп (рисунок 1).
Рисунок 1 – Динамика изменения содержания свободных и связанных стеринов
в побегах Betula verrucosa
Полученные результаты свидетельствуют, что содержание свободных стеринов в
побегах Betula verrucosa изменяется в интервалах 0,019 – 0,048%. Количество
связанных стеринов в побегах также меняется в течение годового цикла 0,018 – 0,008%.
С наступлением периода покоя содержание стеринов в побегах увеличивалось,
достигая максимальной величины в январе во время наиболее низких температур. В
марте общее содержание стеринов в побегах уменьшалось по сравнению с их уровнем в
материале, собранном в январе. Начиная с сентября понижение температуры воздуха,
приводило к заметному увеличению содержания стеринов в побегах.
По данным Грунвалда [3], содержание всех связанных форм стеринов в листе
составляет немногим более 1/3 суммы стеринов. Исходя их постулата о свободных
стеринах как биологических предшественниках эфиров стеринов [4], можно
предполагать, что некоторая часть свободных стеринов постоянно переходит в
связанную форму.
Анализ стеринов листьев Betula verrucosa в процессе активной вегетации
растений показал, что в период с мая по сентябрь содержание стеринов подвергалось
151
сильным изменениям. Максимальное накопление этих веществ наблюдали в июле в
период созревания. В августе в листьях нашли значительно меньше стеринов, чем в
июле (рисунок 2). Дальнейшее падение уровня свободных стеринов можно объяснить
продолжающимся процессом их связывания с фосфолипидами.
Исследование биогенеза стеринов и анализ их компонентного состава в
отдельных органах растений и органеллах клеток показали значение этих соединений в
обмене веществ и их влияние на степень проницаемости клеточных мембран.
Морозоустойчивость растений связана с повышением содержания стеринов в их
мембранах, что способствует стабилизации мембран, снижает их уязвимость к
неблагоприятным воздействиям низких температур и, в конечном итоге, способствует
выживанию растений в этих неблагоприятных условиях окружающей среды.
Рисунок 2 – Динамика содержания свободных и связанных стеринов в листьях
Betula verrucosa
Таким образом, содержание стеринов различно в анатомических частях Betula
verrucosa растений и зависит от фенологического состояния дерева. Стерины листьев в
процессе активной вегетации растений подвергались сильным изменениям с
уменьшением их количества в фазе опадения.
Библиографический список:
1.
Heftmann E. Ysopentenoids in plant / E. Heftmann // Ed. Nees W. etc. N.Y., Basel,
1984. – P. 487.
2.
Герёг Ш. Количественный анализ стероидов / Ш. Герёг. - М.: Мир, 1985. – 504 с.
3.
Grunwald C. Functions of sterols / C. Grunwald // Phil. Trans. Roy. Soc. Lond, 1978 –
Vol. B 284, №1002 – P. 541.
4.
Гудвин Т. Введение в биохимию растений / Т. Гудвин, Э. Мерсер. - М.: Мир,
1986. – Т.2. – 140 с.
152
УДК 543*253
ИНВЕРСИОННО – ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
МИКРОКОЛИЧЕСТВ РОДИЯ В ХЛОРИДНЫХ СРЕДАХ
Н.В. Сычев
рук. – к.т.н., профессор Г.В. Волкова
ГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
Институт цветных металлов и материаловедения
г. Красноярск
Актуальной задачей определения микросодержаний платиновых металлов
является использование методов, обеспечивающих высокую чувствительность и малые
погрешности. Этим требованиям отвечает метод инверсионной вольтамперометрии.
Однако в аналитической практике, в частности при определении микроколичеств
платиновых металлов, он используется неоправданно редко по причине их
специфических электрохимических свойств и особенностей взаимодействия со ртутью.
Для решения этой задачи перспективно применение вольтамперометрии с
использованием твердых электродов.
Целью
данной
работы
явилось
исследование
возможности
вольтамперометрического определения микроколичеств родия (III) в хлоридных средах
с использованием
твердых электродов, установление предела обнаружения и
диапазона определяемых концентраций и проверка влияния сопутствующих родию в
производственных растворах цветных и благородных металлов.
В работе использованы вольтамперометрический анализатор «ТА – 4» и
электроды: рабочие – углеродсодержащий (УЭ) и ртутно-пленочный (РПЭ);
вспомогательные и сравнения - хлорсеребряные. Исследованы растворы, содержащие
комплексный хлорид родия (III), приближающиеся по составу к растворам
аффинажного производства.
Предположительно вольтамперометрическому определению родия (III) из его
хлоридного раствора предшествует химическая реакция диссоциации комплекса:
[RhCl6]3- → Rh3+ + 6Cl-.
(1)
с последующим электровостановлением на катоде катиона родия до элементного
состояния:
Rh3+ + 3 e → Rh0.
(2)
Проводят серию измерений концентрации родия (III) из растворов, содержащих
его хлоридный комплекс, в диапазоне от 1 мкг/мл до 0.0005 мкг/мл Rh (III).
Вольтамперометрическая кривая восстановления родия (III) регистрируется в
диапазоне потенциалов от 0.2 В до 1.0 В При потенциале, равном 0.6 В, наблюдается
пик, отвечающий восстановлению Rh3+ до элементного состояния. По положению пика
и его высоте судят о наличии и концентрации родия в растворе.
Экспериментально установленый диапазон определяемых концентраций родия
(III) составляет: на ртутно-пленочном электроде от 0.1 до 0.0005 мкг/мл; на
углеродсодержащем электроде от 1 до 0.01 мкг/мл.
Из полученных данных следует, что используемые в работе электроды в
исследуемом диапазоне определяемых концентраций родия взаимозаменяемы, особой
подготовки проб при работе с ними не требуется. Установлено, что ртутно-пленочный
индикаторный электрод, используемый при анализе, более чувствительный по
сравнению с углеродсодержащим, однако последний позволяет определять
исследуемый металл в более широком диапазоне концентраций.
153
Таблица 1 – Результаты вольтамперометрического определения Rh (III) из растворов
его хлоридного комплекса, ( C(HCl)фон = 0.5 М, n = 3, P = 0.95)
Электрод
РПЭ
УЭ
Введено, мг/л
0.1000
0.0010
0.0005
1.0000
0.1001
0.0102
Найдено, мг/л
0.1068
0.0014
0.0005
1.0031
0.1000
0.0100
δx, %
1.0
4.0
0.0
3.0
0.0
1.5
σx, %
2.0
1.0
0.0
3.0
1.0
2.5
Установлено, что присутствие в растворе соизмеримых родию количеств других
благородных металлов, в частности Ag, Os, Ru и т. д. и многократно превышающих его
концентрацию цветных металлов (Cu, Ni, Co, Al, Zn и. т. д.) не мешает
вольтамперометрическому определению родия (III), что является неоспоримым
преимуществом инверсионной вольтамперометрии по сравнению с другими
известными методами определения микроколичеств платиновых металлов.
Библиографический список:
1.
Сечина, А.А. Электрохимическое поведение иридия (III) на графитовом и ртутно
– графитовом электроде/ А. А. Сечина. – Днепропетровск: Наука, 2003. – С. 116 – 117 с.
2.
Нейман,
Е.
Я.
Руководство
по
эксплуатации
анализатора
вольтамперометрического ТА – 4 / Е. Я. Нейман – Томск: Томь Аналит, 2004. –125 с
3.
Чемерис М.С. Механизм разряда и ионизации ионов родия и иридия на
графитовом электроде в присутствии ионов ртути (II) / М. С. Чемерис - М.: Мир, 1974.
200. – 117 с.
УДК 630*6
ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И АДСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
ПОРИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ АКТИВАЦИЕЙ
ДРЕВЕСИНЫ БЕРЁЗЫ ГИДРОКСИДАМИ НАТРИЯ И КАЛИЯ
Л.Ю. Рогова1
рук. - д.х.н, профессор Н.В. Чесноков1,2 , к.т.н., доц. И.П. Иванов2
1
ГОУ ВПО» Сибирский федеральный университет»
2
Институт химии и химической технологии СО РАН
г. Красноярск
Постоянно возрастает роль пористых углеродных материалов (ПУМ) в решении
экологических проблем: очистке питьевой воды, стоков, отходящих газов предприятий
промышленности и энергетики. Химическая активация дешёвого возобновляемого
древесного сырья является перспективным способом получения ПУМ с однородной
микропористой структурой [1].
В статье представлены результаты исследования по получению ПУМ из
предварительно карбонизованной древесины берёзы (КДБ) методом химической
активации гидроксидами натрия и калия. Карбонизацию ДБ проводили в интервале
154
температур 300-700ºС со скоростью нагрева 20ºС/мин в токе аргона и выдержке 30 мин.
Активацию карбонизованных продуктов проводили при соотношении угольсырец:гидроксид=1:3 при 800
ºС (скорость нагрева ºС/мин)
10
и изотермической
выдержке 1 ч. Удельную поверхность и объём пор определяли методом БЭТ по
адсорбции N2 при 77 K в диапазоне относительных давлений Р/Р0 от 0,005 до 0,995 на
приборе ASAP 2420 Micrometrics. Сорбционные свойства полученных ПУМ по
отношению к водороду определяли при 77 К и давлении водорода 6,5 МПа после
предварительной тренировки образцов под вакуумом при температуре 300°С в течение
2 ч. Десорбцию водорода осуществляли со скоростью подъема температуры 5°С/мин до
температуры 400°С.
Выявлено, что химическая активация гидроксидами натрия и калия при
повышении температуры карбонизации древесины берёзы с 300 до ºС
500вызывает
увеличение удельной поверхности от 785 до 1879 м2/г (активация NaOH), тогда как
дальнейшее повышение температуры карбонизации ºС
до сопровождается
700
снижением удельной поверхности до 736 м2/г. При активации КДБ с помощью KOH
максимум удельной поверхности смещён в сторону 400
ºС, удельная поверхность при
этом составляет 1810 м2/г. Объём пор полученных ПУМ изменяется от 0,39 до 0,94
см3/г (активация NaOH) и от 0,49 до 1,1 см3/г (активация КOH).
Рисунок 1 – Зависимость удельной поверхности ПУМ от температуры
предварительной карбонизации
Для выявления микропористой структуры полученных ПУМ получены
изотермы адсорбции азота при 77 К (рисунки 2 и 3). Во всех случаях полученные
изотермы относятся к I типу, соответствующих однородномикропористым материалам
[2]. Однако существуют различия в пористой структуре между образцами. Так,
адсорбционная ёмкость по азоту для ПУМ, полученных активацией с помощью KOH,
почти в 2 раза превышает эту величину для ПУМ, активированных NaOH. При этом
максимальной адсорбцией азота обладают образцы, полученные при температуре
карбонизации 500ºС с использованием NaOH и при температуре карбонизации 400ºС с
использованием КOH.
155
Рисунок 2 – Изотермы адсорбции азота (77 К) для пористых углеродных
материалов, полученных активацией древесины берёзы с помощью
NaOH Tкарб: 1 – 500ºС; 2 – 300ºС; 3 – 400ºС; 4 – 600ºС; 5 – 700ºС
Рисунок 3 – Изотермы адсорбции азота (77 К) для пористых углеродных
материалов, полученных активацией древесины берёзы с помощью
KOH: Tкарб: 1 – 400ºС; 2 –300ºС; 3 –500ºС; 4 – 600ºС; 5 –700ºС
Как следует из формы и наклона изотерм, в зависимости от величины удельной
поверхности, а, следовательно, и температуры предварительной карбонизации меняется
адсорбционная способность получаемых ПУМ. Для всех образцов характерным
является относительно постоянная величина сорбционной ёмкости азота. При
увеличении Р/Р0 выход кривой на плато свидетельствует об однородном и узком
распределении пор по размерам. Доля микропор от суммарного объёма пор составляет от 0,51
до 0,66 (активация NaOH) и от 0,31 до 0,78 (активация KOH).
Высокую микропористость полученных ПУМ также подтверждает высокая
адсорбционная активность по отношению к водороду. Установлено, что с ростом
удельной поверхности и пористости ПУМ адсорбция водорода возрастает. Так для
ПУМ, полученных активацией NaOH она составляет 2,41 %, а при использовании KOH
– 3,38 %.
Показано, что полученные пористые углеродные материалы из карбонизованной
древесины берёзы, активированной гидроксидами натрия и калия обладают развитой
156
системой пор и высокой удельной поверхностью. При этом они обладают однородной
микропористой структурой.
Библиографический список:
1.
Marsh, H. Activated Carbon / H. Marsh, F. Rodríguez-Reinoso.- Amsterdam:
Elsevier, 2006. - 554 p.
2.
Stavropoulos, G.G. Precursor materials suitability for super activated carbons
production / G.G. Stavropoulos // Fuel Processing Technology.-2005.- № 86.- Р. 1165 - 1173.
УДК 547.754.83
СИН- И АНТИ- ИЗОМЕРИЯ НА ПРИМЕРЕ ПЕРЗАМЕЩЕННОГО
ПАРА-НИТРОЗОФЕНОЛА
Д.Г. Слащинин, Д.В. Антишин, М.А. Дёмин
рук. – д.х.н., профессор М.С. Товбис
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Известно, что С-нитрозосоединения в твердом виде димеризованы, существуя в
виде транс-димеров азодиоксидов, причем это относится и к алифатическим
нитрозосоединениям [1], и к замещенным нитрозобензолам [2, 3] и к нитрозоанизолам
[4]. Однако полностью замещенные пара-нитрозофенолы в твердом виде образуют
димеры [5, 6].
В органическом растворителе между димерной I и мономерной II формами
устанавливается равновесие, которое мы наблюдали с помощью метода ЯМР 1Н
спектроскопии [5].
EtOOC
CH3
HO
EtOOC
CH3
O
+
N=N
+
O
-
H3C
COOEt
OH
OH
EtOOC
COOEt
2
H3C
H3C
COOEt
CH3
NO
II
I
1
Ранее мы записывали спектры ЯМР Н на приборе Avance 200 Bruker в СDCl3,
однако в настоящее время появилась возможность рассмотреть данное равновесие с
использованием прибора Avance III 600 Bruker, так как рабочая частота 600 МГц
позволяет изучить структуры более детально. Для наблюдения равновесия димер –
мономер методом ЯМР1Н спектроскопии мы записали ЯМР 1Н спектр в CDCl3 с
максимально возможной низкой концентрацией, где нитрозофенол был почти
исключительно в виде мономера (рисунок 1).
В спектре ЯМР 1Н присутствуют сигналы шести протонов двух метильных групп
кольца в виде синглета с химсдвигом в области 2,5-3 м.д. Этоксикарбонильная группа
157
дает квартет четырех протонов двух метильных групп в области 4-4,5 м.д. и триплет
шести протонов двух метиленовых групп в области 0,9-1,5 м.д.
При рассмотрении ЯМР 1Н спектров более подробно, видно, что присутствуют
дополнительные сигналы небольшой интенсивности протонов метильных групп
кольца, метильных и метиленовых групп сложноэфирного заместителя, причем они
оказались неэквивалентными.
Рисунок 1 – ЯМР 1Н спектр разбавленного раствора 2,6-диэтоксикарбонил-3,5дметил-4-нитрозофенола в CDCl3 (преобладает мономерная форма).
Следовательно, в равновесии кроме димерного и мономерного паранитрозофенола участвует и хиноноксимный таутомер перзамещенного нитрозофенола.
O
COOEt
EtOOC
CH3
H 3C
N
OH
По нашему мнению неэквивалентность сигналов связана с син-анти изомерией
оксимной группы.
158
Библиографический список:
1.
Gowenlock B.G., McCullough K.J., Manson R.B. J.Chem.Soc.,Perkin Trans. II. 1988.
701.
2.
Gowenlock B.G., McCullough K.J. J.Chem.Soc.,Perkin Trans. II. 1989. 551.
3.
Fletcher D.A., Gowenlock B.G., Orrell K.G. J.Chem.Soc.,Perkin Trans. II. 1997.
2201.
4.
Gowenlock B.G., Maidment M.J., Orrell K.G., Prokeš I., Roberts J.R.
J.Chem.Soc.,Perkin Trans. II. 2001. 1904.
5.
Семин И.В., Соколенко В.А., Товбис М.С. Димеризация пространственнозатрудненных пара-нитрозофенолов // Журн. орг. хим. 2007. Т. 43. Вып. 4. С. 545-548.
6.
Алемасов Ю.А., Слащинин Д.Г., Товбис М.С., Кирик С.Д. Димеризация в
гексазамещенных пара-нитрозофенолах по данным рентгеноструктурного анализа. //
Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2010. (в печати).
УДК 630.892
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ:
ПИХТОВАРЕНИЕ И CО2-ЭКСТРАГИРОВАНИЕ
С.О. Медведев
рук. – д.б.н., профессор Р.А. Степень
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Существенным резервом повышения экономики и улучшения социальной сферы
Лесосибирского узла, особенно его лесных районов может стать переработка хвойной
древесной зелени с получением эфирного масла и других товарных продуктов.
Перспективы развития данного направления серьезно возрастают с пуском
гидролизного завода. Его строительство позволяет благодаря выработке на нем в
качестве побочного продукта углекислого газа организовать на основе лесосечных
отходов выпуск ценных и востребованных СО2-экстрактов.
Основу лесосырьевой базы Лесосибирского комплекса составляют крупные
лесные хозяйства. Деревоперерабатывающие комбинаты города осуществляют
лесозаготовку в Богучанском, Дзержинском, Кежемском и Мотыгинском районах. При
их проведении образуются огромные объемы лесосечных отходов, значительная часть
которых приходится на древесную зелень. Расширение ее переработки до
промышленных масштабов может обеспечить значительный экономический,
экологический и социальный эффект и получение больших объемов ценных товарных
продуктов [1].
Лучшим сырьем для выработки эфирного масла и углекислотного экстракта
является хвоя, несколько хуже кора и неодресневевшие побеги. Их соотношение
зависит от многих факторов: древесной породы, сезона года, условий заготовки,
диаметра побега и др. На практике же из-за трудности ее разделения по элементам
древесная зелень перерабатывается целиком.
Простым и хорошо освоенным способом переработки древесной зелени является
отгонка из нее острым паром эфирных масел. Технология его получения состоит из
отгонки паром летучих компонентов, конденсации водномасленых паров и выделение
из образовавшегося конденсата эфирного масла. Содержание масел в древесной зелени
159
различных хвойных пород существенно отличается. Практически пригодными для их
получения являются пихтовая и кедровая древесная зелень, в которой содержится
соответственно до 2-4 и 1,5-2,5 % масел.
Углекислотная экстракция древесной зелени может осуществляться сжиженным
СО2, находящимся в докритическом жидком (t ≤ 31,1 0C и p ≤ 7,9 МПа) и
сверхкритическом псевдотекучем (t > 31,1 0C и p > 7,9 МПа) состояниях. Применение
последнего дает возможность повысить скорость экстракции по сравнению с первым в
2,5 раза и расширить диапазон температур производственных процессов.
Проведенными исследованиями [2] выявлено, что оптимизация выхода СО2-экстрактов
достигается при размере частиц – 0,8-0,9 мм, удельной поверхности древесной зелени –
1200 м2/кг, влажности – 15-20 % и жидкостном модуле – 9,5. Соблюдение этих
параметров повышает выход экстрактивных веществ на 10-15 %. Продолжительность
процесса экстракции составляет 4-6 ч, хотя основная масса экстрактивных веществ
извлекается в течение первых 1,5 ч.
Для получаемых из древесной зелени СО2-экстрактов свойственны ярко
выраженный запах хвои, низкая влажность, продолжительность хранения, выход 4-6 %
от абс. сухой массы сырья. Их компонентный состав достаточно широк и представлен
терпеноидами, спиртами, альдегидами, сложными эфирами и т.д. Наиболее изучены
составы экстрактов древесной зелени пихты и ели сибирских [3]. Их основные
характеристики представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Физико-химические показатели СО2-экстрактов древесной зелени
пихты и ели (сибирских)
Показатель
Внешний вид и цвет
Запах
Плотность, р20, г/см3, 20±2ОС
Показатель преломления, n20Д
Массовая доля воды, %
Кислотное число, мг КОН/г
Эфирное число, мг КОН/г
Число омыления, мг КОН/г
Содержание эфирных масел, %
Содержание хлорофиллов, мг/г
Содержание витамина Е, мг/г
Экстракт древесной зелени
пихты
ели
Маслянистая жидкость
Густая жидкость
зелено-коричневого цвета
оливкового цвета
Характерный хвойный запах
0,940 – 0,990
0,954
1,4922 – 1,5034
1,66
0,3
1,4
28,8 – 31,1
95,31
53,9 – 64,8
30,72
82,7 – 95,5
126,3
53,6
31,2
0,084
0,226
0,023-0,025
0,02
В ходе СО2-экстракции практически не извлекаются фенольные вещества, в
незначительной степени – смолы, воска, гликозиды, жироподобные соединения. Это
указывает на возможность повышения выхода экстрактивных веществ путем
проведения последующей дополнительной экстракции древесной зелени. В частности,
при последующем экстрагировании древесной зелени и коры пихты водой и этиловым
спиртом их выход возрастает на 30-35 %.
Основными препятствиями развития переработки древесной зелени называются
относительная сложность организации и обеспечения функционирования производства
на лесной территории, необходимость получения разрешительной документации и др.
Немаловажное значение при этом имеет утилизация образующихся вторичных отходов,
представленных обесхвоенными сучьями, послеэкстракционным твердым остатком,
160
хвойной, а при выделении из экстракта эфирного масла и флорентинной водой. В
данном случае сучья могут утилизироваться в качестве топлива и дополнительного
сырья для гидролизного производства.
Образующиеся из древесной зелени в ходе углекислотной экстракции и
получения эфирных масел послеэкстракционный твердый остаток, хвойная и
флорентинная воды, кубовый конденсат также могут эффективно использоваться [1].
На основе отработанного твердого остатка (75-85 % от исходного сырья) возможно
получение компостов, почвенных пестицидов и хвойной муки. Повышению
рентабельности также способствует утилизация кубового конденсата. Основным
возможным направлением его использования является получение концентрированных
хвойных водных экстрактов, применяемых в качестве подкормки животных и птицы,
лечебных и оздоровительных ванн. Эффективным направлением потребления
флорентинной воды может служить генерирование пара в установках для получения
эфирных масел. Благодаря последнему достигается экономия свежей воды и
сокращается образование накипи внутри оборудования. Указывается также на
успешное применение хвойной и флорентинной воды в санитарии и ветеринарии,
достигаемое в связи с общеукрепляющими и противовоспалительными свойствами
препаратов на их основе. Флорентинная вода находит применение при стимулировании
роста и развитии растений, в частности, древесных сеянцев в лесопитомниках.
Библиографический список:
Лобанов, В. В. Комплексная переработка древесной зелени в условиях малого
пихтоваренного производства [Текст] / В.В. Лобанов, Е. Э. Лобанова, Р. А. Степень. –
Красноярск: СибГТУ, 2007. – 144 с.
2.
Репях, С. М. Химия и технология переработки древесной зелени [Текст] / С. М.
Репях, Л. П. Рубчевская. – Красноярск: КГТА, 1994. – 320 с.
3.
Ушанова, В.М. Углекислотные экстракты как источники биологически активных
веществ [Текст] / В.М. Ушанова, С.М. Репях. – Красноярск: СибГТУ, 2007. – 159 с.
1.
УДК 541.135
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА НА КИНЕТИКУ
ПРОЦЕССА ИНТЕРКАЛЯЦИИ ИОНОВ ЛИТИЯ
С.В.Грязнова, А.А. Чудинова
рук.- к.х.н., доцент Е.А. Чудинов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Для исследования влияние природы углеродных материалов (УМ) на кинетику
интеркалирования ионов лития в их структуры были выбраны электроды с различной
структурой, свойствами и характеристиками: углеродный материал марки CZ-50 (Nippon
Carbon, Япония), (CZ-50); спектрально-чистый графит (угли для спектрального анализа
марки С-3), (ГСЧ); природный графит Курейского месторождения (ГКМ); природный
графит Ногинского месторождения (ГНМ); природный графит Завальевского
месторождения (Украина), (ГЗМ); углеткань (ВНИИВ, г.Мытищи), (УТ);
графитизированный войлок марки НТМ–200 (ВНИИВ, г.Мытищи), (ГВ).
161
Было показано, что на кинетику процесса интеркаляции и свойства соединений
внедрения лития с графитом (СВ) кроме природы УМ, оказывает существенное влияние
компонентный сосав электролита и его свойства. Это влияние проявляется уже при
контакте изучаемых материалов с рабочим раствором электролита 1 М LiC1О4 в
ПК+ДМЭ (1:1 об.) на величинах бестокового потенциала.
Анализ бестоковых хронопотенциограмм показал, что в течение 40...60 мин.
стационарные бестоковые потенциалы углеродных электродов заметно смещаются в
отрицательную сторону и составляют около 200-300 мВ. Влияние природы материала
электрода на величину смещения Ебт можно объяснить различиями в структуре
материала влиянием поверхностных редокс - процессов, которые сопровождаются
восстановлением поверхности электрода.
Внедрение лития в различные УМ в потенциостатическом режиме при увеличении
потенциала катодной поляризации от 1 до -0,5 В (отн.Li+/Li) характеризуется
увеличением скорости процесса.
В области потенциалов 0,0-0,3 В в структуру СZ-50, УТ, ГКМ возможно
формирование устойчивых фаз LixC6 со стабильными бестоковыми потенциалами,
лежащими в области 0,1-(-0,3) В. Дальнейший сдвиг потенциала катодной поляризации
до -0.4...-0.5 В приводит к увеличению плотности тока на электродах из СZ-50, ГКМ.
Возможной причиной этого может быть дополнительное разложение компонентов
электролита. В случае электродов из УТ при потенциалах отрицательнее -0,3 В
произошло снижение плотности тока, возможно это происходит из-за более высокого
перенапряжение выделения металлического лития, а также пассивирующее действие
продуктов взаимодействия лития с компонентами раствора, накапливающихся на
поверхности (алкилкарбонат, карбонат, метоксид лития) что неоднократно отмечалось в
работах других авторов. Отличительной особенностью электродов из СZ-50, ГКМ, УТ
является наличие пиков тока при различных потенциалах в области 0,2-0,6 В. В данной
области и происходит восстановление ПК. Причем значение данного пика для
электродов из ГКМ составляет 0,6 В, СZ-50 0,4 В, УТ 0,2 В. Т.е. переход от скрытнокристаллического графита Курейского месторождения к аморфным приводит к сдвигу
данных потенциалов в катодную область. Возможно, это связано с различием истинной
поверхности электродов.
После снятия нагрузки бестоковый потенциал со временем становится более
положительным и через 30-60 минут достигает постоянного значения. В результате
фиксируемые уже в начальный момент (1-2 минуты) после отключения незначительной
катодной поляризации (в области потенциалов, положительнее 0,0 В отн. Li+/Li)
бестоковые потенциалы электродов составляют 0,2-0,7 В, и в течение 30 минут
поднимаются еще на 0,2-0,5 В. Иная картина наблюдается при более значительной
поляризации до -0,1 -0,5 В равновесный потенциал через 1600 с после снятия нагрузки
составляет порядка 0,05-0,05 В, что говорит о том, что образовались соответствующе
стадии внедрения лития с графитом. Возможно, и о закрытии поверхности электрода
монослоем металлического лития, уменьшая тем самым
величину истинной
поверхности.
Внедрение ионов лития в неграфитирующиеся материалы, к которым относится
углеткань (УТ), не сопровождается коинтеркаляцией компонентов раствора, и большая
часть энергии затрачивается на образование соединений LixC6 . При длительной катодной
поляризации (tкт =60 мин.) поляризационные jстац Екп - кривые показывают наличие двух
максимумов тока в области значений потенциала ~ 0 и -0,35 В. Можно предположить, что
второй максимум (при потенциале ~ -0.35 В) обусловлен протеканием процесса
образования твердого раствора лития в структуре фазы LixC6, предшествующего
электроосаждению металлического лития.
162
При потенциалах восходящих ветвей jстац, Екп - кривых происходит рост и взаимное
перекрывание зародышей новой фазы. Этот процесс лимитирует скорость суммарного
процесса. С закрытием поверхности монослоем фазы на jстац, Екп - кривых фиксируется
максимум. Последующий спад тока может быть вызван затрудненностью диффузии
ионов Li+ в глубь электрода через слой образовавшейся фазы, при этом этому
предшествует формирование на электроде пленки твердого электролита с
проводимостью по ионам лития.
УДК 541.135
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТИЙ-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА,
СПОСОБСТВУЮЩИЙ ПОВЫШЕНИЮ ЕГО РАЗРЯДНОЙ ЕМКОСТИ
С.В.Грязнова, Е.А.Данилюк, А.А. Чудинова
рук.- к.х.н., доцент Е.А. Чудинов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Известные способы повышения разрядной емкости только отдельных
электродов. В основном разрядную емкость увеличивают за счет применения новых
более высокоэнергетических материалов с высокой электронной проводимостью.
Отличительной особенностью и недостатком литий-ионного аккумулятора
является необходимость формирования в первом цикле заряда на поверхности
углеродного материала отрицательного электрода защитного слоя из продуктов
восстановления компонентов электролита. Данный процесс должен быть необратимым,
что и определяет наличие необратимой емкости. Величина необратимой емкости в
зависимости от применяемого электролита и активного материала отрицательного
электрода составляет от 60 до 300 мАч/г, что составляет от 16 до 80 % от теоретической
емкости графита и 42-206 % от практической емкости такого катодного материала как
LiCoO2. Из этого следует, что для компенсации необратимой емкости необходим
значительный избыток активной массы положительного электрода, что значительно
снижает разрядную емкость аккумулятора и повышает его себестоимость, следствии
дороговизны используемых катодных материалов на основе LiCoO2.
Для снижения необратимой емкости на отрицательном электроде применяют
различные способы: введение в электролит SО2, и СО2, способствующих формированию
на поверхности углеродного электрода защитного слоя из продуктов восстановления
данных компонентов при более высоких потенциалах, чем потенциалы восстановления
компонентов основного электролита; введение в электролит краун-эфиров;
использование электролитов на основе диметилкарбоната (ДМК), диэтилкарбоната
(ДЭК) и этиленкарбоната (ЭК); введение в активную массу графитового электрода
сажи с удельной поверхностью 40 м2/г.
Для снижения необратимой емкости на отдельном отрицательном электроде в
полуэлементе с литиевым противоэлектродом, т.е. не в составе литий-ионного
аккумулятора, применяют метод короткого замыкания графитового электрода с
литиевым электродом, позволяющий снизить
необратимую емкость, затраты
электричества на первый цикл заряда. Установлено, что данный способ не только не
снижает значения обратимой емкости, но в ряде случаев приводит к ее существенному
росту.
163
Заряд промышленно выпускаемых литий-ионных батарей в основном ведут
комбинированным способом. В начале в течение 2-3 ч. ведут заряд током 1С время
до достижения заданного напряжения (в основном от 4 до 4,2 В). Далее заряд ведут
потенциостатическим способом при данном напряжении до снижения тока до 3-5 %
от начального, до состояния полного заряда. При этом необратимая емкость
составляет более 20% от закладываемой емкости.
Предлагаемый нами способ включает формирование поверхностного слоя на
отрицательном электроде до сборки литий-ионного аккумулятора. Формирование
защитного слоя производится в среде сухого воздуха в открытой гальванической ванне
с использованием в качестве противоэлектрода – металлического лития, и в качестве
электролита - раствор диоксида серы в неводном электролите, разрядом полученной
гальванической пары до разности потенциалов 1,0 ± 0,2 В или полного разряда до
разности потенциала 0,0 В с последующей сборкой литий-ионного аккумулятора,
причем сборку аккумулятора производят из полученных электродов сразу или из
электродов, прошедших 2-3 рабочих цикла постоянной плотностью тока в заданном
интервале напряжения 0,0-1,5 В с конечным напряжением 1,5 В.
В гальваническом элементе с углеродным электродом и литиевым
противоэлектродом при использовании электролитов, содержащих диоксид серы SO2
образуется источник тока системы Li/SO2. При проведении разряда данного
гальванического элемента до напряжения 1,0-1,2 на поверхности отрицательного
электрода происходит формирование защитного слоя из Li2S2O4.
При применении предварительной зарядки отрицательного электрода можно
уменьшить количество активной массы положительного электрода минимум на 20% и
соответственно толщину, что дополнительно освобождает объем, который может быть
использован для размещения дополнительных электродных пар. Разрядная емкость
положительного электрода, например, на основе LiCoO2 составляет 140 мАч/г.
Практическая удельная объемная емкость электродов на основе LiCoO2 составляет 0,39
Ач/см3 (ρ+ = 2,8 г/см3). Электрохимический эквивалент металлического лития
превосходит эту величину в 5 раз и составляет величину 2,06 Ач/см3 (3,86 Ач/г,
ρLi=0,534 г/см3), при этом стоимость лития ниже стоимости LiCoO2, поэтому введение
новой операции по предварительному заряду не только не повысит, а даже снизит
себестоимость производства литий-ионного аккумулятора. Величина необратимой
емкости отрицательного электрода на основе углеграфита составляет 60-300 мАч/г
активной массы, а разрядной 250-350 мАч/г. Из этого следует, что для выработки
аккумулятором разрядной емкости 1 Ач требуется 2,86-4 г активной массы
отрицательного электрода и 7,14 г LiCoO2. Необратимая емкость при реализации
разрядной (обратимой) емкости 1 Ач составит 171,6 - 1200 мАч (60-300 мАч/г). Для
компенсации данной необратимой емкости потребуется 1,22 – 8,57 г LiCoO2, что
составляет от 17 до 120% от необходимой массы положительного электрода для
реализации разрядной емкости аккумулятора 1 Ач. при применении в качестве
коллекторов тока медной и алюминиевой фольги отрицательного и положительного
электродов толщиной 20 мкм.
Практическая удельная объемная емкость отрицательных электродов составляет
0,52-0,8 Ач/см3 (ρ- = 2,1-2,3 г/см3), а на основе LiCoO2 - 0,39 Ач/см3 (ρ+ = 2,8 г/см3), из
этого следует, что соотношение объема (толщины) положительного и отрицательного
электрода составляет 0,47 - 0,75. Следовательно, применение способа предварительной
зарядки отрицательного электрода позволит высвободить в зависимости от толщины
коллекторов тока и сепаратора до 25-30% объема. Заполнение высвободившегося
объема дополнительными рабочими электродами ЛИА, позволяет повысить разрядную
164
емкость и мощность ЛИА на 15-25% в зависимости от габаритных размеров ЛИА и
числа рабочих электродов.
Проведенные исследования показали, что образующийся поверхностный слой на
углеродном электроде во время предварительной зарядки является компактным и
пластичным, способным выдерживать многократное скручивание при сборке литийионного аккумулятора. Данный слой сохраняет свои характеристики и при хранении в
сухой атмосфере сборочного бокса. Испытания литий-ионых аккумуляторов с
отрицательными электродами, прошедшими предварительную зарядку показали, что
необратимая емкость первого цикла не превышает 3-5%, в отличие от 20% при заряде
литий-ионных акумуляторов, изготовленных по классической схеме (в разряженном
состоянии).
Экспериментальные данные показали увеличение разрядной емкости литийионного аккумулятора с габаритными размерами 134,5х55,5х56,5 мм с электродами
прошедшими предварительную зарядку (по методу короткого замыкания) по
сравнению литий-ионным аккумулятором стандартной сборки в том же габарите в
зависимости от конструкции на 17-24% (с 4,0 до 4,68-4,96 Ач).
При этом энергию равную 4,7 Вт⋅ч (1,68 Ач) гальванического элемента Li/SO2,
возникающего при заряде отрицательного электрода в электролите, содержащем
диоксид серы, можно использовать для питания электроприборов и т.д., а при заряде
стандартного ЛИА от внешнего источника питания эта энергия безвозвратно теряется
(не используется), что с учетом тепловых потерь и КПД приборов повышает
себестоимость ЛИА.
УДК 541.135
ГЕЛЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ЛИТИЙ-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА
С.В.Грязнова, А.А. Чудинова
рук.- к.х.н., доцент Е.А. Чудинов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В производстве литий-ионных аккумуляторов в основном
используются
электролиты на основе диметилкарбоната (ДМК), диэтилкарбоната (ДЭК) и
этиленкарбоната (ЭК). Недостатками известных электролитов является их жидкое
состояние в диапазоне температур эксплуатации и необходимость использования
преимущественно металлических корпусов. В настоящее время широкое применение в
производстве литий-ионных аккумуляторов нашли полимерные электролиты, среди
которых особый интерес представляют преимущественно ионные проводники.
В качестве основы гелевого электролита применяют различные полимеры,
например способная к полимеризации композиция, содержащая реакционноспособную
смесь, включающую полиэфир алифатической непредельной кислоты с концевыми
двойными связями и неводный раствор литиевой соли, при этом в качестве полиэфира
алифатической непредельной кислоты смесь содержит полиэфируретандиакрилаты и
краун-эфиры, и количество полиэфиров и краун-эфиров в неводном растворе литиевой
соли составляет 15-20 мас.%, массовое соотношение полиэфиров и краун-эфиров равно
1:0.05-1:0.12.
В литературе нет данных по использованию в качестве сырья для производства
гелевого электролиты водных дисперсий акрилатных латексов и их сополимеров. Но,
165
известно, что
в качестве связующего компонента электродов литий-ионного
аккумулятора используют водные и неводные растворы различных полимеров.
Известен способ изготовления электродов для ЛИА с использованием в качестве
связующего водного раствора полиакрилата, водных растворов бутадиен стирольного
латекса (латекс SBR), латекса каучука нитрилового бутадиена (латекс NBR) и латекс
каучука бутадиена метакрилата (латекс MBR), водной дисперсии сополимера
бутадиена и метилметакрилата.
В качестве соли для приготовления электролитов используют в основном
гексафторфосфат лития (LiPF6), гексафторарсенат лития (LiAsF6), перхлорат лития
(LiClO4),
литий
бис(трифторметан
сульфонил)имид
(LiN(CF3SO2)2)
и
трифторсульфонат лития (LiCF3SO3), или другие соли лития, или соли другого
щелочного металла, или их смесь.
В качестве растворителя для приготовления электролитов используют один
растворитель
или
их
смесь
(тетрагидрофуран,
2-метилтетрагидрофуран,
диметилкарбонат, диэтилкарбонат, этилметилкарбонат, метилпропил-карбонат,
метилпропилпропионат, этилпропилпропионат, метилацетат, этилацетат, пропилацетат,
диметоксиэтан,
1,3-диоксалан,
диглим
(2-метоксиэтил
эфир),
тетраглим,
этиленкарбонат, пропиленкарбонат, γ-бутиролактон, сульфолан.
Существует способ изготовления перезаряжаемых литий-полимерных батарей
без использования технологических растворителей в котором используется
полимерный гелеобразный электролит, содержащий электролитический раствор соли и
полимер, способный к гелеобразованию в электролитическом растворе соли. При этом
полимерный гелеобразный электролит содержит от 20 до 60 мас.% полимера и от 80 до
40 мас.% электролитического раствора соли. Полимер представляет собой полимерную
смесь, состоящую из поливинилиденфторид-гексафторпропилена (ПВДФ-ГФП) в
количестве от 40 до 95 мас.% и полиметилметакрилата (ПММА) в количестве от 60 до
5 мас.%.
Существует способ, где в качестве полимерной матрицы используют сополимер
полиакрилонитрила средней молекулярной массы (0,5 - 1,2)105, содержащей более 90
мас.% звеньев акрилонитрила, в котором в качестве компонентов сополимеризации
содержатся акрилатные, либо метакрилатные звенья, а также звенья карбоновых
кислот, при следующих соотношениях компонентов (мол. %): сополимер
полиакрилонитрила 83,3 - 66,7, ионогенная неорганическая соль лития 16,7 - 33,3.
Способ получения твердого литийпроводящего электролита включает растворение
полимера и неорганической соли лития, получение смеси их растворов, помещение
смеси на подложку из политетрафторэтилена и последующую термообработку при
пониженном давлении. Термообработку проводят в три стадии, а именно: I стадия - при
температуре 0 - 25oC и давлении 1⋅103 - 4⋅103 Па; II стадия - при температуре 0 - 25oC и
давлении 1 - 14 Па; III стадия - при температуре 45 - 70oC и давлении 1- 14 Па.
Предлагаемый электролит позволяет получить высокие, стабильные значения
электропроводности не хуже 10-4 Ом-1⋅см-1 при комнатной температуре. К недостаткам
данных способов можно отнести наличие излишних операций по приготовлению
электролита, не очень высокую электропроводность получаемых электролитов.
В качестве основы гелевого электролита используются дешевые полимеры,
производимые крупнотоннажными партиями, такие как полиакрилат или сополимер
стирола и акрилата. Новым в способе приготовления гелевого электролита является то,
что смешение компонентов проводят одновременно с диспергированием в среде
сухого воздуха (и/или аргона), при следующих соотношениях компонентов смеси, (мол.
%): Безводная ионогенная неорганическая соль лития (15-30); безводный органический
166
растворитель (ДАР) (30 – 40); полиакрилат или стирол-акрилат (30-55). Сушку
электролита вели до остаточной влажности 0,003% (масс. сух. в-ва)
Разработанный
способ
обеспечивает
расширение
технологических
возможностей в части использования различных методов приготовления электролита,
способствующей уменьшению массы аккумулятора за счет применения гибких
полимерных корпусов взамен металлических. Снижение себестоимости за счет
использования серийно выпускаемых полиакрилатаов (А1100, А2001) и стиролакрилата (А10), не требующих осуществления дополнительных операций по
приготовлению гелевого электролита.
Для приготовления загущенного электролита использовали водные дисперсии
(акрилатные латексы) полиакрилатов марок:Акрилат А2001, акрилат А6000, акрилат
А1100, акрилат R280, стирол/акрилат А10. Данные акрилатные латексы подвергались
сушки при комнатной температуре в течении 24 ч с дальнейшем размолом в ножевом
миксере. Далее проводили сушку в течении 12 ч при температуре 50°С в вакуумном
шкафу при остаточном давлении 0,05 МПа. Содержание влаги, определенной по
методу Фишера, не превышало 50 ppm. Далее обезвоженные полиакрилаты вносили в
электролит в количестве 10-50 масс.%: В качестве электролита использовали растворы
неорганических солей лития LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiPF6 в индивидуальных
расторителях или их смесях: пропиленкарбонат (ПК), диметоксиэтан (ДМЭ),
диметилкарбонат (ДМК), диэтилкарбонат (ДЭК), этиленкарбонат (ЭК). Концентрация
соли составляла от 0,075 до 1,2 моль/дм3.
Полученные гелевые электролиты обладают высокой гибкостью, активная масса
электродов не разрушается при циклировании. Образуемая с помощью используемых
латексов гидрофильная пространственная структура обладает высокой прочностью и
проводимостью. Испытания показали, что ЛИА, изготовленные с применением гелевых
электролитов, полученные данным способом, не разрушаются при многократном
циклировании при плотности тока до 2С.
Электропроводность полученных гелевых полимерных электролитов составила,
в зависимости от состава, от 0,82*10-3 до 2,2*10-3 Ом-1см-1. Электропроводность
гелевых электролитов практически линейно растет с ростом температуры в интервале
от минус 30 до плюс 140°С, при этом температурный коэффициент
электропроводности составляет, в зависимости от состава электролита, от 5,7 до 8,5
См/(см⋅°К).
Предлагаемые способы изготовление гелевого полимерного электролита и его
состав, позволяет изготавливать литий-ионного аккумулятора с воспроизводимыми
высокими удельными электрохимическими характеристиками, применим также для
изготовления других первичных и вторичных ХИТ.
167
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ
УДК 630*164.5
АНАЛИЗ БИОИНДИКАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
АТМОСФЕРЫ г. КРАСНОЯРСКА С ПОМОЩЬЮ МЕТОДОВ
СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
О.А. Есякова, А.Н. Кокорин
рук. – д.б.н., проф. Р.А. Степень
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В литературных источниках отсутствуют сведения о соответствии данных
биоиндикационных исследований нормальному распределению. В то же время
установлено, что статистическую обработку экологических исследований
целесообразно проводить с помощью непараметрических методов анализа [1].
Погрешность этих методов лежит в пределах ошибки параметрических методов.
Вычисления проводились в среде Statistical Package for the Social Science 13.
Обработка
результатов,
полученных
биоиндикационными
методами,
выполнялась методом кластерного анализа. Этот метод статистической обработки
данных представляет собой способ группировки многомерных объектов, основанный
на представлении результатов отдельных наблюдений с последующим выделением
групп этих точек (кластеров). Данные одной группы (одного кластера) должны
обладать схожими проявлениями переменных, а данные разных групп - различными. В
соответствии с [2] обработка имеющихся данных проводилась с применением метода
Варда. Данный метод с наименьшим искажением позволяет осуществлять
упорядочивание многомерного пространства. Он в отличие от множества других
способов проведения кластерного анализа позволяет использовать при оценке
расстояний между кластерами элементы дисперсного анализа. Первоначально для всех
имеющихся наблюдений проводится расчёт средних значений отдельных переменных.
Затем вычисляются квадраты евклидовых расстояний от отдельных наблюдений
каждого кластера до кластерного среднего значения и в класс объединяют два
ближайших элемента. Далее группируются объекты, которые минимизируют сумму
квадратов дистанций для любых кластеров, которые могут быть сформированы на
каждом шаге.
При этом элементы объединяются таким образом, чтобы приращение внутри
кластерной дисперсии дистанции Vк было минимальным.
nk
Vk = ∑ ( d i − d k )
i =1
2
В результате обработки массива биоиндикационных данных выделены средние
значения элементов в каждой изучаемой категории загрязнения.
Конечным результатом статистической обработки данных, полученных
биоиндикационными
методами,
является
целесообразность
подтверждения
справедливости оценки воздействия техногенного загрязнения в соответствии с
состоянием объекта исследования. То есть необходимо провести разбивку данных
биоиндикационных исследований на классы, что напрямую позволяет отметить разное
168
состояние исследуемого объекта, находящегося под влиянием различной степени
загрязненности.
Результаты обработки представлены в таблице 1. В ходе пошагового
объединения трех объектов исследования выделены 2 кластера. Первый кластер
образуют биоиндикационные данные участков ТЭЦ-1 и Центрального парка на пятом
шаге с дистанцией 18,253. На 25 шаге с дистанцией 89,096 образуется второй кластер,
состоящий из данных первого кластера и данных участка Академгородка.
Таблица 1 – Матрица близости
Квадраты Евклидовых Расстояний
Наблюдение
1:ТЭЦ
2:Парк
3:Академгородок
1:ТЭЦ
0,000
18,253
89,096
2:Парк
18,253
0,000
27,392
3:Академгородок
89,096
27,392
0,000
Образование первого кластера объясняется близким уровнем загрязнения
воздушной среды, но объединение ТЭЦ-1 и Центрального парка в один кластер
происходит только на пятом шаге вследствие разного характера техногенного
загрязнения. Район ТЭЦ-1 является участком, подверженным воздействию постоянно
функционирующих промышленных агломераций и в соответствии с результатами
биоиндикационных исследований насаждения ели сибирской в этом районе
подвергаются сильному воздействию выбросов предприятий в атмосферу. Район
Центрального парка находится в зоне особо нагруженных автомагистралей, вследствие
чего деревья, произрастающие в данном районе, испытывают постоянное влияние
выхлопных газов автотранспорта и, согласно исследованиям, находятся в зоне среднего
воздействия. Как показала матрица близости, наиболее удаленными результатами
биоиндикационных исследований стали параметры Академгородка. Такой результат
связан с практически полным отсутствием антропогенного загрязнения в этом районе
и, как следствие, древостои здесь испытывают слабое воздействие антропогенных
факторов. Распределение результатов классификации объектов исследования наглядно
просматривается на дендрограмме распределения биоиндикационных параметров
(рисунок 1).
* * * * * * * HIERARCHICAL CLUSTER ANALYSIS *****
Dendrogram using Ward Method
Rescaled Distance Cluster Combine
CASE
Label
0
5
10
15
20
25
Num + - - - - - - - - - + - - - - - - - - - + - - - - - - - - - + - - - - - - - - - + - - - - - - - - - +
ТЭЦ-1
1
Центр парк
2
Академгород 3
Рисунок 1 - Дендрограмма дистанционного распределения загрязнения
по результатам кластерного анализа
169
Результаты математической обработки являются наглядным подтверждением
отнесения исследуемых участков г. Красноярска к территориям с различной степенью
загрязненности атмосферы и не противоречат обоснованию причин экологического
неблагополучия в наиболее загрязненных зонах города.
Библиографический список:
1. Тимофеева О.Ю. Критерии результативности в эксперименте: применение методов
математической статистики: Учебно-методическое пособие. – М.: АПКиППРО, 2008. –
36 с.
2. Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и географических
исследованиях: Учебное пособие. – М.:Академия, 2004. - 416 c.
УДК 630.86
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНЫХ ЭКСТРАКТОВ ИЗ КОРЫ ОСИНЫ
Е.В. Жукова
рук. – к.т.н., доцент С.В. Соболева
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Комплексное использование лесных ресурсов предусматривает утилизацию всей
биомассы дерева, включая древесные отходы, которые служат сырьем для
производства многих ценных веществ. К таким отходам относится древесная кора.
Проблема ее полной утилизации в настоящее время не находит решения. Ежегодные
объемы накопления древесной коры в РФ составляют 20-25 млн. т.
Известно, что водные экстракты коры осины содержат углеводы,
водорастворимые витамины, а также соединения фенольной природы, способные
воздействовать на рост растений. Известны публикации о влиянии фенольных
соединений на рост растений [1, 2]. Содержание фенольных соединений в водных
экстрактах коры осины достаточно велико и достигает от 10 до 28 %. Они выполняют
различные функции: гидроксикоричные кислоты - структурные, защитные и резервные;
флавоноиды – сигнальные и защитные; лигнин – структурные и защитные. Согласно
литературным данным [3], водорастворимые фенолы также проявляют
стимулирующую и ингибирующую ростовую активность по отношению к злаковым.
Механизм воздействия фенольных соединений на процессы роста связан с их влиянием
на гормональный обмен, в том числе на образование 3-индолуксусной кислоты (ИУК).
Дифенольные соединения с орото-гидроксильной группой стимулируют образование
ИУК из триптофана, а монофенолы с мета-гидроксильной группой ускоряют
разрушение этого гормона, угнетая этим рост растений [4]. Флавоноиды с ортодигидрокси группами в кольце А ингибируют, а с гидроксильной группой в параположении кольца В стимулируют активность гормона ИУК. Физиологическая роль
фенольных соединений состоит в изменении ростовых процессов в зависимости от
времени суток, сезона года и др. [5, 6].
Цель исследований - разработка технологии получения водных экстрактов из
коры осины.
Согласно литературным данным [7] существуют несколько технологий
переработки коры осины с получением биологически активных препаратов.
170
I.
II.
III.
2
Сырье
2
Вода
По результатам проведенных исследований нами предложена технологическая
схема получения водных экстрактов из коры осины с выделением до 23,6 %
экстрактивных веществ.
Экстракция коры осины производится водой с температурой 25 –30 0С в батарее
диффузоров. Батарея диффузоров работает по принципу противотока, т.е. свежая вода
взаимодействует с уже в значительной степени экстрагированной корой осины, а
наиболее концентрированный раствор со свежей твердой корой. Технологическая
схема экстракции коры осины приведена на рисунке 1.
2
3
4
Твердый остаток на
биоконвекцию
1
5
Рисунок 1 – Технологическая схема экстракции коры осины в батарее
диффузоров
Кора подается в измельчитель 1. Включается насос 4, свежая вода подается из
емкости 3 последовательно в три работающих экстрактора, сверху, отводится вода из
экстрактора снизу. При таком направлении движения жидкость равномерно заполняет
сечение аппарата 4, при этом не происходит смешивания более концентрированного
экстракта с раствором низкой концентрации, приводящего к движению движущей
силы. При движении жидкости сквозь слой относительно небольшой высоты не удается
171
получить раствор достаточно высокой концентрации. Поэтому для повышения степени
извлечения и увеличения концентрации применяют батарею диффузоров. Свежая вода
подается в экстрактор 3, готовый экстракт отводится из экстрактора 1. Отработанный
твердый остаток после выгрузки из экстрактора отправляется на биоканверсию
(засевают грибами). Длительность экстракции 6 –8 часов.
Библиографический список:
1.
Запрометов, М.Н. Фенольные соединения: распространение, метаболизм и
функции в растениях./М.Н. Запрометов. - М.: Наука. - 1993 - 272 с.
2.
