національний УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Сухенко Владислав Юрійович

УДК 664.002.5:556.7.038.5

Підвищення довговічності

обладнання харчових виробництв

на основі протикорозійних інгібованих систем

05.18.12 - процеси та обладнання харчових,

мікробіологічних і фармацевтичних виробництв

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ -2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі машин і апаратів харчових виробництв Національного університету харчових технологій Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, лауреат Державної премії України, заслужений працівник освіти України

Таран Віталій Михайлович, Національний університет харчових технологій Міністерства освіти і науки України, м. Київ, завідувач кафедри машин і апаратів харчових виробництв

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Пушанко Микола Миколайович, Національний університет харчових технологій Міністерства освіти і науки України, м. Київ, кафедра технологічного обладнання харчових виробництв, професор

доктор технічних наук, професор

Пашечко Михайло Іванович, Національний університет „Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України, м. Львів, кафедра фізики металів та матеріалознавства, професор

Провідна установа: Український державний хіміко-технологічний університет Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ, кафедра обладнання і технологій харчових виробництв

Захист відбудеться 07.06. 2006 року о _16__ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.02 Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 68, аудиторія А-311.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ, вул. Володимирська, 68.

Автореферат розісланий 28.04.2006 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.т.н, доц. Зав’ялов В.Л.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Інтенсифікація технологічних процесів харчових і переробних виробництв часто спричиняє підвищення температури і тиску в апара-тах, прискорення руху потоків сировини і готової продукції. Ці фактори неми-нуче викликають зростання корозійно-ерозійного впливу агресивних технологічних середо-вищ і механічних навантажень на конструкційні матеріали, значно знижують експлуатаційну надійність і довговічність обладнання, металоконструкцій та трубопроводів.

Аналіз даних по ремонту обладнання у харчовій промисловості показав, що на ліквідацію наслідків корозії металів потрібно близько 80% всіх вкладень на ремонт, а затрати, пов’язані з корозією, складають близько 2% від вартості основних виробничих фондів. Враховуючи значні збитки від корозійних руйнувань, наукові розробки безпечних нетоксичних інгібіторів корозії, протикорозійних матеріалів, захисних систем з викори-станням недефіцитної, дешевої української сировини набули особливої акту-альності. Широке впровадження інгібіторів корозії та інгібованих захисних систем у харчовій промисловості гальмується їх недостатнім ступенем захисту, відсутністю обґрунтованих санітарно-екологічних та економічних характеристик. Цим пояснюються незначні обсяги застосування інгібіторів у харчових та переробних виробництвах, що унеможливлює забезпечення ефективного протикорозійного захисту обладнання. Тому дослідження і розробка інгібіторів корозії та інгібованих захисних систем, переважно на основі дешевих відходів харчових виробництв, для підвищення довговічності обладнання є виключно важливим народногос-подарським завданням, актуальним для підприємств галузі.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з „Переліком основних наукових напрямів наукової діяльності НУХТ на 2006-2010 роки: ІV – „Екологізація виробництв харчової та переробної галузей АПК”; VI – „Розроблення новітніх енерго- та ресурсозберігаючих технологій”.

Наукові дослідження спрямовані на вирішення науково-технічної проблеми в рамках комплексної програми „Підвищення надійності і довговічності машин і конструкцій”, програми Кабінету Міністрів „Україна-2010” (проект 4 –„Технологічне та технічне оновлення виробництва” від 26.02.1998 р. № 43-98. Вони також пов’язані з основними напрямками наукової діяльності кафедр МАХВ та МТМ університету на 2001-2005 р.р., передбачаючими створення високоефективного обладнання для харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв і забезпечення належного рівня його надійності і довговічності.

Автором особисто проаналізовані літературні джерела, визначені перспективні напрямки досліджень, заплановані та проведені експерименти і узагальнені їх результати.

Мета роботи і завдання досліджень. Мета роботи – створення високоефективних нетоксичних інгібіторів корозії, інгібованих сполук та систем протикорозійного призначення, переважно на основі відходів харчових підприємств, для захисту обладнання галузі, а також встановлення механізму їхньої захисної дії.

Досягнення поставленої мети вимагало вирішення таких завдань:

- проаналізувати відомі способи інгібування середовищ, покриттів і захисних систем для попередження корозії обладнання харчових і переробних підприємств АПК;

- розробити комплексну методику дослідження впливу інгібіторів на зниження інтенсивності корозії металів і апаратурного забезпечення випробувань;

- дослідити можливість використання нетоксичних відходів харчових та інших виробництв у якості синергетичних компонентів інгібіторних композицій і захисних протикорозійних систем;

- установити температурні межі інгібіторного ефекту для тепло-, холодоносіїв і технологічних середовищ харчових і переробних виробництв;

- дослідити вплив інгібування на механічну міцність металів, захисні властивості модифікаторів іржі та полімерних протикорозійних покриттів і систем;

- розробити нові нетоксичні інгібіторні композиції з ефектом синергізму, інгібовані модифікатори іржі і захисні полімерні системи, переважно на основі відходів харчових виробництв, для запобігання корозії обладнання, комунікацій і металоконструкцій харчових і переробних виробництв;

- розробити і дослідити властивості нового, екологічно безпечного, протикорозійного біологічного інгібітора на основі відходів пивоварних виробництв;

- створити математичні моделі захисної дії інгібіторних композицій і систем з метою прогнозування протикорозійного ефекту при їх застосуванні у технологічних середовищах галузі;

- розробити методику оцінки показників надійності і довговічності устаткування харчових і переробних підприємств за інтенсивністю корозії;

- намітити шляхи створення протикорозійних комплексів на харчових і переробних підприємствах АПК;

- випробувати досліджені інгібітори та інгібовані протикорозійні системи на харчових підприємствах, оцінити техніко-економічних ефект від їх застосування та їхню екологічну повноцінність.

