Про одну особливість що лежить в основі принципу створення промислових відходів
Вантажиться...
Файли
Дата
Науковий керівник
Редактор
Інші учасники
Відповідальний
ORCID
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
DOI
Альтернативна назва
Анотація
Робота присвячена доказам підлеглості принципу термодинамічної двоєдності, як механізму утворення промислових відходів, до другого закону термодинаміки в сенсі перерозподілу енергії та ентропії технологічного процесу заради створення умов для мінімізації промислового відходу.
The work is devoted to proving the subordination of the principle of thermodynamic duality, as a mechanism for the formation of industrial waste, to the second law of thermodynamics in the sense of redistribution of energy and entropy in the technological process in order to create conditions for minimizing these wastes.
The work is devoted to proving the subordination of the principle of thermodynamic duality, as a mechanism for the formation of industrial waste, to the second law of thermodynamics in the sense of redistribution of energy and entropy in the technological process in order to create conditions for minimizing these wastes.
Опис
Тип документа
Мова
ISSN
Посилання на публікацію
Серія, номер
ISBN
ББК
Інші ідентифікатори
Пов’язані матеріали
Спонсорська підтримка
Правовласник
Бібліографічний опис
Волошин В. С., Бурко В. А. Про одну особливість що лежить в основі принципу створення промислових відходів // Матеріали IX Міжнародного з`їзду екологів, Вінниця, 25-27 вересня 2024 р. Електрон. текст. дані. 2024. URI: https://conferences.vntu.edu.ua/index.php/ecology/ecology2024/paper/view/21887.
Схвалення
Рецензія
Доповнено
Цитується в
Список використаної літератури (11)
- Надсистема Система i E E =E+E E E = E+E E+E E+E E =E +E E +E - від внутрІшнього джерела Вихідна ентропія: S Перехід ентропії з підсистеми (i-2) до надсистеми (i+1) S +S Перехід ентропії з підсистеми (i-2) до системи (i) i-1 S S i-2 E E+E E +E S транзит S +S S -S P W S Перехід ентропії з підсистеми (i-2) та підсистеми (i-1) до надсистеми (i+1) S+S+S Сировирна, матеріали C - для традиційної технології Підсистема Підсистема i+1 S +S S +S S або (S+S+S) C S -S P S -S P S -S P транзит транзит C W = C C W ~C W C C P ~C P W - для системи в сильній термодинамічній нерівноважності +P W C P + P Рис.2 – Умови для створення принципу термодинамічної двоєдиності, як механізму утворення промислових відходів у виробничих системах Якщо в системі є така внутрішня енергія ( ) або вона подається ззовні ( ) з надсистеми, яка здатна перевести залишкову частину сировини по відношенню до себе в термодинамічно сильно нерівноважний стан, що зображений на рис.2, то можна говорити про умовну емісію частки ентропії з цієї системи в надсистему, з якої ця енергія вийшла. В цьому випадку в системі з'являється робота, здатна перевести розглянуту частину сировини зі складу відходів до складу товарного продукту. Ентропія надсистеми збільшується принаймні на емісійну величину ентропії відходів самої системи. За певних умов емісія ентропії з системи перевищує межу ентропії самої системи, і тоді в цій системі можуть спостерігатися синергетичні ефекти. Це саме той випадок, який належить принципу термодинамічної двоєдиності, і який не існує супротив другого закону термодинаміки, коли в системі з'являється додаткова або існуюча, але модифікована енергія, яка може змінити стан тих компонентів, які при традиційних умовах перетворюються в відходи. У нашому випадку умовна робота, що виконується цією енергією, буде більше, ніж в традиційному технологічному процесі, на величину не збільшення ентропії в підсистемі ( 1), пов'язаної з утворенням відходів і її емісії в надсистему. Додаткова або модифікована зовнішня енергія = + у вигляді своїх частин і в певній пропорції витрачається на дві підсистеми - ( 1) та ( 2) (див. табл. 1). Можливий варіант, коли модифікація джерела енергії здійснюється за рахунок внутрішньої енергії такої системи = + також у певній пропорції для вказаних двох підсистем. Умовою отримання такої додаткової енергії + є емісія ентропії з кожної з двох підсистем шляхом «транзиту» в надсистему ( + 1) зі збільшенням її сумарної ентропії на величину ( + ). Але при цьому ентропія двох наших підсистем ( 1) и ( 2) сумарно зменшується, відповідно, на та . Та й ентропія самої ї системи, принаймні, не збільшується. Хоча б, в кінцевому результаті, може й зменшитися на величину ( + ). Різниця між підведеною енергією та функціями (( ) и ( )), що нас цікавлять, її втрати у вигляді ентропії ( + ) [( ) + ( )], це й є додаткова робота, що здійснюється в підсистемах, що отримали сильну нерівноважність. У нашому випадку це робота щодо перетворення компонентів однієї з підсистем (наприклад, відходи – підсистема ( 1)) в корисні продукти. I/I 2,0 1,0 0,5 1,0 e/e Рис. 3. — Вплив структури енергоспоживання на відносну інтенсивність утворення промислових відходів і теоретично обумовлений та фактичний рівень енергоспоживання приведений до об’єму ресурсу; і інтенсивність