Калашникова А. А., Ясьян Ю. П., Коваленко А. Н., Калашникова Л. И.

Авторы
Файлы

Статья в формате PDF 280 KB Нефть и нефтепродукты относятся к группе термолабильных веществ, поэтому результаты теплофизических исследований нефтесодержащих отходов, в том числе нефтешламов, органически связаны с физико-химическими процессами, которым они были подвергнуты в процессе их образования, накопления и хранения. В основу проведенных теплофизических исследований процесса экстpaкционного обезвреживания нефтешламов положена концепция вычислительного эксперимента, включающая натурный эксперимент, теоретические представления и математический анализ.

Специфика процесса экстpaкции сложного по своему, в том числе по фазово-дисперсному, состоянию рассматриваемого нефтесодержащего отхода - нефтешлама требует учета хаpaктера межмолекулярных взаимодействий, которые существенно отличаются в жидкой и паровой фазах и на межфазной поверхности. Поэтому при изучении физико-химических превращений была проведена разработка конкретных модельных схем с учетом особенностей структуры, а также анализ возможных изменений в механизме фазовых превращений и динамики межфазного взаимодействия и т.д. Естественно, что необходимым условием построения адекватных математических моделей является знание теплофизических, термодинамических и переносных свойств веществ для конкретных условий эксперимента.

В настоящее время проблемы предвычисления физических свойств жидкостей, расшифровки электронной структуры и определения молекулярных хаpaктеристик, модельного преобразования условий на границах раздела фаз, хотя и находятся в сфере внимания многих специалистов, однако изучены недостаточно.

В ходе проведенных исследований были получены опытные данные по интенсивности теплоотдачи и конденсации смеси паров воды и растворителя. Результаты математического моделирования «элементарных» процессов и оценка их адекватности позволила установить основную направленность поведения исследуемой системы. Вместе с тем через обратную связь между результатами экспериментов и принятыми идеализированными физическими схемами «элементарных» процессов определены оптимальные режимные условия для их осуществления.

Методом вычислительного эксперимента получены результаты аналитических решений уравнений нестационарной диффузии, описывающих внутри диффузионную область процессов экстpaкции с дискретным отводом вещества (многоступенчатое экстрагирование) и бесступенчатое экстрагирование для пористых изотропных в диффузионном отношении твердых частиц нефтешлама.

На основании полученных результатов дана аналитическая оценка хаpaктера влияния основных параметров процесса экстрагирования нефтешламов на конечный результат степени обезвреживания данного опасного отхода производства, и на их основе показаны приоритетные направления интенсификации и совершенствования рассматриваемого природоохранного технологического процесса, которые непосредственно связаны с установленными в ходе данного эксперимента закономерностями:

влияния на экстрагирование эффективного коэффициента диффузии и хаpaктерного размера частиц;
с увеличением числа ступеней дискретный процесс по эффективности приближается к бесступенчатому, причем при значении коэффициента эффективной диффузии менее 8×10-¹² м²/с дискретный процесс при 30 и более ступенях эффективней бесступенчатого;
для достижения минимального остаточного содержания извлекаемого из нефтешлама токсичного компонента в ходе его экстpaкции достаточная продолжительность процесса составляет от одного до трех часов для интервала изменения значений коэффициента эффективной диффузии (16-4)×10^-12 м²/с.