Разработка метода расчета и создание пневмовакуумной установки концентрирования химических растворов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.06, кандидат наук Борисов, Юрий Александрович

• Борисов, Юрий Александрович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Борисов, Юрий Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Перечень условных обозначений

Введение

Глава 1. Обзор состояния вопроса создания устройств для концентрирования химических растворов

1.1. Обзор методов концентрирования

1.2. Обзор существующих установок

1.3. Основные параметры установок концентрирования химических растворов

1.4. Обзор теории и методов расчета рабочих процессов

1.5. Факторы, влияющие на эффективность работы пневмовакуумных установок для концентрирования химических растворов

1.6. Методы численного исследования рабочих процессов

1.7. Постановка цели и задач исследования

Глава 2. Математическое моделирование рабочих процессов, протекающих в пневмовакуумном концентраторе растворов

2.1. Классификация и критерии оценки для обоснованного выбора вариантов установки

2.2. Объект исследования

2.3. Основные допущения

2.4. Расчетная область при описании течения газа в испарителе

2.5. Расчетные зависимости, описывающие рабочие процессы в концентраторе химических растворов

2.6. Граничные и начальные условия

Стр.

2.7. Метод решения

Выводы к Главе 2

Глава 3. Разработка метода расчета и расчетно-теоретические исследования рабочих процессов, протекающих в пневмовакуумном концентраторе химических растворов

3.1. Метод расчета рабочих процессов

3.2. Исследование течения рабочего газа в проточной части испарителя

3.3. Исследование течения рабочего газа в пробирке

3.4. Оценка влияния размерности расчетной сетки на точность получаемых результатов

3.5. Численные исследования

3.6 Разработка макетного образца установки для концентрирования химических растворов

Выводы к Главе 3

Глава 4. Экспериментальные исследования рабочих процессов, протекающих в пневмовакуумном концентраторе химических растворов

4.1. Экспериментальный стенд

4.2. Методика проведения экспериментальных исследований

4.3. Обработка результатов эксперимента

4.4. Оценка погрешности эксперимента

4.5. Оценка приборной погрешности эксперимента

4.6. Оценка случайной погрешности эксперимента

4.7. Сравнение результатов экспериментальных и численных исследований

Стр.

4.8. Экспериментальные исследования на реальных растворах

4.9. Разработка пневмовакуумной установки концентрирования химических растворов

Выводы к Главе 4

Основные выводы и заключение

Список литературы

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

} - Диффузионный поток, кг/(м2 • с)

В - Коэффициент диффузии, м2/с

С - Концентрация диффундирующего вещества, кг/м3

Я - Тепловой поток, Вт/м2

Т - Температура среды, K

X - Коэффициент теплопроводности, Вт/(м • К)

р - Плотность вещества, кг/м3

и - Линейная скорость вещества, м/с

Удельная теплоемкость вещества при постоянном давлении,

" Дж/(кг • К)

а - Коэффициент теплоотдачи,

Р - Коэффициент массоотдачи,

№ - Число Нуссельта

й - Характерный размер, м

Sh - Число Шервуда

St - Число Стэнтона

Pr - Число Прандтля

Sc - Число Шмидта

J - Полный массовый поток газа,

р - Давление, Па

- Толщина диффузионного слоя, м

М - Молярная масса, г/моль

^ - Универсальная газовая постоянная, Дж/(моль • К)

V - Объем газа, м3

й2 - Диаметр направляющей трубки, мм

- Диаметр пробирки, мм

0 - Обозначение расчетной области t - Время, с

А - Динамическая вязкость, Па • с £ - Ускорение свободного падения, м2/с V - Кинематическая вязкость, м2/с р - Относительная влажность воздуха И - Толщина зоны градиента концентрации, мм £ - Площадь поверхности, м2

- Массовый расход рабочего газа, г/с

Коэффициент соотношения площадей входного и выходного

£ -

сечения

1 - Удельный объемный поток, м3/(м2 • с)

Подстрочные индексы:

X - Индекс параметров смеси

с - Индекс параметров жидкости у межфазной границы

Индекс параметров жидкости на расстоянии 5В от межфазной

да -

границы

х - Индекс проекции на ось X декартовой системы координат у - Индекс проекции на ось У декартовой системы координат z - Индекс проекции на ось Ъ декартовой системы координат

- Индекс жидкой фазы н - Индекс параметров насыщения вх - Индекс входного сечения вых - Индекс выходного сечения изб - Индекс избыточного давления

min - Индекс минимальных значений max - Индекс максимальных значений

Сокращения:

ДНК КДЛ МКО МНК РНК

SIMPLE

SST

Дезоксирибонуклеиновая кислота Клинико-диагностическая лаборатория Метод контрольных объемов Метод наименьших квадратов Рибонуклеиновая кислота

Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations(Итерационный метод решения уравнений)

Shear stress transport (модель турбулентности Ментера)

Основные понятия:

Образец - образец исследуемого вещества (ДНК, РНК, высокомолекулярные соединения и др.);

Проба - раствор, состоящий из растворителя и образца исследуемого вещества (ДНК, РНК, высокомолекулярные соединения и др.);

Рабочий газ - газ, протекающий в проточной части концентратора жидкостей и обеспечивающий удаление паров жидкости из пробирок (воздух, азот и др.);

Жидкость - растворитель, находящийся в пробе, подвергаемой концентрированию (вода, этанол, хлороформ, аммиак и др.);

Побудитель расхода рабочего газа - устройство, обеспечивающее подачу рабочего газа в проточную часть концентратора (компрессор, баллон со сжатым газом и т.д.).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода расчета и создание пневмовакуумной установки концентрирования химических растворов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования:

С каждым годом увеличивается значимость научных исследований в областях, связанных со здоровьем и жизнедеятельностью человека. Необходимость своевременной диагностики организмов на наличие новых вирусов и бактерий и нахождения лекарства от них, обнаружения источников заражения и способов его распространения отчетливо отражается в направлении развития современных технологий. Задачей анализа образцов продуктов питания, почвы, крови, тканей живых организмов и др. является определение содержания тех или иных элементов в исследуемых материалах. Один из этапов такого анализа - пробоподготовка. Оборудование для подготовки проб является неотъемлемой частью оснащения клинико-диагностических лабораторий (КДЛ), исследовательских центров и лабораторий. Цель пробоподготовки - разрушение образца до такого состояния, которое обеспечит высокую (близкую к 100%) вероятность определения отсутствия или наличия искомых компонентов при дальнейших микробиологическом, биохимическом, бактериологическом, и прочих анализах [1]. В большинстве случаев в результате процесса пробоподготовки образуется смесь малого количества разрушенного образца и многократно превышающего его объема растворителя. Для проведения дальнейших исследований с необходимой точностью получаемого результата и скоростью необходимо максимально уменьшить количество растворителя [2]. Устройства, предназначенные для решения этих задач, называют концентраторами. Основными областями применения концентраторов являются:

- медицина;

- молекулярная биология;

- биохимия;

- пищевая промышленность;

- химическая промышленность;

- и другие.

