НЕФТЕЕМКОСТЬ СОРБЕНТА ИЗ УГЛИСТОЙ МАССЫ ОТ СОДЕРЖАНИЯ В НЕФТЕШЛАМЕ ВОДЫ И НЕФТИ
Поиск новых сорбентов для очистки поверхности водных объектов от нефтяных загрязнений является актуальной задачей. Древесина является дешевым сырьем для получения сорбентов, причем уникальным сорбентом является древесный активированный уголь. В патенте на изобретение [3] приведены данные по экспериментам (табл. 1).
Таблица 1
Экспериментальные данные [3] по сорбции древесных опилок
Температура |
Степень обугливания z, % |
Толщина |
Нефтеемкость
сорбента |
Содержание |
|
воды vв |
нефти vн |
||||
25 105 150 200 250 300 350 400 600 |
0 0 2,18 3,88 6,68 13,90 16,24 18,43 24,27 |
7,13 5,83 4,92 4,69 8,85 2,23 3,87 9,10 2,46 |
2,47 2,63 2,85 3,00 3,24 3,70 4,28 5,13 6,52 |
16,94 12,97 10,46 9,71 9,46 9,34 9,42 9,03 8,38 |
59,12 63,08 66,29 67,72 69,19 71,37 73,43 76,13 79,44 |
По данным [3] очистка водной поверхности от нефтяных загрязнений выполняется порошком в виде углистой массы. Она получается при карбонизации измельченных и подсушенных древесных отходов в интервале температур 300-350 oC в инертной среде до степени обугливания 13-16 %.
Цель статьи - факторный анализ выявлением статистических закономерностей процесса сорбции нефтепродуктов углистой массой по данным табл. 1.
В интервале температур 200-300 °C емкость рассматриваемых поглотителей нефти составляет 3,0-3,7 кг/кг (см. табл. 1). Нефтеемкость сорбентов 3,0-4,5 кг/кг можно рассматривать как экономически выгодную. Процесс поглощения нефти с поверхности воды сопровождается и водопоглощением исследуемых сорбентов. При этом степень обводненности нефтешлама с увеличением температуры обжига сорбентов при низкотемпературной карбонизации в сравнении с воздушно-сухим древесным опилом сначала резко снижается (в 1,74 раза при 200 °C) и затем изменяется незначительно [3].
Каждый фактор, приведенный в табл. 1 оценивается относительно самого себя по порядку предпочтения. Процесс установления предпорядка предпочтения среди значений фактора называется ранжированием. В табл. 2 приведено ранговое распределение значений факторов.
Для ранжирования любой из приведенных факторов рассматривается как векторная величина, то есть такая физическая отличительная особенность, которая имеет четкое направление количественного изменения «чем больше, тем лучше».
Таблица 2
Ранговое распределение значений факторов
Температура пиролиза древесной фpaкции T, °С |
Степень обугливания ζ, % |
Толщина нефтяной пленки h, мм |
Нефтеемкость
сорбента |
Содержание в нефтешламе, % мас. |
|||||||
воды vв |
нефти vн |
||||||||||
0 1 2 3 4 5 6 7 8 |
25 105 150 200 250 300 350 400 600 |
0 0 1 2 3 4 5 6 7 |
0 0 2,18 3,88 6,68 13,9 16,24 18,43 24,27 |
6 5 4 3 7 0 2 8 1 |
7,13 5,83 4,92 4,69 8,85 2,23 3,87 9,1 2,46 |
8 7 6 5 4 3 2 1 0 |
2,47 2,63 2,85 3 3,24 3,7 4,28 5,13 6,52 |
0 1 2 3 4 6 5 7 8 |
16,94 12,97 10,46 9,71 9,46 9,34 9,42 9,03 8,38 |
8 7 6 5 4 3 2 1 0 |
59,12 63,08 66,29 67,72 69,19 71,37 73,43 76,13 79,44 |
В табл. 3 приведена корреляционная матрица, полученная после анализа бинарных отношений между всеми принятыми по исходным данным (табл. 1) переменным величинам.
Из общего количества 36 клеток исключили 9 значений, т.к. нет зависимости между толщиной нефтяной пленки и температурой пиролиза древесной фpaкции, толщиной нефтяной пленки и степенью обугливания, толщиной нефтяной пленки и нефтеемкости сорбента, толщиной нефтяной пленки и содержанием в нефтешламе воды и нефти. Оставшиеся 27 трендовых закономерностей были вычислены в программе CurveExpert-1.3 в виде экспоненциального закона с порогом уровня адекватности выше 0,800.
Таблица 3
Корреляционная матрица факторных связей
Влияющие факторы |
Зависимые факторы |
|||||
T, °С |
ζ, % |
h, мм |
E, кг/кг |
vв, % мас. |
vн, % мас. |
|
T, °С |
1 |
0,9949 |
нет |
0,9973 |
0,9837 |
0,9985 |
ζ, % |
0,9759 |
1 |
нет |
0,9929 |
0,9258 |
0,9738 |
h, мм |
0,9351 |
нет |
1 |
0,8261 |
0,9912 |
0,9562 |
E, кг/кг |
0,9985 |
нет |
нет |
1 |
0,9998 |
0,9852 |
vв, % мас. |
0,9876 |
нет |
нет |
0,9597 |
1 |
0,9770 |
vн, % мас. |
0,9947 |
нет |
нет |
0,9997 |
0,9958 |
1 |
Данные (табл. 1) моделировали в программной среде Curve Expert 1.38 [1] (табл. 4).