Об’єкт дослідження – процес протикорозійного захисту обладнання харчових і переробних підприємств АПК з використанням інгібіторів.

Предмети досліджень – нетоксичні високоефективні інгібітори корозії, інгібовані модифікатори іржі, полімерні покриття та захисні протикорозійні системи для захисту обладнання.

Методи досліджень. Поставлені в роботі завдання пошуку високоефективних нетоксичних інгібіторів корозії, інгібованих сполук та систем протикорозійного призначення вирішувались на основі сучасних методів математичного, фізичного і комп’ютерного моделювання та закономірностей фізико-хімічної механіки матеріалів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- керуючись основними закономірностями електрохімічної кінетики корозії і використовуючи розроблену комплексну методику дослідження фізико-хімічних характеристик інгібіторів корозії та інгібованих систем, отримані поглиблені уявлення про гальмування корозійного руйнування матеріалів і покриттів в основних і допоміжних інгібованих технологічних середовищах харчових і переробних виробництв;

- вперше створений принципово новий нетоксичний біологічний інгібітор корозії (БІГК) на основі відходів пивного виробництва з високою ступінню захисту, специфічними екологічними характеристиками, який гальмує процеси евтрофікації;

- побудовані математичні моделі захисної дії БІГК у залежності від концентрації його компонентів і активувальної добавки, що дозволило оптимізувати рецептуру БІГК з метою забезпечення повного протикорозійного захисту деяких систем охолодження обладнання технологічних і допоміжних цехів харчових і переробних виробництв;

- розроблені нові нетоксичні інгібітори корозії ІГК-1 – ІГК-3 з ефектом синергізму і ступенем захисту на рівні 93-100%;

- створені нові інгібовані модифікатори іржі МІГ-1 – МІГ-5 і захисно-перетворююче покриття на основі відходів харчових виробництв, установлений механізм їхньої захисної дії і природа комплексів, які утворюються;

- розроблені і досліджені інгібовані та модифіковані відходами виробництв екологічно повноцінні полімерні покриття і системи для захисту від корозії обладнання харчових і переробних виробництв;

- вперше запропоновано оцінювати протикорозійну здатність інгібованих систем за типом математичних моделей, що описують їхню захисну дію, а прогнозування надійності і довговічності обладнання здійснювати за інтенсивністю корозії, отриманою з цих моделей.

Практичне значення одержаних результатів. Результати виконаних досліджень показали перспективність протикорозійного захисту основного і допоміжного обладнання, комунікацій і металоконструкцій харчових і переробних підприємств нетоксичними інгібіторами корозії (ІГК), інгібованими модифікаторами іржі (МІГ і ЗПП), полімерними протикорозійними сполуками (ПС). Розроблений методичний комплекс, з використанням математичного моделювання, дав змогу отримати раціональні рецептури БІГК, ІГК, МІГ, ЗПП, ПС з високою ступінню захисту, належними інгібіторним ефектом, фізико-механічними, фізико-хімічними і теплофізичними характеристиками нових засобів протикорозійного захисту. Розроблені інгібовані системи успішно пройшли дослідно-промислові випробування на деяких харчових і переробних підприємствах України: Дніпропетровському променерговузлі пивооб’єднання і пивному заводі „Дніпро”, Київському „Пивзаводі на Подолі” та на ВАТ „Смілянський цукровий комбінат”. Застосування інгібіторів підвищило довговічність обладнання і комунікацій в 1,5 – 4 рази і забезпечило річний економічний ефект у розмірі 211,2 тис. грн.

Запропонована методика прогнозування надійності і довговічності харчових виробництв за інтенсивністю корозії і намічені шляхи створення протикорозійних комплексів на харчових і переробних підприємствах АПК дають змогу забезпечити належний захист обладнання на стадіях його проектування, виготовлення і експлуатації.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто досліджені закономірності корозійного руйнування металоконструкцій, обладнання і комунікацій харчових і переробних підприємств та запропоновані методи їх захисту за допомогою нових інгібованих протикорозійних систем; розроблені методики експериментальних досліджень; виконані теоретичні та експериментальні дослідження корозійної стійкості металів і захисних систем при контактуванні з технологічними середовищами галузі в присутності інгібіторів та описана фізико-хімічна механіка їх руйнування; розроблені або використані перспективні інгібіторні композиції, покриття та інгібовані системи для захисту обладнання від корозії; побудовані математичні моделі захисної дії інгібіторів корозії та модифікаторів іржі; проведена оптимізація складів інгібіторних композицій і захисних систем для протикорозійної обробки середовищ і обладнання та впроваджені отримані результати у виробництво; запропонована методика оцінки надійності і довговічності обладнання за інтенсивністю корозії; намічені шляхи створення протикорозійних комплексів харчових підприємств; описані і опубліковані основні результати досліджень.