Долгодворова С. Я. Содержание фенольных соединений в древесине и коре
осины (Populus tremula L.)./ С. Я. Долгодворова, Р.Ф. Бурлакова, Г.Н. Черняева.//
Химия древесины. - 1990. - № 5. - С.79-82.
3.
Некрасова, В.Б. Лечебно-профилактическая продукция фирмы «Фитолон» на
основе растительного сырья./ В.Б. Некрасова, В. Т. Курныгина, Т.В. Никитина//
Изучение и применение лечебно-профилактических препаратов на основе природных
биологически активных веществ: сб. научн. тр. Ред. В.Г. Беспалов и В.Б. Некрасова СПб: Эскулап, 2000. - С.88- 91.
4.
Биологически активные вещества растительного происхождения. В 3 томах. /
Ред. Б.Н. Головкин - М.: Наука, 2001.
5.
Высоцкая, И.Ф. Химический состав коры ели и осины./ И.Ф. Высоцкая, И.И.
Королева/ Гидролизная и лесохимическая промышленность. - 1971. - № 7. -С.4-5.
6.
Кушникова, Е.А. Выделение и изучение экстрактивных веществ коры осины /
Е.А. Кушникова, Васильев С.Н. // II Всерос. конференция «Химия и технология
растительных веществ»: сб. материалов - Казань, 2002 - 196с. - С. 132 – 133.
7. Некрасова, В.Б. Промышленная переработка осиновой коры./ В.Б. Некрасова, В.Я.
Ланд// III Всесоюзн. научно-техн. конф. «Химия и использование экстрактивных
веществ дерева»: тез. докл.- Горький, 1990.
УДК 630
ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА
ШИШКИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
О.И. Кузьмина, В.А. Паршукова, Е.В. Лис
ГОУ ВПО «Сибирский государст венный т ехнологический университ ет »
г. Красноярск
Сосна обыкновенная, является одной из наиболее распространенных пород в
лесах Сибири.
Из-за высокого качества древесины сосна пользуется большим спросом в разных
отраслях промышленности. Так как в Красноярском крае сосновые массивы наиболее
доступны, и в результате интенсивных заготовок число лесосек увеличивается, это
приводит к уменьшению площадей сосняков с каждым годом.
В естественных условиях возобновление сосновых лесов затруднительно,
поэтому непродуцирующие площади вырубок засаживают культурами, выращенными в
питомниках нашего края. Для выращивания сеянцев, заготавливаются лишь семена, а
пустая шишка является отходом, как и при заготовках леса на лесосеках, и в
дальнейшем нигде не используется.
172
Целью данной работы является, изучение химического состава шишки сосны
обыкновенной, как источником получения БАВ и использование шишки при
комплексной переработке биомассы сосны обыкновенной.
Результаты исследования химического состава шишки сосны обыкновенной
представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Химический состав шишки и семян сосны обыкновенной
Показатель
Легкогидролизуемые полисахариды, % а.с.с.
Трудногидролизуемые полисахариды, % а.с.с.
Лигноподобные вещества, % а.с.с.
Экстрактивные вещества, а.с.с., извлекаемые:
- гексаном
- 96 %-ым спиртом
- водой
Воскообразные вещества, % а.с.с.
Хлорофиллы а и б, мг·%
Содержание
13,30
24,84
65,23
2,36
6,39
12,45
0,28
4,35
Исследования показали, что содержание влаги в шишках сосны обыкновенной
составляет - 8,70 %. Содержание минеральных компонентов достигает 0,87 %.
Общее содержание экстрактивных веществ в шишках составляет 21,20 %, из
них 6,39 % экстрагируемые этиловым спиртом, 12,45 % вещества, экстрагируемые
горячей водой и 2,36 % гексаном. Основными экстрактивными веществами шишек
являются водорастворимые вещества танниды - 5,51 %, применение которых,
используется в получении препаратов с вяжущим, кровоостанавливающим,
противовосполительным, антимикробным свойством.
На долю лигноподобных веществ приходится 65,23 %. Такое высокое
содержание лигноподобных веществ объясняется тем, что шишка выполняет
защитную функцию, предавая механическую прочность и устойчивость к
проникновению влаги в семена.
Содержание легкогидролизуемых полисахаридов в шишках составляет 17,8 %,
трудногидролизуемых полисахаридов 33,48 %. Из литературных данных известно, что
в шишках сосны сибирской, содержится большое количество полифенольных
соединений [1].
Полифенольные соединения используются для создания высокоэффективных
лекарственных препаратов. К ним относятся флавоноиды, танниды и
фенолкарбоновые кислоты. Они применяются при лечении сердечнососудистых
заболеваний, используется как противоопухолевые, спазмолитические и желудочные
средства. Обладая разнообразными биологическими свойствами, перспективно
расширять сырьевую базу природных полифенольных соединений, что является
актуальным. В работе проведены исследования по установлению содержания и
состава, полифенольных соединений шишек сосны обыкновенной. Полученные
данные приведены в таблице 2.
Исследование показало, что содержание полифенольных соединений в
спиртовом экстракте шишки сосны обыкновенной (8,27 %) выше, чем в шишках сосны
сибирской (4,50 %). [1]
173
Таблица 2 - Содержание полифенольных соединений в спиртовом экстракте шишки
сосны обыкновенной, % а.с.с.
Показатель
Полифенольные соединения, в
том числе:
- танниды
- флавоноиды
-фенолкарбоновые кислоты
Содержание
8,27
5,51
0,87
1,89
По результатам исследования химического
состава, шишку сосны
обыкновенной рекомендуется использовать в качестве сырья для получения
полифенольных соединений в различных отраслях промышленности.
Библиографический список:
1.
Лис, Е. В. Скорлупа семян сосны сибирской – источник полифенольных
соединений [Текст] / Е. В. Лис, Л. П. Рубчевская, В. М. Ушанова и др. // Проблемы
химико-лесного комплекса : сб. тез. докл. науч.-практ. конф. студентов и молодых
ученых. – Красноярск, 1999. – С. 143.
2.
Игнатова, Е. В. О выборе оптимальной концентрации экстрагента при
исследовании растительных флавоноидов [Текст] / Е. В. Игнатова // Проблемы химиколесного комплекса : сб. тез. докл. науч.-практ. конф. – Красноярск, 1997. – Ч. 2. – С. 4243.
3.
Оболенская, А. В. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы
[Текст] : учеб. пособие для вузов / А. В. Оболенская, З. П. Ельницкая,
А. А.
Леонович. – М. : Экология, 1991. – 320 с.
УДК 630.86
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЕ ВОДНО-СПИРТОВЫХ
ЭКСТРАКТОВ ИЗ КОРЫ ТОПОЛЯ
Е.Н. Лубышева
рук. – к.т.н., доцент С.В. Соболева
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Целью данной работы является разработка принципиальной схемы получения
спиртового и водного экстрактов.
Тополь является одной из ценных быстрорастущих пород западной и восточной
Сибири. Интерес к тополю объясняется его биологическими особенностями и
быстротой роста. Тополь представляет интерес для целлюлозной, гидролизной и
лесохимической промышленности как быстро восстанавливающийся источник
древесного сырья. Тополевые насаждения могут накапливать запасы древесины в 4-6
раз быстрее, чем ель, сосна или дуб [1]. В суровых климатических условиях Урала и
Западной Сибири хорошо акклиматизировался и получил широкое распространение
174
тополь бальзамический. В 20-летних лесных полосах он достигает высоты 21-25 м и
диаметра ствола от 35 до 45 см [2].
В результате проведенных исследований разработана принципиальная
технологическая схема получения спиртовых и водных экстрактов из коры тополя.
Согласно литературным данным, спиртовые экстракты коры и почек тополя обладают
ярко выраженными бактерицидными свойствами, и может быть использована для
лечения
ревматизма,
бронхитов,
в
качестве
ранозаживляющих
и
противовоспалительных средств [6,7,24]. Антимикробную активность оценивают по
содержанию суммы флавоноидов в пересчете на флавоны (пиностробин и
пиноцембрин). Принципиальная схема производства приведена на рисунке 1.
пар
2
4
3
11
13
12
1
15
7
16
17
5
6
8
9
14
10
Рисунок 1 – Технологическая схема получения спиртового и водного экстракта
из коры тополя:
1 – экстрактор; 2 – бункерные весы для коры; 3 – емкость этанола;
4 – емкость воды; 5 – емкость экстракта; 6, 13, 17 – насос;
7 – перегонный куб; 8 – отстойник; 9 – центрифуга; 10 – сборник
воска; 11 – холодильник-конденсатор; 12 – сборник этанола;
14 – сборник спиртового экстракта; 15 – холодильник; 16 – сборник
водного экстракта
Измельченная кора тополя из бункерных весов 2 загружается в экстрактор 1 с
тепловой рубашкой. Из сборника этанола 3 дозируется 96 % этиловый спирт. После
герметизации крышки экстрактора в рубашку подается пар, экстракция ведется при
температуре кипения в течение 5 часов.
Полученный экстракт сливается в сборник 5 и насосом 6 подается в испаритель
7, где происходит отгонка паров этанола. Пары поступают в холодильник-конденсатор
11, этиловый спирт насосом 13 возвращается в сборник этанола 3. Экстракт собирается
175
в отстойнике 8, где после охлаждения выпвдают воскообразные вещества, для лучшего
их отделения экстракт центрифугируют в центрифуге 9. Воск собирается отдельно в
сборник 10 и поступает на упаковку, а готовый экстракт сливается в сборник 14.
После спиртовой экстракции в экстрактор 1 подается вода из емкости 4. Водная
экстракция ведется при температуре 95 °С в течение 3 часов. Полученный водный
экстракт, содержащий танниды, сливается в емкость 5, затем насосом 7 подается в
охлаждаемый водой холодильник. Готовый водный экстракт сливается в сборник 16.
Интерес для исследований представляют вещества флавоноидной природы,
обладающие антимикробной активностью и антиоксидантными свойствами. Из
литературных данных известно, что для коры тополя характерно наличие флавононов,
флавонов, флавонолов и др.
Для коры тополя характерно высокое содержание экстрактивных веществ,
зависящее от времени года и района произрастания дерева.
В настоящее время нет ни одного предприятия, перерабатывающего всю
биомассу тополя, одновременно доступного и дешевого сырья. Предложенная
комплексная схема утилизации коры тополя позволяет одновременно решить проблему
комплексной переработки биомассы тополя и получить продукты, обладающие
антимикробными свойствами.
Библиографический список:
1. Биологический энциклопедический словарь / Под ред. М.С. Гилярова.-М.: Большая
Рос. Энцикл., 1995.- 864 с.
2.
Р. Х. Багрова, Г. П. Балакина, В. Н. Козлов. О химическом составе древесины
тополя бальзамического на Урале // Лесной журнал № 3. 1962. - с.155.
3.
Рязанова Т.В., Чупрова Н.А., Исаева Е.В. Химия древесины. Красноярск, 1996.358 с.
4.
Браславский, В. Б., Куркина. В. А. Жданов, И. В. Антимикробная активность
экстрактов и эфирных масел почек некоторых видов Populus // Раст. Ресурсы. 1991. - Т.
27. - Вып.2. - с. 77-78.
5.
Куркин, В. А., Браславский, В. Б., Жданов. И. В. Перспективы создания
лекарственных препаратов на основе тополя // Реализация научных достижений в
практической фармации: Республ. научн. конф. _ Харьков, 1991. - с. 190.
6.
Ченцова Л.И., Шайхутдинова М.Н., Борисова Т.В. Переработка древесной
зелени хвойных с получением экстрактов, обогащенных биологически активными
веществами // Переработка растительного сырья и утилизация отходов: Сб. научн. Тр.
Красноярск.- 1994. Вып. 1. С.139-143.
7.
Некрасова, В.Б. Лечебно-профилактическая продукция фирмы «Фитолон» на
основе растительного сырья./ В.Б. Некрасова, В. Т. Курныгина, Т.В. Никитина// 8.
Изучение и применение лечебно-профилактических препаратов на основе природных
биологически активных веществ: сб. научн. тр. Ред. В.Г. Беспалов и В.Б. Некрасова СПб: Эскулап, 2000. - с.88- 91.
176
УДК 630.86
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИПИДНЫХ ПРОДУКТОВ ДРЕВЕСНОЙ
ЗЕЛЕНИ ЕЛИ СИБИРСКОЙ
Е.В. Мартоник, О.Н. Амбарцумян, О.А. Есякова
рук. – д.б.н., профессор Р.А. Степень
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
По результатам исследований, в ХХ в. функция легких планеты перешла от
тропических к бореальным лесам, прежде всего сибирским. В связи с этим осложняется
сбыт древесины этих лесов, потому что они относятся к объектам, принадлежащих
всему человечеству. Однако сибирские леса являются собственностью нашей страны, и
она вправе распоряжаться ими по собственному усмотрению. Вместе с тем необходимо
весьма бережно относиться к лесным биогеоценозам, их сохранению, потому, что они
играют важную средообразующую роль. Актуальной задачей является полезное
использование всей извлекаемой из леса древесной биомассы. В настоящее же время на
лесосеках остается большая ее часть, что приводит к развитию неблагоприятных
последствий, ведущих к уничтожению всей растительности на территории. Наряду с
сучьями, откомлевками и пр. в состав лесосечных отходов входит и древесная зелень,
продукты переработки которой по стоимости в несколько раз превышают стволовую
древесину, для изъятия которой сейчас и производят рубки. Отсюда следует, что
изучение состава древесной зелени, выделяемых из нее ценных компонентов либо
отдельных эффективно применяемых фракций весьма актуально. Сейчас из лесосечных
отходов хвойных сибирских древесных пород практически используется лишь
древесная зелень пихты, из которой отгоняют эфирное масло.
В настоящем сообщении обсуждаются результаты исследования состава
древесной зелени ели сибирской, являющейся на некоторых территориях
Красноярского края преобладающей породой.
Наиболее ценным компонентом древесной зелени являются липиды, поскольку в
их составе содержатся многие биологически активные вещества, такие как хлорофилл,
каротиноиды, витамины. Поэтому, предварительной задачей при изучении древесной
зелени ели была оценка как общего содержания липидов, так и вклада пигментов,
углеводов и некоторых других соединений в разные периоды развития растений:
сентябре, ноябре, марте.
Пробы отбирали с середины крон 10 деревьев 20-25 летнего возраста,
произрастающих в лесном массиве в районе Академгородка. В лаборатории их
измельчали, усредняли и анализировали по стандартным методикам.
Липиды из сырья извлекали экстракцией диэтиловым эфиром в аппарате
Сокслета, спектрофотометрическим способом по поглощению ацетоновых растворов
при определенных длинах волн находили содержание хлорофиллов и каротиноидов,
вклад эфирного масла определяли волюмометрическим способом с учетом его
растворимости в кубовом конденсате.
Количественное содержание анализируемых компонентов древесной зелени ели
сибирской в разное время года приведено в таблице 1.
177
Таблица 1 – Динамика содержания компонентов в древесной зелени ели
Месяц Липиды, Хлорофилл, Каротиноиды, Углеводы,
отбора
%
мг/кг
мг/кг
%
Сентябрь
Ноябрь
Март
12,2
9,5
10,1
2085
2109
1490
129
101
181
7,1
7,5
7,0
Эфирное
масло, %
Минеральные
вещества, %
0,82
0,72
0,65
3,9
3,7
3,6
Из результатов проведенных исследований видно, что по содержанию липидов
(11±1 % абс. сухой массы) древесная зелень ели сибирской с учетом вклада ее
эфирного масла, практически не уступает пихте и другим сибирским хвойным
лесообразующим породам, что указывает на возможность ее глубокой химической
переработки с получением широкого ассортимента товарных продуктов.
Дополнительной причиной, стимулирующей переработку древесной зелени ели,
является высокое содержание в ней пигментов. По вкладу хлорофиллов она
превосходит остальные сибирские древесные породы.
Исходя из вклада в охвоенных побегах эфирного масла
(0,7±0,1 %), его
отгонка в большинстве случаев экологически не оправдана. Вместе с тем, содержание
полезных продуктов в образующемся кубовом конденсате не уступает препаратам,
получающимся при обработке сырья других хвойных пород. Это подтверждено
экспериментально. Состав водных экстрактов, получаемых при концентрировании
кубовых конденсатов пихты и ели, различается незначительно. Пихтовый экстракт
применяется при витаминной подкормке животных и приготовлении оздоровительных
ванн. Этого же можно ожидать и от использования елового экстракта.
Исходя из высокого вклада хлорофилла, который полезен для организма
животных и вредного для него эфирного масла, вклад которого в древесной зелени ели,
по сравнению с пихтой, невелик, представляется реальным эффективное потребление
отработанного сырья для кормовых целей. Древесная зелень пихты после
пихтоварения, имеющая худшие показатели, в настоящее время успешно используется
как замена грубых кормов, а также служит сырьем для производства хвойной
витаминной муки. В связи с удалением при гидротермообработке еловой зелени
ингибирующих агентов (эфирного масла, дубильных и смолистых веществ) она
эффективна в качестве основы в производстве удобрений и внесении в почву для ее
структурирования, обогащения азотом и гумусообразования.
УДК 630.86
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПОЧЕК СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
А.В. Рупп, В.А. Паршукова, Е.В. Лис
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Сосна появилась на земле 150 миллионов лет назад. За это время планета
неоднократно менялась, боролась с ледниками, наводнениями, пожарами. Многие виды
растений и животных появлялись и исчезали, а сосна преодолела, пережила все.
Вечнозеленая и долговечная, мало подверженная гниению, в силу своих лечебных
свойств она издавна считалась символом долголетия и бессмертия.
178
Почки сосны обыкновенной являются растительным лекарственным сырьем. В
небольших количествах сосновые почки заготавливают более чем в 60 регионах
России. Их используют в народной медицине для лечения и профилактики целого ряда
заболеваний. Ценность растительного сырья обуславливают биологически активные
вещества (БАВ) – это соединения, содержащиеся в растениях, обладающие лечебным
действием. Однако содержание БАВ в почках сосны обыкновенной в настоящее время
изучен мало.
Целью данной работы являлось установление состава БАВ почек сосны
обыкновенной и определение возможности их использования. Образцы собирали с
марта по апрель, с 25 деревьев в Абанском районе, Красноярского края.
В результате проведенных исследований был определен химический состав
почек сосны обыкновенной, приведенный в таблице 1.
Исследования показали, что в состав почек сосны обыкновенной входят
экстрактивные вещества, извлекаемые гексаном, этиловым спиртом,
водой.
Установлено, что наибольшее количество экстрактивных веществ извлекается 96 % ым
спиртом – 33,76 %, а наименьшее – гексаном 10,15 %. Содержание
минеральных компонентов составляет - 0,84 %.
Таблица 1 – Химический состав почек сосны обыкновенной
Показатель
Почки
Зольность, %
- гексаном
- 96 % - ым спиртом
- водой
Легкогидролизуемые полисахариды,
% а.с.с.
Трудногидролизуемые полисахариды,
% а.с.с.
Лигноподобные вещества, % а.с.с.
Витамин С, мг %
Витамин Р, мг %
0,84
10,15
33,76
21,96
4,00
17,30
13,36
35,11
3,70
Основную долю полифенольных соединений составляют танниды –
1,36 %.
Содержание фенолкарбоновых кислот составляет – 0,59 %. В спиртовом экстракте
полученном из почек сосны обыкновенной содержание флавоноидов составляет 0,77
%. Полученные данные свидетельствуют о том, что почки сосны обыкновенной могут
служить источником полифенольных соединений.
Были проведены исследования по обнаружению липидов в почках сосны
обыкновенной. По химическому строению липиды - это смесь сложных эфиров
глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Липиды условно разделяют на
нейтральные, гликолипиды и фосфолипиды.
179
Таблица 2 – Содержание липидов в почках сосны обыкновенной, %
Показатель
Содержание липидов в почках сосны обыкновенной % а.с.с.
Сумма липидов, в
том числе:
Нейтральные липиды
Гликолипиды
26,38
13,80
8,50
4,08
Фосфолипиды
Поскольку почки сосны обыкновенной используются как в традиционной, так и
не в традиционной медицине интересно узнать содержание БАВ в отварах и настоях.
Водные настои и отвары применяют внутрь как дезинфицирующее, антисептическое,
противовоспалительное, отхаркивающее, мочегонное и желчегонное средства при
бронхитах, водянке, ревматизме, болезнях печени и желудочно-кишечного тракта.
Отвар (в виде ингаляций) — при острых катарах дыхательных путей.
Поэтому с целью обнаружения биологически активных веществ, были изучены
водный и спиртовой настой, и отвар почек сосны обыкновенной, применяемых в
медицине.
Таблица 3 – Изучение водного и спиртового настоя, и отвара почек сосны
обыкновенной
Показатель
Полифенольные
соединения, в том числе:
- танниды
- флавоноиды
Отвар почек
Водный
настой
Спиртовой
настой
2,26
1,98
2,65
1,28
0,77
1,13
0,69
1,42
0,84
-фенол-карбоновые
кислоты
Экстрактивные вещества
0,21
0,16
0,39
23,15
19,56
33,68
Сахара (РВ)
Витамин С
Витамин Р
12,30
19,02
0,21
11,50
26,33
0,25
13,10
14,63
0,19
----
----
Хлорофиллы
А и Б, мг·%
18,65
В последние годы широкое распространение получили различные добавки, в
качестве которых применяются добавки из растений, содержащие ароматические и
лекарственные вещества, т.е. биологически активные добавки. Их ценность
определяется содержащимися в них БАВ. В результате работы был установлен состав
БАВ почек сосны обыкновенной и поэтому почки могут применяться как добавки для
различных отраслей промышленности.
180
Библиографический список:
1.
Вараксин Г.С. Культуры сосны обыкновенной в Красноярском крае
[Текст] / Г.С. Вараксин, И.Ю. Коропачинский. – Новосибирск: ЦСБС СО РАН, 2000.84с.
2.
Судачкова Н.Е. Физиология сосны обыкновенной [Текст] / Н.Е.
Судачкова, Г.И. Гирс, С.Г. Прокушкин. – Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ие, 1990. 248с.
3.
Губаненко, Г. А. Природные флавоноиды полыни горькой как
биологически активные пищевые добавки [Текст] / Г. А. Губаненко, Л. П. Рубчевская,
С. М. Репях // Проблемы химико-лесного комплекса : сб. тез. докл. науч.-практ. конф. –
Красноярск, 1997. – Ч. 2. – С. 44-45.
УДК 634.0:658.567.1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОРЫ ПИХТЫ
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ПЛАСТИКОВ
А.А. Шахова
рук. – к.т.н., доцент В.М. Ушанова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В настоящее время одной из основных задач, стоящих перед
деревообрабатывающей промышленностью является рациональная и комплексная
переработка лесных ресурсов.
В России сосредоточена одна четвертая часть, а по хвойным – более половины
лесов планеты [1]. Важное значение имеет преобладание в лесах России запасов
хвойной древесины. В Красноярском крае находится больше половины пихтовых
лесов Сибири – 4997,8 тыс. га, что составляет более 10% лесопокрытой площади [2].
Значение пихтовых лесов велико и многофункционально [2]. Ежегодно из
пихты сибирской получают до 3-4 млн. м в год ценной деловой древесины, которую
используют в лесопилении, домостроении, мебельной промышленности,
производстве музыкальных инструментов, для выработки целлюлозы, картона,
бумаги, древесноволокнистых и древесностружечных плит и т.п.
Общий объем коры у пихты находится в обратной зависимости от толщины
деревьев и варьируется в пределах от 10 до 23 % объема стволовой древесины [2,3].
При переработке древесины образуется большое количество отходов окорки.
Эти отходы составляют от 10 до 15 % от веса перерабатываемой древесины. В отходах
окорки содержится не только кора, но и древесина, содержание которой колеблется в
пределах от 4-5 до 13-14 % - это зависит от породы древесины, типа окорочного станка,
времени года. Использование отходов окорки является частью общей проблемы
комплексного использования древесины.
Предприятия вывозят кору на свалку или складируют на собственной
территории. При длительном хранении коры на предприятии наносится вред
окружающей среде, однако, кору можно использовать в качестве топлива, удобрения
для сельского хозяйства, при производстве строительных и плитных материалов, для
химической переработки.
181
Наиболее рациональный выбор способа использования коры зависит от
концентраций и количества сырья, объема производства, технической возможности и
экономической целесообразности [4].
Из коры и мелких отходов механической обработки древесины изготавливают
топливные брикеты. Сырьем для брикетирования служат отходы окорки и древесины,
не используемые на технологические цели [4].
Кора может использоваться в качестве удобрения для сельского хозяйства. Ее
используют для получения компостов, при внесении которых в почву снижается ее
кислотность, улучшаются физико-химические свойства; в качестве гумуса из
древесных коры, который повышает урожайность сельскохозяйственных культур на
20-50 %; а также для мульчирования почвы.
Кора пихты также является сырьем для получения пихтового масла,
пихтового лечебного бальзама, пищевых антоцианидиновых красителей, дубильных
веществ и различных экстрактов (углекислотных, спиртовых, водных).
Кора используется в производстве строительных материалов. Постоянно
увеличивающийся объем и номенклатура малогабаритного строительства обусловили
широкое применение таких материалов, как фибролит, железобетон, арболит,
королит и других, изготовляемых на базе минеральных вяжущих веществ с
применением в качестве армирующего стройматериала измельченной древесины [4].
Из от ходов деревообрабатывающей промышленности и вторичных отходов
полиэтилена можно изготавливать экологически чистые древесно-полимерные
материалы.
Древесно-полимерные композиционные материалы (Wood-Plastic-Composites,
WPC, англ.) являются одной из новых групп строительных материалов, которая в
последние годы характеризуется высокой динамикой развития.
Древесно-полимерный композит (ДПК) – состав, содержащий полимер
(химического или натурального происхождения) и древесный наполнитель,
модифицированный, как правило, химическими добавками. Материал, из которого они
изготовлены, имеет примерно следующий состав: 70% - древесная мука; 25%
полиэтилен или полипропилен; 5% - добавки: антиокислители, антимикробные
средства, поверхностно-активные вещества, связующие вещества, противоударные
модификаторы, смазочные материалы, температурные стабилизаторы, пигменты,
огнезащитные средства, светостабилизаторы, которые позволяют управлять свойствами
ДПКТ и технологическим процессом.
Еще одним направлением, реализуемым в производстве ДПКТ, является
применение, в качестве связующих, биологических полимеров, например зерновых
крахмалов, отходов кожевенного и бумажного производств и т.п. Помимо дешевизны,
они создают возможность изготовления легко утилизируемых биоразлагаемых
композитов.
В состав композиции могут входить опилки, а так же другие растительные
волокна, например: пенька, лен, сизаль, кенаф, рисовая шелуха, ореховая скорлупа и
даже солома.
Целью данной работы является улучшение экологической обстановки и
получение пластиков из исходной и послеэкстракционной коры пихты сибирской.
Объектом исследования являлась кора пихты сибирской. Кору измельчали на
лабораторном измельчителе шнекового типа и высушивали на воздухе до воздушносухого состояния. Кору экстрагировали различными растворителями (гексаном,
изопропанолом, горячей водой). Для экстрагирования использовали аппараты
Сокслета. Полученные экстракты использовали в качестве модифицированных
182
добавок в клеи, а остатки – для получения пластиков. Пластики получали как из
исходной, так и после экстракции коры пихты.
Прессование пластиков проводилось при следующем режиме: удельное
давление прессования – 18 МПа; удельная продолжительность прессования – 3,75
мин/мм; температура прессования - 180ºС.
Проводились исследования полученных пластиков на плотность, прочность,
водопоглощение и разбухание от вида сырья, из которого изготовлен пластик.
Исследования показали, что наибольшей плотностью обладают образцы,
изготовленные из коры пихты после экстракции горячей водой (1071 кг/м3),
наименьшей плотностью обладают образцы, полученные из коры после экстракции
изопропанолом (943 кг/м3), из исходной коры (980 кг/м3), из гексана (1010 кг/м3).
Полученные образцы пластиков испытывали на прочность. После экстракции
коры различными экстрагентами предел прочности пластиков увеличивался,
наибольшее значение наблюдается у образцов, полученных при прессовании коры
после экстракции горячей водой. Было установлено, что предел прочности на
статический изгиб у образцов коры после экстракции горячей водой превышает
значения из исходной коры в 1,3 раза. Наименьший результат наблюдается у образцов,
полученных после экстракции изопропанолом (32,1 МПа). Прочность пластиков на
основе коры пихты увеличивалась в зависимости от вида экстрагента по сравнению с
исходной корой от 3,2 до 6 МПа.
Также определялась зависимость водопоглощения (за 24 ч) от вида пластика.
Наименьшим водопоглощением обладает образец из сырья, полученного после
экстракции горячей водой (23,8%), а пластики, полученные после экстракции
гексаном, изопропанолом имеют большее водопоглощение, чем пластик из исходной
коры в 1,9 и1,6 раз соответственно.
Большое значение для пластиков имеет такой показатель как разбухание.
Исследования показали, что между водопоглощением и разбуханием прослеживается
взаимосвязь. Наилучшими показателями с разбуханием (17%), как и водопоглощением
(23,8%) имеют образцы пластиков, полученных из коры после экстракции гексаном и
изопропанолом обладают большим разбуханием на 20% и 13% соответственно, чем
образцы из исходной коры пихты.
Таким образом, проведенные исследования показали, что исходную кору и
остатки после экстракции коры пихты (горячей водой, гексаном, изопропанолом)
можно использовать для получения древесных пластиков.
Библиографический список:
1.
Переработка и использование древесных отходов. Сборник научных трудов. –
Химки: ЦНИИМЭ, 1988. – 128 с.
2.
Ушанова, В.М. Состав и переработка древесной зелени и коры пихты сибирской
/ В.М. Ушанова, С.В. Ушанов, С.М. Репях. – Красноярск, 2008. – 257 с.
3.
Химия древесины и целлюлозы. Никитин В.М., Оболенская А.В.,
Щеголев В.П. М., «Лесная промышленность», 1978, 368 с.
4.
Использование древесной коры. Цывин М.М. «Лесная промышленность», 1973,
96.
183
УДК 681*6
РОЛЬ ФИТОНЦИДНЫХ РАСТЕНИЙ В СОВРЕМЕННОМ ГОРОДЕ
И. Н. Мазурова, О. В. Хамеляйнен
рук - Е.А. Кавун
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Зелёные насаждения и их роль в современном городе
Проблема «зеленых насаждений» - это одна из острых экологических проблем
на сегодняшний день. Вырубка лесов, уничтожение зелени в городах могут повлечь за
собой разрушительные последствия. Это будет сказываться на людях, на животных, на
природе - на будущем ...
С ростом города, развитием его промышленности становится все более сложной
проблема охраны окружающей среды, создания нормальных условий для жизни и
деятельности человека. Интенсивное развитие промышленного и сельского хозяйства
сопровождается значительными нарушениями свойств природной среды, окружающей
человека. По мере своего развития город растет и расширяется. В основном,
увеличение территорий города происходит за счет вырубки лесов.
Постепенно человек, осваивая мир природы, начал понимать необходимость и
ценность зеленых насаждений, начал озеленять свой дом - город.
Обязательные требования к системе озеленения - равномерность и
непрерывность. Основными же элементами системы озеленения города являются
парки, сады, набережные, бульвары, скверы.
Зеленые насаждения в городе улучшают микроклимат городской территории,
создают хорошие условия для отдыха на открытом воздухе, предохраняют от
чрезмерного перегревания почву, стены зданий и тротуары. Это может быть достигнуто
при сохранении естественных зеленых массивов в жилых зонах.
Велика роль зеленых насаждений в очистке воздуха городов. Дерево средней
величины за 24 часа восстанавливает столько кислорода, сколько не обходимо для
дыхания трёх человек. За один теплый солнечный день гектар леса поглощает из
воздуха 220-280 кг углекислого газа и выделяет 180-200 кг кислорода.
Защитные функции растений зависят от степени их чувствительности к
различным загрязняющим веществам.
Ионизация воздуха растениями
Существуют аэроионы легкие, которые могут нести отрицательный или
положительный заряды, и тяжелые - положительно заряженные. Наиболее
благоприятное воздействие на окружающую среду оказывают легкие отрицательные
ионы. Носителями положительно заряженных тяжелых ионов обычно являются
ионизированные молекулы дыма, водяной пыли, паров, загрязняющих воздух.
Следовательно, чистота воздуха в значительной мере определяется соотношением
количества легких ионов, оздоравливающих атмосферу, и тяжелых ионов,
загрязняющих воздух.
Существенной качественной особенностью кислорода, вырабатываемого
зелеными насаждениями, является насыщенность его ионами, несущими
отрицательный заряд, в чем и проявляется благотворное влияние растительности на
состояние человеческого организма.
На ионизацию воздуха влияет как степень озеленения, так и природный состав
растений. Лучшими ионизаторами воздуха являются смешанные хвойно-лиственные
184
насаждения. Летучие вещества цветущих растений так же способствуют повышению в
воздухе концентрации легких ионов.
Ионизация лесного кислорода в 2-3 раза выше по сравнению с морским и в 5-10
раз - с кислородом атмосферы городов. Поэтому леса, образующие зеленый пояс
вокруг городов, оказывают значительное благотворное воздействие на оздоровление
городской среды, в частности обогащают воздушный бассейн легкими ионами.
Растения усваивают солнечную энергию и создают из минеральных веществ
почвы и воды в процессе фотосинтеза углеводы и другие органические вещества.
Фитонциды растений
К санитарно-гигиеническим свойствам растений относится их способность
выделять особые летучие органические соединения, называемые фитонцидами,
которые убивают болезнетворные бактерии или задерживают их развитие.
Эти свойства приобретают особую ценность в условиях города, где в воздухе
содержится в 10 раз больше болезнетворных бактерий, чем в воздухе полей и лесов. Из
древесно-кустарниковых пород, обладающих антибактериальными свойствами,
которые положительно влияют на состояние воздушной среды городов, следует
назвать: акацию белую, барбарис, березу, грушу, дуб, ель, жимолость, иву, калину,
каштан, клен, лиственницу, липу, можжевельник, пихту, платан, сирень, сосну, тополь,
черемуху, яблоню. Фитонцидной активностью обладают и травянистые растения газонные травы, цветы и лианы.
На интенсивность выделения растениями фитонцидов влияют сезонность,
стадии вегетации, почвенно-климатические условия, время суток.
Максимальную антибактериальную активность большинство растений
проявляют в летний период. Поэтому некоторые из них можно использовать в качестве
лечебного материа
Роль зеленых насаждений в защите от шума
Недостаточное
озеленение
городских
микрорайонов
и
кварталов,
нерациональная застройка, интенсивное развитие автотранспорта и другие факторы
создают повышенный шумовой фон города.
Шум не только травмирует, но и угнетают психику, разрушает здоровье, снижая
физические и умственные способности человека.
Высокий эффект защиты от шума достигается при размещении зеленых
насаждений вблизи источников и шума и одновременно защищаемого объекта, так как
растения способны поглощать до 25% звуковой энергии, а 74% её отражать и
рассеивать.
Полное и всестороннее использование зеленых насаждений приводит к
оздоровлению городской среды.
Одним из путей улучшения городской среды является озеленение. Зеленые
насаждения поглощают пыль и токсичные газы. Они обеспечивают плодородие почвы.
Формирование газового состава атмосферного воздуха находится в прямой
зависимости от растительного мира: растения обогащают воздух кислородом,
полезными для здоровья человека фитонцидами и легкими ионами, поглощают
углекислый газ.
Зеленые растения смягчают климат. Растения усваивают солнечную энергию и
создают из минеральных веществ почвы и воды в процессе фотосинтеза углеводы и
другие органические вещества. Без растительного мира жизнь человека и животного
мира невозможна. Даже животные, исключая хищников, питаются только растениями.
Вывод
На основании теоретических и экспериментальных исследований сотрудников
кафедры БЖД, установлено, что засчет использования фитонцидных растений и
185
электронно-ионизированных технологий возможно создание зон с чистым воздухом,
идентичным по своим физическим и химическим свойствам.
Так же возможно создание участков с зелеными насаждениями, которые
способных проводить профилактику заболеваний.
Библиографический список:
1.
Блинкин С.А., Рудницкая Т.В. Фитонциды вокруг нас. М., 1999. 185 с.
2.
Ведеревский Д.Д. Фитонцидные особенности растений – главнейший фактор
специфического иммунитета к инфекционным заболеваниям // Материалы IV Совещ.
по проблеме фитонцидов (Киев, 3-6 июля 1998 г.): Тез. докл. Киев, 1998. С. 16-18.
3.
Н.С. Подобедов Природные ресурсы земли и охрана окружающей среды. М.:
Недра , 1997г.,стр.3-7 и 101-116.
УДК 546.62 : 504.05/.06
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ
А.Е. Колесников, В.Ю. Петина
рук. - к.т.н., доцент О.К. Крылова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Атмосферный воздух является одним из жизненно важных компонентов
окружающей природной среды, представляющий собой естественную смесь газов
атмосферы находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений.
Атмосфера - сплошная воздушная оболочка Земли. Атмосфера окружает Землю до
высоты 3 тыс. км. В сухом чистом воздухе в объемных процентах содержится 78 %
азота, 21 % кислорода, 0,9 % аргона, 0,03 % углекислого газа и около 0,003 % смесь
неона, гелия, криптона, ксенона, оксидов азота, метана, водорода, паров воды и озона.
Источники загрязнения атмосферы подразделяются на естественные
(природные) и искусственные (антропогенные). Наиболее опасными источниками
загрязнения атмосферы являются антропогенные. Мировое хозяйство ежегодно
выбрасывает в атмосферу более
15 млрд т С02, 200 млн т СО, более 500 млн т
углеводородов, 120 млн т золы, более 160 млн т оксидов серы и 110 млн т оксидов
азота и др.
К одним из основных антропогенных источников загрязнения относят
предприятия цветной металлургии, а в особенности алюминиевое производство. При
получении металла электролизом образуется большое количество газообразных и
фтористых соединений. Выброс вредных веществ по отрасли составляет около 20,5 %
от объема выбросов в России. Эти выбросы оказывают негативное влияние на
здоровье людей.
Основные загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу алюминиевым
производством, по степени токсичности представлены в таблице 1.
Из таблицы видно, что наиболее опасными веществами для человека являются
фториды газообразные, этилацетат, оксиды азота, углерод, пыль неорганическая.
Фториды очень токсичны. Смертельная доза 0,4 - 4 г.,
характерны
раздражающий и удушающий эффекты. Попадание окислителя на кожу и в глаза
вызывает химические ожоги. Могут возникнуть термические ожоги в момент
186
возгорания при контакте фтора с поверхностью тела. Вдыхание паров ведет к развитию
токсического отека легких.
Также соли фтора концентрируются в костях, вызывая остеохондроз, изменения
цвета и формы зубов, направления их роста, а вслед за этим огрубление суставов и их
неподвижность, костные наросты.
Таблица 1 - Основные загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу
Наименование
вещества
Гексан
Углерод оксид
Бензин нефтяной
Сера диоксид
Пыль неорганическая:
до 20% SiO2
Взвешенные вещества
Азот (II) оксид (Азота
оксид)
Пыль неорганическая:
70-20% SiO2
Бензол
Фториды
плохо
растворимые
Углерод черный (Сажа)
Этилацетат
Азот (IV) оксид (Азота
диоксид)
Фториды газообразные
Суммарный
выброс
вещества, т/год
5,194
27725,686
0,394
11105,184
1303,389
ПДК
максимально-разовая,
мг/м3
60
5
5
0,5
0,5
Фактическая
концентрация
вещества, мг/м3
45
10
3
0,97
0,67
205,794
165,42
0,5
0,4
0,58
0,45
2151,761
0,3
0,55
0,0203
445,516
0,3
0,2
0,09
0,3
158,998
74,912
1044,249
0,15
0,1
0,085
0,16
0,98
0,15
238,628
0,02
0,06
Человек начинает с трудом двигаться. Большие дозы фтора экстрагируют
магний из лимфы крови, мобилизуют кальций и выводят его из костей, что, в конце
концов, приводит к их обызвествлению. Кальций оседает в почках, в легких, в мышцах.
Минимально ощутимые концентрации NO2 в воздухе по влиянию на
обонятельный анализатор 0,2–0,26 мг/м3, максимально неощутимые - 0,12–0,22 мг/м3.
При 14 мг/м3 наблюдается раздражение глаз и носа; при 95 мг/м3 - раздражение через 1
мин и уменьшение диффузии CO2 в легких через 15 мин; при 120 мг/м3 - раздражение
слизистых оболочек и одышка. Попадание оксида азота в организм человека может
вызывать раздражение дыхательных путей и легких. У людей, работавших 3–5 лет при
0,8–5,0 мг/м3, выявлены воспалительные изменения слизистой оболочки десен,
хронические бронхиты, эмфизема легких, пневмосклероз, тенденция к гипотонии,
увеличение содержания гемоглобина и эритроцитов, ускорение свертывания крови,
снижение содержания сахара крови.
Во всех видах сажи и в промышленных изделиях, куда ее добавляют в качестве
наполнителя, обнаружен бензо[a]пирен, в связи, с чем сажу рассматривают как
возможный этиологический фактор развития злокачественных опухолей верхних
дыхательных путей, легких и кожи. Ранние симптомы проявляются в ощущении
усталости или сонливости без видимых причин, головокружении, боли в груди и
187
желудке. Длительное воздействие оксида углерода может приводить к потере сознания,
коме и смерти.
Кремнезем (кварц) сам по себе не ядовит. Токсически он действует на организм
человека, только будучи превращен в тончайшую пыль, попадающую в легкие при
вдыхании. Вдыхание неорганической пыли ведет к тяжелейшему заболеванию, под
названием силикоз. Важными симптомами являются изменение дыхания, особенно
резкое его учащение при мышечном напряжении, уменьшение жизненной емкости
легких. Кровяное давление имеет тенденцию к понижению. В поздние сроки
развиваются симптомы "легочного сердца", расширение и гипертрофия правого
желудочка, акцент на втором тоне, декомпенсация сердца, с увеличением печени,
отеками, синюшностью кожных покровов, одышкой.
Поступление с воздухом является основным источником попадания бензола в
организм. Около 50% бензола, содержащегося во вдыхаемом воздухе, абсорбируется
легкими. При хроническом воздействии бензол накапливается в жировой ткани. В
высоких концентрациях нейротоксичен. Наблюдаются патологические изменения
крови.
В связи с этим возрастает число людей, особенно детей, страдающих от
респираторных заболеваний, от болезней органов кровообращения, аллергии,
бронхиальной астмы и др.
Поэтому алюминиевое производство должно быть оборудовано очищаемыми
устройствами с эффективностью очистки 98-99 %.
Библиографический список:
1.
ГН 2.1.6.1338-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих
веществ в атмосферном воздухе населенных мест от 30 мая2003 г. N 114
2.
ГН 2.2.5.563-96 Предельно допустимые уровни (ПДУ) загрязнения кожных
покровов вредными веществами от 31 октября 1996 г. N 37
УДК
674.059:621.928.93
ВЛИЯНИЕ ИОНИЗАЦИИ НА ОЧИСТКУ ГАЗОПЫЛЕВОГО ПОТОКА
ПЕРЕД ВЫБРОСОМ В АТМОСФЕРУ
Д.В. Гребёнкин
рук. – д.т.н., профессор В.А. Рогов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Статья посвящена вопросам использования электростатического поля в
инерционных пылеотделителях, а именно механизму ионизации аэрозоля древесной
пыли. Это приводит к её коагуляции, что делает её улавливаемой в циклонах.
Известно, что инерционные пылеуловители не улавливают мелкодисперсные
фракции. Решить проблему можно путём укрупнения частиц пыли, образования
агрегатов с помощью электрокоагуляции, что можно сделать влиянием ионного потока
на аэрозоль.
В воздушной среде взвешена аэрозоль древесной пыли. В начальный момент
t=0 среда (воздух) ионизируется. Взаимодействие аэрозоля с ионами приводит к
заряжению его частиц. Материал частицы – диэлектрик.
188
Поле иона вызывает поляризацию частицы. Элемент её поверхности становится
эквивалентным электрическому диполю с моментом Р [2, 3], в результате ион и частица
аэрозоля взаимодействуют своими полями. В точечном приближении взаимодействие
иона с индуцированным диполем можно отнести к типу ион-дипольных. Характер иондипольного взаимодействия таков, что ион всегда притягивается частицей.
Полярные фрагменты молекул древесины в поле иона ориентируются так, что на
поверхности частицы индуцируется заряд противоположного заряду иона знака. Кроме
полярных молекул, в поляризации частицы участвуют и молекулы с равным нулю
дипольным моментом (дисперсное взаимодействие [4]). В этом случае поляризуется
сама молекула. Её электронная оболочка деформируется полем иона.
Индуцированный дипольный момент р пропорционален напряженности Е поля
иона. Поэтому по мере приближения иона к поверхности частицы аэрозоля дипольный
момент р возрастает, что приводит к увеличению потенциальной энергии иондипольного взаимодействия. При соприкосновении иона с поверхностью частицы
потенциальная энергия ион-дипольного взаимодействия достигает максимума.
Максимальную величину ион-дипольного взаимодействия по этой причине можно
считать равной энергии связи иона с поверхностью частицы.
Материал частицы в общем случае не пассивен по отношению к
адсорбированным ионам. При диспергировании в нем появляются свободные радикалы
[5, 6], транспорт продуктов жизнеобеспечения связан с переносом неорганических
ионов – все это взаимодействует с адсорбированными ионами. При этом химическое
взаимодействие компонентами древесины обладает выраженной селекцией по
отношению к адсорбированным ионам. Например, если древесина до адсорбции ионов
имела щелочной показатель рН, анионы, осевшие на ее поверхности, окажутся
нейтрализованными, и заряд частицы определится только адсорбцией катионов.
Поэтому адсорбция ионов должна обязательно приводить к заряжению частиц.
Заряд, получаемый частицей в результате адсорбции ионов, активно влияет на
скорость самой адсорбции. Пусть, например, в результате адсорбции частица получает
положительный заряд. Тогда взаимодействие с ионами среды определяется иондипольным с электростатическим взаимодействиями иона с заряженной частицей.
Поскольку частица заряжена положительно, то с увеличением положительного заряда
адсорбция катионов будет замедляться со временем. Это означает, что в самом общем
случае заряд частицы ограничен.
Коагуляция заряженного аэрозоля приводит не только к вариациям дисперсного
состава системы, но и к изменению величины заряда аэрозольных частиц, что можно
наблюдать в ходе эксперимента. Результаты соответствующих измерений
представлены на рисинках 1 и 2. Из результатов наблюдений за изменением
распределения частиц по размерам во времени видно, что поведение спектра размеров
частиц типично для коагулирующего аэрозоля, при этом коагуляция при биполярной
ионизации проходит быстрее, чем при униполярной.
189
Т, мин
30 -
1
20 -
2
3
4
10 -
|
|
|
|
5
10
15
20
d, мкм
Рисунок 1 – Изменение распределения аэрозольных частиц древесной
пыли в результате коагуляции:
1 – исходное распределение; 2 – распределение в случае униполярно
заряженного аэрозоля; 3 – распределение в случае биполярно
заряженного аэрозоля; 4 – то же для заряженного аэрозоля
с терпеноидами
e
U=40кВ
25 -
U=30кВ
20 -
U=20кВ
15 -
U=15кВ
U=10кВ
10 -
5-
|
|
|
|
5
10
15
20
d, мкм
Рисунок. 2 – Зависимость среднего заряда аэрозольных частиц древесной пыли
от их размера при разном напряжении на коронирующих
электродах
Кривые на рисунке 2 характеризуют зависимость среднего заряда аэрозольных
частиц древесной пыли как функция их размера. Отметим, что достаточно чётко
выраженный линейный характер зависимости q (µ ) обусловлен диффузионным
механизмом заряжения аэрозоля. [7].
190
Накопление электрического заряда на аэрозолях приводит к появлению
действующих сил притяжения и отталкивания между частицами, что изменяет
вероятность их коагуляции. Теоретически этот вопрос детально рассматривался в
работах Фукса [8]. Полученные результаты позволяли учесть влияние центрального
взаимодействия между сферическими частицами на величину константы коагуляции с
помощью выражения:
−1
∞ 1
 Ψ( p )  
K = K 0  ∫ 2 exp
αp 
 KT  
1 p
(1)
(r + r )
p= 1 2
a ,
где,
а – расстояние между центрами частиц, Ψ(p) – потенциал взаимодействия, а Коконстанта коагуляции невзаимодействующих частиц.
Для случая кулоновского взаимодействия заряженных аэрозольных частиц,
отсюда легко может быть получена формула для константы их коагуляции [252]:
−1
  q1q2
 
 − 1
exp
  (r1 + r2 )KT   ,
(2)
где,
r1 и r2 – радиусы аэрозольных частиц несущих электрические заряды q1 и q2
соответственно.
Экспериментальная проверка этого соотношения затруднена с одной стороны
малостью эффекта даже для сильно заряженных аэрозолей, а с другой стороны
влиянием электростатического рассеяния аэрозолей, которое в случае униполярной
ионизации приводит к осаждению частиц и уменьшению их полной концентрации. Это
обуславливает необходимость рассматривать более высокие моменты функции
распределения при изучении коагуляции заряженных аэрозолей.
q1q2
K = K0
(r1 + r2 )KT
Библиографический список:
1.
Рогов, В.А. Влияние отрицательных ионов и летучих терпеноидов на очистку
воздушной среды производственных помещений деревообрабатывающих предприятий
[текст]: Монография –М.: МГУЛ, 2002. – 223с.
2.
Тамм И.Е. Основы теории электричества. – М.: ГИТТЛ, 1956. – 619 с.
3.
Власов А.А. Макроскопическая электродинамика. – М.: ГИТТЛ, 1956. – 228 с.
4.
Коулсон Дж. Химическая связь и строение. – М.: Мир, 1968. – 475 с.
5.
Авакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. –
Новосибирск: Наука, 1986. – 225 с.
6.
Эмануэль Н.И., Зайкова Г.Е., Майрус Э.К. Роль среды в радикально-цепных
реакциях окисления органических соединений. – М.: Химия, 1973. – 279 с.
7.
Фукс Н.А. О величине зарядов на частицах атмосферных аэроколлоидов. // Изв.
АН СССР. Сер. географ. и геофиз. – 1946. – Т.10., № 4. – С.301-310.
8.
Волощук В.М., Седунов Ю.С. Процессы коагуляции в дисперсных системах.Л.:Гидрометеоиздат, 1975.-С.320.
191
УДК 504.75 (075.8)+616.233:504.75 (075.8)
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ И БОЛЕЗНИ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ
У РАБОТНИКОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Е.А. Белянина, А.А. Куприянова, Т.Ю. Дегтярева
рук. – д.м.н., профессор А.Ф. Колпакова
ГОУ ВПО «Красноярский государственный медицинский университет
им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого»
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
За последнее 10-летие проблема негативного влияния транспорта в целом и
железнодорожного транспорта в частности на состояние окружающей среды получила
глобальный масштаб. В связи с этим комиссия Европейского Содружества (ЕС)
определила транспорт как один из наиболее значительных источников загрязнения.
Структура негативного влияния железнодорожного транспорта на среду включает
нарушение стойкости естественных ландшафтов транспортной инфраструктурой путем
развития эрозии и сдвигов; загрязнение атмосферы отработанными газами; постоянный
рост уровня загрязнения земли нефтью, свинцом, продуктами выдувания и опадения
сыпучих грузов (уголь, руда, цемент). Особенно опасные аварии на железных дорогах.
Воздействие объектов железнодорожного транспорта на природу обусловлено
строительством дорог, производственно-хозяйственной деятельностью предприятий,
эксплуатацией железных дорог и подвижного состава, сжиганием большого количества
топлива, применением пестицидов на лесных полосах и др. Строительство и
функционирование железных дорог связано с загрязнением природных комплексов
выбросами, стоками, отходами, которые не должны нарушать равновесие в
экологических системах. Равновесие экосистемы характеризуется свойством сохранять
устойчивое состояние в пределах регламентированных антропогенных изменений в
окружающих транспортное предприятие природных комплексах. Самоочищающая
способность природной среды снижается из-за уничтожения и истощения природных
комплексов. Линии железных дорог, прокладываемые на сложившихся путях миграции
живых организмов, нарушают их развитие и даже приводят к гибели целых сообществ
и видов.