Модели 2, 3, 5, 6, 8, 9, 10, 12 состоят из двух частей. В модели 2, 3, 6, 8, 10, 12 первая составляющая формулы показывает, что процесс сорбции протекает по закону гибели, а вторая составляющая представляет собой биотехническое возбуждение значений фактора. Эти двухчлeнные уравнения содержит два устойчивых закона распределения. Первая составляющая является законом гибели, предложенный нами [2], в котором в отличие от закона Лапласа вводится интенсивность гибели (степень объясняющей переменной). Вторая составляющая является биотехническим законом проф. П.М. Мазуркина. Причем первая составляющая является частным.
В модели 5, 9 и 13 первая составляющая является постоянным числом. Модель 1 имеет три составляющие. Причем все они положительно направлены, то есть увеличение нефтеемкости сорбента уменьшает содержание воды в нефтешламе.
Изучив матрицу представленную в табл. 2 и бинарные отношения между факторами, представленными в табл. 3, отбросив все значения с доверием ниже 95 % можно оставить шесть факторных связей 1, 2, 6, 11, 12 и 13 для дальнейшего исследования (табл. 5).
Таблица 4
Бинарные отношения между факторами
Номер модели |
Уравнение факторной бинарной связи |
Коэффициент корреляции |
1 |
|
0,9998 |
2 |
|
0,9997 |
3 |
|
0,9985 |
4 |
|
0,9985 |
5 |
|
0,9973 |
6 |
|
0,9958 |
7 |
|
0,9949 |
8 |
|
0,9947 |
9 |
|
0,9929 |
10 |
|
0,9912 |
11 |
|
0,9852 |
12 |
|
0,9770 |
13 |
|
0,9597 |
Таблица 5
Корреляционная матрица для стратегии исследования
Влияющие факторы |
Зависимые факторы |
||
E, кг/кг |
vв, % мас. |
vн, % мас. |
|
E, кг/кг |
0,9998 |
0,9852 |
|
vв, % мас. |
0,9597 |
0,9770 |
|
vн, % мас. |
0,9997 |
0,9958 |
Изучив корреляционную матрицу представленную в табл. 5, у нас получается факторный треугольник, т.е. зависимость нефтеемкости сорбента от содержания в нефтешламе воды и нефти, и наоборот:
Проанализировав представленный граф и данные табл. 3 и 4, и обработав их в программной среде Curve Expert 1.3. нами получены следующие зависимости представленные на рис. 1-6:
Из зависимости представленной на рис. 3, которой соответствует формула модели 1, видно, что первой составляющей можно пренебречь. Вторая составляющая является законом гибели. Третья составляющая является биотехническим законом проф. П.М. Мазуркина.
Из зависимости, представленной на рис. 1, которой соответствует формула модели 13, видно, что изменение нефтеемкости от содержания воды определяется тенденцией (трендом) разностного вида и волновой составляющей.
Из зависимости представленной на рис. 2, которой соответствует формула модели 2, видно, что первой составляющей можно пренебречь. Вторая составляющая является законом гибели.
Из зависимости, представленной на рис. 4, которой соответствует формула модели 6, видно, что первая составляющая является законом гибели. Вторая составляющая является биотехническим законом проф. П.М. Мазуркина.
Причем первая составляющая является частным случаем биотехнического закона. Поэтому все закономерности получается из одной формулы.
Рис. 1. Нефтеемкость от содержания воды
Рис. 2. Нефтеемкость от содержания нефти
Рис. 3. Содержание воды от нефтеемкости
Рис. 4. Содержание воды
от содержания нефти
Рис. 5. Содержание нефти от нефтеемкости
Рис. 6. Содержание нефти от содержания воды в нефтяном шламе
Из зависимости, представленной на рис. 5, которой соответствует формула модели 11, изменение содержание нефти от нефтеемкости происходит по биотехническому закону проф. П.М. Мазуркина.
Из зависимости, представленной на рис. 6, которой соответствует формула модели 12, видно, что первая составляющая является законом гибели (спада). Вторая составляющая является биотехническим законом проф. П.М. Мазуркина.
Высокие коэффициенты корреляции (в правом верхнем углу графиков) уравнений показывают наличие в результатах экспериментов скрытого фактора или даже группы скрытых факторов.
Комплексное изображение нефтеемкости сорбента от содержания воды и нефти в нефтешламе можно представить в трехмерном прострaнcтве (рис. 7), которое показывает взаимосвязь между факторными связями.
