Top.Mail.Ru

Энергетика и энергосберегающие технологии    

Направление: Энергетика
Подразделение: Кафедра наноразмерных систем и поверхностных явлений имени Воюцкого С.С.  Института тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова.
Руководитель: профессор, д.х.н. Яштулов Николай Андреевич.

Направление: Научные основы и инжиниринг энергосберегающих технологий органических продуктов.
Подразделение: Кафедра химии и технологии основного органического синтеза Института тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова. 
Руководитель: А.С. профессор, д.т.н. Фролкова Алла Константиновна, профессор, д.т.н. Тимошенко Андрей Всеволодович.

Направление: Энергосберегающие процессы
Подразделение: Кафедра процессов и аппаратов химических технологий имени Гельперенина Н.И. Института тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова. 
Руководитель: профессор, д.т.н. Лагуткин Михаил Георгиевич.

Энергетика   

Разработка высокоэффективных электродных нанокомпозитных материалов для конструирования элементов питания, в том числе, электронной аппаратуры, представляет собой принципиальную научную проблему современного техногенного общества. Для конструирования современных источников тока, в которых требуется существенное увеличение удельных параметров (плотность тока, удельная мощность, массогабаритные размеры, ресурс работы) по сравнению с традиционными источниками тока, необходимо использование наноразмерных функциональных электродных систем.

Одно из направлений работы сосредоточено на замене моно- наночастиц платины биметаллическими наночастицами на ее основе с другими металлами на различных матрицах-носителях – полимерные мембраны, пористый никель, углеродные носители. Создание новых функциональных высокоэффективных полиметаллических нанокомпозитных материалов позволит создавать источники энергии, превосходящие мировые аналоги, в том числе, автономные источники электропитания и микродатчики.  

Современная химическая промышленность сталкивается с такими проблемами как рост энергопотребления, загрязнение окружающей среды, недостаточная эффективность существующих производств, жесткие требования к качеству выпускаемой продукции, необходимость получения перспективных отечественных материалов и продуктов в условиях импортозамещения. В данном направлении также проводится разработка фундаментальных основ и технологических принципов создания новых материалов и технологий, способных оптимизировать энергопотребление, повысить ресурсную и экологическую эффективность, обеспечить промышленную безопасность страны.  

Эффективным приемом при создании новых технологий является принцип гибридизации, позволяющий находить наиболее выгодное (проявляющее синергетический эффект) сочетание различных технологических решений. Интеграция таких решений в технологический процесс на любом этапе производства может давать ощутимый эффект энергосбережения.

Основные работы, опубликованные по результатам исследований за последние три года:

  1. Martynov L.Yu., Sadova M.K., Sakharov K.A., Yashtulov N.A., Zaytsev N.K. Determination of indium by adsorptive stripping voltammetry at the bismuth film electrode using combined electrode system facilitating medium exchange // Talanta. 2024. V. 271. P. 125680.
  2. Martynov L.Yu., Dymova A.V., Semyachkin I.A., Nikulin A.V., Sakharov K.A., Yashtulov N.A., Zaytsev N.K. Electrochemical and microscopic study of a rotating disk Gold-Film electrode for voltammetric determination of arsenic (III) // Microchemical Journal. 2024. V. 205. P. 111177.
  3. Frolkova A.V., Frolkova A.K., Sibirtsev M., Lysenko K. The Material Balance of Complex Separation Flowsheets // Processes. 2024. V. 12. P. 821.
  4. Анохина Е.А., Рамочников Д.А., Тимошенко А.В. Сопоставительный анализ схем экстрактивной ректификации с различным фазовым состоянием бокового отбора из экстрактивной колонны // Теоретические основы химической технологии. 2024. Т. 58. № 5. С.
  5. Лебедева М.В., Головачева В.А., Копылова Н.А., Дулина О.А., Бакеева И.В., Яштулов Н.А. Исследование химических источников тока на автоматизированной электронной нагрузке с контролируемыми параметрами // Chemical Bulletin. 2024. Т. 7. № 4. С. 25-36.
  6. Frolkova A.V., Zhuchkov V.I., Frolkova A.K. Experimental evidence for double quaternary azeotropy existence // Entropy. 2023. V. 25. P. 980.
  7. Martynov L.Yu., Sergeeva A.S.,  Sakharov K.A., Shkinev V.M., Yashtulov N.A., Zaitsev N.K. Voltammetric determination of phosphates using ion-selective electrode based on organotin ionophore // Microchemical Journal. 2023. V. 191. P. 108877.
  8. Лебедева М.В., Рагуткин  А.В.,  Сидоров  И.М.,  Яштулов  Н.А.  Снижение наводораживания  материалов  мембранно-электродных  блоков  генераторов водорода // Тонкие  химические  технологии. 2023. Т. 18. № 5. С. 461-470.
  9. Лебедева М.В., Крапивко А.Л., Дулина О.А., Ленский М.С., Яштулов Н.А. Энергоэффективные  нанокомпозитные  мембранно-электродные  блоки  для химических источников тока // Chemical Bulletin. 2023. Т. 6. № 2. С. 19-28.
  10. Стрельникова В.О., Таран Ю.А. Получение нового удобрения на основе карбамида с использованием фосфогипса в качестве наполнителя // Химическая промышленность сегодня. 2023. № 5. С. 29-37.
Научные основы и инжиниринг энергосберегающих технологий органических продуктов. 
Ректификационное разделение многокомпонентных смесей остается ключевым процессом в органическом и нефтехимическом синтезе. Это вызывает необходимость структурной и параметрической оптимизации технологических схем разделения многокомпонентных смесей, что соответствует современным тенденциям устойчивого развития химической промышленности. Особую значимость приобретает разработка теоретических основ разделения смесей сложной физико-химической природы, в том числе биазеотропных, что требует углубленного анализа эволюции структур диаграмм фазового равновесия таких систем.