Загальний план роботи і програма досліджень складені разом з науковим керівником д.т.н., проф.. Тараном В.М. Аналіз і узагальнення результатів досліджень проведені за участю наукового керівника та співавторів публікацій. Матеріали дисертаційної роботи не містять ідей або розробок, що належать особисто співавторам спільних наукових статей.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи оприлюднені на наукових конференціях, симпозіумах, семінарах різного рівня: Міжнародному симпозіумі “Безопасность жизнедеятельности в XXI веке”, Дніпропетровськ, 2001 р.; Міжнародній науково-технічній конференції „Пріоритетні напрямки впровадження в харчову промисловість сучасних технологій...”, Київ, УДУХТ, 2001 р.; Міжнародній науковій конференції молодих вчених аспірантів і студентів, Київ, УДУХТ, 2002 р.; Міжнародній науково-практичній конференції “Композиционные материалы в промышленности” Ялта, 2002 р.; Міжнародній науково-практичній конференції “Сахар-2004. Повышение эффективности работы свеклосахарного комплекса”, Москва, МДУХТ, 2004 р.; щорічних наукових конференціях і семінарах молодих вчених, аспірантів і студентів НУХТ в період з 1995 до 2005 року.

Публікації. Результати дисертації викладені в 26-ти наукових працях, у тому числі 15 статей у фахових журналах. Подані 3 заявки на винаходи і передана до друку монографія „Інтенсифікація процесів і захист обладнання харчових виробництв”, в якій розділ 4, присвячений застосуванню інгібіторів, написаний особисто здобувачем.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг роботи складає 206 сторінок, у тому числі основна чистина 140 сторінок. Дисертація містить також 28 таблиць і 41 рисунок. До неї додається 9 додатків на 38 сторінках. Список використаних джерел на 14-ти сторінках містить 147 назв.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність обраної тими, її наукове і практичне значення, визначено мету, завдання досліджень і методи їх розв’язання, викладена наукова новизна і практичне значення результатів роботи, подана інформація про апробацію роботи, названі імена вчених які займались аналогічними дослідженнями.

У першому розділі „Вплив інгібіторів на корозійну стійкість обладнання і комунікацій харчових підприємств” приведений аналіз досліджень перспективних інгібіторів та інгібованих систем для захисту обладнання від корозії.

Враховуючи відсутність в Україні достатньої кількості власних енергоносіїв, особливо цінні для теплоенергетичного і холодильного устаткування харчових і переробних галузей інгібітори, що є одночасно інгібіторами корозії, солевідкладень і реагентами для видалення осаду з поверхонь теплообміну. Таких інгібіторів на харчових і переробних підприємствах потребують парові котли ДКВР, брагоперегонні апарати, бродильні заторні та відстійні чани, пластинчасті та трубчасті теплообмінники на пивоварних, спиртових, виноробних і цукрових заводах. Термін служби обладнання і трубопроводів, наприклад, холодильних систем, виготовлених з чорних металів, до появи наскрізних руйнувань часто не перевищує 0,5-3 роки. Застосування ж нержавіючих сталей інколи не дає бажаних результатів, тому що вони піддаються корозійному розтріскуванню.

У більшості випадків інгібітори застосовують на підприємствах галузі для оброблення допоміжних мийних середовищ. Відоме застосування інгібіторів для основних технологічних середовищ: часнику, моркви і картоплі для захисту від корозії у розчинах повареної солі; часнику, чорного перцю, соєвих бобів для інгібування кислих середовищ; аскорбінової кислоти для протикорозійного оброблення металів тощо. Але ці засоби захисту не знайшли широкого використання.

Модифікатори іржі, основані на використанні інгібіторів-перетворювачів і пасиваторів, застосовують для підготовки металоконструкцій під нанесення протикорозійних покриттів. Самі ж інгібовані полімерні захисні системи краще експлуатуються. Тому інгібітори доцільно вводити до ґрунтовок, лакофарбових матеріалів, полімерних плівок та спеціальних полімерних композицій для підсилення їхніх захисних властивостей і підвищення довговічності обладнання.

Значна кількість безпечних відходів переробних і харчових виробництв, які практично не використовуються і утилізуються, мають цінні властивості і можуть застосовуватися у якості складових інгібіторних композицій, модифікаторів іржі, захисних інгібованих полімерних систем.

У висновках до першого розділу сформульовані основні завдання наукового пошуку і досліджень дисертаційної роботи.

У другому розділі „Методи дослідження інгібіторів корозії” подана розроблена комплексна методика дослідження фізико-хімічних властивостей інгібіторів корозії, конструкції установок для вивчення багатофакторного впливу агресивних середовищ на метали та захисні системи.

За досліджувані середовища прийняті модельні розчини, рекомендовані „Інструкцією по санітарно-хімічному дослідженню виробів, виготовлених з полімерних та інших матеріалів, призначених для контакту з харчовими продуктами”, яка затверджена санітарно-епідеміологічним управлінням Міністерства охорони здоров’я.