Данная работа посвящена разработке метода расчета рабочих процессов и созданию новых пневмовакуумных концентраторов микрообъемов химических растворов.

Начиная с конца прошлого века, ведутся активные работы по разработке подобного оборудования, как в отечественной промышленности, так и за рубежом. Созданием таких устройств занимаются такие фирмы как: Экохим (Россия), Stuart, Techne (Великобритания), Thermo Scientific, Labconco, Genevac (США), Eppendorf (Германия), Labogene (Дания), и другие.

Однако перед разработчиками возникает несколько существенных проблем:

1. Методы расчета, описанные в научно-технических источниках, не позволяют определить необходимые для проектирования нового оборудования параметры рабочих процессов. С помощью известных методов невозможно определить влияние потока газа, движущегося в проточной части концентратора, на величину массового потока пара со свободной поверхности жидкости.

2. При изменении параметров побудителя расхода рабочего газа, геометрии и расположения проточной части концентратора скорость испарения жидкости из пробирок может существенно колебаться. Оценка факторов, влияющих на быстродействие испарительного устройства, является важной задачей для разработчиков нового оборудования.

3. Разработчики концентраторов для интенсификации испарения стараются понизить давление над поверхностью раздела фаз (в надпробирочной полости) или повысить температуру жидкости. Однако применение этих способов может привести к потере или разрушению исследуемой пробы.

Объект исследования:

Объектом исследования является пневмовакуумная испарительная установка для концентрирования химических растворов.

Предмет исследования:

Предметом исследования являются рабочие процессы, протекающие в пневмовакуумном концентраторе химических растворов и влияющие на скорость и качество концентрирования жидкостей. Целью работы является:

Разработка метода расчета и создание пневмовакуумной установки для концентрирования химических растворов. Задачами исследования являются:

1. Разработка классификации и критериев оценки для обоснованного выбора вариантов установки.

2. Разработка метода расчета и математическое моделирование рабочих процессов в установке концентрирования химических растворов, позволяющих определить зависимость массового потока пара со свободной поверхности жидкости от различных параметров.

3. Проведение расчетно-теоретических исследований рабочих процессов в концентраторе химических растворов.

4. Разработка экспериментального стенда, методики проведения эксперимента и проведение экспериментальных исследований испарения жидкости из пробирок для проверки адекватности созданной математической модели.

5. Разработка установки концентрирования химических растворов и внедрения результатов работы.

Научная новизна:

1. Впервые разработана классификация и критерии оценки для обоснованного выбора вариантов исполнения установки для концентрирования химических растворов.

2. Впервые разработана математическая модель рабочих процессов в пневмовакуумной установке концентрирования химических растворов.

3. Впервые разработан метод расчета, позволяющий определить зависимость массового потока пара от параметров потока и геометрии концентратора химических растворов.

4. Впервые получены результаты расчетно-теоретических исследований с использованием созданных метода расчета и математической модели рабочих процессов в пневмовакуумном концентраторе химических растворов: распределение скоростей течения газа в проточной полости устройства, толщину зоны градиента концентрации паров, зависимость массового потока пара от скорости и давления газа на входе в концентратор, геометрии проточной части устройства.

5. Разработаны экспериментальный стенд, методика и проведены экспериментальные исследования рабочих процессов в концентраторе химических растворов, подтвердившие адекватность разработанной математической модели рабочих процессов в концентраторе химических растворов.

Практическая значимость и внедрение результатов работы:

1. Разработан метод расчета рабочих процессов, протекающих в пневмовакуумном концентраторе химических растворов, который может быть использован при проектировании новых устройств, а также модернизации и улучшении работы уже созданных.

2. Проведенные исследования процессов испарения со свободной поверхности позволяют выбрать принципиальную схему нового устройства, которая наиболее подходит для использования в тех или иных условиях эксплуатации.

3. Результаты работы использованы при проведении научно-исследовательских работ: «Создание научной базы разработки вакуумного и пневмоэлектромеханического оборудования с применением методов быстрого прототипирования» (Шифр ГБ3301 сп); «Расчетно-теоретические и экспериментальные исследования рабочих процессов в устройствах систем

пробоподготовки для анализа ДНК методом ПЦР» (Шифр ГЭ3302 сп) в МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва.

4. Результаты диссертационной работы внедрены на предприятии ЗАО «Синтол», г. Москва в процессе проведения научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы по разработке роботизированного комплекса для молекулярно-генетических исследований и внедрены в учебный процесс кафедры вакуумной и компрессорной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, что подтверждено актами о внедрении.

Достоверность полученных данных подтверждена сравнением результатов расчетно-теоретических исследований с экспериментальными данными, опубликованных в открытых источниках литературы и данными, полученными при испытании устройств концентрирования химических растворов.

Положения, выносимые на защиту:

Метод расчета и математическая модель рабочих процессов в пневмовакуумном концентраторе химических растворов. Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований рабочих процессов в пневмовакуумном концентраторе химических растворов.

Апробация результатов работы:

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и выставках:

Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2011,2012,2013,2014,2015 гг.);

Вторая научно-техническая конференция аспирантов, магистрантов, студентов, творческой молодежи профильных предприятий и органицаций, посвященная 70-летию ОмГТУ. ОмГТУ (Омск, 2012);

Международная научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья» (Португалия, 2013 г., Крым, 2015 г.);

Шестая международная научно-техническая конференция «Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства». ОмГТУ (Омск, 2016г.);

Экспериментальный образец установки концентрирования химических растворов, был представлен на выставках:

Молодежная научно-инженерная выставка «Политехника». Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015 гг.; XIV Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи. Москва, ВВЦ, 2014 г.

В 2012 и 2013 гг. результаты исследований вошли в работы удостоенные дипломом 1 степени в конкурсе конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов МГТУ им. Н.Э. Баумана

В 2013 г. пневмовакуумная установка для концентрирования химических растворов была награждена дипломом 2 степени в номинации «Технологии в машиностроении и приборостроении» на молодежной научно-инженерной выставке «Политехника».

