МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАЗДЕЛЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕД В ТОНКОСЛОЙНЫХ ОТСТОЙНИКАХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ (2023)
Актуальность данного исследования заключается в минимизации антропогенного воздействия загрязненных водных сред на окружающую природную среду путем разработки и применения новых математических моделей с целью оптимизации процессов проектирования аппаратов очистки сточных вод и технологических жидкостей. Авторами получены выражения для определения эффективности сепарации эмульсий и суспензий с учетом различных механизмов осаждения, где основой информацией является гидравлическое сопротивление рабочей зоны аппарата, которые могут применяться при модернизации аппаратов. На основе анализа гидродинамических особенностей движения капель и твердых частиц в тонкослойных отстойниках и режимов их работы представлены математические модели и расчетные выражения для эффективности сепарации смесей с учетом различных механизмов переноса. Рассмотрены различные механизмы переноса дисперсной фазы в жидкостях в проточных тонкослойных отстойниках, которые применяются в водоподготовке, в очистке сточных вод и других жидкостей в химической технологии и теплоэнергетике.
Идентификаторы и классификаторы
На тепловых станциях, а также предприятиях нефтехимии, нефтегазопереработки и нефтедобычи актуальны задачи разделения гетерогенных сред (эмульсий и суспензий) для обеспечения охраны окружающей среды, например при очистке сточных вод, а также в водоподготовке и очистке технологических жидкостей на промышленных установках. При очистки применяются различное аппаратурное оформление, например – отстойники, фильтры, центрифуги, гидроциклоны и т.д. Выбор аппаратов зависит от вида и состава смесей, расхода потока на очистку, требованиям к эффективности разделения и энергозатратам.
Список литературы
- Grossmann I.E., Harjunkoski I. Process Systems Engineering: Academic and Industrial Perspectives // Comput. Chem. Eng. 2019. Vol. 126, Iss. 12. Pp. 474–484. 2. Лаптев А.Б., Ибрагимов Н.Г., Хафизов А.Р. Осложнения в нефтедобыче. Уфа: ООО Изд-во науч.-техн. лит-ры «Монография», 2003. 302 с. 3. Тимербаев А.С., Таранова Л.В. Численное моделирование процесса разделения водонефтяных эмульсий в центробежном сепараторе // Фундаментальные исследования. 2014. № 9. С. 547–551.
- Захаров М.К., Писаренко Ю.А., Сычева О.И.Сравнение способов энергосбережения при ректификации жидких смесей // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64, № 1. С. 86–92.
- Xiaobing Li, Hongxiang Xu, Jiongtian Liu, Jian Zhangc, Jig Li, Zhaolong Gui. Cyclonic state micro-bubble flotation column in oil-in-water emulsion separation // Sep. and Purif. Tech. 2016. Vol. 165. Pp. 101-106.
- Dmitriev A.V., Zinnurov V.E. Removal of moisture from contaminated transformer oil in rectangular separators. E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 110(2). Pp. 1-7.
- Wang Shuo, Qin Wei, Dai Youyuan. Separation of Oil Phase from Dilute Oil/Water Emulsion in Confined Space Apparatus // Chin. Jour. of Chem. Engineering. 2012. Vol. 20(2). Pp. 239-245. 8. Gibum Kwon, Arun. K. Kota, Yongxin Li, Ameya Sohani, Joseph M. Mabry, Anish Tuteja. On-Demand Separation of Oil-Water Mixtures // Adv. maters. 2012. Vol. 24, Iss. 27. Pp. 3666-3671.
- 9.Yang Si, Qiuxia Fu, Xueqin Wang, Jie Zhu, Jianyong Yu, Gang Sun, Bin Ding. Superelastic and superhydrophobic nanofiber-assembled cellular aerogels for effective separation of oil/water emulsions // ACS Nano. 2015. Vol. 9, Iss. 4. Pp. 3791–3799.
- Dong Ding, Hengyang Mao, Xianfu Chen, Minghui Qiu, YiqunFan. Underwater superoleophobic-underoil superhydrophobic Janus ceramic membrane with its switchable separation in oil/water emulsions // Jour. of membrane scien. 2018. Vol. 565. Pp. 303-310.
- 11.Weitao Zhou, Yimin Zhang, Shan Du, Xiangxiang Chen, Kun Qi, Ting Wu, Jingliang Li, Shizhong Cui, Jianxin He. Superwettable Amidoximed Polyacrylonitrile-Based Nanofibrous Nonwovens for Rapid and Highly Efficient Separation of Oil/Water Emulsions // ACS App. Polymer Mat. 2021. Vol. 3 (6). Pp. 3093-3102.