В последние годы стали накапливаться данные о связи роста заболеваемости
населения болезнями органов дыхания с прогрессиирующим антропогенным
загрязнением окружающей среды. Проблемы хронических болезней органов дыхания
приобретают во всем мире не только медицинское, научное, но и социальноэкономическое значение. Неуклонный рост количества больных хроническим
болезнями легких отмечается как в экономически развитых, так и развивающихся
странах, и эти заболевания являются одной из основных причин временной
нетрудоспособности, инвалидности и смертности населения [1, 2, 3].
Цель нашего исследования: изучить частоту встречаемости симптомов и
факторы риска хронических заболеваний органов дыхания у работников Красноярской
железной дороги.
Проведено открытое скринирующее исследование в организованной популяции
работников Красноярской железной дороги. В исследование было включено 300
работников: 218 мужчин и 82 женщины в возрасте от 28 до 60 лет. От каждого
обследуемого получено информированное письменное согласие о включении в
исследование. Выполнено анкетирование работников Красноярской железной дороги с
использованием опросника ВОЗ «Хронические заболевания органов дыхания».
192
Статистическая обработка результатов исследования проводилась с использованием
пакета программ Microsoft Office 2007.
В результате анализа полученных результатов анкетирования факторы риска
хронических заболеваний легких выявлены у большинства обследованных лиц.
Характеристика факторов риска и частота встречаемости представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Распространенность факторов риска хронических заболеваний органов
дыхания
Группы
обследованных
Мужчины
Женщины
Мужчины и
женщины
Табакокурение
147
9
156
Производственный
контакт с пылью
смешанного состава
21
4
25
Производственный
контакт с угольной
пылью
100
10
110
Из этой таблицы видно, что наиболее распространенным фактором риска было
табакокурение. Курили табак 52% всех обследованных, из них 67, 4% мужчин и 11%
обследованных женщин. 45,9% обследованных мужчин и 12,2% женщин имели
производственный контакт с угольной пылью. Симптомы хронической обструктивной
болезни легких выявлены у 32,3% всех обследованных лиц, в том числе у 19% мужчин
и 13,3% женщин, а бронхиальной астмы у 17% мужчин и 7,6% обследованных женщин.
Этой категории лиц будет проведено дополнительное обследование с целью уточнения
диагноза и проведения лечебно-профилактических мероприятий.
Библиографический список:
1.
Глобальная стратегия лечения и профилактики бронхиальной астмы / Под ред.
А.Г. Чучалина.– М.: Атмосфера, 2007. – 104 с.
2.
Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive
pulmonary disease. Updated 2007. http://www.goldcopd.org/
3.
Анализ профессиональной заболеваемости за 1995-1999 годы и санитарногигиенического состояния промышленных предприятий железнодорожного транспорта.
/Информационный бюллетень МПС России Сетевого ЦСЭН на железнодорожном
транспорте. – М. – 2000г.
УДК 504.06
ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭТИКИ У СТУДЕНТОВ-ЭКОЛОГОВ
Л.В. Матвеюк
рук. - доцент С.В. Морозов, ст. преподаватель Т.А. Лунёва
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Образовательный стандарт по специальности 28.02.01 «Охрана природы и
рациональное использование природных ресурсов» предусматривает изучение
дисциплины «Химия окружающей среды».
193
В курсе «Химия окружающей среды» в разделе «Химия гидросферы» наряду с
общетеоретическими представлениями о водных экосистемах, кинетики и механизма
процесса самоочищения природных водоемов, студенты изучают широкий спектр
вопросов прикладного характера: методы экологического исследования водных
объектов; порядок проведения работ в пунктах режимных наблюдений за качеством
природных вод; методы обработки гидрохимической информации с целью получения
необходимых для оперативного прогнозирования расчетных зависимостей.
В лабораторном практикуме студенты овладевают методами натурных
исследований водных объектов, методиками отбора, обработки, проведения
качественного и количественного анализов проб воды, интерпретации полученных
результатов. Эти знания и навыки в решении вопросов прикладного характера могут
быть востребованы в студенческих экологических экспедициях по исследованию
поверхностных водоемов в нашем крае.
Наблюдения за химическим составом природных вод в нашей стране стали
выполняться в системе гидрометслужбы СССР с 1936 г., а, начиная с 1964 г., сеть
приступила к наблюдениям за состоянием качества поверхностных вод. С созданием
единой государственной службы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) наблюдения за
качеством поверхностных вод вступили в следующий, качественно новый этап – этап
систематического контроля за загрязнением вод по физическим, гидробиологическим и
гидрохимическим показателям.
Проведение этих исследований предусматривает определение этих показателей
путем отбора и анализа проб воды, отбираемых в контрольных точках. Студенты
участвуют в отборе и анализе проб воды, обсуждении экологического состояния
поверхностных водоемов и водотоков на основании полученных данных. Это служит
материалом для их будущих курсовых и дипломных работ.
Наиболее важным этапом организации работ по наблюдению за загрязнением
поверхностных вод является выбор местоположения пункта наблюдений. Под
пунктом наблюдений качества поверхностных вод следует понимать место на
водоеме или водотоке, в котором производится комплекс работ для получения
данных о качестве воды.
В
настоящем
сообщении
представлены
результаты
определения
гидрохимических
показателей
поверхностных
водотоков
Красноярского
государственного природного заповедника «Столбы», выполненные студентами
СибГТУ в рамках договора о научно-техническом сотрудничестве администрации
СибГТУ и дирекции КГПЗ «Столбы». Объектами исследований служили: родник
Каштак, река Лалетино (кордон), ручей Колтат (кордон), река Базаиха (мраморный
карьер), ручей Моховой (гранитный карьер). Отбор проб вели в октябре месяце 2009
года.
Отбор проб воды для анализа поверхностных вод вели в гидрохимических
(гидрологических) створах на стрежне потока с горизонта 0,2-0,5 м от поверхности
воды эмалированным ведром емкостью 10 л.
Анализ проб осуществляли в
лабораториях кафедры физической и аналитической химии химическими и физикохимическими методами анализа. Результаты анализа представлены в таблице 1.
194
Таблица 1 - Гидрохимические показатели поверхностных вод водотоков
КГПЗ «Столбы»
жесткость,
мг*экв/дм3
азот нитритный,
мг N/дм3
азот нитратный,
мг N/дм3
азот аммонийный,
мг N/дм3
фосфор,
мг P/дм3
5
цветность, град.
1
2
3
4
Показатель
рН
№
п/п
7,7
7,8
7,5
7,8
31,5
33,0
58,0
44,0
9,5
8,8
2,7
4,5
0,067
0,079
0,095
0,079
0,078
0,051
0,055
0,027
0,030
0,028
0,041
0,037
0,010
0,023
0,015
0,027
7,4 38,0
16,0
0,072
0,023
0,029
0,012
Объект исследования
Родник Каштак
Река Лалетино (кордон)
Ручей Колтат (кордон)
Река Базаиха (мраморный
карьер)
Ручей Моховой (гранитный
карьер)
Анализ полученных результатов показывает, что исследованные поверхностные
водоемы можно считать достаточно чистыми. Это обусловлено тем, что пробы
отбирались в верхнем течении исследованных водотоков, где антропогенное
воздействие практически отсутствует. Полученные результаты представляют интерес
для исследователей как реперные. Дальнейшее исследование указанных водотоков с
отбором проб в среднем и нижнем течении (устьях), сравнительный анализ
гидрохимических показателей даст возможность оценить рекреационное и
хозяйственно-бытовое антропогенное воздействие водопользователей, особенно по
рекам Лалетино и Базаиха, где бурно развивается дачное и малоэтажное строительство.
Мониторинг
экосистем
поверхностных
водотоков
Красноярского
государственного природного заповедника «Столбы», исследование процессов
миграции и трансформации загрязняющих веществ имеет большое практическое
значение для выработки рациональной стратегии природопользования и формирования
у студентов-экологов элементов биосферной этики.
Библиографический список:
1.
Вредные химические вещества // Неорганические соединения элементов I-IV гр.:
Справ. / Под ред. В.А. Филова. - Л.: Химия, 1988-512 с.
2.
Морозова О.Г. Мониторинг качества воды водоема-охладителя Березовской
ГРЭС-1/Морозова О.Г., С.М. Репях, Р.З. Пен, С.В. Морозов //Известия вузов. Химия и
химическая технология.-2002.-Т.45, вып.2.-С.144-147.
3.
Унифицированные методы анализа вод./Под ред. Лурье Ю.Ю.-М.: Химия, 1973300 с.
195
УДК 630.86
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ В ЛЕСОСИБИРСКОМ
ПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ
С.О. Медведев
рук. – д.б.н., профессор Р. А. Степень
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Лесосибирский филиал
г. Лесосибирск
Эффективность любого промышленного комплекса определяется
степенью вовлечения побочных продуктов и отходов в производство
дополнительной продукции. Важным в данном случае является их
использование в смежных отраслях промышленности и на расположенных
вблизи с основным производством предприятиях. Таким образом, формируются
предпосылки для развития всего региона и создания лесоперерабатывающего
кластера.
Объектом исследования выступает Лесосибирский лесопромышленный
комплекс. Благодаря созданию здесь гидролизного производства в дополнение к
имеющимся продуктам комплекса (пиломатериалы, древесные плиты, клееные
материалы, мебель) появляется возможность получения как традиционных для него
этилового спирта и кормовых дрожжей, так и перспективной продукции на базе его
отдельных производственных циклов и переработки отходов. В частности, возможно
получение древесных брикетов, параллельно используемых для повышения
эффективности гидролизаппаратов; использование лигнина в качестве топлива и для
производства пьезотермопластиков, удобрений и газа в биогазовом направлении;
органоминеральных удобрений из шламов и др. Гидролизный лигнин является
наиболее многотоннажным отходом и повышению эффективности его использования
способствует наличие доступных и дешевых материалов для нейтрализации. В рамках
рассматриваемого комплекса их источниками служат известняковые месторождения.
Эти ресурсы также могут использоваться для нейтрализации выбросов сернистого газа
гидролизным заводом, что в целом повысит экологическую безопасность производства.
Дополнительным аргументом в пользу строительства гидролизного завода
является возможность организации на его базе сети малых предприятий по выработке
хвойных СО2-экстрактов, основывающихся на использовании вырабатываемого в
качестве побочной продукции углекислого газа. Особенности технологии позволяют
выделять экстрактивные вещества практически в нативном состоянии.
Для повышения эффективности использования древесной зелени ее переработку
рационально
дополнять
выработкой
эфирных
масел
и
потреблением
слобоиспользуемых в настоящее время сопутствующих продуктов: твердого остатка,
хвойной и флорентинной вод, обесхвоенных ветвей и сучьев, кубового конденсата. Все
эти продукты могут успешно использоваться в ряде отраслей, преимущественно
медицинской и косметической направленности, а также вновь направляться для
использования в пихтоварении, экстрагировании, гидролизном производстве [1].
196
древесная зелень
лесозаготовка
пихтоварение
лесопиление
древесные
плиты
экспорт
мебель
внутренний рынок
мягкие отходы
гидролизное
производство
Продукция:
этиловый
спирт,
кормовые
дрожжи,
углекислота
и др.
топливные
брикеты
топливо
отходы
топливо
лигнин
биогаз
удобрения
пластики
шламы
удобрения
собственные
потребности
кусковые отходы
внутренний
рынок
пиломатериалы
переработка отходов
внутренний
рынок
СО2-экстракция
Рисунок 1 – Перспективная производственная схема в Лесосибирском
лесопромышленном комплексе
Таким образом, достигается комплексный характер использования древесной
биомассы: создаются новые направления переработки, потребляются нерационально
используемые отходы основных видов деятельности Лесосибирских промышленных
предприятий – мягких отходов и древесной зелени. Все это существенно улучшает
социально-экономическое положение населения и объемы формирования бюджета
Ангаро-Енисейского района. Общая перспективная производственная схема
представлена на рисунке 2.
Также создается возможность формирования на базе Лесосибирского
промышленного комплекса лесоперерабатывающего кластера. Последнее утверждение
объясняется тем, что благодаря созданию предприятий по переработке опилок
(спиртодрожжевое производство) и древесной зелени создается класс лесохимических
предприятий, а в совокупности с планами по строительству в Ангаро-Енисейском
районе целлюлозно-бумажного комбината, выстраивается основной центр такого
кластера (рисунок 3) [2].
197
Рисунок 2 – Рекомендуемая схема взаимодействия лесоперерабатывающих
предприятий в Лесосибирском кластере Красноярского края
Таким образом, создание лесохимических предприятий по переработке мягких
древесных отходов и отходов древесной зелени – это первый и важнейший шаг на пути
формирования лесоперерабатывающего кластера. Положительные стороны такой
структуры
вполне очевидны и заключаются в решении комплекса проблем
экономического, экологического, социального и производственно-технического
характера.
Библиографический список:
Медведев, С.О. Эффективное использование сырьевых ресурсов как фактор
конкурентоспособности предприятий лесного комплекса / С.О. Медведев, В.А. Лукин //
Лесной экономический вестник. – М.: НИПИЭИлеспром, 2009. – № 3. – С. 33-39.
2.
Мельман, И.В. Кластерная форма организации лесопромышленных предприятий
[Текст] : дис. … канд. экон. наук : 08.00.05 / И.В. Мельман. – Красноярск, 2006. – 158 с.
1.
198
УДК 676.1.054.1.
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ
ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ МОКРЫМ СПОСОБОМ
Н.А. Оськина
рук.- к.т.н., доцент Н.Г. Чистова, к.т.н., доцент Н.А. Петрушева
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Лесосибирский филиал
г. Лесосибирск
Технология производства древесноволокнистых плит мокрым способом
характеризуется потреблением большого количества свежей воды практически на всех
участках технологического процесса, что неизменно влечет за собой попадание и
накапливание мелкого древесного волокна в сточных водах данного производства.
Продукты деструкции древесины вместе с добавками, используемыми в композиции
ДВП, попадая в воду, образуют сложную дисперсную систему. Стоки, поступающие с
цеха древесноволокнистых плит сложны и разнообразны по своему химическому
составу, это растворенная в воде органика, взвешенные вещества, основную часть
которых составляет древесное волокно, фенолы и формальдегид. Было установлено,
что из всех загрязняющих веществ наиболее вредными и опасными являются фенол и
формальдегид.
На сегодняшний день проблема водоочистки, улавливания древесных волокон
из подсеточных вод, сокращение расхода свежей воды на ряде предприятий решается
путем внедрения двухступенчатых безреагентных дисперсионных флотационных
установок, установленных на территории цеха по производству древесноволокнистых
плит. Указанный технический результат достигается за счет процесса десорбции газа
(воздуха).
С внедрением флотационных установок в производство, а также в связи с
особенностями технологического процесса, как при мокром, так и при сухом способах
производства древесноволокнистых плит имеет место значительное загрязнение
воздушного бассейна цеха на определенных участках технологического процесса. С
установкой флотаторов, ввиду их особенности работы в режиме отдувки летучих
веществ в воздухе значительно увеличилось содержание фенола и фенольных
соединений. В процессе подготовки древесноволокнистых полуфабрикатов и их
дальнейшая обработка неизбежно сопровождается выделением парогазовой смеси,
которая концентрируется на участках, где осуществляется технологический процесс. В
составе смеси кроме различных органических продуктов присутствуют соединения
фенолов и формальдегида.
Целью настоящей работы являлась оценка загрязнения воздушного бассейна в
цехе по производству древесноволокнистых плит мокрым способом.
На основании этого были проведены исследования по оценке состояния
воздушной среды в цехе по производству древесноволокнистых плит мокрым
способом. Исследования проводились с помощью специализированного оборудования
по оценке состояния воздушной среды, которое включает в себя ручной насоспробоотборник НП-3М поршневого типа и индикаторные трубки с различным
диапазоном измерений.
По результатам проведенных исследований было установлено, что при
эксплуатации дисперсионной флотационной установки, в радиусе 5 м, и на основных
технологических участках концентрация летучих фенолов превышает в 900 раз
предельно допустимые нормы, а формальдегида в 90 раз. Предельно допустимая
199
концентрация фенола в области рабочей зоны составляет 0,3 мг/м3, а формальдегида
0,5мг/м3. Графическая интерпретация результатов исследований представлена в виде
диаграмм на рисунке 1 и рисунке 2.
Рисунок 1 - Содержание фенола в воздушном бассейне цеха ДВП
Рисунок 2 - Содержание формальдегида в воздушном бассейне цеха ДВП
Из графиков видно, что наибольшее загрязнение воздушного бассейна на
участках работы флотационной установки, окислителя-усреднителя, на участках
проклейки (9-ая отметка).
Таким образом, проблема является серьезной и влечет за собой последствия.
Фенол ядовит. Попадая в организм человека, вызывает нарушение функций нервной
системы. Пары фенола раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей,
кожу. Формальдегид внесен в список канцерогенных веществ, обладает высокой
токсичностью, негативно воздействует на генетический материал, репродуктивные
органы, дыхательные пути, глаза, кожный покров. Оказывает сильное действие на
центральную нервную систему, вызывает появление носоглоточного рака и
дегенеративные процессы в паренхиматозных органах. Есть данные о том, что это
вещество может приводить к лейкозам.
200
Проанализировав все полученные данные, мы пришли к выводу, что существующие на
предприятии способы очистки воздуха от загрязняющих веществ не эффективны.
Поэтому, для улучшения микроклимата на территории цеха на наш взгляд наиболее
эффективно будет использование бортовых вытяжных устройств, которые работают по
принципу абсорбции. Схема данного устройства представлена на рисунке 3.
Загрязненный воздух, посредством вытяжной трубы, создающей разряжение через
трубопровод поступает в емкость с абсорбирующей жидкостью. При прохождении
через абсорбер (эфир, глицерин, хлороформ) вредные вещества нейтрализуются и
очищенный воздух через выходной трубопровод поступает в атмосферу. В дальнейшем
ловушка с абсорбирующим веществом подлежит утилизации (захоронение).
Ловушка
абсорбирующим
веществом
с
Рисунок 3 - Бортовое вытяжное устройство над флотатором
На сегодняшний день решение данной проблемы жизненно необходимо,
поэтому исследования в данной области являются актуальными.
Библиографический список:
1.
Рубинская, А. В. Проблемы очистки сточных промышленных вод в
производстве древесноволокнистых плит мокрым способом [Текст] / А. В. Рубинская,
Н. Г. Чистова; Лесосибирский филиал СибГТУ. – Лесосибирск, 2006. – 36 с. - Деп. в
ВИНИТИ 13.03.2006, № 253-В2006;
2.
Леонович А. А. Новые древесноволокнистые материалы. Химиздат, СанктПетербург, 2008. – 157 с.
УДК 504.75
АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ
ОАО «ЛЕСОСИБИРСКИЙ ЛДК № 1» И ЗАО «НОВОЕНИСЕЙСКИЙ ЛХК»
И.С. Малыхин
рук. – ассистент Р.С. Чистов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Лесосибирский филиал
г. Лесосибирск
Охрана природной среды на современном этапе является элементом
самостоятельной, весьма специфической производственной деятельности, которая
должна опираться на соответствующую ей экономическую и правовую нормативную
201
основу. С точки зрения идеологов экологической ответственности, прежде всего,
внимание нужно обращать на оценку воздействия намечаемой хозяйственной и иной
деятельности на окружающую среду с учетом общественного мнения. Это
обуславливает актуальность экологической ответственности для промышленных
предприятий [1].
С учетом этого была поставлена цель исследования - на основании научнообоснованных методик провести расчет и сравнительный анализ основных
количественных и качественных показателей экологической ответственности ОАО
«Лесосибирский ЛДК № 1» и ЗАО «Новоенисейский ЛХК».
Первая рассматриваемая методика оценки экологической ответственности
представлена в издании «Базовые индикаторы результативности. Рекомендации по
использованию в практике управления и корпоративной нефинансовой отчетности»,
выпущенном при участии Российского союза промышленников и предпринимателей
(РСПП) [3].
Базовые индикаторы экологической результативности, описанные в данной
методике, представляют собой натуральные величины, взятые из таких форм
отчетности предприятий, как 2-ТП «Отходы», 2-ТП «Воздух», 2-ТП «Водхоз», техникоэкономических показателей работы и т.д. Общегородские показатели были получены в
экологической службе города Лесосибирска.
На основании рассчитанных по данной методике показателей можно сделать
вывод о том, что на протяжении всего рассматриваемого периода ЗАО
«Новоенисейский ЛХК» превосходит ОАО «Лесосибирский ЛДК № 1» по ряду
факторов: у ЗАО «Новоенисейский ЛХК» выше показатель степени использования
отходов производства и ниже коэффициент образования отходов, а также более
высокие показатели обезвреживания выбросов и использования оборотной воды. Вклад
обоих предприятий в образование отходов по городу примерно одинаков: этот
показатель варьируется в пределах 24-27%, однако при этом ЗАО «Новоенисейский
ЛХК» значительно превосходит ОАО «Лесосибирский ЛДК № 1» по коэффициенту
вклада в городские выбросы, и уступает ему по показателю вклада в городские сбросы.
Кроме того, ОАО «Лесосибирский ЛДК № 1» значительно превосходит ЗАО
«Новоенисейский ЛХК» по коэффициентам вклада в городские экологические платежи.
Анализируя рассчитанные показатели, можно привести для каждого
предприятия соответствующие рекомендации по повышению показателей
экологической ответственности:
- ОАО «Лесосибирский ЛДК № 1» необходимо рассмотреть технические возможности
комплексного использования отходов, так как пока у данного предприятия этот
показатель находится лишь на уровне в среднем 80-85%, и изыскать возможности
снижения коэффициента образования отходов; для повышения коэффициента
обезвреживания выбросов и снижения степени загрязнения атмосферного воздуха
предприятию необходимо применять определенные технические средства (фильтры,
уловители и др.). Кроме этого, ОАО «Лесосибирский ЛДК № 1» следует уделить
внимание рациональному использованию водных ресурсов и повысить степень
использования оборотной воды.
- ЗАО «Новоенисейский ЛХК» лидирует практически по всем показателям
экологической ответственности. Однако на данном предприятии следует отметить
довольно высокий уровень коэффициентов вклада в городские выбросы, которые
значительно выше, чем у ОАО «Лесосибирский ЛДК № 1». В связи с данным фактом,
предприятию следует проанализировать возможные действия, связанные со снижением
выбросов вредных веществ в атмосферу.
202
Таким образом, оценка экологической ответственности предприятий по данной
методике состоит из ряда компонентов - показателей различных сторон деятельности.
Именно поэтому для повышения уровня экологической ответственности предприятиям
необходимо уделять пристальное внимание каждой из этих сторон.
Вторая применяемая методика разработана в рамках проекта Независимая
Социальная Природоохранная Инициатива (НеСПИ). Основная цель данной методики выявить и описать систему параметров, позволяющих адекватно оценить и сравнить
уровень «экологичности» деятельности собственников и менеджеров различных
предприятий, степень внимания, которое уделяется в компаниях проблемам снижения
техногенного прессинга на окружающую среду и охране природы [2].
Для оценки уровня экологической ответственности по данной методике была
использована информация за 2007-2009 гг., полученная в экологических отделах
предприятий.
Согласно полученным результатам, оба предприятия можно отнести к группе
высокого уровня экологической ответственности. По итоговому количеству набранных
баллов можно сказать, что ОАО «Лесосибирский ЛДК № 1» (111,5 баллов) является
более экологически ответственным предприятием. Основными причинами этого
являются: более высокая степень открытости экологически значимой информации для
заинтересованных внешних пользователей и досрочное устранение выявленных
экологических нарушений, хотя для перехода предприятия в группу высшего уровня
экологической ответственности необходимо сокращение общего числа таких
нарушений.
ЗАО «Новоенисейский ЛХК» (88 баллов) находится на грани перехода в группу
предприятий удовлетворительного уровня экологической ответственности. Для
предотвращения такого перехода и повышения суммы баллов по оцениваемым
критериям, предприятию следует принимать меры по более быстрому устранению
выявленных экологических нарушений, проанализировать возможности снижения
темпа роста общего объема выбросов, уделить более пристальное внимание
повышению уровня экологического образования персонала, повысить доступность и
открытость экологически значимой информации для внешних пользователей и
общественности путем публикации данной информации в СМИ, проведения
общественных собраний, разработки и публикации ежегодных экологических отчетов и
т.д.
Таким образом, применение представленных методик позволило оценить
экологическую ответственность рассматриваемых предприятий с разных позиций, а
анализ полученных показателей явился основой для выявления приоритетных
направлений экологической политики. Совокупность методических основ
количественной и качественной характеристик экологической ответственности
позволит предприятиям найти пути получения важных конкурентных преимуществ как
на внутреннем, так и на внешнем рынках, положительной репутации, и добиться
высокой этики своего поведения как хозяйствующего субъекта.
Библиографический список:
1.
Глазачев, С.Н. Экологическая культура как один из определяющих факторов в
решении социально-значимых задач [Текст] / С.Н. Глазачев, М.В. Медеведева, О.Е.
Перфилова // Вестник экологического образования в России. – 2008. - № 1(47). – с. 1617
203
2.
Методика присвоения рейтинговой оценки и характеристика рейтинговых
классов рейтингового агентства «Эксперт РА» [Электронный ресурс]. – Режим доступа.
- www.raexpert.ru
3.
Прокопов, Ф. Базовые индикаторы результативности. Рекомендации по
использованию в практике управления и корпоративной нефинансовой отчетности
[Текст] / Ф. Прокопов, Е. Феоктистова и др.; Под общей редакцией А. Шохина. – М.:
РСПП, 2008. – 68 с.
УДК 676.1.054.1.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ФЛОТАЦИОННОГО
АППАРАТА НА ОАО «ЛЕСОСИБИРСКИЙ ЛДК № 1»
П.И. Филоненко
рук. – ассистент М.А.Зырянов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Лесосибирский филиал
г. Лесосибирск
Развитие теории флотации имеет большое практическое значение для
интенсификации процессов сгущения осадков и очистки сточных вод, так как методы и
аппараты флотационной обработки воды заимствованы из теории и практики
обогащения полезных ископаемых и базируются на существующей теории и
технологии флотации руд. Хотя практика флотационного обогащения полезных
ископаемых достигла значительных успехов, закономерности флотации до настоящего
времени далеко не раскрыты. В ещё большей степени нуждается в широких
теоретических и практических исследованиях флотационная очистка природных и
сточных промышленных вод. Это вызвано, во-первых, тем, что до конца не изучен сам
базовый процесс, а, во-вторых, технологии имеют различные цели и задачи, что прямо
сказывается на теоретических основах и конструктивном оформлении данного метода.
Выделение продуктов деструкции древесины, при интенсивном воздействии на
нее температуры и давления, обусловлено технологическим процессом производства
древесноволокнистых плит мокрым способом, которые вместе с добавками,
используемыми в композиции ДВП, попадая в воду, образуют сложную дисперсную
систему с широким спектром соединений: от низко- до высокомолекулярных, от
растворенных до взвешенных частиц различных свойств и размеров.
Для
определения
влияния
основных
технологических
параметров
флотационного оборудования на эффективность улавливания древесного волокна, для
обеспечения
достоверного
математического
описания
объекта
является
многофакторный эксперимент, так как он позволяет при переходе к каждому
последующему опыту варьировать все или почти все факторы одновременно.
Планирование двухфакторных экспериментов позволит выявить влияние
технологических параметров флотационной машины и их парных взаимодействий на
выходную величину и друг на друга. Произведено планирование двухфакторного
эксперимента по определению зависимости эффективности улавливания древесного
волокна от технологических параметров.
Основные факторы, интервалы, уровни их варьирования представлены в таблице
1.
204
Формулы, связывающие нормализованные и натуральные обозначения, будут в
данном случае иметь вид:
для пропускной способности системы эжектирования – P:
Х2=(Р-50)/16,66;
для количества эжектируемого воздуха – V:
Х1=(V-4,5)/1,5.
Учитывая сложное взаимодействие технологических факторов, влияющих на
процесс очистки сточной воды методом флотации, нахождение наиболее эффективного
режима работы флотационного оборудования осуществляется с использованием
математических методов планирования эксперимента.
Зависимость эффективности улавливания волокна из оборотной воды от
технологических параметров флотационной машины:
Y = 92,0412+12,3713 Х1+14,1864 Х2-0,1236 Х12+0,0006 Х1Х2 -0,1418 Х22
(1)
На всех этапах планирования эксперимента модели с нормализованными
обозначениями факторов разработаны в пакете программы STATISTIСA-6.
Таблица 1 – Основные факторы и уровни их варьирования для двухфакторных
экспериментов
Интервал
варьирования
фактора
нижний
(-1)
основной
(0)
верхний
(+1)
Количество эжектируемого
воздуха, % от расхода воды
Пропускная способность
системы эжектирования, %
нормализов
Наименование фактора
Уровень варьирования
фактора
натурал.
Обозначение
V
X1
1,5
3
4,5
6
Р
Х2
16,66
33,33
50
66,66
Полученные уравнения регрессии справедливы для широкого диапазона
управляемых факторов.
Оценка значимости коэффициентов проводилась в соответствии с методикой, с
помощью t-критерия Стьюдента, адекватность проверялась с помощью F – критерия
Фишера.
На следующем этапе наших исследований, согласно плану эксперимента, был
проведен двухфакторный эксперимент, позволяющий получить адекватное
математическое описание процесса улавливания древесного волокна из стоков методом
флотации, установить зависимости эффективности улавливания древесного волокна от
производительности флотатора и количества эжектируемого воздуха, чтобы определить
парные взаимодействия факторов друг на друга и на выходную величину.
ЭPVВВ = -120,2448 + 41,8608V+ 4,4778P– 4,6111V2 +0,015P2 -0,0446VP
(2)
Все уравнения в работе проверены на адекватность по общеизвестным
методикам. На рисунке 1 представлены графические зависимости, построенные по
полученным моделям.
205
Эффективность улавливания
древесного волокна ЭPVВВ, %
Из графика, представленного на рисунке 1, видно, как изменяется
эффективность очистки оборотной воды по взвешенным веществам при изменении
производительности флотатора и количества эжектируемого воздуха. Так, при
увеличении пропускной способности системы эжектирования в 50%, эффективность
улавливания волокна максимально увеличивается до значения 92 %. При тех же
значениях пропускной способности системы эжектирования и при увеличении
количества эжектируемого воздуха от 3 до 4,5 %, наблюдается тенденция к увеличению
значения эффекта улавливания, соответственно, результаты обработки данных
показали, что наилучшие показатели эффективности очистки от древесных волокон
достигаются при значениях Р=50% , V= 4,5 %.
Пропускная способность
системы эжектирования P,
%
Количество
эжектируемого
воздуха V, %
Рисунок 1 - Зависимость эффективности улавливания древесных волокон
из сточных вод от пропускной способности системы эжектирования
и количества эжектируемого воздуха на единицу стока
Таким образом, дисперсионный флотатор является эффективной установкой для
улавливания древесного волокна и очистки промышленных сточных вод данного
производства.
Библиографический список:
1.
Рубинская, А. В. Совершенствование очистки оборотной воды в производстве
ДВП [Текст] / А. В. Рубинская // Вестник КрасГАУ. – 2007. - Вып. 4. - С 91-95.
2.
Справочник по очистке природных и сточных вод [Текст] / Л. Л. Пааль, Я. Я.
Кару, Х. А. Мельдер, Б. Н. Репин. – М.: Высш. шк., 1994. – 336 с.
3.
Генцлер, Г. Л. Развитие теории конструирования водоочистных флотационных
аппаратов [Текст] / Г. Л. Генцлер. - Новосибирск: Наука, 2004. – 318 с.
206
УДК 621.742.48
УЛУЧШЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КЛЕЯ
В ПРОИЗВОДСТВЕ ПЛИТНОГО МАТЕРИАЛА
В.В. Якушев
рук. – к.т.н., доцент Л.Н. Журавлева
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Лесосибирский филиал
г. Лесосибирск
В настоящее время на водостойких феноло- и резорциноформальдегидных клеях
изготавливается только около 15% клееной продукции. Однако потребность в такой
продукции для строительства, вагоно-, домостроении постоянно возрастает.
Использование феноло- и резорциноформальдегидных клеев затруднено из-за
дороговизны и токсичности. В связи с этим одним из рациональных путей
использования
имеющихся
ресурсов
является
создание
водостойких
карбамидоформальдегидных клеев. Несмотря на относительно большое количество
водостойких добавок, описанных в литературе, применение их в чистом виде не
позволяет получить клеи нужной водостойкости.
Использование в комплексе двух видов водостойких олигомеров, один из
которых содержит эпоксидные группы, позволило создать клей, отвечающий
поставленным требованиям. Однако такой способ увеличения водостойкости клея не
получил в связи с дефицитностью аминоэпоксидной смолы.
Основной путь повышения водостойкости карбамидных смол – применение
олигомеров сополимеров. Модификатор РМ-1 был опробован в производстве
древесноволокнистых плит
на ЗАО «Новоенисейский ЛХК», где в качестве
связующего применяется карбамидная смола марки КФ-МТ-15.
Было выявлено, что введении модификатора РМ-1 позволит увеличить
жизнеспособность клеев при использовании отвердителя хлористого аммония.
Увеличение жизнеспособности клеев при введении добавки РМ-1 объясняется ее
стабилизирующим действием – торможением снижения рН. Период времени, в течение
которого клей может быть использован, определяется свойствами применяемой
смолы и температурой окружающей среды.
На рисунке 1 показана зависимость продолжительности желатинизации
карбамидной смолы от температуры при введении 15% модификатора РМ-1 и 1
% хлористого аммония. Кроме того, используемый модификатор в карбамидных
смолах выполняет роль акцептора формальдегида.
207
Рисунок 1 – Зависимости продолжительности желатинизации карбамидных смол
от температуры при введении 15 % модификатора РМ-1:
1 – смола с содержанием свободного формальдегида 2,2 %; 2 - смола
с содержанием свободного формальдегида 0,9 %; 3 - смола
с содержанием свободного формальдегида 0,3 %
Так же в производстве древесноволокнистых плит была исследована
возможность снижения токсичности клея. Установлено, что при введении в смолу
марки КФ-МТ-15 модификатора РМ-1 количество свободного формальдегида в
связующем снижается практически в 2 раза. Снижение свободного формальдегида
происходит за счет взаимодействия свободных реакционноспособных групп
модификатора с формальдегидом. Таким образом, введение 2% модификатора в
связующее на основе карбамидных смол снижает выделение формальдегида из ДВП и
обеспечивает получение плит класса эмиссии Е-2.
УДК 543.3
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА
КРЕМНИЯ ДЛЯ СОРБЦИОННО-АТОМНО-АБСОРБЦИОННОГО
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ
А.В. Денискин
рук. – к.т.н., профессор Г.В. Волкова*, к.х.н. С.И. Метелица**
*
ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
**
ГУ «Научно-исследовательский инженерный центр «Кристалл»
Красноярск
Медь, цинк, железо и ряд других цветных и тяжелых металлов являются
загрязнителями различных объектов гидросферы. Для их определения эффективны
атомно-спектроскопические методы анализа, включающие стадию предварительного
208
сорбционного концентрирования. Сорбционный метод эффективен, прост в
исполнении и не требует дорогостоящего оборудования. Известные на сегодняшний
день сорбенты на основе химически модифицированных силикагелей чрезвычайно
сложны в синтезе и что затрудняет их широкое распространение. В настоящей
исследован способ синтеза сорбентов на основе силикагеля для хроматографии марки
Silasorb (LC) 300-30 с закрепленным на поверхности комплексообразующим
органическим реагентом. Продуктом синтеза является окрашенный порошок, на
поверхности частиц которого нековалентно закреплен комплексообразующий
органический реагент посредством промежуточного слоя полигексаметиленгуанидина
гидрохлорида (ПГМГ). В качестве органических реагентов выбраны 2-(2-гидрокси-5хлорфенил)азо-1,8-дигидроксинафталин-3,6-дисульфокислота, динатриевая соль (ХТС)
и 2-(4′-нитробензолазо) хромотроповая кислота
(хромотроп 2Б), обладающие
комплексообразующими свойствами по отношению к ионам цветных и тяжелых
металлов. Предположительная структура поверхностного слоя сорбента с
закрепленными таким образом реагентами приведена на рисунке 1.
Исследовано влияние физико-химических свойств поверхности силикагеля на
закономерности закрепления ПГМГ. Установлено, что удельная поверхность, диаметр
пор и размер частиц силикагеля заметно не влияют на степень его извлечения.
Эффективность сорбционного извлечения в диапазоне рН раствора 2-9 не превышает
30 %. Методом капиллярного электрофореза исследован фракционный состав
растворов ПГМГ «до» и «после» контакта с силикагелем с использованием известной
методики [1]. Установлено, что на поверхности силикагеля преимущественно
сорбируются олигомеры с наибольшей молекулярной массой.
В качестве органических реагентов, взаимодействующих с ионами цветных и
тяжелых металлов, выбраны некоторые производные хромотроповой кислоты: ХТС и
хромотроп 2Б. Установлены оптимальные условия их закрепления на поверхности
силикагеля, модифицированной ПГМГ: рН 1 – 5. Поверхностная концентрация
органических реагентов достигает 100 мкмоль/г.
Рисунок 1 – Структура поверхности кремнезема с нековалентно закрепленным:
а) ХТС и б) хромотропом 2Б
На примере меди, железа, цинка изучены некоторые закономерности сорбции
ионов металлов предложенными сорбентами. Установлено, что в оптимальных
условиях (рН 7 – 8) степень извлечения меди, железа, цинка достигает 90 – 99 % за
время, не превышающее 10 минут. Для десорбции металлов предложено использовать 3
209
М раствор HCl. Сорбционная емкость предложенных сорбентов находится на уровне 10
мкмоль/г.
Сорбенты использованы при определении концентраций меди, цинка, железа в
воде р. Большая Хета (Красноярский край), снеге (талая вода). Правильность
определения содержания металлов подтверждена методом «введено-найдено» с
использованием атомно-абсорбционного определения.
Исследованные сорбенты характеризуются простотой получения, малым
временем установления сорбционного равновесия. Условия синтеза могут быть легко
воспроизведены в любой лаборатории.
Библиографический список:
1. Руднев, А.В. Определение полигексаметиленгуанидина методом капиллярного
электрофореза / А.В. Руднев, Т.Г. Джераян // Журн. аналит. химии. – 2006. – Т. 61, №
10. – С. 1086 – 1089.
УДК 543.54:543.422:546
СОРБЕНТ С ГРУППАМИ ХРОМОТРОПОВОЙ КИСЛОТЫ ДЛЯ СОРБЦИОННОАТОМНО-ЭМИССИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦВЕТНЫХ И ТЯЖЕЛЫХ
МЕТАЛЛОВ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ
О.В. Мажухно
рук. – к.х.н., старший научный сотрудник, Е.В. Буйко
ГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
г. Красноярск
Сорбционные методы концентрирования и разделения неорганических ионов
занимают одно из ведущих мест в неорганическом анализе благодаря ряду достоинств.
Главным из них является возможность отделения микрокомпонентов из
концентрированных по макрокомпонентам растворов. Далее определяемые элементы
можно десорбировать и определять в элюате традиционным методом, например
методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой. Для
данных целей предложено множество эффективных сорбентов, наиболее хорошо
зарекомендовали себя химически модифицированные силикагели [1]. Однако, наряду с
неоспоримыми достоинствами, они обладают существенным недостатком: сложность
синтеза, высокая стоимость и малодоступность модификаторов ограничивают их
применение в рутинном анализе. В связи с этим остается актуальной проблема поиска
эффективных и доступных сорбентов. В настоящей работе предложен новый сорбент
на основе диоксида кремния с нековалентно закрепленными на поверхности группами
хромотроповой кислоты (SiO2-ПГМГ- Chrom).
Хромотроповая кислота – органический реагент, который образует комплексы
со многими переходными металлами и потому сорбенты, содержащие его в качестве
функциональных групп, могут быть использованы для группового извлечения этих
металлов из растворов.
Для закрепления на поверхности силикагеля хромотроповой кислоты, имеющей
отрицательно заряженные сульфо - группы, необходимо создание на поверхности слоя,
имеющего эффективный положительный заряд. Такой слой может быть создан в
процессе сорбции полиаминов, в частности полигексаметиленгунидина (ПГМГ)
линейного строения, имеющего удобное пространственное расположение аминогрупп.
210
ПГМГ закрепляется на поверхности кремнезема посредством образования
многоцентровых водородных связей между его аминогруппами и поверхностными
гидроксильными группами. Закрепление хромотроповой кислоты осуществляется за
счет электростатического взаимодействия сульфогрупп реагента с протонированными
аминогруппами ПГМГ, не участвующими в образовании водородных связей с
поверхностными гидроксильными группами.
Количество закрепленных групп хромотроповой кислоты составляет 22
мкмоль/г. Хромотроповая кислота количественно извлекается кремнеземом,
модифицированным ПГМГ, в диапазоне рН 2-8.
По измерению интенсивности флюорисценции в фазе сорбента была
количественно определена устойчивость закрепления хромотроповой кислоты на
поверхности кремнезема, модифицированного ПГМГ (таблица 1).
Таблица 1 - Изучение устойчивости закрепления хромотроповой кислоты
на поверхности нековалентно модифицированного кремнезема
Элюент
Вода
Устойчи-вость
хромотроповой кислоты,
%
0,1 М
HCl
1М
HCl
0,1 М
HNO3
1М
HNO3
0,1 %
NaCl
1%
NaCl
100
37
32
22
16
83
55
10 %
NaCl
35
Сорбционная емкость кремнезема, модифицированного хромотроповой
кислотой, определенная из горизонтального участка изотермы сорбции Zn (II)
составила 0,9 мкмоль/г.
Для определения оптимальных условий группового извлечения ионов металлов
изучена зависимость степени их извлечения от рН раствора (рисунок 1).Групповое
извлечение предложено проводить при рН=7,5.
Рисунок 1 - Зависимость степени извлечения Zn (II), Cd (II), Fe (III), Cr (VI), Cu
(II), Pb (II), Al (III), Co (II), Ni (II) сорбентом SiO2-ПГМГ-Chrom:
0,1 г сорбента, V=10 мл, С Ме=0,05 мкг/мл, время контакта фаз 10 мин
211
Концентрирование элементов целесообразно проводить в динамических
условиях, т.к. в этом случае удается достичь более высоких значений коэффициентов
концентрирования. В таблице 2 приведены степень извлечения ионов металлов и их
степень десорбции в динамическом режиме.
Разработана методика сорбционно – атомно - эмиссионного (с ИСП)
определения цветных металлов в природной воде. Правильность результатов проверяли
методом масс-спектрометрии с ИСП (таблица 3).
Таблица 2 - Степень извлечения ионов металлов SiO2-ПГМГ-Chrom и степень их
десорбции в динамическом режиме (сорбция: 0,3 г сорбента, V=25 мл,
СМе = 0,02 мкг/мл, рН 7,5; десорбция: 10 мл HNO3 1 М, скорость потока
раствора – 1 мл/мин)
Элемент
Степень сорбции, %
Степень десорбции, %
Сu(II)
Zn(II)
99,9±0,1
99,9±0,1
98,0±0,2
99,9±0,1
Co(II)
10,4±0,2
25,0±0,2
Ni(II)
Cd(II)
Pb(II)
Fe(III)
76,5±0,4
36,7±0,3
99,9±0,1
99,9±0,1
51,4±0,4
37,1±0,3
91,0±0,4
99,9±0,1
Al(III)
Cr(VI)
99,9±0,1
99,0±0,2
99,9±0,1
92,0±0,4
Таблица 3 - Определение тяжелых металлов в образцах природной воды (сорбция: 0,3 г
сорбента, V=150 мл, рН 7,5; десорбция: 10 мл HNO3 1 М, скорость потока
раствора – 1 мл/мин; n=3, P=0,95)
Место отбора
пробы
р. Лодочная,
Красноярский край
р. Элегест,
Красноярский край
Концентрация элемента (С±
Элемент
Al
Cd
Cr
Pb
Cd
Cr
Cu
Сорбционно-атомноэмиссионный метод
45,8±0,6
0,004±0,001
0,107±0,003
0,053±0,003
0,002±0,001
0,653±0,004
0,207±0,002
tp ⋅s
), мкг/л
n
Массспектрометричеcкий
метод
44,3±0,5
0,003±0,001
0,184±0,005
0,044±0,004
0,003±0,001
0,660±0,005
0,249±0,003
Таким образом, новый сорбент на основе кремнезема, последовательно
модифицированного полигексаметиленгуанидином и хромотроповой кислотой,
возможно использовать для предварительного выделения и концентрирования ионов
некоторых цветных и тяжелых металлов перед их определением в природных водах.
212
Библиографический список:
1. Химия привитых поверхностных соединений/ Под ред. Г.В. Лисичкина. – М.:
Физматлит, 2003. – 592 с.
УДК 504.5:614.76
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ НЕСАНКЦИОНИРОВАННЫХ
СВАЛОК Г. БИЙСКА И ПРИЛЕГАЮЩИХ К НЕМУ ТЕРРИТОРИЙ
Е.Ю. Махнёва.
рук. - доцент Г.В. Давиденко
ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет
имени И.И.Ползунова»
Бийский технологический институт (филиал)
г. Бийск
Загрязнение г. Бийска и прилегающих районов отходами производства и
потребления имеет локально–очаговый характер и соответствует местам их хранения и
захоронения. На этих участках техногенная нагрузка в несколько раз превышает
экологическую техноемкость территорий, что характеризуется разрушением всех
компонентов окружающей среды. При размещении отходов их негативное воздействие
на природную среду достаточно часто сопровождается нарушением ландшафта с
изменением отдельных компонентов геологической среды, загрязнением воздушного
бассейна, поверхностных и подземных вод, почвенного покрова, деградацией всех
компонентов окружающей среды, истощением их ресурсов, приводящих к оскуднению
животного и растительного мира. Уровень негативного воздействия отходов на
природную среду оценивается степенью их токсичности, приводящей к разной степени
экологического неблагополучия в местах образования и размещения отходов.
Среди объектов размещения отходов на территории города и прилегающих
территорий ведущее положение занимают несанкционированные свалки. В результате
было выявлено и обследовано 42 несанкционированных свалки общей площадью 18,5
га с общим количеством отходов 244072,95 м3.
Комплексный анализ параметров несанкционированных свалок показал, что
можно выделить две основные организационные формы таких объектов - это сами
несанкционированные свалки, представляющие собой скопление отходов на довольно
большой территории, и захламленные территории, не имеющие какой – либо
организации и границ. Наиболее крупные несанкционированные свалки, как правило, в
большинстве случаев распространены вблизи лесного массива, на территориях
частного сектора, пойменной зоны, выездах из города.
В ходе исследований было выявлено активное загрязнение береговой зоны реки
Бия в границах городской черты. Анализ информации, полученной в ходе обследования
неорганизованных свалок позволил, сделать следующие обобщения:
1. Площадь объектов: 18,5 га
- крупные (S>8га)- 1 объект, его площадь составляет 5,7 га;
- средние (S=2-8га)- 2 объекта, их площадь составляет 4,1 га;
- мелкие (S<2га)- 34 объекта площадью 8,7 га.
2. Предполагаемые источники отходов:
- население – 60 %;
213
- промышленные предприятия и ЖКХ -40 %.
3. Примерный состав отходов:
- твердые бытовые отходы – 68,5%;
- промышленные отходы – 18,1%;
- строительные отходы – 6,1 %;
- медицинские отходы – 4,3%;
- сельскохозяйственные -3%.
Полученные данные указывают на то, что в результате воздействия отходов на
компоненты окружающей среды происходит формирование локальных участков
земной поверхности отличных от естественного ландшафта, характеризуемых
глубинными изменениями естественных процессов, ухудшением качественных и
количественных характеристик среды обитания.
Для нормализации существующего положения и предотвращения попадания
загрязняющих веществ с талыми и ливневыми водами в почвы и водоемы городской
администрацией планируется увеличить количество контейнерных площадок для сбора
и вывоза хозяйственно-бытовых отходов. Из городского бюджета на эти нужды
выделено 7,7 млн. рублей на строительство полигона по захоронению твердых и
жидких бытовых отходов и биотермической ямы на 224 тыс. рублей.
Для выхода из ситуации, связанной с распространением несанкционированных
свалок г. Бийска и прилегающих районов, предлагаются следующие меры:
- внедрить экономические механизмы и систему нормативных актов, стимулирующих
уменьшение отходов, их разделение и переработку;
- более активно привлекать население города, учащихся школ, училищ, высших
учебных заведений к проведению субботников по уборке территорий: пойменных и
береговых зон, лесных массивов;
- при организации предприятия, его регистрации и оформлении земельного отвода
выставлять требования по обращению с отходами;
- взять под строгий контроль территории гаражных кооперативов, коллективных садов
и т.д. с выдачей предписаний о наведении порядка на прилегающих территориях;
- оборудовать частный сектор, территории гаражных кооперативов и т.д. контейнерами,
площадками для сбора мусора и организовать систематический вывоз;
- пропагандировать среди населения информацию о негативных последствиях наличия
несанкционированных свалок в непосредственной близости от жилья, мест отдыха и
работы;
- озеленение территории города, оздоровление существующих зеленых насаждений,
благоустройство и восстановление городских парков, скверов и лесов, сохранение
территорий памятников природы. В городе Бийске процент озеленения снижен на 10 %
(по нормам на одного человека приходится до 1,6 кв. м).
Экологическим советом города Бийска разработана программа «Чистый город»,
которая предусматривает развитие комплекса мероприятий, направленных на
утилизацию, переработку твердых бытовых и промышленных отходов, получение
топочных продуктов (полукокса, технического углерода) строительных материалов.
Общие затраты составят 50 млн. руб. Организацию сети пунктов приема вторичного
сырья и отработанных нефтепродуктов. Всё это позволит сократить количество
отходов, а значит, и снизить их негативное воздействие практически на все компоненты
окружающей среды.
214
Библиографический список:
1.
Зеленый мир. Экология: проблемы и программы: общерос. научн.-публиц. инф.
метод. газета.- М.: ООО «ИД «Медиа-Пресса»»,2010 год.
2.
Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов производства и
потребления /В. И. Сметанин.- М.: Колос.
3.
Федерадьная целевая программа «Экология и природные ресурсы России (200220 Юг)», Постановление Правительства РФ №860 от 07.12.2001
УДК 504.064
ЭКСПЕРТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ КАК СРЕДСТВО
ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
С.О. Медведев
рук. – д.б.н., профессор Р.А. Степень
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Любое исследование, направленное на решение прикладных задач экологии,
должно опираться на систему получения постоянной, достоверной и первично
обработанной информации. Таким образом, переход от эмпирических оценок к научно
обоснованным методам принятия экологически верных решений лежит через создание
системы
экологического
мониторинга
наблюдений
и
экспериментов,
ориентированных на оценку и прогноз состояния окружающей природной среды,
находящейся под антропогенным воздействием. При этом целью мониторинга является
не пассивная констатация фактов, а соответствующая обработка поступающей
информации, автоматизация экологических наблюдений, оценка «меры диссонанса»
данной экосистемы от эталонной (не нарушенной или используемой разумно, без
ущерба для нее) и, как результат, обеспечение основных направлений инженерной
экологии: прогнозирование, принятие эколого-инженерных решений и выдача
рекомендаций.
Развитие представлений о средствах и способах решения информационных
задач привели к появлению экспертно-информационных систем (ЭИС), которые
обеспечивают хранение, оперативный доступ к совокупности данных и знаний об
экосистемах, о взаимодействии природы и общества, анализ комплекса данных, а также
интерпретацию и предложение рекомендаций по решению возникающих проблем.
Проблематика создания экспертно-информационных систем широка. Перед
разработчиками и группами, внедряющими современные подходы в охрану
окружающей, среды стоит группа вопросов, требующая комплексного изучения и
скорейшего решения. Основными проблемами в создании информационных систем в
сфере охраны окружающей среды выступают [1]:
−
различные кодировки, стандарты, программы, используемые для ввода, учета,
оформления состояния природной среды;
−
сложность доступа к удаленным базам данных (у баз отсутствует или
существует низкая скорость выхода в Интернет);
−
различные подходы к сбору данных, методам оценки состояния окружающей
среды и воздействия оказываемого на нее;
−
различные сроки давности информации, ее сомнительная достоверность;
215
−
различные языки представления информации, т.е. лингвистические проблемы
(языки ввода: английский, русский, немецкий и т.д.).
В конечном итоге комплекс проблем в данной области сводится к недостаткам в
работе с экологической информацией, что объясняется, прежде всего, глобальностью
проблем экологии. Разным странам и территориям соответствуют различные уровни
развития информационных технологий и требований к качеству окружающей среды.
Все вышеперечисленное определяет необходимость создания единых принципов и
подходов к экспертно-информационным системам во всем мире. Цель работы –
рассмотрение основных принципов и вариантов создания экспертно-информационных
систем для целей охраны окружающей среды и обеспечения экологической
безопасности.
