WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Из рассмотренных сорбентов растительного происхождения наилучшими характеристиками обладают ватин, синтапэкс (отход производства), они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к сорбентам нефтепродуктов, а их емкости по нефтепродуктам значительно выше емкости большинства табельных сорбентов: перлита – в 4,9 раза, ресорба – в 1,6-2,4 раза, сорбентов Sorboil – в 1,8-4,2 раза, Nurbo-GET – в 6,8 раз, Peat-sorb – в 6,1 раза. Из сорбентов синтетического происхождения наибольшим нефтепоглощением обладает синтепон и поролон, однако, для них характерно отсутствие селективности, поэтому их применение рекомендуется в оболочке из гидрофобного материала.

Целью второй стадии исследований являлась разработка конструкции сорбирующей ленты для пилотной модели ленточного устройства – типичного представителя механизированных систем сбора нефтепродуктов, использующих процесс сорбции в основе своей работы. В качестве сорбентов ленты рассмотрены ватин, поролон и синтепон. Из семи предложенных конструкций ленты рекомендуется ватин, заключенный в оболочку из капроновой сетки и закрепленный на жесткой ленте. Именно на такой конструкции ленты наблюдается наибольшее продуктопоглощение и сравнительно высокая степень отжима собранного продукта в условиях работы пилотной модели.

Третья стадия состояла в исследовании кинетики капиллярного подъема нефтепродуктов в сорбенте синтепоне, имеющим максимальную нефтеемкость – 46,31 г/г из всех рассмотренных ранее сорбентов и сравнительно высокую степень регенерации нефти – 94 %, с целью оптимизации толщины реальных изделий используемых для извлечения нефтепродуктов с поверхности воды.

В предварительно поставленных экспериментах было замечено, что кинетика подъема нефтепродуктов в сорбентах волокнистой структуры существенно зависит не только от времени их контакта и вязкости продукта, но и от плотности сорбента. Поэтому суть эксперимента свелась к определению зависимости высоты Р подъема нефтепродуктов от вязкости, плотности сорбента сорб и от времени их контакта :

Р = Р(,, сорб ) (1) Данная зависимость была получена с использованием метода планирования экспериментов – по ортогональному плану второго порядка для трех независимых факторов.

На рис. 2 приведена одна из таких зависимостей при вязкости нефтепродукта 72,9 мм2/с.

0 60 120 Время с Рис. 2. Зависимость высоты подъема нефтепродукта в слое сорбента синтепон от времени контакта при вязкости нефтепродукта 72,9 мм2/с:

1 – сорбент с плотностью 0,130, 2 – 0,079, 3 – 0,028 г/см3 соответственно Анализ (1) позволяет определить максимальную высоту подъема нефтепродуктов в сорбенте синтепон над слоем жидкости - она лежит в пределах от 7 до 34 мм в зависимости от плотности сорбента. В связи с этим рекомен- мм Высота подъема дуемая толщина слоя синтепона – 29-30 мм. Максимальное время достижения насыщения 4 минуты, после чего следует регенерация сорбента мата отжимом и его повторное использование.

На основе проведенных исследований разработаны конструкции салфеток и матов из волокнистых сорбентов для извлечения нефтепродуктов с поверхности воды и грунта, некоторые характеристики которых приведены в таблице 3.

Таблица Характеристики продуктособирающих салфеток и матов Тип Размеры, мм Масса, кг длина ширина толщина исходная после отжима НС-4-015 20 20 4 0,15 1,НС-2-008 30 20 2 0,08 0,НС-10-060 50 30 10 0,6 6,НС-4-030 50 30 4 0,3 3,НС-10-120 50 50 10 1,2 13,НМ-4-06 50 50 4 0,6 6,НМ-3-04 50 50 3 0,4 4,НМ-10-38 100 75 10 3,8 41,НМ-4-18 100 75 4 1,8 19,НМ-3-12 100 75 3 1,2 13,В течение последних лет в УГНТУ изготовлено и передано потребителям более 4 т продуктопоглощающих матов, которые нашли применение при ликвидации аварийных разливов маловязких нефтепродуктов (дизельное топливо). При применении матов не только преодолеваются неблагоприятные экологические последствия аварий, но и благодаря их отжиму удалось вернуть в производство значительное количество нефтепродуктов.

Четвертая глава посвящена исследованию процесса извлечения модельной смеси - нефти с поверхности воды оболочками из сорбентов волокнистой структуры в механизированных системах.

Широкомасштабное применение плавающих сорбентов нефтепродуктов для ликвидации их разливов на поверхности воды в чистом виде, или в виде матов, салфеток и т.п. имеет существенный недостаток, т.к. необходимо проводить две операции: первая – нанесение сорбента на поверхность плавающего продуктового пятна, вторая – извлечение отработанного сорбента и последующая его регенерация или утилизация. Так как большинство сорбентов чрезвычайно легки, то распространять их на большой площади водоема трудоемко, также как и извлекать отработанный сорбент, который способен быстро перемещаться под действием ветров и течений. Поэтому было рассмотрено применение сорбентов волокнистой структуры в качестве рабочих элементов замкнутой ленты в механизированных устройствах.