За допомогою розробленого експериментального стенду досліджено багатофакторність впливу модельних інгібованих середовищ харчових і переробних виробництв на корозійне руйнування матеріалів і змодельовані комбінований протикорозійний захист та захисні комплекси для технологічних дільниць підприємств галузі.

Ступінь протикорозійного захисту інгібіторів обчислювали за формулою:

(1)

де V0, Vінг – відповідно, швидкості корозії без інгібітора та з інгібітором.

Інгібіторний ефект визначали за формулою:

(2)

Вплив інгібіторів на механічні властивості стальних зразків визначали на спеціальній установці по кількості перегинів до їх повного руйнування:

(3)

де n0, nінг – відповідно, кількість перегинів до зламу зразків, витриманих у середовищі без інгібітора та в інгібованому середовищі.

Для поглибленого дослідження механізму дії інгібіторів на поверхню зразків застосовували оптичну (Неофот-21) та електронну (РЕМ-200) мікроскопію, електрохімічні потенціостатичні вимірювання (П-5827М), рентгеноструктурний аналіз (ДРОН-2,0), дериватографію і термографію (ПАВЛИК-ЕРДЕН, ТГ-750). Оцінку ефективності інгібування в діючих системах постачання середовищ харчових виробництв проводили з використанням корозієметра УИСК-2.

Швидкість корозії металів в середовищах-електролітах визначається кінетикою електрохімічних процесів, які плинуть на їхніх поверхнях, і залежить від якості інгібування та ефективності захисних плівок на цих поверхнях. Для дослідження розвитку електрохімічних процесів застосували гальваностатичний метод, оснований на побудові поляризаційних кривих (рис. 1).

Рис. 1. Схема установки для потенціостатичних досліджень в інгібованих технологічних середовищах харчових виробництв: 1- зразок - робочий електрод (РЕ); 2- електрод порівняння (ЕП); 3- допоміжний електрод (ДЕ); 4- шар ізоляційного лаку; 5- потенціостат П-5827М; 6- склянка; 7,8- магнітна мішалка.

Кулоностатичним методом досліджували вплив інгібіторів на основі відходів харчових виробництв на швидкість корозії вуглецевих сталей в агресивних середовищах і релаксаційні зміни потенціалів поверхонь зразків.

Дифузійну проникність полімерних покриттів та інгібованих захисних систем оцінювали ємнісно-омічним методом на розробленій і виготовленій дослідній установці. Одночасне вимірювання опору та ємності подвійного електричного шару захищених зразків дозволило отримати надійні експериментальні результати, що характеризують ефективність засобів захисту.

Адгезію захисних покриттів і систем визначали методом паралельних надрізів за ГОСТ 4765-73 на прикладі У-1А, твердість – на приладі МЕ-3 за ГОСТ 5233-67, еластичність – на приладі ШГ-1 за ГОСТ 6806-73. Оцінку ступеня екологічної повноцінності протикорозійних систем здійснювали порівнянням ГДК їх летких компонентів і розчинника, взятого за еталонний завдяки малій токсичності.

Математична обробка результатів досліджень дозволила отримати вірогідність отриманих результатів на рівні = 0,95, а похибки вимірювань не перевищували 5%. Для побудови математичних моделей, описуючих захисні властивості інгібіторів і протикорозійних покрить, розроблена моделююча система на мові Turbo Pascal версії 7,0, яка дозволяє автоматизувати пошук оптимальної моделі.

У третьому розділі „Розробка і дослідження нових та серійних нетоксичних інгібіторів для захисту обладнання від корозії” приведені результати досліджень нових нетоксичних інгібіторів корозії, модифікаторів іржі та захисних протикорозійних інгібованих систем.

Дослідженнями встановлено, що однокомпонентні інгібітори в більшості випадків не ефективні. Проведено пошук синергетичних інгібіторних композицій, в основу яких покладені нетоксичні компоненти та добавки безпечних промислових відходів: агримус, гідроксид натрію, нітрит натрію, білковий відстій, пивна шротина та інші, а також компоненти, що раніше не використовувались в якості інгібіторів: амтизол, гутимін, мікроорганізми Saccharomyces Caresbergensis Hansen, солодові паростки, декстрин, желатина.

Дослідженнями ефективності захисту вуглецевої сталі в модельних технологічних середовищах встановлено, що високий інгібіторний ефект забезпечують наступні інгібіторні композиції (в %): у воді - 0,2 білкового відстою і 0,4 желатини; в 2%-ному розчині лимонної кислоти - 0,3 пивної дробини і 0,4 декстрину; в 5%-ному розчині хлориду натрію - 0,3 декстрину і 0,2 желатини, 0,5 пивної шротини або білкового відстою; в 5%-ному розчині гідроксиду калію - 0,4 пивної шротини, 0,1 декстрину, 0,2 желатини або білкового відстою.