утворення продукції та відходів, відповідно, приведена до їх маси. Безумовною метою будь-якого виробничого процесу є якісна зміна його матеріальної та енергетичної складової через свідоме перетворення компонентів сировинної бази. Причому, чим нижча якість використовуваної енергії в співвідношенні опосередкованих теоретичних ( ) і фактичних ( ф ) її витрат, тим вища відносна інтенсивність утворення відходів (рис. 3). І навпаки, зі зростанням якості фактично використовуваної енергії інтенсивність утворення відходів спадає за рахунок того, що ця енергія витрачається на переробку тієї частини сировини, яка в нормальних умовах перетворювалася би у відходи. У розвитку цих положень четвертий і п'ятий закони енергоентропії відображають ту частку потенційних можливостей для репаративних процесів, які притаманні конкретній виробничій системі. В тому числі, ці можливості слід віднести до обмеження механізмів утворення відходів. Раніше в наших міркуваннях ми могли бачити, що зростання нєгентропії виробничої системи повинно бути пов'язане з процесами перерозподілу ентропії між мінливими матеріальними компонентами системи, а також процесом загального зростання ентропії тієї ж системи, що відбувається в процесі виробничої діяльності. Причинами зростання нєгентропії у виробничій системі можуть бути: вдосконалення існуючих і розробка нових технологій і способів обробки сировини, нових для цього технічних засобів, інших принципів перетворення енергії в системі і т. д. Цей новітні процеси мають природні обмеження, особисті властиві кожній матеріальній системі, зокрема, що накладає другий закон термодинаміки, а також у залежності від якості використовуваної в системі енергії ( рис. 3). Якісне поліпшення енергії в цій частині має бути пов'язане в першу чергу з її впорядкуванням у структурі вироблених корисних продуктів за рахунок цілеспрямованої технології перетворення сировини. Продукцію, що випускається, можна розглядати як підсистему, в структуру якої закладена якісна енергія даної виробничої системи. На перший погляд, такі висновки слід застосувати і до перетворення іншої частини сировини, яка потім перетворюється у відходи. Однак це не так. Порядок переробки сировини, особливості фізичних, хімічних, механічних та інших процесів, що лежать в основі тієї чи іншої технології, найчастіше не сприяють використанню енергії певного типу, запозиченої ззовні, для впорядкування елементів тієї частини сировинної бази, яка стає відходами. Якість енергії, використовуваної в процесі виробництва для перетворення цієї другої частини сировини, практично ніколи не відповідає її структурі та якості, і мало впливає на якість її перетворення. Таким чином, у цю матеріальну частину системи закладається максимально можлива ентропія всього виробничого процесу (пов'язана з втратами як теплової енергії, так і неструктурованої речовини). Тому відмінною рисою системи, що відповідає за отримання відходів, може бути її термодинамічна рівноважність із максимальною ентропією (рис. 1). Таким чином, основною властивістю відходів різного типу є не тільки їх низька споживча привабливість, але і те, що, потрапляючи в навколишнє середовище, вони є продуктами-носіями збільшення ентропійних процесів у цьому середовищі. У той же час будь-яка виробнича система є яскравою ілюстрацією сполучених дисипативно-репаративних процесів перетворення енергії і речовини [8]. Ми глибоко переконані, що саме вони є основою механізмів утворення відходів. Резюмуючи вищесказане, можна зупинитися на деяких ознаках, які можна прийняти стосовно принципу термодинамічної двоєдиності як відповідні до другого закону термодинаміки і випливають з нього (табл. 1). Табл. 1. – Відповідність деяких ознак принципу термодинамічної двоєдиності, як механізму створення промислових відходів, другому закону термодинаміки для відкритих систем. № Признак Поводження Енергії Другий закон термодинаміки Транзит енергії відкритої системи в підсистему Відповідність у принципі двоєдиності Потрібність у додатковій енергії для переробки відходів Поводження Ентропії Не збільшення ентропії відкритої системи та її емісія в надсистему Видалення ентропії з системи з метою мінімізації відходів Дисипативні Процеси Процеси втрати якості енергії при її Витрачанні Процеси переносу ентропії з продукції на відхід Репаративні процеси Дисипативно-репаративні взаємодії Процеси запозичення енергії та мінімізація ентропії в відкритій системі Проява синергізму та максимальне використання якісної енергії в системі Додаткова синергія відносно стану компонентів сировини, що відносяться до відходів Використання якісної енергії як для продукції, так і для дій щодо мінімізації відходів Як випливає з такого співвідношення, тільки сумісна взаємодія на структуру сировини та на якість джерел енергії в технологічному процесі дозволяє досягати можливого результату, а саме, змінити особливості та якість тих компонентів сировини, що раніше потрапляли до стану відходів. В якості нового джерела енергії, крім основного, що бере участь в даному технологічному