По результатам работы разработана новая установка концентрирования химических растворов, получены 3 патента РФ на полезную модель различных исполнений данной установки.

Личный вклад автора:

Личный вклад автора заключается в разработке метода расчета и создании математической модели рабочих процессов в пневмовакуумных концентраторах химических растворов; проведении расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, создании экспериментального стенда и методики проведения эксперимента; разработке нового устройства для концентрирования жидкостей.

Публикации:

По результатам проведенных исследований опубликовано 13 научных работ. Из них 3 работы опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура работы:

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 113 наименований. Работа изложена на 115 страницах текста, включая 44 иллюстрации и 7 таблиц.

В первой главе описаны существующие методы концентрирования жидких образцов. Рассмотрены типы устройств, применяемых для концентрирования химических растворов. Проведен обзор существующих методов расчета рабочих процессов, протекающих в установках для концентрирования химических растворов. Определены основные факторы, влияющие на эффективность проведения процесса концентрирования. Рассмотрены существующие методы численного решения уравнений, входящих в математическую модель рабочих процессов. В заключение первой главы сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе описана классификация и критерии оценки для обоснованного выбора схемы концентратора. Рассмотрены вопросы, связанные с математическим моделированием процессов, протекающих в пневмовакуумной установке концентрирования химических растворов -испарения жидкости из цилиндрических пробирок при течении над границей раздела фаз потока рабочего газа. Рассматриваются расчетные области, выделенные для исследования рабочих процессов, допущения математической модели и основные расчетные зависимости, дополненные граничными условиями. Описывается метод решения составленной системы уравнений для выделенной расчетной области.

В третьей главе рассмотрены вопросы, связанные с разработкой метода расчета рабочих процессов и проведением численного эксперимента, выполненного с использованием созданной математической модели. Приводятся результаты численного исследования рабочих процессов с применением отдельных математических моделей и их анализ, позволяющий оценить величину массового потока пара и время концентрирования объема жидкости. Описывается процесс создания новой пневмовакуумной установки

для концентрирования химических растворов с использованием результатов численных исследований и их анализа, которые позволяют оценивать функциональные параметры устройства в зависимости от его конструктивных параметров.

Четвертая глава посвящена разработке пневмовакуумной установки концентрирования химических растворов и экспериментальному исследованию рабочих процессов, протекающих в ней. Описана методика проведения эксперимента и экспериментальный стенд. Приведены результаты натурного эксперимента, оценена погрешность полученных результатов и проведено сравнение с результатами расчетно-теоретических исследований. Описано внедрение и использование результатов работы.

В заключении представлены результаты работы, которые соответствуют поставленным задачам и цели.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА СОЗДАНИЯ УСТРОЙСТВ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ

Концентрирование - процесс повышения содержания определяемого вещества или группы веществ по отношению к матрице или матричным компонентам [3]. Одной из ключевых областей науки и техники, в которой процессы концентрирования играют важную роль, является молекулярная биология. Одно из наиболее точных определений понятия молекулярная биология в 1970 году сформулировал в своей работе [4] А.Н. Белозерский, описав ее как науку, ставящую своей задачей познание природы явлений жизнедеятельности путём изучения биологических объектов и систем на молекулярном уровне. Целью молекулярной биологии является определение того, как и в какой мере характерные проявления жизни, например наследственность, биосинтез, воспроизведение себе подобного, возбудимость, развитие и рост, хранение и передача информации, превращения энергии, подвижность и т. д., обусловлены свойствами, структурой и взаимодействием молекул биологически важных веществ, таких как белки и нуклеиновые кислоты [4]. Отличительная черта этой науки — изучение проявлений жизни на неживых объектах или таких, которым свойственны самые примитивные проявления жизни. Такими проявлениями могут считаться биологические образования от клеточного уровня и ниже: субклеточные органеллы, например изолированные клеточные ядра, митохондрии, хромосомы, рибосомы, клеточные мембраны, вирусы, и наконец, молекулы нуклеиновых кислот и белков.

1.1. Обзор методов концентрирования

Все существующие методы, предназначенные для проведения анализов, в соответствии с целевым назначением разделяют на следующие группы [5, 6]:

- методы пробоотбора, которые позволяют получить представительной пробы определенного состава и размера (массы, объема);

- методы опробывания, позволяющие провести измельчение и сокращения до необходимого размера, а затем разложение, разделение и концентрирование, перевод определяемого компонента в аналитически активную форму для подготовки пробы к анализу;

- методы анализа (обнаружение, идентификация и определение);

- методы обработки результатов и оперативной проверки точности, известные также как методы статистической обработки результатов измерений.

Одним из важных этапов работ в молекулярной биологии и аналитической химии занимает концентрирование микрокомпонентов. В некоторых работах применяют «абсолютное» концентрирование, позволяющее перевести микрокомпоненты из большего объема в меньший. Однако большее значение имеет «относительное» концентрирование - отделение определяемых микрокомпонентов (полезного вещества) от основы (буферного раствора). Этот вид концентрирования используют при анализе чистых веществ, металлов и сплавов. Относительное концентрирование осуществляется несколькими способами: выделением нужных для последующего исследования микроэлементов или удалением буферного раствора.

Повышение концентрации химических, биологических и молекулярно-биологических образцов осуществляется при помощи относительного концентрирования - отделения определяемых микрокомпонентов (полезного вещества) от основы (буферного раствора). Обилие методов концентрирования (экстракционные, сорбционные, мембранные, электрохимические, дистилляционные, флотация и др.) свидетельствует об обилие задач и их решений в области подготовки проб к дальнейшему анализу. Применение

концентрирования позволяет увеличить точность пробоподготовки за счет устранения различных мешающих влияний. Концентрирование облегчает отбор проб. При увеличении размера забираемой пробы ошибка отбора значительно сокращается. Концентрирование позволяет выделять определяемые компоненты из большого объема раствора, что способствует уменьшению ошибки пробоотбора и в некоторых случаях позволяет значительно устранить влияние неоднородности образцов.

Однако при проведении концентрирования с применением существующего оборудования пользователь сталкивается с рядом проблем:

- проведение концентрирования увеличивает время проведения анализа, а также зачастую усложняет его;

- для концентрирования необходимы специальная аппаратура и освоение специфических приемов работы;

- процесс концентрирования может сопровождаться потерями полезного вещества или внесением в пробу загрязнений извне.