В результаті чисельних досліджень захисної дії створено нові нетоксичні інгібітори корозії на основі виробничих відходів, % мас.: ІГК-1 (0,2 білкового відстою + 0,2 гідроксиду натрію): ІГК-2 (0,1 пивної шротини + 0,2 гідроксиду натрію). Ступінь захисту цими інгібіторами сталі 20 у водопровідній воді - 93-100%. Слід відзначити, що гідроксид натрію в оптимальній концентрації і без нетоксичних добавок має достатній інгібіторний ефект. Але, з підвищенням температури, його інгібіторні властивості знижуються, а ефективність синергетичних композицій ІГК-1 та ІГК-2 зберігається при підвищенні температури до 333 К і тривалості стабільного інгібування до 600 годин. Розроблено також нетоксичний інгібітор корозії ІГК-3, % мас.: 0,2 білкового відстою + 0,13 гідроксиду кальцію із ступенем захисту вуглецевої сталі у водопровідній воді 99,1%. Новий інгібітор створює на поверхні сталі плівку не тільки на анодних, але і на катодних дільницях і є інгібітором змішаної дії.

Добавки у водне середовище білкового відстою і пивної шротини зменшують значення кутових коефіцієнтів рівнянь Тафеля, знижують ємність подвійного електричного шару (ПЕШ) стального електрода у 1,5-3 рази, збільшують поляризаційний опір у 2-4,5 рази, зменшують силу струму корозії і швидкість розчинення сталі. Зменшення ємності ПЕШ у розчинах з добавками свідчить про адсорбційний характер взаємодії цих молекулярних з’єднань з стальним електродом, що сприяє облагороджуванню електродних потенціалів зразків.

Вперше створено біологічний інгібітор корозії (БІГК) вуглецевих сталей у питній воді. У складі БІГК використано мікроорганізми Saccharomyces Caresbergensis Hansen та активувальний компонент із витяжки солодових паростків. Обидва компоненти БІГК є відходами пивоваріння. Дослідженнями встановлено, що ступінь захисту БІГК більше залежить від концентрації мікроорганізмів, ніж від концентрації активувальної добавки (АД). Встановлено, що ступінь захисту сталі 20 у водному середовищі описується типовим квадратичним законом. При збільшенні концентрації АД квадратичність порушується і зберігається в зоні головного максимуму між 0,1...0,3% мас. В інших областях діє кубічний закон з перегинанням функції в областях 0,05 і 0,35% мас. мікроорганізмів в системі (рис. 2). Оптимальна рецептура БІГК, % мас.: мікроорганізми - 0,236; АД-4,081.

Результати комп’ютерного моделювання показують (табл.1), що навіть у випадку песимістичного виходу ІІ можливе досягнення ступеня захисту 98,5% замість 94,3%, отриманого за способом лабораторної оптимізації. Коли ж апроксимації підлягають всі екстремуми зрізів поверхні відгуку (оптимістичний вихід І), ступінь захисту може наближатись до 100%. Підвищення захисної дії пояснюється синергізмом композиції, що обумовлений ферментом - амілази солодових паростків, який розщеплює вуглеводи до моносахарів, а вони є поживним середовищем для розвитку мікроорганізмів. При цьому кисень середовища поглинається в процесі дихання мікроорганізмів, знижуючи його агресивність за рахунок деаерації.

Таблиця 1

Результати моделювання захисної дії БІГК

за допомогою полінома другої степені (Z=ax2+bx+c)

Концентрація

АД, % | Коефіцієнти моделі | Координати

екстремуму

а | b | c | x | z

0,0 | -1388,9 | 767,2 | -14,9 | 0,276 | 91,1

2,5 | -1825,0 | 851,0 | -16,0 | 0,233 | 82,4

3,0 | -3480,0 | 1552,0 | -77,4 | 0,223 | 95,6

4,0 | -3145,0 | 1486,5 | -77,2 | 0,236 | 98,5

5,0 | -2580,0 | 1186,0 | -39,8 | 0,230 | 96,5

5,5 | -1100,0 | 610,0 | 2,0 | 0,277 | 86,6

Рівняння лінії

екстремумів | Вихід І | Z=-6,838Y + 55,81Y-13,03 | 4,081 | 100

Вихід ІІ | Z=-2,450Y + 20,05Y + 57,50 | 4,092 | 98,52

Розроблені та досліджені інгібовані модифікатори іржі на основі відходів крохмальопаточних, пивобезалкогольних та інших виробництв: МІГ-1 – МІГ-5.

За основу для розроблених модифікаторів іржі взяли серійний модифікатор МІ № 3 і розроблений білковий модифікатор іржі, який містить 59,5-64,5 % мас. білкового відстою. Відстій включає 10-16% хмельових смол, які багаті на танини, що здатні активно взаємодіяти з металом і утворювати щільні захисні плівки. Нові модифікатори іржі мають такий склад, % мас:МІГ-1 (MI№3 – 90 і CaOSiO2 – 10); МІГ-2 (40%-ва H3PO4 – 90 і ZnO - 10); МІГ-3 (40% H3PO4 – 90 і порошкоподібні відходи цинку – 10); МІГ-4 (40%-ва H3PO4 і комплексонат цинку - 5); МІГ-5 (білковий модифікатор – 95 і сульфат нікелю – 5).

Навіть в кислих агресивних допоміжних технологічних середовищах (5%-вих розчинах сірчаної, соляної і азотної кислот) розроблені захисні системи практично всі були віднесені до розряду хімічно стійких. Вони мають достатню адгезійну, ударну міцність та міцність при згинанні.