Выбор конструкции ленты (ватин в оболочке из капроновой сетки) обоснован в третьей главе.

Было произведено два вида исследований на пилотной модели ленточного устройства: первый – процесса извлечения продуктов различной вязкости – шаимской (6,5 мм2/с), тюменской (8,8 мм2/с), кушкульской (42,5 мм2/с) нефтей с поверхности воды в стационарных условиях (постоянная толщина слоя нефти) и второй – процесса полного сбора различных нефтей от толщины 15 мм до радужных пятен на поверхности воды.

Результаты экспериментов обработаны методом наименьших квадратов с получением уравнений регрессии вида:

(2) WПМ = С0 + С1 Н + С2 Н, Н Н где WПМ – производительность пилотной модели, л/мин, С0, С1, С2 – коэффициенты уравнений регрессии (различные для рассмотренных нефтей), НН – высота слоя нефти на поверхности воды, мм.

Кривые, рассчитанные по (2), изображены на рисунке 3.

10 мм Толщина слоя нефти, НН Рис.3. Зависимость производительности пилотной модели ленточного устройства от толщины слоя нефти на поверхности воды для 1 – шаимской, 2 – тюменской и 3 – кушкульской нефтей Как видно из рис. 3 производительность пилотной модели существенно падает с уменьшением толщины слоя извлекаемого продукта. Селективность извлечения также уменьшается от 93,2498,46 %об., при толщине слоя нефти 15 мм, до 45 %об. при извлечении радужных пятен нефтей с поверхности воды. Интегральная селективность процесса полного извлечения нефтей, составила от 81 до 88 %об. Разработана методика прогнозирования производительности пилотного устройства по результатам кинетики продуктосбора небольшими фрагментами изучаемой ленты. Так, например, перенос данных сбора шаимской нефти, фрагментом ленты размером 8,010,5 см, позволил прогнозировать производительность пилотного устройства на уровне 90 л/час, при реальных условиях опытные данные составили 93 л/час.

Таким образом, можно сделать вывод, что сорбенты волокнистой структуры, в частности сорбент ватин, пригодны для применения в механизированных системах извлечения нефтехимпродуктов. Показана возможность проекл / час ПМ Производительность модели, W тирования ленточных устройств на основе результатов лабораторных экспериментов.

Пятая глава посвящена разработке сорбирующих оболочек для барабанных механизированных устройств, на основе сорбентов волокнистой структуры. В барабанных устройствах сорбционная оболочка размещена на обечайке вращающегося барабана. Отжим собранного продукта обеспечивается роликом.

В качестве сорбента оболочки на барабане модели были применены ватин и синтепон*. Установлено, что на показатели работы оболочек, на модели устройства, оказывают основное влияние четыре фактора: Н – толщина слоя нефтехимпродукта на поверхности воды, V – скорость вращения оболочки на обечайке барабана, - вязкость собираемого нефтехимпродукта и М – масса сорбента в оболочке. Для исследования влияния этих факторов на производительность, селективность и другие показатели работы сорбирующих оболочек было произведено математическое моделирование процесса продуктосбора моделью устройства барабанного типа методом планирования экспериментов по ортогональному плану второго порядка. Границы области исследований определены экспериментально – см. табл.3.

Таблица Границы области исследования процесса нефтесбора сорбирующими оболочками на модели устройства барабанного типа Сорбент Толщина слоя Скорость Вязкость неф- Условная масса оболочки нефтепрод. вращения сорбента, тепродукта,, на воде, оболочки, М, г/ммм2/с Н, мм V, см/мин Ватин от 2 до 22 от 509 до 4421 от 0,88 до 307 от 94,8 до 915,Синтепон от 2 до 22 от 509 до 4421 от 0,63 до 334 от 146,0 до 409,* Примечание: эксперименты с применением сорбента ватина выполнены совместно с Урманцевым У.Р., Егоровым Н.А., с применением сорбента синтепона с Шаммазовым А.А.

Эксперименты производились на лабораторной установке, где моделировался разлив того или иного продукта на поверхности воды; мощность разлива поддерживалась постоянной в течение всего времени эксперимента. В качестве результатов экспериментов фиксировались: общая производительность модели – У1, л/час, селективность процесса извлечения по отношению к воде – У2, %об. и еще восемь величин разносторонне описывающих работу сорбирующих оболочек в стационарных условиях.