При выборе приема концентрирования необходима информация о формах существования микрокомпонентов, присутствующих в пробе, равномерности распределения их по объему [7]. У каждого из методов концентрирования есть свои особенности, ограничивающие их область применения. Для того чтобы определить, какой из методов является наиболее подходящим для концентрирования молекулярно-биологических образцов, был проведен обзор существующих и используемых в настоящее время способов.

Одним из таких методов является экстракция. Экстракция - процесс разделения смеси жидких или твёрдых веществ с помощью избирательных (селективных) растворителей [8]. Процесс экстракции заключается в проведении трех последовательных стадий: смешения исходной пробы с растворителем; механического расслаивания двух образующихся фаз; удаления растворителя из обеих фаз и, в некоторых случаях, его дальнейшую очистку с целью повторного использования. После разделения получают высокое процентное содержание полезного вещества в растворителе и остаток

исходного раствора [9, 10]. Выделение полезного вещества из получившегося раствора и очистка буфера может осуществляться дистилляцией, выпариванием, кристаллизацией и др. В качестве достоинств экстракции следует отметить низкие температуры протекания процесса; низкая стоимость извлечения веществ из разбавленных растворов; доступность разделения многокомпонентных смесей, состоящих из веществ с близкими температурами кипения; простота оборудования. В качестве недостатков экстракции следует отметить сложность окончательного удаления растворителя из пробы.

Сорбция - процесс поглощения твердым телом или жидкостью различных веществ из раствора [11]. Достоинствами сорбции являются несложность управления процессом, отсутствие необходимости в сложных приборах, высокую технологичность и возможность автоматизации. Сорбционные процессы применяются для разделения элементов с близкими физическими и химическими свойствами [12-14]. К недостаткам использования метода сорбции можно отнести необходимость использования расходных материалов, таких как активные угли, цеолиты, глинистые минералы, силикагель, оксид алюминия, модифицированные сорбенты на основе силикагеля и целлюлозы.

В основе мембранных методов концентрирования лежат процессы течение исходного раствора через мембрану, которая является проницаемой только для исследуемого вещества. Основными двумя процессами подобного разделения являются проницание и диффузия [15-18]. Достоинства мембранных методов заключаются в доступности, большой производительности и простоте используемых приборов. Основным недостатком мембранного концентрирования является необходимость подбора соответствующих исследуемому веществу мембран.

Электрохимические методы концентрирования основаны на избирательном распределении компонентов в двухфазной или однофазной системе в результате различия в электрохимических свойствах [19]. В основе этих методов лежат процессы, протекающие в пространстве между

электродами или на их поверхности. Существует огромное количество различных типов электрохимического концентрирования, которые подробно описаны в работах [20-22]. К основным достоинствам электрохимических методов концентрирования следует отнести низкую вероятность загрязнения анализируемого объекта посторонними веществами, находящимися в исходной пробе, высокую чувствительность и возможность определения нескольких компонентов одновременно. Однако электрохимические методы неприменимы для исследования органических и биологических проб.

Дистилляционные методы концентрирования основаны на удалении растворителя из пробы путем его испарения. Широкое распространение метод получил для концентрирования жидких проб [23-30]. Преимуществами дистилляционных методов являются: малое время их проведения, высокая степень концентрирования и простота. Недостатками методов являются высокая вероятность загрязнения или потери пробы и низкая скорость процесса при замерзании образца.

Таким образом, каждый метод концентрирования имеет свою сферу применения в зависимости от поставленных задач, свои достоинства и ограничения. Выбор методики концентрирования зависит от следующих факторов: природы и процентного содержания определяемых элементов в растворе, основными характеристиками метода, технико-экономическими показателями, возможностью концентрирования в полевых условиях, длительностью процесса концентрирования, возможностью автоматизации, доступностью и удобством оборудования [31].

Задачей концентрирования при использовании любого из вышеперечисленных методов является полное извлечение всех определяемых компонентов из анализируемого раствора при максимальной степени их концентрирования и минимальных затратах времени и реактивов.

Следовательно, наиболее подходящим методом концентрирования микроколичеств химических, биологических и молекулярно-биологических

образцов является метод выпаривания (дистилляционный метод концентрирования).

1.2. Обзор существующих установок

Современные клинико-диагностические и исследовательские

лаборатории не могут обойтись без концентраторов жидкостей. В связи с этим в настоящее время существует множество конфигураций подобного оборудования, различающиеся принципом действия, конструкцией, областью применения и др.

В аналитических лабораториях, где требуется сконцентрировать пробу большого объема за короткое время, широкое распространение получили роторные испарители. Принцип работы с данным концентратором жидкостей схематично показан на Рисунке 1.1.

Для того, чтобы сконцентрировать раствор с помощью роторного испарителя, его помещают в сферическую колбу 1, размещенную над «водяной баней» 2. Для повышения скорости испарения к колбе подключен вакуумный насос 3, который понижает в ней давление, тем самым уменьшая температуру кипения растворителя. При медленном вращении колбы с пробой, частично

2

Рисунок 1.1. Схема работы роторного испарителя

помещенной в горячую воду или масло, вокруг оси, достигается быстрое испарение жидкости из тонкой пленки, которая постоянно обновляется на внутренней поверхности колбы 1, а также постоянное перемешивание раствора, предотвращающее выброс пробы при вскипании нижних слоев. «Водяная баня» 2 также играет роль термостатирующего устройства, предотвращая замерзание пробы при концентрировании. В процессе упаривания пары растворителя конденсируются на стенках колбы-ловушки 4 и стекают в приемник 5, что позволяет сохранить его почти в полном объеме. Конструкция позволяет вводить дополнительное крепление элементов конструкции с помощью штатива 6 и держателя 7, если это требуется в процессе работы. Давление в системе регулируется положением крана 8. Конструкция роторного испарителя производства фирмы «Stuart» (Великобритания) представлена на Рисунке 1.2.

Главным отличием данного типа концентраторов жидкости заключается в большом объеме выпариваемой пробы. За счет очень быстрого выпаривания растворителя роторные испарители получили широкое распространение в химической промышленности и фармацевтике, где требуется концентрирование большого объема одной пробы. Однако большой объем

i

в *

Рисунок 1.2. - Конструкция роторного испарителя

колбы является также и недостатком подобного оборудования, так как не позволяет упаривать большое количество проб одновременно, что необходимо при клинико-диагностических исследованиях. Наличие открытой водяной или масляной бани вызывает необходимость постоянного её пополнения, что вызывает зависимость от расходных материалов. При неправильной работе с данным типом оборудования существует опасность намерзания пробы на стенке, что негативно скажется на скорости концентрирования.