Аналіз отриманих за допомогою комп’ютерної моделюючої системи моделей захисних властивостей інгібованих МІГ показав очевидну можливість прогнозування стійкості систем за характером розвитку корозійних процесів, який їм притаманний, і видом математичних моделей. Наприклад, модель типу описує систему з очевидними признаками деструкції (бал 0). Модель описує систему з високою стійкістю (бал 3), модель відповідає обмеженій стійкості системи (бал 1).

Розроблені і досліджені економічні і доступні захисні інгібовані композиції (системи) для обладнання, комунікацій і металоконструкцій харчових і переробних підприємств з використанням безпечних відходів виробництв. За основу таких захисних систем використовували епоксидну смолу ЕД-20, ґрунтовки ХС-068 і ЕП-02, емалі ЕП-74, ХВ-785 і ХС-759, лаки ХВ-784, ХС-724, КО-075. За інгібуючі домішки правили пасибіт, білковий відстій, гутимін, амтизол, агримус та ін.

Кращі результати в корозійних випробуваннях показало запропоноване нами захисно-перетворююче покриття ЗПП (склад в г: ортофосфорної кислоти – 10, маточника диамонійфосфату – 10, оксиду цинку – 0,83, хромового ангідриду – 0,265, води – 12), покриття емаллю ЕП-74 по ґрунту ЕП-02, інгібовані агримусом та білковим відстоєм, а також покриття ХС-724 і ХС-759 по грунту ХС-068, інгібовані іншими відходами промислових підприємств. Аналіз отриманих рентгенограм іржі на дифрактометрі ДРОН-3М у хромовому випромінюванні показав, що під впливом ЗПП нестійкі форми іржі практично цілком трансформувались у важкорозчинні комплекси, що забезпечило добру адгезію захисної композиції до основи. Відходи здешевили і покращили захисні та механічні властивості майже всіх екологічно повноцінних композицій.

У четвертому розділі „Промислові випробування інгібованих систем і прогнозування довговічності обладнання” розглянуті особливості технології інгібування, приведені результати промислових випробувань інгібіторів, методика оцінки надійності і довговічності обладнання за інтенсивністю корозії та окреслені перспективи впровадження протикорозійних комплексів на харчових підприємствах.

Для підвищення технічних характеристик парових котлів ДКВР променерговузла пивоб’єднання і очищення їх від накипу були застосовані субстехіометричні (0,1-0,5 мг/л) добавки до живильної води комплексонів на основі оксиетилендифосфонової і нітрилотриметилфосфонової кислоти, які дали змогу очищувати котли від накипу в процесі їх експлуатації. Розроблений захисний комплекс на основі досліджених нових інгібіторів забезпечив також протикорозійний захист фільтрів механічного очищення води, натрійкатіонових фільтрів, деаераторів, насосів, економайзерів, теплообмінників, трубчастих батарей. В результаті впровадження захисних заходів к.к.д. парових котлів був збільшений з 90 до 92%, а інтенсивність корозії обладнання і комунікацій знизилась на 30-50 %.

На ЗАТ „Пивзавод на Подолі” БІГК були захищені комунікації і холодильники з льодяною водою для зброджування пивного сусла; інгібіторами комплексної дії ІГК з добавками білкового відстою і пивної шротини захищені внутрішні поверхні ропних батарей, змійовиків охолодження бродильно-купажних апаратів, систем технічного водопостачання; модифікаторами іржі МІГ, ЗПП, емаллю ЕП-74 по ґрунту ЕП-02, інгібованими агримусом і білковим відстоєм, захищені внутрішні поверхні бродильних чанів, лагерних танків, солодових змішувачів, збірників ропи; покриттями ХС-724 і ХС-759 по ґрунту ХС-068, інгібованими відходами виробництв, захищені зовнішні поверхні ропних батарей і трубопроводів, пляшкомийні транспортери і машини. При цьому термін служби окремих видів металоконструкцій, обладнання і комунікацій збільшився в 1,7-3,2 рази. На пивзаводі „Дніпро”, були застосовані інгібітори ІГК та БІГК для підвищення довговічності обладнання і комунікацій холодильно-компресорного цеху. Термін служби обладнання і комунікацій підвищився в 2,6 рази.

Очищення випарної установки на ВАТ „Смілянський цукровий комбінат” по безсодовому методу з застосуванням інгібітора КІ-1 за розробленим в НУХТ технологічним регламентом знизило витрати палива за рахунок збільшення коефіцієнта теплопровідності нагріваючих поверхонь, зменшило незворотні втрати металу апаратів, виключило корозійне розтріскування деталей.

Довговічність і експлуатаційна надійність обладнання харчових виробництв прямо пов’язана з інтенсивністю корозії. Якщо допустити, що корозія, наприклад, випарного апарата відбувається за лінійним законом, її статистична швидкість підвладна нормальному закону розподілення в часі випадкових величин, а інтенсивність випадкових відмов описується експоненціальним законом, тоді структурні моделі ймовірності безвідмовної роботи і терміну служби апарата можна записати так:

(4)

(5)

де Кср – середня швидкість корозії, Хmax – максимально допустиме значення глибинного показника корозії, U - квантиль випадкової величини, k – середнє квадратичне відхилення швидкості корозії, a – середнє квадратичне відхилення початкового параметру елемента конструкції (товщини захисного покриття); а0 – початкове значення параметру елемента конструкції; Т – строк служби елемента конструкції; - інтенсивність відмов; t – напрацювання апарата.