Структура экспертной системы определяется рядом модулей [2]:
−
временные базы данных, предназначенные для хранения исходных и
промежуточных данных текущей задачи;
−
базы знаний, предназначенные для хранения долгосрочных сведений (фактов) и
правил манипулирования данными;
−
база программ, реализующих последовательность правил для решения
конкретной задачи на основе информации, хранящейся в базах знаний и базах данных;
−
компонент приобретения знаний, автоматизирующий процесс наполнения базы
знаний;
−
объяснительный компонент, формирующий пояснения о том, как система
решала поставленную задачу.
В проблемной области «экологическая безопасность» основной задачей, которая
ставится перед экспертами и перед экспертными системами, является поддержка
принятия решений. Поэтому любые информационные системы, ориентированные на
поддержку принятия решений, носят называние экспертно-информационных систем
(ЭИС).
Одним из вариантов решения возникающих проблем в области ЭИС является
практическая разработка, согласование и реализация трех основных компонентов
систем:
1.
Создание и обработка соответствующей базы данных.
2.
Географическая «привязка» имеющихся данных и создание единых картмоделей природной среды региона и планеты в целом.
3.
Комплексный анализ всего объема информации с привлечением всего
разнообразия существующих методов, способов и подходов.
Результаты экологического мониторинга всегда имеют географическую
привязку, поэтому оптимальным способом организации анализа сведений о состоянии
окружающей среды будет тот, который опирается на географические информационные
системы (ГИС). ГИС – это организованный набор аппаратуры, программного
обеспечения, географических данных и персонала, предназначенный для эффективного
ввода, хранения, обновления, обработки, анализа и визуализации всех видов
географически привязанной информации.
Географические информационные системы предоставляют мощные средства для
анализа экологической информации. Однако сами по себе они не порождают новых
знаний о состоянии окружающей среды — ГИС только инструмент для
естествоиспытателя.
В последние годы, быстро развиваются информационные технологии,
ориентированные на формирование знаний о состоянии окружающей среды, которые
объединяют понятием интеллектуальный анализ данных (data mining). С научной точки
216
зрения метод интеллектуального анализа данных (ИАД) — сфера пересечения
человеческих знаний, машинного обучения, математического моделирования и баз
данных. В последнее время применение интеллектуального анализа данных стало
частью экономической стратегии многих компаний, которые стремятся привлечь новых
клиентов и сохранить старых. Опираясь на различные математические методы, такие
как нейронные сети, деревья решений, линейное программирование, нечеткая логика,
удается извлечь из различных, в том числе и очень больших, баз данных ранее
неизвестную и достоверную информацию, служащую основой для принятия решений.
Поэтому ИАД определяют также как метод поддержки принятия решений, основанный
на поиске и анализе зависимостей между данными [3].
Анализируя современное состояние экспертных и экспертно-информационных
систем, предназначенных для обработки данных, то их разработка сталкивается с
большими трудностями. «Интеллектуализация» компьютерной обработки первичной
информации об окружающей среде основывается, с одной стороны, на идеях и методах
конкретной области знания, для которой создается система обработки данных. С
другой стороны, в компьютерной системе обработки используются разнообразные
методы прикладной математики: математической статистики, теории решения
обратных задач и т.п. Соответственно при создании экспертных систем обработки
данных приходится учитывать, с одной стороны, методические и метрологические
особенности методик выполнения измерения, а с другой – априорные предположения и
ограничения математических алгоритмов обработки. Это предполагает участие в
разработке достаточно большого коллектива профессионалов: специалистов в
предметной области, математиков, программистов, и, как следствие, высокую
стоимость разработки. Поэтому при наличии огромного числа систем общего
назначения – пакетов для статистической обработки данных, электронных таблиц –
существует небольшое число экспертных систем, способных автоматически провести
весь цикл анализа данных.
Библиографический список:
Крапивин, В. Ф. Глобальные изменения окружающей среды: экоинформатика
[Текст] / В. Ф. Крапивин, К. Я. Кондратьев. – СПб.: Академия, 2002. – 274 с.
2.
Питулько, В. М. Экологическая экспертиза [Текст] / В.К. Донченко, В.М.
Питулько, В.В. Растоскуев – М.: Академия, 2006. – 480 с.
3.
Растоскуев, В.В. Экспертная система для обработки данных контроля
загрязнений атмосферы [Текст] / В.В. Растоскуев – СПб.: НИЦЭБ РАН, 1997. – 261 с.
1.
217
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 630.43:662.519.6
МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КРУПНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ НА
ОСНОВАНИИ ДАННЫХ КОСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ
Р.С. Акинфеев, М.В. Берестенькова, Г.А. Доррер, В.С. Коморовский,
Н.А. Терентьева, С.П. Якимов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Задача охраны лесов от пожаров является весьма актуальной во всем мире в
настоящее время. Так, в Российской Федерации по данным информационной системы
дистанционного мониторинга федерального агентства лесного хозяйства (ИСДМРослесхоз) за пожароопасные сезоны 2008 и 2009 годов произошло 35 337 пожаров,
огнем пройдено 15 565 510 га, в том числе 9 772 782 га покрытых лесом площадей.
Наиболее полная информация о лесопожарной обстановке на данный момент
содержится в ИСДМ-Рослесхоз. Эта информационная система существует и
развивается с 1995 года. Источниками информации представленной в ИСДМ-Рослесхоз
являются данные космического, авиационного и наземного мониторинга лесных
пожаров. Причем, ввиду обширности зон наблюдения, методы космического
мониторинга играют ведущую роль. В сборе данных участвуют спутники серий:
NOAA, TERRA, AQUA, SPOT, LANDSAT ETM+, МСУ-Э [1].
Наличие достоверного прогноза распространения и развития лесного пожара
позволяет оценить угрозу природной среде, объектам экономики и населенным
пунктам, принять необходимые меры по предотвращению ущерба, спланировать
работу противопожарных сил.
На кафедрах системотехники и информационных технологий СибГТУ с 2008
года ведется работа по разработке методик прогнозирования лесных пожаров и
созданию информационных систем, предназначенных для поддержки принятия
решений при борьбе с лесными пожарами и оценки эффективности мероприятий по их
тушению, как на стратегическом, так и на оперативно-тактическом уровне. Изначально,
заказчиком работы выступало ФГУ «Авиалесоохрана», в настоящее время к работе
проявляют интерес и региональные структуры МЧС РФ.
Целью данной работы является разработка надежных методов прогнозирования
крупных лесных пожаров в условиях ограниченности доступной информации и
создания информационных систем, пригодных для решения широкого круга задач в
области управления тушением лесных пожаров.
В ходе работы решаются следующие задачи:
1.
Разработка математической модели, на основе минимального признакового
пространства, описывающей динамику лесного пожара;
2.
Создание методики прогноза интегральных характеристик крупного лесного
пожара;
3.
Интерпретация результатов прогнозирования, т.е. создание методик расчета
скорости фронта лесного пожара, динамики его контура и дымового шлейфа и
построение контуров на картах местности;
4.
Оценка достоверности прогнозирования и погрешности расчетных методик;
218
5.
Разработка системы поддержки принятия решений (СППР) для оперативных
дежурных лесопожарных организаций
6.
Разработка автоматизированного рабочего места (АРМ) оперативного
дежурного лесопожарной охраны;
7.
Совершенствование и автоматизация систем сбора и обработки данных
лесопожарного мониторинга;
8.
Оценка
эффективности
тушения
лесных
пожаров
по
данным
аэрокосмического и наземного мониторинга;
9.
Интеграция разработанных моделей с ИСДМ-Рослесхоз.
В настоящее время достигнуты определенные результаты в решении поставленных
задач.
Исходные допущения
В первую очередь, была разработана простая модель, описывающая динамику
изменения площади лесного пожара. Основой методики является геометрический
подход к описанию динамики площади пожара, согласно ему пожар рассматривается в
виде подвижного множества на поверхности Земли. Динамика изменения площади
пожара определяется выражением
S(t)=k(t- t0)


где, t – текущее время, сутки; t0 – время возникновения пожара, сутки;  – показатель
динамики пожара; k – постоянный коэффициент имеющий размерность га/сутα. С
показателем  связано также изменение скорости фронта пожара: при  скорость
фронта пожара постоянна, при  эта скорость со временем уменьшается, а при
 скорость возрастает.
Показатель k имеет физический смысл – прирост площади пожара и поддается
прогнозированию. В силу различных причин, в первую очередь, ограниченности
информационной базы, основным методом прогнозирования были избраны
искусственные нейронные сети.
Нейросетевое прогнозирование параметров лесных пожаров
Для непосредственного прогнозирования интегральных характеристик пожара, с
использованием полученных математических моделей были применены нейронные
сети. На вход нейронной сети подаются данные, содержащиеся в ИСДМ-Рослесхоз, а
на выходе получается приблизительный прогноз среднесуточного прироста площади
пройденной огнём.
Ход типового эксперимента нейросетевого прогнозирования представлен
диаграммой деятельности в нотации UML (рисунок 1).
Наилучшие результаты показывают нейросети с конфигурациями
- 8 скрытых слоёв по 10 нейронов;
- 7 скрытых слоёв по 12 нейронов.
Процент достоверности, выдаваемых ими ответов, колеблется в пределах 82 – 97
%. Применение нейронных сетей без учителя оказалось в данном случае
малоэффективным.
219
Сбор
данных
Структуризация и
классификация данных
Формирование обучающей и
тестовой выборок
Рандомизация данных
обучающей выборки
Приведение данных в формат для
обработки нейроимитаторами
Выбор топологии и
конфигурации нейронной сети
Обучение
нейросети
Тестирование
нейросети
Анализ промежуточных
результатов
[ Процент достоверности
выдаваемых ответов низок ]
[ Процент достоверности
выдаваемых сетью
ответов достаточен ]
Анализ общих
результатов
Рисунок 1 – Алгоритм работы по обучению нейронных сетей
для прогнозирования площади лесных пожаров
Для оценки точности прогнозирования предполагается использовать фильтр
Калмана. Изначальная точность нейросетевого прогноза, заложенная в обучающую
выборку, составляет ±50 га [2, 3].
Расчет динамики лесного пожара по данным прогноза
Опираясь на результаты нейросетевого прогнозирования возможно рассчитать
скорость фронта пожара и динамику его контура. Для описания конфигурации пожара
вводятся постоянные множители, называемые индикатрисами скорости фронта.
Авторами используются два вида индикатрис, в зависимости от скорости ветра. При
скоростях, ≤3 м/с используется экспоненциальная индикатриса [4]:

=exp(
w(cos1)),
(2)
где, w – величина скорости ветра, м/с;

w коэффициент, зависящий от скорости ветра:
www; направление распространения (0≤≤2π).
При скоростях ветра w(0; 15)м/с используется эллиптическая индикатриса:
1 − e( w)
ξ (φ ) =
(3)
1 − e( w) cos(φ ) ,
где, e(w) – эксцентриситет эллипса, зависящий от скорости ветра.
При этом, учитывая исходную модель (1), скорость фронта пожара будет иметь
вид:
α k
v=
,
(4)
2 P( w)
где
π
P( w) = ∫ ξ 2 ( w, φ )dφ .
0
Опираясь на описанную методику, возможен также расчет динамики прироста
контура (периметра) пожара [5].
Вероятностно-множественное моделирование контуров лесных пожаров
220
Имея в своем распоряжении данные нейросетевого прогноза и методику расчета
динамических параметров лесного пожара, мы можем прогнозировать контуры лесного
пожара. Для решения этой задачи используется вероятностное направление в
моделировании распространения лесного пожара.
Распространение пожара в каждый дискретный момент времени моделируется в
пределах локальной окрестности горящих на этот момент точек территории, каждая
соотнесена определенной лесопирологической однородности. Для моделирования
используется набор вероятностей локального распространения, определяющих
вероятность распространения горения по каждому из восьми направлений из
рассматриваемой точки, и набор вероятностей воспламенения.
Можно выделить следующие этапы прогнозирования геометрической
конфигурации лесных пожаров:
1.
Из ИСДМ получить данные о начальном контуре горения, направлении и
скорости ветра, картографическую информацию;
2.
Рассчитать набор вероятностей локального распространения фронта
пожара, исходя из величины скорости ветра и скорости движения кромки пожара.
Эмпирическим путем получить набор вероятностей воспламенения для всех
однородностей на текущей карте.
3.
Имея в качестве начальных условий карту участка, очаг пожара, наборы
вероятностей распространения и воспламенения, итеративно по правилам
статистического моделирования вычислить N=100 реализаций случайного конечного
множества распространения горения в последовательные дискретные моменты
времени.
4.
Используя рассчитанные реализации, проводится их усреднение по
правилам среднемерного моделирования. Результат – среднемерный контур горения в
момент t и множественная дисперсия – возможные отклонения от него.
В настоящее время разработана программа, в которой, варьируя значения
входных
данных, можно моделировать типичные пространственные формы
распространения фронтов лесных пожаров. Еще одним возможным методом
построения контуров лесных пожаров является метод подвижных сеток. В настоящем
докладе он не рассматривается [6].
Оценка эффективности тушения лесных пожаров по данным
лесопожароного мониторинга
Предприняты исследования для решения задачи оценки эффективности тушения
лесных пожаров по данным мониторинга. Основная идея разрабатываемого метода
состоит в исследовании графика роста площади пожара. По перегибам на этом графике
можно судить о состоянии пожара. Предполагается использовать три основных
состояния: пожар развивается свободно, пожар тушат, пожар локализован. Состояние
2
t i .
пожара выбирается по второй производной площади пожара по времени Δ S
2
t i  положительны при свободном распространении пожара, становятся
Величины Δ S
отрицательными при тушении пожара и обращаются в нуль при его локализации. В
настоящее время ведутся работы по моделированию поведения пожара под
воздействием противопожарных сил и средств.
Выводы
Проведенные исследования и существующие практические разработки
позволяют сделать вывод о принципиальной возможности прогнозирования крупных
лесных пожаров по данным аэрокосмического и наземного мониторинга, расчета их
динамики и построения прогнозируемых контуров. На базе созданных методик
разрабатываются
прикладные
программные
средства,
которые
позволят
221
усовершенствовать и автоматизировать процесс сбора и обработки первичных данных
лесопожарного мониторинга, обеспечить процесс принятия решений при борьбе с
лесными пожарами на оперативном и стратегическом уровне, а также оценивать
эффективность деятельности противопожарных служб. Дальнейшие усилия
исследователей будут направлены на совершенствование предложенных методик,
уточнение технических требований к информационным системам и разработку
информационным системам.
Библиографический список:
1.
Информационная система дистанционного мониторинга федерального агентства
лесного хозяйства [электронный ресурс]. – Пушкино.: ФГУ Авиалесоохрана, 2010. –
Режим доступа: http://www.pushkino.aviales.ru/rus/main.sht
2.
Берестенькова, М. В. Применение нейронных сетей с учителем для
прогнозирования прироста площади лесного пожара на основе данных ИСДМРослесхоз / М. В. Берестенькова, Р. С. Акинфеев, В. С. Коморовский // Проблемы
информатизации региона. ПИР-2009: Мат. XI науч.-практ. конференции. – Красноярск,
2009. – С. 167-170.
3.
Акинфеев, Р. С. Оперативное прогнозирование параметров лесных пожаров в
условиях недостаточности и изменчивости состава исходных данных / Р. С. Акинфеев,
С. П. Якимов // Проблемы информатизации региона. ПИР-2009: Мат. XI науч.-практ.
конференции. – Красноярск, 2009. – С. 163-165.
4.
Доррер, Г.А. Динамика лесных пожаров [Текст] / Г.А. Доррер. – Новосибирск :
Изд-во СО РАН, 2008. – 404 с.
5.
Доррер, Г.А. Оценка параметров динамики лесных пожаров на основе данных
космического мониторинга [Текст] / Г. А. Доррер, В. С. Коморовский // Труды девятой
международной
коференции
по
финансово-актуарной
математике
и
эвентоконвергенции технологий. – Красноярск, 2010. – С. 131-135.
6.
Терентьева, Н.А. Вероятностно-множественное моделирование контура лесного
пожара по индикатрисе скорости его фронта /
Н.А.Терентьева, Г.А.Доррер,
Т.Н.Иванилова // Материалы VII Всероссийской конференции «Проектирование и
разработка информационных систем» – ГОУ ВПО «СибГТУ», 2009.- С.138-142.
УДК 621.833.1
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ ЗУБЧАТОЙ ПАРЫ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НАКАТНЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Е.В. Шумкова
рук. - к.т.н., доцент Н.А.Колбасина, к.т.н., доцент А.А. Иптышев
ГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
г. Красноярск
Рассматривается теоретический расчет кинематической погрешности зубчатых
цилиндрических передач с использованием графиков, формул и программного
продукта MSC.NASTRAN. Приводиться процентное сравнение результатов расчетов.
Развитие машиностроения в значительной степени определяется уровнем
совершенства передаточных механизмов, которые широко используются в различных
222
машинах и приборах. Из передаточных механизмов наиболее распространены зубчатые
передачи, так как они обладают жесткой кинематической связью между входным и
выходным звеньями и устойчивостью к высоким нагрузкам. Во всех случаях
проектирования, а особенно при проектировании механизмов, предназначенных для
летательных аппаратов, необходимо обеспечить высокую надежность и точность
передачи.
Действующие ГОСТы, регламентирующие параметры точности зубчатых колес,
не решают проблему управления качественными показателями зубчатых передач на
этапе проектирования. Современный уровень развития информационных технологий,
совершенствование расчетов конструкций методом конечных элементов позволяют
уточнить параметры, анализируя состояние элементов конструкции и оценивая
кинематические и динамические характеристики.
Основными факторами, влияющими на точность кинематических цепей с
зубчатыми колесами, являются зазоры в кинематических парах, погрешности
изготовления деталей и сборки механизма, а также силовые и температурные
деформации деталей.
Основная характеристика качества изготовления и сборки редукторных
приводов в условиях производства – соответствие расчетных и фактических значений
величин мертвого хода, состоящего из люфтового, складывающегося из погрешностей
отдельных пар, приведенных к одному звену, и упругого, создающегося угловой
деформацией рабочих участков валов, передающих крутящий момент. Кинематическая
погрешность передачи - разность между действительным и номинальным (расчетным)
углами поворота ведомого зубчатого колеса передачи. Выражается в линейных
величинах длиной дуги его делительной окружности[1].
Для исследования передачи с помощью MSC.NASTRAN была разработана
система препроцессинга геометрии накатного зуба в пакет SolidWorks в виде программы (
Рисунок 1).
Рисунок 1 - Интерфейс программы для передачи координат, описывающих
геометрию накатного зуба в SolidWorks на вкладке «Точки
из файла»
223
Входные данные:
файл, содержащий описание геометрии профиля накатываемой шестерни в виде
набора точек;
координаты центра накатываемой шестерни (оси) в глобальной системе
координат (в миллиметрах).
Эта программа позволяет построить трехмерную модель зубчатых колес в
пакете SolidWorks, откуда потом эти модели импортируются в MSC.NASTRAN для
исследования точностных характеристик (
Рисунок 2).
Рисунок 2 - Модель взаимодействия накатного и нарезного зубчатых колес
в MSC.Nastran
В результате кинематического расчета в MSN.Nastran для зубчатой пары были
получены значения люфтовой погрешности. Она составила 56′25′′. Сравниваем
значения (
Таблица 1).
Таблица 1 - Сравнение результатов расчета люфтовой погрешности передачи
Значения, полученные
с использованием графиков
56,64′
Значения,
полученные с помощью
формул
58,42′
Значения, полученные
с помощью
MSC.Nastran
56,25′
Расхождение составляет менее 5%, что свидетельствует о том, что полученная
расчетная модель в MSN.Nastran адекватна и может использоваться для дальнейших
расчетов.
Библиографический список:
1.
ГОСТ 9178-81 Передачи зубчатые цилиндрические мелкомодульные. – Дата
введ. 01.01.1982. – М.: Издательство стандартов, 1982. – 42 с.
2.
Иптышев, А.А. Проектирование прямозубых конических передач из условия
предотвращения заклинивания: дис. канд. техн. наук: 05.02.02 / Иптышев Андрей
Анатольевич. - Красноярск.: КГТУ.
224
3.
Колбасина, Н.А. Проектирование зубчатых передач из условия минимизации
кромочного взаимодействия зубьев: автореф. дис. канд. техн. наук / Колбасина Наталья
Анатольевна. – Красноярск.: политехн. ун-т, 2004.
УДК 004.9:351
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ
УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ТЕРРИТОРИЙ
Л.Ф. Ноженкова, В.В. Ничепорчук
Институт вычислительного моделирования СО РАН
г. Красноярск
Повышение безопасности жизнедеятельности человека, снижение природных и
техногенных рисков – одно из приоритетных направлений научных исследований в
России и за рубежом. Научные и организационные мероприятия, направленные на
достижение этой цели, имеют комплексный характер. Это установление приемлемых
нормативов рисков, идентификация опасностей, их мониторинг и прогнозирование,
работа по предупреждению, ликвидации чрезвычайных и кризисных ситуаций и многое
другое. В контексте данной работы под управлением безопасностью территорий будем
принимать следующие понятия:
−
мероприятия по обеспечению безопасности в чрезвычайных ситуациях (ЧС)
природного и техногенного характера;
−
мероприятия по повышению качества окружающей природной среды
(экологическая безопасность).
Данные аспекты тесно связаны между собой и рассматриваются как часть работ,
направленных на повышение качества жизни населения, обеспечения устойчивого
развития регионов [0].
Мероприятия по повышению безопасности территорий, проводимые на
различных уровнях управления (муниципальный, региональный, федеральный), имеют
свою специфику. По данным исследований, проведенных в ИВМ СО РАН, набольшей
эффективности управления мероприятиями можно достичь при построении единого
информационного пространства органов государственной власти всех уровней (в том
числе и органов управления МЧС РФ) [1]. Информационное пространство должно
включать средства распределенного сбора и анализа данных, системы моделирования и
прогнозирования обстановки, интеллектуальной поддержки территориального
управления.
На сегодняшний день построение единого информационного пространства
сводится, в основном, к техническому обеспечению Центров управления в кризисных
ситуациях. Вопросы автоматизации деятельности специалистов остаются на втором
плане. Это происходит по ряду причин, среди которых недостаточное понимание
руководством МЧС России и территориальных органов власти выгод от автоматизации
процессов управления предупреждением и ликвидацией ЧС, слабый уровень
подготовки персонала, непроработанность нормативно-правовой базы, излишняя
централизация процессов управления и ряд других.
В Институте вычислительного моделирования СО РАН работы по разработке
методического и программного обеспечения автоматизации управления в ЧС ведутся с
середины 1990-х годов. Системы, внедряемые в работу органов территориального
управления, позволяют комплексно решать задачи предупреждения и ликвидации ЧС,
225
кризисных ситуаций, пожаров, проводить оценку территориальных рисков.
Разработанные программные средства построены на основе интеграции современных
информационных технологий [3]. Перечислим основные из них:
- сбор данных на основе унификации разных платформ БД и программных средств;
- технологии ведения хранилищ данных;
- технологии работы с пространственными данными (ГИС);
- оперативный многомерный анализ данных (OLAP);
- технологии интеграции математических моделей оценки обстановки;
- технологии интеллектуальной поддержки принятия решений (экспертные системы).
Интеграция этих технологий в виде программных систем позволило решить
важнейшие задачи органов территориального управления, среди которых:
−
комплексный мониторинг, прогнозирование и предупреждение ЧС, контроль
состояния территорий (в том числе экологического), объектов повышенной опасности,
поддержание в постоянной готовности аварийно-спасательных формирований и
объектов защиты населения;
−
поддержку управления в области гражданской защиты населения и территорий
от ЧС, обеспечения пожарной безопасности;
−
управление процессами реагирования на ЧС, включая моделирование масштабов
и последствий ЧС, организацию защиты населения и территорий, формирование
необходимых документов по ЧС.
Примерами готовых программных систем, внедренных в работу органов
территориального управления являются Интеллектуальная система поддержки
оперативного управления ЭСПЛА-ПРО и OLAP-GIS мониторинга чрезвычайных
ситуаций на территориях Сибирского федерального округа.
Экспертная геоинформационная система ЭСПЛА-ПРО предназначена для
информационной поддержки принятия решений по предупреждению и ликвидации ЧС.
В оперативном режиме система моделирует обстановку, отображает зону ЧС на карте,
формирует рекомендации по проведению спасательных работ и отчеты по формам
МЧС. В повседневном режиме система проводит обработку результатов мониторинга и
анализ данных средствами геоинформационного моделирования и OLAP. Модуль
управления базами данных содержит функции поиска, фильтрации, импорта/экспорта
данных. Математические модели позволяют оценивать масштабы ЧС (химических
аварий, пожаров, паводков и др.). Экспертная система имеет редактор баз знаний для
построения и корректировки экспертных моделей, учитывающих особенности места
ЧС, времени, наличия сил и средств. Интерфейс ЭСПЛА-ПРО настраивается для
конкретных задач и позволяет подключать программные модули без изменения
системы.
Кроме того, средства распределенного сбора и первичного анализа данных
обеспечивают оперативный сбор данных по заданным формам с подчиненных органов
управления (отделы и управления по делам ГО и ЧС, муниципальные гарнизоны,
пожарные части).
Это необходимо для создания единого информационного
пространства органов управления Сибирского регионального центра МЧС РФ,
актуализации баз данных, контроля и оперативного анализа информации, включая
представление данных в Национальный ЦУКС МЧС РФ.
OLAP-GIS мониторинга чрезвычайных ситуаций на территории Сибирского
федерального округа разработана для проведения оперативного многомерного анализа
статистических баз данных мониторинга чрезвычайных ситуаций и чрезвычайных
происшествий и данных метеорологической обстановки на территории Сибирского
федерального округа с использованием справочников и классификаторов. Результаты
анализа данных могут быть представлены в виде таблиц со сложной структурой,
226
различного рода диаграмм и картограмм, а также сохранены в стандартных офисных
форматах. При расширении информационных ресурсов система может быть
использована при решении других аналитических задач.
В системе представлены данные по чрезвычайным ситуациям и чрезвычайным
происшествиям, зарегистрированным на территории СФО за 1999-2009 годы (более
16000 событий). Использование технологий OLAP и средств тематического
динамического картографирования позволяет оперативно получить аналитическую
информацию по территориям (субъект, муниципальное образование), времени,
количеству
событий,
погибшим,
пострадавшим,
материальному
ущербу.
Использование встроенного редактора аналитических моделей и классификатора
событий МЧС РФ позволяет строить аналитические модели и выборки любой тематики
и сложности. Тематические карты геоинформационной
системы позволяют
детализировать аналитическую информацию в удобном пользователю виде, а редактор
легенды – изменять вид карт и способ представления данных.
Внедрение средств сбора и анализа данных на муниципальном и субъектовом
уровне позволит поднять на более качественный уровень использование информации в
территориальных органах управления. Использование интеграции систем сбора
информации и оперативной поддержки управления значительно повысит
эффективность управления мероприятиями по предупреждению и ликвидации
чрезвычайных ситуациях различного характера.
Разработанные в ИВМ СО РАН технологии и программные средства имеют
универсальный характер и могут быть использованы при построении информационных
систем широкого спектра применения. Открытая архитектура базовой системы
ЭСПЛА-ПРО позволяет оперативно изменять не только информационные ресурсы
(таблицы, карты, знания), но и строить систему как совокупность программных
модулей в зависимости от решаемых задач.
Библиографический список:
1.
Шапарев Н.Я. Ресурсы Красноярского края в показателях устойчивого развития.
– Красноярск: Издательство КГПУ им. В.П. Астафьева, 2009. – 352 с.
2.
Ноженкова Л.Ф., Исаев С.В., Ничепорчук В.В., Евсюков А.А., Морозов Р.В.,
Марков А.А. Средства построения систем поддержки принятия решений по
предупреждению и ликвидации ЧС. Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций.
№4. М. 2008. С. 46-54.
3.
Ноженкова Л.Ф. Гибридные информационные технологии: направления
развития и применения // Вестник КрасГУ. – Красноярск: КрасГУ, 2004. – С. 99-106.
УДК 674.001.5
ПРИКЛАДНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЕТА ПОЛНЫХ
ФАКТОРНЫХ ПЛАНОВ ВТОРОГО ПОРЯДКА
А.А.Воробьев, И.Н.Спицын, Н.В. Вишуренко, Ю.А. Филиппов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
При проведении научных исследований в различных отраслях промышленности
и в частности в деревообработке необходимо составить математическую модель
анализируемого процесса, для получения которой используются стандартные методики
227
получения аналитической функциональной зависимости на основании полученных
значений проведенных экспериментов.
Наиболее распространенным способом обработки экспериментальных данных
являются полные факторные планы, базирующиеся на методе наименьших квадратов.
Разработанная прикладная программа «QUADR_PFP», написанная на языке
программирования Delphi позволяет получать уравнения регрессии для двух, трех,
четырех и пяти факторных экспериментов, используя методику описанную в [1] с
проверкой однородности дисперсий, исключения незначимых коэффициентов и
последующий пересчет этих коэффициентов, а также проверка адекватности
полученной модели с последующей оптимизацией полученной математической модели
по разработанному алгоритму.
Общий вид получаемого уравнения регрессии
k
k
y = b0 + ∑ bi xi + ∑ bii xi2 +
i =1
i =1
k
∑b
i < j =1
ij
xi x j
(1)
где, b0 - свободный член;
bi xi - линейные коэффициенты уравнения;
bii xi2 - квадратичные коэффициенты;
bij xi x j - парные взаимодействия факторов.
Получения коэффициентов уравнения производится матричным методом по
формуле [1]
,
(2)
где, – матрица базисных функций, столбцы которой соответствуют коэффициентам
получаемого уравнения;
- вектор выходных параметров полученный из среднеарифметических значений
дублированных экспериментов.
Укрупненный алгоритм программы представлен на рисунке 1.
Оптимизация полученного уравнения регрессии осуществляется по алгоритму,
представленному на рисунке 2, методом перебора с задаваемым в программе шагом.
Общая целевая функция оптимизации имеет вид
,
где,
(3)
– выходная функция значений;
– входные факторы плана в нормализованной форме;
Ограничения по оптимизации уравнения
,
228
(4)
Рисунок 1 – Укрупненный алгоритм прикладной программы «QUADR_PFP»
229
Рисунок 2 – Блок-схема алгоритма оптимизации уравнения
Библиографический список:
1. Пижурин А.А. Исследования процессов деревообработки [Текст] / А.А. Пижурин,
М.С. Розенблит. – М.: Лесная промышленность, 1984. – 232с.
230
УДК 004.728.4
БЕСПРОВОДНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ СЕТИ
П.А.Кузнецов
рук. – доцент В.Н.Тюрин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Существует много объектов автоматизации, где сложно обойтись без
беспроводных сетей или где их применение явно желательно:
- датчики и исполнительные устройства на подвижных частях технических объектов, а
также датчики на теле человека и животных;
- объекты, в которых нежелательно сверлить стены или портить дизайн, например
офисные здания, в которых устанавливаются пожарная и охранная сигнализация,
музеи, памятники архитектуры
- системы, предполагающие дистанционное считывание показаний счётчиков и
самописцев;
- объекты с агрессивными средами, вибрацией;
- объекты во взрывоопасных зонах.
В промышленной автоматизации наибольшее распространение получили три типа
беспроводных сетей: ZigBee на основе стандарта IEEE 802.15.4 и Wi-Fi на основе
стандарта IEEE 802.11. Физические уровни модели OSI для этих сетей основаны на
соответствующих стандартах IEEE, а протоколы верхних уровней разработаны и
поддерживаются организациями Bluetooth, ZigBee и Wi-Fi соответственно. Все три сети
используют нелиценцзируемый диапазон ISM (Industrial, Scientific, and Medical) 2,4
ГГц, позволяющий разместить множество передатчиков. с
Хотя с точки зрения требований к промышленным сетям беспроводные сети
уступают проводным по ряду характеристик:
- времени доставки сообщений – используемый механизм случайного доступа к каналу
CSMA/CA не гарантирует доставку в заранее известное время;
- помехозащищённости – беспроводные
сети
подвержены
влиянию
электромагнитных помех значительно сильнее, чем проводные;
- надёжности связи – при несвоевременной смене батарей питания, изменении
расположения узлов сети или появлении объектов, вносящих затухание, отражение,
преломление или рассеяние радиоволн, связь может исчезнуть;
- безопасности – возможность утечки информации, возможность незаметного управления технологическим процессом;
- влиянию интерференции волн;
- электропитанию беспроводных сетей.
Однако, уникальным достоинством беспроводных сетей является отсутствие
кабелей, что и определяет выбор областей их применения в системах промышленной
автоматизации.
Также достоинством является возможность адресации кадра многим адресатам и
большой возможный объём передачи данных, что убедительно показывает структура
фреймов IEEE 802.15.4 и IEEE 802.11
Структура фреймов IEEE 802.15.4 была спроектирована по критерию
минимальной сложности. Фрейм данных (рисунок 1) начинается с преамбулы, которая
совместно с полем «Старт» служит для синхронизации данных в приёмнике. Поле
«Длина» содержит длину поля МАС-подуровня в 8-битовых байтах (октетах). Поле
«Управление» содержит служебную информацию об управлении фреймами, поле
231
«Номер» — порядковый номер данных, поле «Адрес» — адресную информацию, поле
«Данные» — N байт передаваемой информации. Завершается фрейм полем
контрольной суммы КС.
Поля MAC-подуровня
Преамбула
4 байта
Старт
1 байт
Длина
1 байт
Управление Номер
Адрес
Данные
КС
2 байта
1 байт 4-20 байт N байтов 2 байта
Рисунок 1 – Структура фрейма IEEE 802.15.4
Многобайтовый адрес позволяет назначить множество адресатов.
Теперь рассмотрим стандарт Wi-Fi и IEEE 802.11. Основное назначение
технологии Wi-Fi (Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — беспроводное
расширение сетей Ethernet.
Преамбула
Заголовок PLCP
Синхронизация
Старт
PLW
Скорость
80 бит
16 бит
4 бит
4 бит
КС
MAC-фрейм
(PSDU)
Рисунок 2 - Структура фрейма IEEE 802.11
Таблица 1- Cравнение трёх ведущих беспроводных технологий
Дальность
Bluetooth/IEEE
802.15.1
10 (50-100) м
ZigBee/IEEE
802.15.4
10 м
Скорость передачи
723 кбит/с
250 кбит/с
8
245
Не ограниченно
10 мВт
50 мВт
Характеристика
Максимальное количество
участников сети
Потребляемая мощность
Wi-Fi/IEEE 802.11
100 м
1...2 Мбит/с, до 54
Мбит/с
Продолжительность работы
от двух батарей АА
–
Цена/сложность
10
1 мВт
6 месяцев в
режиме
ожидания
1
Повторная передача
Есть
Есть
Основное назначение
Связь
периферии с
компьютером
20
DCF – нет; PCF –
есть
Беспроводные
сети датчиков
Беспроводное
расширение Ethernet
–
Wi-Fi разработан консорциумом Wi-Fi на базе серии стандартов IEEE 802.11
(1997 год) который и создаёт прикладные спецификации для воплощения стандарта WiFi в жизнь. Несмотря на то, что стандарт был ратифицирован ещё в 1997 году, сети WiFi получили широкое распространение только в последние годы.
232
Основное назначение физических уровней — обеспечение интерфейса с
беспроводной средой передачи (с эфиром), а также оценка состояния эфира и взаимодействие с подуровнем MAC.
Физический уровень состоит из двух подуровней: PLCP и PMD.
1. PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) выполняет процедуру отображения
PDU. Эта процедура выполняет передачу, обнаружение несущей и приём сигнала.
2. PMD (Physical Medium Dependent) — подуровень, зависящий от среды передачи
данных.
Библиографический список:
1.
Денисенко, В.В. Компьютерное управление технологическим процессом,
экспериментом, оборудованием. [Текст]/ В.В. Денисенко. – М.: Горячая линия –
телеком, 2008. – 608 с.
2.
Рошан, П., Лиэри Ж. Основы построения беспроводных локальных сетей
стандарта 802.11. [Текст]/ П. Рошан. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. – 304 с.
3.
Hac, A. Wireless Sensor Network Designs. [Текст]/ A. Нас. Ltd: – John Wiley &
Sons, 2004. – 391р.
УДК 681.5
РАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО
КОМПЛЕКСА ПО ДИСЦИПЛИНЕ ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ
А.А. Балабко
рук. - доцент Г.И. Чмых
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Для обеспечения дистанционной технологии обучения (ДТО) весьма актуальной
является задача разработки современных электронных средств обучения (учебников
(ЭУ), практикумов и пр.), которые бы обладали несомненными преимуществами по
сравнению с традиционными. Ведь под ЭУ подчас понимают электронную копию
обычного учебника, в лучшем случае хорошо структурированную.
Представляемый электронный учебно-методический комплекс (ЭУМКД) по
дисциплине «Теория автоматического управления» разработан на основе пакета
Microsoft Office FrontPage 2003, который занимает мало места на диске, оснащен
элементами анимации и представлен одним файлом.
В состав ЭУМКД входят теоретические и практические материалы, средства
контроля знаний и умений.
Для эффективного восприятия лекционного материала он оснащен элементами
анимации, ссылками на терминологический словарь и на внешние приложения,
разработанные с помощью других программных средств. Практикум содержит
описание решений типовых примеров по темам лекций и варианты заданий, ссылки на
соответствующий лекционный материал. Тестовая система предусматривает режимы
самоконтроля и тестирования. Данный ЭУ разработан с помощью программы Microsoft
Office FrontPage 2003. Такой выбор позволил представить его одним достаточно
небольшим файлом.
Для создания анимации использовался Macromedia Flash 8- мультимедийная
платформа, применяемая для векторной анимации и интерактивных приложений.
233
Позволяет работать с векторной, растровой и ограниченно с трёхмерной графикой,
стандартным расширением для скомпилированных Flash-файлов (анимации, игр и
интерактивных приложений), является .SWF ((Shockwave Flash) или Small Web Format).
Для создания тестов использовалась программа easyQuizzy 1.8
Генератор и редактор тестов знаний являются независимыми exe-файлами.
Созданные файлы тестов в дальнейшем могут быть запущены на любом компьютере
под управлением Windows без установки дополнительных программ. В easyQuizzy
можно совмещать вопросы трех типов: одиночный выбор правильного ответа из списка
предложенных, множественный выбор или ввод ответа с клавиатуры. Каждый вопрос
или вариант ответа может содержать текст, рисунки, математические формулы и
специальные символы. Создаваемые тесты могут по желанию автора показывать
подробный отчет по вопросам и ответам в конце тестирования. Отчет затем можно
сохранить в файл или распечатать с предварительным просмотром. Настраивается
время тестирования, время принудительного удержания результатов теста на экране,
последовательность задания вопросов и предлагаемых ответов, система оценивания.
Поддерживается защита тестов от редактирования с помощью пароля.
Список прикладных программ используемых при создании ЭУМКД по «Теории
автоматического управления»:
Adobe Photoshop CS3 – создание графики,
Macromedia Flash 8.0 - создание анимации,
Easy GIF Animator- создание анимации,
Microsoft Office:
FrontPage 2003 – создание интерфейса,
Excel 2007 – построение графиков,
Word 2007 – работа с текстовыми документами,
PowerPoint 2007 –разработка презентаций,
Mathcad 13 – построение графиков.
VisSim – построение графиков.
Библиографический список:
1.
Ким, Д.П. Теория автоматического управления [текст] учеб. пособ. Для
студентов вузов Т.1 Линейные системы /Д.П. Ким. – М. Физматлит, 2003,- 288с.
2.
Осин , А.В. Мультимедиа в образовании [текст]/ А.В. Осин, - М.: Агентство
«Издательский сервис», 2004,- 320 с.
УДК 004.732:624.315.2
ВЫБОР КАБЕЛЯ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ
В.Н. Егоров -Мосолов
рук. доцент В.Н.Тюрин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
При проектировании локальных цифровых промышленных сетей разработчики
часто решают проблему выбора такой физической среды передачи данных, которая бы
полностью отвечала требованиям по качеству, надежности и экономичности передачи
сигналов.
234
Принимая во внимание тот факт, что в последние годы широко внедряются ЦПС
использующие стандарт интерфейса RS–485, то проблема выбора среды сводится к
выбору кабеля для этого интерфейса.
Основными параметрами, определяющими критерии выбора кабеля, являются:
- скорость обмена, определяемая длительностью бита (Tb);
- уровень информационного сигнала на входе приемника;
- отношение длительности переднего фронта к длительности информационного бита
(tr/Tb) в точке подключения наиболее удаленного приемника;
- максимально допустимый уровень искажений сигнала;
- максимальная протяженность линии связи.
Длительность бита (Tb) определяется минимальным интервалом времени
между переходами передаваемых двоичных состояний.
Уровень сигнала, присутствующий на входе приемника, должен быть не менее
порога чувствительности микросхемы приемо-передатчика и выбираться с запасом в
зависимости от интенсивности помех, допустимых ошибок, допустимого уровня
искажений сигнала на входе приемника.
Искажения сигнала определяются его временным сдвигом относительно
положения при передаче в идеальных условиях. Количественно искажения выражаются
в процентах от полной длительности информационного бита.
Расчет параметров кабеля
1.
Руководствуясь видом технологического процесса, задаем цикл контроллера.
2.
Исходя из физического расположения технологического и сетевого
оборудования, определяем длину кабеля (L м) сети.
3.
Зная L и учитывая время двойного оборота сигнала по кабелю, определяем
скорость обмена данными (С бит/с), обеспечивающую заданный цикл контроллера
(скорость распространения электрического сигнала по кабелю принять равной 0,7
скорости света).
4.
Исходя из вычисленной скорости обмена, определяем длительность
информационного бита Tb = 1/C, где C − скорость обмена.
5.
Задаем минимальное напряжение сигнала на входе самого удаленного
приемника (U0 = 0,2В).
6.
Задаем
максимальный
допустимый
уровень
искажений
сигнала (δ = 4÷12%) на входе самого удаленного приемника.
7.
Допустимое значение омического сопротивления кабеля длиной L
R1 =
RC × (U min − U 0 )
,
U0
где,
Rl − полное омическое сопротивление кабеля длиной L;
Rc − сопротивление согласующего резистора равное, волновому сопротивлению
кабеля (примем Zk = 150 ом);
Umin − напряжение сигнала на выходе формирователя;
8.
Вычисляем погонное сопротивление кабеля: rk = Rl/L, ,
где rk − погонное сопротивление кабеля.
9.
По справочнику выбираем кабель с принятым Rc, а погонным − не более
вычисленного сопротивления в п. 8.
10.
Вычисляем длительность переднего фронта импульса (время нарастания сигнала
от 10% до 90% его максимального уровня), учитывая параметры выбранного кабеля
t r = 2,2 × Rэкв × C k × L ,
где, tr − длительность переднего фронта сигнала на входе самого
удаленного приемника (время нарастания сигнала от 10% до 90%);
235
Ck − погонная емкость кабеля;
Rэкв − эквивалентное активное сопротивление нагрузки равное:
Rэкв = Lrk* +
1
n
2
+
Rвх RC
≈ ZK
,
где, rk* − погонное сопротивление выбранного кабеля;
L − общая протяженность кабеля;
Rвх − входное сопротивление приемника;
Rc − сопротивление согласующего резистора = Zk;
n − количество приемников, подключаемых к кабелю;
Zk − волновое сопротивление кабеля.
11. Определяем величину отношения длительности переднего фронта импульса к
длительности всего информационного бита Тс = tr/Tb.
o
По заданному U0 и вычисленному Тс, из графиков на рисунке 1 устанавливаем
реальное значение уровня искажений сигнала (δр%).
13.
Если полученный уровень искажений превышает допустимый, согласно п. 6,
повторяем расчет, выбрав кабель с другими параметрами. При этом кабель должен
иметь меньшие значения погонного сопротивления и погонной емкости, чем
выбранный в п.8.
Если не удается выбрать кабель с лучшими параметрами, следует снизить
значение скорости обмена либо сократить протяженность линии связи.
δ,%
22
U0=0,5B
20
18
16
U0=1,0B
14
12
U0=0,7B
10
8
6
4
2
Tс
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Рисунок 1 − График зависимости уровня искажений сигнала
на входе приемника
Графики, приведенные на рисунке 11, построены исходя из предположения, что
формирователь имеет максимально допустимую степень асимметрии выхода, приемник
236
обладает наихудшей допустимой чувствительностью, а фронты информационных
сигналов имеют форму, близкую к обратной экспоненте.
Библиографический список:
1
Кузнецов, Р.Г. Кабели для современных сетей промышленной автоматизации.
[Текст]/ Р.Г.Кузнецов. //Автоматизация в промышленности. – 2005.– №9.–С. 90–94.
2
Щербо, В.К. Стандарты по локальным вычислительным сетям. Справочник.
[Текст] / В.К. Щербо. – М.: Радио и связь, 1998. − 304с.
3
Локотков, А.П. Интерфейсы последовательной передачи данных. Стандарты RS422/RS-485. [Текст]//Современные технологии автоматизации. – 1997.– №9.–С. 110-115.
УДК 004
СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В ПРОФОРИЕНТАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВУЗА
(НА ПРИМЕРЕ ЛФ СИБГТУ)
П.П. Власов, А.А. Кохна
рук. – ст. преподаватель Ю. А. Безруких
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Лесосибирский филиал
г. Лесосибирск
В настоящее время многие вузы сталкиваются с проблемой набора студентов,
как количественно, так и качественно. На данную проблему влияют определённые
факторы. В 1990-е годы был резкий спад рождаемости и на данные годы приходится
гораздо меньше потенциальных студентов, чем на предыдущие годы. Это отчётливо
подтверждают данные статистики. Поэтому набор студентов является на сегодня
проблемой для многих вузов нашей страны, в том числе и нашего филиала. На наш
взгляд данная проблема кроется в не осведомлённости будущего абитуриента и
студента о Лф СибГТУ. Потенциальный студент не знает, как укомплектован филиал,
каков процесс обучения, какие мероприятия проводятся. Многие люди, формируют
своё мнение, основываясь на том, что поскольку город провинциальный, значит и
даваемые знания на том же уровне и, что гораздо престижнее и, что очень спорно, для
получения большего объёма и качества знаний лучше учиться в более крупном городе
и ВУЗе.
Качество знаний зависит от наличия современной, актуальной научной и другой
информации, а также от усердия, работоспособности самого студента. Сегодня с
помощью различных средств связи и коммуникации человек, живущий в глубинке
может в режиме реального времени быть в курсе событий происходящих за тысячи
километров от него, иметь доступ к электронной учебной литературе, аналитическим
журналам, газетам, конференциям и т.д. Следовательно, все зависит лишь от стараний
студента добыть информацию.
В своей работе мы попытаемся показать, что современные школьники и
студенты относятся к «информационному обществу», и поэтому нужно менять
подходы к профориентационной работе вуза, менять каналы взаимодействия с
потенциальными студентами. На наш взгляд в настоящее время нужно уделять
большое внимание информационным технологиям, поскольку человечество уже в
большинстве своём носит ярлык «информационное общество».
237
Для доказательства того, что современные абитуриенты являются
информационным обществом, мы провели статистические исследование, в котором
приняло участие 100 студентов ЛФ СибГТУ. Работа показала, что основными
источниками информации у студентов является Интернет – 34 %, газеты и журналы –
27 % и телевидение – 27 %. Более трети студентов указали Интернет основным
источник информации, причем
34 % опрошенных студентов проводят в нем от
часа до трех часов в день, 28 % больше трех часов, 24 % от тридцати минут до часа и
только 14 % меньше тридцати минут. Общением в социальных сетях занимаются 46 %
опрошенных пользователей интернета, 30 % читают новости, блоги и т.д. Учетную
запись в социальной сети «вконтакте» имеют 51 % опрошенных, в социальной сети
«Мой мир» - 33 %, 11% зарегистрированы в «Одноклассниках». В социальных сетях 30
% опрошенных проводят от 30 минут до часа, 30 % - больше трех часов и 22 % - от
часа до трех.
При поступлении в филиал основными источниками информации для них были
листовки, друзья и различные профориентационные мероприятия и официальные
сайты, причем о ЛФ СибГТУ больше всего студенты узнавали от друзей (31 %
опрошенных), из листовок (25 % опрошенных) и на различных профориентационных
мероприятиях (19 % опрошенных). Основными причинами поступления у студентов в
ЛФ СибГТУ были близость дома (47 % опрошенных), высокий уровень обучения (29 %
опрошенных) и финансовая доступность обучения (12% опрошенных).
Подытожив, можно сказать, что проведённое исследование показало, что у
современного общества, огромный кусок времени занимает пребывание в глобальной
сети Интернет. Оттуда они узнают различные события, новости, общаются друг с
другом, черпают информацию. Но между тем, выявлено, что официальный сайт
ЛфСибГТУ требует доработки. Очевидно, что нельзя пренебрегать таким большим
полем, и столь значимым сегодня в нашей с вами жизни инструментом, как интернет, в
частности социальные сети.
В своей работе мы хотим предложить мероприятия по улучшению
профориентационной работы филиала. Данные мероприятия позволят привлечь
дополнительных студентов в наш университет. Дадут возможность будущему студенту
следить за информационными процессами в ЛфСибГТУ, а также студентам, которые
уже в нём обучаются. Предлагаемые мероприятия должны благотворно повлиять на
профориентационную работу.
Предлагается создать официальную группу Лф СибГТУ «Вконтакте», где будет
представлена основная информация об филиале, а также будет вестись мини – блог, как
студентами, так и преподавателями, публиковаться различная информация о жизни
вуза, также будет выкладываться видео с прошедших праздников, выступлений и
конференций. На наш взгляд это очень важно, так как будущий студент сможет
заходить и воочию понаблюдать за частью учебного процесса университета. Одно из
преимуществ социальной сети «Вконтакте», это практически отсутствие затрат.
Следить за ним и обновлять информацию могут лаборанты на кафедрах и сами
студенты.
В настоящее время ведётся работа над разработкой новой оболочки для
официального сайта филиала. Важно, чтобы на сайте была всегда актуальная
информация, а также какие-то новости и отчёты с прошедших мероприятий, а также
которые планируются в будущем.
Блог (англ. blog, от «web log», «сетевой журнал или дневник событ
, отсортированные в обратном хронологическом порядке
238
(последняя запись сверху). Отличия блога от традиционного дневника
обусловливаются средой: блоги обычно публичны и предполагают сторонних
читателей, которые могут вступить в публичную полемику с автором (в комментарии к
блогозаписи или своих блогах). Наиболее известные блог сети это Живой журнал
(Livejournal.com), Лайв интернет (liveinternet.ru) и десятки других включая блог
сервисы от яндекса, мейл.ру и далее по списку. Аудитории уже сейчас везде меряются
сотнями тысяч.
Мы предлагаем, чтобы преподаватели вели собственные блоги, адреса которых
будут доступны либо на официальном сайте, либо в социальной сети «Вконтакте».
Очень важно их вести для создания тёплой и дружеской атмосферы. В завершении
нашей работы хотелось бы сказать, что все сервисы легко воплотить в жизнь.
Библиографический список:
1.
Осадин, Б. Регионы в Интернете [Текст] / Б. Осадин // Туризм: Практика,
проблемы, перспективы: Профессиональный журнал. - 2003. - №1.-С.50-52
2.
Мозолин, В. П. Информация и право [Текст] / В. П. Мозолин,
Ю. В.
Петровичев // Журнал российского права. – 2004 - №8 – С. 24-29.
УДК 681.324
ПРИМЕНЕНИЕ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ПРИ СОЗДАНИИ САЙТА ЛФ СИБГТУ
О.Ф. Карукова, И.С. Ившин, Ю.Р. Юнусова
рук. – к.т.н., доцент П.А. Егармин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Лесосибирский филиал
г. Лесосибирск
Наверное, сейчас не существуют людей, которые не знают что такое баннеры,
однако вывеска на улице – это одно, а flash-баннер на собственном сайте – это уже
совсем другое. Сегодня разработка flash баннеров все чаще требуется для проведения
различных рекламных компаний во всемирной паутине, и благодаря эффективным и
оригинальным решениям веб-разработчиков у сайтов повышаются рейтинги
популярности.
Создание flash-баннера – это и творчество, и целая наука, ведь постоянно
мелькающие картинки, анимированные и статические, могут мешать пользователю.
Поэтому чем интересней и оригинальней будет flash-баннер, тем больше шансов на
успех мы будете иметь.