Другим, наиболее распространенным видом современных концентраторов являются центрифужные испарители, конструктивная схема которых представлена на Рисунке 1.3. Для концентрирования раствора с помощью данного устройства его распределяют по пробиркам, которые располагают в роторе 7, закрепленном на валу 5, установленном в корпусе 4. Для увеличения скорости испарения растворителя из пробы из вакуумной камеры 6, в которой расположен ротор 7 с пробирками, откачивается воздух. Парогазовая смесь, образовавшаяся в процессе испарения жидкости, откачивается из вакуумной камеры 6 с помощью вакуумного насоса 1, предварительно пройдя через ловушки 2 и 3 с целью улавливания основного количества паров. Для того чтобы избежать замерзания образцов, к пробиркам подводится тепло с помощью нагревательного элемента 8. Для предотвращения выплескивания образцов из пробирок при вскипании жидкости ротор 7 вращается с высокой угловой скоростью, что позволяет удерживать раствор в пробирках посредством поля центробежных сил.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Борисов, Юрий Александрович, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

I. Карпов Ю.А., Савосин А.П. Методы пробоотбора и пробоподготовки. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. 246 с.

2. Борисов Ю.А., Чернышев А.В. Вакуумный концентратор микрообъемов жидкости // Медицинская техника, Т. 4, 2015. С. 44-47.

3. Москвин Л.Н., Родников О.В. Методы разделения и концентрирования в аналитической химии. Л.: Интеллект, 2011. 352 с.

4. Белозерский А.Н. Молекулярная биология - новая ступень познания природы. М.: Советская Россия, 1970. 189 с.

5. Глубоков Ю.М., Травкин В.Ф. Методы разделения и концентрирования. Общие положения. Классификация методов. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2008. 28 с.

6. Булл Г.Б. Физическая биохимия. М.: Иностранной литературы, 1949. 412 с.

7. Муицуке А. Методы концентрирования микроэлементов в неорганическом анализе. М.: Химия, 1986. 151 с.

8. Золотов Ю.А., Кузьмин Н.М. Экстракционное концентрирование. М.: Химия, 1971. 272 с.

9. Леснов А. Е., Денисова С. А. Гель-экстракция поверхностно-активными веществами // Вестник Пермского университета. Серия Химия. 2014. № 1. С.13-20.

10. Леснов А. Е., Денисова С. А. Жидкостная экстракция без органического растворителя // Вестник Пермского научного центра. 2010. № 1. С. 26-34.

II. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. Т. 2. М.: Химия, 1990. 846 с.

12. Шкутина И. В., Стоянова О. Ф., Селеменев В. Ф. Сорбционное концентрирование фенобарбитала на анионообменнике МЫ-200

// Сорбционные и хроматографические процессы. 2008. Т. 8. № 2. С. 272276.

13. Родинков О. В., Журавлёва Г. А., Бугайченко А. С. Угольно-фторопластовые сорбенты для экспрессного концентрирования паров органических веществ при анализе воздуха // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 4. 2010. № 4. С. 113-119.

14. Сорбционное концентрирование и сверхкритическая экстракция 3ё-металлов для рентгенофлуоресцентного определения. Состояние проблемы / В. А. Цымбал [и др.] // Вопросы атомной науки и техники, № 6, 2009. С. 212-214.

15. Хванг С.Т., Каммкрмейер К. Мембранные процессы разделения. М.: Химия, 1981. 464 с.

16. Глотова В.Н. и др. Концентрирование растворов молочной кислоты для получения лактида // Фундаментальные исследования. 2013. № 8. С. 580584.

17. Москвин Л.Н., Никитина Т.Г. Мембранные методы разделения веществ в аналитической химии // Избранные труды кафедры аналитической химии СПбГУ. СПб.: Соло. 2008. С. 248-275.

18. Мембранные методы разделения веществ и новые мембраны для этих процессов / Л.Г. Колзунова [и др.] // Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук, № 2, 2009. С. 13-17.

19. Петрухин О.М. Аналитическая химия. Химические методы. М.: Химия, 1993. 400 с.

20. Васильева В.И., Стоянова О.Ф., Мокшина Н.Я. Электрохимические методы в анализе лекарственных и токсичных веществ. Воронеж: ВГУ, 2005. 59 с.

21. Прохорова Г.В. Введение в электрохимические методы анализа. М.: МГУ, 1991. 97 с.

22. Будников Г.К., Майстренко В.Н., Вяселен М.Р. Основы современного электрохимического анализа. М.: Мир, 2003. 592 с.

23. Solvent Evaporation Technique Of Microencapsulation: A Systemic Review / C. Singh [Et al.] // International Journal of Advances in Pharmaceutical Analysis. 2014. Vol. 4. №. 3. P. 96-104.

24. Li M., Rouaud O., Poncelet D. Microencapsulation by solvent evaporation: State of the art for process engineering approaches // International Journal of pharmaceutics. 2008. Vol. 363. №. 1. P. 26-39.

25. Phillip W.A., Hillmyer M.A., Cussler E.L. Cylinder orientation mechanism in block copolymer thin films upon solvent evaporation // Macromolecules. 2010. Vol. 43. №. 18. P. 7763-7770.

26. Lee S.J., McClements D.J. Fabrication of protein-stabilized nanoemulsions using a combined homogenization and amphiphilic solvent dissolution/evaporation approach // Food Hydrocolloids. 2010. Vol. 24. №. 6. P. 560-569.

27. Synthesis and structural characterization of cocrystals and pharmaceutical cocrystals: mechanochemistry vs slow evaporation from solution / D. R. Weyna [Et al.] // Crystal Growth and Design. 2009. Vol. 9. №. 2. P. 1106-1123.

28. Global review and synthesis of trends in observed terrestrial near-surface wind speeds: Implications for evaporation / T. R. McVicar [Et al.] // Journal of Hydrology. 2012. Vol. 416. P. 182-205.

29. Encapsulation of azithromycin into polymeric microspheres by reduced pressure-solvent evaporation method / X. Li [Et al.] // International journal of pharmaceutics. 2012. Vol. 433. №. 1. P. 79-88.