После обработки экспериментальных данных, с применением ЭВМ, была получена математическая модель процесса извлечения нефтехимпродуктов с поверхности воды сорбирующими оболочками на модели устройства барабанного типа в виде групп из 10 уравнений регрессии второго порядка в натуральной форме. Например, производительность модели с применением оболочки из сорбента ватина описывается следующим уравнением регрессии:

У1=-91,47479+9,97358Н+4,2488310-2V+0,58295+0,10009М+1,9503010- 4Н V -3,2599310-2Н-7,9760910-3НМ-2,1816910-4V-4,0138610-5VМ -8,3245410-4М+9,4530610-6НV+2,9243710-7VМ+4,4048110-5НМ +1,6804810-6НVМ -0,28269Н2, (3) а с применением сорбента синтепона:

У1=146,16340+7,1998810-2Н-1,8047910-2V+0,90540-1,11542М+2,10-3НV-6,4479410-2Н-3,7313410-2НМ-5,9424410-5V-1,3881510-4VМ -3,9890210-3М-6,9216410-6НV+3,5522710-7VМ+2,5945210-4НМ +0,32158Н2+1,7687810-5V2 +5,1688410-42+3,6103610-3М2. (4) Обработка экспериментальных данных включала в себя оценку значимости коэффициентов уравнений регрессии по критерию Стьюдента и оценку адекватности полученных уравнений эксперименту по критерию Фишера.

На рисунке 4 представлены зависимости производительности и селективности работы сорбирующих оболочек на модели устройства от вязкости собираемого продукта при высоте слоя на поверхности воды Н=12 мм и скорости вращения внешней поверхности сорбента на барабане V= 2464,9 см/мин для сорбента синтепон.

М=409,94 г/мy1, У2, М=409,94 г/мл(ч %об.

М=146,01 г/м120 М=277,98 г/м100 М=146,01 г/мМ=277,98 г/м 100 200 300 100 200, мм2/с б), мм2/с а), мм2/с Рис. 4 Зависимость производительности (а) и селективности (б) модели барабанного устройства от вязкости продукта (сорбент мата – синтепон) Одной из ряда важнейших закономерностей, выявленных в процессе моделирования, является смена механизма извлечения продукта при увеличении его вязкости: при низкой и умеренной вязкости происходит сорбция продукта в объем сорбента, а при высокой вязкости (более 200 мм2/с) его адгезия на поверхности сорбента. Суперпозиция сорбции и адгезии приводит к появлению наблюдаемых экстремумов (см. рис. 4).

На основе анализа полученной математической модели были даны рекомендации по изготовлению сорбирующих оболочек для барабанных устройств. Определены оптимальные условия применения сорбционных оболочек волокнистой структуры на устройстве барабанного типа: условная масса сорбента на барабане для сорбента ватина – 915,8 г/м2, синтепона – 409,9 г/м2, линейная скорость вращения сорбирующей оболочки – 4,42 м/мин для обоих сорбентов.

Данные, полученные в ходе анализа полученной математической модели, легли в основу проектирования и изготовления конструкции опытнопромышленного плавающего четырехбарабанного устройства, защищенного патентом РФ, с сорбирующими оболочками, изготовленными из сорбента ватина.

Выполнение отжимного ролика в виде второго вращающегося барабана с сорбентом позволило на 80-90 % увеличить производительность устройства при тех же габаритах и энергоемкости. Устройство имеет габаритные размеры 2,6х1,75х0,75 м, мощность 2,95 кВт, скорость вращения барабанов – 960 об/час. При проведении полевых испытаний по извлечению продукта с вязкостью около 30 мм2/с и его толщине 6-8 мм с поверхности воды устройство развило производительность 600 л/ч (удельная производительность 0,050,07 м3/м2). Следует отметить, что другие, в том числе импортные, нефтесборщики, работающие на принципе адгезии, при сборе нефтепродуктов средней и малой вязкости с толщиной слоя 0,5-2,0 см на поверхности воды в реальных условиях развивают более низкую удельную производительность (нефтесборщик Komara-12 (Великобритания)- 0,034- 0,042 м3/м2, Magnum-(США)–0,008-0,080 м3/м2, УНСА-0.001(завод имени Хруничева)-0,011- 0,024 м3/м2.

Приоритетное направление совершенствования барабанного устройства в настоящее время состоит в модернизации узла отжима собранного продукта из оболочки барабанов. Производство и испытания были произведены ОАО «Северо-западные магистральные нефтепроводы», после чего была выпущена опытная партия из 20 единиц устройств.

Шестая глава посвящена исследованию кинетики растекания продуктов по поверхности воды. Необходимость данного исследования возникает в связи с тем, что процесс извлечения нефтехимпродуктов с поверхности воды, при помощи механизированных систем и матов, в значительной степени ограничивается скоростью течения продукта от периферии разлива к месту его извлечения. На лабораторной установке было изучено растекание доз керосина, дизельного топлива, индустриального масла И-40А и шаимской нефти по горизонтальной поверхности воды. Получены регрессионные уравнения, описывающие скорость растекания данных продуктов различной вязкости в зависимости от толщины их слоя на поверхности воды. Установлено, что в случае лимитирования процесса извлечения маловязких (до 6,48 мм2/с) наиболее подвижных продуктов, скоростью их течения к неподвижному устройству с длиной рабочего элемента 1 м, его производительность не превысит 8,2 м3/ч.

Эти данные относятся к случаю извлечения продуктов с толщиной слоя 6-10 мм на поверхности воды.

Седьмая глава посвящена оценке влияния поверхностно-активных веществ (ПАВ) на пленки нефтехимпродуктов на поверхности воды применительно к проблеме интенсификации их извлечения.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»