Наш филиал имеет собственный web-сайт в сети Интернет, однако мы считаем,
что он не достаточно привлекателен для пользователей, многие из которых являются
потенциальными абитуриентами. Поэтому нами была поставлена цель: используя
современные мультимедийные технологии внести изменения в структуру сайта Лф
СибГТУ.
При разработке flash-баннеров было использовано специализированное
программное обеспечение:
−
Macromedia Flash 8 Portable;
−
Adobe Flash CS4 Professional.
239
В процессе работы были изучены обучающие видео курсы и электронные
учебники по созданию flash-анимации [1, 2].
В результате работы были сделаны баннеры для:
−
раздела сайта “приемная комиссия”, с целью привлечения потенциальных
абитуриентов;
−
разделов “студенческая жизнь” и “студенческий профсоюз”;
−
центра дополнительного профессионального образования.
Все баннеры размещены в тестовом режиме на локальном сайте
Лф СибГТУ и впоследствии будут включены в структуру сайта в глобальной сети
(рисунок 1). В результате проведенной работы мы надеемся привлечь больше гостей на
наш сайт и надеемся, что внесенные изменения повлияют на правильный выбор
абитуриентов, и они будут поступать в наш университет.
Рисунок 1 – Flash-баннер “Студенческая жизнь”
Библиографический список:
1.
Виртуальная школа web-мастерства [Электронный ресурс]/Режим доступа:
http://www.webfocus.ru
2.
Видеоуроки
Flash
[Электронный
ресурс]/Режим
доступа:
http://www.allmoments.clubprofi.ru
УДК 681.3.06 + 303.621.3
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА АНКЕТИРОВАНИЯ СОТРУДНИКОВ
И СТУДЕНТОВ ЛЕСОСИБИРСКОГО ФИЛИАЛА СИБГТУ
Е.В. Раменская, А.А. Медведева
рук. – к.т.н. доцент П.А. Егармин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Лесосибирский филиал
г. Лесосибирск
Компьютерные технологии применяются во всех областях деятельности
человека и определяют прогресс развития современного общества. Использование их в
практике повышает работоспособность людей и результативность их труда.
Информатизация сферы образования сопровождается интенсивным внедрением
информационных технологий, основанных на применении компьютеров. Среди таких
технологий важное место принадлежит созданию программных продуктов по вводу и
статистической обработке данных. Одной из разновидностей данных продуктов
является компьютерное анкетирование.
Анкетирование - это метод получения информации путем письменных ответов
респондентов на систему стандартизированных вопросов [1]. Современные
240
компьютерные системы намного упрощают процессы проведения и обработки
анкетирования.
В Лесосибирском филиале СибГТУ в учебном процессе используются:
- анкетирование сотрудников по вопросам удовлетворенности организации учебного
процесса;
- анкетирование абитуриентов;
- психологическое анкетирование, направленное на выявление адаптации студентов к
учебному процессу;
- анкетирование сотрудников и преподавателей по оценке системы качества вуза;
- анкетирование студентов по воспитательной работе.
Как правило, анкетирование в нашем вузе осуществляется в бумажном виде, что
является очень энергоемким и требует долговременную обработку результатов. В
учебном процессе филиала используется система тестирования AST, которая позволяет
осуществлять контроль знаний, но для проведения анкетирования она использоваться
не может. Учитывая это, нами была поставлена следующая цель: рассмотреть
возможность использования системы автоматизации анкетирования в учебном
процессе Лф СибГТУ. В соответствии с целью, нами были поставлены следующие
задачи:
−
ознакомиться с понятием анкетирования, методами и способами анкетирования;
−
выполнить обзор программных средств по проведению анкетирования;
−
cделать выбор оптимальной системы анкетирования, для использования в Лф
СибГТУ.
В ходе работы мы рассмотрели следующие программные средства: Поzнание
3.0, Аттестация 2.2, TestOfficePro, VeralTest.
В результате сравнительного анализа было выявлено, что программная оболочка
Поzнание 3.0 наиболее полно соответствует задачам филиала при проведении
анкетирования.
Программа Поzнание 3.0 позволяет проводить [2]:
−
анкеты (выявление предпочтений, все ответы правильные, результаты
оцениваются);
−
интервью (сбор информации, все ответы правильные, результаты фиксируются,
но не оцениваются).
Поzнание 3.0состоит из 4 основных программ:
−
конструктор (создание опросов);
−
экзаменатор ( проведение опроса);
−
аналитик ( обработка результатов);
−
администратор(обеспечение работы в локальной сети).
Результаты могут быть представлены с помощью операций группировки,
сортировки, фильтрации. Возможен экспорт результатов в Excel, формирование
отчетов, печать (рисунок 1).
241
Рисунок 1 – Представление результатов в Поzнание 3.0
Рассмотренная нами система Поzнание 3.0 может использоваться для
проведения всех видов анкетирования в филиале и рекомендуется руководству для
приобретения.
Библиографический список:
1.
Никандров В. В. Вербально-коммуникативные методы в психологии. Метод
анкетирования СПб.: Речь, 2002
2.
Зн@ние - система компьютерной подготовки [Электронный ресурс]/Режим
доступа: http://www.znanie.net/index.html
УДК 519.6
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЛГОРИТМА
МУРАВЬИНЫХ КОЛОНИЙ
О. Е. Семенкина
рук.- д.т.н., профессор Е. С. Семенкин
ГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
г. Красноярск
Муравьиный алгоритм основан на имитации поведения муравьев в природе [1].
Почти слепые животные, такие как муравьи, справляются с задачей отыскания
кратчайшего пути от гнезда до источника пищи. Для обмена информацией они
используют след фермента, оставленный на пути. Муравей с большей вероятностью
выбирает тот путь, на котором большее количество фермента. Чем больше муравьев
прошло данным путем, тем более притягательным он становится для следующих.
Для разработки и исследования эффективности алгоритма была использована
широко известная задача коммивояжера [2]. Если имеется заданное множество из n
городов, то задача коммивояжера – это задача нахождения замкнутого обхода
минимальной длины, причем каждый город должен быть посещен единственный раз.
Обозначим через dij длину пути между городами i и j. Пусть m - общее
количество муравьев. Для того чтобы муравей делал только допустимый выбор,
переходы в уже посещенные города запрещены до тех пор, пока обход не будет
242
завершен полностью (это контролируется с помощью списка табу). Когда получен
полный обход муравей оставляет вещество, называемое след, на каждом пройденном
ребре (i, j).
Пусть τij(t) это интенсивность следа на ребре (i, j) в момент времени t. Каждый
муравей в момент времени t выбирает следующий город, где он будет находится в
момент t+1. Поэтому, если мы назовем итерацией алгоритма m ходов, выполненных m
муравьями в течение интервала времени (t, t+1), то через каждые n итераций алгоритма
(которые мы будем называть циклом) каждый муравей завершит полный обход. В этот
момент интенсивность следа обновляется в соответствии с формулой τij(t+n)=ρ⋅τij(t)+∆τij,
где ρ является коэффициентом таким, что (1-ρ) представляет собой испарение следа в
m
период между моментами времени t и t+n. ∆τij = ∑ ∆τ kij , где ∆τ kij есть количество
k =1
вещества следа, оставленного на единице длины ребра (i, j) k-м муравьем в интервале
времени между t и t+n; оно задается формулой
Q
 L , если k - й муравей использует ребро (i, j) в своем обходе
k  k
∆τ ij = 
(между моментами времени t и t + n),

0, если не использует,
где, Q является постоянной, а Lk - длина обхода k-го муравья.
Коэффициент ρ должен иметь значение меньше 1 для того, чтобы исключить
неограниченное накопление следа.
Для того, чтобы удовлетворить ограничение, что муравей должен посетить все n
различных городов, мы ставим в соответствие каждому муравью список табу, который
хранит города, которые уже были посещены до момента времени t, и запрещает муравью
посещать такие города до того, как будут выполнены n итераций полного обхода. Когда
обход будет полностью завершен, список табу используется для вычисления длины
пути, пройденного муравьем. После этого список табу очищается, и муравей снова
может выбирать города для посещения. Обозначим через tabuk динамически
увеличивающийся вектор, который содержит список табу k-го муравья, tabuk множество, полученное из элементов вектора tabuk.
Пусть число ηij, равное 1/dij, называется видимостью. Это число не изменяется в
течение работы алгоритма.
Вероятность перехода из города i в город j для k-го муравья выражается следующим
образом
[
] [ ]
 τ (t ) α ⋅ η β
ij
ij


α
β , если j ∈ allowed k ,
p ijk =  ∑ [τ ik ( t )] ⋅ [ηik ]
 k∈allowed k

0 ,
если j ∉ allowed k
где, allowedk = {N - tabuk} и где α и β являются параметрами, которые управляют
относительной важностью следа и видимости. Поэтому значения вероятности перехода
задаются через взаимный обмен между видимостью и интенсивностью следа в момент
времени t.
В данной работе проводилось исследование эффективности алгоритма в
зависимости от различного выбора параметров α, β, Q и ρ.
243
На решетке 5х5 городов, с заданным количеством циклов - 50, муравьев – 25,
были получены следующие результаты.
Таблица 1
α=0
α=0.5
α=1
α=2
α=5
β=0
0
0
0
0
0
β=1
0
0
0
0
0
β=2
0
0
23
29
3
β=5
3
65
84
82
57
β=10
64
78
94
85
64
β=100
65
81
93
87
62
В таблице приведена надежность алгоритма по 100 прогонам. Из нее видно, что
большую эффективность алгоритм показывает при α=1, β=10.
Зависимость надежности от параметров Q и ρ была рассмотрена при количестве
циклов 10, муравьев 25.
α=1 β=5
Таблица 2
ρ
0,3
0,5
0,7
0,9
0,999
Надежность
78
90
92
86
80
Q
1
100
10000
Надежность
89,6
86
83,6
α=1 β=1
Q
1
100
10000
Надежность
43
44
47
Таким образом, можно сказать, что значение параметра Q существенного влияния
на надежность алгоритма не оказывает, а параметр ρ должен быть равен 0,5-0,7.
Далее была рассмотрена эффективность алгоритма в зависимости от количества
муравьев для того, чтобы оценить эффективность на одного муравья. Проверка
проводилась на решетках 4х4 и 5х5, т.е. при 16 и 25 городах, соответственно,
расположенных в узлах решетки с одинаковыми расстояниями между городами.
Наилучший результат алгоритм показывает при количестве муравьев приблизительно
равном количеству городов.
Таким образам, автором была реализована программа алгоритма муравьиных
колоний и исследована надежность этого алгоритма в зависимости от различных
настроек параметров, а именно выявлены лучшие настройки: α=1, β=10, ρ=0.5-0.7,
значение параметра Q существенного влияния не оказывает, m ≈ n, т.е. количество
муравьев должно быть близко к количеству городов.
244
Библиографический список:
1.
М. Dorigo & L.M. Gambardella. Ant Colony System: A Cooperative Learning
Approach to the Traveling Salesman Problem // IEEE Transactions on Evolutionary
Computation, 1997, 1 (1): 53–66.
2.
Мудров, В.И. Задача о коммивояжере. — М.: «Знание», 1969. — С. 62.
УДК 519.68
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ГЕНЕРИРОВАНИЕ НЕЙРОСЕТЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ
С ПОМОЩЬЮ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА
Д.А. Токмин
рук. – д.т.н., профессор Е.С. Семенкин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический
университет имени академика М.Ф. Решетнева»
г. Красноярск
В работе проводится анализ эффективности генетического алгоритма,
генерирующего систему нейронных сетей с произвольной структурой для решения
задачи прогнозирования.
В настоящее время теория искусственных нейронных сетей нашла широкое
распространение в самых различных областях науки и техники. Но возможности
искусственных нейронных сетей сильно зависят от их структуры, т.е. от количества
слоев, количества нейронов на слое и значения весовых коэффициентов. Маленькая
сеть с небольшим числом слоев и нейронов может быть недостаточной для
комплексной задачи, а использование большой сети со слишком большим числом слоев
и нейронов приводит к неоправданным потерям времени на обучение, затратам
вычислительных ресурсов при работе и увеличивается вероятность переобучения сети.
В настоящее время не существует формального способа создания сетевой структуры,
обычно она выбирается методом «проб и ошибок», что отнимает очень много времени.
Это приводит к появлению алгоритмов, которые настраивают структуру нейронных
сетей.
Генетический алгоритм [1]— это эвристический алгоритм поиска, используемый
для решения задач оптимизации путём случайного подбора, комбинирования и
вариации искомых параметров с использованием механизмов, напоминающих
биологическую эволюцию.
Искусственные нейронные сети [2] — математические модели, а также их
программные или аппаратные реализации, построенные по принципу организации и
функционирования биологических нейронных сетей — сетей нервных клеток живого
организма. Это понятие возникло при изучении процессов, протекающих в мозге, и при
попытке смоделировать эти процессы.
Для оценки эффективности работы алгоритма была взята задача
прогнозирования вибрационных характеристик турбины. Иногда предсказание
конкретных значений прогнозируемой переменной не так важно, как предсказание
значительных изменений в ее поведении. Такая задача возникает, например, при
управлении технологическими процессами, когда необходимо предсказывать момент,
245
когда процесс перейдет в неуправляемое состояние. Решение таких задач является
актуальной проблемой в настоящее время.
Для решения задачи прогнозирования был создан генетический алгоритм,
оптимизирующий структуру нейронной сети. Настройка весов и параметра,
определяющего наличие связи между нейронами на соседних слоях, производилась
запуском отдельного генетического алгоритма. Для минимизации ошибки во время
работы алгоритма использовался подход, заключающийся в генерации сразу
нескольких нейронных сетей, каждая из которых настраивается отдельно и в качестве
конечного выхода системы берется усредненное значение выходов созданных
нейронных сетей. Входы нейронной сети перед запуском нормировались.
Объект прогнозирования – гидротурбина. Имеется вектор входных воздействий
на объект x , размерность которого n=11, вектор выходных параметров - значения
вибрации снятые с различных точек на объекте - y , размерность которого m=12. Также
есть обучающая выборка ( xi , yi ) , где yi , соответствующие набору входов xi , выходы,
i = 1,1000 . Функциональная зависимость неизвестна. Необходимо сделать прогноз
выходных параметров системы, для возможных входных воздействий.
В результате многократных запусков были получены результаты,
свидетельствующие о хорошей работоспособности алгоритма. Средняя процентная
ошибка по всем выходам системы нейронных сетей равна 7.4%.
Использование нескольких нейронных сетей позволило уменьшить разброс
ошибок на разных выходах, таким образом, ошибка настройки сети по каждому выходу
стремится к средней ошибке по всем выходам, что положительно сказывается на
качестве прогнозирования.
Библиографический список:
1.
Goldberg D.E. Genetic algorithms in search, optimization and machine learning./
Goldberg D.E. - MA: Addison-Wesley, 1989
2.
Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника. Теория и практика / Уоссермен Ф. –
М.: Мир, 1984.
УДК 519.68
ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ДАННЫХ С ПОМОЩЬЮ АЛГОРИТМА
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО ГЕНЕТИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ
С.А. Сопов
рук. - д.т.н., профессор Е.С. Семенкин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический
университет имени академика М.Ф. Решетнева»
г. Красноярск
Задача анализа данных является краеугольным камнем в исследовании систем и
управлении процессами, протекающими в этих системах, в любой сфере человеческой
деятельности. При использовании традиционных методов обработки и анализа данных
полученная информация обычно отличается низкой интерпретируемостью – такая
информация понятна только исследователю, знакомому с соответствующей
246
терминологией, и требует адаптации для ЛПР, не обладающего специальными
знаниями о процессе анализа и не способного самостоятельно интерпретировать
полученные результаты. Информация, которая была адаптирована под ЛПР, может
считаться знанием о данной системе. Естественным образом возникает необходимость
создания систем обработки и анализа данных, способных извлекать знания о системе –
легко интерпретируемую, структурированную информацию о системе в доступной для
ЛПР форме.
Одним из способов представления знаний, часто применяемых на практике,
является символьный язык формул. Распространенным методом анализа и описания
данных на таком языке является метод генетического программирования. Сочетая в
себе эволюционные алгоритмы и широкие описательные возможности символьного
языка, генетическое программирование является одним из актуальных и удобных
средств символьного анализа и описания данных.
Как известно, цель генетического программирования – сгенерировать
максимально точное, в смысле минимизации ошибки моделирования, описание данных
символьной формулой. Зачастую реальные процессы при такой постановке задачи
описываются сложно интерпретируемыми, громоздкими формулами. Оптимизация и
адаптация для ЛПР таких формул часто является отдельной, сравнимой с исходной по
сложности задачей.
В данной статье предлагается использовать инновационный подход к
организации работы генетического программирования с целью получить знания о
системе в виде легко интерпретируемых, понятных ЛПР символьных выражений.
Основу генетического программирования составляет эволюционный алгоритм,
работающий не с бинарной строкой (классические генетические алгоритмы), а со
специальным представлением в виде дерева, узлами которого являются математические
функции, переменные и константы. Как и любой эволюционный алгоритм,
генетическое программирование решает задачу прямого поиска. В данном случае
критерием эффективности поиска является соответствие символьного выражения,
закодированного деревом, и исследуемых данных. Особенностью генетического
программирования, в такой постановке задачи, является увеличение структурной
сложности формулы при повышении точности описания процесса.
Необходимо построить процесс формирования решений так, чтобы обеспечить
легкую интерпретируемость и наглядность для ЛПР без потери необходимой точности.
Данным требования отвечает многокритериальный подход к оценке эффективности
работы алгоритма, который позволяет получить набор оптимальных, с точки зрения
описания данных и восприятия ЛПР, альтернатив.
Важным преимуществом является наличие не одного, а множества
альтернативных решений. Так как каждая альтернатива будет описывать реальную
систему иначе (в смысле представления решения), чем остальные альтернативы, то
полезными для ЛПР могут оказаться не одна, а многие или все из предложенных
альтернатив, что позволит получить максимально полные и полезные знания об
исследуемой системе.
В качестве критериев в данном подходе используются следующие:
- критерий соответствия полученного символьного выражения, закодированного
деревом, и исследуемой системы, представленной исходными данными;
- критерий минимизации длины конечных формул (уменьшения глубины дерева);
- критерий согласования функционального множества с предпочтениями ЛПР (ЛПР
может указать, какие функции и термы являются для него более предпочтительными в
смысле интерпретации результатов).
247
Проведенные
численные
исследования
показали,
что
задача
многокритериального поиска эффективно решается с помощью метода
многокритериальной оптимизации – SPEA (Strength Pareto Evolutionary Algorithm).
Данный метод наиболее полно и равномерно описывает множество эффективных
решений за счет применяемых механизмов кластеризации и ниширования, а также
позволяет априорно задать предпочтительное для ЛПР число получаемых альтернатив.
Такие свойства предложенного метода выгодно выделяют его на фоне множества
других традиционных подходов к решению задачи многокритериальной оптимизации.
Работоспособность
и
эффективность
предложенного
подхода
продемонстрирована на представительном множестве тестовых задач и при решении
практических задач.
Предложенный подход позволяет значительно увеличить интерпретируемость
получаемых в ходе исследования решений, что достигается за счет введения
дополнительных критериев, учитывающих предпочтения ЛПР. Как следствие –
существенно повышается эффективность процесса принятия решения, так как легко
интерпретируемая информация позволяет увеличить скорость и качество восприятия
полученных о системе сведений. Более того, так как в ходе исследования получается не
одно, а множество решений (Парето-оптимальных), ЛПР не ограничен описательными
возможностями применяемого алгоритма обработки и анализа данных и получает
различные представления знаний, потенциально отражающие разные аспекты
исследуемой системы. Такое многообразие позволяет эффективно анализировать
свойства исследуемой системы, причем ЛПР имеет возможность самостоятельно
оценить на основе значений критериев, какие альтернативы из множества решений
стоит включать в анализ.
Библиографический список:
1.
Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Основы системного анализа: Учеб. 2-е изд.,
доп. – Томск, 1997.
2.
Koza John R. The Genetic Programming Paradigm: Genetically Breeding Populations
of Computer Programs to Solve Problems. - Cambridge, MA: MIT Press, 1992.
3.
Zitzler E., Thiele L. Multiobjective evolutionary algorithms: A comparative case study
and the strength Pareto approach // IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 1999
УДК 519.68
ПРИМЕНЕНИЕ СОЦИАЛЬНОГО ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА В ОБЛАСТИ
АВТОМАТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ НЕЙРОННОЙ СЕТИ
В.В. Шевелева
рук. - д.т.н., профессор Е.С. Семёнкин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический
университет имени академика М.Ф. Решетнева»
г. Красноярск
В различных областях науки и техники одним из важных этапов является этап
моделирования. К одному из основных и перспективных подходов к процессу
моделирования относится теория искусственных сетей. Нейронная сеть может
запомнить, а потом воспроизвести динамическое поведение объекта в ситуациях,
248
которые ей известны. Аналитическая форма знаний не доступна нейронной сети, но она
способна запомнить и обобщить конкретные эмпирические зависимости [1].
Особенности искусственных нейронных сетей привели к широкому и
успешному их использованию при решении различных практических задач. Но в
большинстве случаев их реализация является трудоемким процессом, требующим
больших временных затрат и материальных вложений. Каждый раз исследователь,
решивший использовать для решения той или иной задачи технологии искусственных
нейронных сетей, сталкивается с вопросом об архитектуре нейронной сети. Существует
ряд классических методов настройки нейронной сети, но, как правило, они
настраивают только весовые коэффициенты. Определение структуры в большинстве
случаев происходит методом проб и ошибок, который не гарантирует нахождение
оптимального решения и сильно зависит от субъективных взглядов исследователя на
систему. Недостаточная сложность архитектуры нейронной сети ведет к недопустимой
ошибке и лишает сеть свойства обобщения. Избыточная сложность архитектуры ведет
к увеличению скорости срабатывания и аппроксимации шума, что также лишает сеть
свойства обобщения. Все это приводит к необходимости создания эффективного
метода автоматизированного формирования нейронных сетей, который мог бы
повысить обоснованность и снизить трудоемкость нейросетевого моделирования
сложных систем. В связи с этим совершенствование эволюционной нейронной сети
является актуальной научной проблемой.
Совершенствование эволюционной нейронной сети было достигнуто
использованием социального генетического алгоритма при автоматическом
формировании структуры нейронной сети. Работа и эффективность социального
генетического алгоритма предварительно были проверены на различных задачах
оптимизации и показали высокие результаты.
В социальном генетическом алгоритме существует несколько типов выбора
индивидов: элитизм, апартеид, совместное использование элитизма и апартеида,
лечение и поведенческая память.
Элитизм. Идея элитизма представляет собой создание дополнительных
благоприятных условий для элиты общества. В программной реализации - это
клонирование заданного процента лучших по пригодности индивидов в следующую
популяцию с сохранением за ними права участвовать в создании популяции, в которую
они клонируются. Использование элитизма гарантирует, что максимальная
пригодность популяции не будет уменьшаться от поколения к поколению, а может
только увеличиваться. Применение данной модификации в алгоритме обычно
способствует более быстрой сходимости популяции. Этот подход хорош при
оптимизации унимодальных функций, а на многоэкстремальных может вызвать
преждевременную сходимость.
Апартеид. В человеческом обществе понятие апартеида имеет следующее
значение. Апартеид – намеренное создание условий по ограничению свобод
определенной группы людей. В программной реализации апартеид - это запрещение
заданному проценту худшим по пригодности индивидам участвовать в создании
следующей популяции.
Совместное использование апартеида и элитизма подразумевает одновременное
применение обоих методов.
Лечение – одна из самых распространенных методик. Это определенный способ
перевода текущего недопустимого решения в допустимую область. Существует
несколько способов лечения: минимизировать функцию нарушения ограничений;
выполнить локальный спуск на допустимую область; ближайший допустимый индивид
выбирается в качестве базового (недопустимое и базовое решения соединяются
249
отрезком, на котором выбирается допустимое решение). При использовании данного
алгоритма возникает две проблемы: кого оставить в популяции и как его оценить.
Данные проблемы решаются отбрасыванием недопустимого решения, и остается
вылеченное либо оставляется недопустимое решение, но ему ставиться пригодность
вылеченного решения с учетом затрат на лечение.
Поведенческая память. Для реализации поведенческой памяти сначала
случайным образом генерируется популяция, содержащая как допустимых, так и
недопустимых индивидов, устанавливается счетчик ограничений j=1.
Минимизация j-ого ограничения происходит до тех пор, пока заданная часть
популяции не окажется допустимой. Далее j=j+1. Текущая популяция становится
начальной, при этом индивиды, нарушающие ограничения 1,2,…,j-1 отбрасываются.
Алгоритм работает пока j<m, если j=m то выполняется оптимизация целевой функции с
отбрасыванием недопустимых решений. Важно, чтобы наиболее простые ограничения
стояли раньше. Минус данного подхода, что результат сильно зависит от того, как
упорядочены ограничения. Но при правильном выполнении всех условий наблюдается
высокая точность результатов.
Эффективность применения социального генетического алгоритма для
автоматического выбора структуры нейронной сети была проверена на нескольких
тестовых функциях и практической задаче.
В качестве практической задачи была выбрана задача классификации. Дано два
набора данных, в которые включены винные образцы красно-белых вин с севера
Португалии. Набор данных многомерный. Цель состоит в том, чтобы смоделировать
винное качество, основанное только на физико-химических тестах [2].
Сравнение результатов производилось между классической эволюционной
нейронной сетью и нейронной сетью, структура (количество слоев, нейронов на слое,
весовые коэффициенты) которой настраивалась автоматически социальным
генетическим алгоритмом. Эффективность работы оценивалась по величине ошибки.
Модифицированная эволюционная нейронная сеть в большинстве случаев имела
значительно меньшую ошибку. Результаты экспериментов подтвердили надежную
работу алгоритма и показали высокую эффективность, что приводит к необходимости
дальнейшего исследования алгоритма.
Библиографический список:
1.
Вороновский Г.К. Генетические алгоритмы, искусственные нейронные сети и
проблемы виртуальной реальности / Г.К. Вороновский, К.В. Махотило, С.Н. Петрашев,
С.А. Сергеев. – Х.: ОСНОВА, 1997. – 112 с.
2.
Задача
определения
качества
вина
http://archive.ics.uci.edu/ml/datasets/Wine+Quality
3.
Редько В. Прикладное эволюционное моделирование. Генетический алгоритм.
Оценка эффективности генетического алгоритма.
250
УДК 519.6
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
«СТАЙНОГО» АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ
Ш.А. Ахмедова
рук. – д.т.н., профессор Е. С. Семенкин
ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
г. Красноярск
Данная работа посвящена исследованию эффективности "стайного" (или
"роевого") алгоритма (particle swarm optimization, PSO) оптимизации на тестовых
функциях вещественных переменных.
Идею алгоритма PSO впервые сформулировали Дж. Кеннеди и Д. К. Эберхарт в
1995 году [1]. Идея алгоритма была почерпнута из социального поведения некоторых
животных - стаи птиц, стада копытных, косяка рыб.
PSO начинает работу с создания популяции случайным образом. Строки в PSO
называются частицами. Строки-частицы представляют собой вектор координат точки в
пространстве оптимизации (вещественных чисел). Каждая частица передвигается по
поверхности графика функции с какой-то скоростью. Частицы изменяют свою скорость
и координаты, основываясь на собственном опыте и опыте других частиц, что
выражается формулами:
old
local _ best
_ best
Vmnew
− pmold,n ) + Γ2 * r2 * ( pmglobal
− pmold,n ) ,
, n = Vm , n + Γ1 * r1 * ( pm , n
,n
old
new
pmnew
, n = pm , n + Vm , n ,
где Vm ,n - скорость частицы, pm ,n - координаты частицы, r1 , r2 - независимые
случайные числа из отрезка [0,1], распределенные по равномерному закону, С1 ,С 2 _ best
- лучшие координаты, когда-либо
коэффициенты обучения из отрезка [0,2], pmlocal
,n
_ best
найденные данной частицей, pmglobal
- лучшие координаты, когда-либо найденные
,n
всей стаей.
Алгоритм PSO сначала обновляет вектор скорости каждой частицы, а затем
прибавляет этот вектор к вектору координат соответствующей частицы. Обновление
вектора скорости осуществляется с учетом наилучшего глобального решения,
соответствующего наименьшему значению минимизируемой функции, когда-либо
найденному всей стаей, и с учетом наилучшего локального решения, соответствующего
наименьшему значению функции, когда-либо найденному данной частицей популяции.
Если наилучшее локальное решение имеет значение функции, меньшее, чем значение
функции в текущем глобальном наилучшем решении, то оно становятся лучшим,
когда-либо найденным решением для всей стаи.
Константа C1 называется когнитивным (т.е. познавательным) параметром и
позволяет учитывать "собственный опыт" (историю) частицы. Константа C2 называется
социальным параметром и позволяет частице "учитывать опыт" всей стаи.
Частицы, которые сначала равномерно распределены по поверхности графика
функции, с течением времени (от поколения к поколению) начинают группироваться
("сбиваться в стаи") около локальных минимумов, причем наибольшая стая собирается
около глобального минимума. При этом почти всегда имеются частицы, находящиеся в
251
стороне от таких стай, а также частицы, выскакивающие за границы допустимой
области.
Исследование эффективности стайного алгоритма проводилось на тестовых
функциях двух независимых переменных:
(
1. Функция Розенброка.
min = I (1,1) = 0 .
I ( x, y ) = 100 ⋅ y − x 2
2. Функция Гриванка. I ( x, y ) =
)
2
x ∈ [− 2;2] ,
+ (1 − x) 2 ,
− 10
0.005 ⋅ ( x 2 + y 2 ) − cos( x) ⋅ cos( y
y ∈ [− 16;16] , min = I (0,0) = 0 .
2
)+2
+ 10 ,
y ∈ [− 2;2] ,
x ∈ [− 16;16] ,
Функция Розенброка – одноэкстремальная (имеет единственный локальный
минимум, являющийся и глобальным), но имеет узкий изогнутый "овраг", на дне
которого и находится искомое решение. Это делает задачу оптимизации данной
функции исключительно сложной.
Функция Гриванка – многоэкстремальная, причем имеет большое количество
локальных минимумов, многие из которых незначительно отличаются от глобального.
При этом зоны притяжения локальных минимумов очень узкие, что также существенно
затрудняет глобальную оптимизацию этой функции.
Так как стайный алгортим является стохастическим, то его эффективность
определялась усреднением по 1000 прогонам. Критерием эффективности служила
надежность решения задачи, т.е. процент прогонов, давших точное решение задачи.
Изучалась зависимость эффективности стайного алгоритма от выделяемого
вычислительного ресурса, т.е. сочетания количества частиц и числа шагов развития
популяции. Количество частиц изменялось от 10 до 1000 (первая строка в таблице 1), а
количество шагов от 10 до 100 (первый столбец в таблице 1). Таким образом,
выделяемый ресурс изменялся от 100 до 100000 вычислений целевой функции.
Таблица 1 - Результаты сравнительного анализа эффективности стайного алгоритма
0
5
50
5
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
10
0
0
0.0
1
0.0
5
0.0
7
0.1
1
0.2
4
0.3
0.3
4
0.4
2
0.5
0.5
9
0.6
1
0.69
20
0
0
0.0
7
0.0
8
0.1
7
0.2
9
0.4
3
0.4
8
0.6
0.6
3
0.7
4
0.7
9
0.8
6
0.89
30
0.00
3
0.0
3
0.0
5
0.0
8
0.1
9
0.2
3
0.5
3
0.6
7
0.7
1
0.8
4
0.8
5
0.9
0.9
6
0.96
3
50
0.03
2
0.0
8
0.1
7
0.2
2
0.3
2
0.5
8
0.7
9
0.8
5
0.8
6
0.8
7
0.8
8
0.8
8
0.9
8
1
70
0.02
0.0
9
0.2
3
0.3
2
0.4
1
0.6
8
0.8
3
0.9
2
0.9
6
0.9
8
0.9
8
0.9
9
1
1
10
0.03
0.1
0.2
0.3
0.4
0.7
0.8
0.9
0.9
0.9
1
1
1
1
252
0
3
9
9
7
9
9
6
8
9
Далее была проанализирована зависимость эффективности PSO от
коэффициентов обучения C1 и C2. Начальные установки: 100 частиц, 100 прогонов по
100 шагов (проверка осуществлена для функции Розенброка). Результаты представлены
в таблицах 2 и 3.
Таблица 2 - Зависимость эффективности от коэффициентов обучения
[0.1, 1]
при C1, C2
%
С1
С2
%
С1
С2
36.6
1
1
48.3
0.5
0.6
42.4
1
0.9
51.7
0.5
0.5
38.6
0.9
1
52.8
0.5
0.4
43
0.9
0.9
49.8
0.4
0.5
3.1
0.9
0.8
52.8
0.4
0.4
39.5
0.8
0.9
57.2
0.4
0.3
44.6
0.8
0.8
53.5
0.3
0.4
44.8
0.8
0.7
53.7
0.3
0.3
42.7
0.7
0.8
61.7
0.3
0.2
46.8
0.7
0.7
52.9
0.2
0.3
47.8
0.7
0.6
55.7
0.2
0.2
45.1
0.6
0.7
59.9
0.2
0.1
46.7
0.6
0.6
51.9
0.1
0.2
52.1
0.6
0.5
58.4
0.1
0.1
17.8
1.6
1.7
32.7
1.2
1.1
19.9
1.6
1.6
29.8
1.1
1.2
21
1.6
1.5
34.9
1.1
1.1
Таблица 3 - Зависимость эффективности от коэффициентов обучения
при C1, C2 [1.1, 2].
%
С1
С2
%
С1
С2
12.4
2
2
19.9
1.5
1.6
13.1
2
1.9
23.3
1.5
1.5
13.6
1.9
2
23.5
1.5
1.4
15.5
1.9
1.9
25.1
1.4
1.5
12.4
1.9
1.8
25.4
1.4
1.4
13.9
1.8
1.9
29.6
1.4
1.3
18.5
1.8
1.8
27.5
1.3
1.4
17.7
1.8
1.7
28
1.3
1.3
17.7
1.7
1.8
30.1
1.3
1.2
19.1
1.7
1.7
29.2
1.2
1.3
18.7
1.7
1.6
31.7
1.2
1.2
Таким для обеспечения высокой эффективности на данных тестовых функциях
стайному алгоритму требуется не менее 35000 вычислений функции, причем наиболее
высокая эффективность достигается при коэффициентах обучения величины от 0.1 до
0.2.
В дальнейшем предполагается увеличивать число тестовых функций до
получения репрезентативного проверочного множества.
Библиографический список:
1.
Kennedy J. and Eberhart R. C. (1995). Particle Swarm Optimization, Proceedings
IEEE Int’l. Conf. on Neural Networks, IV, pp.1942-1948, 1995.
УДК 519.8
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУР НЕЙРОННЫХ
СЕТЕЙ ГЕНЕТИЧЕСКИМИ АЛГОРИТМАМИ
С.С. Маренина
рук. — д.т.н., профессор Е.С. Семенкин
ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
г. Красноярск
253
В последнее время в мире активно развивается прикладная область математики,
специализирующаяся на искусственных нейронных сетях (ИНС). Круг применения
ИНС черезвычайно широк — это аппроксимация функций, прогнозирование,
распознавание образов, адаптивное управление, и многое другое.
Различные способы объединения нейронов между собой и организации их
взаимодействия привели к созданию сетей разных типов. Актуальной проблемой в
теории нейронных сетей является выбор оптимальной структуры ИНС. Для решения
проблемы возможно применение генетического алгоритма, универсального метода
оптимизации.
Решение (структуру ИНС) предлагается представлять бинарной строкой длины
Nслоев*Nнейронов*Nф, где Nслоев — максимальное количество скрытых слоев, Nнейронов —
максимальное количество нейронов в слое, Nф = 3 — число бит кодирующих функцию
активации нейрона. Каждому нейрону соответствует три бита; сочетание 000 означает
отсутствие нейрона и соответствующих синаптических связей, остальные сочетания
трактуются как порядковый номер активационной функции (рассматривается 7
вариантов). Критериями оценки полученного решения выступают 1)ошибка обученной
ИНС на тестовом множестве и 2)сложность сети. Итоговую задачу
многокритериальной оптимизации предлагается решать методом SPEA(1998).
Результатом работы алгоритма будет множество недоминируемых решений.
Описанный метод формирования структуры ИНС был программно реализован,
проведены численные эксперименты на наборе тестовых задач. Сравнение с сетями
фиксированной структуры показало эффективность алгоритма.
Библиографический список:
1.
Осовский С. Нейронные сети для обработки информации // Пер. с польского
И.Д. Рудинского. — М.: Финансы и статистика, 2002. — 344 с.
2.
Семенкин Е.С. Эволюционные методы моделирования и оптимизации сложных
систем // Популярные лекции по современным вопросам науки и техники. Лучшие
лекции 2005 года. – Красноярск: Красноярский краевой фонд науки, 2005. – С. 139-147.
УДК 519.8
ЭВОЛЮЦИОННЫЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННОЙ ПОЛИТИКОЙ РЕГИОНА
М.А.Терновская
рук. – д.т.н., профессор Е.С. Семенкин
ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
г. Красноярск
Под региональной инвестиционной политикой понимается система мер,
проводимых на уровне региона и способствующих мобилизации инвестиционных
ресурсов и определению направлений их наиболее эффективного и рационального
использования в интересах населения региона и отдельных инвесторов.
Пусть в регионе функционируют и взаимодействуют три экономических агента:
производитель, потребитель и региональный управляющий (налоговый) центр. В
развитии регионального рынка заинтересован обобщенный инвестор – физическое или
254
юридическое лицо любой формы собственности, – который готов вложить в развитие
региона свои свободные денежные средства. Управляющий центр призван установить
согласованное взаимодействие региональных социально-экономических комплексов –
производственного и социального секторов - путем увязки их интересов. Установление
такого взаимодействия может происходить через распределение и перераспределение
региональных экономических ресурсов: реальных (земли, зданий, сооружений,
оборудования), финансовых (инвестиций, дотаций) и других. Производитель и
потребитель рассматривают управляющий центр как регулирующий орган, способный
устанавливать их взаимодействие путем поддержки инвестиционных проектов с
высоким уровнем общественной эффективности.
Обозначим в стоимостном выражении: сk - стоимость основных
производственных фондов (ОПФ) k-го типа; mk - количество приобретаемых ОПФ k-го
типа; Vk - проектная производительность ОПФ k-го типа; Pk - стоимость единицы
продукции k-го типа; yk - объем выпуска по k-му виду продукции; qk - прогнозный
спрос на продукцию k-го типа; Tk - срок службы ОПФ k-го типа; T - горизонт
планирования инвестиционного проекта; I - внешние инвестиции; I - внутренние
инвестиции; Dot1 - дотации потребителям; Dot2 - дотации производителям; Am амортизационные отчисления; W - прибыль; I0 - общая сумма внешних инвестиций; K0 собственный капитал предприятия; M0 - собственные средства потребителей; N0 собственные средства налогового центра; L0 - максимальная сумма дотаций за весь
период действия инвестиционного проекта; α 1 , α 2 , α 3 , α 4 - соответственно налоги на
добавленную стоимость (НДС), на имущество (НИ), на прибыль (НП), на доходы
физических лиц (НДФЛ); ε1 - процент возврата дотаций потребителем; ε 2 - процент
возврата дотаций производителем; β - часть выручки, поступающая в фонд оплаты
труда; r - ставка дисконтирования (средняя доходность проекта).
Тогда балансовые уравнения движения денежных средств принимают
следующий вид:
−
для производителя (инвестора)
n
DP = I + I + Dot2 − ∑ ck mk + Am + W ≥ 0
k =1
−
для потребителя
n
DС =
M 0 + β R(t ) + ε1 Dot1 − ∑ qk ≥ 0
k =1
для управляющего регионального центра
DТ = N1 + N 2 + N 3 + N 4 + N 0 − (1 − ε1 ) Dot1 − (1 − ε 2 ) Dot2 ≥ 0 .
Условия ограниченности сумм инвестиций и дотаций можно записать
следующим образом:
I ≤ I 0 , I ≤ K 0 , Dot1 + Dot2 ≤ L0 .
−
Кроме того, выпуск продукции не должен превосходить производительности
ОПФ, а объем продаж не превышает спроса:
0 ≤ yk ≤ Vk
0 ≤ Pk mk yk ≤ qk (k =
1,..., n)
Спрос будем оценивать логистической кривой, выражающей, в частности, его
зависимость от дохода D=βR потребителя при фиксированных ценах:
255
qi =
ki
,
1 + bi eai / D
i = 1,..., n ,
где, R – выручка от реализации по всем видам продукции.
В качестве критериев качества функционирования предприятия, потребителя и
управляющего центра рассматриваются следующие показатели:
W + Am
J P =− I − I − ε 2 Dot2 +
1+ r ,
βR
J cons =
−ε 2 Dot2 +
1+ r ,
N1 + N 2 + N 3 + N 4 + N 0
J Tax
=
− (1 − ε1 ) Dot1 − (1 − ε 2 ) Dot2 ≥ 0
1+ r
.
Их сумма, взятая с весовыми коэффициентами значимости, равна чистому
приведенному доходу и является основным показателем эффективности
инвестиционного проекта, который должен быть максимизирован с учетом всех
описанных ограничений.
В данной работе были рассмотрены четыре вида экономической деятельности:
добыча полезных ископаемых, обрабатывающие производства, производство и
распределение электроэнергии, газа и воды и строительство.
Для решения задачи использовались стандартный, гибридный и
модифицированный алгоритмы. В гибридном алгоритме наряду с глобальным поиском
на каждом шаге эволюционного процесса осуществляется локальный поиск. В
модифицированном алгоритме, по аналогии с природой, происходит разделение
индивидов на два класса, обладающих разными характеристиками, при этом для
скрещивания требуются представители разных классов.
Задача была решена с тремя разными наборами весовых коэффициентов
значимости. В каждом случае модифицированный алгоритм находит решение, более
эффективное с точки зрения инвестиционного проекта, чем решение, полученное двумя
другими алгоритмами. Отсюда можно сделать вывод о том, что модифицированный
алгоритм позволяет сделать более рациональный выбор вариантов инвестирования.
Библиографический список:
1.
Бежитский С.С. Гибридный эволюционный алгоритм для задач выбора
эффективных вариантов систем управления / С.С. Бежитский, Е.С. Семенкин, О.Э.
Семенкина // Автоматизация и современные технологии. - № 11. – 2005.
2.
Терновская М.А. Разработка и исследование гибридного генетического
алгоритма с двумя типами хромосом / М.А. Терновская // Актуальные проблемы
экономики, информатики и права. – Сб. тез. VIII межвузовской научно-практической
конференции преподавателей, аспирантов и студентов. – Красноярск: КФ МГУ ЭСИ,
2008.
3.
Медведев
А.В.
Применение
z-преобразования
к
исследованию
многокритериальных линейных моделей регионального экономического развития :
монография / А.В.Медведев; Сиб.гос.аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2008.
УДК 004:91(571.51)
256
МУНИЦИПАЛЬНАЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ
СИСТЕМА ГОРОДА КРАСНОЯРСКА
А.В. Корхов
ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
г. Красноярск
В статье описан программный комплекс, внедренный в работу муниципальных
служб, управлений и департаментов администрации города Красноярска. Предложены
методы и пути реализации открытой ГИС, функционирующей на платформе Web 2.0
На сегодняшний день тема автоматизации муниципальных служб и создание
электронных правительств является очень актуальной. Президент РФ Д.А. Медведев
выступил с инициативой более полной информатизации функционирования органов
государственной и муниципальной власти, переходу к электронному правительству [1].
На основе принципов работы электронного правительства сформирована концепция
информатизации муниципалитета города Красноярска и разработана открытая
муниципальная географическая система (МГИС).
Представляемая система построена на основе Web-технологий, реализованы
принципы «облачных» вычислений. Все задачи по обработке данных, требующие
вычислительных затрат, происходят на удаленных серверах. Это позволяет не
переоборудовать рабочие места в муниципальных образованиях и, как следствие,
экономить финансовые средства. Отдельным модулем выделен модуль единой
цифровой картографической основы (ЕЦКО), который взаимодействует с
подсистемами с помощью открытых интерфейсов API. Встраивание картографического
материала происходит за счет API и iFrame. Такой подход позволил сэкономить
ресурсы разработчиков при реализации очередной подсистемы. Обращение к данным
объекта, к кадастровому реестру происходит с помощью API. Часть данных
возвращается либо через интерфейс, либо через XML, YAML.
Все подсистемы работают по принципу, заложенному основной системой.
Распознавание доступа секретности происходит через модуль определения, который
подключается к Active Directory. Таким образом, при разработке подсистем, не
требуется навыков настройки AD, а все процессы интеграции происходят с помощью
открытых интерфейсов системы МГИС. Вход в систему осуществляется по логину и
паролю, которые выдаются главным системным администратором. Это разделение
позволяет определить, какие ресурсы необходимо выделить данному пользователю.
На рисунке 1 представлен общий интерфейс системы, позволяющий выбирать
необходимые для работы ресурсы. Он представляет собой интерактивную цифровую
карту с инструментами навигации, панель дополнительной информации и кнопки
вызова функциональных подсистем.
257
Рисунок 1 - Общий интерфейс системы
В верхнем левом углу расположена кнопка входа для главного системного
администратора программного комплекса, при нажатии на которую выводится
следующее меню (Рисунок 2).
Рисунок 2 - Меню системного администратора
Вверху по центру расположены элементы выбора подсистем (служба 005,
департамент транспорта и другие подразделения администрации города). Справа
расположена панель информации, куда выводятся данные необходимые пользователю
данной системы. Основная рабочая область отдана картографическому блоку, в
котором происходит основная работа. Помимо графического отображения данных,
258
каждая подсистема имеет свои процессы автоматизации, реализованные на других
страницах.
На основе распределения прав доступа через Active Directory каждый параметр
определен как ко всей группе пользователей (например «группа операторов службы
005»), так и к отдельному пользователю (например «глава города»). Основную задачу
администрирования и управления всей системе осуществляет Главный администратор.
Роль
Главного
администратора
выполняет
специалист
управления
информатизации города Красноярска, которое отвечает за работу системы. Данный
специалист осуществляет добавление новых пользователей в AD, определяет
параметры ограничения доступа к слоям и информации, разделяет доступ к
подсистемам. Важной функцией Главного администратора является ведение ЕЦКО,
создание и редактирование новых тематических слоев карт для функциональных
подсистем.
На рисунке 3 показана структурная схема программного комплекса.
Рисунок 3 - Структура программного комплекса
Система построена на двух серверных приложениях и комплексе скриптов,
осуществляющих управление на ЭВМ пользователя. Основной задачей web-сервера
является генерирование web-страниц с набором данных, полученных из базы банных и
набором скриптов, осуществляющих запрос графических данных.
Перечислим кратко характеристики функциональных подсистем, входящих в
МГИС.
Подсистема «Департамент транспорта». Предназначена для ведение баз
данных о схеме движения и остановках общественного транспорта. Реализованы
функции подготовки отчетов для печати и публикации на сайте. На Рисунке 4 показан
пример отображения данных по автобусному маршруту № 55.
Подсистема «Избирком». Предназначена для ведения базы данных
избирательных участков и их адресной базы, а так же количества избирателей.
259
Подсистема ГО и ЧС содержит базы данных по расположению пунктов временного
размещения населения в случае чрезвычайной ситуации, потенциально опасных
объектов, электросирен оповещения, сил и средств ГОЧС, в том числе нештатных
аварийно-спасательных формирований. Подсистема «Служба 005». Оператор службы
проводит ежедневный мониторинг работы коммунальных сетей с помощью МГИС,
заполняя базы данных по отключению потребителей воды, тепла, электроэнергии.
МГИС внедрена в работу в администрации города Красноярска в 2009 году.
МГИС позволила сделать «прозрачным» взаимодействие между различными
подразделениями, ускорила процесс принятий решений по управлению городским
хозяйством. Предложенная технология построения ГИС на основе платформы Web 2.0
позволила значительно расширить перечень функциональных подсистем, решающих
задачи муниципального управления на основе пространственных данных.
Рисунок 4 - Работа подсистемы «Департамент транспорта»
Библиографический список:
1. Стратегия развития информационного
http://www.kremlin.ru/news/6442.
УДК 519.8
260
общества
[Электронный
ресурс].
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ
ЗАДАЧ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
К.В. Бураков
рук. - д.т.н., профессор Е.С. Семенкин
ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
г. Красноярск
Оптимизационные задачи являются частью многих областей современной науки
и техники. Большинство таких задач на практике являются многокритериальными, при
этом количество факторов настолько велико, что требует применение вычислительной
техники, поэтому развитие процедур многокритериальной оптимизации имеет большое
значение.
Многокритериальная
оптимизация,
также
известная
как
векторная
оптимизация [1], может быть определена как задача нахождения вектора переменных решений, которые доставляют оптимум вектор-функции, чьи элементы представляют
собой целевые функции. Эти функции формируют математическое описание
представления критериев, которые обычно находятся в конфликте друг с другом.
Основной сложностью решения таких задач является то, что критерии, как правило,
противоречат друг другу.
В общем виде многокритериальная задача оптимизации включает набор N
параметров (переменных) и множество K целевых функций. Целевые функции
являются функциями
многих переменных. Таким образом, при решении
многокритериальной задачи необходимо найти оптимум по K критериям, а сама задача
формально записывается следующим образом:
y = f ( x) = ( f1 ( x), f 2 ( x),..., f K ( x)) → opt ,
где, x = ( x1 , x 2 ,..., x N ) ∈ X – вектор решений, y = ( y1 , y 2 ,..., y K ) ∈ Y – вектор
целевых функций. При этом X обозначает пространство решений, а Y – пространство
целей или критериальное пространство.
Генетические алгоритмы [2] базируются на коллективном обучающем процессе
внутри популяции индивидуумов, каждый из которых представляет собой поисковую
точку в пространстве допустимых решений данной задачи. Популяция случайно
инициализируется, и затем охватывает лучшие регионы поискового пространства
посредством случайных процессов селекции, мутации и рекомбинации. Окружающая
среда представляет качественную информацию (степень пригодности) о поисковых
точках (индивидуумах), а процесс селекции отбирает тех индивидуумов, у которых
значение пригодности выше. Отобранные потомки являются, в свою очередь,
родителями в следующем поколении. Механизм рекомбинации перемешивает
генетическую информацию родителей (тем самым рождается один или несколько
потомков), и наконец, механизм мутации способствует в некоторой степени
обновлению генетической информации потомков.
Существует несколько методов решения таких задач генетическими
алгоритмами. В данной работе рассмотрены два метода: SPEA (Strength Pareto
Evolutionary Algorithm) [3] и VEGA (Vector Evaluated Genetic Algorithm) [4].
Метод VEGA относится к категории селекции по переключающимся целевым
функциям. Это означает, что селекция производится по пригодности индивидов для
каждого из K критериев в отдельности. Тем самым промежуточная популяция
заполняется равными порциями индивидов, отобранных по каждому из частных
критериев.
Метод SPEA в корне отличается от других методов, так как в нем:
261
- для назначения индивидам скалярного значения пригодности используется концепция
Парето-доминирования;
- индивиды, недоминируемые относительно других членов популяции, хранятся
внешне в специальном внешнем множестве;
- для уменьшения количества индивидов, хранящихся во внешнем множестве,
выполняется кластеризация, что в свою очередь никак не влияет на приобретенные в
процессе поиска свойства индивидов.
Уникальность и преимущества метода SPEA заключаются в том, что:
- пригодность каждого индивида популяции в данном методе определяется только
относительно индивидов внешнего множества, независимо от того, доминируют ли
индивиды популяции друг друга;
- несмотря на то, что «лучшие» индивиды, полученные в предыдущих поколениях,
хранятся отдельно – во внешнем множестве, все они принимают участие в селекции;
- для предотвращения преждевременной сходимости, в методе SPEA используется
особый механизм образования ниш, где деление общей пригодности осуществляется не
в смысле расстояния между индивидами, а на основе Парето-доминирования.