30. Coupling of heat, water vapor, and liquid water fluxes to compute evaporation in bare soils / M. Bittelli [Et al.] // Journal of Hydrology. 2008. Vol. 362. №. 3. P. 191-205.

31. Полевич О.В., Нечепоренко А.Б., Шперер А.В. Сорбционное

концентрирование микрокомпонентов из жидких объектов. Состояние проблемы. // Труды конференции "Образование и наука". Харьков. 2008.

32. Lowell L.K., James F.P., Gary P.R. Vortex evaporator, US 5569357, 1996.

33. Kearsley P.A., Fowler T., Hixon B.T. Evaporator with hot air bath and method of use, US 6357141, 2002.

34. Friswell D.R. Laboratory evaporation apparatus, US 5100623, 1992.

35. Fox A. Automated evaporator for chemical analyses, US 5514336, 1996.

36. Roe J.R., Simonson L.A. Evaporator with solvent recovery feature, US 5176799, 1993.

37. Huang Y. High-throughput solvent evaporator and gas manifold with uniform flow rates and independent flow controls, US 8465700, 2013.

38. Франк-Каменский Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. 502 с.

39. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача. М.: Химия, 1982. 696 с.

40. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Теплообмен: учебное пособие для вузов. М.: МЭИ, 2005. 550 с.

41. Стенли Г. Фазовые переходы и критические явления. М.: Мир, 1973. 425 с.

42. Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. М.: Химия, 1974. 688 с.

43. Сухинов А. И., Чистяков А. Е., Бондаренко Ю. С. Оценка погрешности решения уравнения диффузии на основе схем с весами // Известия Южного федерального университета. Технические науки, Т. 121, № 8, 2011. С. 6-13.

44. Сухинов А. И., Чистяков А. Е., Фоменко Н. А. Методика построения разностных схем для задачи диффузии-конвекции-реакции, учитывающих степень заполненности контрольных ячеек // Известия Южного федерального университета. Технические науки, Т. 141, № 4, 2013. С. 8798.

45. Lipnikov K., Svyatskiy D., Vassilevski Y. A monotone finite volume method for advection-diffusion equations on unstructured polygonal meshes // Journal of Computational Physics, Vol. 229, №. 11, 2010. P. 4017-4032.

46. Manzini G., Yves C. The discrete duality finite volume method for convection-diffusion problems // SIAM Journal on Numerical Analysis, Vol. 47, №. 6. P. 4163-4192.

47. Hejazi H., Moroney T., Liu F. Stability and convergence of a finite volume method for the space fractional advection-dispersion equation // Journal of Computational and Applied Mathematics, Vol. 255, 2014. P. 684-697.

48. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Книга по требованию, 2012. 782 с.

49. Братсерт У.Х. Испарение в атмосферу. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 352 с.

50. S. H., F. W. Evaporation model for interfacial flows based on a continuum-field representation of the source terms // Journal of Computational Physics. 2008. Vol. 227. №. 11. P. 5871-5895.

51. Фукс Н.А. Испарение и рост капель в газообразной среде. М.: Академии наук СССР, 1958. 93 с.

52. Кубенин A.C. Сравнительный анализ моделей испарения жидкости в потоке газа // Труды конференции-конкурса молодых ученых. 2013. С. 145-152.

53. Селиванов С. Е., Кулик М. И. Кинетика испарения капель жидких топлив // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2011. № 52. С. 105-109.

54. Flossing N. Uber die verdunstung fallender tropfen // Gerlands Beitr, Vol. 52, 1938. P. 170-216.

55. Ranz W.E., Marshal W.R. Evaporation from drops // Chemical Engineering Progress. 1952. Vol. 48. P. 141-146.

56. Iorio C.S., Goncharova O.N., Kabov O.A. Study of evaporative convection in

an open cavity under shear stress flow // Microgravity sci. technol. 2009. Vol. 21. №. 1. P. 313-319.

57. Evaporation kinetics and phase of laboratory and ambient secondary organic aerosol / T. D. Vaden [Et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2011. Vol. 108. №. 6. P. 2190-2195.

58. Two-phase flow and evaporation in model fibrous media: application to the gas diffusion layer of PEM fuel cells / O. Chapuis [Et al.] // Journal of Power Sources. 2008. Vol. 178. №. 1. P. 258-268.

59. McBain G.D., Suercke H., Harris J.A. Evaporation from an open cylinder // Heat and mass transfer, №. 43, 2000. P. 2117-2128.

60. Кафаров В.В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1972. 496 с.

61. Борисов Ю.А., Чернышев А.В. Исследование рабочих процессов испарительной вакуумной установки для концентрирования реакционных смесей // Машиностроитель. 2016. № 6. С. 40-42.

62. Борисов Ю.А., Чернышев А.В. Исследование процессов парообразования в элементах компрессорной техники и пневмосистем // Компрессорная техника и пневматика, № 6, 2015. С. 41-45.

63. Шемарова О.А. Разработка математических моделей и методов расчета процесса течения разреженных газов при взаимодействии с направленными потоками частиц: дис. ... канд. техн. наук. М. 2016. 115 с.

64. Калиткин Н. Н. Численные методы. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 592 с.

65. Самарский А. А., Вабищевич П. Н. Численные методы решения задач конвекции-диффузии. М.: ЛИБРОКОМ, 2009. 782 с.

66. Волков В.Ю. Разработка метода расчета сложных разветвленных пневматических систем: дис. ... канд. техн. наук. М. 2015. 144 с.

67. Пугачук А.С. Разработка метода расчета рабочих процессов и создание пневмовакуумной установки сепарации ДНК: дис. ... канд. техн. наук. М. 2016. 150 с.

68. Коннор Дж., Бреббиа К. Метод конечных элементов в механике жидкости. Л.: Судостроение, 1979.

69. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. М.: Мир, 1984. 428 с.

70. Зенкевич О.К. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 541 с.

71. Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов. М.: Мир, 1981. 304 с.

72. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 392 с.

73. Деклу Ж. Метод конечных элементов. М.: Мир, 1976. 288 с.

74. Андерсон Д., Таннехилл Д., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. Т. 1-2. М.: Мир, 1990.

75. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. 612 с.

76. Полежаев В.И. Математическое моделирование конвективного тепломассобмена на основе уравнений Навье-Стокса. М.: Наука, 1987. 271 с.

77. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. Т. 1-2. М.: Мир, 1991.

78. Патанкар С.В. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах. М.: Изд-во МЭИ, 2003. 312 с.

79. Патанкар С.В. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.