Применение экстрактивной ректификации позволяет существенно расширить границы разделения таких смесей за счет введения дополнительных агентов, модифицирующих относительную летучесть компонентов, что особенно востребовано при получении высокочистых продуктов в производстве мономеров, растворителей, топливных добавок и др. Результаты исследований в данной области имеют важное прикладное значение, позволяя создавать ресурсо- и энергосберегающие технологии для переработки сложных промышленных смесей. Практически любой химико-технологический процесс (ХТП) может быть представлен в виде производственной триады, включающей в себя стадию подготовки сырья, стадию химического превращения и стадию разделения реакционной смеси. Элементы этой триады связаны как прямыми, так и обратными (рецикловыми) потоками. Метод рециркуляции непрореагировавших реагентов широко используется в промышленности, что объясняется положительным влиянием рецикла на показатели работы ХТП.

Альтернативой рециркуляционным процессам являются совмещенные реакционно-массообменные процессы (СРМП). В совмещенных реакционно-ректификационных процессах (РРП) происходит одновременно и в рамках одного аппарата химическое превращение и полное или частичное разделение продуктов реакции методом ректификации. Оба варианта проведения ХТП реализуют возможность достижения высокой селективности и конверсии реагентов, превышающей химически равновесную. Так, в случае использования принципа рециркуляции, повышение селективности процесса обусловлено направленным возвращением в реактор реагентов в определенном соотношении и побочных продуктов обратимых реакций. А в случае СРМП селективность увеличивается благодаря избирательному удалению продуктов из зоны реакции и формированием оптимального соотношения реагентов. В связи с этим является актуальной задача сравнительного анализа этих вариантов организации ХТП. Из-за наличия обратных связей в виде рециклов, а также сложностью физико-химической природы реакционных смесей на первом этапе решения поставленной задачи целесообразно воспользоваться методами математического моделирования, так как они не требуют затрат на дорогостоящие материалы и оборудование.

Основным узким местом математического моделирования является адекватность применяемых математических моделей, которую необходимо подтверждать на основе экспериментальных данных. Поэтому решающее значение при выборе наиболее эффективного варианта организации процесса будет иметь натурный эксперимент, рабочие параметры которого могут быть определены предварительно в ходе математического моделирования.