После разработки и реализации алгоритмов, правильность их работы была
проверена на тестовых примерах, в которых критерии целевой функции противоречат
друг другу:
1.
f1 ( x, y ) = ( x − 6) 2 + ( y − 4) 2 → min
f 2 ( x, y ) = ( x + 2) 2 + ( y − 5) 2 → min
f1 ( x, y ) = ( x − 6) 2 + ( y − 4) 2 → min
2. f 2 ( x, y ) = ( x + 2) + ( y − 5) → min
2
2
f 3 ( x, y ) = ( x − 4) 2 + ( y + 4) 2 → min
f1 ( x, y ) = ( x − 1) 2 + ( y + 1) 2 → min
3.
f 2 ( x, y ) = ( x + 2) 2 + ( y − 2) 2 → min
f 3 ( x, y ) = ( x − 3) 2 + ( y − 4) 2 → min
f 4 ( x, y ) = ( x − 4) 2 + ( y − 2) 2 → min
Так как алгоритмы являются стохастическими процедурами, тестирование их
заключалось в многократном прогоне на этих тестовых задачах и последующем
усреднении результатов. Основной проблемой при нахождении решения является
правильная настройка генетического алгоритма, так как при различных параметрах
одна и та же задача может иметь противоположные решения. В результате
тестирования выяснилось, что алгоритм SPEA показал более точное решение
относительно VEGA, однако VEGA более простой в реализации и менее ресурсоемкий.
Библиографический список:
1.
Bentley P.J., Wakefield J.P. Finding Acceptable Solutions in the Pareto-Optimal
Range using Multiobjective Genetic Algorithms. In Proceedings of the 2nd On-Line World
Conference on Soft Computing in Engineering Design and Manufacturing, 1997.
262
2.
Holland J. H. Adaptation in natural and artificial systems / J. H. Holland. – Ann
Arbor. MI: University of Michigan Press, 1975.
3.
Zitzler E., Thiele L. An evolutionary algorithm for multiobjective optimization: The
strength Pareto approach. Technical report 43, Computer engineering and Networks
Laboratory (TIK), Swiss Federal Institute of Technology (ETH) Zurich, 1999.
4.
Schaffer J. D. Multiple Objective Optimization with Vector Evaluated Genetic
Algorithms. Proceedings of the 1st International Conference on Genetic Algorithms. L.
Erlbaum Associates Inc. Hillsdale, NJ, USA, 1985.
УДК 630.4
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
ДЛЯ УДАЛЁННОЙ РАБОТЫ С КЛИЕНТАМИ АВТОМОЕЧНОГО
КОМПЛЕКСА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЕБ ТЕХНОЛОГИЙ
Р.В. Шкутан, Р.С. Лукин, В.А. Швецов
рук. - к.т.н., доцент А.А. Иптышев, А.А. Городилов
ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
г. Красноярск
Сегодня региональный интернет-рынок в России является недооцененным
активом, как с точки зрения возможностей доступа к аудитории, так и с точки зрения
наличия в регионах компетентных кадров и перспективных проектов.
В настоящее время развитие глобальной сети интернет претерпевает
концептуальные изменения в результате повышения требований к функциональности
интернет ресурсов со стороны конечных пользователей. К одному из принципов
развития современных интернет ресурсов можно отнести: активное внедрение
интерактивного взаимодействия в социальной сфере, появления интернет аналогов
магазинов, а также их полная замена.
Проанализировав две геоинформационные системы Красноярского края
(ДубльГИС, Ярмап), было выявлено более шестидесяти организаций имеющих
автомоечный сервис, лишь у трех из них имеется сайт, но, ни у одной из них не найдена
система записи на обслуживание.
При разработке информационного интернет проекта «удалённой работы с
клиентами автомоечного комплекса» параллельно с решением концептуальных задач,
было решено немало технических проблем, среди которых:
- задача подбора СУБД, оптимальной для решения наших задач;
- подбора системы администрирования и управлением контентом;
- разработка модуля для удаленной работы с клиентами.
Синтезированная структура обращения данных представлена на рисунке 1
263
Встраиваемый модуль по удаленной
работе с клиентом
CMS
Joomla
•
Интерфейс
•
Администрирование
•
Взаимодействие с БД
СУБД MySQL
БАЗА
ДАННЫХ
Рисунок 1 – Архитектура доступа к данным
Во время разработки интерфейса информационного Web приложения
«удалённой работы с клиентами автомоечного комплекса» основной акцент был
поставлен на стилевое соответствие внешнему дизайну фирмы заказчика.
Предложенное стилевое, компоновочное и графическое оформление интернет страниц
было «согласованно» на предварительных этапах разработки с заказчиком. Некоторые
макеты дизайнов сайтов, разрабатывались в соответствии с дизайнерским эскизом
заказчика. Это позволило отобрать наиболее удачный вариант компоновки и цветового
оформления дизайн макета, который максимальным образом отражает идеологию
«удалённой работы с клиентами автомоечного комплекса» (Рисунок 2).
Рисунок 2 – Разнообразие интерфейсов страниц соответствующих
концептуальному дизайну фирмы заказчика
В настоящее время проект «удалённой работы с клиентами автомоечного
комплекса» находится на этапе коммерческого продвижения и включает в себя
264
следующие модули: Контактная информация; Записи на обслуживание; Отзывы и
предложения; Администрирования и наполнения контента на базе CMS Joomla.
Попав на страницу (Записи на обслуживание) клиент видит перед собой список
таблиц. Где он может указать тип кузова автомобиля, ввести идентификатор (по
умолчанию государственный номер), оставить контактный телефон. После чего
выбрать интересующие его услуги из списка. Далее система подсчитает необходимое
время на выполнение работ и стоимость. Затем клиент может указать необходимое
время и дату и записаться на обслуживание.
Можно сделать вывод, что предлагаемый механизм позволяет в перспективе
решить ряд задач в области эффективного использования интернет технологий, а также
человеческого временного ресурса. И способствует активному внедрению
интерактивного взаимодействия в сфере услуг.
Библиографический список:
1.
Фролов А.В. Язык C#. Самоучитель./ А.В Фролов, Г.В. Фролов – М.: “ДИАЛОГМИФИ”, 2003. – 560с.
2.
Джеймс Р. Грофф. SQL: полное руководство./ Джеймс Р. Грофф, Пол Н.
Вайнберг; Пер. с англ. – К: Издательская группа BHV, 1998. – 608с.
3.
Бильянсо. Разработка Web-приложений в среде ASP.NET 2.0: задача – проект –
решение./ Бильянсо, Марко; Пер с англ. – М.: ООО “ИД Вильямс”, 2007. – 640 с.
4.
Рекомендация
«Extensible Markup Language (XML) 1.0 (Fourth Edition),
размещенная в сети Интернет по адресу: http://www.w3.org/TR/xml/).
5.
Спецификация «Cascading Style Sheets, level 2 revision 1 CSS 2.1 Specification»
размещенная в сети Интернет по адресу: http://www.w3.org/TR/CSS21/.
6.
Спецификация «HTML 4.01 Specification» размещенная в сети Интернет по
адресу: http://www.w3.org/TR/html401/.
УДК 519.713
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ППП «УПРУГАЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ ОКСИДНЫХ КЕРАМИК»
О.В. Жилиндина
рук. – к.ф.-м.н., доцент И.Е. Еремин
ГОУ ВПО «Амурский государственный университет»
г. Благовещенск
Широкое внедрение современных наукоемких технологий в различные области
производства существенно расширило перечень и повысило уровень требований,
предъявляемых к эксплуатационным параметрам конструкционных, в том числе и
электротехнических, материалов. При этом на сегодняшний день все острее становится
проблема ограниченности сырьевых, энергетических и временных ресурсов, которая
часто затрудняет использование эмпирических способов поиска химических
соединений, обладающих желаемыми физическими свойствами. Сложившаяся
ситуация объективно обуславливает необходимость развития подходов, базирующихся
на выполнении предварительного моделирования разбираемых характеристик
подбираемых прототипов, а также прогноза степени их изменения в ходе
265
использования. Является очевидным, что эффективность подобных исследований,
проводимых в области физики диэлектриков, целиком зависит от адекватности
математических моделей, используемых для описания строения диэлектрических
систем и происходящих в них поляризационных процессов. В свою очередь
громоздкость вычислений, непосредственно выполняемых в рамках используемых
моделей, а также общие требования типовой методики разработки и реализации
моделей сложных систем объективно обусловливают необходимость широкого
применения вычислительной техники, позволяющей резко повысить оперативность и
улучшить качество решения возникающих прикладных задач.
На основе предложенной математической модели [1], описывающей упругую
электронную поляризацию оксидных керамик, а также вычислительной методики
определения ее параметров был разработан [2] пакет прикладных программ «Упругая
электронная поляризация оксидных керамик», позволяющий автоматизировать
решение следующих прикладных задач.
Во-первых, имитировать непрерывные частотные спектры диэлектрических
характеристик чистых оксидов, практических отвечающие их наблюдаемым
физическим свойствам.
Во-вторых, рассчитывать частотные спектры, а также формировать подробные
графики вещественной и мнимой частей диэлектрической проницаемости
существующих промышленных образцов композиционных оксидных керамик.
В-третьих, варьируя исходные компонентные составы, создавать виртуальные
прототипы проектируемых керамических образцов, а также оценивать их
результирующие диэлектрические свойства.
Описываемый программный продукт разработан на базе использования
объектно-ориентированного языка программирования С++, который является основой
разработки приложений для платформы Microsoft.NET. Подсистема базы данных была
спроектирована в рамках применения технологии SQL Server Compact, при этом ввод и
редактирование данных осуществляется при помощи программной оболочки, доступ к
базе данных осуществляется на базе механизма ADO.NET, который не
предусматривает единого набора типов для связи со всеми системами управления
базами данных.
Для проверки эффективности практического использования разработанного
пакета программ было выполнено имитационное моделирование вещественных
частотных характеристик комплексной диэлектрической проницаемости различных
групп промышленных оксидных керамик.
При этом в качестве представителей высокоглиноземистых керамик
рассматривались образцы – микролит, ГБ-7, МГ-2 и УФ-46; в качестве стеатитовых
керамик – СК-1, СНЦ и СНБ; в качестве других оксидных керамик – Л-24 и М-2.
Отметим, что выбор объектов исследования обусловливался исключительно
доступностью исходных данных для их компонентных составов и наличием
контрольных данных физического эксперимента.
Пример полученных имитационных спектров показан на рисунке 1.
266
Рисунок 1 - Имитационный диэлектрический спектр микролита
Разработанная вычислительная технология предоставляет возможность выбора
компонентного состава прототипов керамик, позволяющего влиять на их
поляризационные свойства. Например, виртуальная керамика, состоящая из оксидов
магния, алюминия и кремния, взятых в равных долях, должна обладать
диэлектрическим спектром, представленным на рисунке 2.
Рисунок 2 - Имитационный диэлектрический спектр виртуального образца
Библиографический список:
1.
Еремин И.Е., Жилиндина О.В. Моделирование упругой электронной
поляризации композиционных электрокерамик. III // Информатика и системы
управления. – 2008. - № 4 (18).
267
2.
Еремин И.Е., Жилиндина О.В. Пакет прикладных программ «Упругая
электронная поляризация оксидных керамик» // Информатика и системы управления. 2010. - № 1 (23).
УДК 004.9
АНАЛИЗ ФОРМУЛЫ В.Ф. ТАРАСКИНА ДЛЯ РАСЧЕТА ЧИСЛА
БРИГАД СКОРОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ
М.Е. Кравчук
рук. – к.т.н., доцент М.И. Никитина
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»,
Красноярский краевой медицинский информационно-аналитический центр
г. Красноярск
Работа посвящена анализу формулы В.Ф. Тараскина для расчета необходимого
числа бригад скорой медицинской помощи (СМП) в условиях крупного города. В
работе обоснованы используемые значения поправочного коэффициента К в
применяемой формуле, предложен алгоритм проверки рекомендованных значений
поправочного коэффициента на основе базы данных вызов скорой помощи.
В 1976 году В.Ф. Тараскин предложил для планирования числа выездных бригад
скорой медицинской помощи использовать формулу (1), позволяющую рассчитывать
число бригад в сложной зависимости от конкретной обращаемости населения,
среднего времени обслуживания вызовов, задаваемого числа вызовов, обслуженных с
опозданием, закона распределения вызовов по часам суток.
H = λ * t обс + K * λ * t обс * n + 0.5 * n ,
(1)
где,
H – рассчитываемое число бригад определенного профиля;
λ – интенсивность потока вызовов в час (количество вызовов);
tобс – среднее время обслуживания вызовов бригадами определенного профиля;
n – число подстанций в городе, на которых предполагается разместить бригады;
K – поправочный коэффициент.
Величину поправочного коэффициента К предлагается определять по таблице 1
в зависимости от значения вероятности отказа в немедленном обслуживании части
вызовов (Р).
Таблица 1 – Зависимость величины коэффициента К от величины вероятности Р
P
K
0,16
1
0,12
1,2
0,08
1,4
0,05
1,6
0,04
1,8
0,02
2
0,014
2,2
0,005
2,6
0,001
3
Целью данной работы является анализ формулы В.Ф. Тараскина для расчета
необходимого числа бригад скорой медицинской помощи в условиях крупного города.
К задачам работы можно отнести обоснование используемых значений
поправочного коэффициента К в анализируемой формуле, разработку алгоритма
проверки рекомендованных значений коэффициента К на основе имеющейся базы
данных вызов скорой помощи.
268
Исходя из целей и задач службы СМП, вызовы от населения по поводу
несчастных случаев и внезапных заболеваний должны получать экстренное
обслуживание. Для станции СМП важно знать, какое число бригад разного профиля
необходимо иметь, чтобы вероятность обслуживания вызовов с опозданием не
превышала определенной заданной величины.
Вероятность отказа в немедленном обслуживании вызова можно определить как
непрерывную случайную величину, принимающую значения из промежутка (0,1).
Математическое ожидание для такой величины равно M(x) = 0, среднеквадратическое
отклонение σ ( x) = 1 . В этом случае имеет место стандартизированное нормальное
распределение случайной величины. Следовательно, для практических расчетов можно
использовать специально разработанные таблицы функций стандартизированного
нормального распределения или таблицу значений функции Лапласа Ф(u), где u –
случайная величина стандартизированного нормального распределения. Верны
следующие равенства:
Ф(k) = F(k) – 0.5,
2)
F(k) = 1 – P(k),
(3)
где, k – искомый поправочный коэффициент, F(k) – функция стандартизированного
нормального распределения.
Зная расчетную или задаваемую величину вероятности отказа в немедленном
обслуживании части вызовов Р(k) из равенств (2) и (3) можно найти функцию Ф(k) и
по таблице значений функции Лапласа определить значение поправочного
коэффициента К.
Для определения потребности в линейных и специализированных бригадах
рекомендуется К=1,8 при вероятности отказа в немедленном обслуживании Р=0,04 (или
4%); для бригад по перевозке больных К=1 при Р=0,16 (или 16%). Однако возникает
вопрос можно ли применить предлагаемые значения в условиях современного
крупного города. Необходимо проверить рекомендованные значения на основе базы
данных вызовов скорой медицинской помощи крупного города.
Алгоритм проверки можно представить следующими пунктами (Рисунок 1):
1.
Сравнить время от вызова до выезда бригады СМП к больному и нормативное
время выезда (определить был ли отказ в немедленном обслуживании вызова).
2.
Рассчитать вероятность отказа в немедленном обслуживании вызова (по
каждому профилю, по периодам времени).
3.
Используя таблицу значений функции Лапласа определить поправочный
коэффициент К, соответствующий рассчитанной вероятности.
4.
Сделать выводы о возможности использования при расчете необходимого числа
бригад СМП имеющихся рекомендованных значений.
Исходя из составленного алгоритма, видно, что база данных вызовов скорой
помощи должна содержать следующую информацию:
- дата вызова бригады;
- время вызова бригады;
- время выезда бригады к больному;
- нормативное время выезда бригад к больному по данному поводу (профилю);
- профиль бригады;
- повод вызова СМП.
269
5.
Рисунок 1 - Алгоритм расчета коэффициента К в нотации визуального
алгоритмического языка ДРАКОН
Современные медицинские информационные системы сбора данных о вызовах
скорой медицинской помощи позволяют собирать всю необходимую информацию, что
делает реализацию предлагаемого алгоритма возможной.
Данная работа является частью исследования по планированию работы службы
скорой медицинской помощи. Предложенная методика позволяет на основе базы
данных вызовов обосновать применение таблиц значений функции
стандартизированного нормального распределения при поиске значений поправочного
коэффициента К в формуле В.Ф. Тараскина (1).
Библиографический список:
1.
Комаров, Б.Д. Основы организации скорой медицинской помощи.
/Б.Д.Комаров.- М.: Медицина, 1979. - 223с.
2.
Кравчук, М.Е. Задача планирования скорой медицинской помощи на городском
уровне / М.Е. Кравчук, М.И. Никитина// Лесной и химический комплексы – проблемы
и решения: сб. ст. – Красноярск, 2008. – в печати
3.
Кравчук, М.Е. Аналитическая модель планирования скорой медицинской
помощи / М.Е. Кравчук // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки: сб.
ст. – Красноярск, 2008. – в печати
УДК 004.031.43
270
ДЕКОМПОЗИЦИЯ ВИДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
В.В. Лосев
рук.- д.т.н., профессор И.В. Ковалев
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Комплексная автоматизация производств, движимая целями сокращения
издержек, находит место, как при проектировании нового предприятия, так и при
модернизации действующего.
При этом вне зависимости от того, достигнет ли вертикаль автоматизации
уровня ERP (Enterprise Resource Planning), либо ограничится уровнями CNC (Computer
Numerical Control) и SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) [1], мы получим
взаимодействие
видов
программного,
информационного,
математического,
лингвистического и иного обеспечения, представленного проектом автоматизации.
В сущности, виды обеспечения представлены конкретными экземплярами,
взаимодействие которых носит гетерогенный характер, как при уровневом, так и
межуровневом архитектурном исполнении.
В свете задач исследования взаимодействия гетерогенных систем, рассмотрим
экземпляры программного (OPC-сервер, SCADA-система) и информационного (СУБД)
обеспечения, выраженные компонентами укрупненного графа задач реализующего
проект АСУ ТП.
Рисунок 1. – Ориентированный укрупненный граф компонентов ТП.
Согласно спецификации OPC [2], данным получаемым с нижнего уровня АСУ
ТП присвоен атрибут TimeStamp, что дает определенную степень достоверности
произошедших событий, отражаемых как в трендах реального времени SCADAсистемы, так и при архивировании данных в СУБД с последующим отображением их в
архивных трендах SCADA-системы.
Для реализации полного цикла обработки данных реального времени
необходимо выполнение следующего условия:
(1)
Tts → Tarh ,
где,
Tts - момент времени инициализации значения параметра данных;
Tarh - момент времени архивирования значения параметра данных.
Следует отметить, что при стремлении создать идеализированные условия
оперирования данными, вышеперечисленные моменты времени будут приближаться
друг к другу. Однако, в реальных условиях существует разность моментов времени,
которая характеризует инерционность системы, определяемую по формуле:
Tin = (Tarh + t n ) − Tts ,
(2)
С другой стороны инерционность системы определяется как арифметическая
сумма временных задержек ti :
Tin = t1 + t 2 + t3 ,..., t n ,
(3)
271
В свою очередь ti характеризуется как время, затрачиваемое на задействование
компонентов или межкомпонентных связей, одного из направлений графа задач
реализующего проект АСУ ТП (рисунок 2).
Для
исследования
взаимодействия
экземпляров
программного
и
информационного видов обеспечения, произведем декомпозицию алгоритмической
сущности проекта АСУ ТП в разрезе явно выраженных задач реализации ТП.
Рисунок 2. - Ориентированный разомкнутый граф реализации ТП.
Результатом декомпозиции является ориентированный разомкнутый граф, дуги
которого указывают на движение данных, начиная с уровня CNC. Вершины графа
интерпретируют следующие задачи: построение данных в соответствии со
спецификацией OPC Data Access и OPC Alarm & Event (1); передача данных
посредством OPC-интерфейса (2); первичная обработка измерительной информации
(3); реализация вычислительного алгоритма регулирования параметров (4,5);
реализация логического алгоритма управления исполнительными устройствами (6),
алармами и событиями (7); визуализация контролируемых и управляемых значений
параметров ТП (8); реализация вычислительного алгоритма управления запросами
(SQL-предложения) (9); передача данных посредством интерфейса ODBC (10,12);
архивирование значений параметров ТП (11); обработка архивной информации по
запросам (13,14).
Реализованный граф представляет собой детерминированную модель
регламентированного течения ТП.
На величину времени задействования компонента ti оказывают влияние
следующие факторы: соответствие спецификации жесткого реально времени
операционной платформы (системы); архитектура, структура, методы и алгоритмы
программного обеспечения; способ организации данных информационного
обеспечения (реляционный, объектно-ориентированный) [2].
Межкомпонентные связи графа задач реализующего проект АСУ ТП
представлены интерфейсами взаимодействия (видами спецификаций): COM/DCOM,
OPC, ODBC. На величину времени задействования компонента ti оказывают влияние
следующие факторы: методы и алгоритмы технологий, отражающих тот или иной вид
спецификации.
Коммерческая природа видов программного обеспечения, выраженная в
«закрытости» продукта не позволяет нам определить оперативность функционирования
системы на предмет реального времени. А также принимая во внимание тот факт, что
SCADA-система служит основой построения проекта автоматизации, позволяет
выдвинуть предположение о том, что приоритетным направлением снижения
ti
инерционности системы выступает время задействования
компонента
информационного вида обеспечения (СУБД) и межкомпонентной связи программного
272
(SCADA) и информационного (СУБД) видов обеспечения - интерфейса
взаимодействия.
Лабораторные условия позволяют провести исследование с имитационной
моделью проекта автоматизации в режиме эмуляции получения данных с нижнего
уровня АСУ ТП – уровня CNC. В данных условиях при ручном режиме запуска
системы
существует
возможность
оперирования
данными
в
рамках
регламентированного течения ТП. Формат оперируемых, данных в режиме эмуляции,
соответствует спецификации OPC Data Access. Таким образом, для исследования
взаимодействия гетерогенных систем при наличии в структуре данных области
TimeStamp, достоверные (реальные) данные, получаемые с нижнего уровня CNC, могут
быть заменены текущими, на момент проведения эксперимента, значениями режима
эмуляции. Что позволит исследовать взаимодействие экземпляров программного и
информационного обеспечения в лабораторных условиях на предмет снижения
инерционности системы, т.е. сокращения времени задействования межкомпонентной
связи и компонента ti , т.е. приближения времени оперирования данными проекта АСУ
ТП к реальному времени.
Библиографический список:
1.
Деменков, Н.П. SCADA-системы как инструмент проектирования АСУ ТП.
[Текст]/ Н.П. Деменков – М.: «Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана». – 2004. – 328 с.: ил.
2.
Норенков, И.П. Основы автоматизированного проектирования. [Текст]/ И.П.
Норенков - М.: «Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана». – 2006. – 336 с.: ил.
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА УЧЕТА ЗАТРАТ ТУРИСТОВ
О.А. Каратаев, А.С. Шельмагин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В современном капиталистическом мире работает командная идеология
действий. Люди объединяются в команды и строят свой бизнес, занимаются общим
спортом, ездят в турпоходы и т.д.
Во время любого командного путешествия возникает актуальная проблема
анализа финансовых затрат в рамках одной поездки. Например, группа туристов
готовится к путешествию и несет, как перед ней, так и во время, расходы (покупка
продуктов питания, оплата проезда, аренда жилья). При большом количестве людей
становится проблематично производить анализ всех сделанных затрат в «ручную» и
требуется как то оптимизировать этот процесс, с использованием информационных
технологий. По итогу любой поездки возникает надобность в расчете нормы затрат,
чтобы возможно, к следующей возможной поездки планировать свои ресурсы наиболее
оптимально и без лишних потерь в финансовых ресурсах.
Формулируется следующая цель работы – это разработать программное
обеспечение (далее – ПО), которое позволит вести учет и анализ затрат на ноутбуке
273
(или персональном компьютере) и на карманном персональном компьютере (далее –
КПК), с возможностью репликации данных в «онлайн» или пакетном режиме.
На основании цели сформулируем следующие основные задачи:
− выбрать современный метод анализа затрат для решения задачи анализа затрат;
− разработать ПО для учета и анализа затрат для персонального компьютера (далее –
ПК);
− разработать ПО для учета и анализа затрат для КПК;
− разработать систему репликации данных между ПК и КПК.
Для расчета затрат любых тур поездок применяется позаказный метод
калькулирования себестоимости. При позаказном методе учета калькулирования на
каждую открытую поездку открывается отдельная карточка по учету затрат.
Себестоимость всего заказа (группы туристов) определяется путем суммирования всех
затрат по группе. Для определения себестоимости поездки одного туриста (нормы
затрат) общие затраты на группу делятся на количество туристов в группе.
В результате работы было разработано программное обеспечение «Путевые
затраты» на базе платформы 1С:Предприятие 8.2, которое позволяет учитывать
затраты, как в оперативном режим, так и в неоперативном. При проведении документа
(отражении данных в регистрах учета) создается запись в регистре «Остаток средств»,
где измерениями являются: поездка и турист; а соответственно ресурсом: сумма затрат.
На основании регистра «Остаток средств» рассчитывается и формируется
итоговый отчет «Расход средств» (см. Рисунок 1). Основным входным параметром
является «Поездка» из справочника «Поездки».
Рисунок 1 – Итоговый отчет «Расход средств»
В отчете «Расход средств» отображаются данные по всем затратам туристов в
колонке «Затраты». В колонке «Должна группа» отражено сколько должна (если
отрицательное значение) или наоборот должны кто-то из членов другой группы (если
положительное значение). Колонка «Отдать» содержит информацию о том, сколько и
кому финансовых средств должен пользователь. Алгоритм распределения долгов
274
построен на основе минимальных итераций к каждой группе пользователя.
Использованный в программе алгоритм, для вычисления сумм взаимозачётов,
стремится к минимизации остатка, что в итоге позволяет свести количество
взаимозачётов к минимуму.
При реализации ПО для КПК возник ряд особенностей, а именно, малая
площадь экрана, для передачи информации, ограниченный объём памяти и ресурсов, а
так же необходимость минимизации количества взаимозачётов.
Так для оптимального использования рабочего пространства экрана было
принято решение отказаться от плавающих форм и использовать механизм закладок,
проиллюстрированный на рисунке 2.
Рисунок 2 – Интерфейс программы «Путевых затрат» на КПК
На рисунке 3 продемонстрирована схема работы пользователя с распределенной
информационной системой.
Рисунок 3 – Схема работы информационной системы «Путевые затраты»
Как итог всей работы, это создание распределенной информационной система
«Путевые затраты» на ПК и КПК, с возможностью накопления и использование
информации в следующих периодах, как в режиме «планирования» так и в режиме «по
275
факту». Система позволяет принимать оптимально качественные решения по
организации своих финансовых ресурсов и снижения к минимуму всех затрат команды.
УДК 681.3.06
РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ АЛГОРИТМА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПОСТРОЕНИЯ
ДЕРЕВА МАРКИРОВОК ОБЫКНОВЕННОЙ СЕТИ ПЕТРИ
Ю.А. Сопкова, М.М. Чудновский
рук. – д.т.н., профессор Г.А. Доррер
ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
Институт Косических и Инфорационных Технологий
г. Красноярск
Рассматривая динамику развития средств современной вычислительной техники
можно говорить об утвердившихся тенденциях замедления темпов роста тактовой
частоты
микропроцессоров
и
быстрым
распространением
многоядерных
микропроцессоров. Исходя из этого, можно с уверенностью утверждать, что разработка
эффективных программных решений для параллельных систем является крайне
актуальной темой. Создание таких решений складывается из трех основных
компонентов: параллельных алгоритмов, средств реализации параллельности и систем
отладки. Под средствами реализации параллельности понимаются языки
программирования или библиотеки, обеспечивающие инфраструктуру параллельных
программ. Таких система достаточно много. Книмможноотнести: Occam, MPI, HPF,
OpenMP, DVM, OpenTS, Boost.Thread, PosixThreads. Сюда также можно отнести
библиотеку Integrated Performance Primitives компании Intel. Поскольку отладка
параллельной программы является процессом более трудоемким, чем отладка
последовательной программы, то системы отладки и профилирования являются
важнейшей частью в процессе разработки таких систем. В области отладчиков хочется
обратить внимание на системы TotalView и PGDBG. Среди средств профилирования
можно назвать такие инструменты как Nupshot, Pablo, Vampir. Существуют системы
статической верификации, например VivaMP. Последней инструмент, на который
хочется обратить особое внимание, является средства анализа многопоточности
ThreadingAnalysisTools. Ho самый важный компонент, без которого все другие средства не
смогут сделать программу параллельной, это параллельный алгоритм.
В рамках данной статьи рассматриваетсяраспараллеливание построения дерева
маркировок обыкновенной сети Петри (далее PN). Ввиду мощных моделирующих
возможностей сети Петри находят очень широкой применение, поэтому и встает
вопрос об эффективных алгоритмах их анализа.
При построении дерева маркировок PN объем вычислений существенно
увеличивается по мере роста глубины дерева и исходя из этого прослеживается
реальная необходимость использовать параллельные вычисления. Учитывая то, что
каждую полученную маркировку необходимо проверять на повторяемость и
зацикливание, авторами данной статьи предлагается алгоритм для ассиметричных
кластерных систем. В этом случае все дерево маркировок хранится на одном узле
кластера, что увеличивает требования к производительности этого узла, однако
существенно снижает нагрузку на вычислительную сеть, так как нет необходимости
передавать все дерево маркировок каждому узлу кластера. В качестве основной
структуры данных предлагается использовать двумерный массив маркировок, где
276
маркировки представляются в виде класса. Рассматриваемый массив обладает
динамическим числом строк, где каждая строка представляет соответственно уровень
дерева, а также динамической длинной каждой строки, что представляет количество
маркировок на соответствующей глубине. Конкретизируя, можно говорить о том, что в
зависимости от заданных условиях задачи, массив принимает строго определенную
форму, что обеспечивает эффективное использование памяти. Также, в сравнении с
древовидными структурами и списками, в случае использования массива
увеличивается скорость проверки маркировки, полученной на i-ом шаге на повтор или
зацикливание, так как навигация по массиву осуществляется наиболее быстро.
Схематично рассматриваемая структура данных представлена на рисунке 1.
Рисунок 1
Согласно алгоритму, при вычислении маркировок i-ой глубины используется
динамическое число потоков, равное количеству тех переходов, что могут сработать. На
первом шаге главным потоком вычисляются маркировки, получаемые из начальной
М0. Далее, исходя из полученных данных, создаются потоки, число которых
определяется количеством полученных маркировок, которые начинают вычислять
новые маркировки. Таким образом каждый узел дерева обрабатывается на отдельном
потоке. По завершению работы потоков определенного уровня (глубины дерева),
результаты их вычислений обрабатываются главным потоком, происходит проверка на
зацикливание или повтор. Далее, в случае успешного прохождения проверки,
полученные данные записываются в память (в массив, рассмотренный выше), и
происходит создание новых потоков, а затем распределение полученных (и
проверенных) маркировок между ними (потоками). Таки образом строится i-й уровень
дерева. Далее выполнение алгоритма продолжается до тех пор, пока не достигнута
заданная глубина дерева или требуемое число маркировок. Схема алгоритма
представлена на рисунке 2.
Анализируя рассмотренный алгоритм, можно отметить, что авторы сумели
добиться отсутствия критических секций, что повышает его (алгоритма) надежность.
Это реализовано посредством того, что каждый поток выполняется в строго
отведённом для него адресном пространстве, что и исключает их наложение.
Синхронизация скорости работы потоков реализована с помощью семафоров, которые
устанавливаются главным потоком на этапе распределения маркировок i-ой глубины
между потоками.
277
M0
i=1
M1
M2
M…
Mn-1
Mn
Проверка на циклы/повторы,
определение стартовых параметров потоков
i=2
Mn+1
Mn+2
Mn+2
…
Mn×(n-1)
Mn×n
Проверка на циклы/повторы,
определение стартовых параметров потоков
Продолжение вычисления дерева
разметок до завершения, исходя из
условий задачи
Рисунок 2
Так как число потоков динамически растет при увеличении глубины дерева,
возможна такая ситуация, когда число потоков превысит число кластеров. В таком
случае их синхронизация ложится на средства ОС. Однако для конкретного кластера с
конечным числом узлов алгоритм легко модифицируется, и тогда все потоки начинают
распределяться между узлами кластера по конвейерному типу.
Далее рассматривается пошаговая работа алгоритма на конкретной сети Петри.
Расчет дерева маркировок проведем для глубины, равной 2 Мультиграф представлен на
рисунке 3.
Рисунок 3
278
Матрицы инцидентности позиций и переходов для данной схемы:
p1
p2
p
F = p3
p4
p5
p6
t1
0
0
1

0
0
1
t2
1
1
0
0
0
0
t3
0
0
1
0
0
0
t4
0
1
0
0
2
0
t5
0
0
1
1
0
0
t6
0
t1

0
t2
t

0 , F = t3

0
t4
0
t5
1
t6
p1
1
0
0

0
0
1
p2
1
0
0
0
0
0
p3
p4
0
1
0
0
0
0
0
1
2
1
0
0
p5
0
0
0
1
1
0
p6
0
0
0

0
1
1
При старте работы алгоритма в массив заносится начальная маркировка МО с
индексами. На первом шаге главным потоком определяются переходы, которые могут
сработать и рассчитываются соответствующие маркировки:
tl Ml[l,1,1,1,1,1], t3 M2[0,0,l,3,l,2], t5 M3[0,0,1,0,2,3], t6 M4[0,0,3,1,1,2].
Далее происходит проверка полученных маркировок на зацикливание и повтор.
Затем, так как циклы и повторы для полученных маркировок отсутствуют, маркировки,
записываются в массив и создаются 4 потока, которые начинают рассчитывать
маркировки для глубины равной 2. Результат их вычислений в таблице 1.
Таблица 1
Поток 1
Поток 2
Поток 3
Поток 4
t1 М5[2,2,0,1,1,0]
t1 M10[l,1,0,3,1,1]
t1 M14[l,l,0,0,2,2]
t1 M17[l,1,2,1,1,1]
t2 M6[0,0,2,2,l,l]
t3 M11[0,0,0,5,1,2]
t3 M15[0,0,0,2,2,3]
t3 M18[0,0,2,3,l,2]
t3 M7[l,1,0,3,1,1]
t5 M12[0,0,0,2,2,3]
t6 M16[0,0,2,0,2,3]
t5 M19[0,0,2,0,2,3]
t5 M8[l,1,0,0,2,2]
t6 M13[0,0,2,3,l,2]
t6 M20[0,0,4,l,l,2]
t6 M9[l,1,2,1,1,1]
Главный поток ждет завершения потоков 1-4, затем начинается проверка на
зацикливание и повторы. Маркировки М10, М15, М17, М18, М19 помечаются как
повторы. Так как достигнута требуемая глубина построения дерева, алгоритм
завершается.
Алгоритм реализован авторами в среде операционной системы Linux. При
тестировании программы был использован дистрибутив Linux Ubuntu 9.10, однако это
не имеет принципиального значения. Параллелизм реализован средствами Posix Thread.
Библиографический список:
1.
Доррер Г.А. Методы моделирования дискретных систем. /Красноярск:
ИПЦКГТУ, 2005. 171с.
2.
Карпов А.Н. Введение в проблематику разработки параллельных программ.
/Интернет-ресурс: http://www.viva64.com
3.
Миронов А.А., Карпов А.Н. Параллельные алгоритмы обработки данных.
/Интернет-ресурс: http://www.viva64.com
УДК 004.415.2
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ
279
СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ
ПРИ ТУШЕНИИ КРУПНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
Р.С. Акинфеев
рук. – к.т.н., доцент С.П. Якимов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Красноярск
На сегодняшний день, в России существуют две крупные информационные
системы оперативного мониторинга лесопожарной обстановки. Это система
спутникового мониторинга пожаров МЧС и информационная система дистанционного
мониторинга (ИСДМ) «Рослесхоз» принадлежащая ФГУ «Авиалесоохрана».
Основной задачей МЧС является отслеживание лесных пожаров вблизи населённых
пунктов и государственной границы РФ на предмет перехода лесных пожаров в разряд
чрезвычайных ситуаций. В связи с этим ведётся оперативный спутниковый мониторинг
пожаров на основе данных аппарата MODIS, установленного на спутниках TERRA и
AQUA. Спутники TERRA и AQUA проходят над территорией нашей страны 2 раза в
сутки, благодаря чему информация о пожарах в системе МЧС обновляется каждые 12
часов.
Одной из основных задач решаемых ФГУ «Авиалесоохрана» с помощью ИСДМ
«Рослесхоз» является мониторинг повреждений наносимых пожарами лесному фонду
Российской Федерации, сбор статистической информации о повреждениях, а также
контроль предприятий ответственных за ликвидацию лесных пожаров. Мониторинг в
ИСДМ «Рослесхоз» ведётся в четырёх зонах наблюдения:
1.
I зона космического мониторинга (спутники NOAA, TERRA и AQUA),
2.
II зона космического мониторинга (спутники NOAA, TERRA и AQUA),
3.
Зона авиационного мониторинга (визуальные наблюдения с самолётов или
вертолётов и аэрофотосъёмка),
4.
Зона наземного мониторинга (визуальные наблюдения).
Процессы сбора и обработки данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)
в ИСДМ «Рослесхоз» и в системе МЧС очень схожи, в тоже время ИСДМ «Рослесхоз»
реализует процессы сбора и обработки информации получаемой не только со
спутников, но и от авиационных и наземных служб, поэтому далее будем
рассматривать системы дистанционного мониторинга пожаров на примере ИСДМ
«Рослесхоз».
Существующая в ИСДМ «Рослесхоз» модель сбора информации (
Рисунок 1) требует предоставления данных региональными предприятиями в
центральную базу данных ИСДМ, в тоже время, не предлагая взамен ничего кроме
автоматизации формирования периодической отчётности. Иными словами, при такой
схеме функционирования ИСДМ может использоваться лишь как средство учёта
повреждений лесного фонда, так как система в нынешнем виде не представляет
никакого интереса непосредственно для тех, кто занимается тушением лесных пожаров
на местах.
280
Рисунок 1 - AS-IS модель сбора информации в ИСДМ «Рослесхоз»
При такой организации, осуществляется поддержка принятия решений лишь на
стратегическом уровне, например о начале ликвидации того или иного пожара. Однако,
информация, собираемая в ИСДМ «Рослесхоз» и МЧС, позволяет также осуществлять
поддержку принятия и тактических решений непосредственно в ходе ликвидации
пожара, которые позволят более эффективно использовать ресурсы, задействованные в
борьбе с пожаром. Таким образом, существует задача автоматизации поддержки
принятия тактических и оперативных решений при тушении лесных пожаров и
ликвидации ЧС связанных с ними. Решение данной задачи позволит, оперативно
отслеживать возможные варианты развития событий при ликвидации пожара,
оценивать их вероятность и принимать эффективные решения по противодействию.
Для решения этой задачи предлагается создать «Систему поддержки принятия
решений при тушении крупных лесных пожаров». Данная система должна включать по
крайней мере два модуля:
1.
Аналитический модуль архива оперативной лесопожарной информации,
предназначенный для анализа ретроспективной информации о пожарах и создания
моделей лесных пожаров для применения их для поддержки принятия как тактических
и оперативных, так и стратегических решений по локализации и ликвидации лесных
пожаров.
2.
Автоматизированное рабочее место оперативного дежурного, предназначенное,
в первую очередь, для сбора, упорядочивания и хранения оперативной (первичной)
информации собираемой лесопожарными службами на местах, а также
предоставляющее возможность в пакетном режиме производить выгрузку данных в
систему МЧС или ИСДМ «Рослесхоз» (
3.
Рисунок 2).
281
Рисунок 2 - Функциональная модель подсистемы сбора информации
Создание и интеграция таких модулей с существующими системами естественно
потребует изменения модели сложившихся бизнес-процессов, однако не приведёт к их
ломке (
Рисунок 3).
Рисунок 3 - TO-BE модель сбора и обработки информации в ИСДМ «Рослесхоз»
Процесс анализа и корректировки моделей пожаров позволит постоянно
совершенствовать модели, а также адаптировать их к изменяющимся внешним
условиям.
Процесс моделирования поведения лесного пожара позволит рассмотреть
различные варианты развития событий, в том числе при изменении погодных условий
или применении тех или иных средств противодействия распространения пожара. Что,
в свою очередь, позволит более точно принимать решения руководителем ликвидации
пожара.
282
Библиографический список:
1.
Верников А. Описание стандарта IDEF0 [Электронный ресурс ], 2006. – Режим
доступа: http://www.insapov.ru/idef0-standard-description.html свободный.
2.
Якимов С.П., Сиземов В.Н. К вопросу об изменчивости объектов виртуальной
природы. //Материалы IV Всесибирского конгресса женщин-математиков (в день
рождения Софьи Ковалевской). Красноярск, 15-19 января 2006 г. – С. 191-193.
3.
Акинфеев, Р.С., Якимов, С.П. Оперативное прогнозирование параметров лесных
пожаров в условиях недостаточности и изменчивости состава исходных данных //
Проблемы информатизации региона. ПИР-2009: Материалы одиннадцатой
Всероссийской научно-практической конференции. Красноярск, 2-3 ноября 2009г. –
Красноярск: РИЦ СибГТУ, 2009. – С. 163-165.
4.
Акинфеев, Р.С., Берестенькова, М.В., Якимов, С.П. Основные принципы
разработки информационной системы прогнозирования лесных пожаров на основе
данных ИСДМ-Рослесхоз // VII Всероссийская конференция по теоретическим основам
проектирования и разработки распределённых информационных систем (ПРИС-2009):
Материалы конференции, 10-11 декабря 2009 г. – Красноярск: ООО «Экспресс-офсет»,
2009. – С.37-41.
5.
Жуков, Л.А. Формализация технологии применения нейронных сетей с учителем
и особенности их использования для решения прикладных задач: Монография / Л.А.
Жуков, Н.В. Решетникова. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. 168 с.
6.
Галеев, А.А., Ершов, Д.В., Ефремов, В.Ю., Крашенинникова, Ю.С.,
Котельников, Р.В., Лупян, Е.А., Мазуров, А.А., Прошин, А.А., Флитман, Е.В. Система
оперативного доступа удаленных пользователей к информационным ресурсам
информационной системы дистанционного мониторинга лесных пожаров //
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса – Москва:
Институт космических исследований РАН, т.3, №I; 2006. – с.351-358.
УДК 004.8.032.26
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ ЛЕСНЫХ
ПОЖАРОВ ДЛЯ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ПРЯМОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ
М.В. Берестенькова
рук. – к.т.н., доцент Л.А. Жуков
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Задача моделирования динамики развития лесных пожаров в общем случае
сформулирована давно и подробно описана в ряде работ [1, 2, 3, 4]. Однако, описанная
задача моделирования хороша лишь для традиционных методов обработки данных,
таких как математическая статистика и не пригодна при использовании относительно
молодых методов нейроинформатики. Для решения большинства прикладных задач с
помощью аппарата нейронных сетей, необходимо сформулировать эти задачи в
терминах нейронной сети. В работе [5] подробно описан подход к использованию
нейронных сетей для прикладных исследований. На основе этого подхода попытаемся
сформулировать задачу моделирования динамики лесных пожаров для нейронных
сетей.
283
Прежде всего, необходимо решить к какому из стандартных типов нейросетевых
постановок задач относится решаемая задача. Очевидно, что задача моделирования
динамики развития лесных пожаров является частным случаем задачи прогнозирования
будущих значений на основе нескольких предыдущих значений и/или каких-то
существующих в настоящий момент факторов, которая традиционно решается с
помощью многослойных нейронных сетей прямого распространения. Причём для
прогнозирования поведения лесных пожаров в условиях отсутствия недостаточности
данных [6] существует масса апробированных и доказавших свою эффективность
математических методов описанных в [1, 2, 3, 4]. Но в реальных условиях оперативного
мониторинга лесных пожаров сбор всех данных, необходимых для алгоритмических
методов, не представляется возможным. Поэтому применение нейронных сетей, как
показано в работах [7, 8, 9], является весьма эффективным и даёт вполне приемлемые
результаты для применения в существующих системах дистанционного мониторинга
лесных пожаров.
Далее, следует выделить используемые в задаче признаковые пространства. Для
того чтобы не попасть в ситуацию, когда обучение нейросети окажется невозможным
из-за отсутствия или недоступности данных, при определении структуры данных для
нейронной сети было принято решение опираться, в первую очередь, на оперативные
данные доступные в системе дистанционного мониторинга лесных пожаров ИСДМ
«Рослесхоз». В результате была сформирована структура данных, представленная в
таблице 1.
Таблица 1 - Признаковое пространство, используемое в задаче
Имя
поля
V2
V3
V4
V5
V6
V7
V8
V9
V10
V11
Описание
Прирост площади пожара (га/сут.). Выходной признак.
Площадь регистрации пожара (га)
Среднесуточная температура воздуха (°C)
Показатель Нестерова
Среднесуточная точка росы (°C)
Кол-во осадков за сутки (мм)
Порывы ветра (м/с)
Среднесуточная скорость ветра (м/с)
Широта точки регистрации пожара (Десятичные градусы)
Долгота точки регистрации пожара (Десятичные градусы)
Тип
данных
Float
Float
Float
Integer
Float
Integer
Integer
Integer
Float
Float
В качестве существующих значений, на вход нейронной сети подаются
площадь
регистрации
пожара,
метеорологические
данные
(включающие
среднесуточную температуру воздуха, показатель Нестерова, среднесуточную точку
росы, количество осадков, выпавшее за сутки, порывы ветра, среднесуточную скорость
ветра в точке возникновения пожара или с ближайшей метеостанции) координаты
точки регистрации пожара. Прогнозируемый признак (выходное значение) – средний
прирост площади пожара за сутки. На основании результатов полученных в работах [7,
8, 9] примем предположение о том, что точность выходного поля не должна превышать
±25 (если площадь пожара рассчитывается в гектарах). Такая, на первый взгляд,
большая допустимая ошибка результата прогнозирования обусловлена размерами
площадей пожаров, для которых выполняется прогноз, поскольку крупными лесными
пожарами считаются пожары, площади которых превышают 200 гектар. Таким
образом, данное ограничение на точность выдаваемых нейросетью результатов
284
позволит получать хорошо обучающиеся нейронные сети, дающие прогнозы с
приемлемой, для задач оперативного мониторинга лесных пожаров, точностью.
Библиографический список:
1.
Доррер Г.А. Динамика лесных пожаров. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008, –
404с.
2.
Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы
борьбы с ними. Новосибирск: Наука, 1992, – 407 с.
3.
Rothermel R.C. How to predict the spread and intensity of forest and rangе fires. USDA Forest Service Gen. Techn. Rep. Int-143. Ogden, 1983. - 111 p. (Intermountain Forest
and Range Exp. Stn.).
4.
Andrews, Patricia L. 2007. BehavePlus fire modeling system: past, present, and future.
In ‘Proceedings of 7th Symposium on Fire and Forest Meteorological Society’, 23-25 October
2007, Bar Harbor, Maine, 13 pages.
5.
Жуков, Л.А. Формализация технологии применения нейронных сетей с учителем
и особенности их использования для решения прикладных задач: Монография / Л.А.
Жуков, Н.В. Решетникова. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. 168 с.
6.
Акинфеев, Р.С., Якимов, С.П. Оперативное прогнозирование параметров лесных
пожаров в условиях недостаточности и изменчивости состава исходных данных //
Проблемы информатизации региона. ПИР-2009: Материалы одиннадцатой
Всероссийской научно-практической конференции. Красноярск, 2-3 ноября 2009г. –
Красноярск: РИЦ СибГТУ, 2009. – С. 163-165.
7.
Берестенькова, М.В., Акинфеев, Р.С., Коморовский, В.С. Применение
нейронных сетей с учителем для прогнозирования прироста площади лесного пожара
на основе данных ИСДМ Рослесхоз // Проблемы информатизации региона. ПИР-2009:
Материалы одиннадцатой Всероссийской научно-практической конференции.
Красноярск, 2-3 ноября 2009г. – Красноярск: РИЦ СибГТУ, 2009. – С. 165-167.
8.
Берестенькова, М.В., Доррер, Г.А., Коморовский, В.С. Методы прогнозирования
параметров лесных пожаров на основе данных, хранящихся в информационной системе
«ИСДМ-РОСЛЕСХОЗ» // Проблемы информатизации региона. ПИР-2009: Материалы
одиннадцатой Всероссийской научно-практической конференции. Красноярск, 2-3
ноября 2009г. – Красноярск: РИЦ СибГТУ, 2009. – С. 167-170.
9.
Акинфеев, Р.С., Берестенькова, М.В., Коморовский, В.С. Прогнозирование
распространения лесных пожаров по данным информационной системы
дистанционного мониторинга // Молодые учёные в решении актуальных проблем
науки: Всероссийская научно-практическая конференция. Сборник статей студентов и
молодых учёных – Красноярск: СибГТУ, том 2; 2009. – С.419 – 423.
10.
Галеев, А.А., Ершов, Д.В., Ефремов, В.Ю., Крашенинникова, Ю.С.,
Котельников, Р.В., Лупян, Е.А., Мазуров, А.А., Прошин, А.А., Флитман, Е.В. Система
оперативного доступа удаленных пользователей к информационным ресурсам
информационной системы дистанционного мониторинга лесных пожаров //
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса – Москва:
Институт космических исследований РАН, т.3, №I; 2006. – с.351-358.
УДК 681.5
СТЕНД И МЕТОДИКА РАБОТЫ С КОНТРОЛЛЕРОМ SIMATIC S7-200
И ПРОГРАММНЫМ ПРОДУКТОМ STEP 7-MICROWIN
285
А.Н. Бояркин А.В. Чемель
рук.- к.т.н., доцент П.М. Гофман
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Инженеры, занимающиеся автоматизацией ТП, часто встречаются с проблемой
выбора аппаратных средств для решения своих задач. В настоящее время появился
доступ к хорошим зарубежным аппаратно-программным средствам: во многих
технических журналах, каталогах и в Интернете рекламируются промышленные
контроллеры известных фирм.
В
настоящее
время
современные
учебнолабораторные стенды в основном разрабатываются крупными производителями и
поставщиками программно-технических средств автоматизации технологических
процессов или инженерными центрами некоторых технических вузов, ведущих
подготовку специалистов по автоматизации технологических процессов. Стенды
собственной разработки имеются и на кафедре автоматизации производственных
процессов СибГТУ.
Рисунок 1- Стенды
Основываясь на опыте разработки и использования учебно-лабораторных
комплексов, применяемых для проведения практикума по автоматизации, можно
сформулировать основные требования, предъявляемые к современному учебнолабораторному оборудованию: мобильное и легко воспроизводимое ; конструкция
лабораторного комплекса должна быть эргономичной и занимать небольшую площадь,
быть легкой в обслуживании и потреблять мало энергии.
Технические и программные средства: должны быть современными и широко
используемыми в соответствующих отраслях промышленности;
должны иметь
относительно невысокую стоимость, обладать высокой функциональностью;
Именно этим требованиям удовлетворяет разработанный нами стенд. Основой
его является программируемый контроллер Simatic S7-200.
286
При создании программ используется программный пакет STEP 7-MicroWIN .
Главной целью работы является помощь студентам в освоении этого продукта,
осветить различные аспекты его применения.
Разработаны обучающие примеры и программы на языках LAD, FBD, STL, а
также указания к выполнению лабораторных и практических работ, использующие
основные функции STEP 7-MicroWIN: возможность использования символьной
адресации, распределение ресурсов и определение соответствия символьных имен
физическим адресам в таблице идентификаторов; интерактивная работа с центральным
процессором: перевод центрального процессора в режим RUN или STOP, загрузки
программы из памяти центрального процессора в программатор/компьютер,
загрузки программы из программатора/компьютера в память центрального процессора;
мониторинг выполнения программы. Описаны методы подключения к SCADA и
работы с OPC-сервером.
Библиографический список:
1.
Г.П. Митин. Системы автоматизации с использованием программируемых
контроллеров [текст] /Митин, Г.П., Хазанова А.В, - М.: Московский университет
"Станкин", 2005.
2.
Техническое описание контроллеров. [Электронный ресурс]/ Режим доступа:
http://www.siemens.com.
УДК 658.512
СТРУКТУРИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ ПОСРЕДСТВОМ ИНТЕРАКТИВНЫХ
СРЕДСТВ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ MOODLE
А.А. Высотин
рук. – Н.В. Лутошкина
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Современное дистанционное обучение является одним из актуальных
направлений применения информационных технологий в образовательной сфере. В
связи с этим, ведется поиск и разработка таких средств и методов обучения, которые
позволили бы обучаемому максимально активизировать продуктивность процесса
обучения, с целью получения необходимого объема знаний и умений от курса
обучения. Успешность и продуктивность процесса обучения зависит от многих
факторов, и одним из важнейших является структурирование знаний, получаемых в
процессе обучения.