процесі, може виступати накладене поле різної якості: синхронізуючий енергетичний сигнал, вторинний енергетичний вплив, енергетична модуляція сильного сигналу більш слабким, резонансний ефект і т. д., зокрема, представлені на рис. 4. З метою підвищення ефективності енергетичного впливу в технологічному процесі існують способи його послідовної модифікації, а саме забезпечення полем протилежного знаку, змінним у часі полем, високочастотним полем тієї ж якості, імпульсним енергетичним полем такої ж якості, як і основне. і, нарешті, поле резонансного стану по відношенню до початкового, якщо ми маємо справу зі змінними полями. Кожна з цих модифікацій дає технологам нові можливості впливати на склад вихідної сировинної бази технологічного процесу в напрямку переробки всіх її компонентів. Рис. 4 – Лінія розвитку характеристик енергетичного поля, що бере участь у технологічному процесі а) енергетичне поле постійного знаку; б) поле протилежного знаку; в) змінне енергетичне поле; г) високочастотне змінне поле; д) імпульсне енергетичне поле; е) резонансне частотне поле. Далеко не кожна нова енергія, задіяна в технологічному процесі, дозволяє мінімізувати одержувані відходи. Наприклад, відома в металургії практика модернізації мартенівських печей в 70-х роках минулого століття продувкою пічної ванни киснем і поява нового джерела теплової енергії - теплоти екзотермічних реакцій в зоні продувки ніяк не вплинули на необхідну якісну зміну складу і структури мартенівського шлаку, хоча і сприяли зниженню кількості чавуну, що подавалася у піч. Вони, як і раніше, остаються лише інструментарієм для підвищення якості одержуваної стали нових марок і, як і раніше, відходами. Причому більшість компонентів, що входили до складу чавуну (Si, Mn, P, S, V, Cr і ін.), підлягали більш інтенсивному окисленню і додатково збільшували кількість шлаку. З таких позицій більш раціональним є приклад використання в доменному агрегаті нового покоління такого джерела енергії, як електричний струм і умови електролітичної дисоціації, при спроможності для просторого розділу шлаків в нижній частині цього агрегату [1]. Безумовно, це потребує додаткових досліджень, але таке джерело здатне, принаймні, цілеспрямовано впливати на структуру доменного шлаку в напрямку мінімізації оксидів. Ще одним прикладом є технологія розкрою листового металу [2], що здатна відійти від відхідної обрізі за рахунок нових джерел енергії, що використовуються в технології. Таких прикладів ще дуже обмаль, зокрема [9, 10], але вони тим більш важливі в якості аргументації відносно мінімізації відходів у сучасних технологіях. Всі вони виглядають, як проява відомих дисипативно-репаративних процесів, в основі яких лежить емісія ентропії та скриті можливості для мінімізації відходів у будь якому технологічному процесі. Висновки Здатність до перерозподілу якісної енергії всередині чи зовні системи та можливості емісії ентропії не в підсистему отримання відходів, а в надсистему, разом із компонентною структуризацією сировини, є основою для забезпечення умов, щодо мінімізації відходів у джерелі їх виникнення – виробничому процесі. Для того, щоб задовольнити вимогу мінімізації відходів у джерелі їх виникнення, технологічному процесі, необхідно змінити якісну складову використовуваної енергії, мінімізувавши ентропію самого технологічного процесу, забезпечивши її викид в надсистему. Подібна методологія вже знаходить розуміння як серед чистих екологів, так і серед промисловців, особливо, якщо це стосується нових технологічних процесів. СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
- Волошин В. С. Щодо питання про методологію мінімізації відходів у джерелі їх виникнення -технологічному процесі. Екологічні науки. № 2 (53). 2024. С.114-122.
- Волошин В. С. Відходи та їх природа. Київ-Маріуполь, 2024. 661 с.
- Волошин В. С. Відходи та термодинаміка. Київ-Маріуполь, 2024. – 80 с.
- Prigogine I. Etude Thermodynamique des Phenomenes Irreversibles. These d'agregation presentee a la faculte des sciences de l'Unoversite Libre de Bruxelles (1945). Paris: Dunon 1947.
- Рrigogine I., George C. The Second Law as a Selection Principle: The Microscopic Theory of Dissipativ Processes in Quantum Systems// Proceeding of the National Academy of Science. 1983. Vol.80. P.4590-45945
- Пампуро В. И. Оптимальное управление безопасностью экологически опасных объектов. К., 2012. – 348 c.
- Кухарь В. П. Экотехнология. Оптимизация технологии производства и природопользования. К. : Наукова думка, 1989. 264 с.
- Чаленко О. Ю. Самоорганізація, ентропія в природі та економіці / О. Ю. Чаленко // Наука та інновації. 2013. Т. 9, № 4. - С. 13-24. - Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/scinn_2013_9_4_3
- Бутенко Е. О., Волошин В. С. Сучасні технології очищення стічних вод промислових підприємств. V Міжнародна науково-технічна конференція « Водопостачання і водовідведення: проектування, будівництво, експлуатація, моніторинг» (11-13 жовтня 2023, Україна, Львів): Збірник матеріалів – Львів-Київ, 2023. – С. 86-87.