Основные работы, опубликованные по результатам исследований:
  1. Frolkova, A.; Frolkova, A.; Sibirtsev, M.; Lysenko, K. The Material Balance of Complex Separation Flowsheets. Processes 2024, 12, 821.
  2. Anastasia V. Frolkova, Alla K. Frolkova and Ivan S. Gaganov. Comparison of Extractive and Heteroazeotropic Distillation of High-Boiling Aqueous Mixtures // ChemEngineering 2022, 6, 83.
  3. Valeriy Zhuchkov, Anastasia Frolkova, and Alla Frolkova. Liquid−Liquid Equilibrium and Solubility for Ternary Systems Cyclohexene (Cyclohexanone) + Water + 1-Methylpyrrolidin-2-one (N,N - Dimethyl acetamide) at 295.15 K and 99.32 kPa. // J. Chem. Eng. Data. 2022. V. 67 №2. P. 446-452. (Q1).
  4.  Frolkova A.K., Frolkova A.V., Raeva V.M., Zhuchkov V.I. Features of distillation separation of multicomponent mixtures. Fine Chemical Technologies. 2022;17(2):87-106.
  5. Valeriy Zhuchkov, Valentina Raeva, Alla Frolkova. Densities and excess volumes of binary and ternary mixtures of N,N-dimethyl sulfoxide, N,N-dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone at T = (293.15, 313.15)K and atmospheric pressure. Chemical Data Collections 38 (2022) 100840.
  6. Жучков В.И., Назанский С.Л., Солохин А.В., Фролкова А.К. Исследование азеотропии в системе н-бутанол – н-бутилацетат - вода // Химическая технология органических веществ. 2022. N 1 (21). C. 40-46.
  7. Гаганов И.С., Фертикова В.Г., Фролкова А.В., Фролкова А.К. Очистка фенола и хлороформа от примесных компонентов экстрактивной ректификацией //Хим. технология, 2022, Т. 23. № 3. С. 138-144.
  8. Патент на изобретение № 2782625. Способ выделения циклогексанона из реакционной смеси окисления циклогексена в водной среде N-метил-2-пирролидона /Патентообладатель ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет», авторы: Смирнов А.Ю., Маевский М.А., Фролкова А.В., Фролкова А.К. Заявка № 2021121955, приоритет изобретения 23 июля 2021 г. Дата гос. регистрации 31 октября 2022
  9. Frolkova A.V. Structural analysis of phase diagram and assessment of possibility for distillation of multicomponent mixtures. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2024.Т. 58. № 4. С. 1017-1026.  
  10. Frolkova A.V., Frolkova A.K., Gaganov I.S. Combining special techniques when developing separation schemes for a methanol + water + methyl methacrylate mixture. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2024. Т. 58. № 1. С. 217-223.
  11. Frolkova A.V., Frolkova A.K. Development of solvents alcohol mixture separation technology. ChemChemTech. 2023. Т. 66. № 1. С. 93-98. Рамочников Д.А.
  12. Анохина Е.А., Саунина А.В., Тимошенко А.В. Применение сложных колонн с боковой секцией и боковым отбором в экстрактивной ректификации смеси метилацетат-хлороформ различного состава // Химическая технология. 2024. Т.25. № 10. С.393-400.
  13. Анохина Е.А., Рамочников Д.А., Тимошенко А.В. Сопоставительный анализ схем экстрактивной ректификации с различным фазовым состоянием бокового отбора из экстрактивной колонны // Теоретические основы химической технологии. 2024. Т. 58, №5. С. 656-667.
  14. Рудаков Д.Г., Харламов С.М., Клаузнер П. С., Анохина Е.А., Тимошенко А.В. Экстрактивная ректификация смеси тетрагидрофуран – этилацетат – вода в схемах, включающих колонны с боковыми секциями и отборами // Тонкие химические технологии. 2025. Т. 20. № 2. С. 95–106.
  15. Рамочников Д.А., Анохина Е.А., Конопкина Н.Д., Тимошенко А.В. Оценка энергоэффективности применения сложных колонн с боковой секцией и боковым отбором в экстрактивной ректификации смеси винилбутиловый эфир – бутанол-1 с различными разделяющими агентами // Химия и технология органических веществ. 2025. №1 (33). С. 30-42
  16. Rudakov D.G., Klausner P.S., Ramochnikov D.A., Anokhina E.A., Timoshenko A.V. Efficiency of heat pumps in extractive rectification of the allyl alcohol–allyl acetate mixture with different compositions of the feed: part 1. application of heat pumps in schemes with two-selection columns // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2023. Т. 57. № 4. С. 770-778.
  17. Anokhina E.A., Timoshenko A.V. Effect of the Side-Stream Location and the Side-Stream Value on the Optimal Entrainer Flowrate in Thermally Coupled Extractive Distillation Columns // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2023. V. 57. No 2. P. 165–175 