Одним из основных инструментов структуризации и анализа знаний в любой
предметной области считается онтология [3]. Онтология – это точная спецификация
некоторой предметной области. Формальное и декларативное представление, которое
включает словарь терминов предметной области и логические выражения, которые
описывают, что эти термины означают, как они соотносятся друг с другом, и как они
могут или не могут быть связаны друг с другом. Исходя из этого определения,
онтология - это словарь для представления и обмена знаниями о некоторой предметной
области и множество связей, установленных между терминами в этом словаре.
287
На рисунке 1 представлен фрагмент онтологии, созданной средствами онторедактора Protege, демонстрирующий таксономическую связь понятий «множество» и
«отношения на множествах».
Рисунок 1 – Фрагмент онтологии
Для описания онтологий существуют различные языки и системы OntoEdit,
Protege, OilEd, WebOnto и др. позволяющие специалистам автоматически «рисовать»
онтологии, но использование этих языков и систем требует специальных знаний.
Рассмотрим
возможности
структурирования
знаний
интерактивными
средствами обучающей среды Moodle.
В настоящее время Moodle (Modular Object Oriented Digital Learning
Environment) является наиболее часто используемой системой дистанционного
обучения.
Простой, интуитивно понятный, эффективный, кросс-платформенный
интерфейс в окне браузера, встроенный веб-редактор и наличие русскоязычной версии,
поддержка различных подходов к обучению (дистанционное, смешанное, очное)
обеспечили популярность СДО Moodle в России.
Положив в основу обучения принцип социального конструктивизма,
разработчики системы уделили большое внимание таким интерактивным элементам
курса, которые предназначены для совместной работы обучающихся.
Одним из таких элементов является модуль «Глоссарий». С помощью него
создается основной словарь понятий, используемых в курсе. Существует несколько
видов отображения информации в глоссарии: простой, вроде словаря; непрерывный,
без автора; список терминов; полный с автором; полный без автора. Элемент
«Глоссарий» позволяет не только формировать список определений (словарь), но и
комментировать, дополнять, экспортировать их из одного глоссария в другой,
разбивать по категориям и задавать ключевые слова для поиска. Кроме того, понятия в
глоссарии можно связывать с терминами в материалах курса. Связанные слова
являются гиперссылками. Записи глоссария можно оценивать, оценка автоматически
заносится в модуль «Журнал оценок».
В Moodle существуют понятия главного и вторичного глоссария. Главный
глоссарий в курсе может быть только один и редактируется только преподавателем.
Вторичных глоссариев может быть множество. Главный глоссарий, как правило,
добавляется к общему разделу курса, а вторичные – к темам курса. Каждый студент
имеет возможность принимать участие в создании или редактировании вторичных
глоссариев. Процесс создания или редактирования записей вторичных глоссариев
может обсуждаться на форуме. Работа в элементе курса «Форум» по заданной теме
также может оцениваться преподавателем.
288
Создание глоссария - это процесс формализации и систематизации предметной
области изучаемой дисциплины и является, по сути, созданием простейшей онтологией
общего назначения[3].
Принимая во внимание тот факт, что визуальные модели, например графы,
«обладают особенной когнитивной силой, фактически представляют средства
когнитивной графики для структурирования информации»[5], то представление
терминов глоссария в виде графа, где вершины – это сами термины, а дуги указывают
существующую логическую связь между терминами, поможет наглядно
сформулировать и объяснить природу и структуру явлений.
Поскольку онтология, созданная в процессе обучения, не предназначена для
автоматической компьютерной обработки, то для её построения не обязательно
использовать специализированные редакторы. Для построения графа, изображенного
на рисунке 1, обучающийся может использовать любой программный графический
пакет, изучаемый в школьном курсе - Paint, Visio и др. Процесс построения онтологии
контролируется и оценивается преподавателем, для чего используется один из
вариантов интерактивного модуля «Задание» Moodle.
Объединение онтологий (вторичных глоссариев) по каждой теме в единую
онтологию курса (глоссарий курса) позволит получить структурированное
представление знаний, полученных в процессе обучения. При визуализации онтологии,
кроме простого повторения материала курса, достигаются:
- системность - онтология представляет целостный взгляд на предметную область;
- единообразие - материал, представленный в единой форме, гораздо лучше
воспринимается и воспроизводится.
Таким образом, набор интерактивных средств системы дистанционного
обучения Moodle является мощным инструментом, способствующим структуризации и
систематизации получаемых знаний.
Библиографический список:
1.
http://www.opensource.org/docs/definition_plain.html
2.
http://www.gnu.org/copyleft/gpl.html
3.
Т.А. Гаврилова Использование онтологий в системах управления знаниями
[Электронный
ресурс]
Режим
доступа:
http://www.big.spb.ru/publications/bigspb/km/use_ontology_in_suz.shtml
4.
Белозубов А.В., Николаев Д.Г. Система дистанционного обучения Moodle.
Учебно-методическое пособие. – СПб., 2007. - 108 с
5.
Добров Б.В., Иванов В.В., Лукашевич Н.В., Соловьев В.Д. Курс из 16
презентаций: «Онтологии и тезаурусы». // [Электронный ресурс] Режим доступа:
http://download.yandex.ru/sv/plan.pdf
УДК 004.65
КОНЦЕПЦИЯ ХРАНИЛИЩА ДАННЫХ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ
ИНФОРМАЦИИ
И.Я. Дорошенко, Е.М. Товбис
289
рук. – к.т.н., доцент С.П.Якимов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Хранилище
учебно-методической
информации
предназначено
для
централизованного хранения и обработки информации об образовательном процессе
(так называемый «принцип одного окна» в приложении к информационным системам).
Хранилище консолидирует разнообразную информацию из различных источников,
например баз данных электронных лабораторий, информационно-издательских систем,
подсистем работы деканата и др. Сбор и хранение информации происходит в одном
месте, таким образом становится возможным объединение в одном аналитическом
отчете данных, полученных из разных источников. Например, при наличии данных
только из системы поддержки учебного процесса можно посмотреть индивидуальную
траекторию учащегося в контексте одного предмета. При наличии добавленной
информации о преподавателе,
становится возможным просматривать реакцию
студентов на смену преподавателя, или на возможно возросшую эффективность
самостоятельной работы студентов после появлении новой книги в библиотеке.
Информационные системы, базы данных которых должны быть объединены для
хранения и обработки – это разрозненные приложения, требующие объединения,
консолидации данных.
На этапе консолидации данных происходит перенос информации из баз данных
различных приложений в подсистему промежуточного хранения, на этом же этапе
производится «очистка» данных. Информация преобразуется к единому формату
хранения, при возможности устраняются ошибки, которые могут повлиять на
обработку данных. Этим этапом нельзя пренебрегать, потому что от данной системы
будут зависеть видимые пользователем элементы, например формат вывода ФИО
учащихся. Этап консолидации данных выполняется ETL-системой (Extract, Transform
and Load) [1]. Этап заканчивается когда все данные за требуемый период времени
поступили в подсистему промежуточного хранения данных. Этот этап будет
выполняться каждый раз при переносе данных из внешних источников, через
промежутки времени, не позволяющие данным в хранилище устаревать.
После извлечения информации из различных СУБД, трансформации и очищения
от ошибок данные попадают в подсистему промежуточного хранения данных. Она не
зависит от внешних источников, данные в ней самодостаточны и содержат все
необходимое для обработки и анализа. Это система промежуточного хранения, поэтому
имеет структуру обычной базы данных для удобства добавления информации из
сторонних БД, для легкости объединения информации. Также такая структура будет
удобна для дальнейшей выборки из неё данных и помещения в подсистему анализа.
Для ускорения введения информационной системы в эксплуатацию, существует
возможность использовать возможность анализа данных из реляционного источника
стандартными средствами.
Это позволит очень быстро (в сравнении с
«полноценными» серверными решениями) создать средство для OLAP-анализа данных
и получения отчетов. Но, необходимо уточнить, что такое средство будет очень сильно
проигрывать в быстродействии по сравнению с серверными системами. Также, сама
возможность получения результата до финала постройки подсистемы анализа данных
поможет более точно настроить последнюю
Для того чтобы осуществить перенос данных из промежуточного хранилища в
подсистему анализа предназначена еще одна ETL-система. Она будет переводить
данные из структуры хранилища в формат, требующийся для обработки. Программно
этот этап выполняется системой консолидации данных. Трансфер данных для
290
выполнения промежуточного анализа данных будет выполняться как ETL-системой,
так и отдельными хранимыми процедурами, физически находящимися в хранилище.
Подсистема анализа – необходимая часть проекта для проведения анализа
данных. Планируется, что большая часть анализа будет проводиться с помощью
методологии OLAP [2]. При этом подсистема анализа не должна напрямую зависеть от
хранилища. Это даст возможность физически разнести данные, которые могут
находиться как в реляционном виде, так и в виде специального MOLAP-хранилища.
Для увеличения быстродействия целесообразно создать несколько OLAP-кубов с
различными достаточно узконаправленными представлениями предметной области.
Библиографический список:
1.
Kimball, Ralph. The Data Warehouse Toolkit: The Complete Guide to Dimensional
Modeling [Текст] / R. Kimball, M. Ross – Wiley, 2002. (2nd edition). – 388 p.
2.
Федоров, А. Введение в OLAP-технологии Microsoft [Текст] / А.Федоров,
Н.Елманова - М.: Диалог-МИФИ, 2002. – 272 с.
УДК 004.415.2
АВТОМАТИЗАЦИЯ УЧЕТА МЕДИКАМЕНТОВ НА СКЛАДЕ
ЗАО «СИА ИНТЕРНЕЙШНЛ-КРАСНОЯРСК»
Г.В. Зарецкая
рук. - к.т.н., доцент Л.Д. Якимова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Целью данной работы является осуществление автоматизации учета
медикаментов на складе ЗАО «СИА Интернейшнл-Красноярск».
Для достижения этой цели потребовалось решить ряд задач: провести изучение
предметной области; выполнить описание бизнес-процессов по учету медикаментов на
складе ЗАО «СИА Интернейшнл-Красноярск», разработать функциональную структуру
информационной системы и архитектуру приложений, произвести программирование
модулей системы и расчет экономической эффективности.
На сегодняшний день неотъемлемым компонентом обеспечения современной
сферы оказания услуг являются информационные ресурсы (ИР). Масштабная
информатизация приводит к существенному увеличению как общего числа ИР, так и их
разновидностей.
ЗАО «СИА Интернейшнл-Красноярск» оказывает услуги по продаже
медикаментов юридическим лицам, а деятельность его сотрудников (операторов склада
и администратора) заключается в контроле и учете сведений о клиентах и их заказах, и
остатках медикаментов на складе. В настоящее время вся работа выполняется вручную,
что делает процесс обработки сведений, а так же процесс формирования списков
заказов трудоемким и длительным. Особенности организации бизнес-процессов на
складе требуют работы с большим количеством заказов клиентов и группировки
разнородных данных по клиентам и их заказам. Разработка и внедрение
информационной системы организации контроля и учета информации о медикаментах
и заказах позволит существенно сократить время на формирование, поиск и обработку
документов и данных деятельности сотрудников склада.
291
В сфере оказания услуг находят применение множество разнообразных ИР,
отличающихся как по содержанию, так и по характеру информации, её знаковой
природе и способу представления, объёму, структуре, типу носителя,
функциональности, исходному целевому назначению и другим атрибутам. В нашей
стране существуют системы с аналогичными функциями, к примеру, были
рассмотрены системы: «М-АПТЕКА плюс», «Лекарственное обеспечение», «Аптечный
склад», которые частично автоматизирует работу аптечных складов. Основным
недостатком уже имеющихся систем является то что, они все включают в себя
множество функций, которые не будут использоваться на складе никогда,
следовательно, придется переплачивать деньги за то, чем никто не будет пользоваться.
В связи с этим появилась необходимость создания программного продукта, который
позволит упростить и автоматизировать процесс обработки сведений по заказам
клиентов, а так же процессы формирования списков заказов и медикаментов.
Процесс учета медикаментов на складе в фирме ЗАО «СИА ИнтернейшнлКрасноярск» смоделирован с помощью диаграмм потоков данных IDEF0 и IDEF3.
Проектирование физической и логической модели базы данных выполнялось с
помощью Erwin. Причиной выбора данного средства обуславливается тем, что
ERwin создает визуальное представление (модель данных) для решаемой задачи. Это
представление может использоваться для детального анализа, уточнения и
распространения как части документации, необходимой в цикле разработки. В
качестве сервера для хранения БД был выбран Microsoft SQL Server 2005. В качестве
среды разработки программы была выбрана среда Delphi, которая относится к
системам визуального программирования или системам RAD (Rapid Application
Development – быстрая разработка приложений).
База данных (рисунок 1) представляет собой совокупность связанных таблиц
данных, где содержаться сведения, необходимые для функционирования
информационной системы.
Пользователями данного продукта являются операторы склада и администратор.
Каждый пользователь проходит регистрацию, при этом он указывает свой логин и
пароль и использует их для дальнейшего входа в систему. Так как данной программой
пользуются практически все работники склада, то выполнено разграничение прав
доступа к информации, чтобы каждый сотрудник выполнял только необходимые
действия с информацией. В связи с тем, что пользователи программы занимают разные
должности, то определены следующие права на использование данной системы.
Администратор выполняет учет и контроль информации о сотрудниках; регистрацию
новых сотрудников как пользователей программы; осуществляет формирование
остатков на складе; оформление заказа на поставку, необходимых медикаментов;
формирование списков продаж. Оператор склада выполняет оприходование
медикаментов; оформление заявок клиентов; формирование документов на продажу
медикаментов; формирование списков заказов клиентов; контроль за состоянием
заказов и отгрузку заказов.
292
Рисунок 1 - Логическая модель данных
Входной информацией являются приходная накладная; заявка; данные об
оплате заказов. Выходной информацией является входная информация, прошедшая
необходимую обработку и предоставляемую пользователю в виде специализированных
отчетов и списков в соответствии с его правами. В программном средстве
формируются следующие выходные документы: расходная накладная; счет; счетфактура; заказ на поставку; остатки на складе; список заказов клиентов; заказ клиента;
списки продаж; списки прихода. Вся выходная информация предоставляется в
электронном виде и при необходимости может быть распечатана.
Внедрение программного продукта составит экономию времени на складе у
сотрудников (менеджеров по продажам, и администратора) за неделю 71,5 часа. Если
рассчитать экономию времени за день, то она составляет около 11,91 часов на всех
сотрудников. Так как у сотрудников появляется свободное время, то они смогут
обрабатывать больше заказов за день.
Вывод. Разработан программный комплекс, позволяющий автоматизировать
учет медикаментов на складе, а так же формирование необходимых документов и
списков. Практической значимостью данной программной разработки является
исключение дублирования информации, обеспечение безбумажной работы,
сокращение времени на оборот документов и стоимости обработки информации, то
есть обеспечение экономической эффективности, снижения стоимостных и
трудовых затрат на обработку данных.
Библиографический список:
1
Маклаков, С.В. BPWin и ERWin. CASE-средства разработки информационных
систем. [Текст] / С.В. Маклаков – Москва: ДИАЛОГ-МИФИ, 2000 – 300с.
2
Фаронов, В.В. Программирование баз данных в Delphi 7. Учебный курс [Текст] /
В.В. Фаронов. – СПб: Питер, 2005. – 459с.
3
Хомоненко, Базы данных. [Текст] / А.Д. Хомоненко, В.М. Цыганков, М.Г.
Мальцев – Санкт-Петербург.: Корона принт - 2004 – 600 с.
293
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ВЕДЕНИЯ РЕЙТИНГА И РАЗРАБОТКА
КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ В СФЕРЕ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
А.С. Злобина, Д.О. Кожевников
рук. – С.Н. Клименок
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Ключевым моментом расчёта рейтинга является критерий или совокупность
критериев, по которым оценивается положение в рейтинге. Определённым образом
структурированные и связанные между собой критерии образуют систему,
относительно которой рассчитываются количественные показатели или баллы.
Разрабатываемый программный комплекс реализует механизм расчёта рейтинга
студентов при помощи системы критериев, основанной на требованиях работодателей.
Темой исследования является взаимодействие студента и работодателя на базе
разрабатываемого программного комплекса.
Рейтинг призван оценивать качества и достижения студента с позиций
потенциального работодателя и предоставлять информацию об оценке участникам
взаимодействия. Регулярное поступление такого рода данных позволит не только
повысить заинтересованность студентов в успешном освоении базовых курсов, но и
сформировать плодотворную ориентацию[1] у студентов, а работодателю даст
возможность влиять на уровень подготовки кадрового резерва.
В качестве площадки взаимодействия студента и работодателя будет создан
Интернет-портал, как наиболее быстрый и удобный сервис обмена информацией.
Портал будет выполнять несколько важных функций разрабатываемого программного
комплекса,
и
предоставлять
различные
интерфейсы
зарегистрированным
пользователям. Предполагается выделить четыре уровня доступа к ресурсам портала:
1.
Незарегистрированный пользователь или Гость: имеет доступ к главной
странице портала, которая содержит общую информацию и приглашение к
сотрудничеству для заинтересованных работодателей.
2.
Студент: располагает данными рейтинга, а также подробной информацией о
системе критериев каждого работодателя. Интерфейс для студента предлагает два
основных сервиса:
выставление показателей по каждому из критериев, которые на данный момент
присутствуют в системе.
- создание мини-резюме в свободной форме, в котором выделяются ключевые слова
для быстрого поиска.
3.
Работодатель: может просматривать данные всех студентов, которые участвуют
в расчете рейтинга. В распоряжении работодателя интерфейс для создания собственной
системы критериев, и распределения весовых коэффициентов по всем показателям.
Системы критериев других работодателей и мини-резюме студентов находятся в
открытом доступе. Кроме того, предусматривается интерфейс отправки требования
администратору портала о создании нового критерия или категории критериев.
4.
Администратор: осуществляет дополнение базового дерева критериев по
требованию работодателей. Также он выборочно проводит верификацию данных,
вводимых студентами. При выявлении внесения студентом заведомо ложной
информации, администратор применяет штрафные санкции от корректировки рейтинга
до исключения студента из списка зарегистрированных студентов пользователей
портала без возможности восстановления.
294
В основе разрабатываемого программного комплекса лежит множественная
система критериев оценки, которая складывается из индивидуальных для каждого
работодателя систем критериев. Работодатель, формируя собственную систему
критериев, руководствуется как реальными потребностями своей организации, так и
личными представлениями о качествах хорошего работника. Анализируя информацию
от многих работодателей, студент сможет ориентироваться в области своей будущей
профессиональной деятельности, видеть направления её развития и основные
тенденции. Это даст возможность каждому студенту, исходя из своих целей и
приоритетов, развиваться в нужном направлении на протяжении всей учебы в вузе,
поднимать свой рейтинг с учётом текущего и прогнозируемого положения дел на
рынке труда.
Структура данных, в которой хранится система критериев работодателя,
представляет собой дерево. В узлах дерева на первом уровне находятся категории или
группы критериев, например, «учебная деятельность», «научная работа»,
«общественная активность» и т.д. На втором уровне в узлах дерева помещаются
конкретные критерии, такие как «успеваемость по профильным дисциплинам»,
«наличие публикации», «знание определенного языка программирования». Для
некоторых категорий критериев будет существовать третий уровень узлов дерева, он
будет охватывать различные аспекты или направления работы по данному критерию,
описывающие его более узко.
Такая форма представления системы критериев была выбрана по результатам
обработки ряда проведённых экспертных оценок. В качестве экспертов в них
принимали участие представители организаций, дающие рекомендации о приёме на
работу специалистов на должность программистов, системных администраторов,
инженеров по автоматизации производственных процессов. Эксперту предлагалось
сделать качественные оценки, отвечающие политике его организации, для списка
показателей успешности студента. Эксперт имел возможность присвоить критерию
низкую или высокую степень значимости при приёме на работу, отметить критерии
или целые категории как ценные, необходимые, незначимые, нежелательные,
недопустимые.
Результаты обработки экспертных оценок указали на необходимость создания
гибкой и расширяемой индивидуальной для каждого работодателя системы критериев.
Для её построения портал будет предлагать работодателю так называемое базовое
дерево критериев, сформированное по результатам обработки экспертных оценок, из
которого работодатель выберет интересующие его критерии и категории критериев.
Формируя
индивидуальную
систему
критериев,
работодатель
установит
соответствующее значение весового коэффициента для каждого узла дерева. Кроме
того, предусматривается возможность внедрения, как собственных категорий, так и
отдельных критериев оценки. Для этого работодателю нужно будет оставить
требование с описанием критерия или категории, которое будет в короткий срок
рассмотрено администратором портала. Быстрое внедрение новых критериев должно
обеспечиваться удобным интерфейсом администратора для добавления записей в
таблицу критериев в базе данных и динамической генерацией интерфейса студента
согласно записям этой таблицы. При этом происходит наращивание базового дерева
критериев. Таким образом, работодатель сможет сформировать уникальную систему
требований своей организации. Это особенно актуально в сфере информационных
технологий, где смена используемых инструментов и технологий происходит
достаточно быстро.
Программный комплекс будет спроектирован с учетом возможности
дальнейших изменений и расширения на другие факультеты. С научной точки зрения
295
результаты работы портала и собираемая им информация могут послужить ценным
материалом для дальнейших исследований.
Анализ потребностей реальных
работодателей может не только помочь студенту построить индивидуальную стратегию
самообразования, но и позволит вузу отслеживать положение дел в отрасли. Эта
информация может помочь повышению качества подготовки будущих специалистов.
Библиографический список:
1. Фромм, Э. Бегство от свободы. Человек для себя: [пер. с англ. и нем.] Э. Фромм.М.:АСТ МОСКВА, 2006. - 571с. - (Pholisophy).
УДК 004
АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО ДОКУМЕНТООБОРОТА
В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ КОМПАНИИ
К.В. Казаков
рук. – д.т.н., профессор Г.А. Доррер
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Данный анализ является неким введением для моей магистерской диссертации
на тему «Разработка онтологии процесса документооборота телекоммуникационной
компании».
В ходе анализа были изучена и проанализирована система электронного
документооборота в телекоммуникационной компании ООО «РиК».
В статье мною рассмотрен спектр проблем связанный с документооборотом
организации, эффективностью применения электронного документооборота и его
проблемах использования, а главным образом выявление основных проблем связанных
с системой электронного документооборота путем практического изучения системы.
Объектом исследования являются электронный документооборот ООО «РиК».
Методологической
основой
послужило
изучение
различных
автоматизированные технологии основанные на интеграции уже представленных
автоматизированных систем.
Информационной
базой
статьи
явились
фактические
материалы,
опубликованные в научной литературе и периодической печати, а также материалы,
собранные автором непосредственно в ООО «РиК».
Целью написания данной статьи является анализ и внесение рациональных
предложений по совершенствованию электронного документооборота.
В соответствии с поставленной целью в работе будут решены следующие
задачи:
1.
Анализ основной деятельности компании ООО «РиК».
2.
Анализ системы электронного документооборота в компании ООО «РиК»,
общая схема документооборота.
Итак, представленная компания ООО «РиК» является одним из самых крупных
компаний в сфере телекоммуникаций. Подразумевая телекоммуникацию, имеется в
виду сферу предоставления услуг телефонии, интернета, и услуг связанных с этими
сферами.
296
Естественна компания международного формата, и имеет Центральный филиал,
региональные управления и непосредственно филиалы. То есть наличие офисов в
разных городах и странах. Данное уточнение сразу говорит, что без централизованной
системы документооборота компании просто существовать не может. И естественно я
говорю о системе электронного документооборота, ведь век информационных
технологий.
Анализ начал с уточнения системы документооборота. Так как компания по
своим размерам и весу в своей сфере является крупной, то говорить о каких-то
бесплатных аналогах не может быть и речи. Речь идет о «Lotus Notes» от компании
IBM Lotus Software, входящей в компанию IBM Software Group.
Система «Lotus Notes» представляет собой платформу типа клиент-сервер
служащая для разработки и размещения прикладных программ группового
обеспечения. Она позволяет пользователям получать, отслеживать, совместно
использовать и создавать информацию, предназначенную для документов. Эта
информация может поступать в различных форматах, таких как тексты, изображения,
видео и звук, и от различных источников: компьютерные прикладные системы,
оперативные системы, сканеры или факс-аппараты. Основы системы Lotus Notes
являются:
1.
Единый, постоянный пользовательский интерфейс для обращения ко всем
другим пользователям, сетевым ресурсам и информации.
2.
Гибкость при обработке сложных документов, содержащих данные различного
рода от таких источников, как компьютерные приложения, сканированные
изображения и структурированные реляционные системы.
3.
Среда быстрой разработки прикладных программ для рабочих групп.
4.
Развитая система защиты доступом к информации на всех уровнях, вплоть до
уровня отдельного документа.
5.
Применение тиражирования для предоставления всем пользователям доступа к
свежей информации, располагающейся в любом подразделении предприятия, в его
филиалах, у удаленных пользователей, а также у заказчиков и поставщиков.
6.
Открытость, заключающаяся в поддержке множества сетевых и компьютерных
операционных систем, компьютерных приложений, внешних источников данных,
систем передачи сообщений и прикладных программных интерфейсов API.
7.
Масштабируемость - возможность поддерживать организации любого размера,
от рабочей группы из двух пользователей до корпоративной сети с десятками тысяч
пользователей.
8.
Полная интеграция набора разнообразных элементов клиентских и серверных
программных модулей (среда пользователя, распределенная обработка документов,
передача сообщений, защита и среда разработки), необходимая для создания
технологии бизнес процесса заказчика на множестве платформ.
Рабочее пространство системы Lotus Notes состоит из шести фиксированных
экранных окон, в которых размещены пиктограммы, представляющие документные
базы данных системы Notes.
Непосредственный анализ был проведен в системе на базе «Lotus Notes»,
называемой СЭВД (система электронного визирования договоров). Система СЭВД
предназначена для автоматизации процесса визирования и утверждения договоров.
В системе существуют роли, которые назначены каждому пользователю. К
примеру «Инициатор», у данной роли прописаны правила на «1. Создание проектов
документов – для своего филиала и его отделений, 2. Перевод своих документов на
согласование в Секретариат, 3. Формирование комментариев к документам, 4.
Формирование ответов на комментарии к документам, 5. Удаление созданных им
297
документов, 6. Просмотр своих документов, 7. Отмена виз в созданных им договорах»
или «Секретариат» - «Секретариат курирует согласование договоров во всех филиалах
региона, может менять некоторые настройки базы СЭВД».
Документы группируются по представлениям. Каждое представление содержит
определенную группу документов (например: черновики; документы, находящиеся на
визировании; утвержденные документы и т.д.). В левой части экранной формы
рабочего пространства отображается область навигации, содержащая названия
представлений. При первоначальной загрузке правую часть экранной формы рабочего
пространства занимает стартовая страница. На стартовой странице пользователю
доступен поиск договоров. Пользователям, обладающим ролью Инициатора, доступна
акция создания договора на базе пустого бланка.
В данной системе существуют процедуры визирования договоров. Процессы, по
сути, указывают все точки прохождения визирования документов связанных с разными
направлениями сферы и условиями. Данные процессы постоянно дорабатываются и
изменяются. Именно доработка процедур, по моему мнению, нужна данной системы
электронного
документооборота в системе СЭВД. Так как при практическом
использовании данной системы практически невозможно ускорить процесс
визирования договоров, установлены максимальные сроки которые редко кто
пренебрегает. То есть, казалось бы, два подобных договора должны быть выполнены
одинаково, но на практике разрыв в дате визирования может быть огромным. Но если
смотреть с другой стороны, то уменьшение сроков повлечет к высокому темпу и
большей вероятности в ошибки. Ведь человеческий фактор присутствует.
Поиск договоров осуществлен полностью с полями при заполнения договора.
Можно найти договор по любому параметру.
Также в полной мере реализовано подключение различных БД.
Существует огромное количество функций в СЭВД (таких как: отмена виз,
удаление договоров, редактирование, смена визирующего). Одним из полезных
функций можно отметить «Создание отчетов договоров», отчет отображающий вкратце
всю последовательность согласования договора.
Также дополнительно был проведен анализ в системе «Заявки ИТ», так же
выполнена на базе Lotus Notes. Система, позволяющая создание заявок на все сферы
деятельности связанных с рабочим процессом. Начиная от заказа канцелярских
товаров, мебели, выдачи локальных прав на доступ к различным ресурсам, заканчивая
заявками на установку софта на ПК.
Система очень проста в использовании. В виде иерархического дерева, с
градацией на направления.
Заключение:
Основной целью написания статьи является дальнейшее использование данного
анализа в написании магистерской диссертации на тему «Разработка онтологии
процесса документооборота телекоммуникационной компании».
Проанализировав весь материал, частично указанный в данной статье, мною
были сделаны следующие выводы:
1.
Компания сегодня является крупной в сфере телекоммуникации. При этом
приходиться использовать нестандартным подходом к ведению бизнеса, основанном на
постоянном развитии, совершенствовании, применении новейших технологий,
уникальных материалов и непрерывном повышении качества своей деятельности и
обязательного самоанализа.
Основные направления деятельности компании:
- предоставление услуг в сфере телефонии, интернета и сопутствующих сервисов.
298
Цель компании: Получение прибыли и достижение бесспорного лидерства в
сфере, параллельно не потеряв качества предоставляемых услуг. Компания
ориентирована на жизненный рост. Постоянные изменения в связи с изменением
экономической ситуации в мире.
2.
Анализ системы электронного документооборота были рассмотрены следующие
наиболее важные на мой взгляд вопросы:
3.
Определение основополагающих понятий: электронного документооборота
организации, работа с входящими, исходящими и внутренними документами в
компании. На конкретном примере рассмотрены были существующие наиболее
интересные функции и блоки.
4.
Анализ документооборота компании, в частности работа с входящими,
исходящими, внутренними документами позволили позволила проанализировать
имеющие положительные стороны и выявить ряд недостатков.
Положительные и отрицательные стороны:
- удобная в использовании система СЭВД позволяющая визировать договора не отходя
от рабочего места;
- удобный поиск в системе СЭВД;
- не до конца выстроены процедуры в СЭВД, которые требуются в доработке;
- удобная система «Заявки ИТ»;
- удобная система получения электронной почты.
На основе вышеперечисленного можно подвести некий итог о анализе системы
электронного документооборота в телекоммуникационной компании, что система
«Lotus Notes» и функционал представленный на базе этой платформы подходит для
крупной телекоммуникационной компании, и в большинстве случаев положительно
влияет на документооборот в компании, что способствует достижению целей
компании.
Библиографический список:
1.
Фридланд А.Я., Ханамирова Л.С., Фридланд И.А.. Информатика и
компьютерные технологии. Москва: ООО «Издательство Астрель»: ООО
«Издательство ACT», 2003.- 272 с.
2.
Казаков К.В.. Курсовая работа на тему «Системы документооборота: IBM Lotus
Notes 6.5, Система Электронного Визирования Договоров.» Красноярск, СибГТУ, 2009
г. – 24 с.
3.
Интернет.
Общая
информация
о
платформе
Lotus
Notes:
http://ru.wikipedia.org/wiki/Lotus_Notes.
4.
Внутренние руководства по использованию платформы Lotus Notes 6.5
компании ООО «РиК».
299
УДК 630
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
СТРАХОВЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
О.А. Каратаев
рук. – к.т.н., доцент М.И. Никитина
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
На современном этапе успешная деятельность страховой компании по
своевременному ведению финансового и управленческого учета, а также расчета и
осуществления оплаты медицинских услуг при оказании всех видов помощи зависит,
прежде всего, от гибкого функционирования программной информационной системы в
целом, как единой ERP-системы.
Для возможности управления своими информационными ресурсами быстро и
эффективно страховые медицинские компании используют ERP-системы. Это
информационные системы для идентификации и планирования всех ресурсов
предприятия, которые необходимы для осуществления полного финансового учета,
расчета медицинских услуг, анализа исполнения бюджетов и страховых резервов.
Таким образом, рассматриваемая тема, с позиций теории и практики
эффективности предоставления медицинской помощи в системе ОМС на основе
ведения управленческого и финансового учета представляется весьма актуальной.
Цель научной работы – исследование и внедрение ERP-системы для
автоматизации финансового и управленческого учета на примере страховой
медицинской организации Красноярского края.
Для реализации поставленной цели выделяются следующие задачи:
−
проанализировать особенности и проблемы финансово-хозяйственной
деятельности в страховой медицинской компании;
−
обосновать концепцию и применение ERP-систем для реализации
бухгалтерского и управленческого учета;
−
проанализировать
и
обосновать
выбор
платформы
1С:Предприятие 8, в качестве ERP-системы;
−
проанализировать особенности финансового и управленческого учета на базе
системы 1С:Предприятие 8;
−
осуществить внедрение и организовать использование
информационной
системы для ведения полного учета всей деятельности в страховой медицинской
компании.
Объект исследования – ЗАО СО «Корпорация Медицинского Страхования»,
г.Красноярск (далее – ЗАО «КМС»).
ЗАО «КМС» –
финансово устойчивая, платежеспособная и динамично
развивающаяся страховая компания. У компании ежегодно растет объем собственных
средств и ее оснащенность основными средствами.
КМС – первая страховая медицинская организация в Красноярском крае,
начавшая свою деятельность в 1992 г. с принятием Закона РФ «О медицинском
страховании граждан в Российской Федерации». Она является специализированной
страховой медицинской организацией, действующая на территории Красноярского края
и Алтайского края, имеющая государственные лицензии на проведение обязательного и
добровольного медицинского страхования.
300
Внедрение единой информационной системы – ERP-системы, повысит
технологический уровень ЗАО «КМС», а применение информационной системы
позволит:
−
создать информационную основу для устойчивого развития системы и решения
задач поддержки управленческих решений;
−
уменьшить затраты на развитие и сопровождение системы;
−
уменьшить время и снизить операционные затраты на формирование отчетов по
страховой деятельности;
−
оплачивать медицинские услуги своевременно и точно, в соответствии с
принятыми реестрами;
−
совершенствовать информационную систему в медицинской сфере через все
субъекты ОМС.
Финансовые задачи, решаемые при помощи ERP системы, можно подразделить
на три категории: финансовый учет, управленческий учет и финансовый менеджмент.
В соответствии с международной практикой, бухгалтерский учет (Accounting)
включает в себя два направления: финансовый учет (Financial Accounting),
ориентированный преимущественно на внешних пользователей финансовой
информации и управленческий учет (Managerial Accounting), ориентированный на
принятие управленческих решений внутри компании.
Финансовый учет ведется в соответствии с действующим законодательством,
поэтому одним из критериев выбора ERP системы является степень ее локализации.
При этом под локализацией следует понимать не только русификацию, но и
соответствие системы требованиям российского законодательства, в том числе в
области бухгалтерского учета и отчетности. Проблема локализации актуальна не
только для России, и то, что ведущие ERP системы работают в разных странах,
подтверждает их адаптируемость к местному законодательству. Локализация ERP
систем, как правило, обеспечивается локальными представительствами компанийпоставщиков.
К сожалению, нормативную базу российского бухгалтерского учета пока трудно
назвать стабильной: уже не первый год она находится в состоянии реформирования. Но
все происходящие изменения законодательства контролируются поставщиками ERP
систем (точнее — их российскими представителями) и находят отражение в
функциональности программных продуктов. Среди наиболее существенных изменений,
произошедших за последнее время, можно отметить поддержку нового плана счетов и
главы 25 Налогового кодекса РФ.
В части финансового учета ERP система обеспечивает учет операций с
дебиторами и кредиторами, материально-производственных запасов, основных средств
и нематериальных активов (с начислением амортизации), учет производственных
операций и другие функции бухгалтерского учета. Система также обеспечивает
мультивалютность, позволяя вести учет операций в разных валютах.
Важным качеством ERP систем является то, что они не только обеспечивают
ведение бухгалтерского учета в соответствии с национальным законодательством, но и
позволяют составлять отчетность в соответствии с международными стандартами —
МСФО (IAS) и GAAP.
Кроме того, ERP система позволяет автоматизировать бухгалтерский
документооборот и отчетность. Это касается таких функций, как выставление счетов на
оплату (в том числе на разных языках, в зависимости от контрагента), расчеты с
поставщиками и заказчиками (в том числе в иностранной валюте), обработка
документарных операций (инкассо, аккредитивы, чеки, векселя), отчетность по срокам
платежей, выверка операций по банковским счетам и другие. Эти функции являются
301
общепринятыми, поэтому их использование в отечественной практике не вызывает
серьезных проблем. Некоторые специфические особенности (например, 20-значные
номера банковских счетов) учитываются при локализации ERP систем.
Внедрение корпоративной информационной системы (КИС) класса ERP, по сути
дела, представляет собой инвестиционный проект. Ведь средства, вложенные в покупку
лицензий и оплату услуг консультантов, с течением времени приносят предприятию
вполне реальные экономические выгоды. Иначе говоря, вложенные средства должны
не только окупаться, но и приносить прибыль. В то же время любому финансисту
хорошо известно, что инвестиции приносят экономический эффект лишь тогда, когда
они сделаны осознанно, в соответствии со стратегией развития предприятия и
определенной технологией инвестирования.
Для разработки информационной ERP-системы была выбрана система на базе
1С: «Предприятие 8». Основные ее преимущества заключаются в широкой
распространенности и возможностях платформы:
−
доступности технического сервиса;
−
более низкой стоимости внедрения при сопоставимом качестве.
При исследовании проблем был выбран принцип максимального приближения к
нуждам конечных пользователей и поставлена задача, сделать работу в программе
доступной всем: от рядовых сотрудников, до высшего менеджмента. Это, в итоге,
позволило сделать продукт доступным для использования в отдельном
представительстве, и в головных офисах страховых медицинских компаний.
Состав прикладных механизмов 1С:Предприятия ориентирован на решение
задач автоматизации учета и управления предприятием. Использование проблемноориентированных объектов позволяет разработчику решать самый широкий круг задач
бухгалтерского учета и ОМС, а также управления ими на уровне бизнес-процессов.
Система имеет современные механизмы по интеграции с другими информационными
системами.
На сегодняшний день система основанная на платформе 1С:Предприятие 8
является наиболее оптимальным выбором для заказчиков разного уровня в
соотношении «цена/качество/скорость разработки».
Для страховой медицинской компании в основу использования бухгалтерской
системы – переработанная версия типовой 1С:Бухгалтерии 8 (далее – 1С:Бухгалтерия 8
(для СМО)), с учетом охарактеризованных в первой главе особенностей страхового
дела.
Для автоматизации аналитического учета деятельности ОМС используется
информационная система «ОМС» на базе платформы 1С:Предприятие 8.
Для автоматизации системы документооборота используется программный
модуль «Контроль корреспонденции» на базе платформы 1С:Предприятие 8.
Для учета кадров и расчета заработной платы работников организации
используется типовая 1С:Зарплата и Управление персоналом 8.
Используемые программные системы для СМО в целом составляют единую
функциональную ERP-систему. А так как в основе лежит одна платформа, то обмен
(«мост») между системами выполняется на высоком технологическом уровне.
302
УДК 630.43:662.519.6
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВРЕМЕНИ НАЧАЛА ТУШЕНИЯ ЛЕСНОГО
ПОЖАРА И ЭФФЕКТИВНОСТИ ТУШЕНИЯ ПО ДАННЫМ
ЛЕСОПОЖАРНОГО МОНИТОРИНГА
В.С. Коморовский
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Проблема оценки эффективности тушения лесных пожаров является весьма
сложной в связи с большим количеством ежегодно происходящих лесных пожаров,
большими площадями и пройденными огнем. Непосредственный контроль над
процессом тушения лесного пожара затруднен по тем же причинам. В статье изложена
методика оценки эффективности тушения лесного пожара и времени его начала по
отчетной информации лесопожарного мониторинга.
Исходные допущения
Идея изложенного ниже метода состоит в том, что на графике роста площади
пожара обнаруживается точка перегиба графика, и по изменению наклона кривой
оценивается момент начала и интенсивность противопожарных мероприятий.
Предположим, что по данным мониторинга зарегистрирована площадь пожара в
n последовательных моментов времени:
S1 = S (t1 ), S 2 = S (t 2 ),..., S n = S (t n ), t1 < t 2 < ... < t n .
Вычислим приращение площади пожара за каждый промежуток времени
(первую разность):
(1)
∆S (t i ) = S (t i −1 ) − S (t i ), i = 2,3,..., n ,га/сут,
а также приращение приращения (вторую разность):
(2)
∆2 S (t i ) = ∆S (t i −1 ) − ∆S (t i ), i = 3,4,..., n , га/сут 2 .
Анализ величин ∆S (ti ) и ∆ S (ti ) позволяет сделать следующие выводы:
2
1.
Величины ∆S (t i ) всегда положительны или равны нулю (когда пожар
локализован);
2
2.
Величины ∆ S (ti ) положительны при свободном распространении пожара,
становятся отрицательными при тушении пожара и обращаются в нуль при его
локализации.
Проиллюстрируем эти выводы на примере.
Пример расчета
По данным Красноярской базы охраны лесов лесной пожар в Туранском
лесничестве был зарегистрирован 21.04.08 и развивался следующим образом.
Соответствующий график приведен на рисунке 1.
Анализ таблицы и графика свидетельствует о том, что с 21 по 23 число пожар
развивался свободно, а с 24 по 26 числа производилось тушение, причем наибольшие
усилия по тушению пришлись на 24-е число. 27 апреля пожар локализован.
Выводы
Предлагаемый подход позволяет приблизительно оценить эффективность
противопожарных мероприятий, опираясь только на данные мониторинга лесных
пожаров. Дальнейшее развитее математического аппарата позволит создать методику
оценки эффективности деятельности противопожарных служб по данным
дистанционного мониторинга лесных пожаров.
303
Таблица 1 – Данные о пожаре в Туранском лесничестве 21.04.08 – 27.04.08
Дата
ti
21.04.2008
22.04.2008
23.04.2008
24.04.2008
25.04.2008
26.04.2008
27.04.2008
Площадь
пожара
S(ti), га
60
77
215
267
315
315
315
Приращение
площади
S(ti), га/сут
17
138
52
48
0
0
Вторая разность
2
2S(ti),га/сут
Состояние пожара
121
-86
-4
-48
0
Свободно распр.
Свободно распр.
Свободно распр.
Тушение
Тушение
Тушение
Локализован
350
300
250
200
фактический
модель
150
100
50
4.
20
22
08
.0
4.
20
08
23
.0
4.
20
24
08
.0
4.
20
08
25
.0
4.
20
26
08
.0
4.
20
08
27
.0
4.
20
28
08
.0
4.
20
08
08
21
.0
4.
20
20
.0
19
.0
4.
20
08
0
Рисунок 1 – Динамика изменения площади пожара в Туранском лесничестве
21-28.04.2008 г.
Библиографический список:
1
Доррер Г. А. Динамика лесных пожаров. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. –
404 с.
2
Доррер, Г.А. Оценка параметров динамики лесных пожаров на основе данных
космического мониторинга / Г. А. Доррер, В. С. Коморовский // Труды девятой
международной
коференции
по
финансово-актуарной
математике
и
эвентоконвергенции технологий. – Красноярск, 2010. – С. 131-135.
304
УДК681.3
РЕАЛИЗАЦИЯ ГРАДИЕНТНОГО МЕТОДА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЛОКА И КОМАНД SSE
И.Г. Криволуцкая
рук. – к.т.н., доцент Л.А. Жуков
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Наиболее распространенными и эффективными методами приближенного
решения задачи безусловной оптимизации являются методы, связанные с вычислением
градиента функции различными способами.
Градиентный спуск — метод нахождения локального минимума (максимума)
функции с помощью движения вдоль антиградиента (градиента). Для минимизации
функции в направлении градиента используются методы одномерной оптимизации,
например, метод золотого сечения.
Сходимость метода градиентного спуска зависит от отношения максимального и
минимального собственных чисел матрицы Гессе в окрестности минимума
(максимума). Чем больше это отношение, тем хуже сходимость метода.
Основная идея градиентного метода заключается в том, чтобы идти в
направлении наискорейшего спуска, а это направление задаётся антиградиентом
где, λ[j] выбирается:
постоянной, в этом случае метод может расходиться;
переменным шагом, то есть длина шага в процессе оптимизации может
умножаться или делится на некое число;
наискорейшим спуском:
Также эти методы связаны с решением задач математического
программирования (вычислительные алгоритмы), основанные на поиске экстремума
(максимума или минимума) функции путем последовательного перехода к нему с
помощью градиента этой функции.
В случае поиска минимума функции говорят о методе наискорейшего спуска, в
случае задачи максимизации — о методе наискорейшего роста (или подъема). При этом
необходима строгая проверка решения, ибо градиентный спуск или подъем могут
привести к экстремальной точке, которая на самом деле окажется не глобальным, а
лишь одним из локальных оптимумов.
Большинство численных методов состоит в отыскании некоторой
последовательности (x0,y0), (x1,y1),..,(xk,yk), которая сходится к точке минимума
(x*,y*). Если при этом выполняется f(x0,y0)>f(x1,y1)>..>f(xk,yk), то есть значения
функции монотонно убывают при увеличении k, то такой метод называется методом
спуска.
Данный метод реализован на блоке SSE (Simmetric SIMD Extentions) [4].
Программа включает в себя набор инструкций, которые выполняют операции со
скалярными и упакованными типами. Преимущество в производительности
достигается в том случае, когда необходимо произвести одну и ту же
последовательность действий над некоторым количеством данных.
305
Библиографический список:
1.
Максимов Ю.А., Филлиповская Е.А. Алгоритмы решения задач нелинейного
программирования. — М.: МИФИ, 1982.
2.
Максимов Ю.А. Алгоритмы линейного и дискретного программирования. — М.:
МИФИ, 1980.
3.
Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и
инженеров. — М.: Наука, 1970. — С. 575-576.
4.
Юров В.И. Assembler: учебник. – С.Пб, 2003.
УДК 004.85;004.896;317.315.7
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ БРОСКОВ МЯЧА В КОРЗИНУ
НА ОСНОВЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ SILVERLIGHT
А.В. Петропавловский
рук. – ст. преподаватель С.С. Москалева
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Для создания анимированных приложений используются различные технологии.
Одной из самых популярных в последние несколько лет можно назвать Adobe Flash,
ранее известную как Macromedia Flash. Adobe Flash – это мультимедийная платформа,
используемая для создания векторной анимации и интерактивных приложений, а также
для интеграции видеороликов в Web-страницы. Flash-содержимое воспроизводится с
помощью целого ряда программных средств, но доминирующее положение на рынке
занимает официальный Adobe Flash Player, распространяемый в качестве бесплатного
расширения для большинства современных обозревателей. Для написания Flashприложений используется язык программирования ActionScript, а ядро технологии
представляет собой виртуальную машину, на которой выполняется запускаемый из
интернета код программы.
Не так давно появилась новая возможность создавать анимированные
приложения: Microsoft Silverlight. Silverlight предоставляет графическую систему,
объединяющую мультимедиа, графику, анимацию и интерактивность в одной
программной платформе. Он был разработан чтобы работать с расширенным языком
разметки приложений (XAML) и с языками Microsoft .NET. В отличие от Adobe Flash,
где данные передаются в обозреватель в двоичном виде, приложения Silverlight
доступны в виде текста XAML, так как они не компилируется. Такую информацию, в
отличие от бинарной, легко проверить на предмет безопасности, а потребность в
обновлении программ отпадает — если в Adobe Flash для реализации любых
изменений требуется переустановка всего приложения, что неудобно для пользователя
и зачастую приводит к торможению Web-страниц, то при изменении содержимого
страницы средствами Silverlight новый XAML-файл создается на стороне сервера и при
следующем просмотре страницы информация обновляется автоматически. Ядром
технологии Silverlight является модуль расширения для обозревателей Web-страниц,
позволяющий обрабатывать XAML и представлять информацию в окне обозревателя.
Также этот модуль предоставляет разработчикам доступ к функциям XAML с
306
помощью языка JavaScript, что дает возможность взаимодействовать с содержимым на
уровне страницы.
Целью данной работы было знакомство с технологией Silverlight и применение ее для
изучения генетического алгоритма. Чтобы наглядно продемонстрировать работу алгоритма,
была создана модель, представляющая собой человеческую руку, способную обучаться
забрасывать мяч в корзину. Отличными инструментами для этого явились среда разработки
Microsoft Visual Studio 2008 с установленным дополнением Silverlight Tools и Microsoft
Expression Blend. Visual Studio использовалась для написания и отладки кода программы, а
Expression Blend – для рисования всех объектов сцены: руки, мяча, корзины, щита и
окружения. Для наделения всех объектов физическими свойствами использовалась свободно
распространяемая библиотека PhysicsHelper. С ее помощью были созданы программные
объекты, обладающие всеми свойствами, методами и событиями, достаточными для
описания и контроля процесса броска мяча в корзину.
Имея программную и визуальную модели объекта обучения, оставалось
применить генетический алгоритм. Суть его в следующем: имея набор объектов (будем
называть его выборкой особей), обладающих определенными параметрами,
итеративным способом, путем скрещивания, мутации и селекции, получая на каждой
новой итерации, новое, более сильное, то есть более приспособленное поколение,
можно достичь решения поставленной задачи. Причем для работы алгоритма, как
таковые особи не нужны – они кодируются численным представлением их параметров
– набором генов. Таким образом, ключевыми моментами генетического алгоритма
являются: выборка особей с набором генов, функция скрещивания, функция мутации,
функция селекции, функция приспособленности особи (фитнесс) и условие останова.
Исходя из такого перечня понятий, можно условно называть процесс работы
генетического алгоритма эволюцией. Рассмотрим подробнее ключевые моменты.
В качестве особи, в данной работе, выступает модель человеческой руки со
следующим набором генов: сила вращения вокруг плечевого, локтевого и кистевого
суставов. То есть особи имеют по три параметра-гена. Для начала работы алгоритма
необходимо сформировать начальную выборку. В данном случае, указывается размер
выборки, значения параметров идеальной особи и процент разброса относительно этих
значений. Таким образом, начальная выборка формируется случайно: значения
параметров каждой особи генерируются в интервале
разброса относительно
выбранного значения параметра идеальной особи.
В качестве фитнесса особи логично выбрать минимальное расстояние от мяча до
корзины в течение броска. То есть чем меньше фитнесс, тем больше приспособлена
особь к выживанию.
Для того чтобы получать популяции новых особей используется функция
скрещивания. Ее суть в получении новой особи-потомка, с новым набором генов,
сформированным на основе генов особей-предков. В разных задачах, относительно
предметной области, функция скрещивания может сильно отличаться. В данном
случае, в формировании особи-потомка участвуют две особи родителей, а каждый ген
потомка является средним между соответствующими генами родителей. Популяция
состоит из потомков, полученных в результате скрещивания всех особей текущего
поколения между собой.
Если эволюция будет протекать только за счет скрещивания, то скоро выделится
определенный генотип, который, вероятнее всего, не в состоянии обеспечить
выполнения особями поставленной задачи. Внести разнообразие в генотип особей
позволяет функция мутации. Она, как и функция скрещивания, сильно зависит от
конкретной задачи. В нашем случае мутация случайна: из всей популяции новых
особей-потомков, произвольное их количество (в том числе все и ни одной) может быть
307
подвержено мутации. Мутация конкретной особи представляет собой изменение ее
какого-либо случайно выбранного параметра следующим образом: его численное
значение увеличивается обратно пропорционально приспособленности особи, то есть,
чем больше приспособлена особь (чем четче она совершает бросок в корзину), тем
меньше она подвержена мутации. Таким образом, благодаря мутации особи, ее силы
вращения вокруг суставов изменяются с учетом меткости особи.
Если приводить сравнение с эволюцией в природе, вспоминается фраза
«выживает сильнейший». В генетическом алгоритме за это отвечает функция селекции.
Опять же, эта функция специфична для каждой конкретной задачи, но объединяет все
варианты одно: отбирать нужно лучшие особи, в нашем случае – самые меткие,
фитнесс которых минимален. Для нашей задачи было принято важное допущение:
следующее поколение формируется не только из популяции новых особей-потомков
подверженных мутации, а еще и из старого поколения их родителей. Такое решение
позволяет исключить последствия неудачных мутаций.
Для всех задач, как правило, подразумевается условие ее выполнения. Таким
условием для данной задачи могло быть первое попадание в корзину, попадание части
или всех особей поколения, чистое попадание без отскока от щита и так далее. Однако
процесс эволюции в природе бесконечен, поэтому было решено поступить так же:
программа работает до тех пор, пока пользователь не остановит процесс эволюции
вручную.