80. Versteeg H.K., Malasekera W. An introduction to computational fluid dynamics. The finite volume method. N.Y.: Longman, 1995. 257 pp.

81. Борисов Ю.А., Пугачук А.С., Кузнецова Ю.С., Чернышев А.В. Математическое моделирование рабочих процессов вакуумного концентрирования реакционных смесей // Техника и технология

современного нефтехимического и нефтегазового производства. Материалы 2-й научно-технической конференции аспирантов, магистрантов, студентов, творческой молодежи профильных предприятий и организаций,посвященной 70-летию ОмГТУ. 2012. Т. 1. С. 5-10.

82. Борисов Ю.А. Моделирование рабочих процессов в установке вакуумного концентрирования // Сборник трудов пятой всеросийской конференции молодых ученых и специалистов Будущее машиностроения России. 2012. С. 180-181.

83. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992. 672 с.

84. Николаева А.В. Повышение эффективности пневматических систем с устройствами гашения пульсации давления: дис. ... канд. техн. наук. Казань. 2013. 156 с.

85. Menter F.R. Zonal Two Equation k-ю Turbulence Models for Aerodynamic Flows, Technical Report AIAA 93-2906, 1993. 33 pp.

86. Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. М.: Энергия, 1978. 480 с.

87. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Гидродинамика. Т. VI. М.: Наука, 1986. 736 с.

88. Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. Т. 1-2. М.: Физматгиз, 1963.

89. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т. 1-2. М.: Наука, 1973.

90. Валландер С.В. Лекции по гидроаэродинамике. Л.: ЛГУ, 1978. 296 с.

91. Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений. СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2012. 88 с.

92. Bradshaw P., Ferriss D.H., Atwell N.P. Calculation of boundary layer development using the turbulent energy equation // Fluid Mech: intern. Conf. abstracts. 1967. Vol. 28. P. 593-616.

93. Суини Х., Голлаб Дж., Ланфорд О. Гидродинамические неустойчивости и переход к турбулентности. М.: МИР, 1984. 344 с.

94. Смирнов Е.М., Зайцев Д.К. Метод конечных объемов в приложении к задачам гидрогазодинамики и теплообмена в областях сложной геометрии // Научно-технические ведомости СПбГТУ, № 2, 2004. С. 70-81.

95. Васильева В.А. Разработка метода расчета и исследование рабочих процессов регуляторов давления с учетом аэродинамической составляющей нагрузки на регулирующий элемент: дис. ... канд. техн. наук. М. 2015. 124 с.

96. Самарский А.А. Введение в численные методы: Учебное пособие для вузов. СПб.: Издательство "ЛАНЬ", 2005. 288 с.

97. Лоханский Я.К. Основы вычислительной гидромеханики и теплообмена: учеб. пособие. М.: Изд-во МГИУ, 2008. 75 с.

98. Васильева В.А., Борисов Ю.А. Применение численных методов для расчета рабочих процессов в пневмогидравлических устройствах // Сборник трудов конференции Будущее машиностроения России. 2015. С. 602-605.

99. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.

100. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982. 592 с.

101. Пугачук А.С., Борисов Ю.А., Кузнецова Ю.С., Чернышев А.В. Численное исследование процессов вакуумной сепарации в установке пробоподготовки // Техника и технология современного нефтехимического и нефтегазового производства. Материалы 2-й научно-технической конференции аспирантов, магистрантов, студентов, творческой молодежи профильных предприятий и организаций,посвященной 70-летию ОмГТУ. 2012. Т. 2. С. 12-18.

102. Борисов Ю.А., Чернышев А.В. Определение толщины зоны градиента концентрации и ее влияния на скорость испарения жидкости // Сборник трудов конференции Будущее машиностроения России. 2015. С. 599-601.

103. Борисов Ю.А., Чернышев А.В. Пневматический блок концентрирования, МПК Б10Б 1/00 Яи 163646, 2016.

104. Борисов Ю.А., Чернышев А.В., Чернышева Т.Л., Пименова Г.П. Концентратор жидкостей, МПК Б10Б 1/00 Яи 146286, 2014.

105. Борисов Ю.А., Чернышев А.В. Разработка пневмовакуумной испарительной установки на основе газоструйного насоса с применением технологии 3Б-моделирования и быстрого прототипирования // Сборник статей молодежной научно-технической выставки Политехника. 2011. С. 43-46.

106. Атамасов Н.В., Борисов Ю.А., Чернышев А.В. Разработка автоматизированной пневмовакуумной системы пробоподготовки и анализа ДНК // Техника и технология современного нефтехимического и нефтегазового производства. Материалы 2-й научно-технической конференции аспирантов, магистрантов, студентов, творческой молодежи профильных предприятий и организаций,посвященной 70-летию ОмГТУ. 2012. Т. 2. С. 156-159.

107. Пугачук А. С., Борисов Ю.А., Кузнецова Ю.С., Чернышев А.В. Разработка комплекса лабораторного оборудования выделения пробы для анализа ДНК методом ПЦР // Молодежный научно-технический вестник, Т. №9, 2012.

108. Потапов А.М., Кумков С.И., Сато Ю. Обработка экспериментальных данных по вязкости, содержащих случайные выбросы одного знака // Расплавы. 2010. № 3. С. 48-63.

109. Коновалов Ю.В. Статистическое моделирование с использованием регрессивного анализа. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. 72 с.

110. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Киев.: Диалектика, 2007. 912 с.

111. Артемьев Б.Г., Лукашов Ю.Е. Справочное пособие для специалистов метрологических служб. М.: ИПК, 2004. 648 с.

112. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 304 с.

113. Борисов Ю.А., Чернышев А.В., Друца В.Л., Орлов С.А. Микроупариватель, МПК Б10Б 1/00 ЯИ 149825, 2015.

УТВЕРЖДАЮ Первый проректор -'Р по учебной работе, &ТУ им, Н.Э.Баумана Б .В. Падалкин Г 2016 г.