Рис. 7. Зависимость нефтеемкости сорбента от содержания воды и нефти в нефтешламе
Был проведен процесс математического моделирования, т.е. произведена формулировка законов, связывающих основные объекты модели; адекватность модели; анализ математической модели и модернизация этой модели. Анализ математической модели позволяет проникнуть в сущность изучаемых явлений.
По статистическим моделям возможно дополнительное исследование добротности различных сценариев, т.е. детальное изучение зависимостей нефтеемкости сорбента от содержания воды и нефти и наоборот.
Статья подготовлена и опубликована при поддержке гранта 3.2.3/4603 МОН РФ.
Список литературы
- Мазуркин П.М. Математическое моделирование. Идентификация однофакторных статистических закономерностей: учеб. пособие для вузов / П.М. Мазуркин, А.С. Филонов. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - 292 с.
- Мазуркин П.М. Статистическое моделирование. Эвристико-математический подход. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 100 с.
- Пат. 2088725 Российская Федерация МПК6 E02B015/04 C09K003/32, Способ очистки водной поверхности от нефтяного загрязнения / Хасанов И.Ю.; Рогозин В.И.; Танатаров М.А.; Хасанов Р.Ю.; заявитель и патентообладатель Хасанов Ильмер Юсупович. - № 95112899/13; заявл. 07.24.95; опубл. 08.27.97.
Статья в формате PDF 114 KB...
25 04 2024 22:41:42
Статья в формате PDF 132 KB...
24 04 2024 14:47:59
Статья в формате PDF 117 KB...
22 04 2024 16:42:15
Статья в формате PDF 123 KB...
21 04 2024 2:45:30
Статья в формате PDF 113 KB...
20 04 2024 22:25:55
Статья в формате PDF 105 KB...
19 04 2024 2:38:23
18 04 2024 13:51:28
Статья в формате PDF 119 KB...
16 04 2024 3:24:55
14 04 2024 6:57:19
Статья в формате PDF 133 KB...
13 04 2024 6:47:12
Статья в формате PDF 146 KB...
12 04 2024 16:18:57
Статья в формате PDF 391 KB...
11 04 2024 12:18:39
Статья в формате PDF 246 KB...
09 04 2024 21:32:41
Статья в формате PDF 142 KB...
08 04 2024 20:17:22
07 04 2024 0:10:55
Статья в формате PDF 116 KB...
06 04 2024 4:31:57
Поднятые в данной работе проблемы повышения конкурентоспособности предприятия позволяют сформулировать научные подходы к определению концепции управления хозяйствующими субъектами в широком использовании механизма адаптации промышленных предприятий в условиях изменяющейся рыночной среды. В результате анализа соотношения адаптационных процессов и организационной структуры сделан вывод о наиболее эффективной форме адаптивного управления – многомерной организационной структуре, которая позволяет повысить адаптивность организации и ее способность реагировать на изменение внутренних и внешних условий. Это достигается путем разбиения организации на подразделения, жизнеспособность которых зависит от их умения производить по конкурентоспособным ценам товары, пользующиеся спросом, и предоставлять услуги, в которых нуждаются потребителя. ...
05 04 2024 6:12:10
В данной статье осуществлены анализ и обощение зарубежных психологических концепций, объясняющих активность человека в отношении своего здоровья, и на этой основе дано авторское определение понятия «здоровьесозидающий потенциал личности». Особое внимание авторы уделяют рассмотрению структуры здоровьесозидающего потенциала, описанию психологических механизмов его формирования и выявлению закономерностей его развития в различные возрастные периоды. Авторами впервые представлена и научно обоснована векторная модель здоровьесозидающего потенциала личности, показаны её возможности при выявлении психологических детерминант, влияющих на показатели целостного здоровья человека. ...
02 04 2024 3:12:20
Статья в формате PDF 113 KB...
01 04 2024 14:47:29
Статья в формате PDF 111 KB...
31 03 2024 22:48:10
Статья в формате PDF 329 KB...
30 03 2024 14:50:14
Статья в формате PDF 217 KB...
29 03 2024 7:29:24
Статья в формате PDF 126 KB...
28 03 2024 3:31:52
Статья в формате PDF 106 KB...
26 03 2024 8:15:55
25 03 2024 16:25:57
Статья в формате PDF 134 KB...
24 03 2024 4:51:41
Статья в формате PDF 284 KB...
23 03 2024 11:22:25
Проведены биохимические и иммунологические исследования крови у больных с урогeнитaльными инфекциями в условиях Среднего Приобья. Отмечены патологические изменения показателей белкового, липидного обменов и активация белков острой фазы. Наблюдалось резкое повышение активности креатинкиназы в крови всех групп больных. Результаты иммунологических исследований показали изменения В-клеточного звена в сторону увеличение уровня иммуноглобулинов IgG, IgA и снижение активности Т-клеточного звена иммунитета. ...
22 03 2024 16:54:33
Статья в формате PDF 107 KB...
21 03 2024 20:56:23
Статья в формате PDF 108 KB...
20 03 2024 0:23:33
Статья в формате PDF 209 KB...
19 03 2024 22:38:12
Статья в формате PDF 110 KB...
18 03 2024 8:12:30
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::