В результате выполнения работы была изучена технология Silverlight и
разработано приложение, демонстрирующее процесс эволюции бросков мяча в корзину
на основе генетического алгоритма.
Конечно, методы оптимизации с помощью генетического алгоритма не совсем
точны и имеют непредсказуемый характер, однако, в плохо формализуемых задачах,
они вполне имеют право на существование.
Библиографический список:
1.
Батищев, Д.И. Генетические алгоритмы решения экстремальных задач [Текст]/
Д.И. Батищев ; Нижегородский госуниверситет. — Нижний Новгород : 1995.c. — 62с.
2.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Генетический_алгоритм
3.
http://habrahabr.ru/blogs/edu_2_0/86777/
4.
http://www.techdays.ru/videos/1054.html
5.
http://www.codeplex.com/PhysicsHelper
УДК 681.5
ПОРТАТИВНЫЙ СТЕНД И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ
СПЕЦИАЛИСТОВ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЮ
И.М. Подкорытов
рук.- к.т.н., доцент П.М. Гофман
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В настоявшее время в мире существует достаточно много производителей
программируемых промышленных контроллеров. Из-за большого их разнообразия
308
актуальной становится проблема выбора какого-либо из них в качестве одного из
базовых в учебном процессе. Мы остановились на устройстве ADAM-5510/TCP:
Операционная система ROM-DOS
Количество модулей ввода-вывода: до 4
Сетевой интерфейс: Ethernet 10/100Base-T
Поддерживаемые протоколы: ModBus/RTU и ModBus/TCP
Последовательные порты: 1xRS-232, 1xRS-485, 1xRS-232/485, 1xRS-232 (прогр.).
Скорость обмена до 115,2 кбит/с
Напряжение питания от 10 до 30 В пост. тока (нестабилизированное)
Программная поддержка: библиотека функций на Turbo C++ 3.0 для DOS
Нами был разработан учебный стенд, базирующийся на ADAM-5510/TCP.
При работе с учебным стендом можно получить навыки работы со следующими
сигналами: дискретный ввод; дискретный вывод; аналоговый ввод; сигнал термопары.
Рисунок 1 – Стенд
Благодаря установленному в стенд синхронному двигателю можно наглядно
продемонстрировать возможности регулирования и управления.
Для демонстрации возможностей стенда было разработано следующее
программное обеспечение на языке C++:
- для связи контроллера с компьютером -Modbus/TCP сервер;
- программа «бегущий огонь» для демонстрации возможности работы с дискретными
выходами;
- программа «ПИ регулятор» для демонстрации возможности регулирования;
- программа «Температура» для демонстрации работы с подчиненным устройством;
- программа «FTP» для передачи программ на контроллер через FTP сервер;
- программа «HTTP» для создания WEB интерфейса.
- для визуализации данных, получаемых с контроллера была использована SCADA
Trace Mode 6.
Библиографический список:
1.
Многофункциональный автоматизированный комплекс учебно-лабораторного
оборудования
для
подготовки
специалистов
по
автоматизации
и
управлению/П.А.Елизаров,А.А. Третьяков, А.Л. Андросов /Информационные процессы
и управление. – 2008.- №3-4.
2.
Техническое описание контроллеров. [Электронный ресурс]/ Режим доступа:
http://www.advantech.com
309
УДК 681.3
РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММЫ ОПТИМИЗАЦИИ
ГРАДИЕНТНЫМ МЕТОДОМ С ПОМОЩЬЮ MPI
Е.В.Родионова, П.Е.Харитонов
рук. – к.т.н, доцент Л.А. Жуков
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Поиск оптимальных значений параметров является одной из важных задач,
решаемых при создании новых технических систем, управлении производством или
технологическими процессами. Задача оптимизации заключается в нахождение
экстремума функции отклика в области допустимых значений параметров. Чтобы
найти экстремум, необходимо иметь описание поверхности отклика в интервалах
варьирования параметров.
Более эффективным способом для оптимизации данной задачи является
распараллеливание данного метода. Под параллельной программой в рамках MPI
(Message Passing Interface, интерфейс передачи сообщений) понимается множество
одновременно выполняемых процессов. Процессы могут выполняться на разных
процессорах, но на одном процессоре могут располагаться и несколько процессов (в
этом случае их исполнение осуществляется в режиме разделения времени). В
предельном случае для выполнения параллельной программы может использоваться
один процессор – как правило, такой способ применяется для начальной проверки
правильности параллельной программы.
Каждый процесс параллельной программы порождается на основе копии одного
и того же программного кода (модель SPMP). Программный код, представленный в
виде исполняемой программы, должен быть доступен в момент запуска параллельной
программы на всех используемых процессорах.
Количество процессов и число используемых процессоров определяется в
момент запуска параллельной программы средствами среды исполнения MPI-программ
и в ходе вычислений меняться не может.
Библиографический список:
1.
http://sp.cmc.msu.ru/dvm/dvmhtm1107/publishr/clust-141201.htm
2.
Акулич И.Л. Математическое программирование в примерах и задачах: Учеб.
пособие для студентов эконом. спец. вузов. — М.: Высш. шк., 1986.
3.
Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация. Пер. с англ. — М.:
Мир, 1985.
4.
Коршунов Ю.М., Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики. — М.:
Энергоатомиздат, 1972.
5.
Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и
инженеров. — М.: Наука, 1970. — С. 575-576.
6.
http://www.citforum.ru/programming/delphi/freepascal/
310
УДК 630.43:004.942
ВЕРОЯТНОСТНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КОНТУРОВ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
ПО ДАННЫМ ИЗ ИСДМ-РОСЛЕСХОЗ
Н.А.Терентьева
рук. - к.т.н., профессор Т.Н.Иванилова
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Задача прогнозирования распространения контуров лесных пожаров занимает
важное место в проблеме охраны лесов. Прогноз распространения горящей кромки по
карте рассматриваемой территории, позволяет эффективно управлять силами и
средствами тушения пожара, планировать и осуществлять эвакуационные мероприятия.
ИСДМ-Рослесхоз – информационная система дистанционного мониторинга,
работающая в масштабе всей страны в режиме реального времени с использованием
спутниковых данных и предназначенная для сбора данных о регистрации лесных
пожаров и сопутствующей им информации, ее представления в удобном для
пользователя виде, в т.ч. и удаленно через Интернет.
Целью работы является прогнозирование контуров лесного пожара на основе
информации, предоставленной ИСДМ-Рослесхоз и полученной в результате
выполнения вычислений с помощью математических моделей.
Процесс прогнозирования и построения контуров лесных пожаров был
смоделирован с помощью диаграмм потоков данных IDEF0. Декомпозиция
контекстной модели представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Диаграмма декомпозиции процесса «Выполнить прогноз
распространения лесного пожара»
Собственно прогноз состоит из двух основных процессов: расчета прироста
площади горения и построения контура горения, и для каждого из них используется
свой математический аппарат.
На первом этапе, на основании информации из ИСДМ о пожарах за предыдущие
года с использованием нейроимитатора выполняется прогноз суточного прироста
площади пожара в гектарах. Данный этап выполняется в другой научноисследовательской работе в рамках общего проекта.
Используя эти данные, можно оценить, например, предварительный ущерб и
311
объем возможных затрат на ликвидацию, однако для практических мероприятий при
тушении пожара желательно знать с какой вероятностью огонь достигнет отдельных
участков территории (что особенно важно для населенных пунктов, ценных участков
леса, инженерных коммуникаций), чтобы составить план мероприятий в соответствии с
инфраструктурой охваченной пожаром местности. Поэтому возникла задача рассчитать
возможную геометрическую форму пожара.
Для ее решения была выбрана
вероятностно-множественная модель распространения лесного пожара.
Вероятностный подход в моделировании лесных пожаров обоснован тем, что
возникновение и развитие лесного пожара подвержено влиянию множества случайных
взаимодействующих факторов, значения которых затруднительно определить с
достаточной точностью или вовсе записать в числовых выражениях: атмосферные
явления или степень взаимодействия различных лесопирологических характеристик.
Такой подход используется в вероятностно-множественной модели геометрии
распространения контуров лесных пожаров (О.Ю.Воробьев, Т.Н.Иванилова).
Контур горения в каждый дискретный момент времени моделируется в пределах
локальной окрестности горящих на этот момент точек территории - каждая соотнесена
определенной лесопирологической однородности. Для этого используется набор
вероятностей
локального
распространения,
определяющих
вероятность
распространения горения по каждому из восьми направлений из рассматриваемой
точки, и набор вероятностей воспламенения.
Можно выделить следующие этапы прогнозирования распространения лесных
пожаров:
1. Из ИСДМ получить данные о начальном контуре горения, направлении и
скорости ветра, картографическую информацию; из результата прогноза нейросети –
суточный прирост площади, по которому рассчитывается скорость движения кромки
пожара.
2. Рассчитать набор вероятностей локального распространения, вычисляя
эллиптические индикатрисы скорости фронта пожара:
ξ( ϕ ) =
1 − e(w)
,
1 − e(w)cos( ϕ )
(1)
где, ζ(φ) – относительная скорость фронта лесного пожара и одна из составляющих
вероятностей распространения, e(w) − эксцентриситет эллипса, зависящий от
скорости ветра w, φ – угол, между направлением распространения горения из активной
точки и направлением ветра.
Эмпирическим путем получить набор вероятностей воспламенения для всех
лесопирологических однородностей на текущей карте.
3. Имея в качестве начальных условий карту участка, очаг пожара, наборы
вероятностей распространения и воспламенения, итеративно по правилам
статистического моделирования вычислить не менее 100 реализаций случайного
конечного множества распространения горения в последовательные дискретные
моменты времени.
4. Используя рассчитанные реализации, провести их усреднение по правилам
среднемерного моделирования. Результат – среднемерный контур горения в момент t и
множественный разброс относительно него.
С помощью разработанной программы, варьируя значения входных данных,
были смоделированы типичные пространственные формы распространения фронтов
лесных пожаров, что позволяет сделать вывод о возможности производить прогноз
распространения лесного пожара любого характера.
312
Для моделирования контура был выбран пожар к-1491, зарегистрированный
15.05.08 – 18.05.08. Площадь обнаружения составила 27 га, площадь ликвидации 1526
га. Направление ветра – 100º, скорость ветра – 4 м/сек. На рисунке 2 приведен
смоделированный среднемерный контур горения (светлая область) через 24 (а) и 48 (б)
часов после обнаружения очага пожара и среднемерное отклонение (темные области).
б
а
Рисунок 2 – Рассчитанный контура пожара к-1491 на 24 (а) и 48 (б) часов
Библиографический список:
1.
Доррер Г.А. Динамика лесных пожаров /Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008 – 404с.
2.
Итоговый отчет по научно-исследовательской работе «Тестирование моделей
поведения лесных пожаров и методики прогнозирования распространения лесного пожара для
оценки возможности использования их в ИСДМ – Рослесхоз» (по договору №221/99 от
01.07.09)
3.
3. Терентьева, Н.А. Вероятностно-множественное моделирование контура лесного
пожара по индикатрисе скорости его фронта / Н.А.Терентьева, Г.А.Доррер, Т.Н.Иванилова //
Материалы
VII Всероссийской конференции «Проектирование и разработка
информационных систем» – ГОУ ВПО «СибГТУ», 2009.- С.138-142.
УДК 681.5
СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ДОСТУПА К ПЭВМ
С.Д. Усольцев
рук. – к.т.н., доцент В.П.Кушнир
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Важнейшей проблемой, стоящей перед предприятия, является проблема
внутренних угроз информационной безопасности.
Особенную актуальность проблема внутренних угроз получила в связи с
появлением и повсеместным распространением съемных машинных носителей,
мобильных накопителей информации и прочих устройств обмена данными,
подключаемых через внешние порты ПЭВМ. Если службой ИБ не предпринимаются
специальные меры, нелояльно настроенный сотрудник может практически незаметно
пронести на территорию предприятия компактный носитель большого объема и
скопировать на него всю интересующую его информацию.
В данной работе проводится анализ и разработка возможных решений для
построения системы контроля доступа к ПЭВМ.
313
Применение комплекса средств защиты облегчает проблему подбора
программных или аппаратных средств различного назначения, таких как сетевые
экраны, шифраторы, устройства защиты от НСД и т.п.
Представленное в данной работе изделие является одним из ряда программноаппаратных комплексов защиты информации семейства «Аккорд» (ПАК «Аккорд),
имеющего и автономные, и сетевые версии, выполненные на платах как для шины ISA,
так и для шины PCI.
ПАК «Аккорд» обеспечивает защиту от НСД и разграничение доступа систем на
базе IBM-совместимых компьютеров. Данная система представляет собой электронный
замок, выполненный в виде платы, которая устанавливается в компьютер. Надежность
замка достигается применением в его «механизме» криптографических алгоритмов.
Открыть «замок» можно только защищенном от подделки ключом, выполненном в виде
механической таблетки. ПАК «Аккорд» обеспечивает разграничение доступа к ресурсам
компьютера на уровне выполняемых задач. Для этого при регистрации пользователя за
ним закрепляется определенная задача. При старте компьютера после проведения
идентификации пользователя выполняется запуск этой задачи, а по ее завершении –
перезапуск системы. Таким образом, пользователь имеет доступ к ресурсам, которые
предоставляет ему предоставляемая задача. Контроллер ПАК «Аккорда» имеет
собственный процессор, который не только защищает от прочтения и модификации
флэш-память, где хранятся ключи и контрольные суммы, но и организует выполнение
проверки целостности конфигурации системы еще до загрузки ОС.
Также в данной работе применялась программа «Ревизор ХР», которая состоит
из двух частей. Первая часть «Ревизор 1 ХР» - средства автоматизации процесса
создания избирательной модели системы разграничения доступа (СРД) к файловым
ресурсам автоматизированного рабочего места (АРМ) и сетевым ресурсам ЛВС в
соответствии с установленными в организации требованиями разрешительной системы.
Вторая часть «Ревизор 2 ХР» - средства автоматизированной проверки соответствия
прав пользователей по доступу к защищаемым информационным ресурсам
автоматизированного рабочего места, реальным правам доступа, предоставляемым
установленной на автоматизированное рабочее место системой защиты информации,
либо соответствующей операционной системой.
Программа «Ревизор 1 ХР» создает модель СРД, автоматически сканирует
локальные диски, а также доступные сетевые папки, автоматически считывает
установленные права доступа файловой системы NTFS (для АРМ под управлением ОС
семейства Windows NT), строит по результатам сканирования дерево ресурсов,
соответствующего структуре ресурсов АРМ и ЛВС. Программа «Ревизор 2 ХР»
позволяет произвести сравнение реального дерева ресурсов с деревом ресурсов СРД.
При сравнении заново выполняется сканирование ресурсов. На основе результатов
сравнения может быть создан отчет в формате HTML.
После окончания сканирования выводится список выявленных отличий.
Напротив каждого имени объекта присутствует знак «+» или «-». Плюс означает, что
объект отсутствует в дереве ресурсов СРД, но присутствует в реальном дереве ресурсов
(объект был создан после создания проекта), минус – отсутствует в реальном дереве
ресурсов, но присутствует в дереве ресурсов СРД (объект был удален со времени
создания проекта). После сравнения и просмотра результатов можно сохранить
найденные отличия в дереве ресурсов СРД.
В результате исследований разработана система контроля доступа к ПВЭМ и
серверах в автоматизированных системах. Построена модель системы разграничения
доступа, произведен анализ возможных решений построенной на основе ПАК
314
«Аккорд», что позволяет устанавливать организационное разделение ролей персонала
системы с учетом требований документов организации и службой ИБ.
УДК 004.8.032.26
АППРОКСИМАЦИЯ РЕШЕНИЙ ОДУ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
Е.В. Федоров
рук. – к.т.н, доцент Л.А. Жуков
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Для некоторых дифференциальных уравнений решение может быть недоступно
аналитическими методами. Для вычисления приближенных решений используют
различные численные методы. Для этого могут требоваться трудоемкие
дополнительные вычисления. Для решения обыкновенного дифференциального
уравнения были использованы нейронные сети. Уравнение:
Y ′ = AX 5 − BX 4 + CX 3 + DX + E
Для создания обучающей и тестовой выборок была написана вспомогательная
программа. Каждая выборка была по 1500 примеров. Входные поля – коэффициенты A,
B, C, D, E выбирались с шагом 0,1. Диапазон изменения значения поля ответа от 7,7 до
14462.
Для решения задачи использовался нейроимитатор NeuroPro версии 0.25. В
ручном режиме было создано и обучено несколько сетей разной структуры. Время
обучения сетей от минуты до 16 минут. Одна из лучших сетей дает 1333 из 1500
верных ответов (88,8% правильных ответов) по тестовой выборке при обучении с
точностью ответа меньше 10. Некоторые сети дают меньше максимальную ошибку,
другие - среднюю ошибку.
Вывод: при организации решения нейросетью большого массива данных,
вследствие огромного разброса получаемых значений, получить оптимальное решение
крайне сложно и приходится выбирать, что в каждом конкретном случае важнее:
массовость верных ответов или же точность каждого конкретного ответа. В первом
случае все ответы верны, но не очень точны, а во втором получается ситуация, что
ответ либо точен, либо категорически неверен. Немаловажную роль в принятии
решения играет так же время, затрачиваемое на обучение сети.
Библиографический список:
1.
Горбань, А.Н. Нейронные сети на персональном компьютере / А.Н. Горбань,
Д.А. Россиев. Новосибирск: Наука, 1996.- 276 с.
2.
Миркес Е.М. Нейрокомпьютер. Проект стандарта. Новосибирск: Наука, 1999.337 с.
3.
Горбань А.Н., ред. Методы нейроинформатики: Сб.научн. трудов. Красноярск,
1998.- 204 с.
4.
Жуков Л.А. Нейросетевые технологии для проведения студенческих
исследовательских работ // Нейроинформатика: Всеросс. конференция. М.: МИФИ,
1999. С.245-252
УДК 004.8.032.26
315
РЕШЕНИЕ ОДУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РУЧНЫХ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
НЕЙРОСЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
С.В. Яровой
рук. – к.т.н, доцент Л.А. Жуков
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
Для некоторых дифференциальных уравнений решение может быть недоступно
аналитическими методами. Для вычисления приближенных решений используют
различные численные методы. Для этого могут требоваться трудоемкие
дополнительные вычисления. Для решения обыкновенного дифференциального
уравнения были использованы нейронные сети. Уравнение: y’=A*x2-B*x3+C*x+D*x4.
Создаем обучающую и тестовую выборки при помощи программы написанной
на Delphi. Каждая выборка содержит по 6249 примеров.
Входные поля – коэффициенты A, B, C, D выбирались в диапазоне от 1 до 5.
Значение переменной х выбрано в диапазоне от -1 до 1. Диапазон изменения значения
переменной у (поле ответа) от -3,45 до 3,13. Выборочная оценка константы Липшица
для обучающей выборки 2,95, для тестовой выборки 3,03. Конфликтных примеров нет.
Для решения задачи использовался нейроимитатор NeuroPro версии 0.25. В
ручном режиме было создано и обучено 10 сигмоидных сетей со структурой 3 слоя по
10 нейронов. Использована точность ответа 0,025 (разброс значений поля ответа от 3,45 до 3,13). Из отчетов об обучении видно, что ни одна сеть при обучении не дала
100% правильных ответов по обучающей выборке. Среднее количество правильных
ответов по обучающей выборке около 6140.
При тестировании по тестовой выборке получено для разных сетей 81,5, 54,8,
78,9, 80,2, 70,1, 75,9, 77, 78,8, 67,5, 75,9 правильных ответов. При этом для наихудшей
по проценту правильных ответов сети была получена максимальная ошибка 0,71,
средняя ошибка 0,038.
Эксперименты по обучению по выборке, которая ранее была тестовой и
тестирование по выборке, которая была обучающей дали также неплохие результаты,
81% правильных ответов при средней ошибке 0,02 и максимальной ошибке 0,12.
Некоторое сокращение сложности сети также оказалось возможно и не повлияло
существенно на качество тестирования по тестовой выборке.
Выводы.
1. В среднем получено около 75% правильных ответов.
2. Явной зависимости между количеством неправильных ответов по обучающей
выборке и количеством неправильных ответов по тестовой выборке не отмечено.
3. Фактически все сети были недоучены, тем не менее, получены неплохие результаты
при тестировании. Это согласуется с полученными ранее [4 и другие публикации]
результатами о возможности использования недоученных нейронных сетей в сложных
задачах.
4. Использование нейротранслятора позволило создать и обучить 20 сетей при
значительном сокращении времени ручной работы.
Библиографический список:
1.
Горбань, А.Н. Нейронные сети на персональном компьютере / А.Н. Горбань,
Д.А. Россиев. Новосибирск: Наука, 1996.- 276 с.
316
2.
Миркес Е.М. Нейрокомпьютер. Проект стандарта. Новосибирск: Наука, 1999.337 с.
3.
Горбань А.Н., ред. Методы нейроинформатики: Сб.научн. трудов. Красноярск,
1998.- 204 с.
4.
Жуков Л.А., Решетникова Н.В. Формализация технологии применения
нейронных сетей с учителем и особенности их использования для решения прикладных
задач. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005.- 168 с.
ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ В РАМКАХ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
А.Р. Шевчук
рук. – к.т.н. А.Н. Кокорин, к.х.н., доцент Е.А. Чудинов
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
г. Красноярск
В последнее время все большее применение находят химические источники тока
(ХИТ). Любой ХИТ основан на электрохимической системе состоящей из
положительного и отрицательного электродов, и электролита. Разность потенциалов
отдельных электродов составляет ЭДС системы, при замыкании электродов внешней
нагрузкой возникает электрический ток.
Любая электрохимическая система характеризуется током, напряжением,
мощностью, емкостью, удельной энергией и др. параметрами. Потребителя же в
основном интересуют определенные эксплуатационные характеристики, например,
срок службы при разных режимах работы. Поэтому для потребителя немаловажно
знать разрядные характеристики при разных нагрузках [1, 2].
Для описания поведения электрохимической системы применяются разные
математические модели: статистические, феноменологические, конструктивные,
динамические. Но так как во многих электрохимических системах используется
пористый электрод, например в литиевых источниках тока, то для описания таких
систем наилучшим образом подходит динамическое моделирование. При этом
используется три модели: электротехническая модель, модель единичной поры,
макрооднородная модель [3, 4].
Для более наглядного и практического использования наиболее подходит
электротехнические модели. Они могут давать неплохие результаты сопоставимые с
некоторыми экспериментальными данными. Сложности описания вызваны
протеканием диффузионных процессов в пористом теле. При этом электротехнические
модели строятся на базе пассивных элементов (резисторов, емкостей, индуктивностей),
рисунок 1, которые не в состоянии описать эти процессы.
В данной работе предлагается использовать простоту и наглядность
электротехнического моделирования с фундаментальной основой макрооднородных
моделей, что позволит наиболее полно удовлетворить потребности потребителя. При
этом вместо пассивных элементов используются активные, динамически
изменяющиеся в зависимости от внешних условий (ток, время), рисунок 2. Данная
модель аналогична реальной электрохимической системе и описывается одними и теми
же параметрами (потенциалами).
317
С
R1
С
С
R2
R
R
С
R3
Rn
R
Рисунок 1 – Электротехническая пассивная модель пористого электрода
Rэ=f(I, t)
Ea=φ a =f(I, t)
Eк=φ к =f(I, t)
Рисунок 2 – Электротехническая активная модель
Библиографический список:
1. Таганова А.А., Бубнов Ю.И., Орлов С.Б. Герметичные химические источники тока:
Элементы и аккумуляторы. Оборудование для испытаний и эксплуатации:
Справочник. –СПб.: Химиздат, 2005, -264с.
2. Таганова А.А. Диагностика герметичных химических источников тока. -СПб:
Химиздат, 2007.
3. Галушкин Н.Е. Моделирование работы химических источников тока: Монография. ДГАС.-Шахты, 1998,-224с.
4. Чизмаджев Ю.А., Маркин В.С., Тарасевич М.Р., Чирков Ю.Г. Макрокинетика
процессов в пористых средах (Топливные элементы). -Москва.-Наука, 1971,-364.
318
СОДЕРЖАНИЕ
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ
ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ
ПОЛУЧЕНИЕ СУБСТРАТОВ ИЗ ВЕГЕТАТИВНОЙ ЧАСТИ ТОПОЛЯ
А.Г. Капустинская, Е.В.Исаева
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БИОМАССЫ MALUS BACCATA
М.С. Петухова, Л.П. Рубчевская
ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА ПЕКТИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ
ИЗ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
Е.А. Речкина, Л.П. Рубчевская ГА. Губаненко
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗРЕЛЫХ ПЛОДОВ MALUS BACCATA
М.С. Петухова, Л.П. Рубчевская
ИЗУЧЕНИЕ МОРФОЛОГИИ ГЛУБИННОГО МИЦЕЛИЯ ГРИБОВ
ВЕШЕНКИ ОБЫКНОВЕННОЙ (PLEUROTUS OSTREATUS) И СЕРНОЖЕЛТОГО ТРУТОВИКА (LAETIPORUS SULPHUREUS)
О.В. Киселева, Е.А. Мельникова, А.В. Гаврилин,
К.А. Квиткевич, П.В. Миронов
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕСТРУКЦИИ МАЗУТА АКТИНОМИЦЕТАМИ
Т.А. Тихонова, О.С. Федорова
ВЛИЯНИЕ НИТРАТНОГО АЗОТА НА РОСТ БАКТЕРИЙ
НА СРЕДАХ С НЕФТЬЮ
Л. В. Фейзер, О.С. Федорова
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ НЕФТЕОКИСЛЯЮЩЕГО ШТАММА
12М НА УГЛЕВОДОРОДНЫХ СРЕДАХ
М.В. Фейзер, О.С. Федорова
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИГНИНА ВЕГЕТАТИВНОЙ ЧАСТИ ТОПИНАМБУРА
ДО И ПОСЛЕ БИОДЕСТРУКЦИИ ГРИБАМИ РОДА Trichoderma
М.А. Пикозина, Н.А. Чупрова
КУЛЬТИВИРОВАНИЕ МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ НА
РАСТИТЕЛЬНЫХ СУБСТРАТАХ
М.В. Карачина, Т.В. Рязанова, О.Н. Ерёменко
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ
МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ВЕГЕТАТИВНОЙ ЧАСТИ ТОПИНАМБУРА
НА ЦЕЛЛЮЛОЗУ
А.В. Ускова, М.А.Пикозина, Н.А.Чупрова
БИОДЕСТРУКЦИЯ ВЕГЕТАТИВНОЙ ЧАСТИ ТОПИНАМБУРА
ГРИБАМИ РОДА FUSARIUM
И.Г. Климова, М.А. Пикозина, Н.А. Чупрова
ИЗОМЕРИЗАЦИЯ СУЛЬФАТНОГО СКИПИДАРА
НА ПРИРОДНОМ ЦЕОЛИТЕ «САХАПТИН»
С.А. Ильина, О.М. Черкашина, Г.В. Тихомирова
ВЛИЯНИЕ УФ-СТРЕССА НА НАКОПЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ
АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В КАЛЛУСНОЙ ТКАНИ DIGITALIS
PURPUREA L.
М.Ю. Бражкина, Н.А. Величко, Я.В. Смольникова
319
3
6
8
9
11
14
17
20
23
26
28
31
34
37
ВЛИЯНИЕ РАЗМОЛА НА ПОЛИСАХАРИДНЫЙ
КОМПЛЕКС ДРЕВЕСИНЫ
Э.А. Морозов, Т.В. Рязанова, О.Н. Еременко
ВЛИЯНИЕ ИММОБИЛИЗАЦИИ НА ИНЕРТНЫЕ НОСИТЕЛИ НА
НАКОПЛЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В
КАЛЛУСНОЙ ТКАНИ DIGITALIS PURPUREA L.
И. А. Овчинникова, Н.А. Величко, Я.В. Смольникова
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СИБИРСКИХ ШТАММОВ
ГРИБОВ РОДА FUSARIUM ИЗ РАЗЛИЧНЫХ БИОЦЕНОЗОВ
О.В. Бормина, Ю.А. Литовка
КЛЕТОЧНАЯ СЕЛЕКЦИЯ ЗЛАКОВЫХ НА УСТОЙЧИВОСТЬ
К МИКОТОКСИНАМ ГРИБОВ РОДА FUSARIUM,
РАСПРОСТРАНЕННЫХ В АГРОЦЕНОЗАХ СИБИРИ
А.Г. Савицкая, Ю.А. Литовка
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ ГЕТЕРОТРОФНОГО СООБЩЕСТВА
НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ
БИОПРЕПАРАТА «УНИСОРБ-БИО»
И.А. Кириенко, Т.В. Рязанова
УСТАНОВКА АКТИВИРОВАНИЯ УГЛЕЙ ИОНИЗИРОВАННЫМИ
ПАРАМИ ВОДЫ
А.А.Орлов, Ю.Я. Симкин
ОЦЕНКА СЫРЬЯ КРАПИВЫ КОНОПЛЕВОЙ КАК ИСТОЧНИКА
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Н.Б. Арьяева, Е.В. Игнатова
ПЕРОКСИДНАЯ ДЕЛИГНИФИКАЦИЯ СОЛОМЫ С ЦЕЛЬЮ
ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОКРИСТАЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
И.А. Вшивкова, Н.В. Каретникова
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПРОПИТКИ
ХВОЙНОЙ ЩЕПЫ НА ВЫХОД ТВЕРДОГО ОСТАТКА И МАССОВУЮ
ДОЛЮ ОСТАТОЧНОГО ЛИГНИНА ПРИ ПЕРУКСУСНОЙ ВАРКЕ
Е.В. Зарубина, Л.В. Чендылова
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИСКОЗНОГО ВЫСОКОМОДУЛЬНОГО ВОЛОКНА,
КАК НАПОЛНИТЕЛЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИТА
О.В. Терентьева, Ю.А. Амбросович, М.А. Баяндин
АРМИРОВАНИЕ ЛАВСАНОМ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
О.В. Терентьева, Ю.А. Амбросович, М.А. Баяндин
ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
ИЗ ХВОЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ
Ю. С. Дорохова, О.А. Колмакова
ЗАВИСИМОСТЬ ВРЕМЕНИ Т1 ЯМР РЕЛАКСАЦИИ ОТ ВРЕМЕНИ
КАК ОТРАЖЕНИЕ ПОЛИЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОСТИ
КИНЕТИКИ ДЕЛИГНИФИКАЦИИ
О.В. Пен, Е.С. Маслова, М. Битехтина, Д.Л. Абалихина, И.Л. Шапиро
ЯМР РЕЛАКСАЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ПОЛИМЕРОВ
ДРЕВЕСИНЫ И ПОЛИЭКСПОНЕНЦИАЛЬНАЯ КИНЕТИКА
О.В.Пен, Е.С.Маслова, С.И. Левченко
ПРОФИЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОРПУСА
ЕМКОСТНОГО АППАРАТА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИНИМАЛЬНЫХ
ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Д.А. Иванов, К.А. Иванов, А.П. Руденко
320
39
43
46
48
50
52
54
56
59
62
64
67
71
73
76
ПОСТРОЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ГЕОМЕТРИИ
РОТОРА ГЕЛИКОИДНОГО ТИПА
К.А. Иванов, Д.А. Иванов, А.П. Руденко
ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ РАБОЧЕГО КОЛЕСА
ТУРБИНЫ НА ПРОЦЕСС ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО РАЗМОЛА
А.М. Дубровская, С.В. Топчиева, Р.А. Марченко
ВЛИЯНИЕ УГЛА УСТАНОВКИ НОЖЕЙ САТЕЛЛИТА НА РАЗМОЛ
ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСТАНОВКЕ С ИНЕРЦИОННЫМ
ДВИЖЕНИЕМ РАЗМОЛЬНЫХ ТЕЛ
И.А. Воронин, А.А. Дирацуян, Ю.Д. Алашкевич
ОБРАБОТКА МАКУЛАТУРНОЙ МАССЫ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ
ГОТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ
Е.А. Игнатенко, Р.А. Марченко
КОЭФФИЦИЕНТ ДИНАМИЧЕСКОЙ ВЯЗКОСТИ
ВОЛОКНИСТЫХ СУСПЕНЗИЙ
А.А. Ерофеева, Ю.Д. Алашкевич
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОДНОСТУПЕНЧАТОГО РАЗМОЛА ПРИ
ИЗГОТОВЛЕНИИ ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ
В ПРОИЗВОДСТВЕ ДВП
М.А. Зырянов, С.В. Лохмоткин, Н.Г. Чистова
ОБРАБОТКА ВОЛОКНИСТОЙ СУСПЕНЗИИ ПРИ
ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ВОЛОКНО
В БЕЗНОЖЕВОЙ УСТАНОВКЕ
Р.А. Марченко, Н.С. Решетова, Ю.Д. Алашкевич
ОСОБЕННОСТИ ФОРМОВАНИЯ И ОБЕЗВОЖИВАНИЯ
НА СЕТОЧНОМ СТОЛЕ КДМ
Р.А. Марченко, С.А. Шевцов, В.П. Барановский
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕЧЕНИЯ
ВОЛОКНИСТЫХ СУСПЕНЗИЙ В КАНАЛАХ
Е.В. Петров, А.А. Ерофеева, Ю.Д. Алашкевич, Н.С. Решетова
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ СДВИГА ПРИ ТЕЧЕНИИ ВОЛОКНИСТЫХ
СУСПЕНЗИИ В КАНАЛАХ РАЗМОЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
В.Д. Элер, Ю.Д. Алашкевич, В.И. Ковалев
ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАБОТЫ ВИБРОШНЕКОВЫХ ПИТАТЕЛЕЙ
А.А. Петров, В.И. Ковалев
КОНТАКТНЫЕ СТУПЕНИ БРАЖНЫХ КОЛОНН
C.C. Дубровин, Н.А. Войнов, C.A. Ледник
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В ПЛЕНКЕ ПРИ КИПЕНИИ
Е.Н. Казанцев, Д.В. Тороватый, Н.А. Войнов, О.П. Жукова
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ БИОРЕАКТОР
А.А.Коваленко, Н.А. Войнов, А.Е. Марков
ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОЛОКНИСТОЙ МАССЫ
НА ПРОЦЕСС РАЗМОЛА В УСТАНОВКЕ С ИНЕРЦИОННЫМ
ДВИЖЕНИЕМ РАЗМОЛЬНЫХ ТЕЛ
А.С. Хлевнов, Ф.И. Купряков, И.А. Воронин, Н.С. Решетова,
Ю.Д. Алашкевич
321
78
81
83
87
89
92
95
97
100
104
106
108
110
113
115
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ
ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
СИНТЕЗ 2-(5'-БРОМ-2'-ГИДРОКСИФЕНИЛ)-5-МЕТИЛОКСАЗОЛА-4КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ- ПОЛУПРОДУКТА АМАМИСТАТИНА,
ПРОЯВЛЯЮЩЕГО ПРОТИВООПУХОЛЕВУЮ АКТИВНОСТЬ
Т.А. Золотухина, О.С. Пожильцова, Н.А. Гаврилова,
Е.С. Семиченко, Г.А. Субоч
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ЗАМЕЩЕННЫХ ПАРА-ФЕНИЛЕНДИАМИНОВ
А.С. Косицына, Т.Н. Мымликова, Е.В. Роот, Г.А. Субоч
СИНТЕЗ ГАЛОГЕНЗАМЕЩЕННЫХ ПИРАЗОЛОВ
НАФТАЛИНОВОГО РЯДА
Д.А Ряховская., Е.В. Медянина, А.В. Любяшкин, М.С. Товбис
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ
ФЕРРОЦЕНОИЛАЦЕТОНА И СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЙ,
СИНТЕЗИРОВАННЫХ НА ЕГО ОСНОВЕ
Е.А. Ковальчук, Н.В. Андриевская, Б.В. Поляков
ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ
БИС(АЦЕТОАЦЕТИЛ)ФЕРРОЦЕНА И СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЙ,
СИНТЕЗИРОВАННЫХ НА ЕГО ОСНОВЕ
Т.Ш. Миннахметов, Н.В. Андриевская, Б.В. Поляков
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
НЕКОТОРЫХ ПРОИЗВОДНЫХ НИТРОГУАНИДИНА
А.В. Иванов, В.И. Власенко
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТ СГОРАНЯ И ЭНТАЛЬПИЙ ОБРАЗОВАНИЯ
НЕКОТОРЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ФЕНИЛНИТРОГУАНИДИНА
А.А. Зоммер, В.И. Власенко
СОРБЦИОННЫЕ И ТЕКСТУРНЫЕ СВОЙСТВА СОРБЕНТОВ ИЗ БУРОГО
УГЛЯ С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ МИНИРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
Е.О. Зайцева, Е.С. Каменский, П.Н. Кузнецов
ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ В БУРЫХ УГЛЯХ НА
СВОЙСТВА ПОЛУЧАЕМЫХ СОРБЕНТОВ
Е.О. Зайцева, Е.Каменский, П.Н.Кузнецов
ВЛИЯНИЕ ДЛИНОЦЕПНЫХ АЛКАНОВ НА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ
А.К. Пасютина А.К., Т.В. Драгун, Т.А. Шипунова, Н.В. Гавголенко,
Ф.А. Бурюкин
ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ АКТИВНОСТЬ БУРЫХ
УГЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ПАРОВОЙ ГАЗИФИКАЦИИ
Е.С. Каменский, А.А. Никитенко, П.Н. Кузнецов
ПРЕВРАЩЕНИЕ БУРОГО УГЛЯ В ТОЛУОЛСОДЕРЖАЩИХ
СМЕСЯХ ПРИ СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ
О.С. Татарникова, С.М. Колесникова, П.Н. Кузнецов
КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ КАТИОНОВ СЕРЕБРА (I) C КРАУНЭФИРОМ 18К6 В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
ТЕМПЕРАТУРАХ И В ВОДНО-ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЯХ
А.А. Филиппова, А.М. Робов, Л.С. Баталина, В.И. Шалыгина
322
119
121
123
124
127
129
131
134
137
140
143
145
148
ФИТОСТЕРИНЫ В АНАТОМИЧЕСКИХ ЧАСТЯХ BETULA VERRUCOSA
К.О. Ярошенко, Л.М. Мухаметшина, А.Н. Девятловская,
Л.Н. Журавлёва, Н.В. Девятловский
ИНВЕРСИОННО – ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
МИКРОКОЛИЧЕСТВ РОДИЯ В ХЛОРИДНЫХ СРЕДАХ
Н. В. Сычев, Г.В. Волкова
ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА И АДСОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОРИСТЫХ
УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ АКТИВАЦИЕЙ
ДРЕВЕСИНЫ БЕРЁЗЫ ГИДРОКСИДАМИ НАТРИЯ И КАЛИЯ
Л.Ю. Рогова, Н.В. Чесноков, И.П. Иванов
СИН- И АНТИ- ИЗОМЕРИЯ НА ПРИМЕРЕ ПЕРЗАМЕЩЕННОГО
ПАРА-НИТРОЗОФЕНОЛА
Д.Г. Слащинин, Д.В. Антишин, М.А. Дёмин, М.С. Товбис
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ: ПИХТОВАРЕНИЕ
И CО2-ЭКСТРАГИРОВАНИЕ
С.О. Медведев, Р.А. Степень
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА НА КИНЕТИКУ
ПРОЦЕССА ИНТЕРКАЛЯЦИИ ИОНОВ ЛИТИЯ
С.В. Грязнова, А.А. Чудинова, Е.А. Чудинов
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТИЙ-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА,
СПОСОБСТВУЮЩИЙ ПОВЫШЕНИЮ ЕГО РАЗРЯДНОЙ ЕМКОСТИ
С.В.Грязнова, Е.А.Данилюк, А.А. Чудинова, Е.А. Чудинов
ГЕЛЕВЫЙ ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ЛИТИЙ-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА
С.В.Грязнова, А.А. Чудинова, Е.А. Чудинов
150
153
154
157
159
161
163
165
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ
АНАЛИЗ БИОИНДИКАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
АТМОСФЕРЫ г. КРАСНОЯРСКА С ПОМОЩЬЮ МЕТОДОВ
СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
О.А. Есякова, А.Н. Кокорин, Р.А. Степень
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДНЫХ ЭКСТРАКТОВ ИЗ КОРЫ ОСИНЫ
Е.В. Жукова, С.В. Соболева
ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ШИШКИ
СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
О.И. Кузьмина, В.А. Паршукова, Е.В. Лис
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЕ ВОДНО-СПИРТОВЫХ
ЭКСТРАКТОВ ИЗ КОРЫ ТОПОЛЯ
Е.Н. Лубышева, С.В. Соболева
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИПИДНЫХ ПРОДУКТОВ ДРЕВЕСНОЙ
ЗЕЛЕНИ ЕЛИ СИБИРСКОЙ
Е.В. Мартоник, О.Н. Амбарцумян, О.А. Есякова, Р.А. Степень
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПОЧЕК
СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
А.В. Рупп, В.А. Паршукова, Е.В. Лис
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОРЫ ПИХТЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ДРЕВЕСНЫХ ПЛАСТИКОВ
А.А. Шахова, В.М. Ушанова
323
168
170
172
174
177
178
181
РОЛЬ ФИТОНЦИДНЫХ РАСТЕНИЙ В СОВРЕМЕННОМ ГОРОДЕ
И. Н. Мазурова, О. В. Хамеляйнен, Е.А. Кавун
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ
А.Е. Колесников, В.Ю. Петина, О.К. Крылова
ВЛИЯНИЕ ИОНИЗАЦИИ НА ОЧИСТКУ ГАЗОПЫЛЕВОГО ПОТОКА
ПЕРЕД ВЫБРОСОМ В АТМОСФЕРУ
Д.В. Гребёнкин, В.А. Рогов
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ И БОЛЕЗНИ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ
У РАБОТНИКОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Е.А. Белянина, А.А. Куприянова, Т.Ю. Дегтярева, А.Ф. Колпакова
ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭТИКИ
У СТУДЕНТОВ-ЭКОЛОГОВ
Л.В. Матвеюк, С.В. Морозов, Т.А. Лунёва
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ В ЛЕСОСИБИРСКОМ
ПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ
С.О. Медведев, Р.А. Степень
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ
ДРЕВЕСНОВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ МОКРЫМ СПОСОБОМ
Н.А. Оськина, Н.Г. Чистова, Н.А. Петрушева
АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ОАО
«ЛЕСОСИБИРСКИЙ ЛДК № 1» И ЗАО «НОВОЕНИСЕЙСКИЙ ЛХК»
И.С. Малыхин, Р.С. Чистов
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ФЛОТАЦИОННОГО
АППАРАТА НА ОАО «ЛЕСОСИБИРСКИЙ ЛДК № 1»
П.И. Филоненко, М.А.Зырянов
УЛУЧШЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КЛЕЯ
В ПРОИЗВОДСТВЕ ПЛИТНОГО МАТЕРИАЛА
В.В. Якушев, Л.Н. Журавлева
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА
КРЕМНИЯ ДЛЯ СОРБЦИОННО-АТОМНО-АБСОРБЦИОННОГО
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ
А.В. Денискин, Г.В. Волкова, С.И. Метелица
СОРБЕНТ С ГРУППАМИ ХРОМОТРОПОВОЙ КИСЛОТЫ ДЛЯ
СОРБЦИОННО-АТОМНО-ЭМИССИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ЦВЕТНЫХ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРИРОДНЫХ ВОДАХ
О.В. Мажухно, Е.В. Буйко
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ НЕСАНКЦИОНИРОВАННЫХ
СВАЛОК Г. БИЙСКА И ПРИЛЕГАЮЩИХ К НЕМУ ТЕРРИТОРИЙ
Е.Ю. Махнёва, Г.В. Давиденко
ЭКСПЕРТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
КАК СРЕДСТВО ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
С.О. Медведев, Р.А. Степень
324
184
186
188
192
193
196
199
201
204
207
208
210
213
215
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КРУПНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
НА ОСНОВАНИИ ДАННЫХ КОСМИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ
Р.С. Акинфеев, М.В. Берестенькова, Г.А. Доррер, В.С. Коморовский,
Н.А.Терентьева, С.П. Якимов
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ ЗУБЧАТОЙ
ПАРЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ НАКАТНЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Е.В. Шумкова, Н.А.Колбасина, А.А. Иптышев
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ
УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ТЕРРИТОРИЙ
Л.Ф. Ноженкова, В.В. Ничепорчук
ПРИКЛАДНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЕТА ПОЛНЫХ
ФАКТОРНЫХ ПЛАНОВ ВТОРОГО ПОРЯДКА
А.А.Воробьев, И.Н.Спицын, Н.В. Вишуренко, Ю.А. Филиппов
БЕСПРОВОДНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ СЕТИ
П.А.Кузнецов, В.Н.Тюрин
РАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОННОГО УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО
КОМПЛЕКСА ПО ДИСЦИПЛИНЕ ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ
А.А. Балабко, Г.И. Чмых
ВЫБОР КАБЕЛЯ ДЛЯ СОВРЕМЕННЫХ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ
ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ
В.Н. Егоров –Мосолов, В.Н.Тюрин
СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В
ПРОФОРИЕНТАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ВУЗА
(НА ПРИМЕРЕ ЛФ СИБГТУ)
П.П. Власов, А.А. Кохна, Ю. А. Безруких
ПРИМЕНЕНИЕ МУЛЬТИМЕДИЙНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ПРИ СОЗДАНИИ САЙТА ЛФ СИБГТУ
О.Ф. Карукова, И.С. Ившин, Ю.Р. Юнусова, П.А. Егармин
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА АНКЕТИРОВАНИЯ СОТРУДНИКОВ
И СТУДЕНТОВ ЛЕСОСИБИРСКОГО ФИЛИАЛА СИБГТУ
Е.В. Раменская, А.А. Медведева, П.А. Егармин
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
АЛГОРИТМА МУРАВЬИНЫХ КОЛОНИЙ
О.Е. Семенкина, Е.С. Семенкин
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ГЕНЕРИРОВАНИЕ НЕЙРОСЕТЕВОЙ
ТЕХНОЛОГИИ С ПОМОЩЬЮ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА
Д.А. Токмин, Е.С. Семенкин
ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ ДАННЫХ С ПОМОЩЬЮ АЛГОРИТМА
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОГО ГЕНЕТИЧЕСКОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ
С.А. Сопов, Е.С. Семенкин
ПРИМЕНЕНИЕ СОЦИАЛЬНОГО ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА
В ОБЛАСТИ АВТОМАТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ
НЕЙРОННОЙ СЕТИ
В.В. Шевелева, Е.С. Семёнкин
325
218
222
225
227
231
233
234
237
239
240
242
245
246
248
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ "СТАЙНОГО"
АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ
Ш.А. Ахмедова, Е.С. Семенкин
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУР НЕЙРОННЫХ
СЕТЕЙ ГЕНЕТИЧЕСКИМИ АЛГОРИТМАМИ
С.С. Маренина, Е.С. Семенкин
ЭВОЛЮЦИОННЫЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННОЙ ПОЛИТИКОЙ РЕГИОНА
М.А.Терновская, Е.С. Семенкин
МУНИЦИПАЛЬНАЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ
СИСТЕМА ГОРОДА КРАСНОЯРСКА
А.В. Корхов
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ
ЗАДАЧ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
К.В. Бураков, Е.С. Семенкин
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
ДЛЯ УДАЛЁННОЙ РАБОТЫ С КЛИЕНТАМИ АВТОМОЕЧНОГО
КОМПЛЕКСА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЕБ ТЕХНОЛОГИЙ
Р.В. Шкутан , Р.С. Лукин, В.А. Швецов, А.А. Иптышев, А.А. Городилов
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ППП «УПРУГАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ОКСИДНЫХ КЕРАМИК»
О.В. Жилиндина, И.Е. Еремин
АНАЛИЗ ФОРМУЛЫ В.Ф. ТАРАСКИНА ДЛЯ РАСЧЕТА ЧИСЛА
БРИГАД СКОРОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ
М.Е. Кравчук, М.И. Никитина
ДЕКОМПОЗИЦИЯ ВИДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
В.В. Лосев, И.В. Ковалев
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА УЧЕТА ЗАТРАТ ТУРИСТОВ
О.А. Каратаев, А.С. Шельмагин
РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ АЛГОРИТМА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО
ПОСТРОЕНИЯ ДЕРЕВА МАРКИРОВОК ОБЫКНОВЕННОЙ СЕТИ ПЕТРИ
Ю.А. Сопкова, М.М. Чудновский, Г.А. Доррер
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ
ПРИ ТУШЕНИИ КРУПНЫХ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
Р.С. Акинфеев, С.П. Якимов
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ ЛЕСНЫХ
ПОЖАРОВ ДЛЯ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ПРЯМОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ
М.В. Берестенькова, Л.А. Жуков
СТЕНД И МЕТОДИКА РАБОТЫ С КОНТРОЛЛЕРОМ SIMATIC S7-200 И
ПРОГРАММНЫМ ПРОДУКТОМ STEP 7-MICROWIN
А.Н. Бояркин, А.В. Чемель, П.М. Гофман
СТРУКТУРИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ ПОСРЕДСТВОМ ИНТЕРАКТИВНЫХ
СРЕДСТВ СИСТЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ MOODLE
А.А. Высотин, Н.В. Лутошкина
КОНЦЕПЦИЯ ХРАНИЛИЩА ДАННЫХ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ
ИНФОРМАЦИИ
И.Я. Дорошенко, Е.М. Товбис, С.П.Якимов
326
251
253
254
256
260
263
265
267
270
273
275
279
282
285
286
289
АВТОМАТИЗАЦИЯ УЧЕТА МЕДИКАМЕНТОВ НА СКЛАДЕ
ЗАО «СИА ИНТЕРНЕЙШНЛ-КРАСНОЯРСК»
Г.В. Зарецкая, Л.Д. Якимова
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ВЕДЕНИЯ РЕЙТИНГА И РАЗРАБОТКА
КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ
В СФЕРЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
А.С. Злобина, Д.О. Кожевников, С.Н. Клименок
АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО ДОКУМЕНТООБОРОТА
В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ КОМПАНИИ
К.В. Казаков, Г.А. Доррер
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СТРАХОВЫХ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
О.А. Каратаев, М.И. Никитина
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВРЕМЕНИ НАЧАЛА ТУШЕНИЯ ЛЕСНОГО
ПОЖАРА И ЭФФЕКТИВНОСТИ ТУШЕНИЯ ПО ДАННЫМ
ЛЕСОПОЖАРНОГО МОНИТОРИНГА
В.С. Коморовский
РЕАЛИЗАЦИЯ ГРАДИЕНТНОГО МЕТОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
БЛОКА И КОМАНД SSE
И.Г. Криволуцкая, Л.А. Жуков
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ БРОСКОВ МЯЧА В КОРЗИНУ НА
ОСНОВЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ТЕХНОЛОГИИ SILVERLIGHT
А.В. Петропавловский
ПОРТАТИВНЫЙ СТЕНД И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДЛЯ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ
И УПРАВЛЕНИЮ
И.М. Подкорытов, П.М. Гофман
РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММЫ ОПТИМИЗАЦИИ ГРАДИЕНТНЫМ
МЕТОДОМ С ПОМОЩЬЮ MPI
Е.В.Родионова, П.Е.Харитонов, Л.А. Жуков
ВЕРОЯТНОСТНОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КОНТУРОВ ЛЕСНЫХ
ПОЖАРОВ ПО ДАННЫМ ИЗ ИСДМ-РОСЛЕСХОЗ
Н.А.Терентьева, Т.Н.Иванилова
СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ДОСТУПА К ПЭВМ
С.Д. Усольцев, В.П.Кушнир
АППРОКСИМАЦИЯ РЕШЕНИЙ ОДУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
Е.В. Федоров, Л.А. Жуков
РЕШЕНИЕ ОДУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РУЧНЫХ И
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ НЕЙРОСЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
С.В. Яровой, Л.А. Жуков
ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ В РАМКАХ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
А.Р. Шевчук, А.Н. Кокорин, Е.А. Чудинов
327
290
293
295
299
302
304
305
307
309
310
312
314
315
316
Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
МОЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ В РЕШЕНИИ
АКТУАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ НАУКИ
Сборник
статей студентов, аспирантов и молодых ученых по итогам
Всероссийской научно-практической конференции,
посвященной 80-летию
Сибирского государственного технологического университета
(13-14 мая 2010 г.)
Том 2
Отв. за выпуск: И.В. Григоревская
Все статьи публикуются в авторской редакции
Подписано в печать 15.07.2010 г.
Формат 60х84 1/16. Печать офсетная.
Усл. печ.л. 20,5. Уч. изд. л. 20,5
Тираж экз. 50 Заказ
. Изд. №
.
Редакционно-издательский отдел СибГТУ.
660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82
Отпечатано
328