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
123 KB...
31 10 2026 4:51:17
Статья в формате PDF
156 KB...
30 10 2026 8:30:50
Статья в формате PDF
122 KB...
29 10 2026 1:39:40
Статья в формате PDF
121 KB...
26 10 2026 9:46:37
Статья в формате PDF
113 KB...
25 10 2026 7:44:44
Статья в формате PDF
504 KB...
24 10 2026 12:42:15
Статья в формате PDF
326 KB...
22 10 2026 3:40:29
Статья в формате PDF
285 KB...
21 10 2026 3:55:48
19 10 2026 21:27:26
Статья в формате PDF
125 KB...
16 10 2026 2:22:29
Статья в формате PDF
109 KB...
14 10 2026 20:35:28
Статья в формате PDF
249 KB...
13 10 2026 16:52:47
Статья в формате PDF
415 KB...
11 10 2026 3:10:45
Статья в формате PDF
141 KB...
10 10 2026 8:51:10
В статье рассмотрена категория «инновация», как экономическое явление, что позволило дополнить отраженные в научной литературе критерии классификации инноваций. Определено, что важнейшей формой оказания государственной поддержки инноваций является повышение эффективности государственных расходов.
...
09 10 2026 4:18:54
Статья в формате PDF
102 KB...
08 10 2026 7:13:46
К концу ХХ века накопилось огромное количество фактов и доказательств научной несостоятельности постулатов теории относительности (ТО), положенных в основу физических представлений о структуре микро- и макромира. ТО оторвала науку от изучения природных взаимосвязей, подменив их уравнениями с некими значками без чёткого понимания их сущности: масса, заряд, магнетизм и т.д. Игнорирование законов Природы привело человечество к цивилизационному кризису – нарушено равновесие биосферы. Причина глобальных изменений состоит в том, что антропогенное производство энергии в десятки раз превышает допустимый по законам межсистемного обмена порог. Продолжение технократического развития – тупик, катастрофа. Необходимо новое естествопонимание на основе аксиомы: «Мир построен системно». Структура материального мира определяется взаимодействием непрерывной не материальной вихреобразной среды и дискретных образований материи – элементарных частиц, из которых закономерно и системно построено всё от атомов до звёзд и галактик.
...
07 10 2026 5:52:53
Статья в формате PDF
361 KB...
06 10 2026 12:49:45
Статья в формате PDF
245 KB...
05 10 2026 19:20:41
Исторический аспект развития студенческого самоуправления в дореволюционный, советский и переходный периоды России показали, что будущее страны на современном этапе определяется тем, каким образом будут осуществлены воспитание и подготовка квалифицированной рабочей силы, готовой к постоянному профессиональному росту, социальной и профессиональной мобильности. Одним из важных стимулов повышения гражданской, патриотической и социальной активности будущих специалистов являются восстановление, наличие и дальнейшее развитие и совершенствование таких демократических институтов в студенческой среде как соуправление и самоуправление.
...
04 10 2026 9:21:57
Статья в формате PDF
121 KB...
03 10 2026 17:22:24
Статья в формате PDF
103 KB...
02 10 2026 9:50:46
С целью оценки клинико-лабораторной эффективности плазмафереза в лечении больных с тяжелой дифтерией проведено обследование 28 пациентов с токсической дифтерией ротоглотки 3-й степени. Установлено, что использование плазмафереза в лечении больных дифтерией позволяет ускорить исчезновение симптомов интоксикации, специфического воспаления в ротоглотке, снизить частоту встречаемости осложнений заболевания и изменить их хаpaктер в сторону уменьшения тяжелых форм, а также способствует динамичному восстановлению показателей обмена гликопротеидов, активности изоферментов аминотрaнcфераз.
...
01 10 2026 20:49:31
Статья в формате PDF
132 KB...
30 09 2026 1:21:34
Статья в формате PDF
121 KB...
28 09 2026 12:32:39
Статья в формате PDF
112 KB...
27 09 2026 20:41:56
Статья в формате PDF
139 KB...
26 09 2026 2:13:43
Статья в формате PDF
111 KB...
25 09 2026 11:41:46
Статья в формате PDF
102 KB...
23 09 2026 22:40:28
Статья в формате PDF
140 KB...
22 09 2026 14:20:20
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 ::