о внедрении результатов кандидатской диссертации Борисова Ю.А. «Разработка метода расчета и создание пневмовакуумной установки концентрирования химических растворов»

Результаты диссертационной работы Борисова Ю.А, «Разработка метода расчета и создание пневмовакуумной установки концентрирования химических растворов» на соискание ученой степени кандидата технических наук использованы в учебном процессе кафедры «Вакуумная и компрессорная техника» (Э-5) МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Основные положения диссертационной работы нашли отражение в курсах лекций кафедры «Вакуумная и компрессорная техника» (Э-5) МГТУ им. Н. Э. Баумана:

- «Вакуумные и пневмомеханические устройства в технологии живых систем»;

Данные курсы лекций читаются студентам, обучающимся по направлению «Технологические машины и оборудование» (15.04,02) и специальности «Проектирование технологических машин и комплексов» (15.05,01),

Созданные в диссертационной работе метод расчета, математическая модель и экспериментальный стенд использованы при разработке и применяются при проведении лабораторной работы «Экспериментальное исследование рабочих процессов в установке пневмовакуумного концентрирования биохимических растворов».

Материал, используемый в учебном процессе, позволяет студентам изучить современное оборудование для пневмовакуумного концентрирования растворов содержащих высокомолекулярные соединения и методы расчета рабочих процессов, протекающих в нем. Проведение численных и экспериментальных исследований с применением созданной математической модели и экспериментального стенда позволяют провести анализ работы установок для концентрирования химических растворов.

Данный акт утвержден на заседании кафедры Э-5 от «.¿Г» ^г^е_2016 г., протокол № /¿7

Зав. каф. Э-5,

д.т.н,, профессор

К.Е. Демихов

SYNTOL

Joint Stock Company 127550, Moscow,

Тимирязевская ул.42 Тел. [phone] Факс [phone]

Tymirïazevskaya st. 42 Tel. [phone] FAX [phone]

ОТ

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Ю.А, Борисова «Разработка метода расчета и создание пневмовакуумной установки концентрирования химических растворов»

Результаты диссертационной работы «Разработка метода расчета и создание пневмовакуумной установки концентрирования химических растворов» Юрия Александровича Борисова внедрены на предприятии Закрытое Акционерное Общество «Синтол» (г, Москва) в процессе проведения научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы по разработке роботизированного комплекса для молекулярно-генетических исследований.

Полученные Ю.А. Борисовым результаты позволили оцепить

концентрирования химических растворов для повышения концентрации высокомолекулярных соединений в растворах. С помощью математического моделирования и экспериментального исследования выявлены основные факторы, определяющие эффективность применения установки, разработаны практические рекомендации по определению геометрических размеров и режимов работы устройства.

Работа выполнялась в рамках государственного контракта «Создание роботизированного комплекса для молекулярно-генетических

возможность

использования пневмовакуумной установки

исследований», в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-техиологического комплекса России на 2014 - 2020 годы», соглашение № 14.579.21.0012 от 05 июня 2014 года, уникальный идентификатор 11ГМЕР157914X0012. Головной исполнитель ЗАО «Синтол».

Результаты внедрения диссертационной работы Ю.А. Борисова подтверждены Научно-техническим советом ЗАО «Синтол», протокол № 3 от «21» декабря 2015 г.

Генеральный директор

Научный директор

Я.И. Алексеев

научного руководителя соискателя Борисова Юрия Александровича

Борисов Юрий Александрович в 2005 после окончания обучения в школе поступил на кафедру «Вакуумные и компрессорные машины» факультета «Энергомашиностроение» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. В период обучения в МГТУ им. Н.Э. Баумана принимал активное участие в научной работе, результаты которой многократно докладывал на студенческих конференциях. В 2011 году закончил обучение с «красным» дипломом и рекомендацией государственной аттестационной комиссии на поступление в аспирантуру.

В 2011 г. поступил в очную аспирантуру на кафедру «Вакуумные и компрессорные машины» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана по специальности 05.04.06. «Вакуумные и компрессорные машины и пневмосистемы».

Сформулировав задачи и обосновав их постановку, 10.А. Борисов целенаправленно решал поставленные в диссертационной работе задачи. При этом он постоянно осваивал новые отрасли знаний для проведения многоплановых исследований по выбранной теме диссертации.

Работа Ю.А. Борисова посвящена созданию разработке метода расчета и созданию пневмовакуумной установки концентрирования химических растворов, и представляет собой комплексное научное исследование, выполненное с использованием современных вычислительных методов, экспериментальных исследований и применением современных аддитивных технологий при создании опытных образцов установки. Созданные Ю.А. Борисовым методы расчета и математические модели рабочих процессов позволили получить новые знания об особенностях процессов, протекающих в пневмовакуумной установке концентрирования химических растворов. Разработанные математические модели рабочих процессов являются основой для вьполнения дальнейших исследований в области повышения эффективности пневмовакуумных установок концентрирования химических растворов. Адекватность разработанных метода и математической модели расчета рабочих процессов подтверждается результатами экспериментальных исследований, проведенных Ю.А. Борисовым и опубликованными в открытых литературных источниках.

Ю.А. Борисов автор 13 публикаций и трех патентов РФ на полезную модель,

Во время учебы строго придерживался учебных планов, проявлял активность и настойчивость при достижении поставленной задачи. Принимал активное участие в выполнении государственных контрактов «Создание научной базы разработки вакуумного

и пиевмоэлектромехаиического оборудования с применением методов быстрого прототипирования (Шифр ГБЗЗСИсп) и «Расчетно-теоретические и экспериментальные исследования рабочих процессов в устройствах систем пробоподготовки для анализа ДНК методом ПЦР» (Шифр ГЭ3302сп), а также «Создание роботизированного комплекса для молекулярно-генетических исследований», в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы«, соглашение №14.579.21.0012 от 05 июня 2014 года, уникальный идентификатор ЯРМЕР157914X0012,, что во многом определило их успешное завершение.

За успешную научную деятельность получал гранты Правительства и Президента Российской федерации, многократно становился лауреатом и победителем конкурсов за лучшие научно-исследовательские работы студентов и аспирантов МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Результаты данной работы внедрены на предприятии Закрытое Акционерное Общество "Синтол" (г. Москва) в процессе проведения научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы по разработке роботизированного комплекса для молекулярно-генетических исследований и в учебный процесс ФГБОУ ВО (НИУ) МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва), что подтверждено актами о внедрении.

Юрий Александрович Борисов проявил себя как инициативный, трудоспособный, творческий специалист, способный к самостоятельному решению сложных научно-инженерных задач, обладает всеми необходимыми качествами и знаниями, которые могу т свидетельствовать о формировании ее как ученого. Считаю, что Юрий Александрович Борисов достоин присуждения ему ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.06 «Вакуумная и компрессорная техника и пневмосистемы».

Научный руководитель д.т.н., профессор кафедры «Вакуумная и компрессорная техника» МГТУ им. Н.Э. Баз

А.В. Чернышев