- Xianfeng Wang, Jianyong Yu, Gang Sun, Bin Ding. Electrospun nanofibrous materials: a versatile medium for effective oil/water separation // Materials today. 2016. Vol. 19, Iss. 7. Pp. 403-414. 5. Jin Ge, Yin-Dong Ye, Hong-Bin Yao, Xi Zhu, Xu Wang, Liang Wu, Jin-Long Wang, Hang Ding, Ni Yong, Ling-Hui He, Dr. Shu-Hong Yu. Pumping through Porous Hydrophobic/Oleophilic Materials: An Alternative Technology for Oil Spill Remediation // Angewandte Chem. Internat. Edit. 2014.Vol. 53, Iss. 14, Pp. 3612-3616. 6. Xianzhen Xu, Dan Cao, Jin Liu, Jun Gao, Xiaoyi Wang.Research on ultrasound-assisted demulsification/dehydration for crude oil // Ultrasonic Sonochem. 2019. Vol. 57. P. 185-192.
- Bin Xiang, Guogui Shi, Peng Mu, Jian Li. Eco-friendly WBF/PAN nanofiber composite membrane for efficient separation various surfactant-stabilized oil-in-water emulsions // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2022. Vol. 645. Pp. 128-179.
- Lei Qiu, Yihan Sunb and Zhiguang Guo. Designing novel superwetting surfaces for high-efficiency oil–water separation: design principles, opportunities, trends and challenges // Journal of material chemistry A. 2020. Vol. 8, Iss. 33. Pp. 16831-16853.
- Xiangge Bai, Yongqian Shen, Haifeng Tian, Yaoxi Yang, Hua Feng, Jian Li. Facile fabrication of superhydrophobic wood slice for effective water-in-oil emulsion separation // Separation and Purification Technology. 2019. Vol. 210. Pp. 402-408.
- Vadim Zinurov, Ilnar Sharipov, Oksana Dmitrieva and Ilnur Madyshev. The experimental study of increasing the efficiency of emulsion separation // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 157. Pp. 1-7.
- Дмитриев А.В., Зинуров В.Э., Дмитриева О.С., Данг С.В. Моделирование процесса разделения водонефтяной эмульсии в прямоугольном сепараторе // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2018. № 3 (39). С. 65-71.
- Николаева Л.А., Зайнуллина Э.Р. Исследование процесса обессоливания концентрата установок обратного осмоса отходом энергетики // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022. Т. 24, № 2. С. 186-195.
- Демура М.В. Проектирование тонкослойных отстойников. Киев: Будивельник.1981. 78 с.
- Покровский В.Н., Аракчеев Е.П. Очистка сточных вод тепловых электростанций. М: Энергия, 1980. 256 с.
- Лаптев А.Г., Башаров М.М. Эффективность тепломассообмена и разделения гетерогенных сред в аппаратах нефтегазохимического комплекса. Казань: Центр инновационных технологий, 2016. 344 с.
- Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука,1987. 464с.
- Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. 3-е изд.Москва-Ижевск: изд-во “ИКИ”, 2016. 686 с.
- Медников Е.П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей. Москва: Наука, 1980. 176 с.
- А.Г. Лаптев, М.М. Башаров, Е.А. Лаптева, Т.М. Фарахов. Модели и эффективность процессов межфазного переноса: часть 1. Гидромеханические процессы./. под ред Лаптева А.Г. Казань: Центр инновационных технологий, 2017. 392 с.
- Laptev A.G., Basharov M.M. Mathematical model of transfer and deposition of fine particles in a turbulent flow of emulsions and suspensions // Inzh. Fizich. Zhurn. 2018. V. 91. N 2. P. 377-386.
- Laptev A.G., Lapteva E.A., Iskhakova R. Ya. The efficiency determination of the combined emulsion separator// ChemChemTech. 2022. V. 65. N 5. Pp. 112-120.
- Лаптев А.Г., Исхакова Р.Я. Определение поверхности осаждения дисперсной фазы в тонкослойном отстойнике // Вестник научного центра ВостНИИ по промышленной и экологической безопасности. 2022. Вып. 2. С.86-92.
- Адельшин А.Б., Адельшина А.А., Гришин Б.М., Бикунова М.В. Очистка нефтепромысловых сточных вод с использованием центробежных аппаратов// Водоснабжение и санитарная техника. 2015. № 2. С.29-35.