Якщо середня швидкість корозійного руйнування протикорозійного покриття корпуса випарного апарата Кср = 1 мм/рік (характерно для більшості апаратів цукрових заводів), середнє квадратичне відхилення швидкості корозії k = 0,07 мм/рік, середнє квадратичне відхилення товщини корпусу a = 0,2 мм, допустима величина корозійного руйнування Хmax = 2 мм (товщина захисного покриття), то ресурс випарного апарата по визначаючій деталі (корпусу) при заданій імовірності безвідмовної роботи буде знаходитись у співвідношенні, поданому в табл. 2.

Таблиця 2

Залежність ресурсу захищеного протикорозійним покриттям корпусу випарного апарата цукрового заводу від імовірності безвідмовної роботи.

Імовірність безвідмовної роботи | 0,9 | 0,99 | 0,999

Квантиль | 1,282 | 2,326 | 3,090

Ресурс Т, років | 1,701 | 1,476 | 1,319

Приведена методика може бути поєднана з розробленою комп’ютерною програмою „CORRODERE”, яка дозволяє в лабораторних умовах одержати статистично достовірні дані для прогнозування надійності і довговічності обладнання і намітити основні шляхи його протикорозійного захисту.

Розглянуті перспективи впровадження протикорозійних комплексів підприємств харчової і переробної промисловості. Для типового пивзаводу запропонований протикорозійний захист. Завод поділений на контури, для яких запропоновані конкретні засоби захисту від корозії з застосуванням розроблених на основі відходів харчових виробництв нетоксичних інгібіторів.

Велике практичне значення має поєднання інгібіторів, інгібованих захисних систем з іншими видами захисних покриттів, наприклад, з плазмовими покриттями. Такий захист може бути застосований для підвищення довговічності транспортних систем дифузійних апаратів цукрових заводів. Поєднання плазмового покриття ПН55Т45 з інгібуванням дифузійного соку БІГК забезпечує майже дев’ятикратне зменшення інтенсивності корозії деталей.

У п’ятому розділі „Техніко-економічна ефективність підвищення довговічності обладнання на основі застосування інгібіторів корозії” приведена методика розрахунку економічної ефективності математичного моделювання за допомогою ЕОМ у розробленні протикорозійного захисту.

Відносна ефективність оптимізації рецептури розробленого інгібітора, наприклад БІГК, залежить лише від захисних ефектів інгібування із застосуванням нового і старого складу інгібітора, відповідно, Zнов, Zст:

(6)

Методом математичного моделювання знайдена оптимальна рецептура БІГК, яка забезпечує захисний ефект не нижчий 98,3%. Без оптимізації захисний ефект складав 94,3%. Тоді ефективність від збільшення терміну служби виробу складає ef = 3,35. Значить застосування оптимізованих за допомогою ЕОМ інгібіторів забезпечує більш як трьохкратне підвищення довговічності обладнання.

Приведений розрахунок економічної ефективності очищення випарної установки цукрового заводу (з застосуванням інгібіторного захисту) за технологічним регламентом, розробленим здобувачем. Оцінені переваги безсодового способу обробки апаратів.

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

перелік опублікованих робіт за темою дисертації

1. Сухенко В.Ю., Таран В.М., Сухенко Ю.Г. Прогнозування надійності і довговічності обладнання харчових виробництв за інтенсивністю корозії. // Цукор України. – 2006. - №1-2 (45). – С. 44-46. Особистий внесок: розробив методику оцінки ресурсу і вірогідності безвідмовної роботи за інтенсивністю корозії.

2. Сухенко Ю.Г., Сухенко В.Ю. Досвід організації дільниць зміцнювальних та відновлювальних технологій в харчовій і переробних галузях АПК // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво. - К.: УкрІНТЕІ, – 1999. - №5-6. – С.36. Особистий внесок: аналіз деталей харчового обладнання, які мають малу довговічність, участь в організації дільниць захисту деталей.

3. Шакалов В.М., Сухенко В.Ю., Таран В.М. Протикорозійні інгібітори для котлоагрегатів. // Харчова і переробна промисловість. - 2002. - №8 - С.27-28. Особистий внесок: запропоновані ефективні інгібітори для очищення устаткування в процесі експлуатації, технологія інгібування і склад протикорозійних комплексів.

4. Кавітаційна стійкість неметалевих конструкційних матеріалів / Ю.Г. Сухенко, О.А. Литвиненко, О.І. Некоз, В.Ю. Сухенко // Фізика і хімія твердого тіла. – 2003. – т.4, № 3. – С. 583-584. Особистий внесок: дослідив корозійно-механічну стійкість зразків з епоксидної смоли з наповнювачами.