  18.  Челюскина, Т. В. Применение фракционирования и экстрактивной ректификации для разделения смеси бутилпропионат-пропионовая кислота-бутилбутират-масляная кислота / Т. В. Челюскина, Ф. Н.
  19. Бедретдинов, С. А. Потемин // Теоретические основы химической технологии. – 2024. – Т. 58, № 1. – С. 122-128. – DOI 10.31857/S0040357124010155.
  20. Челюскина, Т. В. Сравнение экстрактивных агентов для разделения смеси пропионовая кислота - бутилбутират / Т. В. Челюскина, Д. Я. Колгушкин, Ф. Н. Бедретдинов // Химия и технология органических веществ. – 2024. – № 4(32). – С. 22-31. – EDN HOTVER
  21. Полковниченко, А. В. Ректификационное разделение промышленной смеси изобутилацетат–уксусная кислота–изоамилацетат / А. В. Полковниченко, Т. В. Челюскина // Теоретические основы химической технологии. – 2023. – Т. 57, № 4. – С. 433-444. – DOI 10.31857/S0040357123040097.
  22. Рыжкин Д.А., Раева В.М., Фролкова А.К. Закономерности экстрактивной ректификации смеси метанол – ацетонитрил – тетрагидрофуран – вода. Химическая технология. 2023. № 4. C. 151-159. 
  23. Жучков В.И., Рыжкин Д.А., Раева В.М. Экстрактивная ректификация смеси тетрагидрофуран – ацетонитрил – хлороформ. Теоретические основы химической технологии. 2023. Т. 57. № 1. С. 125-135.            
  24. Рыжкин Д.А., Раева В.М. Сравнение селективных агентов при разделении смеси метанол – этанол – вода. Теоретические основы химической технологии. 2024. Т. 58.  № 2. С. 211-221.      
  25. Рыжкин Д.А., Куликова Е.П., Раева В.М. Выбор варианта организации экстрактивной ректификации смеси метанол – тетрагидрофуран – ацетонитрил – вода. Булатовские чтения, Материалы VIII Международной научно-практической конференции. Краснодар, 31 марта 2024 г.  Т. 2. С. 108–112.       
  26. В.И. Жучков, В. М. Раева, А. А. Ульянова. Исследование свойств бинраных и тройных смесей, содержащих морфолин. Журнал физической химии. 2023. Т. 97.№ 6. С. 1159 - 1167.     
  27. Рыжкин Д.А., Раева В.М. Сравнение методов расчета энтальпии парообразования бинарных азеотропных смесей. Тонкие химические технологии. 2024. Т. 19. № 4. С. 279-292.    
  28. В. И. Жучков, В. М. Раева, Д. А. Рыжкин. Исследование парожидкостного равновесия смесей метанол – хлороформ – тетрагидрофуран и метанол – хлороформ – тетрагидрофуран – диметилсульфоксид при 101.32 кПа. Журнал физической химии. 2025. Т.99. № 2. С 216-225.    
  29. Д.А. Рыжкин, В.М. Раева, Е.В. Рытова. Сравнение методов расчета энтальпий парообразования бинарных смесей.   Сборник научных трудов международного научно-технического симпозиума, посвящённого 120-летию со дня рождения П. Г. Романкова (ISTS «EESTE-2024») «Повышение энергоэффективности экологической и технологической безопасности процессов и аппаратов химической и смежных отраслей промышленности». Москва, 20-22 февраля 2024 г.  Т. 1. С. 63–66.  
  30. Смирнов А.Ю., Назанский С.Л. Сравнительный анализ рециркуляционного и совмещенного реакционно-ректификационного процесса получения диметилового эфира с позиции минимальных энергетических затрат // Химия и технология органических веществ. 2023, №2 (26) c. 28-35;
  31.  Наимов А.Я., Назанский С.Л., Быков В.И. Параметрический анализ математической модели каталитического осциллятора // Теоретические основы химической технологии, 2023, т. 57, №5, с. 606-611.
  32. Белорусова В.А., Назанский С.Л. Методы сравнительного анализа совмещенных и рециркуляционных химико-технологических процессов // Химия и технология органических веществ. 2025. №1(33). с. 54-63.
Энергосберегающие процессы    

Создание ресурсо- и энергосбрегающих процессов и аппаратов в химической и смежных отраслях промышленности,  обеспечивающих создание автоматизированных цифровых производств, имеет существенное значение для развития химической промышленности. 

Основные работы, опубликованные по результатам исследований за последние три года:

  1. Фуфаева, В.М. Схема промышленного получения карбамида с контролируемым высвобождением питательных веществ / В.М. Фуфаева, Ю.А. Таран // Промышленные процессы и технологии. – 2024. – Т. 4. – № 2 (12). – С. 23-31.     
  2. Фуфаева, В.М. Экологически безопасные органоминеральные биоактивированные удобрения / В.М. Фуфаева, Ю.А. Таран, В.О. Стрельникова и др. // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2024. – Т. 30 – №3. – С. 462-470.

© 2025 МИРЭА - Российский технологический университет

Все права на материалы сайта mirea.ru принадлежат РТУ МИРЭА. Правила использования сайта.