- Ксенофонтова Б.С., Козодаев А.С., Таранов Р.А. и др. Инженерное оформление процессов очистки сточных вод с использованием флотокомбайнов серии КБС// Экология и промышленность России. 2022. Т.11, № 26. С.4-7.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Статья посвящается проблеме загрязнения водоемов сточными водами, которые загрязнены продуктами переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах. Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов. Попадая в них, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для человека, но и для обитателей водоемов. Загрязнение водных ресурсов нефтью и нефтепродуктами ставит задачу очистки сточных вод теми способами, при которых качество воды в водоемах будет соответствовать допустимым ПДК. Процесс очистки сточных вод рассматривается на примере предприятия ПАО «Славнефть-ЯНОС». Изучаются методы очистки сточных вод НПЗ, характеристика систем очистки сточных вод, рассматривается контроль технологического процесса очистки сточных вод цеха № 12 ПАО «Славнефть-ЯНОС». Проводится сопоставление аналитических данных предприятия об итогах очистки вод и нормативными показателями, согласно постановлению Правительства РФ от 29.07.2013 N 644 (ред. от 30.11.2021). Установлено, что на предприятии постоянно производится контроль качеством стоков, очищенные воды соответствуют показателям.
Экспериментальное исследование нацелено на определение содержания экстрактивных веществ для растительного сырья Scutellaria galericulata и Scutellaria baicalensis в зависимости от морфологической части и возраста растений. Материалы и методы исследования. В качестве объекта исследования был выбран растительный материал (надземные и подземные части) представителей семейства Яснотковых (Lamiaceae), а именно Scutellaria galericulata и Scutellaria baicalensis, культивируемые на территории Астраханской области. Определение содержания экстрактивных веществ (%) было проведено методом гравиметрии согласно общей фармакопейной статье 1.5.3.0006.15. Результаты исследования. Исследования показали, что на третий и четвертый год жизни растений было отмечено максимальное содержание экстрактивных веществ. Установили, что накопление изучаемых биологически активных веществ и балластных соединений статистически значимо отличались первые три года сбора. Полученные данные позволили определить, что в период с 2021 по 2022 гг. аккумулирование экстрактивных веществ было максимальным для растительного материала Scutellaria baicalensis.
Содержание в воде органических примесей в России оценивается по показателю ООУ: вода высшей категории ООУ 5 мг/л, вода первой категории ООУ 10 мг/л. Однако органические примеси, содержащиеся в воде, разнообразны по своему строению и составу. В статье проанализированы физико–химические свойства модельных растворов различных органических соединений (аскорбиновая кислота, ацетилсалициловая кислота, глицин, лимонная кислота, цистеин) и доказано, что при одинаковой концентрации ООУ (в интервале 5 – 100 мг/л) свойства данных веществ значительно отличаются и зависят от строения (наличия определенных функциональных групп). Также в статье представлены результаты трилонометрического титрования, анализ которых показывает, что если в водном растворе присутствуют органические соединения (глутаминовая кислота, лимонная кислота, молочная кислота, салициловая кислота, сульфосалициловая кислота) с концентрацией ООУ 10 мг/л, то количество свободных несвязанных ионов меди (II), которые можно определить трилоном Б, уменьшается. Наиболее эффективно ионы меди (II) связываются с салициловой кислотой, а наименее эффективно – с молочной кислотой. Процесс комплексообразования между ионами меди (II) и различными органическими соединениями оказывает влияние и на процесс адсорбции ионов меди (II) из водных растворов различными адсорбентами. Величина адсорбции ионов меди (II) различными энтеросорбентами достигает 1,000 ммоль/г, а присутствие органических соединений в исследуемых растворах увеличивает величину адсорбции в среднем в 4,4 раза.
Постановка проблемы. В литературе отсутствуют данные по концентрационной зависимости поверхностного натяжения, адсорбции и состава поверхностного слоя исследованных растворов органических веществ.
Цель. Экспериментальные и теоретические исследования концентрационной зависимости поверхностного натяжения адсорбции и состава поверхностного слоя исследованных растворов органических веществ.
Результаты. Проведены экспериментальные исследования концентрационной зависимости поверхностного натяжения боковых двойных и трехкомпонентных растворов органических веществ. На основе полученных экспериментальных результатов исследований проведены расчеты адсорбции (N-вариант по Гугенгейму и Адаму) и содержания компонентов в поверхностном слое.
Практическая значимость. Ввиду отсутствия литературных данных по изученным системам в условиях, сравнимых с условиями исследования, представленные данные могут послужить в качестве справочной информации.
Издательство
- Издательство
- ИЗДАТЕЛЬСТВО "МАНУСКРИПТ"
- Регион
- Россия, Ростов-на-Дону
- Почтовый адрес
- 344114, Ростовская обл, г Ростов-на-Дону, ул Боряна, д 20, кв 24
- Юр. адрес
- 344114, Ростовская обл, г Ростов-на-Дону, ул Боряна, д 20, кв 24
- ФИО
- Алагаева Джамиля Юсуповна (ДИРЕКТОР)
- Сайт
- https://naukavak.ru/