5. Транспортно-консервационные и антикоррозионные составы для трубопроката и металлоконструкций / Г. Тищенко, В. Журавлев, В. Олейник, А. Коптилый, В. Сухенко, И. Лещинский, А. Набиркин // Фізико-хімічна механіка матеріалів: Спецвипуск “Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів”. – 2002. - №3. – С.651-654. Особистий внесок: запропонував поєднати в протикорозійних засобах властивості захисних і грунтовочних складів за рахунок введення добавок.

6. Сухенко Ю.Г., Таран В.М., Сухенко В.Ю. Транспортні системи дифузійних апаратів працюватимуть довше // Харчова і переробна промисловість. - 2003.- №5. -С. 26-27. Особистий внесок: дослідив спрацювання вузлів дифузійних апаратів і обґрунтував вибір захисних покриттів.

7. Сухенко В.Ю., Таран В.М., Сухенко Ю.Г. Застосування плазмового напилення для підвищення довговічності м’ясорізальних вовчків // Харчова промисловість. Міжвідомчий тематичн. наук. зб. – К.: УДУХТ. - вип.45, 2000. - С.229-234. Особистий внесок: запропонував захисні покриття і дослідив умови формування сервовитних плівок на поверхнях деталей в корозійно-активних середовищах.

8. Антикорозійний комплекс харчового підприємства / Г. Тищенко, В. Журавлев, В. Олейник, О. Коптілий, В Сухенко, І. Лещинський, О. Набіркин // Фізико-хімічна механіка матеріалів: Спецвипуск “Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів”. – 2002. - №3. – С. 870-873. Особистий внесок: обґрунтував поділ підприємства на окремі контури і технологію застосування інгібіторів.

9. Сухенко Ю.Г., Сухенко В.Ю., Тимохін В.В. Плазмове зміцнення ниткопровідних деталей текстильних машин // Проблемы легкой и текстильной промышленности. – 2001. - № 5. – С. 239-240. Особистий внесок: обґрунтував вибір захисних покриттів з мінімальною пористістю і високими адгезійно-механічними властивостями.

10. Моделирование защитного действия биологического ингибитора коррозии / Г.П. Тищенко, И.Г. Верясова, А.Ю. Росс, А.А. Лисияк, В.Ю. Сухенко. // Вопросы химии и химической технологии. – 2000. - №3. - С. 51-53. Особистий внесок: запропонував до складу біологічного інгібітора (БІГК) включити мікроорганізми Saccharomyces Caresbergensis Hansen і активувальну добавку, прийняв участь у розробці моделюючої програми і моделюванні захисної дії БІГК.

11. Сухенко В.Ю., Таран В.М., Сухенко Ю.Г. Дослідження інгібіторів корозії для теплообмінників // Наукові праці УДУХТ. – К.: УДУХТ, 2001. - №10, ч.ІІІ. - С.23-25. Особистий внесок: обґрунтував вибір інгібіторів для застосування у теплоенергетичному обладнанні.

12. Применение физических методов воздействия в пищевых производствах / Г.П. Тищенко, И.Г. Верясова, С.А. Бойко, А.Ю. Росс, В.Ю. Сухенко, Л.Г. Меньшикова // Вопросы химии и химической технологии. – 1999. - №3. – С. 42-45. Особистий внесок: дослідив режими обробки в електромагнітному полі захисних полімерних композицій і мікроструктури покриттів.

13. Сухенко В.Ю., Дзюб О.Г., Косенко В.А. Азотування в електролітах – перспективний спосіб підвищення довговічності деталей // Наукові праці УДУХТ. – К.: УДУХТ, 2001. – №10, ч. ІІІ. - С. 21-22. Особистий внесок: запропоновував спосіб нанесення корозійно- та зносостійких покрить.

14. Сухенко Ю., Таран В., Сухенко В. Газотермічне напилення деталей // Харчова і переробна промисловість. – 2003. - №6. – С. 28-29. Особистий внесок: запропонував покриття для захисту від корозійно-механічного зношування дифузійних апаратів цукрових заводів.

15. Моделирование химической стойкости ингибиторов модификаторов ржавчины / Г.П. Тищенко, И.Г. Верясова, А.Ю. Росс, Ю.С. Распопин, Сухенко В.Ю., В.С. Пшеничников // Вопросы химии и химической технологии. – 2000. - №1. – С. 327-329. Особистий внесок: провів апроксимацію експериментальних даних за допомогою моделюючої системи „CORRODERE”.

16. Стійкість газотермічних покриттів при кавітаційно-ерозійному зношуванні / Ю.Г. Сухенко, О.А. Литвиненко, О.І. Некоз, В.Ю. Сухенко // Фізика і хімія твердого тіла. – 2002. т. 4, №3. – С. 537-540. Особистий внесок: запропонував захисні покриття з високими адгезійними та когезійними властивостями.

17. Защита емкостей питьевой воды от коррозии /Г.П. Тищенко, И.М. Лещинский, А.Л. Набиркин, Ю.Г. Сухенко, В.Ю. Сухенко // Вопросы химии и химической технологии. – 2002 - №2. – С.101-102. Особистий внесок: запропоновані безпечні полімерні покриття і режими їх обробки в електромагнітному полі.

18. Сухенко Ю.Г., Тимохін В.В., Сухенко В.Ю. Повышение долговечности транспортных систем диффузионных аппаратов сахарных заводов